第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、機(jī)械制造工藝學(xué) 第四章4 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量學(xué)習(xí)目的 機(jī)械加工表面質(zhì)量和加工精度一樣都是影響機(jī)械加工表面質(zhì)量和加工精度一樣都是影響零件加工質(zhì)量的重要方面。因?yàn)楫a(chǎn)品的工作性能，零件加工質(zhì)量的重要方面。因?yàn)楫a(chǎn)品的工作性能，尤其是可靠性和壽命等，很大程度上取決于主要尤其是可靠性和壽命等，很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量。零件的表面質(zhì)量。n了解表面質(zhì)量的含義及其對(duì)使用性能的影響；了解表面質(zhì)量的含義及其對(duì)使用性能的影響；n掌握加工表面幾何形狀特征及其改善措施；掌握加工表面幾何形狀特征及其改善措施；n掌握表面物理力學(xué)性能變化及其改善措施；掌握表面物理力學(xué)性能變化及其改善措施；n初步了解機(jī)械

2、加工中的兩種振動(dòng)及其控制措施初步了解機(jī)械加工中的兩種振動(dòng)及其控制措施。4.1 概述概述 掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律，并掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過(guò)程，以達(dá)到提高加工表面質(zhì)量、提高應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過(guò)程，以達(dá)到提高加工表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品性能的目的。產(chǎn)品性能的目的。 實(shí)踐表明，實(shí)踐表明，零件的破壞一般總是從表面層開始的零件的破壞一般總是從表面層開始的。產(chǎn)品的。產(chǎn)品的工作性能，尤其是它的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性可靠性、耐久性等，在很大程度上取決等，在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。于其主要零件的表面質(zhì)量。研究機(jī)械加工表

3、面質(zhì)量的目的研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的機(jī)械產(chǎn)品的失效形式機(jī)械產(chǎn)品的失效形式因設(shè)計(jì)不周而導(dǎo)致強(qiáng)度不夠；因設(shè)計(jì)不周而導(dǎo)致強(qiáng)度不夠；磨損、腐蝕和疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞破壞。 少數(shù)多數(shù)4.4.1 加工表面質(zhì)量的含義加工表面質(zhì)量的含義1表面的幾何形狀特征表面的幾何形狀特征(4)(4)傷痕傷痕：加工表面幾何形狀誤差加工表面幾何形狀誤差表面層的物理力學(xué)性能表面層的物理力學(xué)性能 a）波度波度 b）表面粗糙度表面粗糙度 加工表面的粗糙度與波度加工表面的粗糙度與波度 RZHRZ波度寬波度寬波度高波度高圖圖4-2 加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注車、刨車、刨銑、鉆孔銑、鉆孔磨削、超磨削、超精加工

4、精加工端銑、磨端銑、磨非正規(guī)非正規(guī)研磨研磨立銑、端立銑、端銑、端磨銑、端磨2表面層物理表面層物理 力學(xué)性能力學(xué)性能(1)表面層金屬的冷作硬化；表面層金屬的冷作硬化；(2)表面層金屬的金相組織變化；表面層金屬的金相組織變化；(3)表面層金屬的殘余應(yīng)力。表面層金屬的殘余應(yīng)力。 (1) (1) 表面金屬層的冷作硬化表面金屬層的冷作硬化 指工件在加工過(guò)程中，表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的指工件在加工過(guò)程中，表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形塑性變形，使工件加工，使工件加工表面層的表面層的強(qiáng)度和硬度強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。都有所提高的現(xiàn)象。(2) (2) 表面金屬層的金相組織變化表面金屬層的金相組織變化 指的是加工

5、中，由于指的是加工中，由于切削熱的作用切削熱的作用引起表層金屬引起表層金屬金相組織發(fā)生變化金相組織發(fā)生變化的的現(xiàn)象。如磨削時(shí)常發(fā)生的磨削燒傷，大大降低表面層的物理機(jī)械性能?，F(xiàn)象。如磨削時(shí)常發(fā)生的磨削燒傷，大大降低表面層的物理機(jī)械性能。(3) (3) 表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力 切削變形和切削熱的作用切削變形和切削熱的作用，工件表層及其基體材料的交界處產(chǎn)生相互工件表層及其基體材料的交界處產(chǎn)生相互平衡的平衡的彈性應(yīng)力彈性應(yīng)力的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。4.1.2 加工表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響加工表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響1表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響（1）表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響）表面粗糙

