如何降低加工表面粗糙度

1、畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 1 頁裝訂線南京工業(yè)職業(yè)技術學院數(shù)控加工與維修專業(yè)?？飘厴I(yè)論文論文題目：如何降低加工表面粗糙度學生姓名： 尹玉鑫 學 號： 29 指導教師： 元軍偉 專 業(yè)： 數(shù)控加工與維修 年 級： 三年級 教 學 點： 江蘇省交通技師學院 2011 年 6 月 28 日畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 2 頁裝訂線摘摘 要要機械加工工件時加工精度與機床的精度及包括刀具、夾具、工件在內的整個系統(tǒng)有直接的關系，影響機械加工精度的因素很多，如機床制造零件的誤差和安裝誤差以及加工過程中的有關操作，需要掌握機械加工中各種工藝對加工零件表面質量影響的規(guī)律，以便運用這些規(guī)律

2、來控制零件加工的表面粗糙度，最終改善零件的表面質量、提高產品使用性能、減少機械設備的損壞、降低生產成本、提高經濟效益。本文探討了機械加工影響零件表面粗糙度的因素及改善措施。關鍵詞關鍵詞： 加工表面粗糙度 ； 機械加工質量因素； 改善加工的措施畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 3 頁裝訂線ABSTRACTWhen machining pieces,processing precision and machine tool precision have direct relationship with the whole system,including cutting tool,clamp

3、ing tool and pieces,the impact factors of machine are various,such as machine processing pieces inaccuracy,installing inaccuracy and other operation in process,which requires the master of the rule of all kinds of process to surface quality of machining pieces in machining in order to control proces

4、sing roughness of surface roughness of pieces process,improving quality of surface of pieces and feature of products,decreasing equipments damage,lowing producing cost and improving economic profits.The paper discussed impact factors and modifying measures of machining to surface roughness.KEY WORDS

5、:Processing surface roughness,Factors of machining,Measure of improving process.畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 4 頁裝訂線目目 錄錄引言5第一章 概述6 1.1 表面粗糙度概述6 1.1.1 表面粗糙度概念6 1.1.2 表面粗糙度產生原因61.2 表面粗糙度國內外研究現(xiàn)狀6 1.3 表面粗糙度研究的目的及意義7第二章 表面粗糙度的影響因素分析82.1 表面粗糙度的標準82.2 表面粗糙度的因素8 2.2.1 刀具方面8 2.2.2 切削條件92.3 表面粗糙度的選擇原則10第三章 表面粗糙度的成因及其改

6、善措施153.1 控制目的153.2 切削加工時表面粗糙度的成因與控制153.2.1 形成原因15 3.2.2 控制措施18結論22致謝23參考文獻24畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 5 頁裝訂線引引 言言表面粗糙度是指零件表面上具有較小間距和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀特征。它主要是由機械加工形成的（表面粗糙度、表面波紋度、表面缺陷、表面幾何形狀）,直接影響機械零件的配合性質，表面的耐磨性、抗腐蝕性、疲勞強度、密封性、導熱性及使用壽命。首先，對表面粗糙度的基礎知識進行了簡要介紹；其次，分析了影響零件表面粗糙度的因素及其影響規(guī)律和趨勢，探尋改善和提高表面粗糙度的措施和方法；最后，舉例說

7、明表面粗糙度的一些選擇和測量。畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 6 頁裝訂線第一章概述1.1表面粗糙度概述1.1.1 表面粗糙度概念表面粗糙度是指零件表面上具有較小間距和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀特征。它主要是由機械加工形成的（表面粗糙度、表面波紋度、表面缺陷、表面幾何形狀）,直接影響機械零件的配合性質，表面的耐磨性、抗腐蝕性、疲勞強度、密封性、導熱性及使用壽命。2因此，表面粗糙度是評定機器和機械零件量的重要指標之一，是機械零件的生產、加工和驗收過程中一項必不可少的質量標準。1.1.2 表面粗糙度產生的原因在加工過程中，由于刀具與制件表面之間的摩擦、切削或壓制時的塑性變形，以及工藝系統(tǒng)

