《护指键式和护罩式木工平刨床安全技术条件》编制说明

    一、任务来源及工作进程

　　1983年劳动人事部通过机械工业部机床局给我所下达了(83)床质字第249号文，委托我们编制《木工平刨床安全技术标准》 [国标]。考虑到护指键式和护罩式木工平刨床是社会上量多面广的产品，所以1983年12月我们开始了此类产品安全标准的制订工作。先是进行国内情况的调访和搜集国际资料。我们调访了华东、华北、东北三大区一百多个生产厂和用户，调查了平刨床伤害手指事故的原因。搜集了国外先进国家有关的资料。进而我们搞了噪声的测定、震动实验、防护装置的强度实验、防护装置闭合时间的试验，落手时间的测定。在此基础上起草了初稿，发往一百二十八个单位征求意见；与此同时，还承蒙北京、上海、武汉三个市的有关部门为我们组织了区域性的讨论会。在征求意见的过程中，我们收到了三十一个单位发来了书面的意见。根据回收到的意见，修成了审查稿。1984年11月在福建省厦门市召开了有四十三个单位、五十三名代表参加的审查会。会后再修成报审稿，1985年8月劳动人事部在福建省崇安县召开了该标准的审定会。会上，代表们一致通过了这个标准，并提出了有关条文的修改意见。今将修改情况以及某些条文说明如下：

 

                       二、本标准规定的范围及内容

　　当我们着手起草此项标准时，国内尚未有平刨床方面的安全标准。国外，一些先进工业的国家，如日本、美国、联邦德国等，近几的陆续出现了平刨床安全的有关规定，安全通则、安全要求等，它们虽不是标准，但从这些“规定”，“通则”或“要求”中可辨别出这些国家都是从两个方面对平刨安全问题提出要求的，一方面对平刨床本身的结构与参数提出安全性的要求，另一方面是对防护装置提出灵敏性和可靠性的要求，分析这些国家所提的要求，结合我们调访的情况，我们认为；如果机床本身的质量不佳，参数不合理，纵有完善的防护装置还是免不了要出事故的，反之亦然。所以，我们在制订标准时也是按机床和防护装置两个体系来提出安全要求的。在审查和修改中，同志们都同意根据这个体系建立标准。这个体系除引言外分为六章及一个附录：

　　第一章　　名词术语

　　第二章木工平刨床的安全结构与参数

　　第三章加工区的安全装置

　　第四章电气

　　第五章检验

　　第六章机床标志

　　附录A工作台最大开口量的计算公式(参考件)

　　第二章是根据机床为一体系对它提出要求的，安包括对工作台部件的要求；对刨刀轴部件的要求；对机床的振动与噪声的要求；对刀轴的制动与止动的要求；对外露旋转件的要求。

　　第三章是根据安全装置为一体系对它提出要求的。它包括结构、强度、刚度、灵敏度、加工适应性和涂复等的要求。

　　其他章节是对两个体系共有的。

 

                       三、关于引言中适用性问题

　　审查稿中适用性是这样写的：“本标准适用于所有木工平刨床制造厂和使用单位”。这次审定会上确定报批稿中将上述字句改为：“凡设计、制造、使用有此类防护装置的安全木工平刨床，都必须符合本标准”。因为当前所有此类防护装置的平刨床不都是平刨制造厂制造的，不少是使用厂革新的，使用者也不都是有单位的人，个体户也不少，就事故而言，社会性的事故更多，为使普遍执行这个标准，按审定会的意见修改更为确切。

　　这里所说的“此类防护装置”当然是指护指键式和护罩式的防护装置。

 

                四、关于名词术语一章的排列和某些条文定义问题

　　名词术语的排列前几稿都是按旧格式以附录的形式出现，这次报批稿中按新规定排在第一章，作为技术内容的一部分。

　　前面几稿对刨刀体、刨刀轴两个条文的术语定义争论较多，即什么另件应该称为体，什么另件应该称为轴才合适?有人主张把本标准中的定义翻个过，即定义中叫作体的称为轴，叫作轴的称为体。这次讨论结果，认为起草人把组装前的另件按其用途来命名，装后的总成按总体形状来命名既符合机械工业传统的命名方法，又符合木工机床行业的习惯。并且能够把组装前的本体另件和德标DIN 8825中Messerwellen koper一语相对应，组装后的部件总成和德标中Messerwellen所指的实物以及世界各国惯用英语Cutter bloks一语来表示刀轴总成相对应。至于日本国理工学社1976年出版木材工艺用语辞曲中把力“ツタ?ヘツト”［Cutter head］(刀头)称为刨刀体一说，应理解他们是把机床主轴拼弃在外来定义的，这与中国的实际不符。中国的木工平刨床改成园形刀头以后都是把机床主轴与刀体加工在一起的，故日本国的这个辞典所述的定义不足以作为我们定义的依据。

