精车工件表面粗糙度预测系统的开发

一、名词解释1.数控编程2.插补3.车床参考点4.工件原点5.增量编程6.机床原点7.M308.机床参考点9.子程序10绝对编程11.M98 12.切削用量13.宏程序二、填空题1、从零件图开始，到获得数控机床所需控制（）的全过程称为程序编制，程序编制的方法有（）和（）。

2、数控机床实现插补运算较为成熟并得到广泛应用的是（）插补和（）插补。

5、数控机床由控制介质、（）和（）、（）等部分组成。

6、数控机床按控制运动轨迹可分为（）、点位直线控制和（）等几种。

按控制方式又可分为（）、（）和半闭环控制等。

7、对刀点既是程序的（），也是程序的（）。

为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量选在零件的（）基准或工艺基准上。

8、在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为（）路线。

9、在轮廓控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需要有刀具（）和（）补偿功能。

11、切削用量三要素是指主轴转速（切削速度）、（）、（）。

对于不同的加工方法，需要不同的（），并应编入程序单内。

17、切削用量中对切削温度影响最大的是（），其次是（），而（）影响最小。

32、常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、（）、（）四种。

34、零件的主要精度包括精度（）、精度（）及精度（）等三项内容。

47、刀具磨损到一定程度后需要刃磨换新刀，需要规定一个合理的磨损限度，即为（）。

51、数控机床控制介质有（）、（）、（）等。

穿孔带上的代码信息可由送入数控系统。

57、数控机床中的标准坐标系采用（），并规定（）刀具与工件之间距离的方向为坐标正方向。

60、与机床主轴重合或平行的刀具运动坐标轴为（）轴，远离工件的刀具运动方向为（）。

62、刀具位置补偿包括（）和（）。

69、粗加工时，应选择（）的背吃刀量、进给量，（）的切削速度。

70、精加工时，应选择较（）背吃刀量、进给量，较（）的切削速度。

1.切削液的作用包括冷却作用、作用、作用和作用。

2.数控机床由控制介质、和、等部分组成。

国外超精密数控机床概述20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。

人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。

1962年，Union Carbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到士0.6 um，表面粗糙度为Ra0.025um，从而迈出了亚微米加工的第一步。

但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。

用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。

而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。

Union Carbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-0方式的非球面创成加工机床。

这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜面加工。

加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙度为Ra0.025 um。

摩尔公司(Mood Special Tool)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。

该机床采用空气主轴，回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley 7320数控系统；X，Z 轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。

国外超精密数控机床概述20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。

人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。

1962年，Union Carbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到士0.6 um，表面粗糙度为Ra0.025um，从而迈出了亚微米加工的第一步。

但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。

用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。

而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。

Union Carbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-0方式的非球面创成加工机床。

这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜面加工。

加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙度为Ra0.025 um。

摩尔公司(Mood Special Tool)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。

该机床采用空气主轴，回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley 7320数控系统；X，Z 轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。

论文谈车削加工中的粗车和精车辉县市职业中专王其华2012年5月谈车削加工中的粗车和精车辉县市职业中专王其华【摘要】：车削加工实质就是按照零件图纸尺寸的要求，在确保公差质量的情况下，将毛坯多余的材料快速去除的过程。

加工既要保证质量又要保证效率，工艺上将车削分为粗车和精车，工序中讲究先粗后精的原则。

粗车是尽可能快的去除多余的余量以提高效率，精车是保证工件的精度以达到技术参数要求，二者之间既有联系又有区别。

【关键字】：粗车精车切削用量加工工艺【正文】：车削加工实质就是按照零件图纸尺寸的要求，在确保公差质量的情况下，将毛坯多余的材料快速去除的过程。

加工既要保证质量又要保证效率，工艺上将车削分为粗车和精车，工序中讲究先粗后精的原则。

粗车是尽可能快的去除多余的余量以提高效率，精车是保证工件的精度以达到技术参数要求，二者之间既有联系又有区别。

下面结合我的实践和认识谈一下我个人的看法：一、什么是粗车和精车。

“粗车”是加工工艺中的粗加工工序，主要是将工件表面的多余材料切削，一般对产品尺寸、粗糙度要求不高。

粗加工主要是切除加工表面的大部分加工余量，在允许范围内应尽量选择大的切削深度和进给量。

而切削速度则相应选低点。

粗车所能达到的加工精度为IT12～ITll，表面粗糙度Ra为50～12．5μm。

“精车”是加工工艺中的精加工工序，需要保证产品的尺寸公差，行位公差,表面粗糙度的相应要求。

精加工主要是达到零件的全部尺寸和技术要求，半精车和精车应尽量选取较小的切削深度和进给量，而切削速度则可以取高点。

精车要求切削深度要小，走刀量也要小，精车完毕后,不但工件的直径几何尺寸要合格，而且对表面的粗糙度要求也较高，而且也要合格。

精车的加工精度可达IT8～IT6级，表面粗糙度Ra可达1．6～0．8μm。

二、为何在车削时要分粗车和精车。

我们在正常进行零件加工时，一开始要对零件各个表面位置粗车，只有在全部表面进行粗车后，才能进行半精车和精车。

粗加工、半精加工、精加工国标表面粗糙度【主题】粗加工、半精加工、精加工国标表面粗糙度【导言】在工程制造领域，粗加工、半精加工、精加工是我们经常会遇到的工艺术语，而国标表面粗糙度则是评定加工质量的重要标准。

