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摘 要：表面粗糙度是衡量机械零件加工质量的重要标准，尤其是对于一些精密程度较高的零件，如果表面粗糙度过大将会导致机械零件无法通过验收，造成了材料的浪费和经济损失。在实际加工过程中，影响表面粗糙度的因素较多，例如刀具的选择、切削条件的控制等。加工人员只有采取严格的控制措施，才能将机械零件表面粗糙度控制在标准范围之内，提高零件的耐磨性、密封性等多种性能。
关键词：机械零件；表面粗糙度；影响因素；改善方法
中图分类号：TH161.14 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0225-01
引 言
表面粗糙度是指零件表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，通过控制机械零件表面粗糙度，可以显著改善其产品性能，对于延长使用寿命也有很好的帮助。文章首先介绍了几种影响表面粗糙度的常见因素，随后结合实际工作经验，分别提出了针对性的防控措施。
1 表面粗糙度的影响因素
1.1 刀具的影响
在机械零件加工中，刀具的选择和使用会直接影响到加工质量，对表面粗糙度也会产生较大的干扰。常见的影响形式有三种：①刀具的几何参数，包括刀尖的圆弧半径、副偏角等。刀尖圆弧半径如果偏大，会导致切削部位的残留面积减小，表面粗糙度远远超过正常值；反之，如果半径偏小，又会影响刀具加工效率；②刀具的刃磨质量。刀刃前、后刀面的刃磨质量均有固定要求，如果刃磨质量达不到标准，容易造成切削时在零件和刀具接触面产生钝化现象，不仅表面粗糙度增加，而且还会降低零件使用价值；③刀具的使用材料。根据被加工零件材质的不同，刀具材料也要同步进行更改。如果刀具用材不当，容易在加工时产生积屑瘤和鳞刺，也会导致表面粗糙度增加。
1.2 切削条件的影响
切削条件的控制也是影响表面粗糙度的重要因素，由于不同机械零件的加工要求有较大差异，因此如果加工人员不能根据具体加工要求及时调整切削条件，就有可能导致表面粗糙度过大。①切削速度。切削过程中会释放出大量的热，如果切削速度过快，这些热量不能有效散失，机械零件会在高温条件下发生一定的变形，致使表面粗糙度增加；②进给量。单位时间内增加进给量虽然可以提高机械零件的加工效率，但是也容易产生鳞刺；如果进给量过小，又会导致机械零件的塑性变形增加；③切削液。切削液主要起到润滑和吸热的作用。实际加工过程中切削液不足就会导致表面粗糙度增加。
2 减小机械零件表面粗糙度的方法
2.1 合理选择刀具几何参数
通过上文中对表面粗糙度影响因素的分析，我们知道进给量、刀具偏角、刀尖圆弧半径等是造成表面粗糙度过大的主要因素，因此为了提高加工质量，需要在刀具选择时对这些相关因素进行一定的控制。①适当增大刃倾角。在实际加工过程中，随着加工时间的延长，金属零件的塑性变形程度也会相应增加。而增加刃倾角，则能够在保证加工进度的前提下，明显降低切削力，这样一来切削面的粗糙度也会降低。②减小刀具副偏角，可以在一定程度上减小切削残留面积，这样出现表面磨损的面积也会相应减小，粗糙度随之降低。③增大刀具的前角，使刀具的刀刃与机械零件的接触面积达到最小值，此时切削过程中机械零件不易发生塑性变形，对于控制表面粗糙度也有一定效果。
2.2 选择合适的工装
机械零件加工过程中使用到的主要工装包括刀具、夹具、量具、工位器具等等。作为加工辅助工具，根据加工要求科学选择工装，对于减小表面粗糙度和提高零件加工质量有重要帮助。例如在使用夹具时，应当根据加工工件的图纸，明确加工零件的几何形状、尺寸和精度等要求，然后选择合适的夹具将零件固定在车床上。避免加工过程中机械零件出现位移，造成表面粗糙度过大。另外，对于加工完成的机械零件，还要使用高精度的量具进行检查，确保其参数和表面粗糙度都符合加工标准，降低加工工件的残次品率。
2.3 严格控制切削条件
在切削过程中，各类变量参数的控制也是减小表面粗糙度的有效方法，尤其是切削速度、进给量以及切削液等，都是在机械零件切削加工阶段需要重点关注的问题。
