第五章機(jī)械加工表格模板面質(zhì)量

1、歡迎共閱第五章機(jī)械加工表面質(zhì)量零件的機(jī)械加工質(zhì)量：指加工精度，加工表面質(zhì)量。加工后的零件表面不是理想光滑表面，存在不同程度的Ra、冷硬、裂紋等表面缺陷。缺陷層只有極薄一層(幾微米s幾十微米)，但影響零件精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等一影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。機(jī)械加工表面質(zhì)量的概念一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義：1、Ra及波度(表面幾何形狀誤差)根據(jù)加工表面波距L與波高H的比值，可將不平度分為以下三種類型，?L/H>1000:宏觀幾何形狀誤差。如圓度誤差、圓柱度誤差等，屬加工精度，不在討論之列。L/H=50si000：稱為波度。由加工中的振動引起的L/H

2、<50 :微觀幾何形狀誤差，表面粗糙度。2.表面層物理力學(xué)性能的變化機(jī)加工中由于受切削力和熱的綜合作用，表面層金屬的物理力學(xué)性能和基體金屬大不相同，主要有以下三方面的內(nèi)容：(1)表面層因塑性變形引起的冷作硬化；(2)表面層中的殘余應(yīng)力；(3)表面層因切削熱引起的金相組織變化。二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響1.表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響一 一1 1) Ra對零件耐磨性的影響Ra太大和太小都不耐磨。Ra太大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??；Ra太?。罕砻嫣饣?，存不住潤滑油，接觸面不易形成油膜，易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。Ra的最佳值與機(jī)器零件的工作情

3、況有關(guān)，載荷T時，磨損曲線向上、向右移，最佳表面粗糙度值 也隨之右移。(2)表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響表面的冷作硬化，使磨擦副表面層金屬的顯微硬度T ,塑性摩擦副接觸部分的彈性、塑性變 形故一般能使零件的耐磨性T。但也不是冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是因?yàn)檫^分 的冷作硬化，將引起金屬組織過度 疏松”，在相對運(yùn)動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成 小顆粒，使零件加速磨損。2 .表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響(1) Ra對零件疲勞強(qiáng)度的影響Ra對承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大：在交變載荷作用下，Ra的凹谷部位易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。Ra越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；

4、反之，加工表面越粗糙，表面 的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。(2)表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。冷硬層不但能防止疲勞裂紋的產(chǎn)生，而且能阻止 已有的裂紋擴(kuò)大。但加工表面在發(fā)生冷作硬化的同時，會伴隨產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力 和壓應(yīng)力之分，殘余拉應(yīng)力：容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度，殘余壓應(yīng)力：能部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩裂紋擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度。3 .表面質(zhì)量對零件工作精度(配合質(zhì)量)的影響(1) Ra對零件配合精度的影響歡迎共閱間隙配合：配合表面 Ra T ,則初期磨損量T ,從而使配

5、合間隙T ,，配合精度。過盈配合：配合表面Rat ,裝配時凸峰部分被擠平，使實(shí)際過盈量過盈配合表面的結(jié)合強(qiáng)度J。因此對有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的 Ra。(2)表面殘余應(yīng)力對零件工作精度的影響殘余應(yīng)力在內(nèi)部是平衡的，但會使工件發(fā)生蠕變，殘余應(yīng)力經(jīng)一段時間后會自行減弱以至消失。同時零件也隨之變形，引起零件尺寸和形狀誤差。對高精度零件，如精密機(jī)床的床身、精密量具等，表層殘余應(yīng)力大，會影響精度的穩(wěn)定性。4 .表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響(1) Ra對零件耐腐蝕性能的影響零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此減小零件Ra, 可以提高零件的耐腐蝕性能。(2)表面