 

                 五、关于2.1.3款工作台最大开口量Lmax的问题

　　工作台开口量的大小，即唇口间的距离的大小，是直接影响安全的因素。工作台的开口太大，刨刀轴裸露在外的部分就大，很容易伤人，并且伤害的程度也利害。工作台的开口小了，刀轴裸露在外的面积虽然小了，看起来似乎安全些，其实也不尽然，因为工作台开口小了，势必缩小刀轴切削圆与唇口板之间的距离(或称为“间隙”)。这个距离过小的话，机床动力性的空气噪声就会急剧增加。增大的噪声很容易引起工人的疲劳，妨碍操作者的注意力的集中，甚至使他们失去自控手足的能力，促使事故增多。因此必须对工作台开口量有个适当的限量。

　　美国在《木工机械安全要求》(ANSIO.11-1975)中提出工作台在零切削位置时，其开口量不大于2.5寸'(63.5毫米)；后工作台压板的边缘和刨刀轴切削圆间的间隙应不大于1/8寸'(3.17毫米)。日本劳动省关于“木工平刨床及其刨刀接触予防装置的构造标准”第八十七号告示中规定：“要有能使前工作台与刨刀刃口的间隙可调至 3毫米以下的机构”。美国这种硬性而又单一数值的规定，对于不同的切削圆直径的平刨床来说，可能使小直径刀轴的刨床开口量偏大，“间隙”偏松，给安全带来威力，遇到大直径刀轴的刨床又可有使用开口量偏小，前工作台“间隙偏紧，这将给噪声的增加以及带来了碰刀的可能性。日本规定了前工作台与刀轴间的间隙，在某种意义上来说，是按刀轴切削圆直径的大小来决定开口量的，但也不尽然，因为零切削位置时工作台开口量还和工作台唇口厚度、后工作台与刀轴切削圆间的间隙有关系，并且在最大位置时还和最大切削深度有关系，所以日本的这个规定还有他的偏面性。

　　我们在探讨工作台开口量允值时，发现它与工作台唇口厚度δ刀轴的切削园直径D(2R)前后工作台与刀轴切削园直径之间的间隙 ΔR１；ΔR2；ξ、切削深度h、升降机构偏心轴的偏心距r (或斜导轨的倾角α)有内在的规律性的联系，对于不同的升降机构，这种联系可以用附录A的式(1)式(4)来表达。就是说它们之间存在着函数关系,即：Lmax=F［Lz;r(或α)］＝［ΔR1；ΔR2(δ)；δ；C；D；h; r(或α)］

　　在初稿中，我们为了检验时测量的方便，曾使用过零切削位置时的最大开口量许用值Lz来作为标准的限值。由于工作台的升降机构有偏心轴和斜导轨的两种形式，偏心轴的偏心距 r有5毫米和6毫米的，斜导轨倾角α有20°和30°的。两种型式又都有带内护罩和不带内护罩的。因此，Lz必须根据α与 r的大小以及内护罩的各种外形来计算，这样就有许多数列的Lz的限额，使标准显得很繁冗。厦门审查后以后，决定改为控制最大切削深度时的最大的Lmax的数字作为标准的限值。这好处在于：最大切削深度时伤残人身的危险性最大，切削噪声也最高，控制了Lmax，就等于提高了安全性，同时，使许用值的数列大为简化，在使用时也不至发生误会与争议。但这种表示方法也增加了测量的麻烦，如需用直尺或块规来定位，不过不是要害问题。

　　在确定Lmax时，如何确定式(1)-(6)中的参数呢?首先是刀轴直径问题。联邦德国DIN8825 中把切削圆直径取下列优先数80；100；125；140；160。我们觉得太稀，不适合我国现有产品的情况，我们选取 GB312-64(优先数和优先系列)的R20作为本标准的分挡，即取D为80；90；100；112；125；140；160诸档。这次审定会上同意这样分档，同时也同意用此优先数作为Lmax 极限值的计算，但建议表1在标称时，每档直径改为连续数，以适应已生产但小于每档极限的刀轴直径。由于采用的档距比较小，现有又不在档上的刀轴直径大多是靠近档的极限，所以不会造成“间隙”太松的现象。

