数控机床操作安全技巧的研究

数控机床操作安全技巧的研究
2010年05月29日
　　数控机床操作安全技巧的研究
　　一、前言
　　现代数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测以及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品，是完全新型的自动化机床。数控机床因其具有宽广的适应范围，高的加工精度和生产效率，在当前的机械制造业中担当了越来越重要的角色。数控机床动作的执行是通过程序来控制的，因而如何合理地进行数控编程成了数控加工的关键。而数控机床的操作人员及编程人员较高的技术水平是高效高精度地使用数控机床的可靠保证。
　　二、 什么是数控机床
　　　　车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。
　　　　给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。
　　　　我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。
　　2.1数控设备的发展方向
　　　　六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。
　　2.2 数控系统
　　　　由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。
　　2.3 机床精度
　　　　1、机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。
　　　　2、机床精度体系：目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。
　　　　3、看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。
　　　　4、加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。
　　三.数控机床的安全操作技巧
　　1. 文明生产
　　数控机床是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，为了充分发挥机床的优越性，提高生产效率，管好、用好、修好数控机床，技术人员的素质及文明生产显得尤为重要。操作人员除了要熟悉掌握数控机床的性能，做到熟练操作以外，还必须养成文明生产的良好工作习惯和严谨工作作风，具有良好的的职业素质、责任心和合作精神。操作时应做到以下几点：
　　1严格遵守数控机床的安全操作规程。未经专业培训不得擅自操作机床。
　　2严格遵守上下班、交接班制度。
　　3做到用好、管好机床，具有较强的工作责任心。
　　4保持数控机床周围的环境整洁。
　　5操作人员应穿戴好工作服、工作鞋，不得穿、戴有危险性的服饰品。
　　2. 安全操作规程
　　为了正确合理地使用数控机床，减少其故障的发生率，操作方法。经机床管理人员同意方可操作机床。
　　（1）开机前的注意事项
　　1操作人员必须熟悉该数控机床的性能，操作方法。经机床管理人员同意方可操作机床。
　　2机床通电前，先检查电压、气压、油压是否符合工作要求。
　　3检查机床可动部分是否处于可正常工作状态。
　　4检查工作台是否有越位，超极限状态。
　　5检查电气元件是否牢固，是否有接线脱落。
　　6检查机床接地线是否和车间地线可靠连接（初次开机特别重要）。
　　7已完成开机前的准备工作后方可合上电源总开关。
　　（2）开机过程注意事项
　　1严格按机床说明书中的开机顺序进行操作。
　　2一般情况下开机过程中必须先进行回机床参考点操作，建立机床做标系。
　　3开机后让机床空运转15min以上，使机床达到平衡状态。
　　4关机以后必须等待5min以上才可以进行再次开机，没有特殊情况不得随意频繁进行开机或关机操作。
　　（3）调试过程注意事项
　　1编辑、修改、调试好程序。若是首件试切必须进行空运行，确保程序正确无误。
　　2按工艺要求安装、调试好夹具，并清除各定位面的铁屑和杂物。
　　3按定位要求装夹好工件，确保定位正确可靠。不得在加工过程中发生工件有松动现象。
