车削加工减小表面粗糙度的方法

车削加工减小表面粗糙度的方法
作者：李文利
来源：《科技视界》2012年第30期
【摘要】机械零件加工的表面质量是指零件加工后的表面粗糙程度，它是判定零件质量优劣的重要依据。

【关键词】切削加工；表面粗糙度；重要依据
0 前言
无论是机械加工后的零件表面，还是用其他方法获得的零件表面，总会存在着有较小间距的峰、谷组成的微量高低不平的痕迹。

粗加工表面，用眼睛直接就可以看出加工痕迹；精加工表面，看上去光滑平整，但用放大镜，仍可以看到错综交叉的加工痕迹。

表面粗糙度是表述零件表面峰谷高低程度和间距状况的微观几何形状特征的术语。

表面粗糙度是指已加工表面微观不平程度的平均值，是一种微观即可形状误差。

表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz或轮廓最大高度数值Ry的大小表示。

按国家标准规定，优先采用轮廓算术平均偏差的大小Ra来表示。

我们在生产中要找到影响表面粗糙度的主要因素，并提出解决的方案。

经切削加工形成的以加工表面粗糙度，一般可看成理论粗糙度和实际粗糙度叠加而成。

要减小表面粗糙度可以从以下几个方面入手：
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想粗糙度。

在工件上表现出来的就是已加工表面上像螺纹一样的残留面积（刀具主副刀刃在已加工表面留下的一些痕迹未被切除的面积成为残留面积）。

通常是按照残留面积的高度来度量其粗糙程度的。

影响残留面积高度的有下面几个因素：
1.1 减小主偏角Kr和副偏角Kr′的数值
减小主偏角，加工表面粗糙度值会减小；减小副偏角Kr′，会增大切削刃与已加工表面的接触长度，能减小表面粗糙度的数值，但过小的副偏角会引起振动。

1.2 增大刀尖圆弧半径r
刀尖圆弧半径r增大时，使刀尖处的平均主偏角减少，可以减小便面粗糙度值，但会增大背向力和容易产生振动，所以刀尖圆弧半径不能过大，通常高速钢车刀r=0.5～5mm，硬质合金车刀r=0.5～2mm。

具体表现为如下图，用尖刀加工时，残留的最大高度为：Ry=f/
（cotKr+cot Kr′）相应的轮廓算术平均偏差为Ra=Ry/4。

用圆头加工时，残留层的最大高度为Ry=f2/8r，相应的轮廓算术平均偏差为Ra=Ry/4。

那么在相同的条件下Kr=75°，Kr′=10°，
f=0.2mm/r，用尖头车刀和用圆头车刀车削外圆，分别求出残留层的高度。

解得尖头车刀
Ra=0.0337mm，而圆头车刀Ra=0.005mm。

显而易见增大刀尖圆弧半径能减小表面粗糙度值。

1.3 减少进给量
进给量f是影响表面粗糙度最显著的一个因素，进给量越少，残留面积高度越小。

并且，此时鳞次、积屑瘤和振动不易产生，表面质量越高。

2 实际粗糙度
实际粗糙度是指切削过程中出现的非正常原因造成的表面不平度。

包括积屑瘤、亮斑、拉毛、加工振动等。

减小实际粗糙度值，可从采取以下措施：
2.1 避免工件产生积屑瘤
有些教材上又叫毛刺。

用中等切削速度切削钢料或其他塑性金属时，切屑与车刀前面之间产生很大的摩擦力，尤其当车刀前面不太平滑时，摩擦力更大，同时产生很高的温度。

在高温高压和很大的摩擦力作用下，切削底层和上层产生滑移，底层流动速度减慢。

这层流速较慢的金属层，成为滞留层。

当摩擦力大于切削底层内部的滑移断裂抗力时，滞留层的金属跟切屑分离而形成一个楔块粘在车刀前面上，这块金属因为受加工硬化的影响，硬度很高，成为积屑瘤。

影响积屑瘤产生的因素很多，但切削速度影响最大。

切削速度较低（2～5m/min以下）时，切削流动较慢，摩擦力未超过切削分子的结合力，不会产生积屑瘤；切屑速度很高
（70m/min以上）时，温度很高，切屑底层金属变软，摩擦系数明显降低，也不会产生积屑瘤；中等切削速度（15～20m/min）时，切削温度约为300℃左右，这时摩擦系数最大，容易产生积屑瘤。