　　其次是选择在最大切削深度时的工作台与刀轴切削圆之间的“间隙”ΔR2的问题，前面说过ΔR2的大小与噪声有关，同时还要考虑是否会发生碰刀的现象，以及排屑顺利与否、对于升降机构为偏心轴的工作台，从最大切削深度的位置向零切削深度的位置上升时，“间隙”是愈来愈大，它不会发生碰刀问题，选择ΔR2时要使它刚刚满足噪声与排屑的要求就可以了。对于升降机构为斜导轨的工作台，从最大切削深度的位置向零切削深度的位置上升时，“间隙”愈来愈小，到了零切削位置达到了最小，甚至为负值。这时，就必须校验是否会发生碰刀问题，校验的力法按附录A的式(5)或式(6)进行。如果验算结果零切削位置时的“间隙”+ξ(或ξ')太小，或出现+负值，就必须重新选取ΔR2。反复几次直到ξ或ξ'合适为止，这时的Lmax便可定为许用值。若几经反复还吃不透应取何值时，可以先确定ξ或ξ'，由反向算出Lmax值。

　　我们在计算表1 Lmax限值时，是取ΔR2＝ΔR'2＝1.5-2毫米。ΔR″2取6毫米。

　　第三，是其他参数如何选择问题。根据生产厂的经验，对于h为5毫米、α为20°或30°的平刨床，ΔR1、ΔR′1δ取1.5-2毫米，2C取4.5毫米就可以了。当刀轴直径D小于125毫米时，取1.5毫米，当刀轴直径D≥125毫米时，取2毫米。这主要是根据机床承受工件的负荷来划分。我们在计算表1数值就是采用这个经验数值的。

　　本款需说明的还有两点：一、最大切削深度时的最大开口量与其他切削深度时的开口量之间的关系如何?分析式(1)-式(6)便知，更大切削深度时的最大开口量一旦被限定，其他切削深度位置的开口量是由升降机构的自身结构所决定。就是说控制了最大切削位置时的开口量，也就控制了其他切削位置(包括零切削位置)的开口量。二、表1不适用于h>5毫米的裁口平刨床。由于目前裁口平刨床的裁口量各厂设计得很不规则，难找到规律性，所以本标准不作统一的规定，对于此类机床我们只好一个个计算后进行检验，计算的公式仍按式(1)--式(6)进行。但大家要求用实例说明，所以我们这次在附录A中增加了计算实例。

 

                六、关于2.2.2.1款中刀片宽度和重磨宽度的问题

　　刀片宽度有关标准已经规格化，但不少制造厂在自行制造中不按规格，尤其是革新厂。所以有必要把宽度的起码数加以限制。同时必须提出重磨后的宽度的限制。这些限制的目的都是为防止夹紧机构夹不住刀片而产生滑刀和飞刀伤人的危险。

 

                     七、关于2.2.3款中刀片伸出量的说明

　　刀片伸出量是与刨屑厚度 t有关。在同步刨削状态下，刀片伸出量愈大，刨屑厚度也愈大，切削刀也就愈大 (木材承受的反力愈大)， 因此说，限制伸出量就是减少刨刀对木材的切削冲力。 美国规定：“在圆柱体上的刀片其伸出量不得大于 1/8寸'(3.15毫米)”。联邦德国规定为不大于 1.1毫米。我国大多数为 1.5毫米。我们认为联邦德国的1.1毫米比较合理，所以本标准是以联邦德国为依据。

　　控制同一把刀片两端的径向允差,及各把刀片之间的伸出量允差的目的在于:一、使刃磨后重装在刀轴不致太偏离平衡状态；二、使切屑厚度左右均匀和每片切削厚度相差不大，以免工件受侧冲力而倾倒和减少工件受周期性的冲力而跳动。

 

                      八、关于2.2.4款中刀片滑移量的说明

　　通常切削状态下，刀具的离心力远大于切屑刀，如果刀片夹不牢，或且刀体材料及紧固件不合设计要求，在强大的离心力影响下，刀轴上的某个刀片(或全体刀片)将在刀槽中产生不对称的滑移。滑移结果，轻者使工件发生跳动，引起伤手伤指事故，重者飞刀伤人。国外在分析这类事故时是把它当作很重要的事例之一，国内亦有因飞刀伤人的痛苦教训。所以我们参考联邦德国标准，提出了表3 的试验规范。试验后压力块相对于刀体的滑移量不超过0.15 毫米，切削圆变化量不大于0.3毫米的话，就认为夹紧力所产生的影响足以克服惯性离心力。

