車削加工減小表面粗糙度的方法

李文利

(平頂山高級技工學校 河南 平頂山 467000)

0 前言

無論是機械加工后的零件表面，還是用其他方法獲得的零件表面，總會存在著有較小間距的峰、谷組成的微量高低不平的痕跡。粗加工表面，用眼睛直接就可以看出加工痕跡；精加工表面，看上去光滑平整，但用放大鏡，仍可以看到錯綜交叉的加工痕跡。表面粗糙度是表述零件表面峰谷高低程度和間距狀況的微觀幾何形狀特征的術語。表面粗糙度是指已加工表面微觀不平程度的平均值，是一種微觀即可形狀誤差。表面粗糙度等級用輪廓算術平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz或輪廓最大高度數值Ry的大小表示。按國家標準規定，優先采用輪廓算術平均偏差的大小Ra來表示。

我們在生產中要找到影響表面粗糙度的主要因素，并提出解決的方案。經切削加工形成的以加工表面粗糙度，一般可看成理論粗糙度和實際粗糙度疊加而成。要減小表面粗糙度可以從以下幾個方面入手：

1 理論粗糙度

這是刀具幾何形狀和切削運動引起的表面不平度。生產中，如果條件比較理想，加工后表面實際粗糙度接近于理想粗糙度。在工件上表現出來的就是已加工表面上像螺紋一樣的殘留面積（刀具主副刀刃在已加工表面留下的一些痕跡未被切除的面積成為殘留面積）。通常是按照殘留面積的高度來度量其粗糙程度的。影響殘留面積高度的有下面幾個因素：

1.1 減小主偏角Kr和副偏角Kr′的數值

減小主偏角，加工表面粗糙度值會減小；減小副偏角Kr′，會增大切削刃與已加工表面的接觸長度，能減小表面粗糙度的數值，但過小的副偏角會引起振動。

1.2 增大刀尖圓弧半徑r

刀尖圓弧半徑r增大時，使刀尖處的平均主偏角減少，可以減小便面粗糙度值，但會增大背向力和容易產生振動，所以刀尖圓弧半徑不能過大，通常高速鋼車刀r=0.5～5mm，硬質合金車刀r=0.5～2mm。具體表現為如下圖，用尖刀加工時，殘留的最大高度為：Ry=f／(cotKr+cot Kr′)相應的輪廓算術平均偏差為Ra=Ry／4。用圓頭加工時，殘留層的最大高度為Ry=f2／8r，相應的輪廓算術平均偏差為Ra=Ry／4。那么在相同的條件下 Kr=75°，Kr′=10°，f=0.2mm／r，用尖頭車刀和用圓頭車刀車削外圓，分別求出殘留層的高度。解得尖頭車刀Ra=0.0337mm，而圓頭車刀Ra=0.005mm。顯而易見增大刀尖圓弧半徑能減小表面粗糙度值。

