知识小贴士--金属切削机床

一、金属切削机床定义
金属切削机床(车、铣、磨、刨、钻等),金属切削机床是用切削、特种加工等方法主要用于加工金属工件,使之获得所要求的几何形状,尺寸精度和表面质量的机器。

二、金属切削机床危险源分析

①直线运动的危险:由机械的往复或接近对人身造成伤害，如刨床、内外圆磨床的往复运动、铣床的升降运动等；

②旋转运动的危险:机械的旋转部件将人体或衣服卷入，造成伤害，如机床的主轴、卡盘、丝杆,磨削的砂轮,切削刃具—钻头、铣刀锯片等在旋转时伤人；    

③静止危险:人接触或与静止的设备产生相对运动,如被设备的尖锐部位或部件划伤、撞伤；

④飞出物击伤:刀具、机械部件、金属切屑等的飞出；

⑤烫伤:如高温金属切屑对人体的烫伤等；

⑥机械加工中的电气伤害。

三、CNC双柱式立式车床安全解决方案

本节选取CNC双柱式立式车床(见图5-10)为例,依据该种车床的结构特点进行风险分析,并给出安全解决方案。

(1)CNC双柱式立式车床的风险分析(表5-10)

1 机械危险           

1.1 挤压/碰撞危险：未调整工件与刀架间距,刀架与工件相撞造成伤害。

应采取的措施：

1.需设置带有联锁装置的玻璃窗防护门；    

2.防护门打开后,横梁、X轴和Z轴只能通过手动持续操作来保持运行状态:点动速度应视具体情况控制在安全速度以内:

3.需要对旋转主轴的超速,转向及停止状态进行监控；

4.每次开动机床前都要确认机床附件、加工件以及刀具均已固定可靠,并对任何人员无危险；

5.在机床显眼部位加施明显的标识:

6.完善安全操作规程,如加工件的重量、轮廓尺寸的限制。

1.2 切割或切断危险：操作人员可能接触到静止或运动的锋利的加工刀具或加工零件的毛刺、毛坯上锋利的毛刺和锐角等而造成的伤害。

应采取的措施：

1.需要设置带有联锁装置的防护门，

2.防护门打开后,横梁、X轴和Z轴只能通过持续操作来保持运行状态；点动速度应控制在安全速度以下；

3.在工件回转或刀具回转的情况下，禁止戴手套操作；

4.每次开动机床前都要确认机床附件、加工件以及刀具均已固定可靠，并对任何人都无危险；

5.当机床已在工作时不能变动手柄和进行测量、调整以及清理等工作；       

6.如果在加工过程中形成飞起的切屑,应放下防护挡板,清除机床工作台和加工件上的切屑不能直接用手，也不能直接用压缩空气吹,而要用专门的工具；

7.在机床显眼部位加施明显的标识；    

8.加工过程中,遵守安全操作规程。

1.3 缠绕危险：旋转的刀具、主轴、丝杠、加工件等易发生绞手、缠卷衣袖以及卷入头发的危险

应采取的措施：

1.需要设置带有联锁装置的防护门；

2.防护门打开后·横梁、X轴和Z轴只能通过持续操作来保持运行状态；点动速度应控制在安全速度以下；

3.丝杠要被伸缩式防护门覆盖；

4.卡盘爪或压板不宜超出卡盘；

5.注意防护用品的正确使用(不戴手套操作,衣袖、衣襟扎紧、(女性的)长头发盘在帽子内)；

6.在机床显眼部位加施明显的标识；

7.加工过程中,遵守安全操作规程。

1.4 飞出物击伤：刀具或机械部件，如未夹紧的刀具、工件、破碎的砂轮在高速旋转中飞出伤人；飞出的金属切屑，如连续的或破散飞出的切屑飞出伤人。

应采取的措施：

1.需要设置带有联锁装置的防护门(罩)；

2.需要对旋转主轴的超速、转向及停止状态进行监控；

3.透过防护门可随时观察工作情况；    

4.注意防护用品的正确使用(不戴手套操作,衣袖、衣襟扎紧)；

5.在机床显眼部位加施明显的标识；

6.加工过程中,遵守安全操作规程。

1.5 高压喷射危险：冷却液、润滑油的飞溅,对人员可能造成的伤害   

应采取的措施：

1.需设置防油罩；

2.润滑油的压力不大于3MPa；

3.设置专门的操作位置:

4.加装带有联锁装置的防护门；

5.操作人员远离加工点；

6.在机床显眼部位加施明显的标识；

7.加工过程中,遵守安全操作规程。

1.6 滑倒、绊倒和跌落危险：由于现场地面存在的润滑油、冷却液等导致的滑倒；由于线缆的不合理敷设或被加工件不正确的摆放堵塞了机床附近的通道导致的绊倒；由于大型机床设置的平台、楼梯而导致的跌落危险。   

