45碳素钢端铣频率特性与表面粗糙度相关性实验研究

谷月　江帆　李明震

摘 要：本文以45号碳素结构钢为研究对象，通过振动测试仪获取铣削加工时的振动信号，使用频率特性分析和试验研究手段，对铣削后的工件的表面粗糙度与振动频率特性进行相关性分析，获取表面粗糙度和刀具振动频率特性之间的关系。分析试验中产生的振动，得出铣削参数对振动频率的影响。

关键词：高速铣削；频率特性；粗糙度

中图分类号：TG54 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0088-02

1 引言

工件的表面粗糙度以及表面形貌是描述和评价构件表面质量的重要特征。其优劣对构件的耐磨性能、疲劳性能、应力腐蚀性能等具有重要的决定作用[1]。由断裂力学相关知识可知，表面粗糙度越大，应力集中越严重，因此会降低零件的疲劳强度，这种现象对高强度合金材料更为突出[2]。

I.S.Jawahir等[3]对铣削材料过程中的表面粗糙度特征研究的最新情况进行了综述性报道。J.Sun等[4]的研究了TC4端铣加工后工件的表面粗糙度，在研究参数范围内，随进给量的增加和轴向切深增大，表面粗糙度值升高，而切削速度的增大会导致其略微减小。G.A.Ibrahim等[5]研究了在铣削速度为55～95m/min之间时，干切削条件下TC4的表面完整性，研究表明得到的表面粗糙度值都在1～4μm之间。

2 材料及实验

2.1 实验材料

本次实验选用样品为45号钢，在机械工程中使用范围很广。

2.2 实验设备

本研究采用VMC-850数控加工中心作为实验设备，铣刀为四刃平头端铣刀，代号为GM-4E-D8，刀具直径φ=8mm。

2.3 实验设计

本试验采用单因素实验设计，切削深度为0.4mm，转速分别为2500r/min、到6000r/min，增量为500r/min，进给速度分别为100mm/min到275mm/min，增量为25mm/min，对样件进行端铣。

2.4 加工后表面粗糙度

对实验样件进行粗糙度检测，得到以下粗糙度值，如表1。

3 振动频率和表面粗糙度的一元线性回归分析

一元线性回归分析又称直线拟合，是处理两个变量之间关系的最简单模型。本文将振动频率作为自变量，表面粗糙度作为因变量，在直角坐标系中画出Ra-f散点图，如图1，从图中可以看出，这些点近似于直线分布。

将振动频率和表面粗糙度数据输入到SPSS软件，对其进行回归分析。得到的结果如表2至表4所示。

由上可见，调整后的判定系数为0.844，拟合度较高，不被解释的变量较少。由回归方程显著性检验的概率为0，小于显著性水平0.05，则认为系数不同为0时，表面粗糙度与振动频率全体的线性关系是显著的，可建立线性方程。

4 结语

（1）铣削加工45号钢表面粗糙度隨着主轴转速的增大而减小，随着进给速度的增大而增大。（2）在试验的参数范围内，振动频率随着主轴转速的增大而减小。在100～200mm/min的范围内，振动频率随着进给速度的增大而增大，当超过200mm/min时，振动频率随着进给速度的增大改变不明显。（3）主轴转速对表面粗糙度影响显著，而进给速度对表面粗糙度无显著影响。（4）表面粗糙度与振动频率全体的线性关系是显著，且呈正相关。因此，随着振动频率的增大，45号钢的铣削表面粗糙度也会增大。

参考文献

[1]中国机械工程学会锻压学会·锻压手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]张东初，裴旭明.加工工艺对表面粗糙度及疲劳寿命的影响[J].中国机械工程，2003，14（16）：1374-1377.

[3]Jawahir I S， Brinksmeier E， M Saoubi R， et al. Surface integrity in material removal processes： recent advances[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2011，60：603-626.

[4]Sun J， Guo Y B. A comprehensive experimental study on surface integrity by end milling Ti-6Al-4V[J].Journal of Materials Processing Technology，2009，209：4036-4042.

[5]AIbrahim G A， Haron C H C， Ghani J A， et al. The effect of dry machining on surface integrity of titanium alloy Ti-6Al-4V ELI[J].Journal of Applied Sciences，2009，9（1）：121-127.