数控加工中表面粗糙度的影响因素及控制

2017-01-28刘振宇

科学中国人 2017年24期

关键词：粗糙度刀具程度

刘振宇

天津职业技术师范大学

数控加工中表面粗糙度的影响因素及控制

刘振宇

天津职业技术师范大学

随着当前国民经济的迅速发展，数控加工技术成为现阶段机械加工的主要途径，其中加工产品表面的粗糙程度是对整个数控加工质量评价的关键和首要的条件。影响数控加工效果设计到多方面的因素。本文从现阶段我国数控加工技术的发展情况以及影响因素进行分析，并提出对应的控制措施和解决对策。

数控加工；表面粗糙度；影响因素；控制措施

我国整体工业化水平越来越高，主要通过数控机床进行加工制造，与此同时，对数控机械化加工技术也提出了严格的要求和挑战。众所周知，在机械加工过程中，加工物件的表面粗糙程度与机器的运转情况息息相关。因此，严格控制数控加工的表面粗糙程度，保证零件的精确度，迫在眉睫。

1.零件表面粗糙度理解

表面粗糙度是一种体现在微观上的几何形状误差，它发生在数控加工过程的表面，呈现出峰谷状的形式。这种几何形状的误差是由于工具接触表面不平形成，比如，操作刀具与零件表面的摩擦。表面粗糙度直接影响着物体表面的光滑程度，只有粗糙度越小表面才会越光滑。另一方面，表面粗糙度也影响着机械零件的使用功能。

2.粗糙度影响因素分析

2.1 加工过程中刀具的影响

整个数控加工过程中，大部分切削手段需要利用到刀具。刀具的刃口圆角位置与后面的碰撞摩擦作用会造成金属的变形，因此会对刀具的表面粗糙度产生影响。除此之外，前刀面积屑瘤的出现也是常见现象，发生在加工塑性材料时候，这种积屑瘤硬度高、密度大，它们造成刀具的整体角度以及背吃刀量发生明显的变化。另一个显而易见的特点就是轮廓外形没有固定的形状。由于刀具上面积屑瘤的存在，增加了刀具的表面粗糙度。数控加工过程中，刀具与零件表面切割接触会出现震动的现象，同样结果会增大加工物体的表面粗糙程度。

2.2 刀具本身材质、形状等

切割加工过程中，刀具的组成材质、形状角度对于物体的表面粗糙程度扮演者重要的角色。根据此方面的因素，为了减小零件的粗糙程度，可以适当科学的增大刀具几何形状的前方角度，因为表面粗糙程度会随着刀具前角的变大而增加.若需要刀刃变得锋利，则需要前角一定，增大刀具的后角，该措施能够减小刀具表面与零件表面的摩擦，从而使加工后的产品表面变得更加光滑。然而，在切割刀具前角不变的情况下，后角的增大程度也需要控制，不能变的很大，倘若后角变得太大，会造成积屑瘤的位置移动，结果产生振动，导致切割表面的摩擦程度再次增大。刀具在加工过程中，会形成一定的用力形状，相对于工件而言，刀具做着相对运动，工件会在表面形成一定的面积，残留形成的面积就是理论上的表面粗糙度。

另一方面，减小表面粗糙程度可以通过增加刀尖圆弧的半径。由相关的经验以及科学知识可知，数控加工所用刀具的每个表面本身的粗糙程度都直接影响着加工物体的表面粗糙度，刀具的每个平面越光滑，那么切割形成的零件表面会越光滑。

2.3 被加工工件材料的影响

在数控加工技术一定的情况下，加工工件材料性质的不同直接影响着加工效果。材料性质可以分为塑性材料和脆性材料。首先，对于塑性材料而言，在加工时会出现前面刀面的摩擦，材料的切屑会逐渐形成停留层，碎屑颗粒粘附在刀具前面的刀尖，逐渐堆积，再加上积屑瘤的存在，最终导致刀具的几何角度变化。切屑会不断的与积屑瘤发生碰撞和摩擦，严重影响着工件的表面光滑程度。然后，当加工脆性材料的时候，形成的碎屑表现为不成形的颗粒，零件表面出现痕迹，产生凹凸的点状，如此增大了表面粗糙程度。实际情况是，只有切割脆性材料或者高速切割塑性材料的时候，加工后零件的粗糙程度与理论计算的产品粗糙程度是最贴合的效果。

2.4 加工产生的残余应力

数控加工过程中，会产生一系列的连锁反应，导致物理现象的发生。在切削过程中，物体的表面金属层会出现塑性变形，从而造成金属的比容增大，金属产生残余应力。热量随着切割过程逐渐产生增加，比容随之不断变化。因此，在切割过程中机械作用产生的残余应力变化会使零件的表面粗糙程度增加。

3.表面粗糙度的控制措施

影响数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为依据，从而做出相应的控制对策。

在切割过程中，根据不同加工零件的材质特点加强对于使用液体的选择标准。挑选合适的切割液体，例如，豆油、硫化油等。其次，对于切割所用刀具的选择，在一定的加工环境下，硬质合金类型的刀具与钢质材料的相比，加工零件的表面粗糙度要低。

随着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，适当地增加正火或者回火的加工程序，将对减小表面粗糙程度产生积极的作用。各种刀具所具备的几何参数是不同的，根据合适的几何参数进行刀具的选择，增大刀刃圆弧半径和刀倾角，减小主偏角等。最后，因为在整个数控过程中，会因为摩擦碰撞产生多种物理震动，因此，需要通过减少振动的发生来减小粗糙程度。

数控机床本身具有刚性强的特点，在加工过程中，产生的振动强度以及振动频率要明显低于普通机床。因此，可以通过使用数控机床设备降低加工产品的表面粗糙程度，提升整体精确度。数控加工过程的系统工艺会因加工零件与切割刀具间的振动受到干扰和阻碍，导致零件表面逐渐产生纹路，从而对于零件的表面质量程度造成了严重的影响。可以通过减少物件的振动频率以及振源的振动效果、提升整个工艺加工系统的抗压强度等措施来减少刀具与零件彼此振动对于表面粗糙程度的不利影响。