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第二节金属切削机床及砂轮机安全技术
注册安全工程师，安全生产技术基础，第一章第二节，金属切削机床及砂轮机安全技术
编辑于2023-07-02 10:03:39 安徽- 注册安全工程师
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第二节 金属切削机床及砂轮机安全技术
一、金属切削机床存在的主要危险
（一）机械危险
1、卷绕和绞缠
1.做回转运动的机械部件：轴类
2.回转件上的突出形状：突出键、螺栓或销钉
3.旋转运动的机械部件的开口部分：轮辐
2、挤压、剪切和冲击
①接近型的挤压危险。两部件相对运动、运动部件相对静止部位运动，运动结果是两个物件相对距离越来越近，甚至完全闭合。如工作台、滑鞍（或滑板）与墙或其他物体之间，刀具与刀座之间，刀具与夹紧机构或机械手之间，以及由于操作者意料不到的运动或观察加工时产生的挤压危险。
②通过型的剪切危险。相对错动或擦肩而过，如工作台与滑鞍之间，滑鞍与床身之间，主轴箱与立柱（或滑板）之间，刀具与刀座之间的剪切危险。
③冲击危险。工作台、滑座、立柱等部件快速移动、主轴箱快速下降、机械手移动引起的冲击危险。
3、引入或卷入、碾轧的危险
①啮合的夹紧点。如蜗轮与蜗杆、啮合的齿轮之间、齿轮与齿条、皮带与皮带轮、链与链轮进入啮合部位。
②回转夹紧区。如两个做相对回转运动的辊子之间的部位。
③接触的滚动面。如轮子与轨道、车轮与路面等。
4、飞出物打击的危险
①失控的动能。机床零件或被加工材料/工件、运动的机床零件或工件掉下或甩出；切屑（最易伤人是带状屑、崩碎屑）飞溅引起的烫伤、划伤，以及砂轮的磨料和细切屑使眼睛受伤。
②弹性元件的位能。如弹簧、皮带等的断裂引起的弹射。
③液体或气体位能。机床冷却系统、液压系统、气动系统由于泄漏或元件失效引起流体喷射，负压和真空导致吸入的危险。
5、物体坠落打击的危险
①如高处坠掉的零件、工具或其他物体。
②悬挂物体的吊挂零件破坏或夹具夹持不牢引起物体坠落。
③由于质量分布不均、外形布局不合适、重心不稳，或有外力作用，丧失稳定性,发生倾翻、滚落。④运动部件运行超行程脱轨等。
6、形状或表面特征的危险
①锋利物件的切割、戳、刺、扎危险。如刀具的锋刃，零件的毛刺、工件或废屑的锋利飞边；机械设备尖棱、利角、锐边等。
②粗糙表面的擦伤。如砂轮表面、粗糙的毛坯表面等。
③碰撞、剐蹭和冲击危险。如机床结构上的凸出、悬突或悬挂式部位，支腿、吊杆、手柄等；长、大加工件伸出机床的部分等。如果是运动状态，还可能造成冲击的危险。
7、滑倒、绊倒和跌落危险
①磕绊跌伤。由于地面堆物无序、管线（电线和电缆导管、油管、气管和冷却管）布置无序、无遮盖保护形成障碍，或地面凸凹不平、坑沟槽等导致。
②打滑跌倒。机床的冷却液、切削液、油液和润滑剂溅出或渗漏造成地面湿滑，或由于地面过于光滑、冰雪等导致接触面摩擦力过小。
③人员在高处操作、维护、调整机床时，从工作位置跌落，或误踏入坑井坠落等。
（二）电气危险
（1）触电的危险（直接或间接触电）。带电体无保护或保护不当、电气设备绝缘不当或绝缘失效、电气设备未按规定采取接地措施。
（2）电气设备的保护措施不当。电气设备无短路保护或保护不当，电动机无过载保护或过载保护不当，电动机超速引起的危险，电压过低、电压过高或电源中断引起的危险。
（3）电气设备引起的燃烧、爆炸危险。
（三）热危险
（1）由于接触高温加工件、高温金属切屑以及热加工设备的热源辐射引起的烧伤和烫伤；接触液压系统发热的元件或油液引起的烫伤危险。
（2）由过热或过冷对健康造成的伤害。如接触或靠近极高或极低温状态下的机械零件或材料，造成对人的伤害。
（3）作业环境过热或过冷对健康造成的危害。
（四）噪声危险