　　4安装好所要用的刀具，若是加工中心，则必须使刀具在刀库上的刀位号与程序中的刀号严格一致。
　　5按工件上的编程原点进行对刀，建立工件坐标系。若用多把刀具，则其余各把刀具分别进行长度补偿或刀尖位置补偿。
　　6设置好刀具半径补偿。
　　7确认冷却液输出通畅，流量充足。
　　8再次检查所建立的工件坐标系是否正确。
　　9以上各点准备好后方可加工工件。
　　（4）加工过程注意事项
　　1加工过程中，不得调整刀具和测量工件尺寸。
　　2自动加工中，自始至终监视运转状态，严禁离开机床，遇到问题及时解决，防止发生不必要的事故。
　　3定时对工件进行检验。确定刀具是否磨损等情况。
　　4关机时，或交接班时对加工情况，重要数据等作好记录。
　　5机床各轴在关机时远离其参考点，或停在中间位置，使工作台重心稳定。
　　6清楚机床，必要时涂防锈漆。
　　1.2数控机床的维护保养
　　数控机床的使用寿命和效率高低，不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也取决于它的正确使用和维修。正确的使用能防止设备非正常磨损，避免突发故障；精心的维护可使设备保持良好的技术状态，延迟老化进程，及时发现和消灭故障防患于未来，防止恶性事故的发生，从而保障安全运行。也就是说，机床的正确操作与精心维护，是贯彻设备管理以预防为主的重要环节。
　　各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照该机床说明书的要求，制定和建立必要的定期、定级保养制度。下面列举一些常见、通用的日常维护保养要点。
　　（１）使机床保持良好的润滑状态
　　定期检查清洗自动润滑系统，添加或更换油脂、油液，使丝杠、导轨等各运动部位始终保持良好的润滑状态，降低机械磨损速度。
　　（２）定期检查液压、气压系统
　　对液压系统定期进行油质化检，检查和更换液压油，并定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或过滤网进行清洗或更换，对气压系统还要注意经常放水。
　　（３）定期检查电动机系统
　　对直流电动机定期进行电刷和换向器检查、清洗和更换，若换向器表面脏，应用白布沾酒精予以清洗；若表面粗糙，用细金相砂纸予以修整；若电刷长度为10mm以下时，予以更换。
　　（４）适时对各坐标系轴进行超限位试验
　　由于切削液等原因使硬件限位开关产生锈蚀，平时又主要靠软件限位起保护作用。因此要防止限位开关锈蚀后不起作用，防止工作台发生碰撞，严重时会损坏滚珠丝杠，影响其机械精度。试验时只要按一下限位开关确认一下是否出现超程报警，或检查相应的I/O接口信号是否变化。
　　（５）定期检查电器元件
　　检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否接触良好，检查各印刷线路板是否干净。检查主变电器、各电机的绝缘电阻在1MΩ以上。平时尽量少开电气柜门，以保持电气柜内的清洁，定期对电器柜和有关电器的冷却风扇进行卫生清洁，更换其空气过滤网等。电路板上太脏或受湿，可能发生短路现象，因此，必要时对各个电路板、电气元件采用吸尘法进行卫生清扫等。
　　（６）机床长期不用时的维护
　　数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用起来，尽量提高机床的利用率，尤其是投入的第一年，更要充分的利用，使其容易出现故障的薄弱环节尽早的暴露出来，使故障的隐患尽可能在保修期内得以排除。数控机床不用，反而由于受潮等原因加快电子元件的变质或损坏，如数控机床长期不用时要长期通电，并进行机床功能试验程序的完整运行。要求每1～3周通电试运行1次，尤其是在环境湿度较大的梅雨季节，应增加通电次数，每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热来降低机内湿度，使电子元件不致受潮。同时，也能及时发现有无电池报警发生，以防系统软件、参数的丢失等。
　　（７）更换存储器电池
　　一般数控系统内对COMOS RAM存储器器件设有可充电电池维持电路，以保证系统不通电期间保持其存储器的的内容。在一般的情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统能正常工作。电池的更换应在数控装置通电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失。
