切屑產生因素及數控機床排屑器綜述

摘要：本文通過分析幾種常見切屑種類及產生機理，總結出不同種類切屑間的轉化關系及對機床和工件加工質量的影響，然后對不同類型國產排屑器特點及適用范圍進行分類，并對排屑器頻發故障建立故障樹，分析其故障原因，提出切實、可行的預防措施，不但大大降低排屑器故障率，提高工作效率，改善車間環境，為實現高效、低耗、節能、環保的加工生產奠定基礎。

關鍵詞：切屑； 影響因素； 排屑器； 故障樹； 預防措施

1 .引言

伴隨著當今科學技術的飛速發展和社會現代化建設的進步， 制造業也得到了迅猛發展，越來越多的企業為了促進自身的發展，購置了許多先進尖端的制造設備，以適應我國高速低耗的發展要求。然而在車間機械加工過程中常常會產生大量四處飛濺的切屑，其中含有大量的切削油液，不但嚴重破壞工作環境，不易清理，而且影響生產效率，不同種類的切屑對整個加工和機床設備的影響也不盡相同，排屑器是數控機床中重要輔助裝置之一，其結構簡單，發生故障雖不危及人身安全，但會對生產加工造成巨大不利影響，本文針對如何控制切屑的形態以及合理的選擇排屑器種類并提高可靠性進行了總結。

2 . 切屑

2.1. 切屑種類

由于加工材質、加工方式、加工刀具的多種多樣，以及切削用量三要素的不同，加工過程中所產生的切屑種類也不盡相同，主要分為帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑、崩碎切屑四種，如下圖所示，其中前三種為切削塑性材料產生的切屑，最后一種為切削脆性材料常產生的切屑。

2.2. 切屑影響因素

從下表1可以看出，切屑的種類主要與切削速度、切削厚度、刀具前角、材料性能等因素有關，而擠裂切屑與帶狀切屑和單元切屑可以通過改變以上因素來得到，比如減小擠裂切屑加工刀具的前角，降低切削速度，或增加切削深度，就可得到單元切屑，若增大刀具前角，提高切削速度，或較小切削深度便形成帶狀切屑，掌握切屑此變化規律，便可以控制切屑形態，已達到斷屑，卷屑的目的，得到便于清理和運輸的切屑，不但可以改善車間的加工環境，提高生產效率，還可以保護刀具及加工設備。

3 . 注意事項

產生崩碎切屑的切削加工過程不穩，常常出現機械振動，降低加工精度，而且極易破壞刀具和加工設備，造成巨大經濟損失，因此應力求避免這種切屑的產生，而在加工過程中，單元切屑切削力波動最大，工件表面質量差，精度較低，所以車床一般情況下，應避免出現此類切屑，出現帶狀切屑時要及時有序的進行清理，否則切屑會纏繞刀具及工件，造成強制停機，損壞刀具，影響加工精度和加工效率，而且可能危及人身安全，應在此種切屑產生過程中采取斷屑和排屑措施。

4. 排屑器

4.1. 排屑器定義

排屑器是數控機床在加工過程中所必備的裝置之一，用于將產生的切屑運輸到指定位置，便于進行處理的裝置，被廣泛應用于各類數控機床、加工中心以及柔性生產線中，排屑裝置包括排屑槽，鏈條，電機，出屑槽和濾網等，機械加工中可以將一臺或者同一類型多臺排屑器進行組合排屑，同時也可以將不同類型的排屑器組合成一個系統進行排屑，即“排屑系統”。集中排屑系統就是利用兩臺分主次排屑裝置組合進行排屑，整個過程從切屑的收集、運輸、處理實現全自動化，不但大大提高效率，改善車間環境，而且一改往日切屑不能自動及時處理及消耗人力等一系列弊端。

4.2 . 排屑器種類

隨著制造業的在全球范圍內的飛速發展，在我國，數控機床以及排屑裝置也加快更新的步伐，國產排屑器生產廠家在眾多，性能各異，規格不一，大致可分為：鏈板式排屑器、刮板式排屑機、螺旋式排屑機、磁性排屑機等四種排屑器，以下是從材質、工藝狀況、切屑形狀、排屑量等考慮因素出發進行總結。