6、殘余應(yīng)力對零件耐腐蝕性能的影響壓應(yīng)力使表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，T零件耐腐蝕性，拉應(yīng)力則相反。表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響：如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測量精度；對滑動零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。表面粗糙度及主要影響因素(及其控制)影響Ra可歸納為幾何因素和物理力學(xué)因素兩個方面。一、切削加工后的表面粗糙度(理論表面粗糙度)1 .刀具幾何形狀：Ra值主要由殘留面積高度決定影響殘留面積高度的主要因素：刀尖圓弧半徑 九、主偏角Kr、副偏角k及進(jìn)給量f等。切削殘留面積的高度為：H=f/(COt K r+COtK r )_二，用圓弧刀刃的殘留面積的高

7、度為H=f2/(8r )I f和re對Ra的影響比較明顯。加工時，選擇較小的 f和較大的re,可減小Ra?2.物理力學(xué)因素(1)工件材料的影響加工后實(shí)際Ra不同于純幾何因素所形成的理論 Ra-因?yàn)榧庸ぶ邪l(fā)生了塑變加工塑性材料時：刀具對金屬擠壓產(chǎn)生塑變和切屑與工件分離的撕裂，使Ra® to工件材料韌性T,塑變T, - Ra® to故對中、低碳鋼的工件，為改善切削性能，減小 Ra,常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。加工脆性材料：其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。(2)切削速度的影響加工塑性材料時：切削速度Vc在2050 m/min時：Ra

8、值最大，此時易出現(xiàn)積屑瘤，使表面質(zhì)量惡化；切削速度Vc超過100m/min時：Ra減小，并趨于穩(wěn)定。選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。此外，合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。二、磨削加工的Ra1 .砂輪磨削中影響Ra的幾何因素工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過的砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，Ra值越小。(1)砂輪粒度和砂輪修整在相同磨削條件下，砂輪粒度號數(shù)T,單位面積上參加磨削的磨粒T ,表面的刻痕越細(xì)密，Ra值(2)磨削用量砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的

9、磨粒數(shù)越多，Ra值就越小。歡迎共閱工件轉(zhuǎn)速對Ra值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。工件轉(zhuǎn)速T ,通過加工表面的磨粒數(shù)J ,因此 Ra® to砂輪縱向進(jìn)給量小于砂輪寬度時，工件表面將被重疊切削，而被磨次數(shù)T , Ra®；2 .磨削中影響粗糙度的物理因素磨削速度高，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削中只是對被加工表面起 擠壓，而沒有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，磨削時的高溫加劇了塑變，使 Ra值增大。(1)磨削用量砂輪的轉(zhuǎn)速T,塑性變形的傳播速度(磨削速度，材料來不及變形即被加工，故Ra值J。磨削深度和工件速度T 一使塑性變形T ,使 Ra&#

10、174; to為提高磨削效率，通常在開始磨削時采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無進(jìn)給量磨削，使 Ra值J。(2)工件材料性質(zhì)：硬度、塑性、熱導(dǎo)率對 Ra都有顯著影響。太硬、太軟、太韌都不易磨光。太硬：磨粒易鈍；太軟：砂輪易堵塞；韌性太大，熱導(dǎo)率差：使磨粒早期崩落，破壞砂輪表面微刃的等高性，從而使Ra值增大。(3)砂輪的粒度與硬度：砂輪粒度越細(xì)，磨削的Ra值越小。但磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使Ra值T;若導(dǎo)熱情況不好，會燒傷工件表面。因此，砂輪粒度常取為46-60號。砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下從砂輪上脫落的難易程度。砂輪太硬一磨粒脫落難一磨鈍的磨粒不能及時被新磨粒

11、替代，使 Ra增大。砂輪太軟一磨粒易脫落，磨削作用減弱，也會使 Ra值 3通常選用中軟砂輪。§ 5-3機(jī)械加工后表面物理力學(xué)性能的變化(影響表層物理力學(xué)性能的主要因素)機(jī)加工中，在切削力、熱的作用一表層金屬的物理力學(xué)性能發(fā)生變化，造成與里層金屬性能有差主要表現(xiàn)為：表面層金屬顯微硬度、殘余應(yīng)力、金相組織的變化。一、影響表面層加工硬化的因素?1.表面層加工硬化的產(chǎn)生機(jī)加工時，表層金屬在切削力的作用下一塑性變形一使晶格扭曲一晶粒間產(chǎn)生剪切滑移一晶粒被 拉長纖維化一斷裂-從而使表面層的硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強(qiáng)化。 2.衡量表面層加工硬化的指標(biāo)衡量表面層加工硬化程度的指