8、中高頻振動等因素的作用，使被加工表面產生微觀幾何變形。1.2表面粗糙度國內外研究現(xiàn)狀從近年來國內外發(fā)表的有關粗糙度方面的論文來看，數(shù)量成指數(shù)地增加.這表明表面粗糙度測量和表征技術的研究一直處于上升趨勢，一方面是由于商用儀器(如:STM、AFM 和光學掃描干涉儀等)的發(fā)展以及計算機運算能力、控制技術的提高;另一方面是由于尖端技術、國防工業(yè)和精密工程等對零件的表面質量提出了越來越高的要求。表面粗糙度的表征參數(shù)都是在某一法向截面所截得的輪廓線上進行評定，只反映高度和橫向距離之間的關系，屬于二維評定.當表面粗糙度在一小面積區(qū)域內評定時，還有縱向距離關系，這就屬于三維評定.近年來研制了許多三維表面微觀形

9、貌測量儀，才使得在局部表面上三維評定表面粗糙度成為可行，而且國際上方興未艾. 最近,國內外在表征和研究表面粗糙度等方面越來越多地使用分形幾何理論這一有力的數(shù)學工具。研究表明很多種機加工表面呈現(xiàn)出隨機性、多尺度性和自仿射性,即具有分形的基本特征,因而使用分形幾何來研究表面形貌將是合理地、有效地。確定分形的重要參數(shù)有分形維數(shù) D 和特征長度 A,它們可以衡量機加工表面輪廓的不規(guī)則性,理論上不隨取樣長度變化和儀器分辨率變化,并能反映表面形貌本質的特征,能畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 7 頁裝訂線夠提供傳統(tǒng)的表面粗糙度評定參數(shù)(如 Ra、Ry、Rz 等)所不能提供的信息。美國TopoMetr

10、ix 公司生產的掃描探針顯微鏡(SPM)軟件體系中,已將分形維數(shù)作為評價表面微觀形貌的參數(shù)之一。隨著超光滑表面的粗糙度數(shù)值接近納米級甚至埃級，不同測量方法的測量結果不一致性對表面特征的評價影響越來越大。為此，美國國家標準和技術研究院制作了一組尺寸范圍從 29nm 一 152um 的標準臺階高度樣塊，其標準值取決于本身的實際尺寸.另外還建立了一組高精度標準樣塊，其尺寸用三種不同的方法校準，如相移干涉顯微鏡、校準原子力顯微鏡(C 一 AFM)和高分辨力的觸針式儀器。如果用這些不同的方法測量臺階高度的精確值，能取得好的一致性，則樣塊臺階高度將作為精密校準的基準。1.3表面粗糙度研究的目的及意義隨著現(xiàn)

11、代化工業(yè)生產的不斷發(fā)展，對產品的質量提出了越來越高的要求.如既要求產品具有長的和沒有麻煩的使用壽命，又要利于能源的再利用和環(huán)境保護，保證產品的三個階段.制造使用垃圾/再循環(huán)，協(xié)調發(fā)展.各制造商競相生產具有優(yōu)勢性的零缺陷產品，以增強其市場的競爭能力，對零件表面的物理和幾何性能提出了非?？量痰囊?這就使儀器制造商生產性能更好、更全面，精度更高的檢測設備。在飛速發(fā)展的 21 世紀，信息、生物技術、能源、環(huán)境、先進制造技術和國防的高速發(fā)展必然會對零件表面粗糙度提出更高的要求，元器件的智能化、小型化、高集成、高密度存儲和超快傳輸?shù)纫蟛牧系某叽缭絹碓叫?。零件表面粗糙度無疑是研究領域中最富有活力、對未來

12、經濟和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象。畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 8 頁裝訂線第二章 表面粗糙度的影響因素分析2.1 表面粗糙度的標準為了統(tǒng)一指標、統(tǒng)一方法和統(tǒng)一標準,各國都制定了相應的標準。我國的表面粗糙度標準制定工作是從 50 年代開始的,經過幾十年的研究發(fā)展,已由當初單純解決圖樣標準的統(tǒng)一問題開始,逐步完善修訂為現(xiàn)在的 GB/T 1031表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值 、GB/T 131機械制圖表面粗糙度符號、代號及其注法 、GB 3505表面粗糙度術語表面及其參數(shù)等系列標準,而成為我國重要的工業(yè)基礎標準之一,并為其他產品標準及相關標準所引用。GB/T 1031-1995(代替

