机床刮屑板的应用及失效分析

张立民

(斯凯孚(上海)汽车技术有限公司，上海201814)

机床产生的切屑作为机械加工的主要废料之一，无论是对社会环境还是机床本身都有很大的影响。当切屑堆积严重时，若不及时处理会干扰机床的正常运行，若被机床运动部件“咬入”就会破坏机床零件的光滑表面，影响机床部件的正常运行。

滑枕作为机床与切屑接触最为频繁的部件之一，是立式车铣中心等龙门机床的核心部件，它的运行状况和综合工作性能将直接影响机床的加工能力和整体性能。

机床导轨刮屑板作为保护机床滑枕正常运动必不可少的重要组成部件，在提高机床滑枕导轨面的刮屑能力和除尘功能方面，发挥着重要的作用。

1 刮屑板在机床中的应用

1.1 切屑的产生机制

机床在完成零件加工过程中不断产生切屑，切屑的形成过程与金属的挤压过程很相似，切屑的形成与切离过程是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。

金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移，即形成所谓的偏挤压，如图1所示。

与偏挤压情况类似。切削塑性材料时，材料受到刀具作用，开始发生弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离，如图2所示。

图1 偏挤压简图

图2 切削简图

如表1所示，根据切屑形成条件的不同，可以分成相应类型的切屑［1］。

表1 切屑分类

1.2 切屑的危害与刮屑板的应用

就机床本身而言，切削加工过程中产生的切屑如不在正确的时间被阻挡或疏散到合适的处理设备中去，就会对机床的正常运行产生不利影响。

通过安装机床滑枕刮屑板，可以有效提高机床滑枕导轨面的刮屑、除尘及防护功能。特别能有效阻挡切屑及灰尘进入到机床滑枕的工作空间内部，这对于保护内部啮合齿轮等零件免受切屑干扰，及防止内部润滑油由于灰尘侵入而过快老化能起到关键的防护作用。

刮屑板在机床中的安装应用如图3所示。滑枕8置于回转滑座1 中，并能在其中滑动运行。盖板2 固定安装在回转滑座1 上，用于压紧滑枕8 并使其不发生倾覆。当立式车铣中心的滑枕8 沿竖直方向(Z轴)运动时，由于其表面布满润滑油，进而会有切屑加工时产生的切屑附着在其外表面，附着的切屑会随着滑枕8 的上下运动反复不断地进出回转滑座1。

图3 刮屑板在滑枕上的应用简图

为避免滑枕8 外表面的润滑油向下频繁滴落，接油槽3 通过安装螺钉4 被固定安装在回转滑座1 的底部端面上，接油槽3 和滑枕8 之间由密封条5 进行密封，防止润滑油的渗漏。

为有效阻止滑枕8 外表面附着的切屑反复进出回转滑座1，将刮屑板固定安装于接油盒3 底部。刮屑板由铝骨架6 和刮舌7 组合而成，刮屑板进行安装时，需保证刮舌7 与滑枕8 的外表面充分接触，并有一定的弹性变形，以保证刮屑板与滑枕8 的紧密接触。上述安装的刮屑板可以有效阻挡外部的切屑和灰尘对机床内部的入侵。

2 机床刮屑板的设计

2.1 刮屑板形状的选择

机床刮屑板具有不同的形状、尺寸，生产用原材料也是多样的，在狭小的空间里也能安装。标准刮屑板的长度通常是每件500～1 000 mm。

刮屑板主要由型材骨架和刮舌构成，如图3所示。型材骨架可分别采用铝合金或不锈板型材;刮舌可分别采用高标准聚氨酯、合成橡胶做原料，可获得卓越的机械性质和良好的化学性能，可持续耐高温，高达130 ℃(树酯材料:135 ℃，氟橡胶:215 ℃)最低也能达到90 ℃(橡胶:100 ℃，氟橡胶:200 ℃)。

标准刮屑板是一种断面形状尺寸固定的型材，其断面形状尺寸无需设计，通常也无需再改变。只有平面拼接状态需要设计者根据需要自行设计。因此，这种刮屑板实际上只需要画一个平面拼接图。通常无需绘制反映断面形状尺寸的剖面图。刮屑板的平面拼接图可根据不同的导轨横截面形成直角形、燕尾形、V 型等形状，并通过改变刮屑板的长度和摆放的位置焊接成刮屑板组合件。几乎完全密封的状态，能够防冷却液，有较高的稳定性和较强的负荷能力。

2.2 刮屑板的拼接设计

当需要拼接图4所示刮屑板时，可以有3 种拼接方式，如图5所示。从图5 可以看出，只有第二种方式(α2=α/2)，刮舌在接缝处才能等宽吻合，不但没有拐角及伸长部分的漏点，而且外形美观。

图4 刮屑板简图

图5 刮屑板拼接简图

3 刮屑板的失效形式分析

刮屑板的失效形式主要分为磨损性失效和破坏性失效两种类型。

刮屑板的磨损性失效，即刮屑板上主要承担刮屑和除尘任务的刮舌由于频繁受到滑枕外表面的往复接触性摩擦作用，造成刮舌弹性材料的不断磨损减少，剩余的刮舌材料不足以提供足够的弹性变形以形成刮屑板与滑枕外表面之间的紧密密封性接触，进而造成刮屑板的磨损性失效。

导轨板的破坏性失效主要指机床的导轨板工作部件，即刮舌由于受到外部零件(如粗大的切屑)的持久性的频繁撞击，造成刮舌局部的撕裂性的破坏，无法完成其与滑枕外表面之间的紧密接触，从而造成了刮屑板的破坏性失效。

机床刮屑板的磨损性失效是刮屑板最为常见的失效形式。通过采用耐磨性及耐高温性较好的刮舌材料(如氟橡胶等)可大大提高刮屑板的使用寿命，进而提高机床的工作效率。导轨板的破坏性失效在机床的使用过程中应尽量避免，如通过对机床进行合理的维护，对机床的切削、特别是生产过程中产生的较大的带状屑进行及时有效断屑和清理，可有效阻止带状屑卡入刮舌与滑枕表面之间，并避免由此产生的刮舌材料的撕裂性破坏失效。

4 结论

通常情况下，由于机床刮屑板相对于机床的组成部件来说只是非常渺小的零部件。因此，多数情况下刮屑板的失效及分析都未能引起人们的足够重视，更鲜有见到与此相关的文献研究。由于刮屑板的成本低廉，操作人员通常会在刮屑板失效后直接将其替换掉。如果可以对机床刮屑板的失效形式和应对策略进行深入的分析，不仅可以提到机床的使用效率，更可以有效降低机床的使用成本和维护成本。

文中对机床刮屑板应用的技术背景和在立式车铣中心机床上的安装进行了深入、全面的介绍。并对机床刮屑板的组成和设计进行了必要陈述。通过对刮屑板失效形式的分析，提出了切实有效的应对措施和解决途径。

［1］徐桂兰.金属切削加工基础［M］.成都:西南交通大学出版社.2011.

［2］刘利.标准刮屑板的应用［J］.上海机床，1994(1):48-49.