實訓(xùn)教學(xué)中用數(shù)控車床加工梯形螺紋時出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象的原因及解決方法

黎敬鐵

【摘 要】本文以職業(yè)院校的機(jī)械專業(yè)數(shù)控車床實訓(xùn)教學(xué)中的梯形螺紋加工為例，對實訓(xùn)教學(xué)中數(shù)控車床加工梯形螺紋出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方法。

【關(guān)鍵詞】實訓(xùn)教學(xué) 數(shù)控車床 梯形螺紋加工 扎刀現(xiàn)象 解決方法

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）07B-0154-02

實訓(xùn)教學(xué)在整個職業(yè)院校的教學(xué)中有著十分重要的意義。數(shù)控車床是職業(yè)院校的機(jī)械專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的主要內(nèi)容之一。利用數(shù)控車床加工梯形螺紋時，經(jīng)常發(fā)生扎刀現(xiàn)象，這不僅會對教學(xué)成本帶來影響，而且還可能帶來機(jī)械事故或者安全事故。所以在數(shù)控車床加工梯形螺紋中，應(yīng)切實加強(qiáng)對其出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，并采取針對性的解決方法。以下筆者結(jié)合自身的淺見提出幾點(diǎn)對策。

一、實訓(xùn)教學(xué)中用數(shù)控車床加工梯形螺紋時出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象的原因分析

在職業(yè)院校的機(jī)械專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中，利用數(shù)控車床加工梯形螺紋是一項十分重要的內(nèi)容，但是扎刀現(xiàn)象又經(jīng)常出現(xiàn)。就其客觀原因來看，主要是由于學(xué)生在實訓(xùn)中操作不熟練、粗心和緊張等導(dǎo)致。加之加工工藝和刀具的原因，使得其加工的難度較大。尤其是在高速切削過程中的難度更大，因其不便于觀察，使其在安全性和可靠性上較差。

除了上述客觀原因外，為了更好地加強(qiáng)對其處理，還要對其原因進(jìn)行分析，具體原因主要有幾個方面：

一是在刀桿自身方面的原因。由于刀桿自身的強(qiáng)度不足，抑或是由于伸出長度太長，導(dǎo)致刀桿的強(qiáng)度下降，進(jìn)而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。因為刀桿需要承受來自切削力的作用，若刀桿強(qiáng)度不足，就會導(dǎo)致刀桿向下發(fā)生彈性變形，使刀尖對不上工件的旋轉(zhuǎn)中心，從而使工件的受力狀態(tài)發(fā)生變化，具體如圖 1 所示。

從圖中可以看出，切削力將形成一個徑向的分力。由于存在徑向分力，使得車刀往工件的徑向方向形成力，導(dǎo)致出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。伴隨著振動和啃刀的現(xiàn)象產(chǎn)生，最終導(dǎo)致牙形角的誤差增大，使粗糙度也增大。

二是在車刀安裝方面的原因。在安裝過程中，若將車刀安裝太低，極易出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。這主要是因為學(xué)生在安裝中沒有掌握安裝要領(lǐng)。

三是切削抗力方面的原因。由于刀具接觸的面積較大，在切削深度不斷增加時，若采取“直進(jìn)法”，就會使得刀具的三個刀刃都參與切削，導(dǎo)致切削抗力增大的情況出現(xiàn)，進(jìn)而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。此外，如果車刀磨鈍了，那么也會導(dǎo)致切削的抗力增大，進(jìn)而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。比如，車削塑性材料，由于切削深度較大，采用“直進(jìn)后左右切削法”切削就會導(dǎo)致進(jìn)給量較大，導(dǎo)致出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。

四是在機(jī)床間隙設(shè)置方面的原因。由于機(jī)床的間歇設(shè)置不合理，使得小托板的絲母和絲杠之間存在較大的間隙，使刀具在軸向發(fā)生竄動現(xiàn)象，從而導(dǎo)致切削的深度變得時大時小。此時如果中間板的間隙又較大，那么在車削過程中就會使托板徑向滑動，導(dǎo)致吃刀的深度突然變大而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象；而如果中間板的間隙太小，那么又會導(dǎo)致操作不靈活，在退刀時不能及時地進(jìn)行退刀或者根本不能退刀，從而可能導(dǎo)致事故發(fā)生。

五是刀具前角方面的原因。如果車刀的前角較大，刀具又十分鋒利，那么其切削力就會變小，切削過程變得輕快，因此在車削過程中形成的徑向切削力將會車到、拉到切削表面，進(jìn)而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。如果前角過小，刀具又磨鈍，那么在車削過程中會使消耗的車削力變大，進(jìn)而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。

六是在工件自身方面原因。由于有的工件自身的剛性較差，在車削過程中，受到切削力對其的作用，導(dǎo)致工件出現(xiàn)彎曲變形現(xiàn)象，使得吃刀的深度突然加大，進(jìn)而出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。

二、實訓(xùn)教學(xué)中用數(shù)控車床加工梯形螺紋時出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象的解決方法

以上我們對實訓(xùn)教學(xué)中用數(shù)控車床加工梯形螺紋時出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象的原因進(jìn)行了梳理，找到了產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象的原因，采取針對性的解決方法如下。

（一）加強(qiáng)實訓(xùn)教學(xué)前的培訓(xùn)，要求學(xué)生切實掌握實訓(xùn)車削梯形螺紋的方法和領(lǐng)會注意事項

在進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)之前，為了有效地減少、避免出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象，需要教師在實訓(xùn)教學(xué)之前對車削梯形螺紋的方法、原理進(jìn)行再次強(qiáng)調(diào)，要求學(xué)生掌握方法和領(lǐng)會注意事項。尤其是在車削過程中，一定要確保安全，并針對可能出現(xiàn)的問題制訂相應(yīng)的預(yù)案，只有這樣才能減少和避免出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。

