普通銑床零件加工表面粗糙度的影響因素研究
2016-1-15 來源：沈陽工程學院機械學院 作者：王超 孫長青 魏永濤 馬國強
摘要：采用正交試驗法研究普通銑床切削條件下進給速度、主軸轉速和切削深度對表面粗糙度的影響。結果表明：隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來越大；隨著主軸轉速和進給速度的增加，表面粗糙度值先減小后變大，總體呈增大趨勢。切削深度對表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉速，再次是進給速度。
關鍵詞：表面粗糙度；普通銑床；影響因素；正交試驗法
普通銑床因其加工成本低廉，對單件、小批量零件加工速度較快的特點，在國內外機械加工行業占有主導地位。但隨之科技的發展，數控銑床、加工中心的興起終結了普通銑床、車床對零件加工的壟斷。普通銑床只有不斷提高機械加工產品質量，才能搶占市場地位，創造更大的產品價值。表面粗糙度是衡量零件表面質量的一項重要指標，是決定零件后期功用的標尺，也是反映銑削加工性能的指標。在普通銑床的加工中，影響表面粗糙度的因素有刀具方面、切削條件被加工材料、工藝系統的精度和剛度等。要想達到較高的表面粗糙度，需要綜合多方面因素進行考慮。現重點研究切削條件下進給速度ｖ、主軸轉速ｎ、切削深度ａｐ對表面粗糙度的影響。
１ 材料與方法
１．１ 試驗方法
表面粗糙度主要是由于加工過程中刀具和零件表面之間的摩擦、切屑分離時的塑性變形，以及工藝系統中存在的高頻振動等原因所形成的。根據表面粗糙度的產生原因和生產實際，銑削加工中影響表面粗糙度的可控制因素主要有進給速度ｖ、主軸轉速ｎ 和切削深度ａｐ。將這３個因素作為銑削試驗的對象，采用正交試驗法進行試驗與分析，并將試驗件和表面粗糙度比較樣塊進行對比， 得出表面粗糙度的參數，作為試驗結果。
各因素水平結合生產實際選取， 主軸轉速300～900r ／min，進給速度30～150mm／min，切削深度0.5～2.5 mm。每個因素選取5 個不同的因素水平，用L25（56）設計表頭，一共進行25組試驗，詳見表１。
１．２ 材料與設備
試件所用材料為４５ 號鋼。X6132 臥式萬能臥式銑床：北京第一機床廠；Φ50硬質合金銑刀，鑲嵌刀片為3 片，采用逆銑干銑法；GB6060,2-85，Ra0.1～6.3表面粗糙度比較樣塊：衡陽量具刀具總廠；放大鏡。
２ 結果與分析
根據試驗安排，取樣長度為30mm，最終得到25組表面粗糙度的試驗結果，見表２。
在以上分析基礎上，采用極差分析法分析表２ 中的25個數據，分別計算進給速度ｖ、主軸轉速ｎ，切削深度ａｐ對表面粗糙度的平均影響效果，結果見表３。
表３ 中ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５分別代表３ 個試驗因素在１，２，３，４，５ 水平下通過表面粗糙度比較樣塊對比出來的表面粗糙度的平均值；Ｒ 代表３ 個因素在５ 個水平下的最大方差，通過計算方差可以反映出３ 個因素對表面粗糙度的影響效果。由表３可知：切削深度ａｐ對表面粗糙度的影響效果最大， 其次是主軸轉速ｎ，再次是進給速度ｖ。
根據表２ 的數據繪制表面粗糙度分別在切削深度ａｐ、主軸轉速ｎ 和進給速度ｖ 作用下的影響曲線，如圖１、圖２、圖３所示。
由圖１ 可以看出：隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來越大，近似成正比例增大。其原因是隨著切削深度的增加，刀所受的切削力增大，刀在加工表面產生的徑向跳動也就越厲害，導致零件加工表面粗糙度值變大。由圖２ 可以看出：隨著主軸轉速的增加，表面粗糙度值先減小后增大。在轉速３００～７５０ ｒ ／ｍｉｎ 范圍內表面粗糙度值減小；在轉速７５０～９００ ｒ ／ｍｉｎ 范圍內表面粗糙度值減大；在轉速為７５０ ｒ ／ｍｉｎ 時，表面粗糙度值達到最小值，為４．９，此時主軸轉速在切削深度和進給速度共同作用下表面質量最好。其原因是隨著主軸轉速的增加，Φ５０ 硬質合金銑刀屬于間歇性切削零件加工表面在同一時間刀片切削次數增加，使得零件加工表面粗糙度值變小。當轉速達到一定數值再增加時， 刀片與加工表面摩擦加劇產生大量的切削熱，形成積削瘤，破壞了刀具表面質量，從而使表面粗糙度值變大。
由圖３ 可以看出：隨著進給速度的增大，表面粗糙度值先減小后增大，減小幅度沒有主軸變化減小幅度那樣明顯。其原因是隨著進給速度的增大，刀在加工表面產生的徑向跳動較小， 所以表面粗糙度值減小。
３ 結論
１） 隨著切削深度的增加， 表面粗糙度值越來越大；隨著主軸轉速和進給速度的增加，表面粗糙度值先減小后變大，總體呈增大趨勢。
２） 通過分析方差可以反映出切削深度ａｐ對表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉速ｎ，再次是進給速度ｖ。
３） 在主軸轉速ｎ 為７５０ ｒ ／ｍｉｎ、切削深度ａｐ 為０．５ ｍｍ、進給速度ｖ 為１１８ ｍｍ／ｍｉｎ 時，普通銑床在實際加工中可以達到的表面粗糙度最小，為３．２。
４） 隨著主軸轉速的提高，表面粗糙度值先減小。當主軸轉速達到一定值時，刀具磨損加劇影響表面加工質量，從而使表面粗糙度值變大。
參考文獻
［１］ 韓秋實，王紅軍．機械制造技術基礎［Ｍ］．北京：機械工業出版社，２０１０．
［２］ 徐海華，徐放，趙逸群，等．正交試驗法研究影響銑磨球面表面粗糙度的因素［Ｊ］．新技術新工藝，２０１３（１）：６１－６４．
［３］ 胡知音，孟廣耀，夏海濤．基于正交試驗法的ＧＨ４１６９ 高速銑削表面粗糙度研究［Ｊ］．制造技術與機床，２０１１（１）：４４－４６．
［４］ 王素玉，趙軍，艾興，等．高速切削表面粗糙度理論研究綜述［Ｊ］．機械工程師，２００４（１０）：３－６．
［５］ 王伯平．互換性與測量技術基礎［Ｍ］．北京：機械工業出版社，２００９．
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