6、度對(duì)耐磨性的影響零件的磨損可分為三個(gè)階段零件的磨損可分為三個(gè)階段 不是表面粗糙度值越小越不是表面粗糙度值越小越耐磨，在一定工作條件下，摩耐磨，在一定工作條件下，摩擦副表面總是存在一個(gè)最佳表擦副表面總是存在一個(gè)最佳表面粗糙度值，表面粗糙度面粗糙度值，表面粗糙度RaRa值值約為約為0.320.320.250.25mm較好較好。表面粗糙度對(duì)摩擦副的影響表面粗糙度對(duì)摩擦副的影響第第階段階段 起始磨損階段：起始磨損階段：有效接觸面積小有效接觸面積小 接觸部分壓強(qiáng)大接觸部分壓強(qiáng)大 接觸點(diǎn)發(fā)生彈性、塑性變形及剪切接觸點(diǎn)發(fā)生彈性、塑性變形及剪切 脫落的金屬微顆脫落的金屬微顆 粒加劇磨損，所以初始階段磨損速度快

7、粒加劇磨損，所以初始階段磨損速度快第第階段階段 正常磨損階段：正常磨損階段：有效接觸面積增大有效接觸面積增大 接觸壓強(qiáng)減小接觸壓強(qiáng)減小 磨損速度減緩。磨損速度減緩。第第階段階段 快速磨損階段：快速磨損階段：隨著有效接觸面積的不斷增大，運(yùn)隨著有效接觸面積的不斷增大，運(yùn)動(dòng)副動(dòng)副 兩金屬面間的分子親和力增加兩金屬面間的分子親和力增加 咬合作用增大咬合作用增大 急劇磨損急劇磨損（2）表面紋理對(duì)耐磨性的影響）表面紋理對(duì)耐磨性的影響 重載情況下重載情況下，由于壓強(qiáng)、分子親和力和潤(rùn)滑液的儲(chǔ)存等因由于壓強(qiáng)、分子親和力和潤(rùn)滑液的儲(chǔ)存等因素的變化，其規(guī)律與上述有所不同。素的變化，其規(guī)律與上述有所不同。 表面紋理方

8、向影響零件表面的表面紋理方向影響零件表面的實(shí)際接觸面積實(shí)際接觸面積和和潤(rùn)滑液潤(rùn)滑液的存留的存留。 圓弧狀、凹坑狀圓弧狀、凹坑狀表面紋理的耐磨性好；尖峰狀的表面紋表面紋理的耐磨性好；尖峰狀的表面紋理由于摩擦副接觸面壓強(qiáng)大，耐磨性差。理由于摩擦副接觸面壓強(qiáng)大，耐磨性差。 輕載時(shí)輕載時(shí)，兩表面的紋理方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，磨損，兩表面的紋理方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，磨損最小；當(dāng)兩表面紋理方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，磨損最大最??；當(dāng)兩表面紋理方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，磨損最大。 運(yùn)動(dòng)副中運(yùn)動(dòng)副中，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件表面刀紋方向均與運(yùn)動(dòng)方向，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件表面刀紋方向均與運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，耐磨性好相同時(shí)，耐磨

9、性好；刀紋方向均與運(yùn)動(dòng)方向；刀紋方向均與運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)垂直時(shí)，耐磨耐磨性差。性差。 （3）冷作硬化對(duì)耐磨性的影響）冷作硬化對(duì)耐磨性的影響 由于加工硬化由于加工硬化提高提高了表面層金屬的了表面層金屬的顯微強(qiáng)度顯微強(qiáng)度，降低了塑降低了塑性性，減少了摩擦副接觸表面的塑性變形和彈性變形而減少了，減少了摩擦副接觸表面的塑性變形和彈性變形而減少了磨損。一般能提高耐磨性磨損。一般能提高耐磨性0.5 0.5 1 1倍。倍。 過(guò)度過(guò)度的加工的加工硬化硬化會(huì)使金屬會(huì)使金屬組織組織疏松疏松，甚至出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)疲勞裂紋疲勞裂紋和產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，從而使耐磨和產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，從而使耐磨性性下降下降。見圖見圖4-5圖圖4-5

10、T7A鋼車削后，冷作鋼車削后，冷作硬化與耐磨性的關(guān)系硬化與耐磨性的關(guān)系2表面質(zhì)量對(duì)耐疲勞性的影響表面質(zhì)量對(duì)耐疲勞性的影響（1）表面粗糙度對(duì)耐疲勞性的影響）表面粗糙度對(duì)耐疲勞性的影響 在交變載荷作用下，零件表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷易于在在交變載荷作用下，零件表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷易于在凹凹谷谷部位形成部位形成應(yīng)力集中應(yīng)力集中，并發(fā)展成，并發(fā)展成疲勞裂紋疲勞裂紋，導(dǎo)致工件，導(dǎo)致工件疲勞破壞疲勞破壞?？傊?，?？傊砻娲植诙戎翟叫?，表面缺陷越少，工件的耐疲勞性越好；表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件的耐疲勞性越好；反之，加工反之，加工表面越粗糙，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差。因

