高速切削-课件 (3)课件

机械安全技术第二章金属切削加工安全第一节金属切削加工基本知识金属切削加工是利用切削工具从工件上切除多余金属的加工方法。金属切削加工分为机械加工和钳加工两大类。机械加工是利用机械力对各种工件送行加工的方法，主要用于制造零件。为了适应零件各种表面加工时需要，其有车削、钻削、铣削、刨削和磨削等。钳加工是一般在钳台上以手工工具为主，对工件进行的各种加工方法，主要用于机器的修配。切削运动切削运动按其作用分为主运动和进给运动两种：1、主运动：这是切下切屑时主要运动，如图1.1中所示的v。，通常它的速度最高，消况功率最多。一般每种切削加工只有一个主运动。2、进给运动：使新金属层不断投入切削的运动，如图1.1个所示的f。，通常它的速度较消耗功率较小。进给运动和主运动组合后，就能保持切削工作连续进行，形成所需要的表面。根据表面形成的而需要，进给运动可以是一个、二个或多个。机械加工工艺系统机床刀具工件夹具机床(1)定位部分定位部分包括机床的基础部件、导向部件、工件和刀具的定位和夹紧部件等。(2)运动部分运动部分包括机床的主运动传动系统和进给运动传动系统。(3)动力部分动力部分包括为机床提供动力源的电动机、液压泵、气源等。(d)控制部分控制部分包括机床的各种操纵机构、电气电路、调整机沟、检测装置、数控系统等。机床分类根据国标GB／T15375-1994金属切削机床按加工性质和所用刀具可分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。刀具刀具是切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量和成本的最活跃的因素。刀具由功削部分和刀体两部分组成。前者用来直接参加切削工作；后者用来将刀具正确夹持在机床上。刀具切削性能的优劣主要决定于切削部分的材料和几何形状。在切削加工中，不同的刀具有不同的几何形状。其中车刀是最基本的一种刀具，而其它刀具皆可视为由车刀演变而成。如钻头可视为两把车刀组成；铣刀的每个刀齿可看成是一把车刀，它们在几何形状上有许多共同点。因此，正确理解车刀的几何形状，是认识其他刀具的基础。工件工件是机械加工过程中被加工对象的总称，是机械加工工艺系统的核心。各种加工方法都是围绕工件的被加工表面类型、结构特征、材料、技术要求等而建立的。夹具夹具指的是在机械加工过程中，为保证加工精度而采用的保证工件相对于机床和刀具正确相对位置．并保证加工过程中不因外力的作用而改变已有正确位置的工艺装备的总称。金属切削过程金属切削过程是指从工件表面切除一层多余的金属，从而形成切屑和已加工表面的过程。在切削过程中，将产生一系列的物理现象，如积屑瘤、切削力、切削温度和刀具磨损等。切屑的形成及类型金属切削过程实际上就是切屑的形成过程。积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时，在前刀面近切削刃处常粘附着一个很硬的金属楔块，这个楔块称积屑瘤，如图1．20所示。切削热切削热的产生、传出及其影响切削过程中，由于被切削材料层的变形、分离以及刀具与被切削材料间的摩擦而产生的热量，称切削热。切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围介质传出。各部分传出的比例，一般是切屑最多，其次是工件、刀具和周围介质(空气)。第二节车削加工安全车削加工由于其加工范围广泛，在机器加工行业中是使用得最为广泛的一种，在机械加工车间中占到设备总数的40%，车床的数量大、人员多、加工范围广，使用的工具、卡具又很繁多、所以车削加工的安全技术问题，就显得特别重要。车削加工方法特点及其工艺特点主运动是工件的旋转，进给运动则有多种形式。相配合可完成各种表面加工：主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。

车削加工发生伤害事故的主要原因车削加工的危险因素主要来自两个方面：一是工件及其夹紧装置（卡盘、花盘、鸡心夹、顶尖及夹具）、传动装置（轴.光杠.丝杠齿轮）的旋转；二是切削过程中行进的刀具和切削产生的飞溅的、边缘锋利的、具有较高温度的切屑。有害因素：粉尘、噪声、振动等教材107页1、切屑的伤害及防护措施。车床上加工的各种钢料零件韧性较好，车削时所产生的切屑富于塑性卷曲，边缘比较锋利。在高速切削钢件时会形成红热地、很长的切屑，极易伤人，同时经常缠绕在工件、车刀及刀架上，所以工作中应经常用铁钩及时清理或拉断，必要时应停车清除，但绝对不许用手去清除或拉断。为防止切屑伤害常采取断屑、控制切屑流向措施和加设各种防护挡板。断屑的措施是在车刀上磨出断屑槽或台阶；采用适当断屑器，采用机械卡固刀具。2、工件的装卡。在车削加工的过程中，因工件装卡不当而发生损坏机床、折断或撞坏刀具以及工件掉下或飞出伤人的事故为数较多。所以，为确保车削加工的安全生产，装卡工件时必须格外注意。车削加工安全操作1、穿好工作服，长发放在护法帽内，不得带手套进行操作。

