數(shù)控實訓(xùn)過程中的安全隱患與防護(hù)

王愛華, 石端偉

(武漢大學(xué) 大學(xué)生工程訓(xùn)練與創(chuàng)新實踐中心， 武漢 430072)

0 引 言

工程訓(xùn)練中心是提高大學(xué)生實踐能力的重要教學(xué)基地，隨著國家對高校實踐教學(xué)日益重視，高校十分重視工程訓(xùn)練中心的建設(shè)規(guī)范、教學(xué)穩(wěn)定和條件改善。通過工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自動手，并在實踐中學(xué)習(xí)，加強素質(zhì)教育，提高學(xué)生的實踐能力和綜合素質(zhì)，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和提高創(chuàng)新能力。

武漢大學(xué)在基礎(chǔ)教育建設(shè)中不斷加大對工程訓(xùn)練中心的投入。在2002年成立“工程訓(xùn)練中心”的基礎(chǔ)上，于2016年成立了“大學(xué)生工程訓(xùn)練與創(chuàng)新實踐中心”，為工程訓(xùn)練實踐教學(xué)惠及全校學(xué)生提供了良好條件。隨著國家對《中國制造2025》提出，工程訓(xùn)練過程中基礎(chǔ)制造技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)實訓(xùn)所占比重也悄然發(fā)生變化，先進(jìn)制造技術(shù)實訓(xùn)份額越來越大[1]。數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的代表性技術(shù)，數(shù)控加工技術(shù)的實訓(xùn)(簡稱數(shù)控實訓(xùn))正在成為工程訓(xùn)練的重點訓(xùn)練環(huán)節(jié)，有些高校已將“數(shù)控加工技術(shù)實訓(xùn)”單獨設(shè)立課程[2-3]。

然而，現(xiàn)有的教材更多的是關(guān)注數(shù)控實訓(xùn)加工過程中的操作及技術(shù)，對于安全隱患分析和安全防護(hù)介紹的較少。國內(nèi)許多學(xué)者和高校也逐漸意識到數(shù)控實訓(xùn)過程的安全教學(xué)問題，并提出了一些數(shù)控實訓(xùn)安全化管理的建議和方法[4]；也有學(xué)者分別分析了數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)中的安全隱患和安全防護(hù)[5-7]?，F(xiàn)結(jié)合我校工程訓(xùn)練與創(chuàng)新實踐中心的教學(xué)實踐，從教學(xué)過程中遇到的安全問題出發(fā)，詳細(xì)分析了數(shù)控教學(xué)過程中的安全隱患，并且結(jié)合教學(xué)實踐經(jīng)歷給出了安全防護(hù)措施和建議。

1 數(shù)控實訓(xùn)中的安全隱患

數(shù)控實訓(xùn)過程中，由于數(shù)控車床屬于大動力設(shè)備，人與設(shè)備之間又存在頻繁密切的接觸；另一方面教師所面對的學(xué)生大多對數(shù)控車床的操作并不十分熟練，因此在實訓(xùn)過程中存在著較大的安全隱患，事故率較高[8-10](詳見表1)。① 設(shè)備動力大、轉(zhuǎn)速高，一旦發(fā)生事故就是大事故，對操作者的安全性要求高。② 實訓(xùn)學(xué)生全部為初學(xué)者，操作積極性高，但安全意識差、并且缺乏相關(guān)的工藝知識[11]，因此事故率偏高。③ 實訓(xùn)指導(dǎo)教師偏少，設(shè)備臺套數(shù)相對偏多[12-13]。以某大學(xué)的大學(xué)生工程訓(xùn)練實踐中心為例，目前有數(shù)控車床指導(dǎo)教師1人、數(shù)控銑床指導(dǎo)教師1人，而數(shù)控車床有6臺、數(shù)控銑削加工中心有5臺。如果是多臺機床同時開機的情況下，指導(dǎo)教師根本無法顧及全部細(xì)節(jié)，事故率高也就不可避免了。④ 數(shù)控程序編寫錯誤也是發(fā)生事故的另一主要原因，而實訓(xùn)學(xué)生編寫的程序錯誤率又往往比較高[14]。⑤ 設(shè)備價值高(簡易型數(shù)控機床也要10萬元左右，而生產(chǎn)型機床都在幾十萬元)，一旦發(fā)生事故損失都會比較大。