本文将对这些主题进行全面解读，帮助您更深入地理解工程制造中的精度和粗糙度要求。

一、粗加工、半精加工、精加工的定义和区别1. 粗加工：指在工件上去除余量，但不要求高精度和光洁度的加工工艺。

通常是为了消除初始形状和大小偏差，使工件成为半成品状态，为后续的半精加工或精加工提供基础。

2. 半精加工：介于粗加工和精加工之间的加工过程，既要求加工精度，又要求较高的表面质量。

通常需要在粗加工的基础上进行二次加工，以获得更高的尺寸精度和表面质量。

3. 精加工：指在半成品上进行的高精度、高光洁度的加工工艺。

其目的是满足产品的特定精度要求，使产品达到设计要求的形状和表面状态。

二、国标表面粗糙度参数及其意义1. Ra值：表面粗糙度平均值，通常用于评定表面的整体光洁度，Ra值越小，表面越光滑。

2. Rz值：通常称为最大高度，是指由表面轮廓上最高点到最低点之间的距离，反映了表面的不规则程度。

3. Rt值：最大毛坯高度，是指在测定长度内，最大的毛坯表面高度差，用于评定最大局部高度差。

这些国标表面粗糙度参数是工件表面质量的重要指标，对机械零件的密封性、耐磨性、传动精度等都有着重要的影响。

三、文章总结和回顾本文首先对粗加工、半精加工、精加工进行了定义和区别，帮助读者了解工件加工的不同阶段和要求；接着介绍了国标表面粗糙度参数及其意义，让读者对表面质量的评定有了更清晰的认识。

笔者在个人观点中指出，粗加工、半精加工、精加工在工程制造中具有重要意义，对工件的质量、精度和表面质量都有着不可替代的作用，而国标表面粗糙度则是这些工艺的重要评定标准。

希望读者在实际工程应用中能够充分重视这些关键要素，从而保证制造出更加精密和优质的产品。

通过本文的阅读，相信您对粗加工、半精加工、精加工和国标表面粗糙度已经有了更深入的理解。

车削过程中工件表面粗糙度值的控制工件表面粗糙度值与机械零件的配合性质、耐磨性和耐腐蚀性有着密切的关系，影响机器的可靠性和使用寿命。

因此，车削加工过程减小工件表面的粗糙度值，是切削工作的重要任务之一。

一、切削过程中影响工件表面粗糙度的因素1.残留面积工件上的已加工表面是由刀具主、副切削刃切削后形成的。

这些在已加工表面上未被切去部分的面积，称为残留面积。

残留面积越大，高度越高，则表面粗糙度值越大。

而影响残留面积的因素有进给量、刀具的主偏角κr、副偏角κr′和刀尖圆弧半径r，减小进给量和刀具主偏角κr′副偏角κr′，增大刀尖圆弧半径r，都可以减小残留面积的高度，减小工件的表面粗糙度值。

2.积屑瘤用中等速度切削塑性金属材料会产生积屑瘤，产生积屑瘤后因积屑瘤既不规则又不稳定，一方面其不规则的部分会代替切削刃进行切削，留下深浅不一的痕迹；另一方面一部分积屑瘤又会脱落，嵌入已加工表面，使之形成硬点和毛刺，使表面粗糙度值变大。

3.机床部件振动由于机床部件产生周期性振动，会在工件表面上产生有规则的波纹，使工件表面粗糙值明显增大。

另外因刀具、工件的原因，也会使工件表面粗糙度值变大。

当刀具严重磨损和切削刃表面粗糙度值大时，也会在工件表面产生毛刺，使表面粗糙度值变大。

因此，应尽量减小前、后刀面的表面粗糙度值，经常保持刀具锋利。

二、减小工件表面粗糙度值的方法1.合理刃磨刀具角度工件表面的残留面积是影响工件表面粗糙度值的主要原因之一。

刀具的主偏角κr′副偏角κr′和刀尖圆弧半径r，对残留面积的高度影响最大，而进给量则影响残留面积的多少，减小刀具的主偏角κr′副偏角κr′，增大刀尖圆弧半径r，可以减小残留面积高度，减小进给量可以减小残留面积，从而达到减小工件表面粗糙度的目的。

