斜平面数控铣削加工的表面精度影响分析

王祥云

（山西省长治市屯留区职业高级中学校，山西 长治 046100）

表面精度是一个相对性的概念，其对立面是表面粗糙度，两者之间呈现负相关的关系。在实际操作中，通常用表面粗糙度来评价产品的质量，表面粗糙度又受到残余高度的影响，而残余高度的大小是由生产时所选择的刀具和刀轨形式以及刀轨步距所决定的，这些因素之间有着比较复杂的关系。目前我们并没有找到能够有效控制残余高度的方法，也就是说斜平面数控铣削加工不可能避免误差，但是我们可以采取相应措施来减小误差。

一、构建残余高度和表面粗糙度的模型

在数控加工的过程中两个相邻刀轨之间会有一定的空隙，这个未加工的区域就是我们所说的残余高度。表面精度和表面粗糙度是相对的两个概念，针对的是加工物表面的平整程度。在机械制造业中，人们通常都会用轮廓算术平均偏差来评定表面粗糙度的大小，其中轮廓算术平均偏差可以用Ra表示，Ra是一个平均值，主要是计算测量方向上的点和基准点之间距离的绝对值得到的。可以用以下公式来进行计算：

其中l代表的是一个取样长度，y代表测量方向上点与基准点之间的距离，x代表测量方向的位置。

二、残余高度对斜平面数控铣削加工的表面精度的影响分析

本文研究构建的模型所采用的刀具是球头刀，根据试验研究的数据以及残余高度的计算公式，我们可以发现，随着半径和刀轨步距的变化，球头刀切削残余高度也会随之变化，根据相关数据，我们可以绘制出如下的曲线图，其中R表示刀具半径。通过曲线图我们可以直观看出，当机械制造过程中采用相同将刀具半径固定的时候，刀轨步距和残余高度是成正比例关系的，而固定刀轨步距时，刀具半径和残余高度是成负比例关系的。所以在具体的施工过程中，我们要保持一定的残余高度，并适当选择半径大的刀具，才能提高工作效率，提升斜平面数控铣削加工表面的精度。

图1.球头刀切削残余高度的变化曲线

三、数控铣削加工的表面精度的切削试验

（一）试验研究

为了进一步明确各个因素对数控铣削加工表面精度的影响，本文又以铝合金进行了切削试验，分别讨论每个因素的影响。主要选择的试验环境是VF—1B/1D三轴数控立式加工中心，确定主轴的转速为每分钟6000转，没齿进给量为0.1mm/r，切深为0.1mm。根据试验相关数据，并用专业测量仪对切削试验后的零件表面进行测量，得到表面精度值。研究刀具半径和斜平面数控铣削加工表面精度的关系，当刀轨步距固定为0.5mm，用半径为5mm的刀具实施具体操作时，应用相关公式得到的表面粗糙度为2.08μm，而实际测量的表面粗糙度为1.855μm；用半径为8mm的刀具实施具体操作时，应用公式得到的表面粗糙度为1.302μm，而实际测量的表面粗糙度为1.449μm；用半径为10mm的刀具实施具体操作时，应用公式得到的表面粗糙度为1.042μm，而实际测量的表面粗糙度为 1.311μm。

研究刀轨步距和斜平面数控铣削加工表面精度的关系，当刀具半径固定为5mm，设置刀轨步距为0.2mm时，公式得到的表面粗糙度为0.333μm，而实际测量的表面粗糙度为1.08μm；设置刀轨步距为0.4mm时，公式得到的表面粗糙度为1.334μm，而实际测量的表面粗糙度为1.719μm；设置刀轨步距为0.6mm时，公式得到的表面粗糙度为3.0μm，而实际测量的表面粗糙度为2.175μm；设置刀轨步距为0.8mm时，公式得到的表面粗糙度为5.338μm，而实际测量的表面粗糙度为2.391μm；设置刀轨步距为1.0mm时，公式得到的表面粗糙度为8.346μm，而实际测量的表面粗糙度为2.980μm。

（二）试验结论

通过试验和相关数据我们可以发现，刀具半径与数控铣削加工的表面精度呈现正比例关系，而刀轨步距与数控铣削加工的表面精度呈现反比例关系。试验所得到的理论值和测量的实际值变化趋势基本上是一致的，但是由于外界环境，例如刀具有磨损，测量误差等，导致测量值和理论值之间有一定区别。这也恰恰说明这些误差是无法避免的，只能从最大程度上减小误差。

结束语

研究影响斜平面数控铣削加工表面精度的因素对提高数控机床操作技术有重要意义，能够在最大程度上满足工业对产品表面精度的高标准要求，从而提高加工的效率。在经济快速发展的现代化社会，工业制造为我国发展做出了显著的贡献，数控铣削加工作为工业制造的重要环节，应该不断提高其工艺表面的精度。本文通过实验建模，分析出残余高度、刀具半径、刀轨步距与表面精度之间的复杂关系，为工业技术改进提供了有力的参考依据，对我国工业制造业的发展也有很大促进作用。