11、此，對(duì)于表面越粗糙，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差。因此，對(duì)于重要零件表面如連桿、曲軸等，應(yīng)進(jìn)行光整加工，減小表面粗糙度值，重要零件表面如連桿、曲軸等，應(yīng)進(jìn)行光整加工，減小表面粗糙度值，提高其疲勞強(qiáng)度提高其疲勞強(qiáng)度。（2）表面層的物理力學(xué)性能對(duì)耐疲勞性的影響）表面層的物理力學(xué)性能對(duì)耐疲勞性的影響 表面層金屬的冷作硬化能表面層金屬的冷作硬化能阻礙已有裂紋的生長(zhǎng)和新裂紋的產(chǎn)生阻礙已有裂紋的生長(zhǎng)和新裂紋的產(chǎn)生，有助，有助于提高耐疲勞強(qiáng)度。但冷作硬化的同時(shí)，必然伴隨產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)于提高耐疲勞強(qiáng)度。但冷作硬化的同時(shí)，必然伴隨產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力存在力存在拉拉應(yīng)力和應(yīng)力和壓壓應(yīng)力之分，殘余

12、應(yīng)力之分，殘余拉拉應(yīng)力將使耐疲勞強(qiáng)度應(yīng)力將使耐疲勞強(qiáng)度降低降低；殘余殘余壓壓應(yīng)應(yīng)力將使耐疲勞強(qiáng)度力將使耐疲勞強(qiáng)度提高提高。3表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響殘余殘余壓壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可可增強(qiáng)增強(qiáng)零件的耐腐蝕性；零件的耐腐蝕性；表面粗糙表面粗糙度的影響度的影響表面粗糙度值越大，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)；表面粗糙度值越大，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)；波谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。波谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。 零件的耐腐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度零件的耐腐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性影響表面

13、殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性影響殘余殘余拉拉應(yīng)力則應(yīng)力則降低降低耐腐蝕性耐腐蝕性 加工表面腐蝕過(guò)程示意圖加工表面腐蝕過(guò)程示意圖4表面質(zhì)量對(duì)零件配合質(zhì)量的影響表面質(zhì)量對(duì)零件配合質(zhì)量的影響 表面殘余應(yīng)力會(huì)引起零件表面殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形變形，使零件使零件形狀和尺寸形狀和尺寸發(fā)生發(fā)生變化變化，因此對(duì)配合性質(zhì)有一定的影響。因此對(duì)配合性質(zhì)有一定的影響。相配零件間的配合關(guān)系是用過(guò)盈量或間隙值來(lái)表示的。相配零件間的配合關(guān)系是用過(guò)盈量或間隙值來(lái)表示的。表面粗糙表面粗糙度度的影響的影響 對(duì)間隙配合而言，表面粗糙度值對(duì)間隙配合而言，表面粗糙度值太大太大，會(huì)，會(huì)使配合表面很快使配合表面很快磨損磨損而而增大配合間隙增大配

14、合間隙，改變配，改變配合性質(zhì)，降低配合精度。合性質(zhì)，降低配合精度。 對(duì)過(guò)盈配合而言，裝配時(shí)配合表面的波峰對(duì)過(guò)盈配合而言，裝配時(shí)配合表面的波峰被擠平被擠平，減小實(shí)際過(guò)盈量減小實(shí)際過(guò)盈量，降低了連接強(qiáng)度，降低了連接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。影響了配合的可靠性。表面殘余應(yīng)力表面殘余應(yīng)力的影響的影響 影響加工影響加工表面粗表面粗糙度的工藝因素糙度的工藝因素幾何因素幾何因素物理因素物理因素兩方面共同作用兩方面共同作用4.2.1 切削加工后的表面切削加工后的表面影響因素：影響因素：刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑、主偏角主偏角、副偏角副偏角、進(jìn)給量進(jìn)給量切削加工表面粗糙度值取決于切削切削加工表面粗糙度值取決于切削

15、殘留面積的高度殘留面積的高度H。Hfa）vfrrfrHvfrb）圖圖4-6 車削、刨削時(shí)殘留面積的高度車削、刨削時(shí)殘留面積的高度H rrfcotK + cotK尖刀切削尖刀切削28fHr圓弧刀刃切削圓弧刀刃切削切削加工改善措施：切削加工改善措施：刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑、主偏角主偏角、副偏角副偏角、進(jìn)給量進(jìn)給量 塑性變形會(huì)造成切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓塑性變形會(huì)造成切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差別。形狀與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差別。481216202428圖圖4-7 加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗

16、糙度的影響100120v（m/min）020406080140表面粗糙度表面粗糙度Rz（m）收縮系數(shù)收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度積屑瘤高度 h（m） 02 004 006 00hKsRz可見，在實(shí)際加工可見，在實(shí)際加工中采用中采用低速寬刀精低速寬刀精切和高速精切切和高速精切可以可以獲得較小的表面粗獲得較小的表面粗糙度值。糙度值。 工件材料的因素：工件材料的因素：加工加工脆性材料脆性材料時(shí)，時(shí)，切削速度切削速度對(duì)表面對(duì)表面粗糙度的粗糙度的影響不大影響不大加工脆性材料比塑性材料容易達(dá)加工脆性材料比塑性材料容易達(dá)到表面粗糙度值要求。到表面粗糙度值要求。 金相組織金相組織 ：對(duì)同樣材

