普通銑床零件加工表面粗糙度的影響因素研究

王超等

摘要：采用正交試驗(yàn)法研究普通銑床切削條件下進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速和切削深度對表面粗糙度的影響。結(jié)果表明：隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來越大；隨著主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的增加，表面粗糙度值先減小后變大，總體呈增大趨勢。切削深度對表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速，再次是進(jìn)給速度。

關(guān)鍵詞：表面粗糙度；普通銑床；影響因素；正交試驗(yàn)法

中圖分類號：TG580.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）06-0031-03

普通銑床因其加工成本低廉，對單件、小批量零件加工速度較快的特點(diǎn)，在國內(nèi)外機(jī)械加工行業(yè)占有主導(dǎo)地位。但隨之科技的發(fā)展，數(shù)控銑床、加工中心的興起終結(jié)了普通銑床、車床對零件加工的壟斷。普通銑床只有不斷提高機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量，才能搶占市場地位，創(chuàng)造更大的產(chǎn)品價(jià)值。表面粗糙度是衡量零件表面質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是決定零件后期功用的標(biāo)尺，也是反映銑削加工性能的指標(biāo)。在普通銑床的加工中，影響表面粗糙度的因素有刀具方面、切削條件、被加工材料、工藝系統(tǒng)的精度和剛度等。要想達(dá)到較高的表面粗糙度，需要綜合多方面因素進(jìn)行考慮?，F(xiàn)重點(diǎn)研究切削條件下進(jìn)給速度v、主軸轉(zhuǎn)速n、切削深度ap對表面粗糙度的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

表面粗糙度主要是由于加工過程中刀具和零件表面之間的摩擦、切屑分離時(shí)的塑性變形，以及工藝系統(tǒng)中存在的高頻振動等原因所形成的。根據(jù)表面粗糙度的產(chǎn)生原因和生產(chǎn)實(shí)際，銑削加工中影響表面粗糙度的可控制因素主要有進(jìn)給速度v、主軸轉(zhuǎn)速n和切削深度ap。將這3個(gè)因素作為銑削試驗(yàn)的對象，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)與分析，并將試驗(yàn)件和表面粗糙度比較樣塊進(jìn)行對比，得出表面粗糙度的參數(shù)，作為試驗(yàn)結(jié)果。

各因素水平結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選取，主軸轉(zhuǎn)速300～900 r/min，進(jìn)給速度30～150 mm/min，切削深度0.5～2.5 mm。每個(gè)因素選取5個(gè)不同的因素水平，用

L25（56）設(shè)計(jì)表頭，一共進(jìn)行25組試驗(yàn)，詳見表1。

1.2 材料與設(shè)備

試件所用材料為45號鋼。X6132臥式萬能臥式銑床：北京第一機(jī)床廠；Φ50硬質(zhì)合金銑刀，鑲嵌刀片為3片，采用逆銑干銑法；GB 6060.2—85，Ra 0.1～6.3表面粗糙度比較樣塊：衡陽量具刀具總廠；放大鏡。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)安排，取樣長度為30 mm，最終得到25組表面粗糙度的試驗(yàn)結(jié)果，見表2。

在以上分析基礎(chǔ)上，采用極差分析法分析表2中的25個(gè)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算進(jìn)給速度v、主軸轉(zhuǎn)速n，切削深度ap對表面粗糙度的平均影響效果，結(jié)果見表3。

表3中k1，k2，k3，k4，k5分別代表3個(gè)試驗(yàn)因素在1，2，3，4，5水平下通過表面粗糙度比較樣塊對比出來的表面粗糙度的平均值；R代表3個(gè)因素在5個(gè)水平下的最大方差，通過計(jì)算方差可以反映出3個(gè)因素對表面粗糙度的影響效果。由表 3可知：切削深度ap對表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速n，再次是進(jìn)給速度v。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)繪制表面粗糙度分別在切削深度ap、主軸轉(zhuǎn)速n和進(jìn)給速度v作用下的影響曲線，如圖1、圖2、圖3所示。

由圖1可以看出：隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來越大，近似成正比例增大。其原因是隨著切削深度的增加，刀所受的切削力增大，刀在加工表面產(chǎn)生的徑向跳動也就越厲害，導(dǎo)致零件加工表面粗糙度值變大。

由圖2可以看出：隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，表面粗糙度值先減小后增大。在轉(zhuǎn)速300～750 r/min范圍內(nèi)表面粗糙度值減小；在轉(zhuǎn)速750～900 r/min范圍內(nèi)表面粗糙度值減大；在轉(zhuǎn)速為750 r/min時(shí)，表面粗糙度值達(dá)到最小值，為4.9，此時(shí)主軸轉(zhuǎn)速在切削深度和進(jìn)給速度共同作用下表面質(zhì)量最好。其原因是隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，Φ50硬質(zhì)合金銑刀屬于間歇性切削，零件加工表面在同一時(shí)間刀片切削次數(shù)增加，使得零件加工表面粗糙度值變小。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值再增加時(shí)，刀片與加工表面摩擦加劇產(chǎn)生大量的切削熱，形成積削瘤，破壞了刀具表面質(zhì)量，從而使表面粗糙度值變大。

由圖3可以看出：隨著進(jìn)給速度的增大，表面粗糙度值先減小后增大，減小幅度沒有主軸變化減小幅度那樣明顯。其原因是隨著進(jìn)給速度的增大，刀在加工表面產(chǎn)生的徑向跳動較小，所以表面粗糙度值減小。

3 結(jié)論

1） 隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來越大；隨著主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的增加，表面粗糙度值先減小后變大，總體呈增大趨勢。

2） 通過分析方差可以反映出切削深度ap對表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速n，再次是進(jìn)給速度v。

3） 在主軸轉(zhuǎn)速n為750 r/min、切削深度ap為0.5 mm、進(jìn)給速度v為118 mm/min時(shí)，普通銑床在實(shí)際加工中可以達(dá)到的表面粗糙度最小，為3.2。

4） 隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，表面粗糙度值先減小。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，刀具磨損加劇影響表面加工質(zhì)量，從而使表面粗糙度值變大。

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Research on the Influence Factors of Roughness of Ordinary

Milling Parts Processed Surface

WANG Chao， SUN Changqing， WEI Yongtao， MA Guoqiang

（School of Mechanical Engineering Shenyang Institute of Engineering， Shenyang 110136， China）

Abstract： In this paper， conventional miller cutting condition of the feed speed， the spindle speed and the depth of cut were studied by using orthogonal test method， which had effect on surface roughness. The result showed that the deeper the cutting depth， the more roughness the surface； with the increase of spindle speed and feed speed， the surface roughness changed from decreasing to increasing， overall had increasing trend. The cutting depth had the biggest effect on surface roughness， secondly was spindle speed， then feed speed.

Key words： surface roughness； conventional miller； influence factors； orthogonal test method