“力線平移定理”對鉗工工藝的指導作用

[摘 要] 鉗工是現代制造業中不可或缺的工種，用“力線平移定理”指導鉗工操作，就能避免很多問題，提高加工質量和工作效率，加強已學知識的運用并學習新知識，這也正是職業教育課程改革的目的。

[關 鍵 詞] 鉗工；力線平移定理；課程改革

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）17-0162-01

鉗工是使用鉗工工具或設備，按技術要求對工件進行加工、修整和裝配的工種，常在鉗臺上用虎鉗夾持工件進行操作而得名。鉗工是現代制造業中不可或缺的工種，以手工操作為主，靈活方便，工作范圍廣且某些工種是其他現代化的加工方法無法替代的。在單件小批量生產、修配工作或缺乏設備的情況下，鉗工加工不失是一種經濟有效的加工方法。

在眾多的鉗工工藝中，應用較為廣泛的是內螺紋加工。在鉗工臺上，用絲錐在工件孔中切削出螺紋的加工方法稱為攻螺紋，又稱攻絲。

攻絲常見的問題有螺紋亂牙、螺紋滑牙、螺紋歪斜、螺紋牙型不完整、絲錐崩牙或折斷等。產生這些問題的原因大多是攻絲時用力不均勻，甚至出現偏力。這些現象都可以用工程力學中的“力線平移定理”加以解釋，并可將之用以指導鉗工操作，這樣就能避免很多問題，提高加工質量和工作效率。

力線平移定理：可以把作用在剛體上點A的力F平行移到任一點B，但必須同時附加一個力偶，這個力偶的矩等于原來的力F對新作用點B的矩。

圖1中，力F作用于剛體上A點，在剛體上任意位置B上加上兩個大小相等方向相反的力F′、F″，它們的作用線與與力F平行，且F′=-F″=F，如圖2所示。此時這三個力與圖1中的一個力F等效。由于力F和力F″大小相等，方向相反且作用線平行，構成力偶，所以，這三個力可看作是作用在點B的一個力F′和一個力偶（F，F″），如圖3所示。這個力偶我們稱為附加力偶。附加力偶的矩為M=Fd=MB（F）。力線平移定理在機械加工和機械操作上有重要的指導意義。

在攻絲時正常操作如圖4所示。力F和力F′大小相等，方向相反，力的作用線相互平行，組成力偶，力偶只能使物體轉動，既不能合成為一個力，也不能與一個力平衡。所以，正常操作下，除了作用在絲錐上有一個力偶矩以外，沒有徑向力存在，絲錐在理想化狀態下工作，攻出的內螺紋符合加工要求。在實際操作中，很難使絲錐處于理想化的工作狀態，但只要按操作工藝規程去操作，都認為是理想化的工作狀態。

非正常操作時，力F和力F′大小不相等，但力線平行。造成這種情況的原因主要是操作者左右手用力不一致，用力不均勻及不連貫。根據力線平移定理可知，力F和力F′的作用效果除作用在絲錐上有力偶矩之外，還附加一個徑向力。這樣的徑向力有可能使正在加工的內螺紋部分收擠壓而變形，同時絲錐上產生彎矩，可能造成絲錐的偏斜。這是造成螺紋亂牙，螺紋滑牙，螺紋歪斜和牙型不完整的主要原因。

錯誤操作是單手操作。這是在攻絲中不允許的違規操作。這樣附加在絲錐上的徑向力就更大，等于力F。這樣可能造成絲錐崩牙甚至折斷。造成工具和零件破壞，嚴重的可能造成工人受傷。

在手工鉸孔加工中，也存在“力線平移定理”的自覺運用。在操作上和攻絲一樣，兩手用力要平衡，不在鉸刀上附加徑向力，進給量的大小和轉動速度要適當，以保證鉸削的穩定性，否則就會出現喇叭口或孔徑擴大等現象。充分利用“力線平移定理”指導作用，強化加工工藝，就可以保證加工精度。

在專業課學習過程中強調基礎知識的應用并在實踐中強化相關的學習內容，是課堂改革的要求。在鉗工實習中是運用工程力學知識指導鉗工實習，在實習中繼續學習工程力學知識并加以延伸，加強已學知識的運用并學習新知識，這也正是職業教育課程改革的目的，讓老師的教變為學生的學，讓學生用盡量多的時間去經歷和反思。

參考文獻：

[1]趙孔祥，王宏.鉗工工藝與技能訓練[M].南京：江蘇教育出版社，2010.

[2]徐國慶.實踐導向職業教育課程研究：技術學范式[M].上海：上海教育出版社，2005.

[3]原方，邵興.工程力學[M].北京：清華大學出版社，2006.