　　审查后，代表们要求在试验规范中加入起动次数及运转时间,这样可以把起动(或停止) 过程中离心力的增量速度和减量速度对刀片(或压力块)滑移量的影响因素考虑进去，同时，也可以把刀体和紧固件的材料、加工应力，以及热处理规范得当与否等的隐存的不利因素考验出来，所以在审定稿中提出起动次数为3 次，每次稳速的试验时间为10分钟。这次报批稿中又加了附注:起动时分三档升速法,第一档为额定速度，因为平常生产中，平刨床一起动就达额定转速。第二档为试验转速与额定转速之平均值。分档起动法主要是为了试验者的安全。

 

                      九、关于2.3.1款中机床振动限值的说明

　　木料工件振动脱手是造成严重伤残事故的主要原因。引起工件振动的有多方面的因素，其中之一就是由于机床的振动，机床振动的主要震源是因刀轴不平衡离心惯性力引起的。为了减少平刨床的振动，我国机械系统和日本标准都提出控制刀轴的平衡精度，机械系统在平刨床结构标准中规定刀轴允许残留不平衡量为6.3级,日本在《木工平刨床性能和精度检查方法》标准中也规定为6.3级,该两个标准都是以控制刀轴部件不平衡量来达到减少振动的目的。这种提高部件的精度，无疑是重要的，但对限制整机振动的水平，光这办法还不够。因为引起机床振动除了残留不平衡外，还和轴颈的加工精度、轴承质量、皮带质量、电机质量、机床的结构形式、机床装配质量和安装的情况等有关。为了综合考虑这些因素的影响，以及便于进行整机不折件的检验，我们提出检验刀轴两个轴承座上方的垂向振动和检验离唇 200毫米(刨床宽度300毫米以上)的前后工作台正中点的振动值。这样选点理由很简单：① 因为刀轴和轴承上所反映出的振动状态在切削过程中直接经切削面反映给木料。② 离唇口200毫米的区域是操作者常用握手区域，工作台的振动将通过木材的已切削面和待切削面传到整根木料。

　　测震点选定之后，我们曾对我国生产木平刨床的上、中、下三种企业水平所生产的两种结构偏心和斜导轨)进行测量，以摸清现有的平刨床震动水平。这次测定的有:牡丹江木工机械厂生产的MB504，庐山木工机械厂生产的MB504，福州第三机床厂生产的MBC504C，邵武木工机床厂生产的MB503，山东乳山木工机械厂生产的MBH--40A。

测定点的顺序@@如下图!DXFA7T9@@：

 

 

　　测量时，我们把刀轴平衡到6.3级 (ew＝6.3毫米/秒)。测定值的表示法按现在国际上新趋向，使用速度法(毫米/秒)标明。测量结束见下表(一)(各型号机床在相同位置上重复数值不列出)。

                     (表一)刀轴平衡精度6.3级

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  测量点│                       振动速度值(毫米/秒)

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    1   │ 1.0  │1.28  │1.6   │ 1.8  │1.9 │ 2.0  │      │

    2   │ 1.0  │1.28  │1.31  │ 1.41 │1.6 │ 1.7  │ 3.0* │

    3   │ 0.9  │1.08**│1.20**│ 1.28 │1.31│ 1.5  │ 1.8  │2.5

    4   │ 0.88 │0.9*  │0.95**│ 1.41 │1.6 │ 2.6　│      │

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   * ── 该点轴承间隙来调好── 太松。

　** ── 为斜导轨升降机构的工作台。

　　　　从表(一)中可看出：1)不同机床在同一方位的测量点上由于制造和装配质量的不同，便有不同的振动速度值。甚至有成倍地增长；2)斜导轨升降机构的工作台振动值一般要小于偏心机构的值；3)第一点震值略比第二点大，前工作台震值略比后工作台大。

　　根据上表所列数字，参考德国 VDI-R2056-58 对机器震动要求的分等规定，我们制订了机床空运转时，标准正文中表4的分档震动值。

 

                   十、关于2.3.2机床空运转噪声级的说明

　　当我们采访木模车间，木制品车间，家俱生产厂时，普遍听到工人反映平刨床的噪声太大。新进厂的工人只要三年就发生噪声性耳聋。工龄较长的工人也常害头昏、耳鸣、失眼、食欲不振，全身乏力等毛病，在工作中也常常产生反应迟钝，注意力无法集中，导致刨手事故增多。因此，用户普遍要求对平刨的噪声加经限制，以保证人身安全。

　　审定稿中我们是以声功率法来规定机床空运转噪声分贝限值的。审定会上代表们认为:声功率表称法固然先进，但在我国木工机床行业中，目前只有声功率测定标准,尚没有噪声功率级限值标准，而在现行生产中又是执行声压级限值标准的，所以决定报批稿中改为声压级。并且因为环保中对设备声源的声压有要求，所以不论木工机床中何种型号的产品其最高分贝数都不得超过85dB(A)。

 

                   十一、关于2.4条刀轴的制动与止动问题

　　国内外平刨床事故分析中，均有在调整刀具、排除故障的过程手接触刀具致伤残的。其中主要的原因是没有等刀轴完成停止转动，就开始操作，或且停止了，但操作时又发生转动(没设止动机构)，所以日本、美国一方面提出限制制动的时间，另一方面要求有止动机构。美国规定制动时间为5秒，日本为10秒，我们按刨床宽度B来分，B≥300毫米的为10秒，B<300毫米的为5秒。有些单位嫌这个时间太长。我们认为如果再缩短，可以导致机构复杂化，因此，还是参考日本和美国的规定为好!

