摘 要：本文就影響零件表面質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析，其中包括：機(jī)床精度、零件材料、刀具幾何形狀與切削用量、零件加工方式、CAD/CAM軟件的應(yīng)用特性等。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零件;表面加工;質(zhì)量分析

零件的加工質(zhì)量包括兩大內(nèi)容，即零件的加工精度與零件的表面質(zhì)量（粗糙度）。在機(jī)械制造業(yè)中，零件的最終尺寸精度與表面質(zhì)量往往由精加工來保證。對淬火鋼件來說，精加工一般通過磨削或電火花加工來完成，從而能夠更好的控制尺寸精度、形狀公差以及零件變形和內(nèi)應(yīng)力等技術(shù)要求。眾所周知，零件產(chǎn)品的損壞，一般從零件精度與表層失效開始。所以零件產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，一方面取決于零件材料力學(xué)性能;另一方面，在很大程度上取決于零件表面的加工質(zhì)量。而零件表面加工質(zhì)量是由人的主觀意識(shí)及零件材料、加工設(shè)備、工具和檢測方法等方面多種綜合因素決定的。

1 機(jī)床精度對加工質(zhì)量的影響

機(jī)床選擇是保證零件表面加工質(zhì)量的前提。機(jī)床必須具備以下基本功能：

①具有高的幾何精度、運(yùn)動(dòng)軌跡精度和動(dòng)態(tài)性能。②數(shù)控機(jī)床還應(yīng)具有高精度螺距補(bǔ)償功能。③要求機(jī)床加工精度及其可重復(fù)性和可信賴度高，性能穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行狀態(tài)下完成多種加工任務(wù)，保證零件加工質(zhì)量④主軸應(yīng)有高速、高精密特點(diǎn)，主軸動(dòng)態(tài)平衡應(yīng)利用IRD動(dòng)態(tài)平衡直接校正，使其在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象，確保最佳和穩(wěn)定的加工精度。

2 零件材料對表面質(zhì)量的影響

金屬材料零件在切削時(shí)決定零件表面質(zhì)量的兩個(gè)因素是零件材料和硬度。在精加工狀態(tài)下，當(dāng)切削的零件為有色金屬時(shí)，主軸轉(zhuǎn)數(shù)要快一些，進(jìn)給量要適中。當(dāng)切削的為淬火金屬零件時(shí)，主軸轉(zhuǎn)數(shù)要慢一些，進(jìn)給量快一點(diǎn)，進(jìn)給量要小，切削刃數(shù)多一點(diǎn)。

下面通過表格闡述一下刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度以及材料對工件表面質(zhì)量的影響。

表1

[序號(hào)＼&零件材料＼&刀具直徑＼&刀具刃數(shù)＼&刀具材料＼&淬火＼&切削深度/m＼&進(jìn)給量F＼&主軸轉(zhuǎn)數(shù)/s＼&1

2

3

4

5＼&銅

合金鋁

45鋼

45鋼

50鋼＼&?12

?12

?12

?12

?12＼&2

2

4

6

6＼&高速鋼

高速鋼

高速鋼

高速鋼

硬質(zhì)合金＼&無

無

無

45℃

55℃＼&1

1

1

1

1＼&50

50

30

20

100＼&420

420

375

120

3000＼&]

由上表格可以看出零件表面質(zhì)量與被加工材料、刀具材料、切削刃數(shù)、切削深度、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)數(shù)有直接的關(guān)系。只有將以上條件調(diào)整到最佳狀態(tài)，才能加工出符合要求的工件表面質(zhì)量。

3 刀具形狀、切削用量對表面質(zhì)量的影響

常用的銑削刀具按形狀分為：盤銑刀、端銑刀、成型銑刀、球頭銑刀。由于形狀不同它們的切削螺旋角度也不同，所以切削性能和加工后的表面質(zhì)量也不同。加工時(shí)，刀具形狀的最佳化可充分發(fā)揮刀具材料的性能，對提高切削精度和工件表面質(zhì)量及延長刀具壽命有很大的影響。有資料表明，在較低的切削速度下，用高速鋼、硬質(zhì)合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金屬材料時(shí)，都可能出現(xiàn)鱗刺影響工件表面質(zhì)量。所以在加工時(shí)采取減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑、適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形來抑制積屑瘤、鱗刺的生成.其次刀具采用圓弧修光刃或直線修光刃，及選用合理的切削用量與切削液，均可減少工件表面的殘留面積，極大的提高工件的表面質(zhì)量。

切削用量包括切削速度、切削深度、進(jìn)給量。切削用量的選擇直接影響著零件表面的加工精度和表面粗糙度，其理論計(jì)算公式為f=nzf，式中，n為主軸轉(zhuǎn)速（r/min），z為銑刀齒數(shù)，f為每齒進(jìn)給量（mm/齒）。當(dāng)確定切削用量時(shí)，主軸轉(zhuǎn)數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為硬質(zhì)合金銑刀S=12000/πD，高速鋼銑刀S=30000/πD 式中π=3.14，S為主軸轉(zhuǎn)速（r/min），D為刀具直徑，式中S值不是固定不變的，同理也要根據(jù)被加工的材料、加工刀具、和機(jī)床性能來進(jìn)行調(diào)整的，硬質(zhì)合金銑刀比同類高速鋼銑刀每齒進(jìn)給量要高;當(dāng)加工精度和表面質(zhì)量要求較高時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給量。

