【毕业设计】加工表面粗糙度的成因及其影响因素分析

切削速度较低易产生幼刺，低速至中速易形成积屑瘤，粗糙度也大。

避开这个速度区域，表面粗糙度值会减小。

加工脆性材料时因为般不会形成积屑瘤和鳞刺，所以切削速度对表面粗糙度无影响。

由此可见，用较高的切削速度，既可提高生产率，同时又可使加工表面粗糙度较小。

所以最重要的是发展各种新刀的材料和相应的新刀具结构，以便有可能采用更高的切削速度。

进给量从几何因素中可知，减小进给量可以降低残留面积的高度。

同时也可以降低积屑瘤和麟刺的高度，因而减小进给量可以使表面粗糙度值减小。

但进给量减小到定值时，塑性变形要占主导地位，粗糙度值不会明显下降。

当进给量更小时，由于塑性变形程度增加，粗糙度反而会有所上升。

切削深度般来说，切削深度对加工表面粗粗度的影响是不明显的，在实际工作中可以忽略不计。

但当切削深度在到之间时，由于刀刃不是绝对尖锐而是有定的圈弧半径，这时正常切削就不能进行，常挤压绕过加工表面而切不下圆周将在加工表面上引起附加的扭性变形从而使加工表面粗糙度增大。

所以切削加工不能选用过小的切削深度。

但过大的切削深度也会因切削力切削热剧增而形响加工精度和表面质量。

切削液切削液的冷却和润滑作用，能减小切削过程的界面摩擦，降低切削粗糙度，从而减少了切削过程的塑性变形并抑制积屑瘤和鳞刺的生长，因此对减小加工表面粗糙度有利。

被加工材料般来说，材料韧性越好，塑性变形倾向越大，在切削加工中，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。

表面粗糙度的选择原则选择原则在满足表面工作要求的情况下，尽量选大值。

同零件上，工作表面粗糙度值低于非工作表面粗糙度值。

摩擦表面粗糙度值低于非摩擦表面粗糙度值。

受循环负荷的表面及易引起应力集中的表面粗糙度值要小。

配合性质稳定性要求高的结合表面，粗糙度值要小。

对动配合，配合间隙小的表面，粗糙度值要小对静配合，要求连接牢固可靠，承受载荷大时粗糙度值要小。

配合性质相同，零件尺寸越小则粗糙度值越小同公差等级，小尺寸比大尺寸的粗糙度值要小，轴比孔的粗糙度值要小。

常用的选择零件表面粗糙度的方法及弊病在机械零件设计工作中粗糙度的选择方法有种，即计算法试验法和类比法。

应用最普遍的是类比法，此法虽简便迅速有效，但需要有充足的参考资料。

目前，设计中最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度，即计算法。

通常情况下，机械零件尺寸公差要求越小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但它们之间又不存在固定的函数关系。

如些机器仪器上的手柄手轮以及卫生设备食品机械上的些机械零件的修饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。

按零件类型及公差等级选择零件表面粗糙度在实际工作中，对于不同类型的机器，其零件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的，原因是在机械零件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。

因此，我们把粗糙度的选择同零件类型联系起来更趋于合理。

机械零件设计手册中把零件分为精密机械零件普通精密机械零件及通用机械零件种类型。

在此我们通过对机械设计手册中的相关数值进行统计分析，将旧的表面粗糙度国标转换为参照采用国际标准颁布的新国标，采用优先选用的评定参数，即轮廓算术平均偏差值∫。

并采用优先选用的第系列数值，推导出表面粗糙度与尺寸公差之间的有关关系式为第类第类第类并将上述种关系式列表，如表表表所示。

表用于精密机械零件公差等级基本尺寸表面粗糙度数值表用于普通精密机械零件公差等级基本尺寸表面粗糙度数值表用于通用机械零件公差等级基本尺寸表面粗糙度数值第类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的，这主要应用在精密仪器仪表精密量具的表面极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面精密机床的主轴颈坐标镗床的主轴颈等。

第类主要用于普通的精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的，要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机床工具与滚动轴承配合的表面锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面齿轮的轮齿工作面等。

第类主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差值的，没有相对运动的零件接触面，如箱盖套筒，要求紧贴的表面键和键槽的工作面相对运动速度不高的接触面，如支架孔衬套带轮轴孔的工作表面减速器等等。

在机械零件设计工作中，按尺寸公差选择表面粗糙度数值时，应当根据不同类型的机器，选择相应的表值。

需要说明的是，表中采用第系列值，而旧的国标的极限值为第系列值，换算时会遇到数值上靠和下靠的问题。

我们在表中表值采用上靠，因为这有利于提高产品质量，个别作用等。

其他因素除上述以外，造成巳加工表面粗糙不平的原因还有刀具后刀面磨损造成的挤压和摩擦痕迹刀刃上缺陷复映在加工表面上的沟痕被切屑拉毛和刮伤痕迹等。

切削加工时，由于刀具切削刃的几何形状几何参数进给运动及切削刃本身的粗糙度等原因，未能将被加工表面上的材料层完全干净地去除掉，在已加工表面上遗留下残留面积，残留面积的高度构成了表面粗糙度。

图车刀纵车外圆图车刀纵车外圆图车刀纵车外圆如图和图所示，用刀尖圆弧半径的车刀纵车外圆时，每完成单位进给量后，留在已加工表面上的残留面积，它的高度即为理论粗糙度的轮廓最大高度，由上图可知并由残留面积计算出长度内轮廓算术平均偏差为上式表明，残留面积为三角形时，理论粗糙度的轮廓算术平均偏差是残留面积高度的。

