زبری سطح، انحرافات میکروسکوپی در هندسه‌ی یک قطعه‌ی ماشین‌کاری شده را کمّی می‌کند. حتی سطوح ماشین‌کاری شده‌ی دقیق نیز زیر بزرگنمایی، قله‌ها و دره‌هایی را نشان می‌دهند – این نقص‌های ریز، زبری سطح را تشکیل می‌دهند. در ماشین‌کاری CNC، مسیرهای ابزار، مکانیسم‌های حذف مواد و متغیرهای متعدد، ردپاهای مشخصه‌ای را بر جای می‌گذارند که بر عملکرد قطعه تأثیر می‌گذارند.

این ویژگی فیزیکی قابل اندازه‌گیری، ویژگی‌های بافت را پس از فرآیندهای ماشین‌کاری اولیه یا پرداخت (مانند سندبلاست یا پولیش) توصیف می‌کند. استانداردهای بین‌المللی مانند ISO 21920-2:2021 پارامترهای کلیدی را برای کمّی‌سازی بی‌نظمی‌های سطح تعریف می‌کنند.

تولیدکنندگان برای توصیف بافت سطح به معیارهای استاندارد شده متکی هستند:

• Ra (میانگین حسابی زبری):متداول‌ترین پارامتر که میانگین انحراف از پروفایل سطح متوسط را نشان می‌دهد.
• Rz (متوسط حداکثر ارتفاع):متوسط تفاوت بین بالاترین قله‌ها و عمیق‌ترین دره‌ها را در طول نمونه‌برداری اندازه‌گیری می‌کند.
• Rp (حداکثر ارتفاع قله پروفایل):بالاترین قله‌ی منفرد را نسبت به خط متوسط شناسایی می‌کند.
• Rv (عمق دره‌ی حداکثر پروفایل):عمیق‌ترین دره را زیر خط متوسط ثبت می‌کند.
• Lay (جهت بافت سطح):جهت غالب الگوهای سطح را توصیف می‌کند.

در میان این موارد، Ra (اندازه‌گیری شده بر حسب میکرومتر) به عنوان معیار جهانی عمل می‌کند – مقادیر کمتر نشان‌دهنده‌ی سطوح صاف‌تر هستند.

زبری سطح عمیقاً بر جنبه‌های متعددی از عملکرد قطعه تأثیر می‌گذارد:

• ویژگی‌های اصطکاک:سطوح زبرتر اصطکاک استاتیکی را برای چسبندگی بهتر افزایش می‌دهند، در حالی که پرداخت‌های صاف‌تر اصطکاک دینامیکی را در اجزای متحرک کاهش می‌دهند.
• چسبندگی پوشش:دره‌های میکروسکوپی با ایجاد نقاط لنگر مکانیکی، نگهداری پوشش را افزایش می‌دهند.
• کیفیت زیبایی‌شناختی:بافت سطح، خواص بازتاب نور را تعیین می‌کند و بر ظاهر بصری از مات تا آینه‌ای تأثیر می‌گذارد.
• هزینه‌های تولید:دستیابی به مقادیر Ra کمتر نیازمند سرعت ماشین‌کاری کمتر، پاس‌های متعدد و اغلب عملیات ثانویه است – که تأثیر قابل توجهی بر اقتصاد تولید دارد.

ملاحظات اضافی شامل رسانایی الکتریکی، عملکرد آب‌بندی، خواص بهداشتی و ویژگی‌های نوری است. سطح زبری بهینه کاملاً به کاربرد مورد نظر قطعه بستگی دارد.

فرآیندهای CNC معمولاً زبری سطح بین 0.1 میکرومتر Ra (فوق‌العاده صاف) و 6.3 میکرومتر Ra (ماشین‌کاری استاندارد) تولید می‌کنند. اکثر تولیدکنندگان چهار درجه‌ی استاندارد شده را ارائه می‌دهند:

این پرداخت تجاری پیش‌فرض، علائم ابزار را نشان می‌دهد اما عملکرد کافی را برای اکثر کاربردها فراهم می‌کند. برای اجزای ساختاری و قطعات غیر بحرانی که پرداخت سطح بر عملکرد تأثیری ندارد، توصیه می‌شود.

کاربردهای معمول:قاب‌های ماشین، درپوش‌های موتور خودرو، فیکسچرهای ابزار صنعتی.

با علائم ابزار کم‌رنگ، این درجه برای اجزای تحت فشار و قطعات با تناسب تنگ مناسب است. با پارامترهای برش بهینه شده به دست می‌آید، هزینه‌ها را تقریباً 2.5٪ نسبت به خط پایه افزایش می‌دهد.

کاربردهای معمول:میله‌های پیستون هیدرولیک، گیربکس‌های کم‌سرعت، بست‌های دقیق، محفظه‌های الکترونیکی.

این پرداخت ممتاز نیازمند ماشین‌کاری دقیق و پاس‌های پرداخت سبک است. ایده‌آل برای اجزای دینامیکی و قطعات تحت فشار، معمولاً 5٪ به هزینه‌های تولید اضافه می‌کند.

کاربردهای معمول:چرخ‌دنده‌های دقیق، شیرهای هیدرولیک، ابزارهای پزشکی، اجزای جواهرات.

