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一、切削加工中影響表面粗糙度的因素

　　機械加工中，形成表面粗糙度的主要原因可歸納為三個方面：一是刀刃和工件相對運動軌跡所形成的殘留面積——幾何因素；二是加工過程中在工件表面產生的塑性變形、積屑瘤、鱗刺和振動等物理因素；三是與加工工藝相關的工藝因素。

　　1.幾何因素

　　在理想切削條件下，由于切削刃的形狀和進給量的影響，在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積就形成了理論表面粗糙度。

由圖 5— 3中的關系可得： 刀

尖圓弧半徑為零時，

刀尖圓弧半徑為 r_ε時，

由上式可見，進給量 f、刀具主偏角 Кr、副偏角 Кr^'越大、刀尖圓弧半徑 r_ε越小，則切削層殘留面積就越大，表面就越粗糙。以上兩式是理論計算結果，稱為理論粗糙度。切削加工后表面的實際粗糙度與理論粗糙度有較大的差別，這是由于存在著與被加工材料的性能及與切削機理有關的物理因素的緣故。

　　2.物理因素

　　切削過程中由于刀具的刃口圓角及后刀面的擠壓與摩擦使金屬材料發生塑性變形，從而使理論殘留面積擠歪或溝紋加深，促使表面粗糙度惡化。在加工塑性材料而形成帶切屑時，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤。它可以代替前刀面和切削刃進行切削，是刀具的幾何角度、背吃刀量發生變化。其輪廓很不規則，因而使工件表面上出現深淺和寬窄不斷變化的刀痕，有些積屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。

　　切削加工時的振動，使工件表面粗糙度值增大，有關切削加工時振動的內容將在本章第四節加以說明。

　　3.工藝因素

　　與表面粗糙度有關的工藝因素有：切削用量、工件材質及與切削刀具有關的因素。

　　二、 降低表面粗糙度值的工藝措施

　　由于表面粗糙度的成因與切削刀具之間的特殊關系，現就切削加工和磨削加工分別敘述降低表面粗糙度值的工藝措施。

　　1．選擇合理的切削用量

　　（1） 切削速度

　　切削速度對表面粗糙度的影響比較復雜，一般情況下在低速或高速切削時，不會產生積屑瘤，故加工后表面粗糙度值較小。在切削速度為 20～ 50m/min加工塑性材料（如低碳鋼、鋁合金等）時，常容易出現積屑瘤和鱗刺，再加上切屑分離時的擠壓變形和撕裂作用，使表面粗糙度更加惡化。切削速度 v越高，切削過程中切屑和加工表面層的塑性變形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小。

　　實驗證明，產生積屑瘤的臨界速度將隨加工材料、切削液及刀具狀況等條件的不問而不同。由此可見，用較高的切削速度，既可使生產率提高又可使表面粗糙度值變小。所以不斷地創造條件以高提切削速度，一直是提高工藝水平的重要方向。其中發展新刀具材料和采用先進刀具結構，常可使切削速度大為提高。

　?。?）進給量 f

　　在粗加工和半精加工中，當 f＞ O． 15mm /r時，進給量 f大小決定了加工表面殘留面積的大小，因而，適當地減少進給量 f將使表面粗糙度值減少。

　?。?）背吃刀量 a p

　　一般地說背吃刀量 a p對加工表面粗糙度的影響是不明顯的。但當 a p＜ 0.02～ 0 .03 mm時，由于刀刃不可能刃磨的絕對尖銳而具有一定的刃口半徑，正常切削就不能維持，常出現擠壓，打滑和周期性地切入加工表面，從而使表面粗糙度值增大。為降低加工表面粗糙度值，應根據刀具刃口刃磨的鋒利情況選取相應的背吃刀量。

　　2. 選擇合理的刀具幾何參數

　　（1） 增大刃傾角λ s對降低表面粗糙度值有利。因為λ 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，這會顯著地減輕工藝系統的振動，而從使加工表面的粗糙度值減小。