应采取的措施：

1.环绕平台设置围栏；

2.地面、平台、楼梯上采用防滑地板；

3.正确安放被加工件,不要堵塞机床附近的通道；    

4.使用专用工具及时清扫切屑,工作场地特别是脚踏板上,不能有冷却液和油；

5.在机床显眼部位加施明显的标识；

6.加工过程中,遵守安全操作规程。

2、电气危险 ：(直接的或间接的)电气接触

①电控箱门打开后，电控箱内依然带电，人员可能会接触到裸露的或防护不足的带电导体造成电击伤害；

②电缆防护盖强度不够,在有人员经过的位置防护门被踩坏，内部电缆破损导致触电危险；

③电箱的防尘防水等级不够，外部水浸入可能导致短路.触电的危险；

④机床接地不好；

⑤照明灯线裸露，照明未采用安全电压，易发生触电伤害；

⑥走线/气管的附近有棱边,可能损坏线/气管；

⑦高频设备(如变频器)产生的干扰   

应采取的措施：

1.满足GB5226.1的接地要求；

2.在电控箱上加装联锁的总电源开关,确保电控箱带电状态下无法打开；

3.在电控箱内于带有非安全电压的带电导体处加装IP2X需要核对以上的防护门,防止人员直接接触到带电导体；

4.在机床显眼部位加施明显的标识；

5.更换具有足够强度的电缆；

6.电箱上的开口需要适当处理,使得其防护等级不低于IP54；

7.将走线/气管的附近的棱边倒圆；    

8.关注EMC公告:

9.在机床显眼部位加施明显的标识。

3、热危险 （烧伤/烫伤）：飞溅的金属切屑；飞溅的冷却液。   

应采取的措施：1.需要设置带有联锁装置的防护门；

2.注意防护用品的正确使用(衣袖、衣襟扎紧)；

3.在机床显眼部位加施明显的标识；

4.加工过程中,遵守安全操作规程。

4、噪声危险（失聪或失去意识）：听力丧失(失聪)，其他的生理障碍(例如:失去平衡,失去意识)   

应采取的措施：

1.加工过程中,佩戴耳塞,遵守安全操作规程；

2.注意适当休息。

5、振动危险：导致多种神经和血管的疾病。

应采取的措施：注意适当休息。

6、烟尘导致的危险：接触或吸入有害的粉尘而导致的危险。

应采取的措施：注意通风设备的保养。

（2）设计安全功能的架构

①防护门的安全回路设计。以防护门为例。根据上述的风险分析结果,防护门的安全等级需要达到GB/T16855.1-2008的PLe,因此根据相应的设计架构的要求,需要采用专用的安全控制模块来监测安全传感器的信号变化,并以此来控制执行装置的动作。此处的输入信号及输出信号均需采用冗余结构，且需要对执行装置的实际状态进行监测,这里可以采用将接触器的辅助触点接入反馈回路的方式进行监测。一个带有两个常闭触点的行程开关接入安全控制模块(以西门子的模块化安全系统MSS为例)的输入端T1/IN1和T2/IN2(注:T1/T2是系统自动提供的两个不同频率的测试脉冲信号,用于诊断功能),也就是说,打开防护门时,模块化安全系统监测到输入端的安全输入信号发生了变化,根据预先组态的逻辑架构输出结果,切断相应的安全输出,从而使相关的受控装置可靠地执行预期的运行动作。如果机器具备了再次投入运行的条件,则在关闭防护门后,按下接在接线端子IN3的复位按钮，触发模块化安全系统内部的逻辑块的输入端，就会使受控装置具备再次运行的条件。此时,安全输出端所连接的执行装置就会根据逻辑结果进行预期的运行动作。执行装置-Q1、-Q2的辅助触点串联后,接入接线端子IN4,作为反馈回路。

②针对CNC双柱式立式机床的安全控制回路设计。与设计防护门的道理相同,也需要考虑包括急停按钮、主轴的超速、转向以及停止状态的监控。同时需要将模式选择信号纳人安全控制系统的考虑范围。

③带有联锁装置的防护门的安全控制回路设计。此部分的设计需要考虑操作模式，也就是说,机床在运行模式下,带有联锁装置的防护门是处于锁闭状态,操作人员是无法打开防护门的,这样就可以有效避免出现伤人的事故的出现；而处于维修/手动模式时,操作人员可以接触到主轴、加工件,但前提是,需要手动解锁后,在规定的时间内打开防护门,否则防护门会再次锁闭,此时主轴的转速可能需要限制在50r/min。   

文章引用全国机械安全标准化技术委员会编著，中国质检出版社、中国标准出版社出版的《机械安全标准应用指南》。

来源｜徐多多
编辑｜刘李文青

审核｜程彦娜

复审｜周竞

终审｜张爱梅