數(shù)控實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的安全隱患與防護(hù)

王愛(ài)華, 石端偉

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

0 引 言

工程訓(xùn)練中心是提高大學(xué)生實(shí)踐能力的重要教學(xué)基地，隨著國(guó)家對(duì)高校實(shí)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(guò)工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自動(dòng)手，并在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，加強(qiáng)素質(zhì)教育，提高學(xué)生的實(shí)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(duì)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(shí)踐中心”，為工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)惠及全校學(xué)生提供了良好條件。隨著國(guó)家對(duì)《中國(guó)制造2025》提出，工程訓(xùn)練過(guò)程中基礎(chǔ)制造技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)所占比重也悄然發(fā)生變化，先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)份額越來(lái)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(shí)訓(xùn)(簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控實(shí)訓(xùn))正在成為工程訓(xùn)練的重點(diǎn)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，有些高校已將“數(shù)控加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)”單獨(dú)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(shí)訓(xùn)加工過(guò)程中的操作及技術(shù)，對(duì)于安全隱患分析和安全防護(hù)介紹的較少。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者和高校也逐漸意識(shí)到數(shù)控實(shí)訓(xùn)過(guò)程的安全教學(xué)問(wèn)題，并提出了一些數(shù)控實(shí)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(shí)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(shí)踐中心的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)過(guò)程中遇到的安全問(wèn)題出發(fā)，詳細(xì)分析了數(shù)控教學(xué)過(guò)程中的安全隱患，并且結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)歷給出了安全防護(hù)措施和建議。

1 數(shù)控實(shí)訓(xùn)中的安全隱患

數(shù)控實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，由于數(shù)控車(chē)床屬于大動(dòng)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(duì)的學(xué)生大多對(duì)數(shù)控車(chē)床的操作并不十分熟練，因此在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中存在著較大的安全隱患，事故率較高[8-10](詳見(jiàn)表1)。① 設(shè)備動(dòng)力大、轉(zhuǎn)速高，一旦發(fā)生事故就是大事故，對(duì)操作者的安全性要求高。② 實(shí)訓(xùn)學(xué)生全部為初學(xué)者，操作積極性高，但安全意識(shí)差、并且缺乏相關(guān)的工藝知識(shí)[11]，因此事故率偏高。③ 實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師偏少，設(shè)備臺(tái)套數(shù)相對(duì)偏多[12-13]。以某大學(xué)的大學(xué)生工程訓(xùn)練實(shí)踐中心為例，目前有數(shù)控車(chē)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(chē)床有6臺(tái)、數(shù)控銑削加工中心有5臺(tái)。如果是多臺(tái)機(jī)床同時(shí)開(kāi)機(jī)的情況下，指導(dǎo)教師根本無(wú)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(xiě)錯(cuò)誤也是發(fā)生事故的另一主要原因，而實(shí)訓(xùn)學(xué)生編寫(xiě)的程序錯(cuò)誤率又往往比較高[14]。⑤ 設(shè)備價(jià)值高(簡(jiǎn)易型數(shù)控機(jī)床也要10萬(wàn)元左右，而生產(chǎn)型機(jī)床都在幾十萬(wàn)元)，一旦發(fā)生事故損失都會(huì)比較大。

表1 數(shù)控車(chē)實(shí)訓(xùn)常見(jiàn)事故及后果分析

由于數(shù)控實(shí)訓(xùn)過(guò)程中存在上述安全隱患[15]，因此全國(guó)高校工程訓(xùn)練中心的數(shù)控實(shí)訓(xùn)，絕大多數(shù)都是以訓(xùn)練編程為主，輔以少量的機(jī)床操作訓(xùn)練?；蛘邫C(jī)床數(shù)量較多而實(shí)際啟用的較少，或者只執(zhí)行機(jī)床原來(lái)存儲(chǔ)的程序。更有甚者數(shù)控實(shí)訓(xùn)開(kāi)成了理論課，實(shí)際操作環(huán)節(jié)用觀(guān)看視頻和操作演示來(lái)代替。這樣做事故發(fā)生的概率是降下來(lái)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(duì)幾百萬(wàn)元至上千萬(wàn)元購(gòu)置的設(shè)備來(lái)說(shuō)是極大的浪費(fèi)。

2 教學(xué)中的安全防護(hù)措施

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

2.1 樹(shù)立學(xué)生安全意識(shí)

