实训教学中用数控车床加工梯形螺纹时出现扎刀现象的原因及解决方法

黎敬铁

【摘 要】本文以职业院校的机械专业数控车床实训教学中的梯形螺纹加工为例，对实训教学中数控车床加工梯形螺纹出现扎刀现象进行分析，并提出相应的解决方法。

【关键词】实训教学 数控车床 梯形螺纹加工 扎刀现象 解决方法

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）07B-0154-02

实训教学在整个职业院校的教学中有着十分重要的意义。数控车床是职业院校的机械专业实训教学的主要内容之一。利用数控车床加工梯形螺纹时，经常发生扎刀现象，这不仅会对教学成本带来影响，而且还可能带来机械事故或者安全事故。所以在数控车床加工梯形螺紋中，应切实加强对其出现的原因进行分析，并采取针对性的解决方法。以下笔者结合自身的浅见提出几点对策。

一、实训教学中用数控车床加工梯形螺纹时出现扎刀现象的原因分析

在职业院校的机械专业实训教学中，利用数控车床加工梯形螺纹是一项十分重要的内容，但是扎刀现象又经常出现。就其客观原因来看，主要是由于学生在实训中操作不熟练、粗心和紧张等导致。加之加工工艺和刀具的原因，使得其加工的难度较大。尤其是在高速切削过程中的难度更大，因其不便于观察，使其在安全性和可靠性上较差。

除了上述客观原因外，为了更好地加强对其处理，还要对其原因进行分析，具体原因主要有几个方面：

一是在刀杆自身方面的原因。由于刀杆自身的强度不足，抑或是由于伸出长度太长，导致刀杆的强度下降，进而出现扎刀现象。因为刀杆需要承受来自切削力的作用，若刀杆强度不足，就会导致刀杆向下发生弹性变形，使刀尖对不上工件的旋转中心，从而使工件的受力状态发生变化，具体如图 1 所示。

从图中可以看出，切削力将形成一个径向的分力。由于存在径向分力，使得车刀往工件的径向方向形成力，导致出现扎刀现象。伴随着振动和啃刀的现象产生，最终导致牙形角的误差增大，使粗糙度也增大。

二是在车刀安装方面的原因。在安装过程中，若将车刀安装太低，极易出现扎刀现象。这主要是因为学生在安装中没有掌握安装要领。

三是切削抗力方面的原因。由于刀具接触的面积较大，在切削深度不断增加时，若采取“直进法”，就会使得刀具的三个刀刃都参与切削，导致切削抗力增大的情况出现，进而出现扎刀现象。此外，如果车刀磨钝了，那么也会导致切削的抗力增大，进而出现扎刀现象。比如，车削塑性材料，由于切削深度较大，采用“直进后左右切削法”切削就会导致进给量较大，导致出现扎刀现象。

四是在机床间隙设置方面的原因。由于机床的间歇设置不合理，使得小托板的丝母和丝杠之间存在较大的间隙，使刀具在轴向发生窜动现象，从而导致切削的深度变得时大时小。此时如果中间板的间隙又较大，那么在车削过程中就会使托板径向滑动，导致吃刀的深度突然变大而出现扎刀现象；而如果中间板的间隙太小，那么又会导致操作不灵活，在退刀时不能及时地进行退刀或者根本不能退刀，从而可能导致事故发生。

五是刀具前角方面的原因。如果车刀的前角较大，刀具又十分锋利，那么其切削力就会变小，切削过程变得轻快，因此在车削过程中形成的径向切削力将会车到、拉到切削表面，进而出现扎刀现象。如果前角过小，刀具又磨钝，那么在车削过程中会使消耗的车削力变大，进而出现扎刀现象。

六是在工件自身方面原因。由于有的工件自身的刚性较差，在车削过程中，受到切削力对其的作用，导致工件出现弯曲变形现象，使得吃刀的深度突然加大，进而出现扎刀现象。

二、实训教学中用数控车床加工梯形螺纹时出现扎刀现象的解决方法

以上我们对实训教学中用数控车床加工梯形螺纹时出现扎刀现象的原因进行了梳理，找到了产生扎刀现象的原因，采取针对性的解决方法如下。

（一）加强实训教学前的培训，要求学生切实掌握实训车削梯形螺纹的方法和领会注意事项

在进行实训教学之前，为了有效地减少、避免出现扎刀现象，需要教师在实训教学之前对车削梯形螺纹的方法、原理进行再次强调，要求学生掌握方法和领会注意事项。尤其是在车削过程中，一定要确保安全，并针对可能出现的问题制订相应的预案，只有这样才能减少和避免出现扎刀现象。