13、GB 1031-83)規(guī)定了表面粗糙度的參數(shù)和數(shù)值系列,GB/T 131-93(代替 GB 131-83)又規(guī)定了圖樣上表面粗糙度的標注方法及代號的含義,只要正確使用這些標準,表面粗糙度要求在圖樣上是十分清楚的。但是在其他有關標準及一些技術文件中需要對零件作出表面粗糙度要求時,由于標準和技術文件的編寫特點,大多采用文字敘述等加以規(guī)定。這些表述如果不正確,會給理解和執(zhí)行標準帶來麻煩,同時影響到標準自身的質量。12目前我國評定表面粗糙度的參數(shù)，根據(jù)GB/T1031-1995 表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值規(guī)定，表面粗糙度參數(shù)首先從三項高度參數(shù)輪廓算術平均偏差 Ra、微觀不平度十點高度 Rz 和輪廓最大高度

14、 Ry 中選取。根據(jù)表面功能的需要，在高度參數(shù)不能滿足要求的情況下，可選用輪廓微觀不平度的平均間距 Sm、輪廓的單峰平均間距 S 和輪廓支承長度率Tp。對表面粗糙度有要求的表面須給出高度參數(shù)值和評定時的取樣長度。間距參數(shù)Sm、S 和形狀特性參數(shù) Tp 一般不單獨使用，常作為補充參數(shù)與高度參數(shù)共同控制零件的表面粗糙度。2.2 表面粗糙度因素2.2.1 刀具方面(1)刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中對表面粗糙度影響最大的是刀尖圓弧半徑、副偏角和修光刃。刀尖圓弧半徑對表面粗糙度有很大影響:半徑增大時，殘留面積減小，另一方面變形將增加。由于前一種變形影響較大，所以當?shù)都鈭A弧半徑增大時，表面粗糙度將降低。畢業(yè)

15、設計（論文）報告紙共 24 頁 第 9 頁裝訂線因此在剛度允許的條件下.增大刀尖圓弧半徑是降低表面粗糙度的好方法。副偏角越小，表面粗糙度越低。但減小副偏角容易引起振動，故減小副偏角，必須視機床系統(tǒng)的剛度而定。當副偏角達到一定值時，再增大半徑，也不會使表面粗糙度值增加。采用一段長度稍大于進給量的修光刃是降低表面粗糙度的有效措施，利用增加修光刃來消除殘留面積是實際加工工件中常常采用的方法。前角對表面粗糙度沒有直接的影響，對抑制積屑瘤和麟刺有利，可使刃口回弧半徑減小，所以在中、低速范圍內適當增大可有利于減小表面粗糙度。(2)刀具的刃磨質量刀刃前、后刀面，切削刃本身的粗糙度值直接影響被加工面的粗糙度。

16、一般來說，刀刃前、后刀面的粗糙度比加工面要求的粗糙度小 l 一 2 級。(3)刀具的材料刀具材料與被加工材料金屬分子的親和力大時，被加工材料容易與刀具而生成粘結積屑瘤和鱗刺，且被粘結在刀刃上的金屬與被加工表面分離時還會形成附加的粗糙度。因此凡是粘結情況嚴重或摩擦嚴重的，表面粗糙度都大;反之如果粘結和摩擦不嚴重的，表面粗糙度都小。2.2.2 切削條件(1)切削速度加工塑性材料時，切削速度對積屑瘤和麟刺的影響非常顯若。切削速度較低易產生幼刺，低速至中速易形成積屑瘤，粗糙度也大。避開這個速度區(qū)域，表面粗糙度值會減小。加工脆性材料時.因為一般不會形成積屑瘤和鱗刺，所以切削速度對表面粗糙度無影響。由此可

17、見，用較高的切削速度，既可提高生產率，同時又可使加工表面粗糙度較小。所以最重要的是發(fā)展各種新刀的材料和相應的新刀具結構，以便有可能采用更高的切削速度。畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 10 頁裝訂線(2)進給量從幾何因素中可知，減小進給量可以降低殘留面積的高度。同時也可以降低積屑瘤和麟刺的高度，因而減小進給量可以使表面粗糙度值減小。但進給量減小到一定值時，塑性變形要占主導地位，粗糙度值不會明顯下降。當進給量更小時，由于塑性變形程度增加，粗糙度反而會有所上升。(3)切削深度一般來說，切削深度對加工表面粗粗度的影響是不明顯的，在實際工作中可以忽略不計。但當切削深度在 0.02 到 0.03