由于作业场所的噪声不符合规定而对人听力造成损伤和其他生理紊乱；对语言通讯和声讯信号造成干涉。
机床的噪声超标会导致人耳鸣、听力下降或疲劳和精神压抑等疾病。
（五）振动危险
切削过程中，刀具与工件之间经常会产生自由振动、强迫振动或自激振动（颤振）等类型的机械振动。
振动会影响加工表面质量，降低机床和刀具的寿命，并引起噪声，导致各种精神疾病等。
（六）辐射危险
（1）电弧、激光辐射造成视力下降、皮肤损伤。
（2）特种加工的电火花加工、电子束离子束加工产生较强X射线等离子化辐射源。
（3）电磁干扰使电气设备无法正常运行或产生误动作，电磁辐射损害人身健康的危险。
（七）物质和材料产生的危险
（1）接触或吸入有害液体、气体、烟雾、油雾和粉尘等。
（2）现场的发火因素，如干式磨削产生的火花、冷却液、油液易燃或加工易燃材料引起的火灾危险；抛光金属（如镁、铝合金）零件产生具有爆炸性粉尘的危险。
（3）生物和微生物，冷却液、油液发霉和变质的危险。
（八）设计时忽视人机工效学产生的危险
（1）作业频率和强度不当，造成操作者精神紧张、心理负担过重及疲劳。
（2）作业位置（工作台、座椅）和操纵装置（手轮、手柄、按钮站）不适，导致不利健康的姿势和操作力过大。
（3）忽视人员防护装备的使用，未使用人员防护装备或防护装备使用不当。
（4）不符合要求的作业照明，如照度不够，阴影、眩光、频闪等。
（5）符号标识不清、操作方向不一致引起的误操作危险。
（九）故障、能量供应中断、机械零件破损及其他功能紊乱造成的危险
（1）机床或控制系统能量供应中断。动力中断或波动造成机床误动；动力中断后重新接通时，机床自行再启动引起的危险。
（2）动力中断、连接松动、元件破损。刀具、工件、机床零件意外甩出，压力气体或液体的意外喷出的危险。
（3）控制系统的故障或失灵、选择和安装不符合设计规定。引起机床意外启动或误动作、速度变化失控和运动不能停止；机床主轴过载和进给机构超负荷工作；控制件功能不可靠引起的危险。
（4）数控系统由于记忆失灵和保护不当及与各种外部装置间的接口连接使用不当引起的危险。
（5）装配错误。机床部件装配错误和导管、电缆、电线或液压、气动管件等连接错误引起的危险。
（6）机床稳定性意外丧失。机床及其附件产生翻倒、落下或异常移动；配重系统中元件断裂引起倾覆的危险。
（十）安全措施错误、安全装置缺陷或定位不当
1、防护装置性能不可靠，存在漏保护区，使人员有可能在机床运转过程中进入危险区产生的危险。
2、保护装置。互锁装置、限位装置、压敏防护装置性能不可靠或失灵引起的危险。
3、信息和报警装置。能量供应切断装置和机床危险部位未提供必要安全信息（安全色和安全标志）或信息损污不清，报警装置未设或失灵。
4、急停装置性能不可靠，安装位置不合适。
5、安全调整和维修用的主要设备和附件未提供或提供不全。
6、气动排气装置安装、使用不当，气流将切屑和灰尘吹向操作者。
7、进入机床（操作、调整、维修等）措施没有提供或措施不到位。
8、机床液压系统、气动系统、润滑系统、冷却系统压力过大、压力损失泄漏或喷射等引起的危险。
二、安全要求和安全技术措施
（一）防止机械危险安全措施
1.机床结构
（1）稳定性。机床的外形布局应确保具有足够的稳定性，不应存在按规定使用机床时意外翻倒、跌落或移动的危险。
（2）机床外形。可接触的外露部分不应有可能导致人员伤害的锐边、尖角和开口；机床的各种管线布置排列合理、无障碍，防止产生绊倒等危险；机床的突出、移动、分离部分应采取安全措施，防止产生磕伤、碰伤、划伤、别伤的危险。
2.运动部件
（1）有可能造成缠绕、吸入或卷入等危险的运动部件和传动装置（如链传动、齿轮齿条传动、带传动、蜗轮传动、轴、丝杠、排屑装置等）应予以封闭、设置防护装置或使用信息提示。通常传动装置采用隔离式防护装置，如齿轮、链传动采用封闭式防护罩,带传动采用金属骨架的防护网，保护区域较大的范围采用防护栅栏。需要人员近距离作业的操作区，刀具和运动部件的防护，应针对性采用符合要求的保护装置。
