车床工件表面粗糙度的原因及措施

郭立军　隋铉

【摘 要】主要分析了影响车床工件表面粗糙度的各种因素，及改善表面质量的几种方法。

【关键词】车床工件；表面粗糙度；原因；措施

各种车床都有其最经济、最适合达到的表面粗糙度范围，如果要求达到的粗糙度水平超过其经济水平，将导致成本急剧上升，如果要求达到的粗糙度水平太低则会造成资源浪费。因此，要综合考虑与分析切削加工中影响表面粗糙度的各种因素，包括刀具的选择与利用、切削速度和进给量等，来达到要求的表面粗糙度。

1.影响工件表面粗糙度的因素

1.1残留面积

两条切削刃在已加工表面上残留未被切去部分的面积，称为残留面积，残留面积越大，高度就越高，则表面粗糙度值越大。

1.2积屑瘤

用于等速度切削塑性金属产生积屑瘤以后，因积屑瘤既不规则又不稳定，所以，一方面其不规则部分代替切削刃切削，留下深浅不一的痕迹；另一方面，一部分脱落的积屑瘤嵌入工件已加工表面，使之形成硬点和毛刺，表面粗糙度值增大。

1.3振动

刀具、工件或车床部件产生周期性振动，会使已加工表面出现周期性的波纹，糙度明显增大。

2.减小工件表面粗糙度的方法

生产中若发现工件表面粗糙度达不到技术要求，应首先观察表面粗糙度增大的现象，分析产生的原因，找出影响表面粗糙度的主要因素，然后提出解决的方法。介绍几种常见的表面粗糙度增大的现象和解决的方法。

2.1残留面积的高度引起的表面粗糙度增大

应减小刀具主偏角和副偏角（一般减小偏角对减小表面粗糙度效果明显），增大刀尖圆弧半径，减小进给量。

2.2工件表面产生毛刺引起表面粗糙度增大

工件表面上产生毛刺，一般是由于积屑瘤引起的，这时可用改变切削速度的方法来抑制积屑瘤的产生和长大，如用高速钢车刀时应降低切削速度，使其小于5m/min，并加注切削液；用硬质合金车刀时应增大切削速度，避开最易产生积屑瘤的中速范围（15-30-m/min）。因此，应尽量减小前、后刀面的表面粗糙度，及时重磨或更换刀具，经常保持刀具的锋利。

2.3切屑擦毛工件表面

切屑擦毛的工件表面一般是无规则的很浅的划纹，这时应选用负值刃倾角的车刀，使切屑流向工件待加工表面，并采用断屑或卷屑措施。

2.4振动引起工件表面粗糙度增大

振动引起工件表面粗糙度增大所需采用的解决办法如下：

（1）调整主轴间隙，提高轴承精度，调整大、中、小滑板塞铁，使间隙小于0.04mm；（2）合理选择刀具几何参数，经常保持切削刃光洁和锋利，增加刀具的安装刚度；（3）增加工件的安装刚度。工件装夹时不宜悬伸太长，装夹细长轴时应用中心架；（4）选择较小的背吃刀量和进给量，或降低切削速度。

2.5改善工件材料的性能

采用热处理工艺以改善工件材料的性能是减小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金属组织的晶粒越均匀，粒度越细，加工时越能获得较小的表面粗糙度值。为此对工件进行正火或回火处理后再加工，能使加工表面粗糙度值盼显减小。

2.6选择合适的切削液

切削液的冷却和润滑作用均对减小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是润滑作用，当切削润滑液中含有表面活性物质如硫、氯等化合物时，润滑性能增强，能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减小了加工表面的粗糙度值。

2.7选择合适的刀具材料

不同的刀具材料，由于化学成分的不同，在加工时刀面硬度及刀面粗糙度的保持性，刀具材料与被加工材料金属分子的亲合程度，以及刀具前后刀面与切屑和加工表面间的摩擦系数等均有所不同。

2.8防止或减小工艺系统振动

工艺系统的低频振动，一般在工件的加工表面上产生表面波度，而工艺系统的高频振动将对加工的表面粗糙度产生影响。为降低加工的表面粗糙度值，则必须采取相应措施以防止加工过程中高频振动的产生。

