CNC加工中心安全事故的原因分析

主轴的允许切削力
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• 加工刀具的长度与主轴可以承受的负载图示
允许切削应力F (kgf)
500
400
300
危险范围
损伤范围
200
允许范围 100
0
0
50
100 150 200
250 加工刀具的长度L (mm)
V33i（20,000转）
注意
图示是计算的允许负载 加工中的马达输出和切削振动不作考虑
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牧野推荐使用刀具范围
主轴类型
HSK-E32 （45k)
HSK-E32 (40k)
HSK-F63 (30k)
HSK-A63 (20k)
BT-40 (12k)
常用对应机器 推荐刀具直径
iQ300
D≤6mm
L/D<5
V22
D ≤ 6mm
L/D<5
V33i
D ≤ 12mm
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高速机床主轴损坏的主要原因分析
预防人为错误是非常有必要的
30％
过负荷
机器点检不足
工具不合适
70％
工件坐标系设置出错 刀长补正出错 后置处理出错 刀补指令注销出错 ……
09～11年度牧野中国主轴损坏统计记录
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刀刀具具长长度度补补正正HH00是是瞬瞬间间冲冲击击载载荷荷
预防措施：
3DC防碰撞功能（空间限位） 使用SL功能 运行前程序的宏模块检测功能 工件坐标Z方向定义允许值
发生碰撞
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人工输入数据的历史记录
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刀具长度补偿错误碰撞过程
刀具长度补偿H0错误
1. G54工件坐 标
Z轴设置状 态
2. G43H0Z150.0 H0错误
维护保养不足 ０．３％
过负荷（重切削） １７．７％
ＨＳＫ刀柄导液栓未装 ０．８％
ＡＴＣ刀柄设定错误 １．３％
工件坐标系设定错误 ２．７％
手动操作错误 ４．９％
工件尺寸误差 １．１％
刀具设定错误 ０．５％
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机床安全操作 A 主轴撞机原因分析
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其它 ３７％
主轴事故原因
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程序错误 ２６．４％
刀长补正设定错误 ７．３％
CAM程序的模拟及确认
使用专用软件CIMCOEdit.exe打开程序检查确认
１拖拉ＮＣ 程序打开
２检查 程序
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CAM程序的模拟
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通过模拟来预防：
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程序传输不完整造成撞机
程序在传输过程中丢失（干扰） PRO5系统功能 检查电脑端与机床端程序 是否一致
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√ ×
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H号/T号/D号不对应
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O5000 (MAIN PROGRAM) ; G91 G28 Z0 T1 ; M06 ; G90 G54 G17 G00 X0 Y0 S10000 M03 ; G43 Z100.0 H02 M07 ; M01 ; M198 P8101 F2000 ; G91 G28 Z0 M09 ; G49 ; M01 ; G55 M198 P8102 F2000; G91G28Z0 M30;
CAM编程加工面是否丢失 内部抬刀安全高度 程序XYZ运动范围 程序头尾的格式
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大直径刀具在小区域的加工
大直径的刀具不能加工的小区域加工刀路必须删除.
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人工修改出错
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刀具长度及直径补正界面
接接触触性性的的抵抵抗抗受受力力
预防措施：
使用激光对刀仪 使用SL功能 操作人员不要远离机床
瞬瞬间间冲冲击击载载荷荷机机床床撞撞机机
预防措施：
应用一一对应的系统宏变量 3DC防碰撞功能（空间限位） 使用SL功能 运行前程序的宏模块检测功能 工件坐标Z方向定义允许值
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常常规规的的粗粗加加工工
删删除除小小的的加加工工区区域域
不能切削部位
碰撞
稳定的加工
如在 FF/CAM 软件设置 → 忽略微小的加工区域 （XY区域）
设置数值 ＝(刀具直径 －(刀片半径×2)) / 2 ＜Ex＞ 如 D32×R5 刀具 = （32－（5×2）） / 2＝ 11mm
删除小区域的 加工刀路
3. 系统没检测到主轴 上有T1刀具存在
D1
D1D2重合
H1
主轴 D2
D1D2
H0错误
发生碰撞
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刀具长度补偿错误碰撞过程