17、料來(lái)說(shuō)，對(duì)同樣材料來(lái)說(shuō)，金相組織越粗大，切削金相組織越粗大，切削后的表面粗糙度值也越大后的表面粗糙度值也越大。精加工前進(jìn)行。精加工前進(jìn)行調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)熱處理熱處理可以得到可以得到均勻細(xì)密均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的的晶粒組織和較高的硬度硬度。 合理選擇合理選擇切削液切削液，適當(dāng)增大，適當(dāng)增大刀具前角刀具前角，提高，提高刀具刃磨刀具刃磨質(zhì)量質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。等，均能有效地減小表面粗糙度值。4.2.2 磨削加工后的表面磨削加工后的表面 磨削加工后的表面粗糙度的形成過(guò)程與切削過(guò)程一樣，磨削加工后的表面粗糙度的形成過(guò)程與切削過(guò)程一樣，也是由也是由幾何因素和物理因素幾何因素和物理因素（塑性變形

18、）決定的，但過(guò)程更（塑性變形）決定的，但過(guò)程更加復(fù)雜。加復(fù)雜。1. 幾何因素的影響幾何因素的影響 磨削表面磨削表面是由磨粒在工件表面上刻劃出的是由磨粒在工件表面上刻劃出的無(wú)數(shù)細(xì)微的溝槽無(wú)數(shù)細(xì)微的溝槽形成的。形成的。單位面積上刻痕越單位面積上刻痕越多多，刻痕，刻痕等高性等高性越好，則磨削表面的越好，則磨削表面的粗糙度粗糙度值越小。值越小。（1）切削用量對(duì)表面粗糙度的影響）切削用量對(duì)表面粗糙度的影響砂輪的速度砂輪的速度 ，單位時(shí)間內(nèi)的磨削量，單位時(shí)間內(nèi)的磨削量 ，表面粗糙度表面粗糙度 ；工件的速度工件的速度 ，單位時(shí)間內(nèi)的磨削量，單位時(shí)間內(nèi)的磨削量 ，表面粗糙度表面粗糙度 ；砂輪縱向進(jìn)給速度砂輪縱

19、向進(jìn)給速度 ，每部位重復(fù)磨削次數(shù)，每部位重復(fù)磨削次數(shù) ，表面粗糙度表面粗糙度 。（2）砂輪的粒度和砂輪的修整對(duì)表面粗糙度的影響）砂輪的粒度和砂輪的修整對(duì)表面粗糙度的影響砂輪的粒度砂輪的粒度磨粒的大小磨粒的大小磨粒間的距離磨粒間的距離砂輪的砂輪的粒度號(hào)粒度號(hào) ，參與磨削參與磨削的磨粒的磨粒 ，表面粗糙度表面粗糙度 ；砂輪的粒度號(hào)越大，砂輪的粒度號(hào)越大，磨粒和磨粒間離越小磨粒和磨粒間離越小修整修整砂輪時(shí)，砂輪時(shí)，縱向進(jìn)給量縱向進(jìn)給量對(duì)表面粗糙對(duì)表面粗糙度的度的影響甚大影響甚大；縱向縱向進(jìn)給量進(jìn)給量 ，砂輪表面的砂輪表面的等高性等高性越越好好 ，表面粗糙度表面粗糙度 ；修正后的磨粒微刃修正后的磨粒微

20、刃 2. 金屬表面層的塑性變形金屬表面層的塑性變形物理因素的影響物理因素的影響 在磨削過(guò)程中，磨削速度高，且磨粒大多為負(fù)前角，磨削在磨削過(guò)程中，磨削速度高，且磨粒大多為負(fù)前角，磨削比壓大，對(duì)加工表面產(chǎn)生比壓大，對(duì)加工表面產(chǎn)生擠壓作用強(qiáng)烈擠壓作用強(qiáng)烈而使表面出現(xiàn)而使表面出現(xiàn)塑性變形，塑性變形，磨削區(qū)的磨削區(qū)的高溫高溫更加劇了更加劇了塑性變形塑性變形，增大了表面粗糙度值。，增大了表面粗糙度值。 砂輪轉(zhuǎn)速砂輪轉(zhuǎn)速 ，切削速度切削速度 ，工工件材料件材料來(lái)不及變形，來(lái)不及變形，塑性變塑性變形形，表面粗糙度表面粗糙度 工件轉(zhuǎn)速工件轉(zhuǎn)速 ，工件材料塑性變工件材料塑性變形形 ，表面粗糙度表面粗糙度 ；vw