如图，用刀尖圆弧半径的车刀纵车外圆时留下的残留面积，它的高度为经推算得轮廓算术平均偏差为由上式可见，进给量刀具主偏角К副偏角К越大刀尖圆弧半径ε越小，则切削层残留面积就越大，值也越大，零件加工表面就越粗糙。

以上式是理论计算结果，称为理论粗糙度。

实际上加工表面的粗糙度总是大于按以上计算的残留面积的高度，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料时，实际加工表面的粗糙度才比较接近残留面积的高度，这说明影响表面粗糙度的还有其它原因。

表面粗糙度对零件使用性能的影响，零件表面越粗糙，配合表面间的实际有效接触面积越小，单位面积压力增大，表面易磨损。

但过于光滑的表面不利于润滑油的储存，还会增加两表面的分子吸附作用，磨损也会加剧。

具有粗糙度的两表面贴合时，往往是凸峰顶部先接触。

因此，实际接触面积大大小于理论接触面积，粗糙度越大，实际接触面积越小。

在初期磨损阶段，因零件表面有较多的尖峰，实际接触面积极小，因而磨损较快。

随着磨损的加大，实际接触面积逐渐增大，单位面积载荷逐渐下降，磨损过程减缓而趋向稳定，进入正常磨损阶段。

最后磨损继续发展，实际接触面积越来越大，产生了金属分子间的亲和力，使表面容易咬焊，从而进入急剧磨损阶段。

控制措施合理选择切削用量切削速度。

切削速度是影响表面粗糙度的个重要因素。

加工塑性材料如普通碳钢时，切削速度较低易产生鳞刺，低速至中速易形成积屑瘤，粗糙度也大。

避开这个速度区域，表面粗糙度值会减小。

加工脆性材料时，因为般不会形成积屑瘤和鳞刺，所以切削速度对表面粗糙度基本无影响。

由此可见，用较高的切削速度，既可提高生产率，同时又可使加工表面粗糙度较小。

所以不断地创造条件以高提切削速度，直是提高工艺水平的重要方向。

其中发展新刀具材料和采用先进刀具结构，常可使切削速度大为提高。

进给量。

进给量越小，表面残留面积高度越低，因此，表面粗糙度越小。

在高速区，利用减小进给量来提高加工表面质量是个较为有效的措施在中速区，为了抑制积屑瘤，应选取较大的进给量，但还应配合选用较小副偏角或磨出修光刃，以达到减小残留面积高度的目的在低速区，适当地减小进给量后能减少或抑制积屑瘤鳞刺等现象产生，使表面粗糙度值减少。

合理选择刀具几何参数前角和后角。

适当增大刀具的前角使刀具易于切入工件，塑性变形小有利于减小表面粗糙度值。

当前角定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利同时，还能减小后刀面与加工表面间的摩擦和挤压，有利于减小表面粗糙度值。

但后角太大削弱了刀具的强度，容易产生切削振动，使表面粗糙度值增大。

主副偏角和刀尖圆弧半径。

减少刀具的主偏角和副偏角和增大刀尖圆弧半径ε，可减小切削残留面积，使其表面粗糙度值减小。

刃倾角。

大刃倾角刀具能较明显地降低表面粗糙度。

由于刃倾角增大，实际工作前角也随之增大。

切削过程中的金属塑性变形程度随之下降，于是切削力也明显下降，这会显著地减轻工艺系统的振动，而从使加工表面的粗糙度值减小。

选择合适的刀具材料刀具材料与被加工材料金属分子的亲和力大时，被加工材料容易与刀具粘结而生成积屑瘤和鳞刺，且被粘结在刀刃上的金属与被加工表面分离时还会形成附加的粗糙度。

因此凡是粘结情况严重，摩擦严重的，表面粗糙度都大反之，表面粗糙度都小。

如涂层硬质合金和陶瓷材料在高温时，刀面上形成氧化保护膜，它能减少与加工表面间的摩擦系数，故有利于加工表面粗糙度的降低。

改善工件材料的性能般来说，工件材料的强度硬度和导热系数对切削温度的影响很大。

因为单位切削力是影响切削温度的重要因素，而工件材料的强度硬度又直接决定了单位切削力，所以，工件材料的强度硬度高时，产生的切削热多，切削温度升高。

材料韧性越好，塑性变形倾向越大，在切削加工中，表面粗糙度就越大。

因此，必要时对工件先进行正火调质等热处理，以提高硬度，降低塑性和韧性，切削过程中积屑瘤粘屑影响小，以改善工件材料的性能也是加工时减小其表面粗糙度值的有效措施。

选择合适的切削液正确选用切削液能显著地减小表面粗糙度。

因切削液的冷却和润滑作用，能减小切削过程的界面摩擦，降低切削区温度，从而减少了切削过程中的塑性变形并抑制积屑瘤和鳞刺的生长，因此对减小加工表面粗糙度有利。

切削液的冷却作用主要是通过热的传导作用带走大量的切削热，降低切削温度，提高刀具的耐用度，减少工件刀具的热膨胀，提高加工精度。

在切削速度高，刀具工件材料导热性差，而热膨胀系数又较大的情况下，切削液的冷却作用尤为重要。

切削液的冷却性能决定于它的导热系数比容汽化热汽化速度以及流量流速等。

水的导热系数为油的倍，比热约大倍，故其冷却性能最好。

切削液的润滑作用是使工件刀具切屑间形成边界润滑摩擦条件，通过切削液的渗透，在刀具与