摘 要：高速加工过程中，选择合理的切削参数能有效降低零件表面粗糙度值。通过几组高速切削加工试验，采集加工信息，并将相关试验数据列于表格中，绘成坐标图，根据图表和实验现象进行综合研究与分析，找出切削速度、进给量、切削宽度和厚度等参数与被加工零件表面粗糙度值的关系。总结得出有关结论，为生产实际提供技术依据和实践参考。

　　关键词：高速加工;粗糙度;切削参数;淬硬钢

　　一 前 言

　　高速切削加工HSM(High Speed Machining)或HSC(High Speed Cutting)广泛应用于模具、汽车零件、飞机零件、航天军工产品等加工领域，逐步成为切削加工的主流，具有强大的生命力和广阔的应用前景。

　　提高切削加工速度，能有效地降低零件表面粗糙度，保证加工质量，这是高速切削加工的显著特点。影响零件表面粗糙度大小的因素主要有：零件材料的力学性能、加工条件和切削刀痕残留高度。

一般切削加工是经过粗、精加工和磨削加工降低刀痕残留高度，高速加工可直接降低刀痕残留高度，从而达到降低零件表面粗糙度目的。图1是利用球头铣刀加工零件表面，图中、分别是前一行和后一行铣刀球头中心，点表示已加工完毕行，点表示已正在加工行，h表示两行之间的残留高度，T表示行距，R表示球头半径，A点表示两行刀具刀刃的交点。在中：

　　可得出理论残留高度：

　　对上式以h为函数、R为变量求导得：

由得：

　　`

　　于是有：

所以当T一定时，随着R的增大，h减小，切削零件表面理论残留高度减小，如，则铣刀变成平底铣刀(如：常用的端面铣刀、立铣刀等)，由此可见，球头铣刀加工零件的表面粗糙度比平底铣刀加工零件的表面粗糙度要高，应尽量选择大直径的球头铣刀。

　　对于两排行间距T，当R一定时，T越小，h也减小，降低了零件的表面粗糙度，但走刀的次数增加，降低了加工效率，所以T的选择应在合理的范围内。

当然，高速加工时零件表面粗糙度影响因素很复杂，不是仅通过几何计算就能得出符合实际的数据，目前主要还是通过实验进行数据进行定性分析。下面通过对45淬硬钢零件进行高速加工试验，研究影响高速切削加工零件表面粗糙度的因素。

　　二 高速切削加工试验与研究

　　45淬硬钢是指淬火后具有马氏体组织、硬度大于HRC50的45钢。淬硬钢

　　的切削加工特点是： 切削力大。切淬硬钢时单位切削力达4500MPa左右，由于冲击极 易引起振动。 导热系数小。淬硬钢的导热系数仅为正火45钢的l/10，切削温 度高且集中于切削刀附近，磨损剧烈，刀具耐用度低。 淬硬钢的切屑呈带状，性脆易断，一般不产生积屑瘤。 淬硬钢传统的加工方法是粗精加工后进行磨削加工，加工效率低，生产成

　　本高，生产周期长。近些年来，随着高速切削加工技术的成熟和普及，以切

　　代磨加工45淬硬钢成为可能，但如何确保粗糙度达到要求是非常关键的。

试验加工的零件形状如图2，加工上表面，主要加工要素是： 材质： 45钢，硬度HRC50~55; 设备： XH715D立式加工中心，工作台规格 520mmХ1200mm，数控系统Fanuc

　　series oi-Mc。 刀具：铣刀Ф50mm，陶瓷刀片，主偏角75º， 轴向前角-5 º，径向前角-7 º。

　　1、切削速度v对粗糙度值Ra的影响

　　采用不同的切削线速度对零件表面进行加工，其它

　　切削参数分别是： 切削宽度aw=10(mm) 轴向切深ap=0.48(mm) 每齿进给量f=0.22(mm) 表1 切削速度V与零件表面粗糙度Ra的关系 V(m/s) 3.52 5.08 7.00 9.43 10.85 12.00 13.01 14.00 15.08 16.00 Ra(μm) 0.17 0.16 0.15 0.15 0.14 0.11 0.12 0.16 0.19 0.24 不同的切削线速度加工，零件表面相应的粗糙度值记录在表1中，以切削速度为横坐标，以对应的粗糙度值为纵坐标，并根据表1的数值绘制坐标图(见图3)。从图3可以看出：切削速度V小于10(m/s)时，随着切削速度V的增大，粗糙度值Ra逐步减小，但效果不明显;切削速度V在10-12(m/s)时，粗糙度值Ra快速减小，效果很明显，特别是切削速度在12(m/s)附近，粗糙度值Ra达到最小;切削速度V超过13(m/s)后，随着切削速度V的增大，粗糙度值Ra快速增大。所以，试验表明，并不是切削速度越高越好，切削速度在12(m/s)左右，切削效果最好。

　　2、每齿进给量f对粗糙度值Ra的影响

　　采用不同的每齿进给量对零件表面进行加工，其它

　　切削参数分别是： 切削线速度v=10.11(m/s) 切削宽度aw=10(mm) 轴向切深ap=0.48(mm) 选取不同的每齿进给量进行加工，零件表面相应的粗糙度

　　值记录在表2中，以每齿进给量为横坐标，以对应的粗糙度值

　　为纵坐标，并根据表2的数值绘制坐标图(见图4)。从图4

　　可以看出：随着每齿进给量的不断增加,加工零件表面粗糙度值

　　Ra也不断增大，所以高速铣削加工时，为了提高零件表面质量，在满足加工要求的前提下，

　　应尽量选用较小的每齿进给量。

　　表2 进给量f与零件表面粗糙度Ra的关系 f(mm/齿) 0.11 0.132 0.155 0.173 0.195 0.230 0.256 0.270 0.281 0.30 Ra(μm) 0.14 0.16 0.16 0.16 0.18 0.22 0.25 0.26 0.28 0.29 3、轴向切深ap对粗糙度值Ra的影响

采用不同的轴向切深加工零件表面，其它切削参数分别是： 切削线速度v=10.11(m/s) 切削宽度aw=10(mm) 每齿进给量f=0.22(mm) 选取不同的轴向切削深度进行加工，零件表面

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