2、在车床主轴上装卸卡盘，一定要停机后进行，不可利用电机的力量来取下卡盘。

3、夹持工件的卡盘、拨盘最好使用防护罩，以免绞住衣服或身体的其他部分，如无防护罩，操作时应注意保持一定的距离。

4、永顶尖装夹工件时，要注意顶尖中心与主轴中心孔应完全一致，不能使用破损或歪斜了的顶尖，使用前应将顶尖、中心孔擦干净，尾坐顶尖要顶牢。

车削加工安全操作（续）5、车细长工件时，为保正操作安全和加工质量，应采用中心架或跟刀架，超出车床范围的加工部分，应设置移动试防护罩和安全标志。

6、车削形状不规则的工件时，应装平衡块，在试转平衡后再切削。

7、刀具装夹要牢靠，刀头伸出部为不要超过刀体的1.5倍刀具下垫片的形状、尺寸相一致，垫片应尽能少而平。8、除车床上装有运转中能自动测量的量具外，均应停机并将刀架移动到安全位置后再测量工件。车削加工安全操作（续）9、切削时产生的带状切削，螺旋状长切削，应使用钩子及时消除，严禁用手拉。10、为防止崩碎切屑伤人，应在适当的位置安装透明挡板（透明防护罩）。

11、需要用砂布打磨工件表面时，应把刀具移动到安全位置，并注意不要让手和衣服接触工件表面。磨内孔时，不得用手指持砂布，应使用木棍，同时车速不要太快。

12、禁止把工具，夹具或工件放在车床床身上和主轴变速箱上。

车削加工安全操作（续）13、拨盘、卡盘应设置可动式防护罩，光杆、丝杆可用伸缩防护罩，皮带和挂轮在车床出厂时一般都有联锁防护罩。

14、正常的进行刀具装夹。车刀装夹方法不正确会造成车刀断裂崩碎，崩碎飞出的刀具碎块会伤害操作者。因此车刀在刀架上伸出的长度不应过大，伸出的长度越大，由于切削力作用会产生振动，使刀刃崩飞而伤人。外圆车刀的安装高度如过度，有可能引起”扎刀”崩刀，特别是使用任性较差的硬质合金车刀时更易引起崩刃。

车削加工安全操作（续）15、正确的进行工件装夹。选择正确的装夹工件方法是保证操作安全的重要工作。装夹工件时，应根据工件的长径比(工件长度与其直径之比)确定合适的装夹方法。常用的装夹工具有卡盘、拨杆、鸡心夹、中心架或跟刀架、顶尖等。如果装夹不正确，工件会因弯曲而变形，在高速旋转时会使工件甩弯而击伤操作者。车床安全防护装置破坏式剪切销：销钉装入经过淬火的两段钢制套管中，过载时即被剪断。这类联轴器由于销钉材料机械性能的不稳定及制造尺寸误差等原因，致使联轴器工作精度不高，而且销钉剪断后，不能自动恢复工作能力，必须停车更换销钉。但由于基结构简单，所以在很少过载的机器中常采用。

参见教材104页图3-19摩擦式安全离合器利用调整螺钉1来调整弹簧2对内、外摩擦片组3、4的压紧力，从而控制离合器所能传递的极限转矩。当载荷超过极限转矩时，内、外摩擦片接触面间会出现打滑，以此来限制离合器所传递的最大转矩。

