關(guān)于數(shù)控加工表面粗糙度測(cè)試分析

朱飛

摘 要：數(shù)控加工是現(xiàn)代機(jī)械加工的一種重要形式，衡量數(shù)控加工優(yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是看被加工件的表面粗糙度是否合格。在實(shí)際生產(chǎn)中，人們一直在不斷地尋找最佳的切削參數(shù)，以便使產(chǎn)品有一個(gè)合格的表面粗糙度。本文在介紹一種預(yù)測(cè)模型之前，首先介紹了表面粗糙的的概念，接著探討了影響表面粗糙的幾種因素，最后研究了表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型，并在查閱了一些相關(guān)文獻(xiàn)后，介紹了表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；表面粗糙度；影響因素；預(yù)測(cè)模型

機(jī)械加工技術(shù)可以決定一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的高低，能影響國(guó)家的現(xiàn)代化國(guó)防建設(shè)，是科學(xué)技術(shù)的集中體現(xiàn)。改革開(kāi)放后，我國(guó)迅速引進(jìn)了國(guó)外的一些現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備，并使其得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)控加工技術(shù)就是一個(gè)典型的例子。

而衡量數(shù)控加工表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)就是表面粗糙是否達(dá)標(biāo)，現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)中，往往在加工還沒(méi)開(kāi)始之前，就需要對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量與切削參數(shù)有一個(gè)科學(xué)的預(yù)測(cè)，這就是數(shù)控加工表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型。

一、表面粗糙度的概念

無(wú)論我們對(duì)零件表面進(jìn)行怎樣的加工，零件表面不可能是完全平的，既使肉眼無(wú)法發(fā)現(xiàn)精加工后零件表面的凹凸，但將其放到顯微鏡下還是會(huì)發(fā)現(xiàn)其表面是不平的。

我們將零件表面的凹凸程度用表面粗糙度來(lái)衡量。表面粗糙度的定義式為：

其中，Ra是離中線m的算術(shù)平均偏差，y是輪廓曲線的縱坐標(biāo)，l是取樣長(zhǎng)度。

二、數(shù)控加工表面粗糙度的影響因素

（一）進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的影響

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指多余材料不斷被投入切削，從而加工出完整表面的所需的運(yùn)動(dòng)。例如，車削時(shí)車刀的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，銑削時(shí)工件相對(duì)銑刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。而進(jìn)給量就是單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程。進(jìn)給量作為切削過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，與零件表面粗糙度的大小有著密切的關(guān)系，如果選擇的進(jìn)給量不合適，將導(dǎo)致零件的表面粗糙度增加，并縮短刀具的使用壽命。

通過(guò)計(jì)算研究，我們發(fā)現(xiàn)在切削速度和走到行距相同的情況下，進(jìn)給量是影響表面粗糙度的一個(gè)主要因素，這時(shí)如果加大進(jìn)給量將直接導(dǎo)致表面粗糙度變大。

所以，我們可以通過(guò)控制進(jìn)給量來(lái)確保表面粗糙度在一個(gè)合理的區(qū)間，但減小進(jìn)給量必然會(huì)影響生產(chǎn)效率和效益，因此需要我們綜合這兩個(gè)因素，選取科學(xué)合理的進(jìn)給量。

（二）殘留面積對(duì)表面粗糙度的影響

在數(shù)控加工中，殘留面積的高度是影響零件表面粗糙度的一個(gè)重要因素。機(jī)械加工時(shí)刀具與工件表面產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生殘留面積高度的原因。殘留面積的高度可以根據(jù)刀具的相關(guān)參數(shù)計(jì)算出來(lái)。

在加工復(fù)雜表面時(shí)，走刀行距方向殘留面積高度和進(jìn)給方向殘留面積高度也對(duì)零件的表面粗糙度產(chǎn)生不可忽視的影響。這時(shí)，人們通常會(huì)運(yùn)用等殘留高度法來(lái)控制殘留面積的高度，降低其對(duì)零件表面粗糙度造成的不利影響。

