가공된 표면의 기하학적 특성에는 표면 거칠기, 표면 파동, 표면 질감 등 여러 측면이 포함됩니다. 표면 거칠기는 이러한 기하학적 특징의 기본 요소를 구성합니다. 금속-절삭 공구를 사용하여 공작물 표면을 가공할 때 결과적인 표면 거칠기는 주로 기하학적 요인, 물리적 요인, 가공 공정 요인이라는 세 가지 요인 범주의 상호작용과 영향에 의해 결정됩니다.
1. 기하학적 요인
기하학적 관점에서 보면 절삭 공구의 모양과 기하학적 각도-특히 노즈 반경, 주 절삭날 각도, 보조 절삭날 각도 및 이송 속도와 같은 가공 매개변수-가 표면 거칠기에 상당한 영향을 미칩니다.
2. 물리적 요인
절단 공정의 기본 물리학을 고려할 때, 도구의 절단 모서리가 둥글게 변하는 것은-이후의 압착 및 마찰과 함께-금속 재료의 소성 변형을 유발하여 표면 거칠기를 심각하게 저하시킵니다. 연속적인(리본-형) 칩을 생성하는 연성 재료를 가공할 때 공구의 경사면에 매우 단단한 "구성인선"(BUE)이 형성되는 경우가 많습니다. 이 BUE는 실제 경사면과 절삭날을 효과적으로 대체하여 공구의 효과적인 기하학적 각도와 절삭 깊이를 변경합니다. BUE의 윤곽은 매우 불규칙합니다. 결과적으로 깊이와 너비가 지속적으로 변하는 공구 자국이 가공물 표면에 남습니다. 어떤 경우에는 BUE 조각이 가공물 표면에 박혀 표면 거칠기가 더욱 악화됩니다.
절단 과정에서 발생하는 진동은 공작물의 표면 거칠기와 관련된 매개변수 값의 증가에도 기여합니다.
3. 공정요소
공정{0}지향적 관점에서 공작물 표면 거칠기에 영향을 미치는 요소에는 주로 절삭 공구 자체와 관련된 요인, 공작물의 재료 특성과 관련된 요인, 사용된 특정 가공 조건과 관련된 요인이 포함됩니다.
가공된 공작물의 표면 품질은 완성된 부품의 기능적 성능에 큰 영향을 미칩니다. 가공된 공작물의 표면 품질을 평가하는 데 사용되는 주요 지표에는 표면 거칠기, 표면 잔류 응력 및 표면 가공 경화 정도가 포함됩니다. 표면 품질을 나타내는 세 가지 지표 중에서 표면 거칠기는 부품의 전반적인 성능 특성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다.
부품의 표면 거칠기는 마찰과 마모에 직접적으로 큰 영향을 미칩니다. 특히, 표면이 거칠수록 마모가 더 심해집니다. 마모 초기 단계에서는 표면의 미세한 돌기가 급속히 편평해져서 재료 손실률이 급격히 증가합니다. 그러나 일정 기간 작동한 후에는 움직이는 표면 사이의 실제 접촉 면적이 증가하여 마모 속도가 느려집니다. 표면이 매끄럽고 밀도가 높으면 미세한 돌기의 높이와 선명도가 상대적으로 낮습니다. 결과적으로 매끄럽고 조밀한 표면은 거친 표면보다 내마모성이 더 높습니다.
반대로, 지나치게 매끄러운 표면은 윤활유의 유지를 방해합니다. 이로 인해 실제로 마찰 계수가 증가하여 금속 표면이 과열되어 잠재적으로 "고착" 또는 "마모" 현상이 발생할 수 있습니다. 수직형 머시닝 센터에서 수행되는 절삭 작업 중 절삭 속도, 이송 속도, 절삭 깊이와 같은 공정 매개변수-는 절삭력에 직접적인 영향을 미칩니다.- 절삭력과 절삭 온도는 서로 상호 의존하는 두 가지 요소입니다. 일반적으로 절삭력이 높을수록 절삭 온도가 높아지고 동시에 수직 머시닝 센터 내에서 진동이 더 심해집니다.
다양한 절삭 속도는 그에 따라 달라지는 외부 여기 주파수를 생성합니다. 이 여기 주파수가 수직 머시닝 센터 고유의 고유 진동 주파수에 가까워질수록 기계 장비의 진동이 악화될 가능성이 높아집니다.
절단 작업 중 공작물의 최적 표면 거칠기 값을 달성하기 위해 절단력 및 절단 온도를 모니터링하는 감지 시스템이 설계되었습니다. 이 시스템의 목적은 절삭력, 절삭 온도 및 그에 따른 공작물의 표면 거칠기 사이의 관계를 조사하는 것입니다. 가공 공정 중 절삭 속도, 이송 속도, 절삭 깊이-와 같은 공정 매개변수를 신중하게 선택하면 절삭력, 절삭 온도, 기계적 진동을 제어하여 원하는 공작물 표면 거칠기를 얻을 수 있습니다.