21、= 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0（1）磨削用量）磨削用量圖圖4-8 砂輪速度、工件速度對(duì)粗糙度的影響砂輪速度、工件速度對(duì)粗糙度的影響 ap(mm)磨削深度磨削深度 ，工件材料塑性變工件材料塑性變形形 ，表面粗糙度表面粗糙度 ；另外：另外：光磨次數(shù)光磨次數(shù)，Ra00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04v = 50(m/s)vw = 40(m /min)f = 2.36

22、(m/min)圖圖4-8 背吃刀量對(duì)粗糙度的影響背吃刀量對(duì)粗糙度的影響 光磨次數(shù)光磨次數(shù)-Ra關(guān)系關(guān)系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次數(shù)光磨次數(shù)粗粒度砂輪粗粒度砂輪細(xì)粒度砂輪細(xì)粒度砂輪 砂輪的砂輪的粒度粒度、硬度硬度、組織組織和和材料材料的選擇不同，對(duì)磨削表面層的選擇不同，對(duì)磨削表面層金屬的金屬塑性變形產(chǎn)生影響，進(jìn)而金屬的金屬塑性變形產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響表面粗糙度影響表面粗糙度。 砂輪的粒度砂輪的粒度越細(xì)（號(hào)數(shù)大），則砂輪單位面積上的磨粒數(shù)越細(xì)（號(hào)數(shù)大），則砂輪單位面積上的磨粒數(shù)越多，磨削表面的刻痕越細(xì)，表面粗糙度值越小；但粒度越多，磨削表面的刻痕越細(xì)，表面粗糙度值越小；但

23、粒度過(guò)細(xì)過(guò)細(xì)，砂輪易堵塞，使表面組糙度值增大，同時(shí)還易產(chǎn)生砂輪易堵塞，使表面組糙度值增大，同時(shí)還易產(chǎn)生波紋波紋和引起和引起燒傷。燒傷。 一般砂輪粒度取一般砂輪粒度取46466060號(hào)。號(hào)。（2）砂輪的選擇）砂輪的選擇砂輪的硬度砂輪的硬度是指磨粒受磨削力后從砂輪上脫落的難易程度。是指磨粒受磨削力后從砂輪上脫落的難易程度。 砂輪砂輪太硬太硬，磨粒磨損后不易脫落，使工件表面受到強(qiáng)烈的磨粒磨損后不易脫落，使工件表面受到強(qiáng)烈的摩擦和擠壓，增加了塑性變形，表面粗糙度值增大，同時(shí)還容摩擦和擠壓，增加了塑性變形，表面粗糙度值增大，同時(shí)還容易引起燒傷；砂輪易引起燒傷；砂輪太軟太軟，磨粒易脫落，磨削作用減弱，也會(huì)

24、增磨粒易脫落，磨削作用減弱，也會(huì)增大表面粗糙度值大表面粗糙度值。通常選用。通常選用中軟硬度中軟硬度砂輪。砂輪。 砂輪磨削時(shí)溫度高，熱的作用占主導(dǎo)地位。采用切削液可以降低磨削區(qū)溫度，減少燒傷，沖去脫落的砂粒和切屑，以免劃傷工件，從而降低表面粗糙度度值。但必須選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s方法和切削液。砂輪的組織砂輪的組織是指磨粒、結(jié)合劑、和氣孔的比例關(guān)系。是指磨粒、結(jié)合劑、和氣孔的比例關(guān)系。緊密組織緊密組織磨粒比例大、氣孔小，能獲得高精度和較小磨粒比例大、氣孔小，能獲得高精度和較小的表面粗糙度值。適于精密磨削。的表面粗糙度值。適于精密磨削。疏松組織疏松組織的砂輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、非金屬軟材的砂輪不易堵塞

25、，適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料（磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼等），可獲得較料和熱敏性材料（磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼等），可獲得較小的表面粗糙度值。小的表面粗糙度值。一般選中等組織的砂輪。一般選中等組織的砂輪。砂輪的材料砂輪的材料：氧化物氧化物（剛玉）（剛玉）鋼類；鋼類；碳化物碳化物（碳化（碳化硅、碳化硼）硅、碳化硼）鑄鐵、硬質(zhì)合金；鑄鐵、硬質(zhì)合金；高硬度材料高硬度材料（人造金（人造金剛石、六方碳化硼）剛石、六方碳化硼）精密磨削，成本高。精密磨削，成本高。鋁、銅鋁、銅合金等軟材料合金等軟材料易堵塞砂輪易堵塞砂輪，比較難磨。，比較難磨。塑性大、導(dǎo)熱性差塑性大、導(dǎo)熱性差的的耐熱合金耐熱合金易使砂粒早

