數(shù)控加工中表面粗糙度的研究

張龍 孟穩(wěn)

摘? 要：就數(shù)控加工而言，其主要包括磨削加工以及車削加工2個方面，對數(shù)控加工過程產(chǎn)生重要影響的一個因素是工件表面的粗糙程度。刀具的磨損、機(jī)床精度、操作者技術(shù)水平、夾具的裝夾程度以及切削條件等因素均可能對工件表面粗糙程度造成影響。該文首先針對數(shù)控加工表面粗糙的影響因素進(jìn)行了逐一分析，然后針對如何改善和控制表面粗糙程度的方法進(jìn)行闡述，以期能夠有效提高機(jī)器零件的使用性能。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工;表面粗糙度;影響因素;控制方法

中圖分類號：TH161? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

磨削加工以及車削加工等均對數(shù)控加工造成影響，而工件表面的粗糙程度情況則對數(shù)控加工產(chǎn)生了重要的影響。為能夠提高機(jī)器零件的使用性能，該文首先針對數(shù)控加工表面粗糙程度的影響因素進(jìn)行分析，其后針對有效控制改善和控制表面粗糙程度的方法予以分析。

1 加工表面粗糙程度的影響因素分析

1.1 切削加工表面粗糙程度的影響因素分析

切削加工過程主要可以分為4個過程。車削、銑削、鎖削、鉆孔。切削參數(shù)的選擇、刀具、切削條件以及工件材料均對加工過程表面的粗糙程度造成影響。就參數(shù)的選擇而言，數(shù)控加工過程中切削參數(shù)主要指的是切削的速度、進(jìn)給量以及切削深度。切削的速度對工件表面產(chǎn)生影響主要表現(xiàn)在的影響鱗刺和積削瘤2個方面。在切削塑料材料的過程中，非常低的切削速度易產(chǎn)生幼刺，而較低的切削速度容易產(chǎn)生切屑瘤，導(dǎo)致表面粗糙程度的增加。避開速度區(qū)操作可以相對減少表面粗糙度。工件表面粗糙程度還受到了切刀切削工件殘痕高度的影響，可以說殘痕高度對工件表面粗糙程度起決定作用。通常情況下，切削深度對工件表面粗糙程度產(chǎn)生的影響較小，但是在精密加工的過程中切削深度過小造成刀刃圓弧在加工件表面的劇烈擠壓以及摩擦，出現(xiàn)工件變形進(jìn)而出現(xiàn)了工件表面粗糙程度增加的情況。為了降低工件殘留面積的高度以及深度，一方面可以通過減小進(jìn)給量以及主副偏角來實現(xiàn)，另一方面可以通過增大刀尖圓弧的半徑來實現(xiàn)。

就切削條件而言，切削角弓中工藝系統(tǒng)剛度受到多種因素的影響，如裝夾工件的方式等。當(dāng)剛度較大時，工藝系統(tǒng)的震動偏小，因此工件表面的粗糙程度減小;當(dāng)剛度處于較小情況下時，工藝系統(tǒng)的震動頻率偏高，因此工件表面的粗糙程度增大。切削過程中噴高效切削液能夠達(dá)到降低刀具磨損的目的，進(jìn)而實現(xiàn)減小鱗刺以及積屑瘤的目的，有助于降低工件表面的粗糙程度。此外，開展切削加工的時候，工件表面粗糙程度還會受到機(jī)床操作者的技術(shù)水平以及機(jī)床的精度等因素的影響。就工件材料的性質(zhì)而言，刀具會對金屬產(chǎn)生擠壓，而此類擠壓在對應(yīng)程度上造成了工件的塑性變形，出現(xiàn)了工件和切削分離的情況，進(jìn)而導(dǎo)致了工件加工表面粗糙的現(xiàn)象;金屬塑性變形同工件表面粗糙程度之間呈正比例關(guān)系，進(jìn)而增加工件表面的粗糙程度;在材料相同的情況下，金相組織越粗大，工件表面的粗糙程度大。

就刀具影響而言，刀具刀尖圓弧的半徑、刀尖副偏角、修光刃等幾何參數(shù)均對工件表面的粗糙程度造成影響，即刀尖圓弧半徑越大殘留的面積越小，工件金屬塑性變形增加造成了加工表面粗糙程度的減少，因此可以通過增加刀尖圓弧半徑的方式達(dá)到降低工件表面粗糙程度的目的。由于出現(xiàn)偏副角較小的情況，工件表面粗糙程度同樣會出現(xiàn)降低的情況。