18、之間時，由于刀刃不是絕對尖銳而是有一定的圈弧半徑，這時正常切削就不能進行，常擠壓繞過加工表面而切不下圓周將在加工表面上引起附加的扭性變形.從而使加工表面粗糙度增大。所以切削加工不能選用過小的切削深度。但過大的切削深度也會因切削力、切削熱劇增而形響加工精度和表面質量。(4)切削液切削液的冷卻和潤滑作用，能減小切削過程的界面摩擦，降低切削粗糙度，從而減少了切削過程的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長，因此對減小加工表面粗糙度有利。(5)被加工材料一般來說，材料韌性越好，塑性變形傾向越大，在切削加工中，表面粗糙度就越大。 被加工材料對表面粗糙度的影響與其金相組織狀態(tài)有關。2.3 表面粗糙度的選擇原則1

19、.選擇原則（1）在滿足表面工作要求的情況下，盡量選大值。（2）同一零件上，工作表面粗糙度值低于非工作表面粗糙度值。（3）摩擦表面粗糙度值低于非摩擦表面粗糙度值。（4）受循環(huán)負荷的表面及易引起應力集中的表面粗糙度值要小。（5）配合性質穩(wěn)定性要求高的結合表面，粗糙度值要小。對動配合，配合間隙小的表面，粗糙度值要?。粚o配合，要求連接牢固可靠，承受載荷大時粗糙度值畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 11 頁裝訂線要小。（6）配合性質相同，零件尺寸越小則粗糙度值越小；同一公差等級，小尺寸比大尺寸的粗糙度值要小，軸比孔的粗糙度值要小。132.常用的選擇零件表面粗糙度的方法及弊病在機械零件設計工作中粗

20、糙度的選擇方法有 3 種，即計算法、試驗法和類比法。應用最普遍的是類比法，此法雖簡便、迅速、有效，但需要有充足的參考資料。目前，設計中最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度，即計算法。通常情況下，機械零件尺寸公差要求越小，機械零件的表面粗糙度值也越小，但它們之間又不存在固定的函數(shù)關系。如一些機器、儀器上的手柄、手輪以及衛(wèi)生設備、食品機械上的某些機械零件的修飾表面，它們的表面要求加工得很光滑（即表面粗糙度要求很高） ，但其尺寸公差要求卻很低。3.按零件類型及公差等級選擇零件表面粗糙度在實際工作中，對于不同類型的機器，其零件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的，原因是在機械零件的設

21、計和制造過程中，對于不同類型的機器，其零件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。因此，我們把粗糙度的選擇同零件類型聯(lián)系起來更趨于合理。機械零件設計手冊中把零件分為精密機械零件、普通精密機械零件及通用機械零件 3 種類型。在此我們通過對機械設計手冊中的相關數(shù)值進行統(tǒng)計分析，將舊的表面粗糙度國標(GB103168)轉換為參照采用國際標準 ISO 頒布的新國標(GB103183)，采用優(yōu)先選用的評定參數(shù)，即輪廓算術平均偏差值 Ra(1)/(l)l0ydx。并采用 Ra優(yōu)先選用的第一系列數(shù)值，推導出表面粗糙度 Ra 與尺寸公差 IT 之間的有關關系式為：第 1 類：Ra1.6Ra0.008IT Ra0.

