机床上的防错设计

　　机械加工作为设备制造的源头，防错技术的应用非常重要。

 

　　

 

　　

在作业过程中，作业者不时会因疏漏或遗忘而发生作业失误，因此所导致的生产中的问题很多，如果能够用防错法防止此类失误的发生，则产品品质水平和作业效率必会大幅提高。防错是指在过程失误发生之前即加以防止，是一种在作业过程中采用自动作用、报警、标识及分类等手段，使作业人员不特别注意也不会失误的方法。

　　

 

　　

本文针对机床上料过程中原材料超长的问题， 巧妙设计出防错装置， 从源头杜绝事故的发生，保障员工的作业安全，达到了运用避免产生错误的限制方法，让操作者不需要花费注意力，也不需要经验与专业知识即可完成正确操作的目的。

　　

 

　　

1. 防错目的

　　

 

　　

数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，是目前机械加工过程中最常使用的设备，而在原材料为棒料的加工过程中，自动送料机的应用实现了零件的连续循环加工，增强了零件加工的自动化程度， 提高了加工效率。自动送料机和数控车床的布局如图1所示。

　　

 

　　

　　

图1 自动送料机和数控车床的布局

　　

 

　　

在原材料为棒料的上料过程中，由于数控车床主轴的长度是有限的，禁止使用超过长度限制的棒料，即防止棒料超出机床主轴防护罩的后端面，否则在加工过程中高速旋转的棒料会产生严重的安全隐患，为此，机床主轴后端面位置会标有相关安全警示。

　　

 

　　

在实际生产中，对原材料长度的限制是通过工艺文件中的尺寸要求来实现的，但如果操作人员不按要求操作，仍然能够将超过长度要求的原材料放入到机床主轴中，这样就会产生严重的安全事故。某零件的原材料为长度限制为900mm的棒料，而员工将长度为1 200mm的棒料放入数控车床主轴中，造成棒料的后端与自动送料机接触，加工过程中，棒料高速旋转并与自动送料机发生碰撞，棒料逐步迅速弯曲并击碎机床主轴尾部相关附件，撞击中产生的巨大振动造成线路板松动，机床报警后方才停机，事故现场如图2所示。

　　

 

　　

　　

图2 棒料超长引发的事故现场

　　

 

　　

此次事故造成的损失比较严重，相关原材料、机床附件的损失近万元。更重要的是，虽然本次事故未造成人员伤害，但为安全敲响了警钟。事故的发生证明原有的警示方式不能完全起到防错作用，只有设计、安装专用的防错装置，才是杜绝此类事故发生的唯一方法。

　　

 

　　

2. 防错措施

　　

 

　　

经过观察不难发现，根据操作人员习惯的不同，有两种上料方式：①将棒料放入送料机2m宽的料架，通过手柄操作送料机，将棒料进一步送入车床主轴，即料架上料方式。②将棒料由车床主轴前端直接插入到主轴，即主轴上料方式。不论是哪种方式，设备本身均不能阻止超长棒料的放入。根据上料方式的不同，需要设计相对应的防错装置。

　　

 

　　

（1）针对料架上料的防错措施。 对于料架上料方式，不难想出，设置合适的限长杆即可，超长棒料将不能通过送料机料架进行上料，安装限长杆的送料机如图3所示。

　　

 

　　

 

图3 送料机安装限长杆

 

　　

 

　　

（2）针对主轴上料的防错措施。对于主轴上料方式，由于棒料和送料机顶料杆动作的空间几乎相同，防错装置如何进行区分是设计的难点。为了便于分析，不妨在防错装置的设计原理上，将防错方法分为电气防错和机械防错两种，两种防错方法对比如附表所示。

　　

 

　　

防错方法对比表

　　

　　

 

　　

从两种防错方法对比上来看，鉴于机械防错的可靠性高，优先按此原理设计防错装置。

　　

 

　　

在具体功能方面，所设计的防错装置要实现如下两个方面的功能：①当棒料超长时，防错装置能够阻止棒料的放入。②当送料机顶料杆顶住棒料进行送料动作时，防错装置不能妨碍顶料杆的动作，即顶料杆能够顺利地进行向前顶料和缩回的动作。

　　

 

　　

由分析可知，可以仿照单向阀的工作原理来设计防错装置，该防错装置结构如图4所示。

　　

 

　　

 

图4 防错装置结构

 

　　

 

　　

限长板是防错装置的关键部件，既要有一定的强度，又要实现有合适的弯折角度，这样才能保障限长功能的可靠性。限长板的设计尺寸如图5所示。

　　

 

　　

 

图5 限长板尺寸

 

　　

 

　　

需要注意的是，由于重力的作用，送料机顶料杆伸出后的顶料过程中会向下弯曲，而防错装置的限长板会有径向力作用于顶料杆上。为了减轻顶料杆的弯曲程度，在防错装置安装时，要保证限长板作用到顶料杆的径向力方向上。

　　

 

　　

在防错装置的使用过程中，限长板在弹簧的拉力作用下，会保持在截止位置，防止超长的棒料从前向后通过，同时限长板合理的弯曲角度设计，又保证了顶料杆伸出顶料和缩回动作的顺利进行，该防错装置的工作情况如图6所示。

　　

 

　　

　　

（a）超长棒料被限制通过

　　

　　

（b）顶料杆顺利通过

　　

图6 防错装置的工作情况

　　

 

　　

另外，该防错装置的易损件为弹簧，弹簧一旦失效，限长板不能保持在限位位置，防错装置也将不能起到防错作用。为了避免这种情况发生，在防错装置两侧设置了两个弹簧，同时每半年将对弹簧进行一次更换，这样有效降低了防错装置失效的风险。

　　

 

　　

3. 结语

　　

 

　　

设计人员应及时掌握防错技术，并在工作实践中创造出好的实施方法。

　　

 

　　

现场操作者要加强责任心，正确理解相关防错装置设计的工作原理，发现疑点及时向有关人员反映，不可忽视甚至盲目拆除防错装置，避免重大质量安全事故的发生。

　　

 

　　

企业管理者应重视推广防错技术在产品制造全过程的应用，减少质量问题，消除安全隐患，实现企业发展目标。只有主动地防错，系统地、综合地运用各种防错技术，才能真正提高防错的效果。

　　

 

　　

作者：北京远东仪表有限公司 董志敏 白兰萍

　　

本文发表于《金属加工（冷加工）》2016年第14期第44-46页，版权归金属加工杂志社所有