26、期崩落，導(dǎo)致磨易使砂粒早期崩落，導(dǎo)致磨削表面粗糙度值增大。削表面粗糙度值增大。 粗糙度與工件材質(zhì)有關(guān)的因素粗糙度與工件材質(zhì)有關(guān)的因素 包括材料的包括材料的硬度硬度、塑性、塑性、導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性等等。1、不選擇切削用量，只限定壓強(qiáng)和加工時(shí)間；2、無(wú)需精密機(jī)床；3、降低表面粗糙度效果明顯，提高精度不明顯；4、加工余量小超精加工方法介紹超精加工方法介紹超精研超精研、研磨、研磨、珩磨珩磨、拋光拋光超精加工的共同特點(diǎn)超精加工的共同特點(diǎn)：（一）超精研（一）超精研1、工作原理：、工作原理：采用細(xì)粒度的磨條在一定壓力和切削速度采用細(xì)粒度的磨條在一定壓力和切削速度下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)表面進(jìn)行光整加工。下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)表面進(jìn)

27、行光整加工。 加工運(yùn)動(dòng)：加工運(yùn)動(dòng)：A、工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；B、磨條軸向進(jìn)磨條軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)給運(yùn)動(dòng);C、磨條高速往復(fù)振動(dòng)磨條高速往復(fù)振動(dòng)。2、切削過(guò)程：可分為四個(gè)階段、切削過(guò)程：可分為四個(gè)階段（1）強(qiáng)烈切削階段：強(qiáng)烈切削階段：少數(shù)波峰上壓強(qiáng)很大，切削作用少數(shù)波峰上壓強(qiáng)很大，切削作用劇烈。劇烈。（2）正常切削階段：正常切削階段：接觸面積增大，接觸壓強(qiáng)減小，接觸面積增大，接觸壓強(qiáng)減小，切削作用減弱。切削作用減弱。（3）微弱切削階段：微弱切削階段：接觸面積進(jìn)一步增大，接觸壓強(qiáng)接觸面積進(jìn)一步增大，接觸壓強(qiáng)進(jìn)一步減小，磨條起拋光作用。進(jìn)一步減小，磨條起拋光作用。（4）停止切削階段：停止切削階段

28、：工件被研平，接觸壓強(qiáng)很小，磨工件被研平，接觸壓強(qiáng)很小，磨條與工件之間形成油膜，切削停止。條與工件之間形成油膜，切削停止。（二）研磨（二）研磨研磨可以達(dá)到很高的精度和表面質(zhì)量。研磨可以達(dá)到很高的精度和表面質(zhì)量?；驹砘驹恚和ㄟ^(guò)介于工件和硬質(zhì)研具之間的磨料或研磨液通過(guò)介于工件和硬質(zhì)研具之間的磨料或研磨液的流動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械摩擦和化學(xué)作用去除微小加工余量。的流動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械摩擦和化學(xué)作用去除微小加工余量。研磨加工原理示意圖研磨加工原理示意圖研磨液研磨液游游離的離的磨粒磨粒1、研磨特點(diǎn)：、研磨特點(diǎn)：（1）研具較軟，以鑄鐵、塑料、硬木制成。研具較軟，以鑄鐵、塑料、硬木制成。（2）磨料中混有化學(xué)物質(zhì)，機(jī)械與

29、化學(xué)作用同時(shí)進(jìn)行，磨磨料中混有化學(xué)物質(zhì)，機(jī)械與化學(xué)作用同時(shí)進(jìn)行，磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，保證均勻性。粒運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，保證均勻性。（3）加工表面質(zhì)量高。加工表面質(zhì)量高。2、研具：、研具：磨具應(yīng)軟硬適當(dāng)磨具應(yīng)軟硬適當(dāng), ,組織均勻。粗研采用銅、鋁，精組織均勻。粗研采用銅、鋁，精研采用鑄鐵。研采用鑄鐵。3、研磨劑、研磨劑：研磨劑為研磨劑為磨料與油脂磨料與油脂的混合劑。的混合劑。 磨料種類：磨料種類：金剛石微粉金剛石微粉, ,碳化硅碳化硅, ,氧化鋁等。氧化鋁等。 油脂種類：油脂種類：油酸油酸, ,凡士林凡士林, ,變壓器油變壓器油 - - 起調(diào)和磨料，防起調(diào)和磨料，防 化學(xué)腐蝕作用?；瘜W(xué)腐蝕作用。4、研磨

30、參數(shù)、研磨參數(shù)（1）磨料粒度：）磨料粒度：粒度粒度，則，則粗糙度粗糙度 ，效率效率 。（2）研磨速度：）研磨速度：一般研磨速度一般研磨速度0.5m/s， 精研速度精研速度0.16m/s。（3）研磨余量：）研磨余量：手工研磨余量手工研磨余量10m， 機(jī)械研磨余量機(jī)械研磨余量 W W振入振入 振動(dòng)系統(tǒng)在各主振模態(tài)間互相耦合，互相關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的自激振動(dòng)，稱振動(dòng)系統(tǒng)在各主振模態(tài)間互相耦合，互相關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的自激振動(dòng)，稱振型耦合型振型耦合型顫振。顫振。yz（2 2）振型耦合原理）振型耦合原理實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)一般都是多自由度系統(tǒng)。式中式中 Ay y向振幅向振幅 Az z向振幅向