22、8Ra0.010IT 畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 12 頁裝訂線第 2 類：Ra1.6Ra0.021IT Ra0.8Ra0.018IT 第 3 類：Ra0.042IT 并將上述 3 種關系式列表，如表 1、表 2、表 3 所示。表 1 用于精密機械零件基本尺寸336610101818303050508080120120180180250250315315400400500公差等級表面粗糙度數(shù)值IT60.10.20.4IT70.10.20.40.8IT80.20.41.6IT90.20.41.6IT100.40.81.63.2IT110.81.63.26.3IT120.81.63.2

23、6.3畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 13 頁裝訂線表 2 用于普通精密機械零件基本尺寸336610101818303050508080120120180180250250315315400400500公差等級表面粗糙度數(shù)值IT60.20.40.8IT70.20.40.81.6IT80.40.81.63.2IT90.81.63.26.3IT101.63.26.312.5IT111.63.26.312.5IT126.46.312.5表 3 用于通用機械零件基本尺寸公差等3366101018183030505080801212011802250331544005畢業(yè)設計（論文）報告紙共 2

24、4 頁 第 14 頁裝訂線08050150000級表面粗糙度數(shù)值IT70.81.63.2IT80.81.63.26.3IT91.63.26.312.5IT103.26.312.5IT116.312.525IT126.312.525 第 1 類主要用于精密機械，對配合的穩(wěn)定性要求很高，要求零件在使用過程中或經多次裝配后，其零件的磨損極限不超過零件尺寸公差值的 10%，這主要應用在精密儀器、儀表、精密量具的表面、極重要零件的摩擦面，如汽缸的內表面、精密機床的主軸頸、坐標鏜床的主軸頸等。 第 2 類主要用于普通的精密機械，對配合的穩(wěn)定性要求較高，要求零件的磨損極限不超過零件尺寸公差值的 25%，要求

25、有很好密合的接觸面，其主要應用在如機床、工具、與滾動軸承配合的表面、錐銷孔，還有相對運動速度較高的接觸面如滑動軸承的配合表面、齒輪的輪齒工作面等。 第 3 類主要用于通用機械，要求機械零件的磨損極限不超過尺寸公差值的50%，沒有相對運動的零件接觸面，如箱蓋、套筒，要求緊貼的表面、鍵和鍵槽的工作面；相對運動速度不高的接觸面，如支架孔、襯套、帶輪軸孔的工作表面、減速器等等。在機械零件設計工作中，按尺寸公差選擇表面粗糙度數(shù)值時，應當根據(jù)不同類型的機器，選擇相應的表值。 畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 15 頁裝訂線 需要說明的是，表中 Ra 采用第 1 系列值，而舊的國標 Ra 的極限值為第

26、 2 系列值，換算時會遇到數(shù)值上靠和下靠的問題。我們在表中表值采用上靠，因為這有利于提高產品質量，個別值采用下靠。 在設計中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發(fā)，全面衡量零件的表面功能和工藝經濟性，才能作出合理的選擇。 第三章 表面粗糙度的成因及其改善措施3.1 控制目的 表面粗糙度對零件的摩擦系數(shù)、密封性、耐磨性、抗腐蝕性、疲勞強度、接觸剛度、配合性質以及導熱、導電性能等均有影響，所以合理控制零件的表面粗糙度，對提高產品性能具有至關緊要的作用。3.2 切削加工時表面粗糙度的成因與控制3.2.1 形成原因物理因素即非正常原因造成的表面粗糙度。多數(shù)情況下是在巳加工表面的殘留面積上疊加著一

27、些不規(guī)則的金屬生成物、粘附物或刻痕。形成它們的原因有：（1）積屑瘤 積屑瘤的產生，是由于在切削過程中切屑的塑性流動及刀具與切屑的外摩擦超過了內摩擦，在刀具和切屑間很大的壓力作用下造成切削底層與刀具前面發(fā)生冷焊。積屑瘤對表面粗糙度的影響有兩方面：它能刻劃出縱向的溝紋來；它還會在破碎脫落時沾附在已加工表面上。其主要原因是：當積屑瘤在生長階段時，它與前刀面的粘結比較牢，因此積屑瘤在已加工表面上刻劃縱向溝紋的可能性大于對已加工表面的沾附。當積屑瘤處于最大范圍以及消退階段，它已經不很穩(wěn)定，這時它一方面雖然還時而刻劃溝紋，但更多的是沾附在已加工表面上。在一定的切削速度范圍內，新生的切屑底層金屬與前刀面發(fā)生