4 加工方式對表面質(zhì)量的影響

加工方式的選擇實(shí)際上就是對刀具的選擇，因?yàn)椴煌牡毒哂胁煌募庸し绞?，如三面刃銑刀只能采取從工件的外部向里進(jìn)刀的方式進(jìn)行銑削，而鍵槽銑刀卻可以從工件內(nèi)部向外銑削。在加工齒輪時(shí)齒輪滾刀和指狀齒輪銑刀都可以加工出齒輪來，但兩種刀具加工出的齒輪表面精度卻不同。所以不同的刀具（加工方式）和不同的加工軌跡得到的工件表面質(zhì)量是不同的。如下圖：

對凹形表面，在半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)選擇球形銑刀，以得到好的表面質(zhì)量，但在粗加工時(shí)宜選擇端立銑刀或圓角立銑刀，這是因?yàn)榍蛐毋姷肚邢鳁l件較差;對凸形表面，粗加工時(shí)一般選擇端立銑刀或圓角立銑刀，但在精加工時(shí)宜選擇圓角立銑刀，這是因?yàn)閳A角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好;對帶脫模斜度的側(cè)面，宜選用錐度銑刀，均可獲得較好的表面加工質(zhì)量。

5 CAD/CAM軟件對零件表面質(zhì)量的影響

5.1 隨著數(shù)控加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種制造業(yè)當(dāng)中，CAD/CAM計(jì)算機(jī)輔助軟件在數(shù)控加工中的作用越來越突出，所起的作用也是不可取代的。它直接影響產(chǎn)品加工的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。特別是復(fù)雜曲面或曲線零件的加工，雖然數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達(dá)到預(yù)期的加工效果，合理的加工工藝和高質(zhì)量的加工程序是必不可少的。因?yàn)閿?shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對于簡單的零件，通常采用手工編程的方法，對于復(fù)雜的零件，往往需要宏程序和借助于CAM軟件編制加工程序，如UG、CIMATRON、MASTERCAM等。無論是手工編程或計(jì)算機(jī)輔助編程，在編制加工程序時(shí)，選擇合理的工藝參數(shù)，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。

下面我們通過步距和殘留高度來分析CAM軟件對零件表面質(zhì)量的影響。我們知道高質(zhì)量的加工程序是以高質(zhì)量的CAD模型為基礎(chǔ)的。所以要加工出高質(zhì)量的表面質(zhì)量就必須高質(zhì)量的CAD模型。

5.2 步距和殘留高度是控制工件表面質(zhì)量的兩個(gè)重要參數(shù)，在CAM軟件采用步距控制工件表面粗糙度時(shí)，步距越小，表面粗糙度越低，但會(huì)延長加工路徑和加工時(shí)間，因此步距寬度不宜設(shè)置得太小，在實(shí)踐中可以通過改變半精加工和精加工走刀路徑的方法改善表面質(zhì)量。

如圖：

當(dāng)?shù)毒邽?20㎜時(shí)步距越小工件表面的殘留高度就越小。當(dāng)步距為50%時(shí)刀具半徑越大工件表面的殘留高度就越大，也就是說工件的表面粗糙度高。當(dāng)?shù)毒咧睆讲煌瑫r(shí)，一個(gè)為?20㎜、一個(gè)為?10㎜。步距都設(shè)置為刀具直徑的50%時(shí)。由此可以看出，直徑越大，它的殘留高度就越大，表面粗糙度高。直徑越小，它的殘留高度就小，表面粗糙度低。但刀具不能太小，因?yàn)橹睆教【鸵鄳?yīng)提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速，（機(jī)床轉(zhuǎn)速是有限制的），其次直徑太小影響刀具的強(qiáng)度，使刀具切削時(shí)產(chǎn)生刀具變形影響工件表面粗糙度。

6 結(jié)束語

提高零件表面質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件，但影響工件表面的因素是多方面，它基本上包括：機(jī)床的選擇，刀具的選擇、工件材料的選擇、加工方式的選擇、加工參數(shù)的選擇、操作機(jī)床的能力。我們只有不斷提高自己的各項(xiàng)技能，才能在實(shí)際加工中充分運(yùn)用它們加工出符合要求的高精度零件。

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作者簡介：

黃先華，男，1965年4月15日生，四川涪陵人，本科，專業(yè)：數(shù)控加工技術(shù)與應(yīng)用，主要從事數(shù)控加工技術(shù)與Unigraphics軟件應(yīng)用研究，技術(shù)等級(jí)：高級(jí)技師、臺(tái)州地區(qū)首席技師，從事機(jī)械加工工作26年。