精密切削加工表面質量的研究與探討

孔憲華 馬峰

摘 要：在機械產品生產過程中，精密切削加工是提高產品表面質量的一個重要方法。對影響精密切削加工的各種因素進行研究與探討，對于產品的質量控制和生產效率的提高有著重要意義。

關鍵詞：精密切削；刀具；切削液；工藝系統

引言

精密切削加工的研究近十年來在國內、國外均取得了較大的發展，在航天、航空、汽車、模具甚至國防領域均獲得了廣泛的應用，同時隨著生活水平的提高，人們對于日常生活的機械產品質量的要求也越來越高。因此，通過精密切削加工提高產品的表面質量已成為機械產品生產的一個重要環節。

人們習慣于把經濟精度在IT5級～IT6級以上，表面粗糙度在 ～ 以下的切削加工稱之為精密切削加工。精密切削加工是采用很小的進給量，從半精加工后的零件上切去一層很薄的金屬，從而獲得較高的加工精度和表面質量。由于精密切削加工的切削厚度很小，而表面質量要求很高，所以如何均勻、穩定的切除如此微薄的金屬層是精密切削加工的關鍵問題。

1 刀具對精密加工表面質量的影響

1.1 刀具的刀刃不平整，會造成實際切削厚度不均勻和不穩定，從而使加工表面粗糙度增大。例如，在相同條件下，鋸齒形的刀刃要比無鋸齒形的刀刃進行精密加工時工件表面粗糙度要大；而凹形刀刃與直線型刀刃相比，工件表面粗糙度將從Rz0.1？滋m增大到Rz0.3？滋m。同時，刀刃鈍圓半徑r的大小，也會影響刀具的切薄能力。根據最小穩定切削厚度a與r的關系a=0.293r，因此，刀具的r值越小，可以穩定切除的切削厚度就越薄，從而獲得工件表面質量就越好。綜合所述，精密切削的刀具不但刀刃要刃磨的平整鋒利，前后刀面要求很小的粗糙度，避免出現鋸齒、崩口、毛刺和裂痕；而且刀具鈍圓半徑要合理的變小一些。

1.2 刀具材料對精密切削加工有很大影響。如圖1所示，同等條件下單晶金剛石精密切削時工件表面粗糙度最小，它是精密切削時常用的刀具材料，它不但可以刃磨的非常鋒利，使其刀刃不平度達到0.1？滋m，刀刃鈍圓半徑小至1？滋m以下，而且金剛石與其他材料的親和力小，與被切金屬不易發生粘結。所以這些對于精密加工都是非常有利的。同時，如果使用硬質合金刀具，必須要求采用細顆粒的硬質合金，這樣可以使工件表面粗糙度減小一些。所以作為精密加工用的硬質合金，應選用超微細顆粒。

圖1 刀具材料對表面粗糙度的影響

（刀具：？酌0=0°，？琢0=？琢'0=6°，？資'r=0°，r？著=0；工件：25號碳素鋼；切削條件：v=20m/min，ap=0.5mm，f=0.4mm/r，不加切削液，車外圓）

2 切削用量對精密加工表面質量的影響

精密切削加工時，伴隨著切削速度的提高，鱗刺的大小及高度顯著減小，從而使已加工表面的粗糙度得到改善，而且加工表面層的塑性變形影響深度也有所減小。但是由于切削過程中的振動對工件的精度及表面粗糙度影響較大，因此，即使在同一機床上，不同轉速時的加工表面粗糙度的差別也很大。所以在精密切削時，先將機床各擋速度對表面粗糙度的影響進行試驗，然后選出最佳的切削速度。

在一般薄切削下，切削厚度對加工表面粗糙度的影響仍與普通切削厚度大致相同，即當切削厚度（或進給量）減小時，由于積屑瘤的高度有所降低，可使加工表面粗糙度減小。但是最小進給量都有一個合理值，如圖2所示，當進給量過小時，由于機床走刀機構爬行等問題，會使加工表面粗糙度反而增大。

圖2 進給量對表面粗糙度的影響

（刀具：H19硬質合金刀具，？酌0=0°，？琢0=6°，？資r=7°，？資'r=2°；工件：H62黃銅；切削條件：v=68m/min，ap=0.01mm，不加切削液）

3 工藝系統剛性及機床精度對精密加工表面質量的影響

工藝系統剛性對精密切削加工表面質量的影響很大。隨著工藝系統剛性的提高，加工表面粗糙度將隨之減小，加工硬化及殘余應力也將減小。而高精度的機床則是精密切削時，獲得良好表面質量的關鍵。尤其是超精密切削加工時，要求機床主軸徑向跳動與軸向竄動量應小于0.5？滋m，機床運動要平穩，振動要小，振幅應在0.2？滋m以內，進給機構的運動也要平穩、均勻、無爬行現象。除此之外，良好的環境（外界振動小、超靜、恒溫等）也是精密切削加工的重要條件。

4 切削液對精密加工表面質量的影響

在工藝系統剛性較好的情況下，由于抑制積屑瘤和鱗刺是精密切削加工時減小加工表面粗糙度的重要途徑。在精密切削時，采用適當的切削液，對改善表面粗糙度的效果，比減小切削厚度的效果要大。這是由于切削液對降低切削溫度，減輕刀具與工件接觸區的摩擦，減小已加工表面層塑性變形區的影響深度，都起了良好的作用，尤其對于減小積屑瘤和鱗刺的大小和高度，有著十分顯著的效果。

5 結束語

由此可見，通過精密加工使工件獲得更好的表面質量，一是從刀具方面考慮，使參與切削的刀具刀刃平整，選擇合適的刀具材料；二是從切削條件方面考慮，選擇合適的切削用量、工藝系統良好和精度高的機床以及適當的添加切削液。

參考文獻

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作者簡介：孔憲華（1982-），男，本科，講師，主要從事機械加工方面研究與教學工作。