12、標(biāo)有下列三項：1)表面層的顯微硬度HV; 2)硬化層深度h; 3)硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0 X 100% (8-3)式中HV0工件原表面層的顯微硬度。3.影響表面層加工硬化的因素(1)刀具幾何形狀的影響切削刃鈍圓半徑增大，徑向切削分力也隨之增大，表層金屬的塑性變形程度加劇，導(dǎo)致冷硬增大。刀具后刀面磨損寬度 VB從0增大到0.2mm,表層金屬的顯微硬度由220HV增大至U 340HV , 因?yàn)槟p寬度T 一刀具后刀面與被加工表面的摩擦T ,塑性變形T ,導(dǎo)致表面冷硬to但磨損寬度繼續(xù)加大，摩擦熱急劇增大，弱化趨勢明顯增大，表層金屬的顯微硬度逐漸下降，直至穩(wěn)定在某一水平上。2)切削用

13、量的影響在進(jìn)給量比較大時，進(jìn)給量T,切削力T,表層金屬的塑性變形T,冷硬程度T。在進(jìn)給量很小時，若減小進(jìn)給量，則表層冷硬程度反而會T當(dāng)Vc T時，刀、工件作用時間；,使塑變形的擴(kuò)展深度；,因而冷硬深度；。3)工件材料性能的影響工件材料的塑性T 一冷硬傾向T 一冷硬程度也越嚴(yán)重。二、影響表面層殘余應(yīng)力的因素1.表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生歡迎共閱機(jī)加工中表層組織發(fā)生變化時，在表層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性力一表面層的殘余應(yīng)力。(1)冷態(tài)塑變形引起的殘余應(yīng)力在切削或磨削加工中：工件表面受到刀具或砂輪磨粒后刀面的擠壓與摩擦，表層晶粒伸長塑變形， 此時基體金屬仍處于彈變形態(tài)。切削后：基體金屬要

14、彈性恢復(fù)，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層金屬的牽制，則在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。(2)熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力在切削或磨削中，工件表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時基體溫度較低，圖 5-49a(P176"件 上溫度分布示意圖。tp金屬具有高塑性的溫度，溫度高于 tp的表層金屬不會有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。tn 為標(biāo)準(zhǔn)室溫，tm為金屬熔化溫度。圖5-49b所示，表層金屬1的溫度超過tp,表層金屬1處于沒有殘余應(yīng)力作用的完全塑性狀態(tài)中； 金屬層2的溫度在tn和tp之間，這層金屬受熱之后體積要膨脹，由于表層金屬1處于完全塑性狀 態(tài)，故它對金屬層2的受熱膨脹不起任何阻止作用。但金屬

15、層 2的膨脹要受到處于室溫狀態(tài)的里 層金屬3的阻止，金屬層2由于膨脹受阻將產(chǎn)生瞬時壓縮殘余應(yīng)力， 而金屬層3則受金屬層2的牽 連產(chǎn)生瞬時拉伸殘余應(yīng)力。切削過程結(jié)束后，工件表面的溫度開始下降。如圖5-49c所示，當(dāng)金屬層1的溫度低于tp時，金屬層1將從完全塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌耆苄誀顟B(tài)。金屬層1的冷卻使其體積收縮，但它的收縮受到金屬層2的阻礙，這樣金屬層1內(nèi)就產(chǎn)生了拉伸殘余應(yīng)力，而在金屬層 2內(nèi)的壓縮殘余應(yīng)力將 進(jìn)一步增大0如圖5-49d所示，表層金屬繼續(xù)冷卻，表層金屬 1繼續(xù)收縮，它仍受到里層金屬的阻礙，因此金屬層1的拉伸應(yīng)力還要繼續(xù)加大，而金屬層 2的壓縮應(yīng)力則擴(kuò)展到金屬層 2和金屬層3內(nèi)。(

