数控加工中表面粗糙度的研究
张龙 孟稳
摘? 要：就数控加工而言，其主要包括磨削加工以及车削加工2个方面，对数控加工过程产生重要影响的一个因素是工件表面的粗糙程度。刀具的磨损、机床精度、操作者技术水平、夹具的装夹程度以及切削条件等因素均可能对工件表面粗糙程度造成影响。该文首先针对数控加工表面粗糙的影响因素进行了逐一分析，然后针对如何改善和控制表面粗糙程度的方法进行阐述，以期能够有效提高机器零件的使用性能。
关键词：数控加工;表面粗糙度;影响因素;控制方法
中图分类号：TH161? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
磨削加工以及车削加工等均对数控加工造成影响，而工件表面的粗糙程度情况则对数控加工产生了重要的影响。为能够提高机器零件的使用性能，该文首先针对数控加工表面粗糙程度的影响因素进行分析，其后针对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响因素分析
1.1 切削加工表面粗糙程度的影响因素分析
切削加工过程主要可以分为4个过程。车削、铣削、锁削、钻孔。切削参数的选择、刀具、切削条件以及工件材料均对加工过程表面的粗糙程度造成影响。就参数的选择而言，数控加工过程中切削参数主要指的是切削的速度、进给量以及切削深度。切削的速度对工件表面产生影响主要表现在的影响鳞刺和积削瘤2个方面。在切削塑料材料的过程中，非常低的切削速度易产生幼刺，而较低的切削速度容易产生切屑瘤，导致表面粗糙程度的增加。避开速度区操作可以相对减少表面粗糙度。工件表面粗糙程度还受到了切刀切削工件残痕高度的影响，可以说残痕高度对工件表面粗糙程度起决定作用。通常情况下，切削深度对工件表面粗糙程度产生的影响较小，但是在精密加工的过程中切削深度过小造成刀刃圆弧在加工件表面的剧烈挤压以及摩擦，出现工件变形进而出现了工件表面粗糙程度增加的情况。为了降低工件残留面积的高度以及深度，一方面可以通过减小进给量以及主副偏角来实现，另一方面可以通过增大刀尖圆弧的半径来实现。
就切削条件而言，切削角弓中工艺系统刚度受到多种因素的影响，如装夹工件的方式等。当刚度较大时，工艺系统的震动偏小，因此工件表面的粗糙程度减小;当刚度处于较小情况下时，工艺系统的震动频率偏高，因此工件表面的粗糙程度增大。切削过程中喷高效切削液能够达到降低刀具磨损的目的，进而实现减小鳞刺以及积屑瘤的目的，有助于降低工件表面的粗糙程度。此外，开展切削加工的时候，工件表面粗糙程度还会受到机床操作者的技术水平以及机床的精度等因素的影响。就工件材料的性质而言，刀具会对金属产生挤压，而此类挤压在对应程度上造成了工件的塑性变形，出现了工件和切削分离的情况，进而导致了工件加工表面粗糙的现象;金属塑性变形同工件表面粗糙程度之间呈正比例关系，进而增加工件表面的粗糙程度;在材料相同的情况下，金相组织越粗大，工件表面的粗糙程度大。
就刀具影响而言，刀具刀尖圆弧的半径、刀尖副偏角、修光刃等几何参数均对工件表面的粗糙程度造成影响，即刀尖圆弧半径越大残留的面积越小，工件金属塑性变形增加造成了加工表面粗糙程度的减少，因此可以通过增加刀尖圆弧半径的方式达到降低工件表面粗糙程度的目的。由于出现偏副角较小的情况，工件表面粗糙程度同样会出现降低的情况。
1.2 磨削加工表面粗糙度的影响因素分析
同切削较高过程中出现表面粗糙程度的原因相似，磨削较高主要是受砂轮材料、工件材料以及磨削参数、磨削条件等因素的影响。就砂轮材料而言，均匀且细致地分布砂轮材料，表现在刀刃口具有较高的等高性，单位面积上参与磨削的磨粒越多则工件表面越均匀细致，即工件表面的粗糙程度越低。对砂轮表面进行修整之后有助于使砂轮的颗粒均匀。就工件的材料而言，材料选择在磨削加工的过程中具有重要的意义，过硬的材料容易出现磨粒钝化的情况，进而导致磨削过程中失去磨削力。过软的材料容易出现砂轮堵塞的情况。韧性较大和导热性较差的材料均容易出现磨粒过早崩落的情况，进而造成了工件表面过于粗糙。就磨削条件而言，磨削条件情况对工件表面的粗糙程度造成较大的影响，即选择正确的切削液類型、压力以及浓度比等，一方面有助于提高砂轮平衡的精度，另一方面有助于提高砂轮主轴回转的精度，此外还有助于提高整个系统的精确度。就磨削参数的选择而言，由于砂轮转数和工件转速均对工件加工表面的粗糙程度造成影响，即砂轮的转速越高，则工件加工表面出现粗糙的程度数值越小;工件旋转的速度越小，则工件加工表面出现粗糙的程度数值越大。
2 改善和控制工件加工表面粗糙度的方法
2.1 数控加工工艺的科学制定
数控加工工艺对各项公差的要求较为严谨，数控加工工艺对于工件表面的粗糙程度要求非常高，因此科学地制定数控加工工艺具有十分重要的意义。一方面需要给出具体规格的刀片、刀具以及加工参数等，另一方面还需要在选择加工基准的时候，尽量选择图纸对基准进行标定，以实现有效控制数控加工表面粗糙程度的目的。
2.2 切削、磨削参数的科学选择
科学地选择切削以及磨削的参数，同样能够实现有效控制数控加工表面粗糙程度的目的。降低加工过程中刀具的残痕高度，能够达到对积削瘤的生成进行抑制的目的。在选择切削和磨削参数的时候，以刀具的半径、主副偏角以及进给和走刀速度作为参考依据。
2.3 金相组织、掌握工件材料的性质的适当运用
此外，为了有效控制加工表面的粗糙程度，适当运用金相组织、掌握工件材料的性质同样具有重要意义。若需要在切削加工的过程中采用高速切削的工作方式，则需要应用应粒状珠光体;若需要在切削加工的过程中采用较低速度切削的工作方式，则需要应用片状珠光体组织。此外，对加工表面粗糙程度存在一定影响的因素还包括合金元素中碳化物的分布以及工件的调质处理，因此需要对上述2个方面予以掌握和运用。
2.4 切削条件的科学提供
选择并提供科学的切削条件，降低进给量，同样具有达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还包括切削液的选择合理、机床运动精度的提高、工艺系统刚度的增强以及操作者技术水平的提高。
3 结语
加工表面粗糙度对机器零件使用性能有重要的影响，因此在加工机器零件的过程中提出了一定的技术要求。为了提高机器零件的使用性能，该文首先针对数控加工表面粗糙程度的影响因素进行分析，然后针对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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