1.2 磨削加工表面粗糙度的影響因素分析

同切削較高過程中出現(xiàn)表面粗糙程度的原因相似，磨削較高主要是受砂輪材料、工件材料以及磨削參數(shù)、磨削條件等因素的影響。就砂輪材料而言，均勻且細(xì)致地分布砂輪材料，表現(xiàn)在刀刃口具有較高的等高性，單位面積上參與磨削的磨粒越多則工件表面越均勻細(xì)致，即工件表面的粗糙程度越低。對砂輪表面進(jìn)行修整之后有助于使砂輪的顆粒均勻。就工件的材料而言，材料選擇在磨削加工的過程中具有重要的意義，過硬的材料容易出現(xiàn)磨粒鈍化的情況，進(jìn)而導(dǎo)致磨削過程中失去磨削力。過軟的材料容易出現(xiàn)砂輪堵塞的情況。韌性較大和導(dǎo)熱性較差的材料均容易出現(xiàn)磨粒過早崩落的情況，進(jìn)而造成了工件表面過于粗糙。就磨削條件而言，磨削條件情況對工件表面的粗糙程度造成較大的影響，即選擇正確的切削液類型、壓力以及濃度比等，一方面有助于提高砂輪平衡的精度，另一方面有助于提高砂輪主軸回轉(zhuǎn)的精度，此外還有助于提高整個系統(tǒng)的精確度。就磨削參數(shù)的選擇而言，由于砂輪轉(zhuǎn)數(shù)和工件轉(zhuǎn)速均對工件加工表面的粗糙程度造成影響，即砂輪的轉(zhuǎn)速越高，則工件加工表面出現(xiàn)粗糙的程度數(shù)值越小;工件旋轉(zhuǎn)的速度越小，則工件加工表面出現(xiàn)粗糙的程度數(shù)值越大。

2 改善和控制工件加工表面粗糙度的方法

2.1 數(shù)控加工工藝的科學(xué)制定

數(shù)控加工工藝對各項公差的要求較為嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)控加工工藝對于工件表面的粗糙程度要求非常高，因此科學(xué)地制定數(shù)控加工工藝具有十分重要的意義。一方面需要給出具體規(guī)格的刀片、刀具以及加工參數(shù)等，另一方面還需要在選擇加工基準(zhǔn)的時候，盡量選擇圖紙對基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定，以實現(xiàn)有效控制數(shù)控加工表面粗糙程度的目的。

2.2 切削、磨削參數(shù)的科學(xué)選擇

科學(xué)地選擇切削以及磨削的參數(shù)，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)有效控制數(shù)控加工表面粗糙程度的目的。降低加工過程中刀具的殘痕高度，能夠達(dá)到對積削瘤的生成進(jìn)行抑制的目的。在選擇切削和磨削參數(shù)的時候，以刀具的半徑、主副偏角以及進(jìn)給和走刀速度作為參考依據(jù)。

2.3 金相組織、掌握工件材料的性質(zhì)的適當(dāng)運用

此外，為了有效控制加工表面的粗糙程度，適當(dāng)運用金相組織、掌握工件材料的性質(zhì)同樣具有重要意義。若需要在切削加工的過程中采用高速切削的工作方式，則需要應(yīng)用應(yīng)粒狀珠光體;若需要在切削加工的過程中采用較低速度切削的工作方式，則需要應(yīng)用片狀珠光體組織。此外，對加工表面粗糙程度存在一定影響的因素還包括合金元素中碳化物的分布以及工件的調(diào)質(zhì)處理，因此需要對上述2個方面予以掌握和運用。

2.4 切削條件的科學(xué)提供

選擇并提供科學(xué)的切削條件，降低進(jìn)給量，同樣具有達(dá)到有效控制加工表面粗糙程度的目的。此外，有效控制加工表面粗糙程度的方法還包括切削液的選擇合理、機(jī)床運動精度的提高、工藝系統(tǒng)剛度的增強(qiáng)以及操作者技術(shù)水平的提高。

3 結(jié)語

加工表面粗糙度對機(jī)器零件使用性能有重要的影響，因此在加工機(jī)器零件的過程中提出了一定的技術(shù)要求。為了提高機(jī)器零件的使用性能，該文首先針對數(shù)控加工表面粗糙程度的影響因素進(jìn)行分析，然后針對有效控制改善和控制表面粗糙程度的方法予以分析。

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