精密切削加工表面质量的研究与探讨

孔宪华 马峰

摘 要：在机械产品生产过程中，精密切削加工是提高产品表面质量的一个重要方法。对影响精密切削加工的各种因素进行研究与探讨，对于产品的质量控制和生产效率的提高有着重要意义。

关键词：精密切削；刀具；切削液；工艺系统

引言

精密切削加工的研究近十年来在国内、国外均取得了较大的发展，在航天、航空、汽车、模具甚至国防领域均获得了广泛的应用，同时随着生活水平的提高，人们对于日常生活的机械产品质量的要求也越来越高。因此，通过精密切削加工提高产品的表面质量已成为机械产品生产的一个重要环节。

人们习惯于把经济精度在IT5级～IT6级以上，表面粗糙度在 ～ 以下的切削加工称之为精密切削加工。精密切削加工是采用很小的进给量，从半精加工后的零件上切去一层很薄的金属，从而获得较高的加工精度和表面质量。由于精密切削加工的切削厚度很小，而表面质量要求很高，所以如何均匀、稳定的切除如此微薄的金属层是精密切削加工的关键问题。

1 刀具对精密加工表面质量的影响

1.1 刀具的刀刃不平整，会造成实际切削厚度不均匀和不稳定，从而使加工表面粗糙度增大。例如，在相同条件下，锯齿形的刀刃要比无锯齿形的刀刃进行精密加工时工件表面粗糙度要大；而凹形刀刃与直线型刀刃相比，工件表面粗糙度将从Rz0.1？滋m增大到Rz0.3？滋m。同时，刀刃钝圆半径r的大小，也会影响刀具的切薄能力。根据最小稳定切削厚度a与r的关系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，从而获得工件表面质量就越好。综合所述，精密切削的刀具不但刀刃要刃磨的平整锋利，前后刀面要求很小的粗糙度，避免出现锯齿、崩口、毛刺和裂痕；而且刀具钝圆半径要合理的变小一些。

1.2 刀具材料对精密切削加工有很大影响。如图1所示，同等条件下单晶金刚石精密切削时工件表面粗糙度最小，它是精密切削时常用的刀具材料，它不但可以刃磨的非常锋利，使其刀刃不平度达到0.1？滋m，刀刃钝圆半径小至1？滋m以下，而且金刚石与其他材料的亲和力小，与被切金属不易发生粘结。所以这些对于精密加工都是非常有利的。同时，如果使用硬质合金刀具，必须要求采用细颗粒的硬质合金，这样可以使工件表面粗糙度减小一些。所以作为精密加工用的硬质合金，应选用超微细颗粒。

图1 刀具材料对表面粗糙度的影响

（刀具：？酌0=0°，？琢0=？琢'0=6°，？资'r=0°，r？着=0；工件：25号碳素钢；切削条件：v=20m/min，ap=0.5mm，f=0.4mm/r，不加切削液，车外圆）

2 切削用量对精密加工表面质量的影响

精密切削加工时，伴随着切削速度的提高，鳞刺的大小及高度显著减小，从而使已加工表面的粗糙度得到改善，而且加工表面层的塑性变形影响深度也有所减小。但是由于切削过程中的振动对工件的精度及表面粗糙度影响较大，因此，即使在同一机床上，不同转速时的加工表面粗糙度的差别也很大。所以在精密切削时，先将机床各挡速度对表面粗糙度的影响进行试验，然后选出最佳的切削速度。

在一般薄切削下，切削厚度对加工表面粗糙度的影响仍与普通切削厚度大致相同，即当切削厚度（或进给量）减小时，由于积屑瘤的高度有所降低，可使加工表面粗糙度减小。但是最小进给量都有一个合理值，如图2所示，当进给量过小时，由于机床走刀机构爬行等问题，会使加工表面粗糙度反而增大。

图2 进给量对表面粗糙度的影响

（刀具：H19硬质合金刀具，？酌0=0°，？琢0=6°，？资r=7°，？资'r=2°；工件：H62黄铜；切削条件：v=68m/min，ap=0.01mm，不加切削液）

3 工艺系统刚性及机床精度对精密加工表面质量的影响

工艺系统刚性对精密切削加工表面质量的影响很大。随着工艺系统刚性的提高，加工表面粗糙度将随之减小，加工硬化及残余应力也将减小。而高精度的机床则是精密切削时，获得良好表面质量的关键。尤其是超精密切削加工时，要求机床主轴径向跳动与轴向窜动量应小于0.5？滋m，机床运动要平稳，振动要小，振幅应在0.2？滋m以内，进给机构的运动也要平稳、均匀、无爬行现象。除此之外，良好的环境（外界振动小、超静、恒温等）也是精密切削加工的重要条件。

4 切削液对精密加工表面质量的影响

在工艺系统刚性较好的情况下，由于抑制积屑瘤和鳞刺是精密切削加工时减小加工表面粗糙度的重要途径。在精密切削时，采用适当的切削液，对改善表面粗糙度的效果，比减小切削厚度的效果要大。这是由于切削液对降低切削温度，减轻刀具与工件接触区的摩擦，减小已加工表面层塑性变形区的影响深度，都起了良好的作用，尤其对于减小积屑瘤和鳞刺的大小和高度，有着十分显著的效果。

5 结束语

由此可见，通过精密加工使工件获得更好的表面质量，一是从刀具方面考虑，使参与切削的刀具刀刃平整，选择合适的刀具材料；二是从切削条件方面考虑，选择合适的切削用量、工艺系统良好和精度高的机床以及适当的添加切削液。

参考文献

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[2]孙俊兰，姜大志.精密切削中影响零件加工表面完整性的因素分析[J].盐城工学院学报（自然科学版），2002（4）.

[3]赵惠贤，田小英，等.浅谈现代机械制造工艺及精密加工技术[J].科技风，2012（15）.

作者简介：孔宪华（1982-），男，本科，讲师，主要从事机械加工方面研究与教学工作。