數控加工中表面粗糙度的影響因素及控制

劉振宇

天津職業技術師范大學

數控加工中表面粗糙度的影響因素及控制

劉振宇

天津職業技術師范大學

隨著當前國民經濟的迅速發展，數控加工技術成為現階段機械加工的主要途徑，其中加工產品表面的粗糙程度是對整個數控加工質量評價的關鍵和首要的條件。影響數控加工效果設計到多方面的因素。本文從現階段我國數控加工技術的發展情況以及影響因素進行分析，并提出對應的控制措施和解決對策。

數控加工；表面粗糙度；影響因素；控制措施

我國整體工業化水平越來越高，主要通過數控機床進行加工制造，與此同時，對數控機械化加工技術也提出了嚴格的要求和挑戰。眾所周知，在機械加工過程中，加工物件的表面粗糙程度與機器的運轉情況息息相關。因此，嚴格控制數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在微觀上的幾何形狀誤差，它發生在數控加工過程的表面，呈現出峰谷狀的形式。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生影響。除此之外，前刀面積屑瘤的出現也是常見現象，發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。數控加工過程中，刀具與零件表面切割接觸會出現震動的現象，同樣結果會增大加工物體的表面粗糙程度。

2.2 刀具本身材質、形狀等

切割加工過程中，刀具的組成材質、形狀角度對于物體的表面粗糙程度扮演者重要的角色。根據此方面的因素，為了減小零件的粗糙程度，可以適當科學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，結果產生振動，導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。由相關的經驗以及科學知識可知，數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

在數控加工技術一定的情況下，加工工件材料性質的不同直接影響著加工效果。材料性質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，最終導致刀具的幾何角度變化。切屑會不斷的與積屑瘤發生碰撞和摩擦，嚴重影響著工件的表面光滑程度。然后，當加工脆性材料的時候，形成的碎屑表現為不成形的顆粒，零件表面出現痕跡，產生凹凸的點狀，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品粗糙程度是最貼合的效果。

2.4 加工產生的殘余應力

數控加工過程中，會產生一系列的連鎖反應，導致物理現象的發生。在切削過程中，物體的表面金屬層會出現塑性變形，從而造成金屬的比容增大，金屬產生殘余應力。熱量隨著切割過程逐漸產生增加，比容隨之不斷變化。因此，在切割過程中機械作用產生的殘余應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，從而做出相應的控制對策。

在切割過程中，根據不同加工零件的材質特點加強對于使用液體的選擇標準。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，在一定的加工環境下，硬質合金類型的刀具與鋼質材料的相比，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，適當地增加正火或者回火的加工程序，將對減小表面粗糙程度產生積極的作用。各種刀具所具備的幾何參數是不同的，根據合適的幾何參數進行刀具的選擇，增大刀刃圓弧半徑和刀傾角，減小主偏角等。最后，因為在整個數控過程中，會因為摩擦碰撞產生多種物理震動，因此，需要通過減少振動的發生來減小粗糙程度。

數控機床本身具有剛性強的特點，在加工過程中，產生的振動強度以及振動頻率要明顯低于普通機床。因此，可以通過使用數控機床設備降低加工產品的表面粗糙程度，提升整體精確度。數控加工過程的系統工藝會因加工零件與切割刀具間的振動受到干擾和阻礙，導致零件表面逐漸產生紋路，從而對于零件的表面質量程度造成了嚴重的影響。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的抗壓強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

當下，數控機床加工技術加工機械零件其加工速度可以進行合理的控制和調節，抑制積屑瘤的產生。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，數控加工技術將取得不斷進步，為國家經濟發展做出長久的貢獻。

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

[2]周游.試論數控加工表面粗糙度的預測[J].工業設計,2017,（2）：177.

[3]董躍平.淺析數控加工中對表面粗糙度的預測[J].軍民兩用技術與產品,2014,（13）：177-177.

劉振宇（1987-），男，南昌人，本科，職稱：助講，研究方向：機械工程。