（2）凡在作业上方有物料传输装置、带传动装置以及上方可能有坠落物件的下方,应设置防护廊、防护棚、防护网等防护。
（3）运动部件与运动部件之间、运动部件与静止部件（包括墙体等构筑物）之间，不应存在挤压危险和剪切危险，否则应限定避免人体各部位受到伤害的最小安全距离（表1-6）或按有关规定采用防止挤压、剪切的保护装置。
（4）运动部件在有限滑轨运行或有行程距离要求的，应设置可靠的限位装置。
（5）对于有惯性冲击的机动往复运动部件，应设置缓冲装置。
（6）对于可能超负荷（压力、起升量、温度等）发生部件损坏而造成伤害的，应设置超负荷保护装置，并在机床上或说明书中标明极限使用条件。
（7）运动中可能松脱的零部件必须采取有效措施加以紧固，防止由于启动、制动、冲击、振动而引起松动、脱离、甩出。
（8）对于单向转动的部件应在明显位置标出转动方向，防止反向转动导致危险。（9）运动部件不允许同时运动时，其控制机构应联锁，不能实现联锁的，应在控制机构附近设置警告标志，并在说明书中加以说明。
3.夹持装置
（1）夹持装置应确保不会使工件、刀具坠落或甩出，尤其是当紧急停止或动力系统故障时，必要时限定其最高安全速度或转速。
（2）机动夹持装置夹紧过程的结束应与机床运转的开始相联锁；夹持装置的放松应与机床运转的结束相联锁。机床运转时，工件夹紧装置不应动作；未达到预期安全预紧力时，工件驱动装置不应动作；工件夹紧力低于安全值或超过允许值时，工件驱动装置应自动停止，并保持足够的夹紧力，使其可靠地停下来。
（3）手动夹持装置应采取安全措施，防止意外危险（如钥匙或扳手等手用工具遗留在夹持装置上随机床运转）坠落或甩出，防止产生挤压手指等危险。
4.平衡装置
（1）与机床部件及其运动有关的配重，如果构成危险，应采取安全防护措施，如将其置于机床体内或置于固定式防护装置内等，并防止配重系统元件断裂而造成的危险。
（2）采用动力平衡装置，应防止动力系统发生故障时机床部件坠落而造成的危险。
（3）移动式平衡装置（如配重），应在其移动范围内采取防护措施，防止移动造成的碰撞、夹挤。
5.排屑防喷溅措施
（1）采取断屑措施（控制刀具角度、断屑槽）防止产生长带状屑，设防护挡板防止磨屑、切屑崩飞；大量产生切屑的机床应设机械排屑装置，排屑装置不应构成危险，必要时可与防护装置的打开和机床运转的停止联锁；手工清除废屑，应提供适宜的手用工具，严禁手抠嘴吹。
（2）机床输送高压流体的冷却系统、液压系统、气动系统及润滑系统，应设有防止超压的安全阀或调整压力变化的溢流阀，能承受正常操作时的内压和外压，系统的渗漏不应引起喷射危险；蓄能器应能自动卸压或安全闭锁（特殊情况，断开时还需压力除外）。断开时若蓄能器仍需保持压力，应在蓄能器上示出安全信息；尽可能容纳和有效回收冷却液、切削液、油液和润滑剂，避免其流失到机床周围的地面；设置附加的防护挡板，防止溅出造成的危险。
6.工作平台、通道、开口防止滑倒、绊倒和跌落的措施
（1）当可能坠落的高度超过500mm时，应安装防坠落护栏、安全护笼及防护板等。（2）一般情况下，工作平台和通道上的最小净高度应为2100mm,通道的最小净宽度应为600mm,最佳为800mm。当经常通过或有多人同时交叉通过的通道宽度应为1000mm。如果通道用作撤离线路，其宽度应满足特定法规的要求。平台和通道应防滑和防跌落，并尽量不应使操作者接近机床的危险区。
（3）为了避免绊倒危险，相邻地板构件之间的最大高度差应不超过4mm,工作平台或通道地板的最大开口应使直径35mm的球不能穿过该开口。对下面有人工作的非临时通道，其地板最大开口不应让直径20mm的球体穿过，否则应采用其他适当设施保证安全。
（4）机床的电线和电缆导管、油管、气管和冷却管的排列和布置应不会引起绊倒危险。
（二）电气系统
1.防止触电危险
（1）按照规定要求，加强电气设备的带电体、绝缘、保护接地和电磁兼容的防护。
