切屑产生因素及数控机床排屑器综述

切屑产生因素及数控机床排屑器综述

摘要：本文通过分析几种常见切屑种类及产生机理，总结出不同种类切屑间的转化关系及对机床和工件加工质量的影响，然后对不同类型国产排屑器特点及适用范围进行分类，并对排屑器频发故障建立故障树，分析其故障原因，提出切实、可行的预防措施，不但大大降低排屑器故障率，提高工作效率，改善车间环境，为实现高效、低耗、节能、环保的加工生产奠定基础。

关键词：切屑；影响因素；排屑器；故障树；预防措施

1 .引言

伴随着当今科学技术的飞速发展和社会现代化建设的进步，制造业也得到了迅猛发展，越来越多的企业为了促进自身的发展，购置了许多先进尖端的制造设备，以适应我国高速低耗的发展要求。然而在车间机械加工过程中常常会产生大量四处飞溅的切屑，其中含有大量的切削油液，不但严重破坏工作环境，不易清理，而且影响生产效率，不同种类的切屑对整个加工和机床设备的影响也不尽相同，排屑器是数控机床中重要辅助装置之一，其结构简单，发生故障虽不危及人身安全，但会对生产加工造成巨大不利影响，本文针对如何控制切屑的形态以及合理的选择排屑器种类并提高可靠性进行了总结。

2 . 切屑

2.1. 切屑种类

由于加工材质、加工方式、加工刀具的多种多样，以及切削用量

三要素的不同，加工过程中所产生的切屑种类也不尽相同，主要分为带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑四种，如下图所示，其中前三种为切削塑性材料产生的切屑，最后一种为切削脆性材料常产生的切屑。

2.2. 切屑影响因素

从下表1可以看出，切屑的种类主要与切削速度、切削厚度、刀具前角、材料性能等因素有关，而挤裂切屑与带状切屑和单元切屑可以通过改变以上因素来得到，比如减小挤裂切屑加工刀具的前角，降低切削速度，或增加切削深度，就可得到单元切屑，若增大刀具前角，提高切削速度，或较小切削深度便形成带状切屑，掌握切屑此变化规律，便可以控制切屑形态，已达到断屑，卷屑的目的，得到便于清理和运输的切屑，不但可以改善车间的加工环境，提高生产效率，还可以保护刀具及加工设备。

3 . 注意事项

产生崩碎切屑的切削加工过程不稳，常常出现机械振动，降低加工精度，而且极易破坏刀具和加工设备，造成巨大经济损失，因此应力求避免这种切屑的产生，而在加工过程中，单元切屑切削力波动最大，工件表面质量差，精度较低，所以车床一般情况下，应避免出现此类切屑，出现带状切屑时要及时有序的进行清理，否则切屑会缠绕刀具及工件，造成强制停机，损坏刀具，影响加工精度和加工效率，而且可能危及人身安全，应在此种切屑产生过程中采取断屑和排屑措施。

4. 排屑器

4.1. 排屑器定义

排屑器是数控机床在加工过程中所必备的装置之一，用于将产生的切屑运输到指定位置，便于进行处理的装置，被广泛应用于各类数控机床、加工中心以及柔性生产线中，排屑装置包括排屑槽，链条，电机，出屑槽和滤网等，机械加工中可以将一台或者同一类型多台排屑器进行组合排屑，同时也可以将不同类型的排屑器组合成一个系统进行排屑，即“排屑系统”。集中排屑系统就是利用两台分主次排屑装置组合进行排屑，整个过程从切屑的收集、运输、处理实现全自动化，不但大大提高效率，改善车间环境，而且一改往日切屑不能自动及时处理及消耗人力等一系列弊端。

4.2 . 排屑器种类

随着制造业的在全球范围内的飞速发展，在我国，数控机床以及排屑装置也加快更新的步伐，国产排屑器生产厂家在众多，性能各异，规格不一，大致可分为：链板式排屑器、刮板式排屑机、螺旋式排屑机、磁性排屑机等四种排屑器，以下是从材质、工艺状况、切屑形状、排屑量等考虑因素出发进行总结。

4.2.1 . 链板式排屑器

链板式排屑器以链轮牵引钢质平板链带在密封箱中运转，加工产生的切屑落到链带上被送出机床[1]。

此类排屑器具有一定的排屑量和较高的自动化，能高效的进行排屑，其结构简单，操作灵便，可与其他排屑装置组合作为集中排屑

系统，而且经常用于车、铣、刨、磨、钻等各类加工方式中，适用于收集运输各类机床、加工中心所产生的团状、卷状、块状等切屑，以及铜屑、钢屑等金属切屑。

4.2.2 . 刮板式排屑器

链板式排屑器由链条、刮板、电动机等构成，具有相当高的抗振性及安全稳定性，传动平稳，工作效率高，适用于运输及处理磨床粗加工中产生的各种材质的颗粒状切屑，具有输送速度范围广的特点，因此可根据用户要求设置输送速度，降低劳动强度，而且可以根据实际需要添加其他装置以提高加工精度，如油水分离器、涡流分离器等，节约冷却液，是一种广泛而又常见的排屑器种类。

4.2.3 . 螺旋式排屑器

螺旋式排屑器由减速器、万向联轴节和螺旋器等组成，电动机带动减速机来驱动螺杆[1]。

螺旋式排屑器具有占地面积小的特点，其输送长度可以根据实际需要进行调节，适用于狭窄的生产线，具有一定的可靠性，常用于钢、铝、铜等金属和一些非金属加工产生的块状、卷状切屑，而且具有结构紧凑，便于安装使用，电机能耗低等诸多优点，但不适于运输带状切屑，而且工作效率较低。

4.2.4 . 磁式式排屑器

磁式排屑器是在输送工作板上利用永磁材料产生高强磁场，将切屑贴吸附在工作板上并进行运输的一种排屑器。

广泛的应用于各类工艺方式及各类数控机床、柔性生产线中，适

用收集运输各种铜、铝、铸铁等粉状和长度较小的切屑，其结构安全紧凑，无噪声，具有实用性强、故障率低等特点。

5 . 故障树分析

经加工现场实地考察，记录排屑器故障模式，分析其主要原因，建立如下故障树。

6. 预防措施

由故障机理分析可知，应着重对装配、振动、变形、使用、维护等方面采取以下预防措施，达到提高排屑系统自身抗振抗变形能力及提高固有可靠性和使用可靠性的目的，从而有效地减少改进自身结构的成本。

6.1. 为提高抗振性[2]，可采取如下方法：提高静刚度，即从提高固有振动频率入手，以避免产生共振；在不降低排屑螺旋杆静刚度的前提下，减轻重量可提高固有振动频率。如适当减薄壁厚或改变本身材质等。

6.2. 使毂孔设计尺寸尽可能减小以达到减少装配间隙目的，以防止出现振动现象，提高工作稳定性。

6.3.适当改变排屑器结构，利用顶丝制约轴向串动，并采取双键提高强度，及过盈配合以提高传动键的刚度、稳定性、抗振性和抗变形能力。

6.4.排屑量并非越大越好，必须综合考虑电机转速以及磁块间距等因素来适当的调整排屑量大小，以减小机构磨损，增加寿命。

6.5. 排屑器在使用过程要定时调整张紧，并对堆积的切屑及时