數(shù)控加工中表面粗糙度的影響因素及控制

劉振宇

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

數(shù)控加工中表面粗糙度的影響因素及控制

劉振宇

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

隨著當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)成為現(xiàn)階段機(jī)械加工的主要途徑，其中加工產(chǎn)品表面的粗糙程度是對(duì)整個(gè)數(shù)控加工質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵和首要的條件。影響數(shù)控加工效果設(shè)計(jì)到多方面的因素。本文從現(xiàn)階段我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展情況以及影響因素進(jìn)行分析，并提出對(duì)應(yīng)的控制措施和解決對(duì)策。

數(shù)控加工；表面粗糙度；影響因素；控制措施

我國(guó)整體工業(yè)化水平越來(lái)越高，主要通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工制造，與此同時(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)械化加工技術(shù)也提出了嚴(yán)格的要求和挑戰(zhàn)。眾所周知，在機(jī)械加工過(guò)程中，加工物件的表面粗糙程度與機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況息息相關(guān)。因此，嚴(yán)格控制數(shù)控加工的表面粗糙程度，保證零件的精確度，迫在眉睫。

1.零件表面粗糙度理解

表面粗糙度是一種體現(xiàn)在微觀上的幾何形狀誤差，它發(fā)生在數(shù)控加工過(guò)程的表面，呈現(xiàn)出峰谷狀的形式。這種幾何形狀的誤差是由于工具接觸表面不平形成，比如，操作刀具與零件表面的摩擦。表面粗糙度直接影響著物體表面的光滑程度，只有粗糙度越小表面才會(huì)越光滑。另一方面，表面粗糙度也影響著機(jī)械零件的使用功能。

2.粗糙度影響因素分析

2.1 加工過(guò)程中刀具的影響

整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程中，大部分切削手段需要利用到刀具。刀具的刃口圓角位置與后面的碰撞摩擦作用會(huì)造成金屬的變形，因此會(huì)對(duì)刀具的表面粗糙度產(chǎn)生影響。除此之外，前刀面積屑瘤的出現(xiàn)也是常見(jiàn)現(xiàn)象，發(fā)生在加工塑性材料時(shí)候，這種積屑瘤硬度高、密度大，它們?cè)斐傻毒叩恼w角度以及背吃刀量發(fā)生明顯的變化。另一個(gè)顯而易見(jiàn)的特點(diǎn)就是輪廓外形沒(méi)有固定的形狀。由于刀具上面積屑瘤的存在，增加了刀具的表面粗糙度。數(shù)控加工過(guò)程中，刀具與零件表面切割接觸會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)的現(xiàn)象，同樣結(jié)果會(huì)增大加工物體的表面粗糙程度。

2.2 刀具本身材質(zhì)、形狀等

切割加工過(guò)程中，刀具的組成材質(zhì)、形狀角度對(duì)于物體的表面粗糙程度扮演者重要的角色。根據(jù)此方面的因素，為了減小零件的粗糙程度，可以適當(dāng)科學(xué)的增大刀具幾何形狀的前方角度，因?yàn)楸砻娲植诔潭葧?huì)隨著刀具前角的變大而增加.若需要刀刃變得鋒利，則需要前角一定，增大刀具的后角，該措施能夠減小刀具表面與零件表面的摩擦，從而使加工后的產(chǎn)品表面變得更加光滑。然而，在切割刀具前角不變的情況下，后角的增大程度也需要控制，不能變的很大，倘若后角變得太大，會(huì)造成積屑瘤的位置移動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致切割表面的摩擦程度再次增大。刀具在加工過(guò)程中，會(huì)形成一定的用力形狀，相對(duì)于工件而言，刀具做著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工件會(huì)在表面形成一定的面積，殘留形成的面積就是理論上的表面粗糙度。

另一方面，減小表面粗糙程度可以通過(guò)增加刀尖圓弧的半徑。由相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)以及科學(xué)知識(shí)可知，數(shù)控加工所用刀具的每個(gè)表面本身的粗糙程度都直接影響著加工物體的表面粗糙度，刀具的每個(gè)平面越光滑，那么切割形成的零件表面會(huì)越光滑。