表1 數(shù)控車實訓(xùn)常見事故及后果分析

由于數(shù)控實訓(xùn)過程中存在上述安全隱患[15]，因此全國高校工程訓(xùn)練中心的數(shù)控實訓(xùn)，絕大多數(shù)都是以訓(xùn)練編程為主，輔以少量的機床操作訓(xùn)練。或者機床數(shù)量較多而實際啟用的較少，或者只執(zhí)行機床原來存儲的程序。更有甚者數(shù)控實訓(xùn)開成了理論課，實際操作環(huán)節(jié)用觀看視頻和操作演示來代替。這樣做事故發(fā)生的概率是降下來了，但是卻偏離了工程訓(xùn)練的目的，嚴(yán)重影響了同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性，對幾百萬元至上千萬元購置的設(shè)備來說是極大的浪費。

2 教學(xué)中的安全防護(hù)措施

根據(jù)多年來在數(shù)控實訓(xùn)指導(dǎo)第一線的工作，在實踐中總結(jié)出了一系列數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)過程中的安全防護(hù)措施，對保障學(xué)生的人身安全、設(shè)備安全，減輕事故損失有著實際指導(dǎo)意義[16]。

2.1 樹立學(xué)生安全意識

實訓(xùn)面對的學(xué)生主要是大一、大二的學(xué)生，他們大都初次接觸數(shù)控車床，對于實際操作并不熟悉。另一方面，在課堂中的先進(jìn)制造相關(guān)課程對于安全教學(xué)方面重視不夠。學(xué)生進(jìn)入工程訓(xùn)練教學(xué)場地，缺乏足夠的安全意識和安全防護(hù)知識。因此，在學(xué)生接觸工程實訓(xùn)之前，特別是實訓(xùn)初期，就要讓同學(xué)們建立牢固的安全意識,并且在實訓(xùn)過程中要反復(fù)強調(diào)。通過每一次反復(fù)的強調(diào)，每一次教學(xué)的反復(fù)指導(dǎo)，使學(xué)生樹立牢固的安全意識，養(yǎng)成良好的安全操作習(xí)慣。

2.2 安全操作仿真訓(xùn)練

(1) “數(shù)控仿真”訓(xùn)練。在教會同學(xué)們?nèi)绾螖?shù)控編程以后，要進(jìn)行較長時間的“數(shù)控仿真”訓(xùn)練。在學(xué)生實際加工之前，采用數(shù)控仿真訓(xùn)練可大大降低學(xué)生數(shù)控實訓(xùn)的不安全行為。其主要作用如下：① 對機床操作過程中的關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)進(jìn)行強化(見圖1)。② 由于計算機相對于數(shù)控機床，價格相對低廉，并且占用場地不大。因此可以通過仿真環(huán)節(jié)解決機床臺套數(shù)不足的問題。③ 對學(xué)生所編程序進(jìn)行一定程度的檢驗，仿真檢驗通過的程序，輸入機床，可以消除相當(dāng)部分的錯誤，而數(shù)控機床加工過程中的錯誤，80%以上是由程序錯誤造成的(見圖2)。④ 通過仿真可以修改不合理的加工路徑(見圖3)。⑤ 因為仿真過程中，刀具路徑可以觀察，還可以及時修改。即使有碰刀等錯誤也沒有危險，更不會有損失，所以可以讓學(xué)生放手操作。

