實訓教學中用數控車床加工梯形螺紋時出現扎刀現象的原因及解決方法

黎敬鐵

【摘 要】本文以職業院校的機械專業數控車床實訓教學中的梯形螺紋加工為例，對實訓教學中數控車床加工梯形螺紋出現扎刀現象進行分析，并提出相應的解決方法。

【關鍵詞】實訓教學 數控車床 梯形螺紋加工 扎刀現象 解決方法

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）07B-0154-02

實訓教學在整個職業院校的教學中有著十分重要的意義。數控車床是職業院校的機械專業實訓教學的主要內容之一。利用數控車床加工梯形螺紋時，經常發生扎刀現象，這不僅會對教學成本帶來影響，而且還可能帶來機械事故或者安全事故。所以在數控車床加工梯形螺紋中，應切實加強對其出現的原因進行分析，并采取針對性的解決方法。以下筆者結合自身的淺見提出幾點對策。

一、實訓教學中用數控車床加工梯形螺紋時出現扎刀現象的原因分析

在職業院校的機械專業實訓教學中，利用數控車床加工梯形螺紋是一項十分重要的內容，但是扎刀現象又經常出現。就其客觀原因來看，主要是由于學生在實訓中操作不熟練、粗心和緊張等導致。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，為了更好地加強對其處理，還要對其原因進行分析，具體原因主要有幾個方面：

一是在刀桿自身方面的原因。由于刀桿自身的強度不足，抑或是由于伸出長度太長，導致刀桿的強度下降，進而出現扎刀現象。因為刀桿需要承受來自切削力的作用，若刀桿強度不足，就會導致刀桿向下發生彈性變形，使刀尖對不上工件的旋轉中心，從而使工件的受力狀態發生變化，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，導致出現扎刀現象。伴隨著振動和啃刀的現象產生，最終導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，極易出現扎刀現象。這主要是因為學生在安裝中沒有掌握安裝要領。

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“直進法”，就會使得刀具的三個刀刃都參與切削，導致切削抗力增大的情況出現，進而出現扎刀現象。此外，如果車刀磨鈍了，那么也會導致切削的抗力增大，進而出現扎刀現象。比如，車削塑性材料，由于切削深度較大，采用“直進后左右切削法”切削就會導致進給量較大，導致出現扎刀現象。

四是在機床間隙設置方面的原因。由于機床的間歇設置不合理，使得小托板的絲母和絲杠之間存在較大的間隙，使刀具在軸向發生竄動現象，從而導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，導致吃刀的深度突然變大而出現扎刀現象；而如果中間板的間隙太小，那么又會導致操作不靈活，在退刀時不能及時地進行退刀或者根本不能退刀，從而可能導致事故發生。

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，進而出現扎刀現象。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，進而出現扎刀現象。

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，導致工件出現彎曲變形現象，使得吃刀的深度突然加大，進而出現扎刀現象。

二、實訓教學中用數控車床加工梯形螺紋時出現扎刀現象的解決方法

以上我們對實訓教學中用數控車床加工梯形螺紋時出現扎刀現象的原因進行了梳理，找到了產生扎刀現象的原因，采取針對性的解決方法如下。

（一）加強實訓教學前的培訓，要求學生切實掌握實訓車削梯形螺紋的方法和領會注意事項

在進行實訓教學之前，為了有效地減少、避免出現扎刀現象，需要教師在實訓教學之前對車削梯形螺紋的方法、原理進行再次強調，要求學生掌握方法和領會注意事項。尤其是在車削過程中，一定要確保安全，并針對可能出現的問題制訂相應的預案，只有這樣才能減少和避免出現扎刀現象。

（二）根據扎刀現象出現的原因進行處理

一是針對刀桿強度導致的扎刀現象。為加強對其處理，需要將刀桿的強度增強，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，更換材料強度更高的刀桿，比如采用彈性刀桿，就能補償彈性變形。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致的扎刀現象。為加強對其處理，需要在裝刀過程中注意刀尖的高度。若為硬質合金車刀，則應裝高一些，但是比工件旋轉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中心略低。

三是針對切削抗力導致的扎刀現象。為加強對其處理，需要結合實際采取針對性的辦法。如果是粗車，那么應采取斜進法；如果是精車，那么就采取“直進后左右切削法”。這樣才能減少刀具的接觸面積，從而減少切削抗力。當螺距較大時，應采取“分層法”進行車削，或者采取“切直槽”法進行切削，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面精車，并進行單刃切削，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量的前提下采取強力切削，也就是采用硬質合金車刀進行粗車，并結合實際對其車削速度和吃刀深度進行控制。如果采取“斜進法”或者是“左右切削法”粗車，那么采取高速鋼車刀進行低速精車即可。例如圖 2，就是在傳統的基礎上進行的改進，將傳統的加工方法如圖 2（a）改進成如圖 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化和改善。

四是針對機床間隙導致的扎刀現象。為加強對其處理，應盡量選擇性能較好的數控車床，且對拖板的間隙進行調整和優化。對于小拖板而言，應將其調整緊一些，而中拖板則需要盡可能地小，調整的前提則是要確保它靈活轉動。對大拖板而言，將其間隙設置為 0.05 mm 左右。對舊機床，其主軸前后的軸承間隙也需要適當進行調整。若有必要，則要進行靜平衡實驗，采取百分表對主軸的軸向竄動量進行檢測。但是有時也會出現無法調整的情況，此時就需要適當地將車刀裝高。

五是針對刀具前角導致的扎刀現象。為加強對其處理，粗車時，要確保車刀鋒利，將前角設置為 10°，將車刀裝稍微高一些，并采用“斜進法”。精車時，應將前角設置為 0°，采取“左右切削法”；亦可采取負前角，但要將車刀裝高，這樣才能將切削力的方向改變，在預防扎刀的同時促進工作效率提升。

六是針對工件剛性導致的扎刀現象。為加強對其處理，若絲桿在同軸度上有要求，則應分別采取粗車和精車兩種方式。在粗車過程中，應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度，同時要使刀具前角稍大一點，這樣能確保順利地切削。在精車過程中，應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，那么應采取中心架或者跟刀架，從而將工件的強度增加。如果其螺距較大時，則需要采取“左右切削法”與“分層法”，將兩種方法進行有機結合。此外，還要將切削用量減少，尤其是在牙型深度下到一半時，應確保中拖板在 0.05 mm 之內，這樣才能將切削抗力減小，進而有效地彌補工件剛性不足的問題。

本文主要討論實訓教學中數控車床加工梯形螺紋出現扎刀現象及解決方法。在實際實訓教學中，還要緊密結合數控車床所采用的系統和加工的需要明確指令、編程，結合受力情況選擇恰當的切削方法。教師要引導學生切實加強對扎刀現象出現的原因進行分析，有針對性地進行處理，只有這樣才能在確保安全的情況下提高實訓教學質量。

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（責編 盧建龍）