28、強烈的擠壓和摩擦，破壞了前刀面的氧化膜和吸附膜，使其與前刀面的接觸面積逐漸增大。同時在巨大的壓力作用下切屑底層的流動速度較切屑的上層金屬緩慢的多，并將沿前刀面產生很大的變形，即出現(xiàn)滯流現(xiàn)象。畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 16 頁裝訂線此外，壓力作用將使切屑底層金屬填滿前刀面的微觀凹谷，發(fā)生冷焊。冷焊層具有較大的強度和硬度，能抵抗切削力作用而不致從前刀面上脫落，形成第一層積屑瘤。由于切屑還在繼續(xù)流動，因而與第一層積屑瘤接觸的一層金屬又產生很大的變形并冷焊層積在第一層積屑瘤上面。這樣不斷冷焊層積，積屑瘤不斷長大。當積屑瘤長到一定高度時，由于積屑瘤改變了前刀面的實際形狀，使切屑與前刀面的接

29、觸條件和受力情況發(fā)生變化，積屑瘤不再繼續(xù)生長，一個完整的機屑瘤便形成了。積屑瘤包覆著切削刃和前刀面的一部分，一旦形成便替代切削刃和前刀面進行切削，從而切削刃和前刀面得到了積屑瘤的保護。但是積屑瘤存在的穩(wěn)定性較差，常因冷焊結的破裂而把刀具前刀面近刀尖處的金屬帶走一部分，反而加劇了刀具的磨損。（2）鱗刺 鱗刺是指已加工表面上鱗片狀的毛刺。鱗刺的成因是在切削過程中，切屑與前刀面產生嚴重摩擦條件下出現(xiàn)的粘結現(xiàn)象，在堆積的粘結層擠壓下，加劇了金屬層的塑性變形，致使刀刃前方的加工表面上產生導裂，當切削力超過粘結力時，切屑流出并被切離，而導裂層殘留在巳加工表面上形成鱗刺。鱗刺對已加工表面質量有嚴重的影響，它

30、往往使表面粗糙度等級降低 24 級。（3）振動 切削過程中如果有振動，加工表面會出現(xiàn)振紋，表面粗糙度就會顯著變大。振動是由于徑向切削力 Fr 太大，或工件系統(tǒng)的的剛度小而引起的。切削過程中產生振動使加工表面產生振紋。振紋呈縱向分布，橫向分布或斜向分布。振動波形高低與振動的振幅、振紋的密度和振動的頻率有關。振動不僅對刀具的磨損有很大影響，還惡化了加工表面質量。振動有自激振動和強迫振動。自激振動是由于切削過程中的作用力的變動而引起的。例如切削與刀具間的摩擦力變化、刀具磨損產生作用力、機屑瘤不穩(wěn)定導致切削厚度的變化等。強迫振動是由外界的周期性作用力引起的，例如，機床運動的不平穩(wěn)、安裝誤差造成離心力作

31、用、滑動導軌的形狀誤差、工件材質的不均勻、間斷切削和崩碎切削作用等。（4）其他因素 除上述以外，造成巳加工表面粗糙不平的原因還有：刀具后刀面磨損造成的擠壓和摩擦痕跡；刀刃上缺陷復映在加工表面上的溝痕；被切屑拉毛和刮傷痕跡等。切削加工時，由于刀具切削刃的幾何形狀、幾何參數(shù)、進給運動及切削刃本身的粗糙度等原因，未能將被加工表面上的材料層完全干凈地去除掉，在已加工表面畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 17 頁裝訂線上遺留下殘留面積，殘留面積的高度構成了表面粗糙度 Ra。 圖 1 車刀縱車外圓 圖 2 車刀縱車外圓 r=0畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 18 頁裝訂線圖 3 車刀縱車外圓

32、 r0如圖 1 和圖 2 所示，用刀尖圓弧半徑=0 的車刀縱車外圓時，每完成一單位進給量erf 后，留在已加工表面上的殘留面積abc，它的高度 Rmax 即為理論粗糙度的輪廓最大高度 Ry，由上圖可知=(1)YRmaxRrrctgkctgkf并由殘留面積abc 計算出長度內輪廓算術平均偏差 R 為：(2)max|2()4dRadcbdcadcRff 上式表明，殘留面積為三角形時，理論粗糙度的輪廓算術平均偏差 R 是殘留面積高度 Rmax 的 1/4。如圖 3，用刀尖圓弧半徑0 的車刀縱車外圓時留下的殘留面積，它的高度 Rmaxer為：(3)222max48eeeffRrrr經推算得輪廓算術平均