摩擦离合器：AMN型内张摩擦式安全联轴器是摩擦式安全联轴器的一种结构型式，利用两个圆柱螺旋弹簧通过中间环压紧弓型摩擦片，使摩擦副之间产生摩擦力，该摩擦力的大小决定了联轴器的滑动转矩。通过更换弹簧以调整联轴器的滑动转矩。传递的转矩超出联轴器的滑动转矩时，联轴器主、从动侧之间打滑；当传递的转矩低于滑动转矩时，联轴器两侧无相对滑动，自动恢复正常工作。在使用范围内正常工作，一般不需更换零部件，在正确选用AMN型内张摩擦式安全联轴器的前提下，可以有效地部分减缓轴系传动起动时的冲击载荷，使机器匀加速起动，同时可防止因超载而烧毁电动机。可用于需过载安全保护的工况条件，以避免关键零部件的破坏。第三节磨削加工安全磨削是一种被广泛使用的切削加工方法。主要用于零件的精加工和超精加工。磨削过程一、主运动砂轮的旋转运动是主运动二、进给运动1、外圆、内圆磨削工件旋转进给运动工件相对砂轮的轴向进给运动2、平面磨削工件纵向进给运动砂轮相对于工件的轴向进给运动三、切入运动磨削加工的特点磨具的运动速度高磨具的非均质结构磨削的高热现象磨具的自砺现象砂轮磨具中使用量最大的是砂轮，危险性最大的也是砂轮。因此，砂轮的安全是磨削机械防护的重点。

砂轮是由磨料、结合剂混合，经过高温、高压制造而成，是由磨料、结合剂、孔隙三要素组成的非均质体。

磨料、粒度、结合剂、组织、硬度、形状和尺寸是砂轮的六大特性，对砂轮安全有很大影响。在磨削加工中，作用在砂轮上的力有磨削力、砂轮卡盘对砂轮的夹紧力、由于磨削热使砂轮产生的热应力、砂轮高速旋转时的离心力等，诸因素中对砂轮安全影响最大的作用力是离心力。

提高结合剂的粘接强度。例如在陶瓷结合剂中加入一定量的棚、钾、钡、钙等元素，增强砂轮的抗拉强度；采用合理的砂轮尺寸，尽量避免外径、内径尺寸相差过大；在砂轮内孔区采取补偿措施。

砂轮装置磨削机械安全防护的重点是砂轮，砂轮的安全不仅由自身的特性和速度决定，而且与砂轮装置的各组成部分有直接关系。组成砂轮装置的各元件通过各自的安全技术措施，保障磨削加工作业的安全。

图12－5砂轮装置图

1-砂轮2-砂轮卡盘3-砂轮主轴4-垫片5-紧固螺母

砂轮主轴砂轮主轴用来承载支持砂轮，并将传动系统的动力和速度传递给砂轮。强度要求刚度要求防松脱的紧固措施砂轮与主轴的配合适宜

砂轮卡盘砂轮卡盘用于紧固砂轮，传递驱动力，并具有一定的保护功能。当砂轮意外破裂时，可阻挡大块砂轮碎块飞出。一般用途的砂轮卡盘直径不得小于被安装砂轮直径的1/3，切断用砂轮的卡盘直径不得小于被安装砂轮直径的1/4。砂轮卡盘应有足够的刚度，在与砂轮夹紧装配后，压紧面不得发生翘曲，接触面应平整、均匀。卡盘与砂轮侧面的非接触部分应有不小于1.5mm的足够间隙。砂轮卡盘结构应均匀平衡，以免旋转时产生不平衡力；各表面应保证平滑无锐棱，防止对砂轮局部产生集中力或锐棱损坏砂轮。砂轮卡盘的材料一般采用抗拉强度不低于415MPa的材料，保证卡盘的刚度和强度。

砂轮防护罩砂轮是磨削机械安全防护的重点，但仅靠砂轮自身的强度和砂轮卡盘一定限度的保护作用，仍不能保证防止砂轮意外。砂轮还必须装有砂轮防护罩才能使用。材料和壁厚2、最大安全开口尺寸限制最大安全开口尺寸的限制分为总开口度和中心水平线以上部分开口度两个要求。总开口度愈小，砂轮破碎时的冲击域就愈小；水平线上部开口度愈小，对人体重要部位（如头、胸部）伤害的概率就愈小，防护罩的安全性能愈易于实现。

图12－8砂轮防护罩开口角

(a)外圆磨削(b)平面磨削(卧轴式)(c)用砂轮上部磨削(d)通常用砂轮机3、防护罩与砂轮的安全间隙砂轮与防护罩之间的距离是保证防护罩任何部位不得与砂轮装置各运动部件接触。砂轮使用的安全管理要求磨削机械的安全使用和管理，主要是围绕保证砂轮的安全进行。从砂轮运输、存储，使用前的检查，砂轮的安装、修整，到磨削机械的操作，其中任一环节的疏忽都会给磨削机械埋下安全隐患。砂轮的检查砂轮的安装砂轮的平衡试验砂轮的修整砂轮的储运