16、3)金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 I 在加工中，當(dāng)工件表面溫度高于材料的相變溫度，會引起表層金相組織變化。金相組織，不同密度不同：馬氏體密度：丫馬=7.75g/cm3,奧氏體密度：丫奧=7.96g/cm,珠光體密度：X珠=7.78g/cm,鐵素體密度：y鐵=7.88g/cm。淬火鋼磨削時，原組織是馬氏體。磨后，表層可能產(chǎn)生回火，馬氏體一屈氏體或索氏體，密度3 體積工件表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。如果磨削時表層溫度超過相變 溫度，且冷卻又充分，則表層因急冷形成淬火馬氏體，體積膨脹，表層產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力，而里 層則產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。2,磨削裂紋的產(chǎn)生磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的

17、關(guān)系。在磨削過程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過工 件材料的強(qiáng)度極限時，工件表面就會產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。3.影響表面殘余應(yīng)力的主要因素機(jī)加工后表層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。磨削加工時起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘 余拉伸應(yīng)力。三、影響表面層金相組織變化與磨削燒傷的因素1 .?表面層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生切削中，切削熱在工件的加工區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。當(dāng)溫度超過金相組織變化的臨界點(diǎn)時，金相組織就會發(fā)生變化。一般的切

18、削加工，溫度一般不會有如此高。在磨削加工時，磨粒的切削、刻劃和滑擦作用，以及大多數(shù)磨粒的負(fù)前角切削和很高的磨削速度 一溫度很高，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界點(diǎn)時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)度和硬度J、產(chǎn)生殘 余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋。這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。歡迎共閱淬火鋼在磨削時，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。(1)淬火燒傷：當(dāng)表層溫度超過相變臨界溫度 Ac3時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若有充分的冷卻 液，工件最外層會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，具下為硬 度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄，表層總硬度是降低一稱為淬火燒傷。(2)回火燒傷：表層溫度

19、超過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象而 轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織(索氏體或屈氏體)一回火燒傷。(3)退火燒傷：當(dāng)表層溫度超過相變溫度 Ac3時，則馬氏體一奧氏體。若此時無冷卻液，表層金 屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和強(qiáng)度均大幅度下降一稱為退火燒傷。2 .?影響磨削燒傷的因素及改善途徑(1)磨削用量1)徑向進(jìn)給量fp： fpT 一工件表面及表面下不同深度的溫度T ,容易造成磨削燒傷。2)軸向進(jìn)給量fa： fa T 一工件表面及表面下不同深度的溫度J ,可減輕磨削燒傷。3)工件速度Vw: VwT 一磨削區(qū)表面溫度會T ,但熱源作用時間J ,可減輕磨削燒傷。(2)砂

20、輪與工件材料磨削時，砂輪表面上大部分磨粒僅與加工面磨擦而不是切削。表面上的金屬是在大量磨粒反復(fù)擠壓下，疲勞后才剝落一磨削中主要是摩擦力。磨削導(dǎo)熱性差的材料(如耐熱鋼、軸承鋼及不銹鋼等)，易產(chǎn)生磨削燒傷，應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和組織。如選擇較軟的砂輪，使砂輪鈍化后容易脫落；選擇橡膠、 樹脂等具有一定彈性的結(jié)合劑等，都有利于避免產(chǎn)生燒傷。此外在砂輪的孔隙內(nèi)浸入石蠟之類的 潤滑物質(zhì)，可減少砂輪與工件之間的摩擦熱，對降低磨削區(qū)的溫度、防止工件燒傷也有一定效果。(3)改善冷卻條件二，由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強(qiáng)大氣流層，使真正進(jìn)入磨削區(qū)的磨削液較少，大量的磨削液噴注在 已經(jīng)離開磨削區(qū)的已加工表面上，