圖1 回參考點提示圖2 碰刀提示

圖3 刀具路徑

⑥ 讓學(xué)生一開始就養(yǎng)成關(guān)門操作的習(xí)慣，即使發(fā)生事故，也不至于傷人(見圖4)。

圖4 關(guān)門提示

(2) 數(shù)控編程技巧。掌握數(shù)控編程的幾個基本技巧的，有助于機床、刀具的安全把控：① 程序的開頭要設(shè)置安全語句；② 凡是快速定位過程中(即用G00時)刀具與工件都不能有接觸；③ 凡是需要換刀時，都需要到安全地點(換刀點)進(jìn)行。

(3) 熟悉數(shù)控仿真系統(tǒng)缺陷。仿真也不是萬能的，仿真熟練以后，或者說仿真檢驗過的程序，也并非在機床加工過程中就不會出事故，比如，刀具進(jìn)刀退刀過程中與工件之間有干涉，仿真軟件并不能完全真實反映出來；操作方法上與機床之間依然有一定差距，如程序號后的分號在機床輸入時，必須與程序號分開來兩次插入，而在仿真過程中，一次插入也可以。再比如：在仿真過程中，無論在任何時候，從程序輸入轉(zhuǎn)換成程序自動運行，光標(biāo)都會自動跳回到程序號上后，才可以轉(zhuǎn)換成自動運行狀態(tài)等。

因此，讓學(xué)生了解并掌握數(shù)控仿真系統(tǒng)存在的缺陷，也是防止事故發(fā)生的重要因素之一。

2.3 分階段安全實訓(xùn)

在實訓(xùn)過程的不同階段，選用不同的工件材料，為安全實訓(xùn)設(shè)置最后屏障。在實訓(xùn)的開始階段，由于同學(xué)們對編程的規(guī)則、技巧掌握不夠熟練，對工藝參數(shù)的制訂原則更是無從談起，因此選用加工性能好，安全性能高的灰塑料棒作為工件毛坯，并且棒料直徑不宜太粗(建議采用：φ25)。即使程序有錯誤，或者其他原因造成的事故，首先損壞、折斷的是工件的毛坯，一般不至于損壞刀具，更不會損壞機床，使損失控制在最小范圍內(nèi)。待學(xué)生機床操作較熟練、編程技巧掌握并有了一定的工藝知識后，再將毛坯材料升級為有機玻璃棒、尼龍棒，根據(jù)經(jīng)費允許的情況，也可以升級至合金鋁棒，黃銅棒等。更進(jìn)一步熟練后可采用與生產(chǎn)實際更接近的黑色金屬(45鋼棒)，同時開啟冷卻液的使用，逐步達(dá)到生產(chǎn)加工過程的狀態(tài)。

2.4 寬口徑實訓(xùn)安全指導(dǎo)

在課程安排不沖突的情況下，數(shù)控車與數(shù)控銑、數(shù)控車與普通車、數(shù)控銑與普通銑等工種之間指導(dǎo)教師打通進(jìn)行指導(dǎo)機床操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如初始操作和對刀操作等，從而提高師生比，操作中堅持互相幫助，互相監(jiān)督，互相提醒，保證數(shù)控實訓(xùn)的安全、有序進(jìn)行。

3 結(jié) 語

數(shù)控設(shè)備操作雖然存在較高的危險性，數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)不僅要重視學(xué)生的技術(shù)提高和操作動手能力，還需要加強學(xué)生的安全意識和安全防護(hù)。數(shù)控實訓(xùn)的安全隱患是可以杜絕的，只要學(xué)生樹立牢固安全意識，接受安全操作培訓(xùn)和安全防護(hù)的學(xué)習(xí)，通過技術(shù)手段和安全教學(xué)管理，為“推進(jìn)理論創(chuàng)新，制度創(chuàng)新，科技創(chuàng)新，文化創(chuàng)新等各方面創(chuàng)新”提供有力的安全保障。

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