（2）过电流的保护、电动机的过载和超速保护、电压波动和电源中断的保护、接地故障（或剩余电流）保护等各种电气保护应符合有关规定。
（3）电气设备应防止或限制静电放电，必要时可设置放电装置。
2.控制系统
（1）应确保控制系统功能安全可靠，能经受预期的工作负荷、外来影响和逻辑的错误（不包括操作程序）。即使在控制系统出现故障时，也不应导致危险产生（如意外启动，速度失控、运动无法停止、安全装置失效等）。
（2）控制装置应设置在危险区以外（紧急停止装置、移动控制装置等除外）；清晰可见，与其他装置明显区分，设置必要的标志表示其功能和用途；在操作位置不能观察到全部工作区的机床，应设置视觉或听觉警告信号装置或警告信息，使工作区内人员及时撤离或迅速制止启动。
（3）启动和停止。机床只应在人有意控制下才能启动，包括停止后重新启动、操作状况（如速度、压力）有重大变化和防护装置尚未闭合时；停止装置应位于每个启动装置附近。按下停止装置，执行机构的能量供应切断，机床运动完全停止。
（4）控制模式选择。机床有一种以上工作或操作方式时，应设置模式选择控制装置,每个被选定的模式只允许对应一种操作或控制模式。在特别的安全措施（如减速、减功率或其他措施）下，机床的危险运动部件才允许运转。
（5）紧急停止装置。机床应设置一个或数个紧急停止装置，保证瞬时动作时，能终止机床一切运动或返回设计规定的位置；紧急停止装置的布置应保证操作人员易于触及且操作无危险；形状应明显区别于一般开关，易识别，易于接近；该装置复位时不应使机床启动，必须按启动顺序重新启动才能重新运转。
（6）数控系统。应防止非故意的程序损失和电磁故障；当信息中断或损坏，程序控制系统不应再发出下一步指令，但仍可完成在故障前预先选定的工序；当错误信息输入时，工作循环不能进行；有关安全性的软件不允许用户改变。
（三）物质和材料
（1）主要通过消除或最大程度减小危险的设计（工程）措施来实现。优先采用无毒和低毒的材料或物质，构成机器的材料应是不可燃、不易燃或已降低可燃性（如阻燃材料）的材料。若使用危险和有害作用的生产物料时，应采取相应的防护措施，并制定使用、处理、储存、运输的安全卫生操作规程。
（2）总体设计应采取有效措施消除或最大程度减少有害物质排放，最大限度减少人员暴露于有害物质中。对机床工作时难以避免的生产性毒物、有害气体或烟雾、油雾，应加强监测，采取有效的通风、净化和个体防护措施,控制油雾浓度最大值不超过5mg/m3；工作时产生大量粉尘的机床，应采取有效的防护、除尘、净化等措施和监测装置，使机床附近的粉尘浓度最大值不超过10mg/m3；机床的油箱、冷却箱等宜加盖并便于清理，定期更换冷却液和油液，以防止外来生物和微生物进入。对剩余风险用信息告知。对毒物泄漏可能造成重大事故的设备，应有应急防护措施。
（3）火灾和爆炸。消除或最大程度减小机器自身或物质的过热风险，限制现场可燃、助燃物的量，控制爆炸性气体、粉尘的浓度，防止气体、液体、粉尘等物质产生火灾和爆炸危险。有可燃性气体和粉尘的作业场所，应采取避免产生火花的措施，良好的通风系统（通风空气不应循环使用），综合考虑防火防爆措施和报警系统，合理选择和配备消防设施。
（四）满足安全人机学要求
（1）工作强度、运动幅度、可见性、姿势等应与人的能力和极限相适应；工作位置应适合操作者的身体尺寸、工作性质及姿势；防止操作时出现干扰、紧张、生理或心理危险；对于操作机床会造成伤害的，应提示用户采用个人防护装置。
（2）友好的人机界面设计。
（五）其他危险的安全措施
1.热危险的安全
机床或其组成部件、液压系统的元件、材料存在异常温度热危险时，可采取降低表面温度、绝热材料包覆、设置保护装置（屏障或栅栏）、表面结构糙化、液压系统控制油温等工程措施，加设警示标志，必要时提供个人防护装备。
2.噪声和振动
应采取措施降低机床的噪声和振动对人体健康的影响。
3.电离和非电离辐射