實(shí)訓(xùn)面對(duì)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(chē)床，對(duì)于實(shí)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(duì)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(chǎng)地，缺乏足夠的安全意識(shí)和安全防護(hù)知識(shí)。因此，在學(xué)生接觸工程實(shí)訓(xùn)之前，特別是實(shí)訓(xùn)初期，就要讓同學(xué)們建立牢固的安全意識(shí),并且在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中要反復(fù)強(qiáng)調(diào)。通過(guò)每一次反復(fù)的強(qiáng)調(diào)，每一次教學(xué)的反復(fù)指導(dǎo)，使學(xué)生樹(shù)立牢固的安全意識(shí)，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(huì)同學(xué)們?nèi)绾螖?shù)控編程以后，要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的“數(shù)控仿真”訓(xùn)練。在學(xué)生實(shí)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(shí)訓(xùn)的不安全行為。其主要作用如下：① 對(duì)機(jī)床操作過(guò)程中的關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化(見(jiàn)圖1)。② 由于計(jì)算機(jī)相對(duì)于數(shù)控機(jī)床，價(jià)格相對(duì)低廉，并且占用場(chǎng)地不大。因此可以通過(guò)仿真環(huán)節(jié)解決機(jī)床臺(tái)套數(shù)不足的問(wèn)題。③ 對(duì)學(xué)生所編程序進(jìn)行一定程度的檢驗(yàn)，仿真檢驗(yàn)通過(guò)的程序，輸入機(jī)床，可以消除相當(dāng)部分的錯(cuò)誤，而數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的錯(cuò)誤，80%以上是由程序錯(cuò)誤造成的(見(jiàn)圖2)。④ 通過(guò)仿真可以修改不合理的加工路徑(見(jiàn)圖3)。⑤ 因?yàn)榉抡孢^(guò)程中，刀具路徑可以觀(guān)察，還可以及時(shí)修改。即使有碰刀等錯(cuò)誤也沒(méi)有危險(xiǎn)，更不會(huì)有損失，所以可以讓學(xué)生放手操作。

圖1 回參考點(diǎn)提示圖2 碰刀提示

圖3 刀具路徑

⑥ 讓學(xué)生一開(kāi)始就養(yǎng)成關(guān)門(mén)操作的習(xí)慣，即使發(fā)生事故，也不至于傷人(見(jiàn)圖4)。

圖4 關(guān)門(mén)提示

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

(3) 熟悉數(shù)控仿真系統(tǒng)缺陷。仿真也不是萬(wàn)能的，仿真熟練以后，或者說(shuō)仿真檢驗(yàn)過(guò)的程序，也并非在機(jī)床加工過(guò)程中就不會(huì)出事故，比如，刀具進(jìn)刀退刀過(guò)程中與工件之間有干涉，仿真軟件并不能完全真實(shí)反映出來(lái)；操作方法上與機(jī)床之間依然有一定差距，如程序號(hào)后的分號(hào)在機(jī)床輸入時(shí)，必須與程序號(hào)分開(kāi)來(lái)兩次插入，而在仿真過(guò)程中，一次插入也可以。再比如：在仿真過(guò)程中，無(wú)論在任何時(shí)候，從程序輸入轉(zhuǎn)換成程序自動(dòng)運(yùn)行，光標(biāo)都會(huì)自動(dòng)跳回到程序號(hào)上后，才可以轉(zhuǎn)換成自動(dòng)運(yùn)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(shí)訓(xùn)

在實(shí)訓(xùn)過(guò)程的不同階段，選用不同的工件材料，為安全實(shí)訓(xùn)設(shè)置最后屏障。在實(shí)訓(xùn)的開(kāi)始階段，由于同學(xué)們對(duì)編程的規(guī)則、技巧掌握不夠熟練，對(duì)工藝參數(shù)的制訂原則更是無(wú)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(cuò)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(huì)損壞機(jī)床，使損失控制在最小范圍內(nèi)。待學(xué)生機(jī)床操作較熟練、編程技巧掌握并有了一定的工藝知識(shí)后，再將毛坯材料升級(jí)為有機(jī)玻璃棒、尼龍棒，根據(jù)經(jīng)費(fèi)允許的情況，也可以升級(jí)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(shí)際更接近的黑色金屬(45鋼棒)，同時(shí)開(kāi)啟冷卻液的使用，逐步達(dá)到生產(chǎn)加工過(guò)程的狀態(tài)。

2.4 寬口徑實(shí)訓(xùn)安全指導(dǎo)

在課程安排不沖突的情況下，數(shù)控車(chē)與數(shù)控銑、數(shù)控車(chē)與普通車(chē)、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(jī)床操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如初始操作和對(duì)刀操作等，從而提高師生比，操作中堅(jiān)持互相幫助，互相監(jiān)督，互相提醒，保證數(shù)控實(shí)訓(xùn)的安全、有序進(jìn)行。

3 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)控設(shè)備操作雖然存在較高的危險(xiǎn)性，數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)不僅要重視學(xué)生的技術(shù)提高和操作動(dòng)手能力，還需要加強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)和安全防護(hù)。數(shù)控實(shí)訓(xùn)的安全隱患是可以杜絕的，只要學(xué)生樹(shù)立牢固安全意識(shí)，接受安全操作培訓(xùn)和安全防護(hù)的學(xué)習(xí)，通過(guò)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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