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整個數(shù)控加工質(zhì)量評價的關(guān)鍵和首要的條件。影響數(shù)控加工效果設(shè)計到多方面的因素。本文從現(xiàn)階段我國數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展情況以及影響因素進(jìn)行分析，并提出對應(yīng)的控制措施和解決對策。

數(shù)控加工；表面粗糙度；影響因素；控制措施

我國整體工業(yè)化水平越來越高，主要通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工制造，與此同時，對數(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)械加工過程中，加工物件的表面粗糙程度與機(jī)器的運轉(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 加工過程中刀具的影響

整個數(shù)控加工過程中，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造成金屬的變形，因此會對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)也是常見現(xiàn)象，發(fā)生在加工塑性材料時候，這種積屑瘤硬度高、密度大，它們造成刀具的整體角度以及背吃刀量發(fā)生明顯的變化。另一個顯而易見的特點就是輪廓外形沒有固定的形狀。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)控加工過程中，刀具與零件表面切割接觸會出現(xiàn)震動的現(xiàn)象，同樣結(jié)果會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

切割加工過程中，刀具的組成材質(zhì)、形狀角度對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，因為表面粗糙程度會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，會造成積屑瘤的位置移動，結(jié)果產(chǎn)生振動，導(dǎo)致切割表面的摩擦程度再次增大。刀具在加工過程中，會形成一定的用力形狀，相對于工件而言，刀具做著相對運動，工件會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增加刀尖圓弧的半徑。由相關(guān)的經(jīng)驗以及科學(xué)知識可知，數(shù)控加工所用刀具的每個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，刀具的每個平面越光滑，那么切割形成的零件表面會越光滑。

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，對于塑性材料而言，在加工時會出現(xiàn)前面刀面的摩擦，材料的切屑會逐漸形成停留層，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)生凹凸的點狀，如此增大了表面粗糙程度。實際情況是，只有切割脆性材料或者高速切割塑性材料的時候，加工后零件的粗糙程度與理論計算的產(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)控加工過程中，會產(chǎn)生一系列的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致物理現(xiàn)象的發(fā)生。在切削過程中，物體的表面金屬層會出現(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。熱量隨著切割過程逐漸產(chǎn)生增加，比容隨之不斷變化。因此，在切割過程中機(jī)械作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力變化會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為依據(jù)，從而做出相應(yīng)的控制對策。

在切割過程中，根據(jù)不同加工零件的材質(zhì)特點加強(qiáng)對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颍瑢p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，因為在整個數(shù)控過程中，會因為摩擦碰撞產(chǎn)生多種物理震動，因此，需要通過減少振動的發(fā)生來減小粗糙程度。

數(shù)控機(jī)床本身具有剛性強(qiáng)的特點，在加工過程中，產(chǎn)生的振動強(qiáng)度以及振動頻率要明顯低于普通機(jī)床。因此，可以通過使用數(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)控加工過程的系統(tǒng)工藝會因加工零件與切割刀具間的振動受到干擾和阻礙，導(dǎo)致零件表面逐漸產(chǎn)生紋路，從而對于零件的表面質(zhì)量程度造成了嚴(yán)重的影響。可以通過減少物件的振動頻率以及振源的振動效果、提升整個工藝加工系統(tǒng)的抗壓強(qiáng)度等措施來減少刀具與零件彼此振動對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直接對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，相信在國家社會的共同努力下，數(shù)控加工技術(shù)將取得不斷進(jìn)步，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出長久的貢獻(xiàn)。

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[3]董躍平.淺析數(shù)控加工中對表面粗糙度的預(yù)測[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。