在机床刚性较好的情况下，刃磨车刀的修光刃同样可以减小工件表面粗糙度值。

刀具前角的大小直接影响切削刃的锋利程度，影响切削力的大小与切削变形的大小，增大前角可使切削刃锋利，切削力减小，切削变形减小。

车床工件表面粗糙度的原因及措施【摘要】主要分析了影响车床工件表面粗糙度的各种因素，及改善表面质量的几种方法。

【关键词】车床工件；表面粗糙度；原因；措施各种车床都有其最经济、最适合达到的表面粗糙度范围，如果要求达到的粗糙度水平超过其经济水平，将导致成本急剧上升，如果要求达到的粗糙度水平太低则会造成资源浪费。

因此，要综合考虑与分析切削加工中影响表面粗糙度的各种因素，包括刀具的选择与利用、切削速度和进给量等，来达到要求的表面粗糙度。

1.影响工件表面粗糙度的因素1.1残留面积两条切削刃在已加工表面上残留未被切去部分的面积，称为残留面积，残留面积越大，高度就越高，则表面粗糙度值越大。

1.2积屑瘤用于等速度切削塑性金属产生积屑瘤以后，因积屑瘤既不规则又不稳定，所以，一方面其不规则部分代替切削刃切削，留下深浅不一的痕迹；另一方面，一部分脱落的积屑瘤嵌入工件已加工表面，使之形成硬点和毛刺，表面粗糙度值增大。

1.3振动刀具、工件或车床部件产生周期性振动，会使已加工表面出现周期性的波纹，糙度明显增大。

2.减小工件表面粗糙度的方法生产中若发现工件表面粗糙度达不到技术要求，应首先观察表面粗糙度增大的现象，分析产生的原因，找出影响表面粗糙度的主要因素，然后提出解决的方法。

介绍几种常见的表面粗糙度增大的现象和解决的方法。

2.1残留面积的高度引起的表面粗糙度增大应减小刀具主偏角和副偏角（一般减小偏角对减小表面粗糙度效果明显），增大刀尖圆弧半径，减小进给量。

2.2工件表面产生毛刺引起表面粗糙度增大工件表面上产生毛刺，一般是由于积屑瘤引起的，这时可用改变切削速度的方法来抑制积屑瘤的产生和长大，如用高速钢车刀时应降低切削速度，使其小于5m/min，并加注切削液；用硬质合金车刀时应增大切削速度，避开最易产生积屑瘤的中速范围（15-30-m/min）。

因此，应尽量减小前、后刀面的表面粗糙度，及时重磨或更换刀具，经常保持刀具的锋利。

2.3切屑擦毛工件表面切屑擦毛的工件表面一般是无规则的很浅的划纹，这时应选用负值刃倾角的车刀，使切屑流向工件待加工表面，并采用断屑或卷屑措施。

C ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 04102典型案例ASES车削过程中工件表面粗糙度值的控制文／郭宇玲工件表面粗糙度值与机械零件的配合性质、耐磨性和耐腐蚀性有着密切的关系，影响机器的可靠性和使用寿命。

因此，车削加工过程减小工件表面的粗糙度值，是切削工作的重要任务之一。

一、切削过程中影响工件表面粗糙度的因素１．残留面积 工件上的已加工表面是由刀具主、副切削刃切削后形成的。

这些在已加工表面上未被切去部分的面积，称为残留面积。

残留面积越大，高度越高，则表面粗糙度值越大。

而影响残留面积的因素有进给量、刀具的主偏角κr 、副偏角κr ′和刀尖圆弧半径r ，减小进给量和刀具主偏角κr ′副偏角κr ′，增大刀尖圆弧半径r ，都可以减小残留面积的高度，减小工件的表面粗糙度值。

２．积屑瘤 用中等速度切削塑性金属材料会产生积屑瘤，产生积屑瘤后因积屑瘤既不规则又不稳定，一方面其不规则的部分会代替切削刃进行切削，留下深浅不一的痕迹；另一方面一部分积屑瘤又会脱落，嵌入已加工表面，使之形成硬点和毛刺，使表面粗糙度值变大。

３．机床部件振动 由于机床部件产生周期性振动，会在工件表面上产生有规则的波纹，使工件表面粗糙值明显增大。

另外因刀具、工件的原因，也会使工件表面粗糙度值变大。

当刀具严重磨损和切削刃表面粗糙度值大时，也会在工件表面产生毛刺，使表面粗糙度值变大。

因此，应尽量减小前、后刀面的表面粗糙度值，经常保持刀具锋利。

二、减小工件表面粗糙度值的方法１．合理刃磨刀具角度　工件表面的残留面积是影响工件表面粗糙度值的主要原因之一。

刀具的主偏角κr ′副偏角κr ′和刀尖圆弧半径r ，对残留面积的高度影响最大，而进给量则影响残留面积的多少，减小刀具的主偏角κr ′副偏角κr ′，增大刀尖圆弧半径r ，可以减小残留面积高度，减小进给量可以减小残留面积，从而达到减小工件表面粗糙度的目的。