31、振幅 z向相對(duì)于向在主振頻率向相對(duì)于向在主振頻率上的相上的相位差。位差。圖4-32 振型耦合型顫振原理示意圖（3 3）負(fù)摩擦原理）負(fù)摩擦原理 圖圖4-34可知，在某些速度區(qū)段內(nèi)，切削力可知，在某些速度區(qū)段內(nèi)，切削力Fy隨切削速度隨切削速度v增加而減小，具有下降特性增加而減小，具有下降特性。圖圖4-35（a）所示的車床刀架在所示的車床刀架在y y方向上的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)：方向上的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)：當(dāng)?shù)都苡捎谕饨缗既桓蓴_在當(dāng)?shù)都苡捎谕饨缗既桓蓴_在y方向上作振動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切方向上作振動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切屑相對(duì)于刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度屑相對(duì)于刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度（vo-y）與振動(dòng)位移與振動(dòng)位移y的的關(guān)系，關(guān)系，如圖如圖4-354-3

32、5（b）。因而，振出階段的力總是大于。因而，振出階段的力總是大于振入階段的力，即振入階段的力，即F振出振出F振入振入，如圖如圖4-354-35（c c）。故加工故加工系統(tǒng)有自己振動(dòng)產(chǎn)生。系統(tǒng)有自己振動(dòng)產(chǎn)生。這種由于切削過(guò)程中存在負(fù)摩這種由于切削過(guò)程中存在負(fù)摩擦特性而產(chǎn)生的自己振動(dòng)，稱為擦特性而產(chǎn)生的自己振動(dòng)，稱為摩擦型顫振摩擦型顫振。振出4.4.4 機(jī)械加工中振動(dòng)的控制機(jī)械加工中振動(dòng)的控制（1）受迫振動(dòng)的診斷方法）受迫振動(dòng)的診斷方法 消除或減弱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的條件；消除或減弱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的條件； 改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 采取各種

33、消振減振裝置。采取各種消振減振裝置。機(jī)械加工中控制振動(dòng)的途徑機(jī)械加工中控制振動(dòng)的途徑基本途徑基本途徑 測(cè)出振動(dòng)的頻率，判斷性質(zhì)。測(cè)出振動(dòng)的頻率，判斷性質(zhì)。受迫振動(dòng)的頻受迫振動(dòng)的頻 率與激振力頻率相等或是它的整數(shù)倍。率與激振力頻率相等或是它的整數(shù)倍。 a 簡(jiǎn)單方法簡(jiǎn)單方法：數(shù)出工件表面的波紋數(shù)，然后根據(jù)切削速度數(shù)出工件表面的波紋數(shù)，然后根據(jù)切削速度計(jì)算出振動(dòng)頻率。計(jì)算出振動(dòng)頻率。 b 較完善的方法：較完善的方法： 對(duì)機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率譜分析、功對(duì)機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率譜分析、功率譜中的尖峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率就是機(jī)床振動(dòng)的主要頻率。率譜中的尖峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率就是機(jī)床振動(dòng)的主要頻率。測(cè)定振動(dòng)頻率的方法測(cè)

34、定振動(dòng)頻率的方法 對(duì)于對(duì)于高轉(zhuǎn)速（高轉(zhuǎn)速（600r600rminmin以上）零件，如砂輪、卡盤、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以上）零件，如砂輪、卡盤、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子及刀盤等，及刀盤等，必須進(jìn)行平衡以減小和消除激振力必須進(jìn)行平衡以減小和消除激振力； 提高帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及其他傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如采提高帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及其他傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如采用完善的帶接頭、以斜齒輪或人字齒輪代替直齒輪等；用完善的帶接頭、以斜齒輪或人字齒輪代替直齒輪等； 使動(dòng)力源與機(jī)床本體放在兩個(gè)分離的基礎(chǔ)上。使動(dòng)力源與機(jī)床本體放在兩個(gè)分離的基礎(chǔ)上。（2）消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件）消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件 減小激振力減小激振

35、力 調(diào)整振源頻率調(diào)整振源頻率 在選擇轉(zhuǎn)速時(shí)，盡可能使引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源的頻率在選擇轉(zhuǎn)速時(shí)，盡可能使引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源的頻率避開共振區(qū)避開共振區(qū)。使工藝系統(tǒng)部件在準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)或慣性區(qū)運(yùn)行，以免發(fā)生共振。使工藝系統(tǒng)部件在準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)或慣性區(qū)運(yùn)行，以免發(fā)生共振。 采取隔振措施采取隔振措施隔振方式隔振方式主動(dòng)隔振主動(dòng)隔振 阻止機(jī)床振源通過(guò)地基外傳；阻止機(jī)床振源通過(guò)地基外傳；被動(dòng)隔振被動(dòng)隔振 阻止外干擾力通過(guò)地基傳給機(jī)床阻止外干擾力通過(guò)地基傳給機(jī)床。 不論哪種隔振方式，都是用彈性隔振裝置將需防振的機(jī)床不論哪種隔振方式，都是用彈性隔振裝置將需防振的機(jī)床或部件與振源之間分開，使大部分振動(dòng)被吸收，從而達(dá)到減小或部件與