　　（８）印刷线路板的维护
　　印刷线路板长期不用是很容易出故障的。因此，对于已购置的备用印刷线路板应定期装到数控装置上运行一段时间，以防损坏。
　　（９）监视数控装置用的电网电压
　　数控装置通常允许电网电压在额定值的+10%～-15%的范围内活动，如果超出此范围就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内电子元件的损坏。为此，需要经常监视数控装置用的电网电压。
　　（１０）定期进行机床水平和机械精度检查
　　机械精度的校正方法有软硬两种。其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标系定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；其硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母预紧、调整反向间隙等。
　　（１１）经常打扫卫生
　　如果机床周围环境太脏、粉尘太多，均可以影响机床的正常运行；电路板太脏，可能产生短路现象；油水过滤网、安全过滤网等太脏，会发生压力不够、散热不好，造成故障。所以必须定期进行卫生清扫。
　　四.刀具的磨耗补正值的设定
　　刀具的磨耗补正是指在对好刀、建立好刀补值后,刀具经过使用出现磨损,将此少量磨损值经过对刀放在刀具磨耗补正处。这里建议刀尖磨损值可放在磨耗补正处,但刀具的长度补偿值应放在刀具长度补偿处。因为在程序中如指定了换刀指令、刀补号,程序先执行换刀指令,再执行刀具的长度补偿。而刀具的磨耗补正恰好相反,程序先执行刀具的磨耗补正,后进行换刀操作。如果磨耗补正值过大,刀具易撞在机床工作台上发生危险。
　　五.数控机床的操作方法与技巧
　　　　就当前国内许多刚刚从事数控机床操作人员的分类来说，有很大一部分操作者是以前从事过一般手动机床或者半自动机床操作的技术工人，他们对机械加工非常熟悉，但对于数控机床的编程是比较生疏的；也有刚从机械专科学校毕业的学生，他们对机械加工知识，数控加工和编程的理论比较熟悉，但是缺少实际的机械加工经验；也有很多操作者是从来没有接触过机械加工和编程的，那他们要学习数控机床操作，困难是非常巨大的。对于这些初学数控机床的人员，把握一定的数控机床操作技巧是非常重要的。一方面他们可以避免发生气床碰撞事故，导致机床损坏；二是可以在较短的时间之内，能够迅速提高操作者的数控机床操作技能，胜任本职工作，为单位创造经济效益。本文非凡针对这些刚接触数控机床的操作人员，介绍了一些数控机床的操作技巧的理论知识，希望对刚刚从事的数控机床的操作者来说有一些借鉴的意义。
　　　　首先，操作者需对操作的数控机床有一个全面的了解。了解机床的机械结构：要了解机床的机械构造组成；要把握机床的轴系分布；更要牢牢地把握机床各个数控轴的正负方向；要把握机床的各部件的功能和使用，譬如简单的气动系统原理和功能，简单的液压系统工作原理和功能；另外要把握机床各辅助单元的工作原理和功能，譬如刀库、冷却单元、电压稳压器，电器柜冷却器等等单元的工作原理，功能和使用方法，以及机床各个安全门锁的工作原理、功能和使用方法。
　　　　牢牢地把握机床的各操作按钮功能：知道怎么执行程序；怎么暂停程序后检查工件加工状态后，恢复暂停状态后继续执行程序，怎么停止程序；怎么更改程序后再执行程序，诸如此类。
　　　　了解你所操作机床是什么样的操作系统；简单了解数控系统的控制原理和工作方法；系统使用什么样工作语言，机床加工使用的软件及其使用的语言。假如操作者对该语言不了解或者对该语言的专业词汇不了解，那么就需要专业的培训，在培训时需要认真地做好笔记，机床软件中的每个词汇代表什么中文意思，必须死记硬背进行把握，那么才能为以后在工作中正确使用机床。另外，操作者也需要在培训时对一般的操作报警的语句进行学习把握，知道其中文是代表什么意思，怎么解决问题，怎么消除错误报警。另外对于操作者来说，假如有精力和能力答应的话，可以对该类语言进行学习把握，那么对以后提高机床操作技巧有很大帮助。
