摘 要：本文就影響零件表面質量的因素進行了分析，其中包括：機床精度、零件材料、刀具幾何形狀與切削用量、零件加工方式、CAD/CAM軟件的應用特性等。

關鍵詞：機械零件;表面加工;質量分析

零件的加工質量包括兩大內容，即零件的加工精度與零件的表面質量（粗糙度）。在機械制造業(yè)中，零件的最終尺寸精度與表面質量往往由精加工來保證。對淬火鋼件來說，精加工一般通過磨削或電火花加工來完成，從而能夠更好的控制尺寸精度、形狀公差以及零件變形和內應力等技術要求。眾所周知，零件產品的損壞，一般從零件精度與表層失效開始。所以零件產品的可靠性和使用壽命，一方面取決于零件材料力學性能;另一方面，在很大程度上取決于零件表面的加工質量。而零件表面加工質量是由人的主觀意識及零件材料、加工設備、工具和檢測方法等方面多種綜合因素決定的。

1 機床精度對加工質量的影響

機床選擇是保證零件表面加工質量的前提。機床必須具備以下基本功能：

①具有高的幾何精度、運動軌跡精度和動態(tài)性能。②數控機床還應具有高精度螺距補償功能。③要求機床加工精度及其可重復性和可信賴度高，性能穩(wěn)定，能夠在不同運行狀態(tài)下完成多種加工任務，保證零件加工質量④主軸應有高速、高精密特點，主軸動態(tài)平衡應利用IRD動態(tài)平衡直接校正，使其在高速運轉時，避免出現共振現象，確保最佳和穩(wěn)定的加工精度。

2 零件材料對表面質量的影響

金屬材料零件在切削時決定零件表面質量的兩個因素是零件材料和硬度。在精加工狀態(tài)下，當切削的零件為有色金屬時，主軸轉數要快一些，進給量要適中。當切削的為淬火金屬零件時，主軸轉數要慢一些，進給量快一點，進給量要小，切削刃數多一點。

下面通過表格闡述一下刀具轉速、進給量、切削深度以及材料對工件表面質量的影響。

表1

[序號＼&零件材料＼&刀具直徑＼&刀具刃數＼&刀具材料＼&淬火＼&切削深度/m＼&進給量F＼&主軸轉數/s＼&1

2

3

4

5＼&銅

合金鋁

45鋼

45鋼

50鋼＼&?12

?12

?12

?12

?12＼&2

2

4

6

6＼&高速鋼

高速鋼

高速鋼

高速鋼

硬質合金＼&無

無

無

45℃

55℃＼&1

1

1

1

1＼&50

50

30

20

100＼&420

420

375

120

3000＼&]

由上表格可以看出零件表面質量與被加工材料、刀具材料、切削刃數、切削深度、進給量、主軸轉數有直接的關系。只有將以上條件調整到最佳狀態(tài)，才能加工出符合要求的工件表面質量。

3 刀具形狀、切削用量對表面質量的影響

常用的銑削刀具按形狀分為：盤銑刀、端銑刀、成型銑刀、球頭銑刀。由于形狀不同它們的切削螺旋角度也不同，所以切削性能和加工后的表面質量也不同。加工時，刀具形狀的最佳化可充分發(fā)揮刀具材料的性能，對提高切削精度和工件表面質量及延長刀具壽命有很大的影響。有資料表明，在較低的切削速度下，用高速鋼、硬質合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金屬材料時，都可能出現鱗刺影響工件表面質量。所以在加工時采取減小進給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑、適當增大刀具的前角以減小切削時的塑性變形程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質量以減小切削時的塑性變形來抑制積屑瘤、鱗刺的生成.其次刀具采用圓弧修光刃或直線修光刃，及選用合理的切削用量與切削液，均可減少工件表面的殘留面積，極大的提高工件的表面質量。

切削用量包括切削速度、切削深度、進給量。切削用量的選擇直接影響著零件表面的加工精度和表面粗糙度，其理論計算公式為f=nzf，式中，n為主軸轉速（r/min），z為銑刀齒數，f為每齒進給量（mm/齒）。當確定切削用量時，主軸轉數的經驗公式為硬質合金銑刀S=12000/πD，高速鋼銑刀S=30000/πD 式中π=3.14，S為主軸轉速（r/min），D為刀具直徑，式中S值不是固定不變的，同理也要根據被加工的材料、加工刀具、和機床性能來進行調整的，硬質合金銑刀比同類高速鋼銑刀每齒進給量要高;當加工精度和表面質量要求較高時，應適當降低進給量。