（二）根據(jù)扎刀現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行處理

一是針對刀桿強(qiáng)度導(dǎo)致的扎刀現(xiàn)象。為加強(qiáng)對其處理，需要將刀桿的強(qiáng)度增強(qiáng)，也就是將其截面積增加。特別是垂直方向的尺寸，可以更換成菱形截面刀桿。若條件允許，更換材料強(qiáng)度更高的刀桿，比如采用彈性刀桿，就能補(bǔ)償彈性變形。注意，刀尖比工件中心高出的部分要控制在 0.1 到 0.3 mm 之間。

二是針對車刀安裝導(dǎo)致的扎刀現(xiàn)象。為加強(qiáng)對其處理，需要在裝刀過程中注意刀尖的高度。若為硬質(zhì)合金車刀，則應(yīng)裝高一些，但是比工件旋轉(zhuǎn)中心高出的部分控制在 0.2 到 0.5 mm 之間。若采用的是高速鋼車刀，那么就要使刀尖比工件旋轉(zhuǎn)中心略低。

三是針對切削抗力導(dǎo)致的扎刀現(xiàn)象。為加強(qiáng)對其處理，需要結(jié)合實際采取針對性的辦法。如果是粗車，那么應(yīng)采取斜進(jìn)法；如果是精車，那么就采取“直進(jìn)后左右切削法”。這樣才能減少刀具的接觸面積，從而減少切削抗力。當(dāng)螺距較大時，應(yīng)采取“分層法”進(jìn)行車削，或者采取“切直槽”法進(jìn)行切削，這樣才能將刀具和工件之間的接觸面減少，從而將切削力減小。在精車過程中利用精車刀將牙底和兩側(cè)面精車，并進(jìn)行單刃切削，以降低切削力。為確保車刀鋒利，除了要及時磨車刀的刃，在車削過程中要加入一定的切削液，以提升刀具耐用度，并確保其鋒利。但是有時需要將效率提升，就需要在確保加工質(zhì)量的前提下采取強(qiáng)力切削，也就是采用硬質(zhì)合金車刀進(jìn)行粗車，并結(jié)合實際對其車削速度和吃刀深度進(jìn)行控制。如果采取“斜進(jìn)法”或者是“左右切削法”粗車，那么采取高速鋼車刀進(jìn)行低速精車即可。例如圖 2，就是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，將傳統(tǒng)的加工方法如圖 2（a）改進(jìn)成如圖 2（b）的新方法，從圖 2（b）中可以看出，螺紋車刀的受力情況得到有效的優(yōu)化和改善。

四是針對機(jī)床間隙導(dǎo)致的扎刀現(xiàn)象。為加強(qiáng)對其處理，應(yīng)盡量選擇性能較好的數(shù)控車床，且對拖板的間隙進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。對于小拖板而言，應(yīng)將其調(diào)整緊一些，而中拖板則需要盡可能地小，調(diào)整的前提則是要確保它靈活轉(zhuǎn)動。對大拖板而言，將其間隙設(shè)置為 0.05 mm 左右。對舊機(jī)床，其主軸前后的軸承間隙也需要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。若有必要，則要進(jìn)行靜平衡實驗，采取百分表對主軸的軸向竄動量進(jìn)行檢測。但是有時也會出現(xiàn)無法調(diào)整的情況，此時就需要適當(dāng)?shù)貙④嚨堆b高。

五是針對刀具前角導(dǎo)致的扎刀現(xiàn)象。為加強(qiáng)對其處理，粗車時，要確保車刀鋒利，將前角設(shè)置為 10°，將車刀裝稍微高一些，并采用“斜進(jìn)法”。精車時，應(yīng)將前角設(shè)置為 0°，采取“左右切削法”；亦可采取負(fù)前角，但要將車刀裝高，這樣才能將切削力的方向改變，在預(yù)防扎刀的同時促進(jìn)工作效率提升。

六是針對工件剛性導(dǎo)致的扎刀現(xiàn)象。為加強(qiáng)對其處理，若絲桿在同軸度上有要求，則應(yīng)分別采取粗車和精車兩種方式。在粗車過程中，應(yīng)盡可能地將工件懸空的長度縮短，從而更好地增加工件的強(qiáng)度，同時要使刀具前角稍大一點(diǎn)，這樣能確保順利地切削。在精車過程中，應(yīng)采取辦法裝夾車削的每個部位，并在螺紋車削過程中采取“左右切削法”以改善切削力的狀況。如果是較長的絲桿，那么應(yīng)采取中心架或者跟刀架，從而將工件的強(qiáng)度增加。如果其螺距較大時，則需要采取“左右切削法”與“分層法”，將兩種方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。此外，還要將切削用量減少，尤其是在牙型深度下到一半時，應(yīng)確保中拖板在 0.05 mm 之內(nèi)，這樣才能將切削抗力減小，進(jìn)而有效地彌補(bǔ)工件剛性不足的問題。

本文主要討論實訓(xùn)教學(xué)中數(shù)控車床加工梯形螺紋出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象及解決方法。在實際實訓(xùn)教學(xué)中，還要緊密結(jié)合數(shù)控車床所采用的系統(tǒng)和加工的需要明確指令、編程，結(jié)合受力情況選擇恰當(dāng)?shù)那邢鞣椒?。教師要引?dǎo)學(xué)生切實加強(qiáng)對扎刀現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，有針對性地進(jìn)行處理，只有這樣才能在確保安全的情況下提高實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

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（責(zé)編 盧建龍）