33、偏差 R為(4)20.321defRr由上式可見，進給量 f、刀具主偏角 r、副偏角 r 越大、刀尖圓弧半徑 r 越小，則切削層殘留面積就越大，R 值也越大，零件加工表面就越粗糙。以上式是理論計算結果，稱為理論粗糙度。實際上加工表面的粗糙度總是大于按以上計算的殘留面積的高度，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料時，實際加工表面的粗糙度才比較接近殘留面積的高度，這說明影響表面粗糙度的還有其它原因。表面粗糙度對零件使用性能的影響，零件表面越粗糙，配合表面間的實際有效接觸面積越小，單位面積壓力增大，表面易磨損。但過于光滑的表面不利于潤滑油的儲存，還會增加兩表面的分子吸附作用，磨損也會加劇。具有粗糙度的

34、兩表面貼合時，往往是凸峰頂部先接觸。因此，實際接觸面積大大小于理論接觸面積，粗糙度越大，實際接觸面積越小。畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 19 頁裝訂線在初期磨損階段，因零件表面有較多的尖峰，實際接觸面積極小，因而磨損較快。隨著磨損的加大，實際接觸面積逐漸增大，單位面積載荷逐漸下降，磨損過程減緩而趨向穩(wěn)定，進入正常磨損階段。最后磨損繼續(xù)發(fā)展，實際接觸面積越來越大，產生了金屬分子間的親和力，使表面容易咬焊，從而進入急劇磨損階段。3.2.2 控制措施1.合理選擇切削用量（1）切削速度。切削速度 v 是影響表面粗糙度的一個重要因素。加工塑性材料如普通碳鋼時，切削速度較低易產生鱗刺，低速至中速

35、易形成積屑瘤，粗糙度也大。避開這個速度區(qū)域，表面粗糙度值會減小。加工脆性材料時，因為一般不會形成積屑瘤和鱗刺，所以切削速度對表面粗糙度基本無影響。由此可見，用較高的切削速度，既可提高生產率，同時又可使加工表面粗糙度較小。所以不斷地創(chuàng)造條件以高提切削速度，一直是提高工藝水平的重要方向。其中發(fā)展新刀具材料和采用先進刀具結構，?？墒骨邢魉俣却鬄樘岣摺?5（2）進給量。進給量 f 越小，表面殘留面積高度越低，因此，表面粗糙度越小。在高速區(qū)，利用減小進給量來提高加工表面質量是一個較為有效的措施；在中速區(qū)，為了抑制積屑瘤，應選取較大的進給量，但還應配合選用較小副偏角 Kr或磨出修光刃，以達到減小殘留面積高

36、度的目的；在低速區(qū)，適當?shù)販p小進給量后能減少或抑制積屑瘤、鱗刺等現(xiàn)象產生，使表面粗糙度值減少。2.合理選擇刀具幾何參數(shù)（1）前角和后角。適當增大刀具的前角使刀具易于切入工件，塑性變形小有利于減小表面粗糙度值。當前角一定時，后角越大，切削刃鈍圓半徑越小，刀刃越鋒利；同時，還能減小后刀面與加工表面間的摩擦和擠壓，有利于減小表面粗糙度值。但后角太大削弱了刀具的強度，容易產生切削振動，使表面粗糙度值增大。（2）主、副偏角和刀尖圓弧半徑。減少刀具的主偏角 Kr 和副偏角 Kr和增大刀尖圓弧半徑r，可減小切削殘留面積，使其表面粗糙度值減小。（3）刃傾角。大刃傾角 s 刀具能較明顯地降低表面粗糙度。由于刃傾

37、角 s增大，實際工作前角也隨之增大。切削過程中的金屬塑性變形程度隨之下降，于是切削力 F 也明顯下降，這會顯畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 20 頁裝訂線著地減輕工藝系統(tǒng)的振動，而從使加工表面的粗糙度值減小。3.選擇合適的刀具材料刀具材料與被加工材料金屬分子的親和力大時，被加工材料容易與刀具粘結而生成積屑瘤和鱗刺，且被粘結在刀刃上的金屬與被加工表面分離時還會形成附加的粗糙度。因此凡是粘結情況嚴重，摩擦嚴重的，表面粗糙度都大；反之，表面粗糙度都小。如涂層硬質合金和陶瓷材料在高溫時，刀面上形成氧化保護膜，它能減少與加工表面間的摩擦系數(shù)，故有利于加工表面粗糙度的降低。4.改善工件材料的性能一