　　　　其次，要熟练把握控制数控机床的手动或者自动操作，熟练把握控制机床的各数控轴的移动。操作者必须达到熟能生巧的境界，那么才能在任何情况下都能做到收放自如；才会在碰到碰撞或者故障情况下，操作者可以正确而及时的处理问题，操作者才会形成条件反射，果断采取制动手段。另外操作者对数控机床的加工程序要非常熟悉；什么样的工序和操作，机床就应该有什么样的动作，都要非常熟悉。当机床执行程序时，你才能在第一时间知道机床动作是否正确，是否需要采取制动措施。另外，每个初学操作者在操作机床的初期或多或少有一些惧怕心理，害怕机床发生撞刀、发生撞机。那么只有操作者在熟练把握了数控机床的操作之后，才能克服类似的惧怕心理，才能在此基础之上学习把握更高的数控机床操作技巧。
　　　　第三，要熟练把握程序编辑，各个工序的参数补偿和刀具或者砂轮的直径和长度的补偿。首先经过培训把握你所要操作数控机床的编程语言，编程方法和各参数补偿方法。现在大多数先进的数控机床都配有编程或仿真的PC工作站。那么初学者可以在工作站上先进行软件编辑和机床切削的仿真学习。在学习编程过程中，不要只注重模拟结果，更重要是要学习模拟加工的过程，要明白工件的加工需要使用什么样的刀具或者砂轮，机床数控轴通过怎样的运动轨迹完成了切削加工；机床在执行具体某个工序加工时，机床内各相关部件移动的位置和方向；注重在执行加工时各个轴的运动方向和切入方向，包括怎样进刀，怎样退刀，注重在机床加工时各个工步的快进速度和位移，各个工步的工进的速度和位移。在通过仿真软件进行加工，注重在模拟过程中所有参数都必须正确输入，不要因为模拟就随意输入马虎了事，这样可能出现仿真加工的结果不正确；或者造成以后实际加工时的碰撞事故，或者零件报废。假如仿真软件有防碰撞测试的功能，那么就要使用该功能，检查编程的正确性。另外，操作者需要特注重：仿真加工只是理论上的一个结果，并不代表机床在实际切削加工过程中就不会发生碰撞，也不代表就能加工出合格的产品。仿真模拟的目的是为了节省编程时间，提高机床实际利用率，减少加工工件时的调试时间，并不代表实际的零件加工。完成完美的工件加工是和数控机床操作者的聪明和汗水密不可分的。
　　　　第四，实际加工过程中的加工技巧，认真做好预备工作，先将图纸读懂，确认要加工工件的位置，确认要加工工件部位的精度公差，然后编辑加工程序。要将加工中需要的工件和刀具或者砂轮预备好，将加工过程中需要的检测仪器都预备好，将加工过程中需要的辅助工装和夹具都预备齐全。
　　　　加工第一件工件时，机床应该使用单步工作状态进行试切削。当机床程序每调用一个新的刀具或者砂轮时应该先进行对刀，检查程序动作是否正确。
　　　　工件加工时尽量采取一次装夹，完成工件加工；假如需要进行测量或者其他原因需要工件的二次装夹，那么就必须保证第二次装夹与第一次装夹的定位和加工基准的统一。假如采取机床的自动定位装置，那么需要保持自动测量系统的测量速度一致性。在对工件的加工精度进行检测时，最好能够在机床上完成，这样可以减少二次装夹的定位误差。另外，机床在加工工件的某些部位，其尺寸公差的精度要求较高时，操作者在每次加工完成后，都需要进行精度检查，检查合格后再去加工工件下一个的位置；假如工件上某个部位的外形是由两个或者多个方向加工合成的，那么每个方向的加工都会影响该部位外形的位置或者外形的公差，那么加工时应先加工对工件精度影响较小的一个方向，然后再加工工件公差要求较高的方向，最后反复加工，最后逼近所要求的精度。假如在机床上使用标准的测量仪器不能对工件进行测量，同时又不能把工件从机床上取下进行测量，否则影响工件的加工精度，那么可以使用非凡的卡规、塞规、量规等手段来检测，假如机床本身软件带有测量功能，那么可以使用机床本身来测量工件。在完成整个工件的加工后，再对工件进行全面的检测。
　　　　对于成批量工件的加工。当初次程序调试完成后，那么需要优化加工程序。优化的基本原则如下：保证加工质量的前提，优化切削参数，譬如工进速度、刀具或砂轮转速、横向进给量，加工深度等等；优化加工步骤，优化加工基准，提高加工效率，使用高寿命刀具或砂轮，减少换刀次数或者砂轮修正次数；建立合理的加工程序的数学模型，编辑有效可靠程序，合理设置粗精加工的余量和次数和使用适当的成型刀具或者砂轮，对于提高效率，保证加工质量具具有较为显着的效果。
　　　　对于保证被加工工件的加工质量应该注重以下几方面：加工时要对机床进行热机一段时间，保持机床各机械轴在工作期间的热平衡，尽量保持机床加工过程的被加工工件温度稳定，并且尽量保持工作头、机床主轴、丝杠导轨，光栅尺，刀具夹头或者砂轮接杆的冷热平衡。假如机床使用冷却油和冷却液，要保持其温度恒定，冷却液的温度是影响工件加工的精度的重要因素之一，通过机床的冷却系统来保证冷却液的恒定温度。