3. 系统没检测到主轴 上有T1刀具存在
余量材料 残余的余量在下一道工序中
完成加工
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检查确认所有刀具的安装夹持长度
检查刀具伸出量的确认
确保安全的夹紧长度
如果夹紧长度不够，会导致夹紧力不够。
瞬瞬间间冲冲击击载载荷荷机机床床撞撞机机
预防措施：
3DC防碰撞功能（空间限位） 使用SL功能 工件坐标Z方向定义允许值 定义最长刀柄及最短刀柄值（减少 刀柄直接撞向工件及夹具可能性）
G49注销刀补一定要在G91G28Z0回 机械零位之后（或者不要使用G49 指令）
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D=6mm
Sz=0.1mm/刃
Q=24 刀具刃数 Z=4
ap=3mm
S55C
计算結果 切削力
F=48kgf
ae=3mm
图1.切削力计算例
Sz =
f N×Z
：每刃切削量
f：切削进给速度(mm/min) N：主轴转速(min-1) Z：刀具刃数
表1.切削抵抗力
表2.材料系数
Sz(mm/ 刃)
Q
0.1 24
0.2 31
0.3 36
0.4 38ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
材料 JIS(ANSI) SKD61 (H13) NAK80 (Prehardened Steel) NAK55 (Prehardened Steel) SUS304 (ASTM；S30300) S55C (1050) Ti-6Al-4V FC25 (ASTM；class No.40) A5052 (5052)
K 1.6～1.7 1.2～1.7 1.1～1.3 1.0～1.1
1 0.8～1.1 0.8～0.9 0.3～0.4
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功率（kW） 扭矩（N･m）
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程序中G49注销刀补位置出错
O5000 (MAIN PROGRAM) ; G91 G28 Z0 T1 ; M06 ; G90 G54 G17 G00 X0 Y0 S10000 M03 ; G43 Z100.0 H01 M07 ; M01 ; M198 P8101 F2000 ;; G49 ; M01 ; G55 M198 P8102 F2000; G91G28Z0 M30;
加工过程刀柄，工件，夹具等干涉 HSK-A系列刀柄方向装反（选中AIR CUT模式被选中） 对刀仪过程坐标，刀长被修改等 (pro5不能，FANUC能修改) 其它（切削液进入主轴等） ……
以史为鉴（借鉴），可以知得失（预防）？
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H号/T号/D号不对应
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测量程序应用 #4120 刀具号系统变量
刀具T号和H号对应统一，有效管理刀长数据库，防止刀长调用错误。
T1
#4120=1
H#4120=H1
D#4120=D1
O0100 G91G28Z0 T1 M06 S10000M03 G65P9621H#4120D#4120W10.0Z0 M30
L/D<5
F3
D ≤ 20mm
L/D<7
PS65
D ≤ 32mm
L/D<7
最大刀具直径 D ≤ 10mm L/D<3 D ≤ 10mm L/D<3 D ≤ 16mm L/D<3 D ≤ 32mm L/D<3 D ≤ 63mm L/D<3
注：以上根据材料硬度HRC40度左右推荐，如果加工材料硬度较高，要适当下调切削参数 或刀具直径范围
常见主轴损坏原因分析
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机器能力了解 人为修改NC程序出错 CAM程序刀路掉刀 G91 G28 Z0/G90 G28 Z0刀补注销出错 取消刀具指令G49撞机 参数修改 刀补中出现H0 刀补中H号和T号不对应 工件坐标系设置出错（坐标系是否在容许范围之内） 刀具长度设置出错（刀具长度是否在容许范围之内） 程序传输不完整 大直径刀具编程
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没有正确使用G28原点回归指令
正确指令：G91G28Z0
错误指令：G90G28Z0
√×
G91G28Z0
G90G28Z0
D1
相对指令，从任何位置Z 绝对指令，取消刀补
轴安全向上移动到机械 回到工件坐标系零
零位，取消刀补
位，再向上移到机械
Z
零位
Y
D2
X
发生碰撞
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机床的主轴不同所承受的负载不同
10
8.4
8
2
6
1.5
4
1
2
0.5
400 10000 20000 30000 40000 主轴转速（min－1）
V22机床的功率扭矩图
E32刀柄
G
16mm
16mm盘铣刀
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主轴的允许切削力的计算
切削力F
=
1900×Ap×Ae×Sz×Z×K D×Q
ap：轴向切削值(mm) ae：径向切削值(mm) K：材料系数 D：刀具直径mm) Q：切削効率
坐标系的设定错误
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瞬瞬间间冲冲击击载载荷荷
预防措施：
3DC防碰撞功能（空间限 位）
使用SL功能 运行前程序的宏模块检测功 能 工件坐标Z方向定义允许值
G54、G55坐标调 用或设置出错
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