數控加工中表面粗糙度的影響因素及控制方法

楊建勛（四川省服裝藝術學校，四川南充 637000）

數控加工中表面粗糙度的影響因素及控制方法

楊建勛
（四川省服裝藝術學校，四川南充 637000）

數控加工包括車削加工和磨削加工，工件表面粗糙度在數控加工過程中起了非常大的作用，影響工件表面粗糙度的因素也有很多，比如機床精度、刀具的磨損情況、夾具的裝夾程度，切削條件的影響，操作者的技術水平等等。本文旨在探討表面粗糙的影響因素，并找到改善表面粗糙度的方法措施。

數控加工 表面粗糙度 控制因素

1 造成切削加工中表面粗糙度的成因

車削、銑削、鏜削、鉆孔的過程統稱為切削加工過程。切削加工過程表面粗糙度的影響因素有切削參數的選擇、切削條件、工件材料和刀具。

1.1 切削參數選擇的影響

在數控中切削參數一般指的是切削速度υ、進給量fa和切削深度αp，不同的切削參數，對加工表面粗糙度影響也不一樣。

（1）切削速度的影響。切削速度不同必然會引起工件表面所產生積屑瘤和鱗刺不同，這也是切削速度υ對表面粗糙度的影響主要體現。在切削塑性材料中，如果切屑速度非常低，就容易產生幼刺；如果切屑速度較低，就容易形成切屑瘤，粗糙度也會越大。如果選擇避開速度區，那么表面粗糙程度也相對會減小。在加工一些脆性材料時，一般不會產生積屑瘤和鱗刺，因而切屑速度對表面粗糙度影響甚微，因此，較高的切削速度不僅可以提高產品生產效率，而且還可以減小加工表面的粗糙度。

（2）進給量f影響。切刀切削工件后殘留切痕的高度決定工件表面粗糙度數值，影響殘留切痕的高度的因素有：刀尖圓弧半徑、主偏角、副偏角，進給量等。如圖1所示。

當刀尖圓弧半徑等于0時，粗糙度波峰高度計算公式

當刀尖圓弧半徑不等于0時粗糙度波峰高度計算公式

由圖可知粗糙度數值與進給量f成正比，實際加工中刀具圓弧半徑不可能為0，所以使用第二個公式，進給量f對表面粗糙度的影響成指數擴大，減小進給量f，殘留切痕的高度H成平方的減小，對減小粗糙度非常有效果。

（3）切削深度αp影響。一般來說切削深度αp對工件表面粗糙度影響較小，但在精密加工中，切削深度太小將使刀刃圓弧對加工表面產生劇烈的擠壓和摩擦，引起工件的塑性變形，會增大工件表面的粗糙度。減小進給量和主、副偏角，然后增大刀尖圓弧半徑，都可以減小其殘留面積的深度和高度。為了減小在切削時需要達到的不同塑性變形程度，我們可適當增大刀具的前角［1］。

1.2 切削條件的影響

圖1

在切削加工過程中工藝系統的剛度受裝夾工件的方式影響，剛度大時工藝系統振動小，表面粗糙度小。反之則會引起工藝系統的高頻振動，增大工件表面粗糙度。切削時噴高效切削液可減少刀具的磨損，從而刀刃加工工件時減少積屑瘤和鱗刺的產生，對表面粗糙度的減小有利。另外切削加工時，機床精度和機床操作者的技術水平等因素也會影響工件表面粗糙度。

1.3 工件材料的性質

（1）刀具對金屬的擠壓在一定程度上產生塑性變形，產生切屑與工件分離，會使加工表面粗糙。（2）金屬塑性變形越大，工件材料的韌性就會越好，加工表面會更粗糙。（3）在相同的材料下，金相組織越粗大，加工表面則會越粗糙。

1.4 刀具的影響

刀具幾何參數中的刀尖圓弧半徑、副偏角和修光刃對表面粗糙度影響較大，刀尖的圓弧半徑越大，殘留的面積就會越小，那么變形則會增加，表面粗糙度就會降低，所以增大刀尖的圓弧半徑會降低表面粗糙度；如果副偏角小，表面的粗糙度就會低；一段長度大于進給量的修光刃不僅可以消除殘留面積還可以降低表面粗糙度。

2 影響表面粗糙度的因素

與切削加工時表面粗糙度的形成機理相似，磨削加工影響表面粗糙值的因素是由砂輪的材料、工件的材料和磨削條件及磨削參數決定的。

（1）砂輪的材料。砂輪上的磨料分布均勻細致，刃口的等高性好，砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，工件表面細密均勻，表面粗糙度就越好。此外修整砂輪的表面，使砂輪顆粒均勻也對磨削表面的粗糙度影響很大。

（2）工件材料。在切屑加工中，材料的選擇尤其重要，材料不能太軟或太硬或太韌。材料太硬，磨粒就會鈍化，使其在切屑中失去切削力；材料太軟，砂輪會堵塞；韌性太大，那么導熱性差的材料會容易使磨粒早期崩落，這些都會造成表面粗糙。

（3）磨削條件。對于切削液的種類、濃度比、壓力等的正確選擇，不僅有利于提高砂輪的平衡精度，還可以提高主軸的回轉精度及整個系統的精確度，對表面粗糙度有較大影響。

（4）磨削參數。在對于選用砂輪轉數及工件轉速是尤其重要的。砂輪轉速高，工件表面粗糙度值就小；工件旋轉速度大，表面的粗糙度也會增大。

3 如何改善表面粗糙度

（1）制定科學的數控加工工藝：數控加工工藝的要求是各項公差要嚴謹，對于粗糙度要求非常高的表面要給出具體規格的刀片及刀具和加工參數，選擇加工基準時盡量使用圖紙標定的基準。

（2）選擇科學的切削、磨削參數：為了抑制積屑瘤的生成，降低加工時刀具殘痕高度，在參數的選擇上，要正確選擇切削刀具的半徑、主副偏角、走刀的速度、進給速度以及砂輪轉數、砂輪進給的選擇。

（3）適當運用金相組織，掌握工件材料的性質：在切屑加工中如若采用高速切削，則應采用應粒狀珠光體；若采用較低速度切削，就應采用片狀珠光體組織；合金元素中碳化物的分布、工件的調質處理，等都會對表面粗糙度產生一定的影響。

（4）提供適合的切削條件：切削塑性材料時用高的切削速度，以期減小進給量；選擇合理的切削液，可提高機床的運動精度，增強工藝系統剛度，提高操作者的加工水平。

4 結語

表面粗糙度影響著機器零件的使用性能，因此在加工機器零件時，需要提出一定的技術要求，在對技術人員的要求上，要非常的嚴謹，在知悉粗糙度影響因素的基礎上采取有力提高機器零件的表面粗糙度，從而提高機器的使用性能。