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1現狀說明

在零件加工過程中，通常需要在加工中心數控系統中輸入操作數據，包括加工原點、刀具半徑補償值、刀具Z值、公共坐標偏置值等，其中尤以修改刀具Z值最為頻繁。由于每把刀具的長度不同，每換一次刀，都要重新確定刀具Z值并輸入，而生產加工中經常會使用多把不同的刀具，如果操作者粗心大意，用錯刀具，或是在需要換刀時未更換刀具而繼續進行加工，等發現問題時已經發生碰撞、過切或損壞，造成的損失無法補救。據統計2012～2013年7月份，我單位在數控加工過程中由于人為差錯導致零件報廢的數量高達65件，損失原材料價值146.72萬元。因此，加工現場的質量事故倒逼數控車間工藝技術革新，筆者設計的這種防錯裝置，能及時避免操作者由于疏忽而造成的誤操作，并停機報警。。

2起落架結構件生產線人為錯誤分析

人為錯誤是指操作人員在加工操作時非蓄意性不符合操作規范的操作，而導致出錯的動作。美國國家航空與航天局（NASA）在一份報告中指出，自1990年以來的大多數航空器故障都是由人為錯誤引起的。人機工程學也告之錯誤是不可避免的，事實已研究證實了這一點。“感覺-判斷-行為”的過程對產生人為錯誤的典型原因進行分類。主要分為四大類。

（1）感覺認識上的錯誤。它包括：①信息量過大，過于復雜；②信息傳遞過快；③信息不夠完整；④疲勞疾病的影響或是錯覺；⑤接收人沒有充分確認信息而錯誤地領會了表達的內容；⑥在先入感官的強烈影響下發生錯覺等。

（2）判斷過程中的錯誤。它包括：①知識或能力不足；②缺乏經驗和訓練不足；③遺忘（暫時記憶消失、過程中斷的遺忘、沒有想起）；④因為疲勞或其它原因造成意識水平低下等。

（3）行為的錯誤。它包括：①精神不集中；②反應遲緩；③行為缺乏準則；④作業單調引起瞌睡、失神等。

（4）異常狀態下的錯誤行為。它包括：大腦意識水平處于初級階段，注意力集中于一點，喪失對信息方向的選擇和過濾功能，造成驚慌失措等。

3防錯技術原理

通過檢索，1969年到2005年間涉及防錯裝置的高水平論文（EI、SCI等）總數不超過150篇，其中80%以上為美國人的研究成果，從這點可以看出美國人對于防錯技術研究的興趣。防錯技術的基本原理為：用一套裝置或方法消除操作者的作業感官依賴性，使操作者在操作時可明顯發現錯誤或一旦操作失誤后及時彌補。防錯技術就是一個防止制造過程中出現差錯，提高產品一次合格率的方法，其核心就是通過識別和控制引起缺陷的原因，通過預防及檢測來保證生產線能夠持續地生產出合格的產品。

4防錯裝置設計思路

4.1防錯裝置的構思

采用工藝方法干預，在加工程序運行前，增加一段檢查程序。在零件材料被切削之前，首先運行檢查程序，如果使用了錯誤的刀具或錯誤的坐標值時，檢查程序將會使刀具與尼龍棒發生碰撞，操作工通過加工中心的觀察窗很容易察覺，進而立即停止程序運行，而這個檢查程序所驅動的刀具路徑就成為防錯的關鍵。

4.2基于干涉的防錯裝置作用原理

防錯裝置能起到預防或者檢測的作用，本文以三軸聯動加工中心為例，防錯裝置作用原理如圖1所示。多軸機床亦可借鑒，無外乎要插補其它軸的檢測程序。為了有效防止上文中所述的人為差錯，首先，數控程序都是以加工原點為參考點執行，因此，防錯裝置相對加工原點必須有固定的位置；其次，機床加工坐標系中的X、Y、Z三軸坐標值是工序中的操作者在完成了對刀操作后手工輸入的，為了使操作者能在刀具切入工件之前有足夠的時間發現工序中程序、刀具的偏差，及時采取停車措施，就必須得有方法檢測并確認機床X、Y、Z三軸坐標值的正確性。檢測Z值時可以在工件的切削軌跡中插補一段直線，使刀具先碰觸安裝在工裝上或零件工藝夾頭上的防錯裝置。刀具如果順利通過防錯裝置，則表明Z值正確無誤；如果發生切削干涉，那么Z值就有問題，操作者就可以立即停機以判斷究竟是拿錯了長度不同刀具，還是機床公共坐標Z值偏置發生了輸入性錯誤。同樣，在檢測X值和Y值的正確性時，可以在工件的切削軌跡中插補一段圓弧，由于3點確定一個圓弧，刀具繞安裝在工裝或零件工藝夾頭上的防錯裝置走刀一圈，通過是否切入防錯裝置可有效地檢查刀具X軸、Y軸對刀值的正確性，可以直接防止操作者拿錯直徑不同的刀具，以及機床公共坐標X值、Y值偏置人為輸入的錯誤。

4.3防錯程序（走刀路線）的確定

要對三軸坐標的正確性進行檢測，刀具必須與檢測裝置在X、Y、Z3個方向進行接觸，如圖2（a）所示的刀具走刀路線，由于刀具的邊緣與檢測塊在X、Y方向的距離不一致，刀具在Y方向將會觸碰到檢測塊。如圖2（b）所示，也就是說X軸、Y軸的加工路徑沒有形成封閉檢測，若在這種情況下進刀，仍然有銑傷零件的風險。因此，刀具必須與檢測塊相對的兩個側面都有接觸，才能確定一個坐標方向的正確性。

4.4防錯裝置的結構

考慮到防錯程序段運行過程中可能出現的撞刀現象，將刀具和防錯裝置的接觸部位設計為尼龍材料，避免了刀具撞損和過沖對機床造成的損壞。檢測塊與夾具連接部分使用螺桿，以保證互換性。

5防錯裝置的應用

（1）結構件防錯裝置的應用。正在運行防錯程序的扭力臂結構件的加工工位，這一類零件由于批量大，有專用工裝，因此將防錯裝置安裝在工裝上，防錯裝置的位置與零件定位中心（即加工原點）關聯。

（2）大型整體鍛件防錯裝置的應用。防錯裝置在前起落架零件數控加工中的應用。該零件原材料為鈦合金，價格昂貴，零件加工時無專用工裝，采用在工藝夾頭上設置防錯裝置，并運行防錯程序，有效地避免了由于人為差錯而造成零件報廢的風險。

（3）連桿類零件防錯裝置的應用。該零件在本套工裝上要旋轉4個工位，右端利用限位柱可實現防錯裝置相對零件位置的定位。限位柱上端配有插銷，該插銷可以有效地補償零件由于工位切削后余量的補償，從而實現零件在不同加工工位的限位，防錯裝置由相對限位柱的固定位置（工藝結合零件裝夾給定）定位，保證了防錯程序在每個加工工位運行的一致性，實現了防錯程序的通配性。

作者:舒曉君張新民劉軍單位:中航飛機股份有限公司