38、般來說，工件材料的強度、硬度和導熱系數(shù)對切削溫度的影響很大。因為單位切削力是影響切削溫度的重要因素，而工件材料的強度、硬度又直接決定了單位切削力，所以，工件材料的強度、硬度高時，產生的切削熱多，切削溫度升高。材料韌性越好，塑性變形傾向越大，在切削加工中，表面粗糙度就越大。因此，必要時對工件先進行正火、調質等熱處理，以提高硬度，降低塑性和韌性，切削過程中積屑瘤、粘屑影響小，以改善工件材料的性能也是加工時減小其表面粗糙度值的有效措施。5.選擇合適的切削液正確選用切削液能顯著地減小表面粗糙度。因切削液的冷卻和潤滑作用，能減小切削過程的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，從而減少了切削過程中的塑性變形并抑制積屑

39、瘤和鱗刺的生長，因此對減小加工表面粗糙度有利。切削液的冷卻作用主要是通過熱的傳導作用帶走大量的切削熱，降低切削溫度，提高刀具的耐用度，減少工件、刀具的熱膨脹，提高加工精度。在切削速度高，刀具、工件材料導熱性差，而熱膨脹系數(shù)又較大的情況下，切削液的冷卻作用尤為重要。切削液的冷卻性能決定于它的導熱系數(shù)、比容、汽化熱、汽化速度以及流量、流速等。水的導熱系數(shù)為油的 3-5 倍，比熱約大一倍，故其冷卻性能最好。切削液的潤滑作用是使工件、刀具、切屑間形成邊界潤滑摩擦條件，通過切削液的滲透，在刀具與切屑、工件的接觸面上形成吸附粘膜，減少金屬與金屬直接接畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 21 頁裝訂線觸

40、面積，降低摩擦系數(shù)和摩擦力，減少切削變形，因而起到潤滑作用。同時還可以抑制積屑瘤的生長，減小加工表面粗糙度值，減少切削力，降低切削溫度，提高刀具耐用度。切削速度對切削溫度的影響最大，而且還能影響切削液的滲透的時間，所以，它對切削液的潤滑效果有很大的影響。一般說來，切削速度越高，切削液的潤滑效果越低。然而，切削速度高時，主要考慮切削液的冷卻作用，這對降低切削溫度、提高刀具的耐用度將有顯著效果。切削液的潤滑效果還與它的切削條件有關。例如，切削厚度越大，工件材料強度越高，潤滑效果就越差。為了防止工件、機床、刀具受周圍介質腐蝕，要求切削液具有良好的防銹作用。防銹作用取決于切削液的本身性能。防銹的添加劑

41、可在金屬表面吸附或化合，形成保護膜，防止與腐蝕介質接觸而起到防銹作用。金屬切削過程中，有時產生一些細小的切屑。為了防止碎屑或磨粉劃傷已加工的工件表面和機床導軌面，防止磨屑嵌在砂輪空隙中降低磨削性能，要求切削液有良好的清洗作用。此外，加工后的表面粗糙度要低，對于使用的機床系統(tǒng)，也應具有較高的精度和剛度及較強的抗振性，否則，即使有很好的刀具，選擇最佳的切削用量等也很難獲得高質量的加工表面。畢業(yè)設計（論文）報告紙共 24 頁 第 22 頁裝訂線結結 論論本論文通過調查文獻來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握這個研究問題，了解有關零件表面粗糙度的基本參數(shù)和影響因素。如何更好的控制表面粗糙度，達到產品最優(yōu)化。對表面粗糙度的基礎知識進行了簡要介紹；其次，分析了影響零件表面粗糙度的因素及其影響規(guī)律和趨勢；在此基礎上，探尋改善和提高表面粗糙度的措施和方法。零件表面粗糙度無疑是研究領域中最富有活力、