在机床刚性较好的情况下，刃磨车刀的修光刃同样可以减小工件表面粗糙度值。

第44卷第4期　2010年4月上海交通大学学报J OU RNAL OF SHAN GHA I J IAO TON G UNIV ERSIT YVol.44No.4　Apr.2010　收稿日期:2009206216基金项目:国家自然科学基金资助项目(50935001,U0734007),国家科技重大专项课题基金项目(2009ZX040142041),国家高技术研究发展计划(863)项目(2009AA04Z150)作者简介:张烘州(19822),男,福建漳州人,硕士生,主要研究方向为高速切削理论与应用技术,微机械制造工艺等.陈　明(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021*********;E 2mail :mchen @. 文章编号:100622467(2010)0420447205响应曲面法在表面粗糙度预测模型及参数优化中的应用张烘州1,　明伟伟1,　安庆龙1,　陈　明1,　戎　斌2,　韩　冰2(1.上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;2.上海飞机制造有限公司,上海200436)摘　要:分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度的影响规律,提出了一种车削难加工材料钛合金TC11表面粗糙度的建模方法.采用中心组合设计方法,建立了用于表面粗糙度预测的多元回归模型,运用方差分析检验了该预测模型的拟合度,利用响应曲面法对表面粗糙度建立等值响应曲面,从而可以通过切削参数的优化在保证加工质量的前提下获得更高的材料去除率,实现难加工材料钛合金高效切削.关键词:面心组合设计;响应曲面法;表面粗糙度;等值面;参数优化中图分类号:T G 5 文献标志码:AApplication of Re sponse Surface Methodology in SurfaceRoughne ss Prediction Model and Parameter OptimizationZ H A N G Hong 2z hou 1,M I N G W ei 2w ei 1,A N Qi ng 2long 1,C H EN M i n g 1,RO N G B i n 2,H A N B i ng2(1.School of Mechanical Engineering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200240,China ;2.Shanghai Aircraft Manufact uring Co.Lt d ,Shanghai 200436,China )Abstract :This paper presented a st udy of t he develop ment of a surface roughness model for finish t urning of TC11.The model was developed in terms of cutting speed ,feed rate and dept h of cut.The multi 2quad 2ratic regression equation predicting formula for surface roughness was established by means of cent ral com 2posite design of experiment ,and variance analyses were applied to check t he fitting degree of t he p redictive model.Then t he response surface met hodology was used to generate response contours of surface rough 2ness.The experimental result s indicate t hat t he material removal rate can be improved by selecting optimal cutting parameters wit hout increasing t he surface roughness.Key words :cent ral co mposite face 2centered design ;response surface met hodology ;surface roughness ;iso 2surface ;parameter optimizatio n 钛合金具有抗蚀性强、比强度高及高温性能好等优良性能,已成为现代航空航天工业中不可缺少的结构材料,而且在造船、化工、冶金、医疗等方面也获得了广泛的应用.随着工业的发展,要求越来越多的零件在高速、高温、高压、重载下工作,因此,表面粗糙度对零件的使用性能、工作可靠性与寿命的作用越来越大,如何提高零件的表面质量已成为多年来的研究热点[1].