　?。?）減少刀具的主偏角 Kr和副偏角 Kr′和增大刀尖圓弧半徑 r ε，可減小切削殘留面積，使其表面粗糙度值減小。

　?。?）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。但當前角太大，刀刃有嵌入工件的傾向，反而使表面變粗糙。

　?。?）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。

　　3.改善工件材料的性能

　　采用熱處理工藝以改善工件材料的性能是減小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金屬組織的晶粒越均勻，粒度越細，加工時越能獲得較小的表面粗糙度值。為此對工件進行正火或回火處理后再加工，能使加工表面粗糙度值盼顯減小。

　　4.選擇合適的切削液

　　切削液的冷卻和潤滑作用均對減小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是潤滑作用，當切削潤滑液中含有表面活性物質如硫、氯等化合物時，潤滑性能增強，能使切削區金屬材料的塑性變形程度下降，從而減小了加工表面的粗糙度值。

　　5.選擇合適的刀具材料

　　不同的刀具材料，由于化學成分的不同，在加工時刀面硬度及刀面粗糙度的保持性，刀具材料與被加工材料金屬分子的親合程度，以及刀具前后刀面與切屑和加工表面間的摩擦系數等均有所不同。

　　6.防止或減小工藝系統振動

　　工藝系統的低頻振動，一般在工件的加工表面上產生表面波度，而工藝系統的高頻振動將對加工的表面粗糙度產生影響。為降低加工的表面粗糙度值，則必須采取相應措施以防止加工過程中高頻振動的產生。

　　三、磨削加工中影響表面粗糙度的因素及其改善的工藝措施

　　磨削加工表面粗糙度的形成，與磨削過程中的幾何因素、物理因素和工藝系統振動等有關。從純幾何角度考慮，可以認為在單位加工面積上，由磨粒的刻劃和切削作用形成的刻痕數越多、越淺，則表面粗糙度值越小?；蛘哒f，通過單位加工面積的磨粒數越多，表面粗糙度值越小。由上述可知，影響磨削加工表面粗糙度有如下因素。

　　1.磨削用量

　?。?）提高砂輪速度 Vc

　　砂輪速度 Vc 越高，通過單位加工面積的磨粒數越多，表面粗糙度值越小。

　　（2）降低工件速度 V 工

　　工件速度 V 工越低，砂輪相對工件的進給量 f越小，則磨后的表面粗糙度值越小。

　　（3）選擇小的磨削深度 ap

　　由于磨削深度 ap對加工表面粗糙度有較大的影響，在精密磨削加工的最后幾次走刀總是采用極小的磨削深度。實際上這種極小的磨削深度不是靠磨頭進給獲得，而是靠工藝系統在前幾次進給走刀中磨削力作用下的彈性變形逐漸恢復實現的，在這種情況下的走刀常稱為空走刀或無進給磨削。精密磨削的最后階段，一般均應進行這樣的幾次空走刀，以便得到較小的表面粗糙度值。增加無進給磨削次數可使表面粗糙度值由 Ra0.005μm降到 0.04μm以下。采用細粒度磨輪需進行 20—30次無進給磨削才能使加工表面的值降到 Ra 0.0lμm以下的鏡面要求。

　　2.砂輪

　?。?）選擇適當粒度的砂輪

　　砂輪粒度對加工表面粗糙度有影響，砂輪越細磨削表面粗糙度 值越小。但砂輪太細。只能采用很小的磨削深度 (a p＝ 0.0025mm以下 )，還需時間很長的空走刀，否則砂輪易被堵塞。造成工件燒傷。為此，一般磨削所采用的砂輪粒度號都不超過 80號，常用的是 40～ 60號。

　?。?）精細修整砂輪工作表面

　　當在磨削加工的最后幾次走刀之前，對砂輪進行一次精細修整，使每個磨粒產生多個等高的微刃，從而使工件的 Ra值降低。

　　此外，在磨削加工過程中，切削液的成分和潔凈程度、工藝系統的抗振性能等對加工表面粗糙度的影響也很大，亦是不容忽視的因素。