　　　　一般工厂晚上都需要关机，第二天需要再开机床，所以天天机床工作前都需要进行热机。为了提高的机床利用率，现有两种方法可以实现机床加工。一是开机后对原始程序稍许修改，在所有的加工工序中做一个远离工件的补偿量，那么加工过程中，机床的在机床加工时根据测量结果更改修正值，当机床处于热平衡状态后，修正值就可以不需要再更改。另外一种方法是，那么在开机后的一段时间先加工工件公差较大的部位，然后经过一段时间后等到机床达到热平衡后，再来加工工件上某些公差要求较高的位置；或者先用机床进行粗加工，等机床工作达到热平衡后，再进行工件的精加工。
　　　　对于一个具有多基准，有多处精度要求较高的尺寸的工件。那么应先加工工件上有一个基准仅定义一个或两个尺寸，但尺寸精度要求较高的位置，而对同一基准有多个尺寸的部位，应先加工精度最高的部位，然后再加工精度较低的位置。因为机床在加工高精度的部位时工件轻易产生废品，那工件其余的部位就可以不加工，这样节省了加工成本。
　　　　总之，加工的 基本原则：先粗加工，把工件的多余材料去掉，然后精加工；加工中应避免振动的发生；避免工件加工时的热变性。造成的振动发生有很多原因，可能是负载过大，可能是机床和工件的共振，或者可能是机床的刚性不足，也可能是刀具或砂轮钝化后造成的。我们可以通过下述方法来减小振动：减小横向进给量和加工深度，检查工件装夹是否牢靠，提高刀具的转速或者降低转速可以降低共振，另外查看是否有必要的更换新的刀具。
　　　　对于数控机床操作的初学者，经常发生碰撞。常听别人说，不碰机床，就学不会机床操作，这是一种非常错误和有害的熟悉。机床碰撞对机床的精度是很大的损害，对于不同类型机床影响也不一样。一般来说，对于刚性不强的机床影响较大，对于刚性较强的龙门结构的机床，在同等的撞击力下影响较小。假如机床是悬臂式得结构，以及机床主轴是装在一回转轴上的机床结构，一旦机床发生碰撞的话，对机床的精度影响是致命的。所以对于高精度数控机床来说，碰撞绝对要杜绝。只要操作者细心和把握一定的防碰撞的方法，碰撞是完全可以预防和避免。以下几点心得或许对数控机床初学者预防碰撞有所帮助。
　　　　碰撞发生的最主要的原因：一是对刀具或者砂轮 的直径和长度输入错误；二是对工件的尺寸和其他相关的几何尺寸输入错误以及工件的初始位置定位错误；三是机床的工件坐标系设置错误，或者机床零点在加工过程中被重置，而产生变化。机床碰撞大多发生在机床快速移动过程中，这时候发生的碰撞的危害也最大，应绝对避免。所以操作者要非凡要注重机床在执行程序的初始阶段和机床在更换刀具或砂轮的时候，此时一旦程序编辑错误，刀具或砂轮的直径和长度输入错误，那么就很轻易发生碰撞。在程序结束阶段，各数控轴的退刀动作顺序错误，那么也可能发生碰撞。为了避免上述碰撞，在第一次使用刀具和砂轮时，要仔细进行对刀，不能轻视该问题。为了避免碰撞，操作者在操作机床时，要充分五官的功能，观察机床有无异常动作，有无火花，有无噪音和异常响动，有无震动，有无焦味。发现异常情况应立即停止程序，待机床问题解决后，机床才能继续工作。同时在操作之前，操作者应该接受机床操作的安全培训，每类机床应有安全操作规程，操作人员应经系统的操作和安全培训，持有培训合格的上岗证后才能上机床工作。工作前，应知道灭火器的位置，并且操作者要把握灭火器的方法，机床的气压开关的位置，机床的输入电源的开关的位置，液压工作站的位置，都因把握应急的关闭的方法，对于使用冷却油的磨床应将灭火器的放置在机床的三米之内。
　　　　总之，把握数控机床的操作技巧是一个循序渐进的过程，并不能一蹴而就。它是建立在把握了机床基本操作、基础的机械加工知识和基础的编程知识之上的。数控机床操作技巧也不是一成不变的。它是需要操作者成分发挥想象力和动手能力的有机组合，是具有创新性的劳动。
　　六.结束语
　　数控机床的正确操作不仅能给我们的安全提供可靠的保证而且能提高数控设备使用率，以减少不必要的成本。来创造更多的财富。
　　七.致谢
　　通过写这篇论文我有非常深刻的体会，在这篇论文中我学到了好多知识：懂得了数控机床的正确操作，和安全规章制度。不在盲目的操作，首先我非常感谢在写这篇论文中帮助我的人，特别是我的指导老师老师，他在百忙之中抽时间给我指导，给我资料，教我查什么的书，教我上网查资料，给了我好多的帮助，在这里我表示感谢。