在实际的生产加工过程中,由于切削速度、进给量及切削深度等加工参数均直接影响到表面粗糙度,故通过优化切削参数来提高零件表面质量和加工效率得到了日益广泛的运用[2].目前,对于表面粗糙度的预测及参数优化的方法众多,常见的有响应曲面法、遗传算法和神经网络等.响应曲面法是一种广泛应用于产品和工艺参数稳健性设计以及工艺过程优化的统计方法.通过科学地应用响应曲面法,可以找出影响产品或工艺质量特征的主要因子,优化产品或工艺质量特征,并找出最优水平的控制范围[3].因此,响应曲面法可通过一系列试验,根据试验结果采用统计学方法重构特征函数,最后通过拟合响应曲面模拟真实状态下的极限曲面,从而可进行有效的参数优化过程.本文借助统计学手段,通过对难加工材料钛合金TC11的精车试验,考察切削用量对表面粗糙度的影响规律,建立了表面粗糙度与切削用量的预测模型,模型进行方差分析和适合性检验,然后利用响应曲面法建立了表面粗糙度的响应曲面及等高线图,提出了优化切削参数的方法.1　试验方案与设计1.1　中心组合设计组合设计一般是在一次回归设计组合点的基础上,再增加特定的一些试验点,把它们组合起来形成的试验方案.因此,组合设计既能大大减小试验次数,又能使二次设计在一次设计的基础上进行,通过调整星号臂,使设计满足正交性.一个三因素的中心组合设计由因子点、中心点以及轴向点组成,其类型有外切中心组合设计(CCC),内切中心组合设计(CCI),面心组合设计(CCF).CCC和CCI每个变量要求5个水平,而CCF每个变量只需要3个水平;同时在模型系数估计中,CCF的交互作用项估计精度最高,并且还能确保一次项和平方项足够的系数估计精度[3].因此,CCF是一种简单的、精度又较高的组合设计.本次试验采用CCF设计,其示意图如图1所示.1.2　试验回归模型切削速度、进给量和切削深度都会对表面粗糙度的大小产生影响.为了准确地了解各加工参数对表面粗糙度的影响规律,通常采用二次数学回归的方法建立表面粗糙度与加工参数之间的关系[4]:图1　面心组合设计示意图Fig.1　Central composite face2centered design Y′=R a-ε=b0+6k i b i x i+6k-1i=16k j=i+1b ij x i x j+6k i=1b ii x2i(1)式中:R a为表面粗糙度;Y′为表面粗糙度估计值;ε为试验误差;b为系数的估计值;x为加工参数编码.试验的目的就是要获得一组最优的加工参数以便获得最佳的表面质量,但是在实际生产过程中要获得一组最优的加工参数往往又比较困难.因此,通过响应曲面法分析回归模型中各因素对响应值的影响,最终确定合理的水平组合使响应的预测值达到最优.1.3　试验过程本次试验以典型的难加工材料钛合金TC11为加工对象,其强度、塑性、韧性都较高,但切削性能差.工件的长度L=220mm,直径D=70mm.所使用的刀具为硬质合金TiAlN涂层刀具,前角和刃倾角都为0°.所有的试验都是干式车削,用Tokyo SU RFCOM1400D粗糙度仪测量工件表面粗糙度值.假定切削速度v c为x1,切削深度a p为x2,进给量f为x3,同时确定加工参数的变化范围:v c为60～140m/min,a p为0.25～0.75mm,f为0.05～0.15mm/r.用z1、z0和z-1分别表示各加工参数变量的1水平、0水平和-1水平,对上述3个变量进行编码:x i=z i-z0iΔi, i=1,2,3(2)式中:x i为变量编码;z i为加工参数变量;z0i为加工参数变量的0水平;Δi为区间变化范围,可由Δi= (z1i-z0i)/r计算(在CCF设计中,r=1).加工参数的水平编码如表1所示.通过20次的精车试验并测量每次试验的表面粗糙度,结果如表2所示.844上　海　交　通　大　学　学　报第44卷　表1　切削因素水平编码表T ab.1　Levels of the independent variables andcoding identif ications因素编码水平-101 v c/(m・min-1)x160100140a p/mm x20.250.500.75 f/(mm・r-1)x30.050.100.15表2　试验结果T ab.2　The experimental results序号v c/(m・min-1)a p/mmf/(mm・r-1)x1x2x3R a/μm11400.750.15111 1.255 21400.750.0511-10.146 31400.250.151-110.921 41400.250.051-1-10.198 5600.750.15-1110.963 6600.750.05-11-10.309 7600.250.15-1-110.985 8600.250.05-1-1-10.254 91400.500.101000.512 10600.500.10-1000.593 111000.750.100100.546 121000.250.100-100.437 131000.500.150010.899 141000.500.0500-10.180 151000.500.100000.450 161000.500.100000.449 171000.500.100000.451 181000.500.100000.450 191000.500.100000.450 201000.500.100000.4492　试验结果分析通过试验参数转换,把各试验因素的自由变量和表面粗糙度都转换为矩阵形式,然后利用最小二乘法回归可得式(1)系数,从而建立表面粗糙度与切削用量间的多元回归经验公式.