（1）高频、微波、激光、紫外线、红外线等非电离辐射作业，除合理选择作业点、减少辐射源的辐射外，应按危害因素的不同性质，采取屏蔽辐射源、加强个体防护等相应防护措施；使用激光的作业环境，禁止使用镜面反射的材料，光通路应设置密封式防护罩。
（2）对于存在电离辐射的放射源库、放射性物料及废料堆放处理场所，应有安全防护措施，外照射防护的基本方法是时间、距离、屏蔽防护，并应设有明显的标志、警示牌和划出禁区范围。
三、砂轮机安全技术
（一）砂轮机加工的特点
1、砂轮的运动速度高。磨削速度可高达30∽35m/s，甚至更高。
2、砂轮的非均质结构。磨具是由磨粒、结合剂和孔隙三要素组成的复合结构，其结构强度大大低于由单一均匀材质组成的一般金属切削刀具
3、磨削的高热现象。砂轮的高速运动使磨削区产生大量的磨削热。
4、大量磨削粉尘。在正常磨削作业过程中以及对砂轮进行修整时都会产生。
（二）磨削加工危险因素
1、机械伤害
2、噪声危害
3、粉尘危害
4、火灾
（三）砂轮机的安全要求
1、砂轮主轴
1.砂轮主轴端部螺纹应满足防松脱的紧固要求，其旋向须与砂轮工作时旋转方向相反，砂轮机应标明砂轮的旋转方向；
2.主轴的设计应满足能够在允许的最大负荷下工作。
3.砂轮主轴轴端螺纹应有足够的长度，以使整个压紧螺母旋入（L>lcm）;
4.主轴螺纹部分须延伸到紧固螺母的压紧面内，但不得超过砂轮最小厚度内孔长度的1/2（h>H/2）。规范：主轴螺纹部分须延伸到砂轮中心孔内，
2、砂轮卡盘
（1）一般用途的砂轮卡盘直径不得小于砂轮直径的1/3,切断用砂轮的卡盘直径不得小于砂轮直径的1/4;
（2）卡盘结构应均匀平衡，各表面平滑无锐棱夹紧装配后，与砂轮接触的环形压紧面应平整、不得翘曲；
（3）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。规范：砂轮两侧面
3、砂轮防护罩
1.砂轮防护罩的总开口角度应不大于90°，如果使用砂轮安装轴水平面以下砂轮部分加工时，防护罩开口角度可以增大到125°。而在砂轮安装轴水平面的上方在任何情况下防护罩开口角度都应不大于65°。
2.砂轮防护罩任何部位不得与砂轮装置各运动部件接触，砂轮卡盘外侧面与砂轮防护罩开口边缘之间的间距一般应不大于15mm。（规范：安装设计允许的最厚砂轮时。）
3.防护罩上方可调护板与砂轮圆周表面间隙应可调整至6mm以下；托架台面与砂轮主轴中心线等高，托架与砂轮圆周表面间隙应小于3mm。
4.防护罩的圆周防护部分应能调节或配有可调护板，以便补偿砂轮的磨损。当砂轮磨损时，砂轮的圆周表面与防护罩可调护板之间的距离应不大于1.6mm。
5.应随时调节工件托架以补偿砂轮的磨损，使工件托架和砂轮间的距离不大于2mm。
4、电气安全要求
（1）绝缘电阻。电源接线端子与保持接地端之间的绝缘电阻，其值不应小于1MΩ。
（2）保护接地装置连接件和连接点应确保不受机械、化学或电化学的作用而削弱其导电能力，接地装置处应有清晰、永久固定的接地标记。
5、其他要求
1.噪声。砂轮机在空运转条件下，噪声声压级不得超过80dB。
2.干式磨削砂轮机应设置吸尘装置，砂轮防护罩应备有吸尘口，带除尘装置的砂轮机的粉尘浓度不应超10mg/m3。
3.砂轮只可单向旋转，在砂轮机的明显位置上应标有砂轮旋转方向。
（四）砂轮机的使用安全
1.在任何情况下都不允许超过砂轮的最高工作速度，安装砂轮前应核对砂轮主轴的转速，在更换新砂轮时应进行必要的验算。
2.应使用砂轮的圆周表面进行磨削作业，不宜使用侧面进行磨削。
3.无论是正常磨削作业、空转试验还是修整砂轮操作者都应站在砂轮的斜前方位置，不得站在砂轮正面。
4.禁止多人共用一台砂轮机同时操作。
5.发生砂轮破坏事故后，必须检查砂轮防护罩是否有损伤，砂轮卡盘有无变形或不平衡，检查砂轮主轴端部螺纹和紧固螺母，合格后方可使用。操作时应佩戴眼镜或护目镜。