21、而此時磨削熱量已進(jìn)入工件表面造成了熱損傷。內(nèi)冷卻是一種較為有效的冷卻方法。砂輪是多孔隙能滲水的，冷卻液進(jìn)入砂輪中孔后，靠離心力 的作用甩出并直接冷卻磨削區(qū)，起到有效的冷卻作用。由于冷卻時有大量的噴霧，機(jī)床應(yīng)加防護(hù) 罩。切削液必須仔細(xì)過濾，防止堵塞砂輪孔隙。這一方法的缺點(diǎn)是操作者看不到磨削區(qū)的火花， 在精密磨削時無法通過觀察火花試磨對刀。(4)采用開槽砂輪圓周上開一些橫槽，使砂輪將冷卻液帶入磨削區(qū)，可有效改善冷卻條件。同時 砂輪間斷磨削，工件受熱時間短，金相組織來不及轉(zhuǎn)變，可防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。§ 5-4控制加工表面質(zhì)量的途徑對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可用滾壓、噴丸等強(qiáng)化工藝使表面

22、層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并減小表面粗糙度。殘余壓應(yīng)力可抵消磨削等工序的殘余拉應(yīng)力，因此可以大大提高疲勞強(qiáng)度 及抗應(yīng)力腐蝕能力。但是采用強(qiáng)化工藝時應(yīng)注意不要造成過度硬化，過度硬化的結(jié)果會使表面層完全失去塑性性質(zhì)甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良后果。1 .滾壓加工滾壓加工是利用經(jīng)過淬火和精細(xì)研磨過的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對金屬表面進(jìn)行擠壓，使受 壓點(diǎn)產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰 壓平，降低了表面粗糙度；同時它還能使工件表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應(yīng)力。因此提高了零件的 承載能力和疲勞強(qiáng)度。滾壓加工可加工外圓、孔、平面及成型表面，常在車床、轉(zhuǎn)塔車

23、床或自動車床上進(jìn)行。2 .噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運(yùn)動的珠丸打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng) 力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲(使用一段時間后，自然變成球狀)。對于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.24mm, 對于尺寸較小、表面粗糙度值較小的工件，采用直徑較小的珠丸。歡迎共閱噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá) 0.7mm,零件表面粗糙度值可由Ra52.5p m 減小到a0.630.3

24、2p m,可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命。§5-5機(jī)械加工中的振動(簡介，內(nèi)容為考研同學(xué)準(zhǔn)備)一、機(jī)械加工中的振動現(xiàn)象1 .振動對機(jī)械加工的影響加工中，刀、工件間常產(chǎn)生振動一使正常的切削過程受到干擾和破壞，在加工表面出現(xiàn)振紋一加 工精度和表面質(zhì)量J。強(qiáng)烈的振動會使切削過程無法進(jìn)行，甚至?xí)鸬毒弑廊写虻冬F(xiàn)象。振動 加速刀具或砂輪的磨損，使機(jī)床連接部分松動，影響運(yùn)動副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度。 強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過程中的振動，有時不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。2 .機(jī)械加工中振動的種類及其主要特點(diǎn)加工中產(chǎn)生

25、的振動，按其產(chǎn)生的原因可分為自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動三種類型。(1)自由振動：當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力破壞其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。由于系統(tǒng)中總存在有阻尼，自由振動將逐漸衰減，(2)強(qiáng)迫振動系統(tǒng)在周期性變化的激振力(干擾力)持續(xù)作用下所產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動。強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是簡諧振動，只要有激振力存在振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減掉。? (3)自激振動在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振動。切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。自激振動也屬于不衰減的振動，對機(jī)械加工的影響較大。二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與控制1 .

26、強(qiáng)迫振動的產(chǎn)生原因1)系統(tǒng)外部的周期性干擾力：機(jī)床附近其它機(jī)器的振動經(jīng)地基傳入正在進(jìn)行加工的機(jī)床。2)旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心：高速旋轉(zhuǎn)零件，如電動機(jī)轉(zhuǎn)子、帶輪、工件、卡盤、飛輪、砂輪、聯(lián)軸 器等，在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心慣性力也是引起系統(tǒng)振動的外界激振力。3)傳動機(jī)構(gòu)的缺陷：齒輪齒距誤差一傳動時齒與齒發(fā)生沖擊，而引起強(qiáng)迫振動。平帶傳動中，帶 厚不均勻或接口處的突變一帶張力的周期性變化，產(chǎn)生干擾力，引起強(qiáng)迫振動。4)切削過程的間隙特性常見的銃、拉、滾齒等加工，由于切削的不連續(xù)，導(dǎo)致切削力的周期性改 變而產(chǎn)生強(qiáng)迫振動。2 .強(qiáng)迫振動的特征(1)強(qiáng)迫振動的振動頻率與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍

27、。(2)強(qiáng)迫振動的振幅主要取決于干擾力的幅值、頻率 人和阻尼比(。當(dāng)受周期性動載荷作用時，激振力與振幅的比稱為動剛度kd。kd=Fp/A。3 .減小強(qiáng)迫振動的途徑強(qiáng)迫振動是由周期性變化的激振力所引起的，具振動頻率等于激振力的頻率，可根據(jù)振動頻率找出振源，并采取適當(dāng)措施加以消除。(1)減小激振力：工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零部件，由于質(zhì)量不平衡，當(dāng)其高速旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生離心力(即激振力)，引起系統(tǒng)振動。對這類振源，主要是通過靜平衡或動平衡加以消除。傳動機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的慣性沖擊也是使系統(tǒng)產(chǎn)生振動的重要原因之一。因此應(yīng)提高傳 動元件的制造和裝配精度。(2)調(diào)整振源頻率：當(dāng)激振力的頻率接近系統(tǒng)固有頻率時

28、，會發(fā)生共振。因此，可通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速或傳動比，使激振力的頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有頻率，避免共振。(3)提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼：提高剛度、增大阻尼是增強(qiáng)系統(tǒng)抗振能力的措施。(4)采取隔振措施。(5)采用減振裝置。(2)自激振動的特征與強(qiáng)迫振動相比，自激振動具有以下特征：1）機(jī)械加工中的自激振動是在沒有外力干擾下所產(chǎn)生的振動，這與強(qiáng)迫振動有明顯的區(qū)別；2）自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動相似，而與強(qiáng)迫振動根本不同；3）自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動不會因阻尼存在而衰減。2 .產(chǎn)生自激振動的條件討論單自由度機(jī)械加工振動。設(shè)工件系統(tǒng)為剛體，振動

29、系統(tǒng)與刀架串連，且只在 y向作單自由度 振動。為分析簡便，暫不考慮阻尼力的作用。在切削力Fp作用下，刀架向外作振出運(yùn)動，位移y,刀架振動系統(tǒng)將有反向的彈性恢復(fù)力 F彈作用 在它上面。位移yT, F彈也3當(dāng)Fp=F彈時，刀架的振出運(yùn)動停止（因?yàn)閷?shí)際振動系統(tǒng)中有阻 尼力作用）。對上述振動系統(tǒng)而言，切削力 Fp是外力。Fp對振動系統(tǒng)作功，刀架振動系統(tǒng)則從切削過程中吸 收一部分能量 W振出（這時刀架振動作正功），貯存在振動系統(tǒng)中。刀架的振入運(yùn)動則是在彈性 恢復(fù)力F彈作用下產(chǎn)生的，振入運(yùn)動與切削力方向相反，振動系統(tǒng)對切削過程作功，即刀架振動 系統(tǒng)要消耗能量W振入（此時刀架振動作負(fù)功）。（1） .當(dāng)W振出

30、W振入時，振動系統(tǒng)吸收的能量小于消耗的能量，故不會產(chǎn)生自激振動。（2） .當(dāng)W振出=亞振入時，因?qū)嶋H機(jī)械加工系統(tǒng)中存在阻尼，刀架系統(tǒng)在振入過程中，為克服 阻尼還需消耗能量 W摩阻（振入），故刀架振動系統(tǒng)每振動一次，刀架系統(tǒng)便會損失一部分能量。 因此，刀架系統(tǒng)也不會有自激振動產(chǎn)生。（3） .當(dāng)W振出 亞振入時，刀架振動系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動產(chǎn)生。3 .產(chǎn)生自激振動的學(xué)說（1）再生顫振1）再生原理如圖車刀只做橫向進(jìn)給。在穩(wěn)定的切削過程中，刀架系統(tǒng)因材料的硬疵點(diǎn)，加工余量不勻或其它原因的沖擊等，受到偶然 的擾動。刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動，并在被加工表面留下相應(yīng)的振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具要在