（二）根据扎刀现象出现的原因进行处理

一是针对刀杆强度导致的扎刀现象。为加强对其处理，需要将刀杆的强度增强，也就是将其截面积增加。特别是垂直方向的尺寸，可以更换成菱形截面刀杆。若条件允许，更换材料强度更高的刀杆，比如采用弹性刀杆，就能补偿弹性变形。注意，刀尖比工件中心高出的部分要控制在 0.1 到 0.3 mm 之间。

二是针对车刀安装导致的扎刀现象。为加强对其处理，需要在装刀过程中注意刀尖的高度。若为硬质合金车刀，则应装高一些，但是比工件旋转中心高出的部分控制在 0.2 到 0.5 mm 之间。若采用的是高速钢车刀，那么就要使刀尖比工件旋转中心略低。

三是针对切削抗力导致的扎刀现象。为加强对其处理，需要结合实际采取针对性的办法。如果是粗车，那么应采取斜进法；如果是精车，那么就采取“直进后左右切削法”。这样才能减少刀具的接触面积，从而减少切削抗力。当螺距较大时，应采取“分层法”进行车削，或者采取“切直槽”法进行切削，这样才能将刀具和工件之间的接触面减少，从而将切削力减小。在精车过程中利用精车刀将牙底和两侧面精车，并进行单刃切削，以降低切削力。为确保车刀锋利，除了要及时磨车刀的刃，在车削过程中要加入一定的切削液，以提升刀具耐用度，并确保其锋利。但是有时需要将效率提升，就需要在确保加工质量的前提下采取强力切削，也就是采用硬质合金车刀进行粗车，并结合实际对其车削速度和吃刀深度进行控制。如果采取“斜进法”或者是“左右切削法”粗车，那么采取高速钢车刀进行低速精车即可。例如图 2，就是在传统的基础上进行的改进，将传统的加工方法如图 2（a）改进成如图 2（b）的新方法，从图 2（b）中可以看出，螺纹车刀的受力情况得到有效的优化和改善。

四是针对机床间隙导致的扎刀现象。为加强对其处理，应尽量选择性能较好的数控车床，且对拖板的间隙进行调整和优化。对于小拖板而言，应将其调整紧一些，而中拖板则需要尽可能地小，调整的前提则是要确保它灵活转动。对大拖板而言，将其间隙设置为 0.05 mm 左右。对旧机床，其主轴前后的轴承间隙也需要适当进行调整。若有必要，则要进行静平衡实验，采取百分表对主轴的轴向窜动量进行检测。但是有时也会出现无法调整的情况，此时就需要适当地将车刀装高。

五是针对刀具前角导致的扎刀现象。为加强对其处理，粗车时，要确保车刀锋利，将前角设置为 10°，将车刀装稍微高一些，并采用“斜进法”。精车时，应将前角设置为 0°，采取“左右切削法”；亦可采取负前角，但要将车刀装高，这样才能将切削力的方向改变，在预防扎刀的同时促进工作效率提升。

六是针对工件刚性导致的扎刀现象。为加强对其处理，若丝杆在同轴度上有要求，则应分别采取粗车和精车两种方式。在粗车过程中，应尽可能地将工件悬空的长度缩短，从而更好地增加工件的强度，同时要使刀具前角稍大一点，这样能确保顺利地切削。在精车过程中，应采取办法装夹车削的每个部位，并在螺纹车削过程中采取“左右切削法”以改善切削力的状况。如果是较长的丝杆，那么应采取中心架或者跟刀架，从而将工件的强度增加。如果其螺距较大时，则需要采取“左右切削法”与“分层法”，将两种方法进行有机结合。此外，还要将切削用量减少，尤其是在牙型深度下到一半时，应确保中拖板在 0.05 mm 之内，这样才能将切削抗力减小，进而有效地弥补工件刚性不足的问题。

本文主要讨论实训教学中数控车床加工梯形螺纹出现扎刀现象及解决方法。在实际实训教学中，还要紧密结合数控車床所采用的系统和加工的需要明确指令、编程，结合受力情况选择恰当的切削方法。教师要引导学生切实加强对扎刀现象出现的原因进行分析，有针对性地进行处理，只有这样才能在确保安全的情况下提高实训教学质量。

【参考文献】

[1]乔龙阳.数控车床加工梯形螺纹解析[J].价值工程，2013（18）

[2]杨志丰，宣 萍.数控车床加工梯形螺纹[J].中国新技术新产品，2013（4）

[3]叶碧芬.数控车床加工梯形螺纹方法浅析[J].中国农村教育，2012（5）

（责编 卢建龙）