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摘要：机械零件的表面质量对零件使用时的耐磨性、配合精度、疲劳强度、抗腐蚀性等有很大的影响，直接影响到零件的工作时的性能，尤其是它的可靠性和寿命。提高加工表面的质量，减小零件粗糙度，对保证零件的使用性能、提高零件及其机器的寿命具有重要的意义。本文作者就切削加工中影响表面粗糙度的因素进行分析，和如何减小表面粗糙度提出了一些方法。
关键词：机械零件；零件表面；粗糙度；加工质量；性能；切削
机械零件的加工质量，除了加工精度外，还有表面质量。机械零件加工的表面质量是指零件加工后的表面层状态，它是判定零件质量优劣的重要依据。机械零件的失效，大多是由于零件的磨损、腐蚀或疲劳破坏等所致，而磨损、腐蚀、疲劳等破坏都是从零件表面开始的。表面粗糙度是影响零件表面质量的重要因素，减小表面粗糙度就能提高零件表面质量，而零件表面质量将直接影响零件的工作性能，尤其是可靠性和寿命。减小表面粗糙度的方法在生产实际中的应用还是很广泛的。由于机械零件一般都是通过切削加工的方法得到的，因此，下面主要总结在切削加工中减小表面粗糙度的方法，供大家参考。
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
（1）刀刃在工件表面留下的残留面积。
工件的已加工表面是由刀具的主副切削刃切削后形成的，两条切削刃在已加工表面上残留的面积越大，获得的表面会越粗糙。
（2）工件材料的性质。
塑性材料与脆性材料对表面粗糙度都有较大的影响。第一，塑性材料（积屑瘤的影响）。在一定的切削速度范围内加工塑性材料时，由于前刀面的挤压和摩擦作用，使切屑的底层金属流动缓慢而形成滞流层，此时切屑上的一些小颗粒就会粘附在前刀面上的刀尖处，形成硬件度很高的楔状物，称为积屑瘤，积屑瘤的硬度可达工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃进行切削。积屑瘤生成以后，当切屑与积屑瘤的摩擦力大于积屑瘤与刀面的冷焊强度或受到振动、冲击时，积屑瘤会脱落，又会逐渐形成新的积屑瘤。由此可见，积屑瘤的生成、长大和脱落，使切削发生波动，并严重影响工件的表面质量。第二，鳞刺的影响。鳞刺是由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切削层，造成切削层金属的积聚，切削层和工件之间出现撕裂现象，如此连续发生，就在工件表面上形成一系列的鳞刺，构成已加工表面的纵向粗糙度。形成鳞刺的原因有：一是由于机械加工系统的振动所引起的；二是由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上产生周期性停留，从而挤拉已加工表面，这种挤拉作用严重时会使表面出现撕裂现象。第三，脆性材料。在加工脆性时，切屑呈不规则的碎粒状，加工表面往往出现微粒崩碎痕迹，留下许多麻点，增大了表面粗糙度。
（3）切削用量。
选择不同的切削参数对表面粗糙度影响较大。在一定的速度范围内，如用中、低速（一般1＜υc＜80m/min）加工塑性材料容易形成积屑瘤或鳞刺。
（4）工艺系统的高频振动。
工艺系统的高频振动，使工件和刀尖的相对位置发生微幅振动，使表面粗糙度加大。
（5）切削液。
切削液在加工过程中具有冷却、润滑和清洗作用，能降低切削温度和减轻前、后刀面与工件的摩擦，从而减少切削过程中的塑性变形并抑制积屑瘤和鳞刺的生长，对降低表面粗糙度有很大作用。
二、减小表面粗糙度的方法
（1）切削用量方面。