31、留有振紋的表面上切削，因切削厚度發(fā)生了變化，所以引起了切削力周期性的變化。如果切削過程中各種條件的匹配是促進(jìn)振動的，刀架系統(tǒng)將會進(jìn)一步發(fā)展到如 圖8-20e所示的顫振狀態(tài)。?通常，將這種由于切削厚度的變化而引起的自激振動，稱為 再生顫振”。2）再生顫振產(chǎn)生的條件如果工藝系統(tǒng)穩(wěn)定，也不一定會產(chǎn)生自激振動。在一個振動周期內(nèi)，只有切削力作的正功大于負(fù)功，有能量輸入到系統(tǒng)中去才能維持和加強(qiáng)自激振動。圖8-21表示了四種情況。圖中實(shí)線表示前一轉(zhuǎn)切削的工件表面振紋，虛線表示后一轉(zhuǎn)切削的表面。其中圖8-21a表示前后兩轉(zhuǎn)的振紋沒有相位差（巾=0）,這時切入、切出（切離）時切削厚度沒有 變化，切削力也就沒有變

32、化，因此不會產(chǎn)生自激振動。圖8-21b表示前后兩轉(zhuǎn)的振紋相位差為 巾=兀，這時切入、切出的平均切削厚度不變，兩者沒有能 量差，也不可能產(chǎn)生自激振動。圖8-21c表示后一轉(zhuǎn)的振紋相位超前，即0V巾 泥，切入的平均切削厚度大于切出的平均切削厚度， 負(fù)功大于正功，也不可能產(chǎn)生自激振動。圖821d表示后一轉(zhuǎn)的振紋相位滯后，即0巾 -冗，這時切出比切入時有較大的切削力，推動刀 架后移，使刀架儲能，正功大于負(fù)功，即可產(chǎn)生自激振動。所以在再生顫振中，只有當(dāng)后一轉(zhuǎn)的 振紋的相位滯后于前一轉(zhuǎn)振紋時才有可能產(chǎn)生再生顫振。（2）振型耦合顫振1）振型耦合原理車方牙螺紋的外圓表面，刀具并未發(fā)生重疊切削，若按再生顫振原理

33、，則不應(yīng)該產(chǎn)生顫振。但在 實(shí)際加工中，當(dāng)切削深度達(dá)到一定值時，仍會發(fā)生顫振，這可以用振型耦合原理來解釋。?圖8-23是兩個自由度振型耦合顫振動力學(xué)模型，刀具等效質(zhì)量為m,由相互垂直的等效剛度系數(shù)分別為k1、k2 (設(shè)k1<k2)的兩組彈簧支承。為使兩個自由度系統(tǒng)的振型能很好分開，最簡單的形式是兩個振型x1和x2互相垂直，剛度低的方向振型為 x1,剛度高的方向振型為x204 .控制自激振動的途徑(1)合理選擇切削用量圖8-24所示是車削時切削速度vc與振幅A的關(guān)系曲線。vc在2060m/min范圍內(nèi)時，A增大很快, 而vc高于或低于此范圍時，振動逐漸減弱。圖8-25所示是進(jìn)給量f與振幅A的關(guān)系曲線，f較小時A較大，隨著f的增大A反而減小。?圖8-26所示是背吃刀量ap與振幅A的關(guān)系曲線，ap越大A也越大。(2)合理選擇刀具幾何角度適當(dāng)增大前角丫。、主偏角kJ能減小Fp而減小振動。后角a O可盡量取小，但在精加工中，由 于a O較小，切削刃不容易切入工件，而且a O過小時，刀具后刀面與加工表面間的磨擦可能過大， 這樣反而容易引起顫振。通常在車刀的主后刀面上磨出一段負(fù)倒棱，能起到很好的消振作用，這 種刀具稱為消