2.3 被加工工件材料的影響

在數(shù)控加工技術(shù)一定的情況下，加工工件材料性質(zhì)的不同直接影響著加工效果。材料性質(zhì)可以分為塑性材料和脆性材料。首先，對(duì)于塑性材料而言，在加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)前面刀面的摩擦，材料的切屑會(huì)逐漸形成停留層，碎屑顆粒粘附在刀具前面的刀尖，逐漸堆積，再加上積屑瘤的存在，最終導(dǎo)致刀具的幾何角度變化。切屑會(huì)不斷的與積屑瘤發(fā)生碰撞和摩擦，嚴(yán)重影響著工件的表面光滑程度。然后，當(dāng)加工脆性材料的時(shí)候，形成的碎屑表現(xiàn)為不成形的顆粒，零件表面出現(xiàn)痕跡，產(chǎn)生凹凸的點(diǎn)狀，如此增大了表面粗糙程度。實(shí)際情況是，只有切割脆性材料或者高速切割塑性材料的時(shí)候，加工后零件的粗糙程度與理論計(jì)算的產(chǎn)品粗糙程度是最貼合的效果。

2.4 加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

數(shù)控加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致物理現(xiàn)象的發(fā)生。在切削過(guò)程中，物體的表面金屬層會(huì)出現(xiàn)塑性變形，從而造成金屬的比容增大，金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力。熱量隨著切割過(guò)程逐漸產(chǎn)生增加，比容隨之不斷變化。因此，在切割過(guò)程中機(jī)械作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力變化會(huì)使零件的表面粗糙程度增加。

3.表面粗糙度的控制措施

影響數(shù)控加工零件表面粗糙程度的因素很多，因此，可以以造成表面粗糙度的原因?yàn)橐罁?jù)，從而做出相應(yīng)的控制對(duì)策。

在切割過(guò)程中，根據(jù)不同加工零件的材質(zhì)特點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)于使用液體的選擇標(biāo)準(zhǔn)。挑選合適的切割液體，例如，豆油、硫化油等。其次，對(duì)于切割所用刀具的選擇，在一定的加工環(huán)境下，硬質(zhì)合金類型的刀具與鋼質(zhì)材料的相比，加工零件的表面粗糙度要低。

隨著加工要求和零件的不同，在深刻了解不同物件物理性能的前提下，適當(dāng)?shù)卦黾诱鸹蛘呋鼗鸬募庸こ绦?，將?duì)減小表面粗糙程度產(chǎn)生積極的作用。各種刀具所具備的幾何參數(shù)是不同的，根據(jù)合適的幾何參數(shù)進(jìn)行刀具的選擇，增大刀刃圓弧半徑和刀傾角，減小主偏角等。最后，因?yàn)樵谡麄€(gè)數(shù)控過(guò)程中，會(huì)因?yàn)槟Σ僚鲎伯a(chǎn)生多種物理震動(dòng)，因此，需要通過(guò)減少振動(dòng)的發(fā)生來(lái)減小粗糙程度。

數(shù)控機(jī)床本身具有剛性強(qiáng)的特點(diǎn)，在加工過(guò)程中，產(chǎn)生的振動(dòng)強(qiáng)度以及振動(dòng)頻率要明顯低于普通機(jī)床。因此，可以通過(guò)使用數(shù)控機(jī)床設(shè)備降低加工產(chǎn)品的表面粗糙程度，提升整體精確度。數(shù)控加工過(guò)程的系統(tǒng)工藝會(huì)因加工零件與切割刀具間的振動(dòng)受到干擾和阻礙，導(dǎo)致零件表面逐漸產(chǎn)生紋路，從而對(duì)于零件的表面質(zhì)量程度造成了嚴(yán)重的影響?？梢酝ㄟ^(guò)減少物件的振動(dòng)頻率以及振源的振動(dòng)效果、提升整個(gè)工藝加工系統(tǒng)的抗壓強(qiáng)度等措施來(lái)減少刀具與零件彼此振動(dòng)對(duì)于表面粗糙程度的不利影響。

4.小結(jié)

當(dāng)下，數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)加工機(jī)械零件其加工速度可以進(jìn)行合理的控制和調(diào)節(jié)，抑制積屑瘤的產(chǎn)生。理論程度的表面粗糙程度會(huì)直接對(duì)加工成功后零件的表面粗糙程度造成直接的潛在影響。本文中的分析以及建議措施僅供參考，相信在國(guó)家社會(huì)的共同努力下，數(shù)控加工技術(shù)將取得不斷進(jìn)步，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出長(zhǎng)久的貢獻(xiàn)。

[1]楊建勛.數(shù)控加工中表面粗糙度的影響因素及控制方法[J].中國(guó)科技縱橫,2016,（13）：48-48.

[2]周游.試論數(shù)控加工表面粗糙度的預(yù)測(cè)[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2017,（2）：177.

[3]董躍平.淺析數(shù)控加工中對(duì)表面粗糙度的預(yù)測(cè)[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品,2014,（13）：177-177.

劉振宇（1987-），男，南昌人，本科，職稱：助講，研究方向：機(jī)械工程。