第一，切削速度vc。切削速度对表面粗糙度的影响较复杂，一般在低速度或在高速度切削时，不会产生积屑瘤，因此加工后表面粗糙度值小。用较高的切削速度，还可大大提高生产率。比如：用YT15切削35钢，临界切削速度v＞100m/min。第二，进给量f。适当减少进给量f将使表面粗糙度值减小。第三，切削深度ap。一般说，切削深度ap对加工表面粗糙度影响不明显。但当ap＜0.02～0.03mm时，由于加工半径的影响，常出现挤压、打滑和周期性的切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。
（2）刀具方面。
第一，刃倾角λs。增大刃倾角对降低表面粗糙度有利。因为λs增大，实际工作前角随之增大，切削力F明显下降，从而可减轻工艺系统的振动，减小加工表面的粗糙度数值。第二，主偏角kγ、副主偏角k’γ、刀尖圆弧半径rε。减小刀具的主偏角kγ和副主偏角k’γ以及增大刀尖圆弧半径rε，可减小切削残留面积，使其表面粗糙度降低。第三，前角γo。增大前角γo，有利于减小表面粗糙度值。前角大刃口锋利，切削层的塑性变形和磨擦阻力小，切削力和切削热降低。第四，提高刀具刃磨质量，减小刀具前、后刀面的粗糙度数值，使其不大于Ra1.25μm。第五，选用与工件亲合力小的刀具材料。
（3）其它方面。
第一，低速切削时采取减小切削厚度；第二，增大前角等措施以及高速切削时，采用硬质合金刀具；第三，将工件材料作调质处理；第四，减小前角等措施都可以抑制鳞刺的产生；第五，车细长轴时取90°或91°～93°的主偏角（使用跟刀架时为使轴靠紧爪面，常取80%以上），在后刀面磨出消振棱；第六，使用冷却润滑液，可以很有效地减小前刀面与切屑之间、后刀面与工件之间的摩擦，从而有利于降低表面粗糙度。
三、降低机械加工表面粗糙度的途径
很多因素都会产生机械加工零件的表面粗糙度，形成表面粗糙度的主要原因可以归纳为以下几个方面：（1）切削刀具几何因素，主要是指刀刃与工件相对运动轨迹所形成的残留面积；（2）工件材料的因素，主要是指在加工过程中，在工件表面所产生的积屑瘤、鳞刺、振动等；（3）加工零件选择的工艺、切削用量及切削冷却液的选择。
如何改善降低机械加工表面粗糙度，可从以下方面措施进行：
（1）在机械加工过程中，要选择合理的切削用量、选择合适的切削速度、减少进给量，以及合适的切削深度。在精加工时，选用刚性高、运动精度高的机床，可防止或者减少工艺系统的振动，减小振动的波纹。
（2）选择适当的刀具几何参数，增大刃倾角，减小刀具的主、副偏角，以及增大刀尖圆弧的半径。
（3）在机械加工时，针对工件材料的物理性能，根据工件的加工内容对工件进行正火或者回火处理后再加工。
（4）选择合适的切削液，如：在铰孔时用煤油或者用豆油、硫化油作切削液，均能获得较小的表面粗糙度。
（5）在相同的切削条件下，选择合适的切削刀具材料，用硬质合金刀具加工所获得的表面粗糙度值相比用高速钢刀具的小。也可以提高刀具的锋利程度，减小刀具和工件间的摩擦与挤压，从而避免积屑瘤的产生。对于塑性好的材料应当正确的使用冷却润滑液
（6）防止或者减小机械加工工艺系统所产生的振动。在工件与刀具之间产生振动时，加工工艺系统的正常切削过程就会受到干扰和破坏，从而会使零件加工表面出现振纹，降低零件的加工精度与表面质量。为了能减少振动对机械加工表面质量的影响，可以采取减小或者消除振源的激振力、隔振，或提高工艺系统的刚度、增大阻尼等措施。
（7）批量大的零件可采用专用夹具，配合专用的刀具，以及正确的切削用量来保证正确的表面粗糙度的获得。
四、结语
只有了解与掌握影响机械加工表面质量的因素，在生产实践中，才能够采取相应的工艺途径来减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，以提高机械产品的使用性能、可靠性与寿命。
参考文献
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