 

                     十二、关于2.5条排屑与吸尘问题

　　审定稿之前是将排屑问题放在吸尘中加以要求，这次审定会上明确要求排屑必须与吸尘并列于题目。并且在吸尘条款中增加“工作场所粉尘浓度不超过10毫克/米3”的要求。这一方面是保证工人的呼吸道的健康，另一方面是防止空气中的粉尘燃烧。 

                   十三、关于3.2条中相邻指键间距的说明

　　3.2条中相邻键的横向距离不应大于8毫米。这主要是防止手万一扑向护指键上方而落入间隙所提出的要求。一般地说，成年的男子的手指宽都超出10毫米，女同志的手指比较纤细而修长，宽度多在9-10毫米之间，所以提8毫米之限额。

　　加工件的大小和宽窄有无数的规格，当护键被推开时，通道与工件间的余隙必然也是大小不同的无数个规格。余隙太大也会使指尖误触刀轴或侧倾时使指面被刨，所以规定余下侧隙不得大于8毫米，但因为工件规格随时随地都在变,故提出余隙太大时要应用靠山来调整。条目中“一般尚要求自锁或能被锁紧”一语，指的是可让大小头工件或异形件通过的键可不自锁或按需要继续打开的键不要自锁，其余的应自锁，若在这种情况下结构上自锁有困难，必须考虑设人工锁紧机构，并在操作中一定要加以锁紧，以防意外地扑下去时把键推开。

 

                  十四、关于3.4条中护指键或护罩刚度的说明

　　减轻减薄护指键或护罩的厚度，或采用特轻质的材料便可缩小防护装置的转动惯量，增快防护装置的闭合速度。但过轻的、过薄的材质可能承受不了手压向防护装置的冲击力，一旦发生手(或工件)压向指键(或护罩)，不是使防护装置被刨，就是使刀片毁坏。所以提出防护装置受一定压力后应与切削圆直径0.5毫米的余隙，这样既挖掘了闭合速度的潜力又保护了刀具和防护装置的完好性。

 

                   十五、关于3.5条中防护装置的闭合速度问题

　　护指键和护罩式的安全装置是目前社会上用的最多的一种，不论其控制信号属于何种——光电的、电磁的、电感应的、机械的等——对它们的要求，最重要的一项指标就是：在事故发生时，手落入刨刀轴之前应将刀轴遮住，换言之，就是该类防护装置的闭合时间要小于手落入刀轴的时间。这个要求是安全标准的核心，不能没有。

　　手落入刀轴的时间不仅与切削用量(刨削深度、进给速度、刨削厚度等)有关，而且与材质、木料的高度、刀具利钝等有关。这些因素都可归纳为与刨削时所用的力与手所处在刀轴上方的距离有关，一般地说力愈大，木料愈薄(距离愈短)落手时间也就愈小(愈危险)。

　　为了测量力、距离和时间和关系，我们研制了一种力与时间关系的传感器并与通用仪器配合，构成一个测量系统，利用这个系统，对不同的木材高度(距离)，不同压力条件进行落手时间的测量。测量的数据用误差分析法，剔除异常值后，求得的算术平均值列于下表(二)并与自由落体时间对比。

 

                             表(二)

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          │       20毫米       │       40毫米       │    60毫米

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          │  甲  │ 乙 │  丙  │  甲  │  乙  │ 丙 │ 甲   │ 乙 │ 丙

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   2      │ 11.2 │17.1│      │   24 │      │    │ 29   │    │38.4

   3      │ 10.55│16.7│ 12.6 │  23.9│ 24   │27.4│ 30.3 │    │ 29.7

   4      │(13.2)│    │ 12.3 │  20.4│(25.3)│    │(32.5)│    │(38.6)

   5      │ 9.6  │    │(14.1)│  17.3│ (26) │19.1│ 20.8 │    │ 28.1

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自由落体  │                    │                    │

时间(毫秒)│       6.09         │        90.40       │       111.1　　

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