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普通銑床零件加工表面粗糙度的影響因素研究

2016-1-15 來(lái)源：沈陽(yáng)工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院作者：王超孫長(zhǎng)青魏永濤馬國(guó)強(qiáng)

摘要：采用正交試驗(yàn)法研究普通銑床切削條件下進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速和切削深度對(duì)表面粗糙度的影響。結(jié)果表明：隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來(lái)越大；隨著主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)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(shì)。切削深度對(duì)表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速，再次是進(jìn)給速度。

關(guān)鍵詞：表面粗糙度；普通銑床；影響因素；正交試驗(yàn)法

普通銑床因其加工成本低廉，對(duì)單件、小批量零件加工速度較快的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外機(jī)械加工行業(yè)占有主導(dǎo)地位。但隨之科技的發(fā)展，數(shù)控銑床、加工中心的興起終結(jié)了普通銑床、車床對(duì)零件加工的壟斷。普通銑床只有不斷提高機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量，才能搶占市場(chǎng)地位，創(chuàng)造更大的產(chǎn)品價(jià)值。表面粗糙度是衡量零件表面質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是決定零件后期功用的標(biāo)尺，也是反映銑削加工性能的指標(biāo)。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(tǒng)的精度和剛度等。要想達(dá)到較高的表面粗糙度，需要綜合多方面因素進(jìn)行考慮。現(xiàn)重點(diǎn)研究切削條件下進(jìn)給速度ｖ、主軸轉(zhuǎn)速ｎ、切削深度ａｐ對(duì)表面粗糙度的影響。

１材料與方法

１．１試驗(yàn)方法

表面粗糙度主要是由于加工過(guò)程中刀具和零件表面之間的摩擦、切屑分離時(shí)的塑性變形，以及工藝系統(tǒng)中存在的高頻振動(dòng)等原因所形成的。根據(jù)表面粗糙度的產(chǎn)生原因和生產(chǎn)實(shí)際，銑削加工中影響表面粗糙度的可控制因素主要有進(jìn)給速度ｖ、主軸轉(zhuǎn)速ｎ和切削深度ａｐ。將這３個(gè)因素作為銑削試驗(yàn)的對(duì)象，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)與分析，并將試驗(yàn)件和表面粗糙度比較樣塊進(jìn)行對(duì)比，得出表面粗糙度的參數(shù)，作為試驗(yàn)結(jié)果。

各因素水平結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選取，主軸轉(zhuǎn)速300～900r ／min，進(jìn)給速度30～150mm／min，切削深度0.5～2.5 mm。每個(gè)因素選取5 個(gè)不同的因素水平，用L25（56）設(shè)計(jì)表頭，一共進(jìn)行25組試驗(yàn)，詳見(jiàn)表１。

１．２材料與設(shè)備

試件所用材料為４５號(hào)鋼。X6132 臥式萬(wàn)能臥式銑床：北京第一機(jī)床廠；Φ50硬質(zhì)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(yáng)量具刀具總廠；放大鏡。

２結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)安排，取樣長(zhǎng)度為30mm，最終得到25組表面粗糙度的試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表２。

在以上分析基礎(chǔ)上，采用極差分析法分析表２中的25個(gè)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算進(jìn)給速度ｖ、主軸轉(zhuǎn)速ｎ，切削深度ａｐ對(duì)表面粗糙度的平均影響效果，結(jié)果見(jiàn)表３。

表３中ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５分別代表３個(gè)試驗(yàn)因素在１，２，３，４，５水平下通過(guò)表面粗糙度比較樣塊對(duì)比出來(lái)的表面粗糙度的平均值；Ｒ代表３個(gè)因素在５個(gè)水平下的最大方差，通過(guò)計(jì)算方差可以反映出３個(gè)因素對(duì)表面粗糙度的影響效果。由表３可知：切削深度ａｐ對(duì)表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速ｎ，再次是進(jìn)給速度ｖ。

根據(jù)表２的數(shù)據(jù)繪制表面粗糙度分別在切削深度ａｐ、主軸轉(zhuǎn)速ｎ和進(jìn)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(lái)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(chǎn)生的徑向跳動(dòng)也就越厲害，導(dǎo)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(zhuǎn)速的增加，表面粗糙度值先減小后增大。在轉(zhuǎn)速３００～７５０ｒ／ｍｉｎ范圍內(nèi)表面粗糙度值減小；在轉(zhuǎn)速７５０～９００ｒ／ｍｉｎ范圍內(nèi)表面粗糙度值減大；在轉(zhuǎn)速為７５０ｒ／ｍｉｎ時(shí)，表面粗糙度值達(dá)到最小值，為４．９，此時(shí)主軸轉(zhuǎn)速在切削深度和進(jìn)給速度共同作用下表面質(zhì)量最好。其原因是隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，Φ５０硬質(zhì)合金銑刀屬于間歇性切削零件加工表面在同一時(shí)間刀片切削次數(shù)增加，使得零件加工表面粗糙度值變小。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值再增加時(shí)，刀片與加工表面摩擦加劇產(chǎn)生大量的切削熱，形成積削瘤，破壞了刀具表面質(zhì)量，從而使表面粗糙度值變大。

由圖３可以看出：隨著進(jìn)給速度的增大，表面粗糙度值先減小后增大，減小幅度沒(méi)有主軸變化減小幅度那樣明顯。其原因是隨著進(jìn)給速度的增大，刀在加工表面產(chǎn)生的徑向跳動(dòng)較小，所以表面粗糙度值減小。

３結(jié)論

１）隨著切削深度的增加，表面粗糙度值越來(lái)越大；隨著主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)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(shì)。

２）通過(guò)分析方差可以反映出切削深度ａｐ對(duì)表面粗糙度的影響效果最大，其次是主軸轉(zhuǎn)速ｎ，再次是進(jìn)給速度ｖ。

３）在主軸轉(zhuǎn)速ｎ為７５０ｒ／ｍｉｎ、切削深度ａｐ為０．５ｍｍ、進(jìn)給速度ｖ為１１８ｍｍ／ｍｉｎ時(shí)，普通銑床在實(shí)際加工中可以達(dá)到的表面粗糙度最小，為３．２。

４）隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，表面粗糙度值先減小。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，刀具磨損加劇影響表面加工質(zhì)量，從而使表面粗糙度值變大。

參考文獻(xiàn)

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