4.2.1 . 鏈板式排屑器

鏈板式排屑器以鏈輪牽引鋼質平板鏈帶在密封箱中運轉，加工產生的切屑落到鏈帶上被送出機床[1]。

此類排屑器具有一定的排屑量和較高的自動化，能高效的進行排屑，其結構簡單，操作靈便，可與其他排屑裝置組合作為集中排屑系統，而且經常用于車、銑、刨、磨、鉆等各類加工方式中，適用于收集運輸各類機床、加工中心所產生的團狀、卷狀、塊狀等切屑，以及銅屑、鋼屑等金屬切屑。

4.2.2 . 刮板式排屑器

鏈板式排屑器由鏈條、刮板、電動機等構成，具有相當高的抗振性及安全穩定性，傳動平穩，工作效率高，適用于運輸及處理磨床粗加工中產生的各種材質的顆粒狀切屑，具有輸送速度范圍廣的特點，因此可根據用戶要求設置輸送速度，降低勞動強度，而且可以根據實際需要添加其他裝置以提高加工精度，如油水分離器、渦流分離器等，節約冷卻液，是一種廣泛而又常見的排屑器種類。

4.2.3 . 螺旋式排屑器

螺旋式排屑器由減速器、萬向聯軸節和螺旋器等組成，電動機帶動減速機來驅動螺桿[1]。

螺旋式排屑器具有占地面積小的特點，其輸送長度可以根據實際需要進行調節，適用于狹窄的生產線，具有一定的可靠性，常用于鋼、鋁、銅等金屬和一些非金屬加工產生的塊狀、卷狀切屑，而且具有結構緊湊，便于安裝使用，電機能耗低等諸多優點，但不適于運輸帶狀切屑，而且工作效率較低。

4.2.4 . 磁式式排屑器

磁式排屑器是在輸送工作板上利用永磁材料產生高強磁場，將切屑貼吸附在工作板上并進行運輸的一種排屑器。

廣泛的應用于各類工藝方式及各類數控機床、柔性生產線中，適用收集運輸各種銅、鋁、鑄鐵等粉狀和長度較小的切屑，其結構安全緊湊，無噪聲，具有實用性強、故障率低等特點。

5 . 故障樹分析

經加工現場實地考察，記錄排屑器故障模式，分析其主要原因，建立如下故障樹。

6. 預防措施

由故障機理分析可知，應著重對裝配、振動、變形、使用、維護等方面采取以下預防措施，達到提高排屑系統自身抗振抗變形能力及提高固有可靠性和使用可靠性的目的，從而有效地減少改進自身結構的成本。

6.1. 為提高抗振性[2]，可采取如下方法：提高靜剛度，即從提高固有振動頻率入手，以避免產生共振；在不降低排屑螺旋桿靜剛度的前提下，減輕重量可提高固有振動頻率。如適當減薄壁厚或改變本身材質等。

6.2. 使轂孔設計尺寸盡可能減小以達到減少裝配間隙目的，以防止出現振動現象，提高工作穩定性。

6.3.適當改變排屑器結構，利用頂絲制約軸向串動，并采取雙鍵提高強度，及過盈配合以提高傳動鍵的剛度、穩定性、抗振性和抗變形能力。

6.4.排屑量并非越大越好，必須綜合考慮電機轉速以及磁塊間距等因素來適當的調整排屑量大小，以減小機構磨損，增加壽命。

6.5. 排屑器在使用過程要定時調整張緊，并對堆積的切屑及時進行清理，以防止排屑器堵塞，影響工作效率及損壞整機，及時潤滑，減少摩擦，并定期調整鏈條松緊。

7. 結束語

排屑裝置作為數控機床中重要的輔助裝置，已越來越受各企業所重視，切屑的運輸及處理也成為車間設計不容忽視的一環，目的是保證加工過程中不會出現切屑四處飛濺，破壞工作環境的現象，同時也保證高效的工作效率，隨著科技的進步，現代化的要求，切屑形態的控制，以及合理的排屑已成為又一新型課題，如何實現全自動的排屑，分屑，回收再利用是將來研究的重點，本文通過對切屑形態和常見排屑器適用范圍的總結，以及對故障機理的分析，提出了改善措施，保證排屑器具有較高的可靠性和工作效率，對機床廠家及生產車間具有一定的借鑒意義。

參考文獻

1. 史康云.機械加工車間排屑方式概述[J].企業技 術開發，2011，30（20）：101-102.

2. 張建民.機電一體化系統設計[M].高等教育出版社，2001.

作者簡介：戰國璋（1988年1月—），男，山東省煙臺市人，在讀碩士，數控機床可靠性研究，機械科學與工程學院，