利用表2,通过二次多元回归,式(1)的系数为　Y′=0.458-0.007x1+0.042x2+0.393x3+0.031x1x2+0.056x1x3+0.039x2x3+0.083x21+0.022x22+0.070x23(3)对式(3)进行方差分析及对回归模型的适合性进行检验,判断其显著性.设α=0.05,回归模型方差分析如表3所示.表中:S为组间平方和(回归因子)以及组内平方和(残差误差);M为平方和除以自由度得出的均方.查F分布表得临界值F2tab= F0.05(9,10)=3.02,因为F=56.30>3.02,所以显著度非常明显.表3　回归模型方差分析表T ab.3　AN OVA table for the regression model自由度S M F F2tab 回归因子9 1.7260.19256.3 3.02残差误差100.0340.003总和19 1.760 根据Rankit图是否接近线性关系来判断上述回归模型的适合性,若没有接近线性关系,则说明回归模型是不合适的.图2所示为模型残差分析的Rankit图.由图可见,顺序残差与期望值的相关系数R2=0.952,接近线性关系.因此,回归方程模型是合适的,也充分表明方差分析的可信度以及回归模型的有效性.图2　模型的Rankit图Fig.2　Rankit plot of the regression model 在进行参数优化之前,先对加工参数进行效应分析.各加工参数经过无量纲线性编码后,回归模型中的一次项系数b与交互项、平方项的回归系数之间线性不相关,但是二次项回归系数之间却线性相关[5].因此,可通过对各加工因素的效应分析及边际效应分析来判断加工参数对表面粗糙度的影响.将回归模型中的2个因素固定在零水平上,或其他水平上,即可得到单因素子模型.本文所得到的子模型都是将回归方程中的2个因素固定在零水平上,从而得到切削速度、切削深度、进给量子模型分别为:y1=0.458-0.007x1+0.083x21y2=0.458+0.042x2+0.022x22y3=0.458+0.393x3+0.070x23把上述各单因素模型分别对各自因素进行求导后可得各因素在不同水平下表面粗糙度的边际方程,即y′1=-0.007+0.165x1y′2=0.042+0.043x2y′3=0.393+0.140x3 图3所示为子模型的回归方程曲线图.由图可944　第4期张烘州,等:响应曲面法在表面粗糙度预测模型及参数优化中的应用 见,x3对R a的变异度最大,故通过改变x3的大小能使R a值发生明显的正效应.x2变异度最小,故其对R a作用最不显著,变化也极其平缓.x1为开口向上的抛物线,在x1=0.044处R a值达到最小. 图4所示为单因素边际效应图.由图可见,x3和x1的变化对边际粗糙度的影响最大,x2增加最慢.同时,随着3个加工参数的增大,其边际粗糙度都在增大.另外,各因素在不同的水平时,对R a的影响程度也各不同.因此,还需要通过参数优化才能最终确定符合实际生产的加工参数.图3　子模型回归方程曲线图Fig.3　The regression curve of sub2model图4　单因素边际效应图Fig.4　The marginal effect plot of factors3　参数优化上述分析表明,应根据各因素对R a的影响效应来选择合理的加工参数.但选择合理的加工参数往往比较困难,因此,可以利用响应曲面先求出参数的分布空间,同时考虑因素效应和加工效率,最终选择优化的加工参数[6].利用Matlab可以做出经验公式(3)的不同R a值的等值面图,如图5所示.(a)R a=0.2μm(b)R a=0.4μm(c)R a=0.8μm(d)R a=1.0μm图5　不同表面粗糙度值的等值面Fig.5　Iso2surfaces for different surface roughness values in32dimensional factor space 由图5可见,在R a=0.2μm的等值面上,x3=-1～-0.75,在R a=0.4μm的等值面上,x3=0.7～1.这表明在精车TC11时,对于特定的R a值,x3的选择范围最窄,x1次之,而x2在整个试验区域中都能选择到合适的组合,说明x3对R a的影响效应最大,x1次之,x2最小.因此,在优化切削参数时,首先确定影响效应大的因素的取值范围,以保证零件的R a值,而对于小效应因素的选择,则主要从提高零件的加工效率出发.材料去除率可定义为[6]Q=πDn f a p1000(4)式中,n为主轴回转速度.由表1和式(3)可得　Y′=1.077-0.015v c-0.797a p-2.048f+3.133×10-3v c a p+0.028v c f+3.086a p f+5.172×10-5v2c+0.345a2p+27.900f2(5) 在精车加工过程中,可以在不增加表面粗糙度054上　海　交　通　大　学　学　报第44卷　的前提下通过优化选择切削参数提高切削效率.结合上述分析,首先确定x 3的范围以保证R a 的大小,然后通过选择合适的x 2和x 1提高材料Q 值.