3.实际操作

3.1高速钢车刀刃磨的一般步骤和方法

高速钢车刀刃磨的一般步骤和方法如下：

（1）刃磨后刀面。其目的是磨出车刀的主偏角和后角。刃磨前，将车刃刀柄向左偏斜，使刀柄中心线与砂轮圆周面之间形成主偏角大小的角度，并把刀头抬起，使刀柄底线与水平面之间的夹角成后角大小的角度。刃磨时，将车刀的后刃面自下而上地慢慢接触砂轮，并左右轻轻移动，使砂轮在整个圆周面上与刀具接触。

（2）刃磨副后刀面。其目的是磨出车刀的副偏角和侧后角。刃磨副后刀面与刃磨主后刀面的方法基本相同、其不同点是要将车刃刀柄向片偏斜。

（3）刃磨前刀面。其目的是磨出车刀的前角和刃倾角，将前刀面面对砂轮，刀柄尾部向下倾斜，使主切削刃与刀柄的底面平行（此时刃倾角为零），并将车刀沿主切削刃向下倾斜成前角大小的角度。这时，将车刀沿主切削刃方向左右倾斜，若使刀尖在主切削刃的最高点，则刃倾角为负值；若使刀尖在主切削刃的最低点，则刃倾角为正值。

（4）刃磨过渡刃，在主切削刃与副切削刃之间刃磨过渡刃（刀尖圆弧）。在刃磨时应使车刀底平面与水平面之间的夹角（即过渡刃处的后角）与车刀的后角协调一致。

（5）精磨。在较细硬的砂轮上将车刀各面进行仔细修磨，以修正车刀的几何形状和角度，使其符合要求，并减小车刀的表面粗糙度值。

（6）研磨。用平整的氧化铝油石，轻轻研磨车刀的后刀面和过渡刃，并研磨去切削刃在刃磨时留下的毛刺，以进一步降低各切削刃及各面的表面粗糙度值，从而提高车刀的耐用度。

3.2硬质合金车刀刃磨的一般步骤和方法

以车削钢料的90°主偏角车刀为例，介绍手工刃磨硬质合金车刀的步骤。

（1）刃磨前准备。先把车刀前刀面、后刀面上的焊渣磨去，并磨平车刀的底平面。

（2）刃磨后角和副后角。粗磨出的后角、副后角应比所要求的角度大2°左右，刃磨时，采用粗粒度的绿色碳化硅砂轮。精磨后角和剐后角的方法，刃磨时，将车刀底平面靠在调整好角度的搁板上（没有搁板时，手应捏紧刀柄形成一定的角度），并使切削刃轻轻靠在砂轮的端面上。刃磨时，车刀应左右缓慢移动，使砂轮磨损均匀，切削刀刃口平直。砂磨时，采用细粒度的绿色碳化硅砂轮。

（3）刃磨断屑槽。不同槽形对砂轮的外形有不同的要求，如刃磨圆弧形断屑槽，必须先把砂轮的外因与平面的交角处用修砂轮的金刚石笔（或用硬砂条）修整成相应的圆弧。刃磨时，刀尖可向下磨或向上磨。

（4）刃磨负倒棱。刃磨负倒棱的磨削方法可以采用直磨法和横磨法。刃磨时，用力要轻，车刀要沿主切削刃的后端向刀尖方向摆动。为了保证切削刃的质量，最好采用直磨法。负倒棱的宽度一般为0.5一0.8mm，也可以用修磨后刀面来控制。

（5）刃磨过渡刃。过渡刃有直线形和圆弧形两种。对于刃磨车削较硬材料的车刀时，可以在过渡刃上磨出负倒棱。对于大进给量车刀，可用相同的方法在副切削刃上磨出修光刃。

（6）研磨。刃磨后的切削刃—般不够平滑光洁，刃口呈锯齿形。切削时，会影响工件表面粗糙度，所以刀磨后的车刀应用金刚石进行研磨，以消除刃磨后的残留痕迹。

总之，在车床切削加工中，金属加工件表面粗糙度形成的一系列相关因素以及控制措施。各措施相互联系、相互影响。企业生产产品时综合考虑各因素选择出符合质量、效益要求的合理值，为制定加工工艺、选择设计刀具，提供直接依据。

【参考文献】

[1]周泽华.金属切削原理[M].上海：上海科学技术出版社.

[2]王生力.重型机器制造工艺学[M].北京：冶金出版社.