這種方法的原理是通過(guò)控制相鄰兩軌道的距離來(lái)保持軌道間的殘留面積不變，從而使人們可以提前計(jì)算出下一個(gè)刀具的軌道。進(jìn)給方向殘留面積高度和走刀方向殘留面積高度的形成原因是幾何形狀的差異。殘留面積高度的大小于零件表面粗糙度的大小有著密切的聯(lián)系。

（三）加工傾角對(duì)表面粗糙度的影響

在機(jī)械加時(shí)，如果選用球頭刀具對(duì)毛坯進(jìn)行高速加工時(shí)，刀具傾角將對(duì)產(chǎn)品的表面粗糙度產(chǎn)生不可忽視的影響。所以我們有必要選取一個(gè)科學(xué)合理的刀具傾角以保證加工出來(lái)產(chǎn)品的表面粗糙度處在合理區(qū)間。在加工復(fù)雜曲面時(shí)人們通常會(huì)把刀具在進(jìn)給方向上傾斜一定的角度，這樣可以避免球頭刀具的刀尖出現(xiàn)零切削速度。

三、表面粗糙度預(yù)測(cè)模型的研究

評(píng)價(jià)零件表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)就是表面粗糙度。從零件所處的整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，零件自身的表面粗糙度對(duì)系統(tǒng)的裝配精度和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性有很大的影響；單對(duì)零件來(lái)說(shuō)，表面粗糙度是否達(dá)標(biāo)直接影響零件的耐疲勞性、耐腐蝕性與耐磨性。除了上面介紹的三種影響零件表面粗糙度的因素外，還有很多的因素會(huì)對(duì)零件的表面粗糙度產(chǎn)生影響。因此為了更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)零件的表面粗糙度，有必要對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行深入的研究。

自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，、基于回歸分析對(duì)表面粗糙度預(yù)測(cè)模型、基于響應(yīng)曲面法的表面粗糙度預(yù)測(cè)模型是目前人們常用的幾種重要粗糙度預(yù)測(cè)模型。

響應(yīng)曲面法是把統(tǒng)計(jì)學(xué)與數(shù)學(xué)的基本原理相結(jié)合的一種粗糙度預(yù)測(cè)模型，這種方法通過(guò)分析多個(gè)影響零件表面粗糙度的因素和建立模型來(lái)決定一個(gè)獨(dú)立的響應(yīng)，然后就能夠采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)盡量明確輸入與輸出的關(guān)系。這種預(yù)測(cè)模型的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是能夠精確的表示出零件表面粗糙度與各個(gè)切削參數(shù)的關(guān)系。

分析法也是一種常用的粗糙度預(yù)測(cè)模型。這種方法不僅能夠描述自變量對(duì)因變量的影響大小，還能夠利用回歸方程，控制并預(yù)測(cè)自變量產(chǎn)生變化后的因變量。這種預(yù)測(cè)方式的出現(xiàn)及應(yīng)用，使零件粗糙度的預(yù)測(cè)結(jié)果更加合理、準(zhǔn)確。這種預(yù)測(cè)方法適合用于加工過(guò)程比較復(fù)雜、需控制的切削參數(shù)較多的加工場(chǎng)合，例如高速銑削加工，這時(shí)我們可以利用回歸分析法，通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)，建立基于回歸分析對(duì)表面粗糙度預(yù)測(cè)模型。

模糊系統(tǒng)是基于規(guī)則或知識(shí)的系統(tǒng)，由規(guī)則所構(gòu)成的知識(shí)庫(kù)是系統(tǒng)的核心。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理系統(tǒng)相結(jié)合，我們就得到了自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有以任意精度逼近非線性函數(shù)的功能，有收斂速度快、推廣能力高的特點(diǎn)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)高精度零件與設(shè)備的需求越來(lái)越多，而表面粗糙度是衡量一個(gè)零件精密程度的重要指標(biāo)。為了降低零件的表面粗糙度，人們投入了大量精力力求得到更加完美的零件，而建立粗糙度預(yù)測(cè)模型就是一種有效的控制零件表面粗糙的途徑。

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