假定x 3取0水平,即f =0.1mm/r ,结合等式(4)和(5)可以做出R a 和Q 等高线如图6所示.图6　进给量为0.1mm/r 水平时R a 和Q 的等高线图Fig.6　Contours of surface roughness and metalremoval rate at 0.1mm/r feed rate 由图6可见,R a =0.489μm 的等高线与Q =3、4.5和6cm 3/min 等高线相交于点A 、B 、C 和D 点,表明这4组加工参数都获得了相同的R a 值,但C和D 处的加工效率比A 和B 处的加工效率高得多,因此,C 和D 的加工参数优于A 和B .另外,在相同的加工效率下,也可以通过选择合理的参数来获得最佳的表面质量.由Q =4.5cm 3/min 的等高线可以看出,E 和F 加工参数的R a 值比B 、G 和H 处加工参数的R a 值要小.此外,从C 、D 和E 、F 中可以看出,虽然加工参数并不相同,但是却可以得到相同的R a 和Q 值.因此,在实际的加工过程中,还应结合具体的生产条件,最终确定最优的加工参数.通过对图5和6的分析,选取3组参数进行验证试验.验证试验的条件和上述的试验条件相同,试验值和经验值的比较如表4所示.表4　验证试验结果T ab.4　R esults of verif ication tests组号v c /(m ・min -1)a p /mm f /(mm ・r -1)R a /μm试验值经验值11100.250.050.1350.13221100.250.100.4260.4333800.500.100.4790.482 由表可见:利用试验设计、回归分析所建立的表面粗糙度经验公式具有较高的可信度;第1组和第2组加工参数再次表明了进给量的变化对表面粗糙度具有积极的影响,因此先确定进给量的取值范围可以保证表面粗糙度;第2组和第3组加工参数的试验结果则表明了响应曲面法在参数优化过程中是有效的.4　结　论(1)通过对表面粗糙度的建模及各因素的效应分析,表明了进给量对表面粗糙度的影响最大,切削速度次之,切削深度最小.(2)利用响应曲面做出表面粗糙度的等值面图可以快速确定加工参数的分布区域.通过分析可知,影响效应大的因素(进给量)分布区域最窄,影响效应小的因素分布区域则宽得多.这表明在参数选择过程中,首先确定大效应因素的取值范围可以保证表面粗糙度的大小,然后再调整小效应因素来保证加工效率.(3)确定大效应因素的取值范围后,做出表面粗糙度和材料去除率关于小效应因子的等高线图,可见,较优的加工参数往往集中在等高线图的右下方;同时结合具体的生产条件,最终确定最优的加工参数.参考文献:[1]　龙震海,王西彬,王好臣.高速切削条件下难加工材料表面粗糙度影响因素析因研究[J ].工具技术,2005,39(1):26229.LON G Zhen 2hai ,WAN G Xi 2bin ,WAN G Hao 2chen.Analysis of variance about influence factor on surface roughness of difficult 2to 2cut material in high speed ma 2chining process [J ].Tool E ngineering ,2005,39(1):26229.[2]　Suresh P V S ,Venkateswara R P ,Deshmukh S G.Agenetic algorithmic approach for optimization of surface roughness prediction model [J ].I nternational Journal of Machine T ools &Manufacture ,2002,42(6):6752680.[3]　胡雅琴.响应曲面二阶设计方法比较研究[D ].天津:天津大学管理学院,2006.[4]　Yusuf Sahin ,Riza Motorcu A.Surface roughnessmodel for machining mild steel [J ].Materials and De 2sign ,2005,26(4):3212326.[5]　Puertas Arbizu I ,L uis P érez C J.Surface roughnessprediction by factorial design of experiments in turning processes [J ].Journal of Material Processing T echnolo 2gy ,2003,1432144:3902396.[6]　Mansour A.Surface roughness model for end milling :A semi 2f ree cutting carbon casehardening steel (EN32)in dry condition [J ].Journal of Material Processing T echnology ,2002,124:1832191.154　第4期张烘州,等:响应曲面法在表面粗糙度预测模型及参数优化中的应用 。

