数控实训过程中的安全隐患与防护

王爱华, 石端伟

(武汉大学 大学生工程训练与创新实践中心， 武汉 430072)

0 引 言

工程训练中心是提高大学生实践能力的重要教学基地，随着国家对高校实践教学日益重视，高校十分重视工程训练中心的建设规范、教学稳定和条件改善。通过工程训练环节，让学生亲自动手，并在实践中学习，加强素质教育，提高学生的实践能力和综合素质，从而激发学生的创新精神和提高创新能力。

武汉大学在基础教育建设中不断加大对工程训练中心的投入。在2002年成立“工程训练中心”的基础上，于2016年成立了“大学生工程训练与创新实践中心”，为工程训练实践教学惠及全校学生提供了良好条件。随着国家对《中国制造2025》提出，工程训练过程中基础制造技术和先进制造技术实训所占比重也悄然发生变化，先进制造技术实训份额越来越大[1]。数控技术是现代先进制造技术的代表性技术，数控加工技术的实训(简称数控实训)正在成为工程训练的重点训练环节，有些高校已将“数控加工技术实训”单独设立课程[2-3]。

然而，现有的教材更多的是关注数控实训加工过程中的操作及技术，对于安全隐患分析和安全防护介绍的较少。国内许多学者和高校也逐渐意识到数控实训过程的安全教学问题，并提出了一些数控实训安全化管理的建议和方法[4]；也有学者分别分析了数控实训教学中的安全隐患和安全防护[5-7]。现结合我校工程训练与创新实践中心的教学实践，从教学过程中遇到的安全问题出发，详细分析了数控教学过程中的安全隐患，并且结合教学实践经历给出了安全防护措施和建议。

1 数控实训中的安全隐患

数控实训过程中，由于数控车床属于大动力设备，人与设备之间又存在频繁密切的接触；另一方面教师所面对的学生大多对数控车床的操作并不十分熟练，因此在实训过程中存在着较大的安全隐患，事故率较高[8-10](详见表1)。① 设备动力大、转速高，一旦发生事故就是大事故，对操作者的安全性要求高。② 实训学生全部为初学者，操作积极性高，但安全意识差、并且缺乏相关的工艺知识[11]，因此事故率偏高。③ 实训指导教师偏少，设备台套数相对偏多[12-13]。以某大学的大学生工程训练实践中心为例，目前有数控车床指导教师1人、数控铣床指导教师1人，而数控车床有6台、数控铣削加工中心有5台。如果是多台机床同时开机的情况下，指导教师根本无法顾及全部细节，事故率高也就不可避免了。④ 数控程序编写错误也是发生事故的另一主要原因，而实训学生编写的程序错误率又往往比较高[14]。⑤ 设备价值高(简易型数控机床也要10万元左右，而生产型机床都在几十万元)，一旦发生事故损失都会比较大。

表1 数控车实训常见事故及后果分析

由于数控实训过程中存在上述安全隐患[15]，因此全国高校工程训练中心的数控实训，绝大多数都是以训练编程为主，辅以少量的机床操作训练。或者机床数量较多而实际启用的较少，或者只执行机床原来存储的程序。更有甚者数控实训开成了理论课，实际操作环节用观看视频和操作演示来代替。这样做事故发生的概率是降下来了，但是却偏离了工程训练的目的，严重影响了同学们的学习积极性，对几百万元至上千万元购置的设备来说是极大的浪费。

2 教学中的安全防护措施

根据多年来在数控实训指导第一线的工作，在实践中总结出了一系列数控实训教学过程中的安全防护措施，对保障学生的人身安全、设备安全，减轻事故损失有着实际指导意义[16]。

2.1 树立学生安全意识

实训面对的学生主要是大一、大二的学生，他们大都初次接触数控车床，对于实际操作并不熟悉。另一方面，在课堂中的先进制造相关课程对于安全教学方面重视不够。学生进入工程训练教学场地，缺乏足够的安全意识和安全防护知识。因此，在学生接触工程实训之前，特别是实训初期，就要让同学们建立牢固的安全意识,并且在实训过程中要反复强调。通过每一次反复的强调，每一次教学的反复指导，使学生树立牢固的安全意识，养成良好的安全操作习惯。

