如何影响表面粗糙度：刀具几何形状、切削运动及鳞刺等因素

2023-07-01 理论教育版权反馈

【摘要】：表面粗糙度是指已加工表面微观不平程度的平均值，是一种微观几何形状误差。刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响主要是通过刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径r以及进给量对切削后工件上的残留层高度来体现的。鳞刺会使已加工表面的表面粗糙度严重恶化。2）切削用量方面在同样的加工条件下，采用不同的切削用量所获得的工件表面粗糙度有很大的不同。

表面粗糙度是指已加工表面微观不平程度的平均值，是一种微观几何形状误差。经切削加工形成的已加工表面的表面粗糙度，一般可看成由理论粗糙度和实际粗糙度叠加而成。

1.理论粗糙度

这是刀具几何形状和切削运动引起的表面不平度。生产中，如果条件比较理想，加工后表面实际粗糙度接近于理论粗糙度。

刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响主要是通过刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径r以及进给量对切削后工件上的残留层高度来体现的。主偏角、副偏角、进给量越小，表面粗糙度越小；刀尖圆弧半径r越大，表面粗糙度越小。

如图3－8所示，用尖头刀加工时，残留层的最大高度Rz为

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相应的轮廓算术平均偏差Ra为

用圆头刀加工时，残留层的最大高度Rz为

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图3－8　残留面积

2.实际粗糙度

实际粗糙度是在理论粗糙度上叠加着非正常因素，例如积屑瘤、鳞刺、刀具磨痕和切削振纹等附着物和痕迹，因此，增大了残留面积的高度值。

1）积屑瘤和鳞刺的影响

黏附在刀刃上的积屑瘤顶端切入加工表面后使已加工表面粗糙不平。在已加工表面上垂直于切削速度方向会产生凸出的鳞片状毛刺，通常称作鳞刺，如图3－9所示。一般在对塑性材料进行车、刨、拉、攻螺纹、插齿和滚齿加工，并选用较低速度、较大进给量时，在产生严重摩擦和挤压情况下易生成鳞刺。鳞刺会使已加工表面的表面粗糙度严重恶化。

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图3－9　鳞刺现象

2）刀具磨损的影响

当刀具后面或刀尖处产生微崩时，它会对加工表面产生摩擦，使已加工表面上形成不均匀的划痕；刃磨切削刃口留下的毛刺、微小裂口或细微崩刃，这些缺陷均会反映在已加工表面上形成较均匀的沟痕。

3）振动的影响（图3－10）

切削时工艺系统的振动，不仅会明显加大工件表面粗糙度、降低加工表面质量，严重时还会影响机床精度和损坏刀具。

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图3－10　振纹

3.减小表面粗糙度的途径

要提高已加工表面质量，降低表面粗糙度，往往需从刀具和切削用量方面考虑。

在实际切削过程中，有很多因素会影响到工件表面粗糙度，如机床精度的高低、工件材料切削加工性能的好坏、刀具几何形状的合理与否、切削用量的选择合理与否，甚至包括刀具的刃磨质量、切削液的正确选用等。

1）刀具几何形状方面

由以上分析不难看出，要减小表面粗糙度，可采用较大的刀尖圆弧半径（圆头刀）、较小的主偏角或副偏角，甚至磨出修光刃。需要注意的是，主偏角的减小会引起背向力Fp的增大，甚至会引起加工中的振动。刀尖圆弧半径的增大或过长的修光刃同样也有这个问题。

2）切削用量方面

在同样的加工条件下，采用不同的切削用量所获得的工件表面粗糙度有很大的不同。切削用量三要素中，进给量对表面粗糙度影响最大，进给量越小，残留层高度越低，表面粗糙度越小。

但应注意进给量不能过小，否则由于切削厚度过小刀刃将无法切入工件，造成刀具与工件的强烈挤压与摩擦。

若要求加大进给量，同时又要求获得较小的表面粗糙度值，则刀具必须磨有修光刃，使副偏角为0°。但应注意此时的进给量不能过大，否则太宽的修光刃会引起振动，反而会降低表面粗糙程度。

如何影响表面粗糙度：刀具几何形状、切削运动及鳞刺等因素

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