磨削作业的安全操作要求除内圆磨削用砂轮、手提砂轮机上直径不大于50mm的砂轮，以及金属壳体的金刚石和立方氮化棚的砂轮外，一切砂轮必须在装有砂轮防护罩的磨削机械上使用。对此，我国磨削加工安全标准有明确规定。在任何情况下都不允许以超过砂轮安全的速度进行磨削。这项要求通过与之配合的砂轮主轴的合理转速来保障，并应定期校核主轴转速，在更换新砂轮时还应进行必要的验算。3、根据砂轮结合剂种类正确选择磨削液。树脂结合剂不能使用碱性物含量大于1.5%的磨削液，橡胶结合剂不能使用油基磨削液。使用时，砂轮应全部浸入磨削液中；磨削结束时，应先停止磨削液，砂轮继续旋转到磨削液甩净为止。湿式磨削需设防溅挡板。4、磨削时，应在砂轮运转平稳后再使工件吃刀，砂轮退出后再停车。工件加工结束或告一段落时，应将有关操纵手柄放在空档位置。5、在寒冷工作场地使用砂轮时，应注意逐渐增加负荷直到满足使用要求，保证砂轮温升均匀。低于0℃不得使用磨削液。6、定期检查砂轮装置的安全状态。检查重点包括卡盘和主轴缺陷、砂轮在直径和厚度的磨损是否过量变形、平衡块是否损坏等，出现异常应及时维修或更换。发生砂轮破坏的机械须检查测定砂轮装置的全部元件，确认安全方可继续使用。7、磨削镁合金工件容易引起火灾，应保持有效的通风，润湿粉尘，并及时清除通风装置管道里的粉尘，采取严格防护措施。磨削加工的个人安全卫生防护措施在干式磨削操作中，粉尘、研磨剂、磨粒和碎屑通常会损伤操作者的眼睛，可采用佩戴眼镜或护目镜、固定防护屏等有效地保护眼睛。磨削加工操作间应配置有效的局部通风除尘装置，防止干式磨削粉尘危害。移动式砂轮作业因不便使用通风设施，应避免长时间操作，必要时可配备个人防尘呼吸用品。金属研磨工特别注意防止铅化合物等重金属污染，应配备保护服、完善的卫生洗涤设备和必要的医疗管理。

磨削加工危险因素1、机械伤害

机械伤害是指磨削机械本身、磨具或被磨削工件与操作者身体接触、碰撞所造成的伤害。例如，磨削机械的运动零部件木加防护或防护不当，夹持不牢的加工件甩出，操作者与高速旋转的磨具触碰造成擦伤，或由于磨具破裂，高速运动的碎块飞出伤人等。2、噪声危害

磨削机械是高噪声机械，磨削噪声来自多因素的综合作用，除了磨削机械自身的传动系统噪声、干式磨削的排风系统噪声和湿式磨削的冷却系统噪声外，磨削加工的切削比能大、速度高是产生磨削噪声的主要原因。在进行粗磨、切割、抛光和薄板磨削作业，以及使用风动砂轮机时，噪声更大，有时高达115dB(A)以上，对操作者听力会造成损伤。3、粉尘危害

磨削加工是微量切削，切屑细小，尤其是磨具的自砺作用，以及对磨具进行修整，都会产生大量的粉尘。细微粉尘可长时间悬浮于空气中不易沉落，据测定，干式磨削产生的粉尘中小于5μm的颗粒平均占90.3%，很容易被吸入到人体肺部。长期大量吸入磨削粉尘会导致肺组织纤维化，引起尘肺病。4、磨削液危害

湿式磨削采用磨削液以改善磨削的散热条件，对防止工件表面烧伤和裂纹，冲洗磨屑，减少摩擦，降低粉尘有很重要的作用。但有些种类的磨削液及其添加剂对人体有影响，长期接触可引起皮炎；油基磨削液的雾化会使操作环境恶化，损伤人的呼吸器官；磨削液的种类选择不当，还会侵蚀磨具，降低其强度，增加磨具破坏的危险性；湿磨削和电解磨削若管理不当，还会影响电气安全。此外，研磨用的易燃稀释剂、油基磨削液及其雾化，磨削时产生的火花，特别是磨削镁合金，也是引起火灾的不安全因素。

机械伤害危险主要存在于操作区，粉尘、噪声等危害还会影