2.2 安全操作仿真训练

(1) “数控仿真”训练。在教会同学们如何数控编程以后，要进行较长时间的“数控仿真”训练。在学生实际加工之前，采用数控仿真训练可大大降低学生数控实训的不安全行为。其主要作用如下：① 对机床操作过程中的关键操作环节进行强化(见图1)。② 由于计算机相对于数控机床，价格相对低廉，并且占用场地不大。因此可以通过仿真环节解决机床台套数不足的问题。③ 对学生所编程序进行一定程度的检验，仿真检验通过的程序，输入机床，可以消除相当部分的错误，而数控机床加工过程中的错误，80%以上是由程序错误造成的(见图2)。④ 通过仿真可以修改不合理的加工路径(见图3)。⑤ 因为仿真过程中，刀具路径可以观察，还可以及时修改。即使有碰刀等错误也没有危险，更不会有损失，所以可以让学生放手操作。

图1 回参考点提示图2 碰刀提示

图3 刀具路径

⑥ 让学生一开始就养成关门操作的习惯，即使发生事故，也不至于伤人(见图4)。

图4 关门提示

(2) 数控编程技巧。掌握数控编程的几个基本技巧的，有助于机床、刀具的安全把控：① 程序的开头要设置安全语句；② 凡是快速定位过程中(即用G00时)刀具与工件都不能有接触；③ 凡是需要换刀时，都需要到安全地点(换刀点)进行。

(3) 熟悉数控仿真系统缺陷。仿真也不是万能的，仿真熟练以后，或者说仿真检验过的程序，也并非在机床加工过程中就不会出事故，比如，刀具进刀退刀过程中与工件之间有干涉，仿真软件并不能完全真实反映出来；操作方法上与机床之间依然有一定差距，如程序号后的分号在机床输入时，必须与程序号分开来两次插入，而在仿真过程中，一次插入也可以。再比如：在仿真过程中，无论在任何时候，从程序输入转换成程序自动运行，光标都会自动跳回到程序号上后，才可以转换成自动运行状态等。

因此，让学生了解并掌握数控仿真系统存在的缺陷，也是防止事故发生的重要因素之一。

2.3 分阶段安全实训

在实训过程的不同阶段，选用不同的工件材料，为安全实训设置最后屏障。在实训的开始阶段，由于同学们对编程的规则、技巧掌握不够熟练，对工艺参数的制订原则更是无从谈起，因此选用加工性能好，安全性能高的灰塑料棒作为工件毛坯，并且棒料直径不宜太粗(建议采用：φ25)。即使程序有错误，或者其他原因造成的事故，首先损坏、折断的是工件的毛坯，一般不至于损坏刀具，更不会损坏机床，使损失控制在最小范围内。待学生机床操作较熟练、编程技巧掌握并有了一定的工艺知识后，再将毛坯材料升级为有机玻璃棒、尼龙棒，根据经费允许的情况，也可以升级至合金铝棒，黄铜棒等。更进一步熟练后可采用与生产实际更接近的黑色金属(45钢棒)，同时开启冷却液的使用，逐步达到生产加工过程的状态。

2.4 宽口径实训安全指导

在课程安排不冲突的情况下，数控车与数控铣、数控车与普通车、数控铣与普通铣等工种之间指导教师打通进行指导机床操作的关键环节，如初始操作和对刀操作等，从而提高师生比，操作中坚持互相帮助，互相监督，互相提醒，保证数控实训的安全、有序进行。

3 结 语

数控设备操作虽然存在较高的危险性，数控实训教学不仅要重视学生的技术提高和操作动手能力，还需要加强学生的安全意识和安全防护。数控实训的安全隐患是可以杜绝的，只要学生树立牢固安全意识，接受安全操作培训和安全防护的学习，通过技术手段和安全教学管理，为“推进理论创新，制度创新，科技创新，文化创新等各方面创新”提供有力的安全保障。

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