（1）切削速度的控制。切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂。一般情况下在低速或高速切削时，不会产生积屑瘤，故加工后表面粗糙度值较小。在以20～50m/min的切削速度加工塑性材料（如低碳钢、铝合金等）时，常易出现积屑瘤和鳞刺，再加上切屑分离时的挤压变形和撕裂作用，使表面粗糙度更加恶化。切削速度v越高，切削过程中切屑和加工表面层的塑性变形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小。
（2）进给量的控制。在粗加工和半精加工中，当进给量>0.15mm/r时，进给量大小决定了加工表面残留面积的大小，因而，适当地减小进给量将使表面粗糙度值减小。
（3）切削液的控制。切削液能够带走摩擦产生的大量的热量，同时还可以起到润滑效果，有效缓解了切削过程中机械零件的变形问题。可以利用自动化设备自动添加切削液，同时对切削液的质量也有一定要求，对降低金属零件表面粗糙度发挥一定作用。
（4）背吃刀量。一般地说背吃刀量ap对加工表面粗糙度的影响是不明显的。但当背吃刀量<0.02～0.03mm时。由于刀刃不可能刃磨得绝对尖锐而具有一定的刃口半径，正常切削就不能维持，常出现挤压、打滑和周期性地切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值，应根据刀具刃口刃磨的锋利情况选取相应的背吃刀量。
3 结 语
机械零件表面粗糙度过大会降低零件的使用性能，甚至会导致零件无法通过验收而给制造企业带来严重的经济损失。在实际加工过程中，影响机械零件表面粗糙度的因素较多，除了技術方面的原因外，像刀具的选择、切削条件的控制等，也都会对表面粗糙度产生直接影响。因此，加工人员需要根据机械零件的加工要求，合理选择加工控制方法，减小表面粗糙度，使机械零件符合生产标准，提高其使用质量。
参考文献
[1]李 敏，袁巨龙，吴 喆，等.复杂曲面零件超精密加工方法的研究进展[J].机械工程学报，2015（5）：178～191.
[2]卢碧红，黄文丽，葛研军.车削加工表面粗糙度预测新模型[C].全国高校机械工程测试技术研究会，2014.
[3]陈秀生，张承瑞，刘日良，等.基于表面粗糙度预测的数控车削加工物理仿真模型的研究[J].工具技术，2017，41（1）：36～39.
收稿日期：2018-3-25
关键词：机械零件；表面粗糙度；影响因素；改善方法
中图分类号：TH161.14 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0225-01
引 言
表面粗糙度是指零件表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，通过控制机械零件表面粗糙度，可以显著改善其产品性能，对于延长使用寿命也有很好的帮助。文章首先介绍了几种影响表面粗糙度的常见因素，随后结合实际工作经验，分别提出了针对性的防控措施。
1 表面粗糙度的影响因素
1.1 刀具的影响
在机械零件加工中，刀具的选择和使用会直接影响到加工质量，对表面粗糙度也会产生较大的干扰。常见的影响形式有三种：①刀具的几何参数，包括刀尖的圆弧半径、副偏角等。刀尖圆弧半径如果偏大，会导致切削部位的残留面积减小，表面粗糙度远远超过正常值；反之，如果半径偏小，又会影响刀具加工效率；②刀具的刃磨质量。刀刃前、后刀面的刃磨质量均有固定要求，如果刃磨质量达不到标准，容易造成切削时在零件和刀具接触面产生钝化现象，不仅表面粗糙度增加，而且还会降低零件使用价值；③刀具的使用材料。根据被加工零件材质的不同，刀具材料也要同步进行更改。如果刀具用材不当，容易在加工时产生积屑瘤和鳞刺，也会导致表面粗糙度增加。
1.2 切削条件的影响
切削条件的控制也是影响表面粗糙度的重要因素，由于不同机械零件的加工要求有较大差异，因此如果加工人员不能根据具体加工要求及时调整切削条件，就有可能导致表面粗糙度过大。①切削速度。切削过程中会释放出大量的热，如果切削速度过快，这些热量不能有效散失，机械零件会在高温条件下发生一定的变形，致使表面粗糙度增加；②进给量。单位时间内增加进给量虽然可以提高机械零件的加工效率，但是也容易产生鳞刺；如果进给量过小，又会导致机械零件的塑性变形增加；③切削液。切削液主要起到润滑和吸热的作用。实际加工过程中切削液不足就会导致表面粗糙度增加。