因此在加工工件时避开最容易产生积屑瘤的中速区域。

要减小表面粗糙度就应该避开中等切削速度。

2.2 避免磨损亮斑
磨钝的切削刃会将工件表面压出亮斑或亮点，使表面粗糙度值增大，这时应及时更换或重磨刀具。

2.3 防止切屑拉毛已加工表面
被切屑拉毛的工件表面一般是不规则的很浅的痕迹。

这时应选用正值刃倾角车刀，使切屑流向待加工表面，并采用卷屑或断屑措施。

2.4 防振动
工件在车削加工时，由于机床性能、工件材料及刀具等因素的影响，易产生切削振动。

切削过程中的振动会使加工表面出现周期性的横向和纵向振纹，使工件的局部尺寸和工件的表面粗糙度发生变化，并缩短刀具的使用寿命，影响工件的加工质量。

减小工件切削振动的方法主要有以下几种：
2.4.1 对机床的调整机床各部应调整合适，紧定牢固。

主轴的松紧应经常检查，并调整间隙，因它往往是振动产生的主要原因，并调整大、中、小滑板塞铁，使间隙小于0.04mm，且使移动乎稳轻便。

2.4.2 对车刀的要求在保证强度的前提下，车刀前角应尽可能取大一些，加工细长轴时，应采用大的主偏角。

2.4.3 对切削深度的要求精车时，应根据机床刚度决定刀刃和工件的接触长度，并尽可能地采用弹簧光刀。

粗车时切削深度愈小愈好（一般为 0.1～0.2mm）。

车削直径较小的工件，应采用快转速，慢走刀的方法。

2.4.4 从理论上讲，工件夹持装置应该使所夹工件尽可能靠近主轴前轴承，刀具则应尽可能靠近刀塔本体，而不出现悬臂状态。

为此避免使用主轴内能够直接装夹弹簧夹头的车床，因为夹头座使工件远离主轴前轴承，夹持力小，会增加振动。

对较长的工件工件伸出卡盘长度不宜过长。

当工件伸出卡盘长度超过直径的6倍时，应用尾座顶尖支承，同时尽量避免材料从主轴后端露出，如果从主轴后端伸出的材料过长，则须采用可靠的架持措施。

修光刃过大，容易引起振动，一般=（1.2～1.5f）。

2.4.5 选用较小的背吃刀量和进给量，改变切削速度等。

2.4.6 隔离振源。

隔离振动量大的设备（如冲床、锻床等）。

2.5 合理选用切削液
一般来说，材料韧性越好，塑性变形倾向越大，表面粗糙度就越大。

被加工材料对表面粗糙度的影响与其金相组织状态有关。

切削液的冷却与润滑作用，能减小切削过程的界面摩擦，降低切削区温度，减小塑性变形并抑制积屑瘤与麟次的生长，对减小表面粗糙度有益。

3 结束语
减小表面粗糙度的方法很多，但对于不同的工件，使用的方法也是不一样的，要做到具体问题具体分析，使车床在车削工作中能安全、可靠、高效地工作。

【参考文献】
[1]极限配合与技术测量基础[M].3版.中国劳动社会保障出版社，2007.
[2]车工工艺学[M].4版.中国劳动保障出版社，2007.
[3]金属切削原理与刀具[M].4版.中国劳动保障出版社，2010.
[4]车工工艺学课程教学参考书[M].4版.中国劳动保障出版社，2007. [责任编辑：汤静]。