圖 殘留層

1.3 減少進給量

進給量f是影響表面粗糙度最顯著的一個因素，進給量越少，殘留面積高度越小。并且，此時鱗次、積屑瘤和振動不易產生，表面質量越高。

2 實際粗糙度

實際粗糙度是指切削過程中出現的非正常原因造成的表面不平度。包括積屑瘤、亮斑、拉毛、加工振動等。減小實際粗糙度值，可從采取以下措施：

2.1 避免工件產生積屑瘤

有些教材上又叫毛刺。用中等切削速度切削鋼料或其他塑性金屬時，切屑與車刀前面之間產生很大的摩擦力，尤其當車刀前面不太平滑時，摩擦力更大，同時產生很高的溫度。在高溫高壓和很大的摩擦力作用下，切削底層和上層產生滑移，底層流動速度減慢。這層流速較慢的金屬層，成為滯留層。當摩擦力大于切削底層內部的滑移斷裂抗力時，滯留層的金屬跟切屑分離而形成一個楔塊粘在車刀前面上，這塊金屬因為受加工硬化的影響，硬度很高，成為積屑瘤。影響積屑瘤產生的因素很多，但切削速度影響最大。切削速度較低（2～5m／min以下）時，切削流動較慢，摩擦力未超過切削分子的結合力，不會產生積屑瘤；切屑速度很高（70m／min以上）時，溫度很高，切屑底層金屬變軟，摩擦系數明顯降低，也不會產生積屑瘤；中等切削速度（15～20m／min）時，切削溫度約為300℃左右，這時摩擦系數最大，容易產生積屑瘤。因此在加工工件時避開最容易產生積屑瘤的中速區域。要減小表面粗糙度就應該避開中等切削速度。

2.2 避免磨損亮斑

磨鈍的切削刃會將工件表面壓出亮斑或亮點，使表面粗糙度值增大，這時應及時更換或重磨刀具。

2.3 防止切屑拉毛已加工表面

被切屑拉毛的工件表面一般是不規則的很淺的痕跡。這時應選用正值刃傾角車刀，使切屑流向待加工表面，并采用卷屑或斷屑措施。

2.4 防振動

工件在車削加工時，由于機床性能、工件材料及刀具等因素的影響，易產生切削振動。切削過程中的振動會使加工表面出現周期性的橫向和縱向振紋，使工件的局部尺寸和工件的表面粗糙度發生變化，并縮短刀具的使用壽命，影響工件的加工質量。減小工件切削振動的方法主要有以下幾種：

2.4.1 對機床的調整機床各部應調整合適，緊定牢固。主軸的松緊應經常檢查，并調整間隙，因它往往是振動產生的主要原因，并調整大、中、小滑板塞鐵，使間隙小于0.04mm，且使移動乎穩輕便。

2.4.2 對車刀的要求在保證強度的前提下，車刀前角應盡可能取大一些，加工細長軸時，應采用大的主偏角。

2.4.3 對切削深度的要求精車時，應根據機床剛度決定刀刃和工件的接觸長度，并盡可能地采用彈簧光刀。粗車時切削深度愈小愈好（一般為0.1～0.2mm）。車削直徑較小的工件，應采用快轉速，慢走刀的方法。

2.4.4 從理論上講，工件夾持裝置應該使所夾工件盡可能靠近主軸前軸承，刀具則應盡可能靠近刀塔本體，而不出現懸臂狀態。為此避免使用主軸內能夠直接裝夾彈簧夾頭的車床，因為夾頭座使工件遠離主軸前軸承，夾持力小，會增加振動。對較長的工件工件伸出卡盤長度不宜過長。當工件伸出卡盤長度超過直徑的6倍時，應用尾座頂尖支承，同時盡量避免材料從主軸后端露出，如果從主軸后端伸出的材料過長，則須采用可靠的架持措施。修光刃過大，容易引起振動，一般=（1.2～1.5f）。

2.4.5 選用較小的背吃刀量和進給量，改變切削速度等。

2.4.6 隔離振源。隔離振動量大的設備（如沖床、鍛床等）。

2.5 合理選用切削液

一般來說，材料韌性越好，塑性變形傾向越大，表面粗糙度就越大。被加工材料對表面粗糙度的影響與其金相組織狀態有關。切削液的冷卻與潤滑作用，能減小切削過程的界面摩擦，降低切削區溫度，減小塑性變形并抑制積屑瘤與麟次的生長，對減小表面粗糙度有益。

3 結束語

減小表面粗糙度的方法很多，但對于不同的工件，使用的方法也是不一樣的，要做到具體問題具體分析，使車床在車削工作中能安全、可靠、高效地工作。

［1］極限配合與技術測量基礎[M].3版.中國勞動社會保障出版社，2007.

［2］車工工藝學[M].4版.中國勞動保障出版社，2007.

［3］金屬切削原理與刀具[M].4版.中國勞動保障出版社，2010.

［4］車工工藝學課程教學參考書[M].4版.中國勞動保障出版社，2007.