2 减小机械零件表面粗糙度的方法
2.1 合理选择刀具几何参数
通过上文中对表面粗糙度影响因素的分析，我们知道进给量、刀具偏角、刀尖圆弧半径等是造成表面粗糙度过大的主要因素，因此为了提高加工质量，需要在刀具选择时对这些相关因素进行一定的控制。①适当增大刃倾角。在实际加工过程中，随着加工时间的延长，金属零件的塑性变形程度也会相应增加。而增加刃倾角，则能够在保证加工进度的前提下，明显降低切削力，这样一来切削面的粗糙度也会降低。②减小刀具副偏角，可以在一定程度上减小切削残留面积，这样出现表面磨损的面积也会相应减小，粗糙度随之降低。③增大刀具的前角，使刀具的刀刃与机械零件的接触面积达到最小值，此时切削过程中机械零件不易发生塑性变形，对于控制表面粗糙度也有一定效果。
2.2 选择合适的工装
机械零件加工过程中使用到的主要工装包括刀具、夹具、量具、工位器具等等。作为加工辅助工具，根据加工要求科学选择工装，对于减小表面粗糙度和提高零件加工质量有重要帮助。例如在使用夹具时，应当根据加工工件的图纸，明确加工零件的几何形状、尺寸和精度等要求，然后选择合适的夹具将零件固定在车床上。避免加工过程中机械零件出现位移，造成表面粗糙度过大。另外，对于加工完成的机械零件，还要使用高精度的量具进行检查，确保其参数和表面粗糙度都符合加工标准，降低加工工件的残次品率。
2.3 严格控制切削条件
在切削过程中，各类变量参数的控制也是减小表面粗糙度的有效方法，尤其是切削速度、进给量以及切削液等，都是在机械零件切削加工阶段需要重点关注的问题。
（1）切削速度的控制。切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂。一般情况下在低速或高速切削时，不会产生积屑瘤，故加工后表面粗糙度值较小。在以20～50m/min的切削速度加工塑性材料（如低碳钢、铝合金等）时，常易出现积屑瘤和鳞刺，再加上切屑分离时的挤压变形和撕裂作用，使表面粗糙度更加恶化。切削速度v越高，切削过程中切屑和加工表面层的塑性变形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小。
（2）进给量的控制。在粗加工和半精加工中，当进给量>0.15mm/r时，进给量大小决定了加工表面残留面积的大小，因而，适当地减小进给量将使表面粗糙度值减小。
（3）切削液的控制。切削液能够带走摩擦产生的大量的热量，同时还可以起到润滑效果，有效缓解了切削过程中机械零件的变形问题。可以利用自动化设备自动添加切削液，同时对切削液的质量也有一定要求，对降低金属零件表面粗糙度发挥一定作用。
（4）背吃刀量。一般地说背吃刀量ap对加工表面粗糙度的影响是不明显的。但当背吃刀量<0.02～0.03mm时。由于刀刃不可能刃磨得绝对尖锐而具有一定的刃口半径，正常切削就不能维持，常出现挤压、打滑和周期性地切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值，应根据刀具刃口刃磨的锋利情况选取相应的背吃刀量。
3 结 语
机械零件表面粗糙度过大会降低零件的使用性能，甚至会导致零件无法通过验收而给制造企业带来严重的经济损失。在实际加工过程中，影响机械零件表面粗糙度的因素较多，除了技術方面的原因外，像刀具的选择、切削条件的控制等，也都会对表面粗糙度产生直接影响。因此，加工人员需要根据机械零件的加工要求，合理选择加工控制方法，减小表面粗糙度，使机械零件符合生产标准，提高其使用质量。
参考文献
[1]李 敏，袁巨龙，吴 喆，等.复杂曲面零件超精密加工方法的研究进展[J].机械工程学报，2015（5）：178～191.
[2]卢碧红，黄文丽，葛研军.车削加工表面粗糙度预测新模型[C].全国高校机械工程测试技术研究会，2014.
[3]陈秀生，张承瑞，刘日良，等.基于表面粗糙度预测的数控车削加工物理仿真模型的研究[J].工具技术，2017，41（1）：36～39.
收稿日期：2018-3-25