车工初级-练习六(总分100,考试时间90分钟)是非题1. 刃倾角是主切削刃与基面之间的夹角，刃倾角是在切削平面内测量的。

( )A. 正确B. 错误2. 车刀的基本角度有前角、主后角、副后角、主偏角、副偏角和刃倾角。

( )A. 正确B. 错误3. 车刀后角的主要作用是减少车刀后刀面与切削平面之间的摩擦。

( )A. 正确B. 错误4. 当用刀尖位于主切削刃的最高点的车刀车削时，切屑排向工件待加工表面，车出的工件表面光洁。

( )A. 正确B. 错误5. 当车削的工件为软材料时，车刀可选择较大的前角。

( )A. 正确B. 错误6. 车刀前角增大，能使切削省力，当工件为硬材料时，应选择较大的前角。

( )A. 正确B. 错误7. 粗加工时，为了保证切削刃有足够的强度，车刀应选择较小的前角。

( )A. 正确B. 错误8. 粗加工时，余量较大，为了使切削省力，车刀应选择较大的前角。

( )A. 正确B. 错误9. 粗加工时切削力较大，为了减少车刀后刀面与工件间的摩擦，应取较大的后角。

( )A. 正确B. 错误10. 精车时，刃倾角应取负值。

( )A. 正确B. 错误11. 主偏角等于90°的车刀一般称为偏刀。

( )A. 正确B. 错误12. 用偏刀车削外圆时，作用于工件轴向的切削力较小，不容易顶弯工件。

( )A. 正确B. 错误13. 左偏刀只能用来车削左向台阶和工件的外圆。

( )A. 正确B. 错误14. 45°车刀常用于车削工件的端面和45°倒角，也可以用来车削外圆。

( )A. 正确B. 错误15. 用偏刀车端面时，采用从中心向外圆进给，不会产生凹面。

( )A. 正确B. 错误16. 用左偏刀车端面时，是利用副切削刃进行切削的，所以车出的表面粗糙度较粗。

( )A. 正确B. 错误17. 用右偏刀车端面时，如果从中心向外圆进给车削，由于切削力向里，所以不会产生凹面。

( )A. 正确B. 错误18. 45°车刀的主偏角和刀尖角都等于45°。

继续教育学院毕业设计（论文）题目：工件表面粗糙度的保证院、系（站）：西安机电信息技术学院学生：赵康康学号：指导教师：**2012年10月继续教育学院毕业设计（论文）题目：工件表面粗糙度的保证院、系（站）：西安机电信息技术学院学生：赵康康学号：指导教师：**2012年10月西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）任务书院系或教学站点：学生姓名：专业班级：批准日期：一、毕业设计（论文）题目：二、毕业设计（论文）工作自年月日起至年月日止三、毕业设计（论文）进行地点：四、毕业设计（论文）的内容：负责指导老师：指导教师：接受设计（论文）任务并开始执行日期：学生签名：西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）考核评议书院（系、站）专业指导教师对学生所完成的课题为的毕业设计（论文）进行的情况、完成的质量及评分的意见：负责指导教师队指导教师年月日西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文）考核审定结果院（系、站）专业毕业设计（论文）考核审定组对学生所完成的课题为的毕业设计（论文）考核审定结果确定成绩为毕业设计（论文）审核组负责人审核组成员年月日摘要随着现代制造业的发展，越来越多的设备被运用到制造业中，而制造业也需要越来越多的设备来满足发展。

但无论加工技术如何改进，它们始终都是在为一个目标服务，那就是工件的加工质量。

本文对加工质量中的表面粗糙度进行了较为详细的解说。

并对使其下降的原因和如何预防进行了分析。

关键词：刀具; 振动; 切削液;目录1 表面粗糙度的介绍 01.1 表面粗糙度的定义 01.2 表面粗糙度对零件使用的影响及主要表现 02刀具对表面粗糙度的影响 (2)2.1 积削瘤和切削热 (2)2.2 刀具几何参数的影响 (2)2.3 刀具材料的影响 (5)2.3.1刀具材料的基本性能 (5)2.3.2刀具材料的种类及常用刀具材料 (6)3 振动对表面粗糙度的影响 (10)3.1振动的概念及危害 (10)3.1.1概念 (10)3.1.2振动的分类 (10)3.1.3机械加工过程中振动的危害 (10)3.2机械加工过程中振动的防止方法 (11)3.2.1减小强迫振动的途径 (11)3.2.2自激振动的控制 (11)4 切削液对表面粗糙度的影响 (15)4.1切削液的概述 (15)4.2切削液的作用 (15)4.3切削液的选择原则 (16)5 毕业设计总结 (19)参考文献 (20)致谢 (21)1 表面粗糙度的介绍1.1表面粗糙度的定义中文名称：表面粗糙度英文名称：surface roughness 定义：评定加工过的材料表面由峰、谷和间距等构成的微观几何形状误差的物理量。

标题：粗糙度检验规范文件编号：WI/ZB版本：A修订履历表1.0目的对来自于外购模具、工装、治具、夹具等零配件、本厂加工的模具、工装、治具、夹具等零配件按要求进行表面粗糙度检验，以确保模具、工装、治具、夹具等零配件满足预期的要求。

范围适用于所有组成模具、工装、治具、夹具的零配件，包括委外和内部加工的零配件。

定义表面粗糙度：表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。

无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜（或放大镜）下观察，都不得可以看到微观的峰谷不平痕迹，一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。

表面上所具有的这种较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表面粗糙度。

表面粗糙度对工件的影响：321表面粗糙度影响零件的耐磨性。

表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。

322表面粗糙度影响配合性质的稳定性。

对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。

3.2.3表面粗糙度影响零件的疲劳强度。

粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。

3.2.4表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。

粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。

3.2.5表面粗糙度影响零件的密封性。

粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。

3.2.6表面粗糙度影响零件的接触刚度。

接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。

3.2.7影响零件的测量精度。

零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。

表面粗糙度比较样块定义及检验要求：3.3.1定义：表面粗糙度比较样块是检查加工后工件表面的一种对比量具，他的使用方法是以样块工作面的表面粗糙度为标准，凭触觉（如手摸）或视觉（可借助放大镜、比较显微镜等）与待检查的工件表面进行比对，从而判别被检查表面的表面粗糙度是否合乎要求，这是一种定性的检查工具。