4 加工方式對表面質量的影響

加工方式的選擇實際上就是對刀具的選擇，因為不同的刀具有不同的加工方式，如三面刃銑刀只能采取從工件的外部向里進刀的方式進行銑削，而鍵槽銑刀卻可以從工件內部向外銑削。在加工齒輪時齒輪滾刀和指狀齒輪銑刀都可以加工出齒輪來，但兩種刀具加工出的齒輪表面精度卻不同。所以不同的刀具（加工方式）和不同的加工軌跡得到的工件表面質量是不同的。如下圖：

對凹形表面，在半精加工和精加工時，應選擇球形銑刀，以得到好的表面質量，但在粗加工時宜選擇端立銑刀或圓角立銑刀，這是因為球形銑刀切削條件較差;對凸形表面，粗加工時一般選擇端立銑刀或圓角立銑刀，但在精加工時宜選擇圓角立銑刀，這是因為圓角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好;對帶脫模斜度的側面，宜選用錐度銑刀，均可獲得較好的表面加工質量。

5 CAD/CAM軟件對零件表面質量的影響

5.1 隨著數控加工技術已廣泛應用于各種制造業(yè)當中，CAD/CAM計算機輔助軟件在數控加工中的作用越來越突出，所起的作用也是不可取代的。它直接影響產品加工的質量和生產效率。特別是復雜曲面或曲線零件的加工，雖然數控設備為精密復雜零件的加工提供了基本條件，但要達到預期的加工效果，合理的加工工藝和高質量的加工程序是必不可少的。因為數控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對于簡單的零件，通常采用手工編程的方法，對于復雜的零件，往往需要宏程序和借助于CAM軟件編制加工程序，如UG、CIMATRON、MASTERCAM等。無論是手工編程或計算機輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的工藝參數，是編制高質量加工程序的前提。

下面我們通過步距和殘留高度來分析CAM軟件對零件表面質量的影響。我們知道高質量的加工程序是以高質量的CAD模型為基礎的。所以要加工出高質量的表面質量就必須高質量的CAD模型。

5.2 步距和殘留高度是控制工件表面質量的兩個重要參數，在CAM軟件采用步距控制工件表面粗糙度時，步距越小，表面粗糙度越低，但會延長加工路徑和加工時間，因此步距寬度不宜設置得太小，在實踐中可以通過改變半精加工和精加工走刀路徑的方法改善表面質量。

如圖：

當刀具為?20㎜時步距越小工件表面的殘留高度就越小。當步距為50%時刀具半徑越大工件表面的殘留高度就越大，也就是說工件的表面粗糙度高。當刀具直徑不同時，一個為?20㎜、一個為?10㎜。步距都設置為刀具直徑的50%時。由此可以看出，直徑越大，它的殘留高度就越大，表面粗糙度高。直徑越小，它的殘留高度就小，表面粗糙度低。但刀具不能太小，因為直徑太小就要相應提高機床的主軸轉速，（機床轉速是有限制的），其次直徑太小影響刀具的強度，使刀具切削時產生刀具變形影響工件表面粗糙度。

6 結束語

提高零件表面質量是保證產品質量的前提條件，但影響工件表面的因素是多方面，它基本上包括：機床的選擇，刀具的選擇、工件材料的選擇、加工方式的選擇、加工參數的選擇、操作機床的能力。我們只有不斷提高自己的各項技能，才能在實際加工中充分運用它們加工出符合要求的高精度零件。

參考文獻：

[1]張超英，羅學科.數控機床加工工藝、編程及操作實訓[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]趙長明，劉萬菊.數控加工工藝及設備[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]熊熙.數控加工與計算機輔助制造及實訓指導[M].北京：中國人民大學出版社，2000.

作者簡介：

黃先華，男，1965年4月15日生，四川涪陵人，本科，專業(yè)：數控加工技術與應用，主要從事數控加工技術與Unigraphics軟件應用研究，技術等級：高級技師、臺州地區(qū)首席技師，從事機械加工工作26年。