بهترین پرداخت استاندارد CNC نیازمند ماشین‌کاری دقیق است که اغلب با پولیش دنبال می‌شود. ضروری برای اجزای با سرعت بالا و رابط‌های بحرانی، این درجه ممکن است هزینه‌ها را تا 15٪ افزایش دهد.

کاربردهای معمول:بلبرینگ‌های هوافضا، سیلندرهای پنوماتیک، اجزای نوری، قالب‌های دقیق.

انتخاب مقدار Ra مناسب نیازمند متعادل کردن سه عامل کلیدی است:

تقاضاهای عملیاتی قطعه را در نظر بگیرید – چه به حداقل اصطکاک، حداکثر چسبندگی، چسبندگی پوشش بهینه یا خواص نوری خاص نیاز داشته باشد. اجزای دینامیکی عموماً از پرداخت‌های صاف‌تر سود می‌برند، در حالی که مجموعه‌های استاتیکی ممکن است به زبری کنترل‌شده نیاز داشته باشند.

برای قطعات تزئینی یا اجزای قابل مشاهده، بافت سطح تأثیر قابل توجهی بر جذابیت بصری دارد. پرداخت‌های براق (≤0.8 میکرومتر Ra) سطوح بازتابنده ایجاد می‌کنند، در حالی که پرداخت‌های بافت‌دار (≥1.6 میکرومتر Ra) ظاهری مات ایجاد می‌کنند.

مقادیر Ra کمتر نیازمند زمان ماشین‌کاری بیشتر، ابزارآلات تخصصی و اغلب عملیات ثانویه است. ارزیابی کنید که آیا مزایای عملکردی، هزینه‌های تولید اضافی را برای کاربرد خاص شما توجیه می‌کند یا خیر.

عوامل متعددی بر پرداخت سطح قابل دستیابی تأثیر می‌گذارند:

• سرعت برش:سرعت‌های بالاتر عموماً کیفیت پرداخت را بهبود می‌بخشند اما ممکن است تولید گرما را افزایش دهند.
• نرخ پیشروی:پیشروی‌های کندتر امکان حذف مواد دقیق‌تری را برای سطوح صاف‌تر فراهم می‌کنند.
• عمق برش:پاس‌های کم‌عمق‌تر، انحراف و لرزش ابزار را به حداقل می‌رسانند.

• هندسه ابزار:لبه‌های برش تیز با زوایای شیب بهینه، برش‌های تمیزتری تولید می‌کنند.
• شرایط ابزار:ابزارهای فرسوده کیفیت سطح را کاهش داده و زبری را افزایش می‌دهند.
• جنس ابزار:مواد ابزار سخت‌تر (کاربید، الماس) تیزی را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند.

لرزش دستگاه، فیکسچر قطعه کار و کنترل دما همگی بر بافت سطح تأثیر می‌گذارند. استفاده‌ی مناسب از خنک‌کننده از اعوجاج حرارتی که می‌تواند بر کیفیت پرداخت تأثیر بگذارد، جلوگیری می‌کند.

ویژگی‌های قطعه کار مانند سختی، انبساط حرارتی و تمایل به سخت شدن در اثر کار، بر پرداخت سطح قابل دستیابی تأثیر می‌گذارد. برخی از مواد به طور طبیعی صاف‌تر از بقیه ماشین‌کاری می‌شوند.

عملیات ثانویه می‌تواند بافت سطح را بیشتر اصلاح کند:

• سنگ‌زنی/پولیش:به تدریج مواد را حذف می‌کند تا به پرداخت‌های آینه‌ای دست یابد.
• سندبلاست:بافت‌های مات یکنواخت را از طریق برخورد ساینده ایجاد می‌کند.
• برس زدن:با استفاده از برس‌های ساینده، پرداخت‌های ساتنی جهت‌دار تولید می‌کند.

در حالی که اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، این اصطلاحات معانی متمایزی دارند:

• زبری سطح:از نظر کمی، بی‌نظمی‌های بافت میکروسکوپی را توصیف می‌کند (اندازه‌گیری شده بر حسب Ra، Rz و غیره)
• پرداخت سطح:شامل بافت و وضعیت کلی سطح، از جمله عملیات اعمال شده (آنودایزینگ، آبکاری، رنگ‌آمیزی)

تکنیک‌های متعددی کیفیت بافت سطح را تأیید می‌کنند:

• پروفیل‌سنج‌های تماسی:از قلم‌های نوک‌الماسی برای ردیابی فیزیکی خطوط سطح استفاده می‌کنند.
• روش‌های غیر تماسی:از لیزرها یا سیستم‌های نوری برای سطوح ظریف استفاده می‌کنند.
• میکروسکوپ نیروی اتمی:وضوح در سطح نانومتر را برای سطوح فوق‌العاده دقیق فراهم می‌کند.
• نمونه‌های مقایسه‌ای:تطبیق بصری با نمونه‌های زبری استاندارد شده.

زبری سطح نشان‌دهنده‌ی یک بعد حیاتی از کیفیت ماشین‌کاری CNC است که بر عملکرد، هزینه‌های تولید و زیبایی‌شناسی محصول تأثیر می‌گذارد. با درک پارامترهای زبری، معیارهای انتخاب و روش‌های کنترل، مهندسان می‌توانند قطعات را برای کاربردهای مورد نظر خود بهینه کنند. مشخصات و تأیید مناسب بافت سطح، تضمین می‌کند که اجزا هم الزامات فنی و هم انتظارات کیفی را برآورده می‌کنند.