36、振源之間分開，使大部分振動(dòng)被吸收，從而達(dá)到減小振源危害的目的。振源危害的目的。常用的隔振材料：常用的隔振材料：橡皮、橡皮、金屬?gòu)椈山饘購(gòu)椈?、空氣彈簧空氣彈簧、泡沫泡沫、乳膠乳膠、 軟木軟木、礦渣棉礦渣棉、木屑、木屑等。等。2. 消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件切削進(jìn)給量和切削深度與切削進(jìn)給量和切削深度與振幅的關(guān)系曲線表明，選振幅的關(guān)系曲線表明，選較大的進(jìn)給量和較小的切較大的進(jìn)給量和較小的切削深度有利于減小振動(dòng)。削深度有利于減小振動(dòng)。（1）合理選擇切削用量）合理選擇切削用量 從切削速度與振幅的關(guān)系曲線，可看從切削速度與振幅的關(guān)系曲線，可看出在低速或高速切削時(shí)，振動(dòng)較小。出

37、在低速或高速切削時(shí)，振動(dòng)較小。 （2）合理選擇刀具幾何參數(shù)）合理選擇刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中對(duì)振動(dòng)影響最大的是刀具幾何參數(shù)中對(duì)振動(dòng)影響最大的是主偏角主偏角和和前角前角。 主偏角主偏角增大，則垂直于加工表增大，則垂直于加工表面方向的切削分力減小，實(shí)際切削面方向的切削分力減小，實(shí)際切削寬度減小，故不易產(chǎn)生自振。寬度減小，故不易產(chǎn)生自振。如左圖所示如左圖所示，前角越大，切削前角越大，切削力越小，振幅也小。力越小，振幅也小。 如上圖所示，如上圖所示，主偏角主偏角9090o o時(shí)，振時(shí)，振幅最??；主偏角幅最?。恢髌?9090o o，振幅增大，振幅增大。305 適當(dāng)減小刀具適當(dāng)減小刀具后角后角(a(a

38、0 02 2o o 3 3o o) )，可以增大工件和刀具后刀面，可以增大工件和刀具后刀面之間的摩擦阻尼；之間的摩擦阻尼； 在后刀面磨出帶有負(fù)后角的在后刀面磨出帶有負(fù)后角的消振棱消振棱，如圖所示。，如圖所示。（3）增加切削阻尼）增加切削阻尼3. 增強(qiáng)工藝系統(tǒng)抗振性和穩(wěn)定性的措施增強(qiáng)工藝系統(tǒng)抗振性和穩(wěn)定性的措施 首先首先要提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，合理配置剛度主軸要提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，合理配置剛度主軸的位置，使小剛度主軸位于切削力和加工表面法線方向的夾角的位置，使小剛度主軸位于切削力和加工表面法線方向的夾角范圍之外。如調(diào)整主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)的間隙，合理改變機(jī)床范圍之外。如調(diào)整主軸系統(tǒng)、

39、進(jìn)給系統(tǒng)的間隙，合理改變機(jī)床的結(jié)構(gòu)，減小工件和刀具安裝中的懸伸長(zhǎng)，車刀反裝切削等。的結(jié)構(gòu)，減小工件和刀具安裝中的懸伸長(zhǎng)，車刀反裝切削等。（1）提高工藝系統(tǒng)的剛度）提高工藝系統(tǒng)的剛度 其次其次是減輕工藝系統(tǒng)中各構(gòu)件的質(zhì)量，因?yàn)橘|(zhì)量小的構(gòu)件是減輕工藝系統(tǒng)中各構(gòu)件的質(zhì)量，因?yàn)橘|(zhì)量小的構(gòu)件在受動(dòng)載荷作用時(shí)慣力小。在受動(dòng)載荷作用時(shí)慣力小。圖圖4-42 削扁鏜桿削扁鏜桿 工藝系統(tǒng)的阻尼主要來(lái)自零部件材料的內(nèi)阻尼、結(jié)合面工藝系統(tǒng)的阻尼主要來(lái)自零部件材料的內(nèi)阻尼、結(jié)合面上的摩擦阻尼以及其他附加阻尼。上的摩擦阻尼以及其他附加阻尼。 （2）增大系統(tǒng)的阻尼）增大系統(tǒng)的阻尼 選用阻尼比大的材料制造零件；把高阻尼選用阻尼比大的材料制造零件；把高阻尼的材料附加到零件上去。如圖所示的的材料附加到零件上去。如圖所示的薄壁封砂薄壁