機械加工表面質量及其控制第3章

1、123456789101112131415161718192021222324252627無氧銅鏡面三維形貌及表面輪廓曲線2829加工紋理方向及其符號標注3031加工變質層模型 323334353637383940Ra（m）初始磨損量重載荷輕載荷表面粗糙度與初始磨損量關系冷硬程度磨損量T7A鋼冷硬程度與耐磨性關系41424344454647q積屑瘤和切削表面塑性變形48q積屑瘤和切削表面塑性變形49q積屑瘤和切削表面塑性變形50q積屑瘤和切削表面塑性變形51切削45鋼時切削速度與粗糙度關系100120v/（mmin-1）020406080140表面粗糙度Rz/m481216202428積屑瘤高

2、度 h/m 0200400600hRzq積屑瘤和切削表面塑性變形52q積屑瘤和切削表面塑性變形53q積屑瘤和切削表面塑性變形54q積屑瘤和切削表面塑性變形55q積屑瘤和切削表面塑性變形56575859606162從幾何因素和塑性變形兩方面影響磨削用量對表面粗糙度的影響vw = 40m/minf = 2.36m/minap = 0.01mmv = 50m/sf = 2.36m/minap = 0.01mmv/(ms-1),vw/(mmin-1)Ra/m0304050600.51.0a）ap/mm00.010.40.8Ra/m00.20.60.020.030.04b）光磨次數(shù)-Ra關系Ra/m01

3、020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細粒度砂輪(WA/GCW14KB)6364工件驅動箱放大器處理器記錄器顯示器觸針傳感器觸針法工作原理656667686970干涉顯微鏡測量原理1光源 2、10、15聚光鏡 3濾色片 4光闌 5透鏡 6、9物鏡 7分光鏡 8補償鏡 10、14、16反射鏡 12目鏡 13透光窗71表面三維形貌測量與處理系統(tǒng)原理圖1驅動 2撞塊 3電觸點 4觸針 5工作臺 6工件 7步進電機 8控制電路 9驅動電路 10放大電路 11A/D變換器 12微機 13顯示器 14打印機72TOPO移相干涉顯微鏡光學原理圖1光源 2、4、12透鏡 3視場光

4、闌 6干涉濾光片 7CCD面陣探測器 8輸出信號 9目鏡 10分光鏡 11壓電陶瓷 13反射鏡 14參考基準板 15分光板 16被測工件73表面微觀形貌a）表面形貌干涉條紋 b）表面三維形貌a）b）),(4),(22/),(),(),(),(),(tan),(31241yxyxyxZyxIyxIyxIyxIyx相位值：輪廓高度：747576777879加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度加工表面嚴重變形層內金屬晶格拉長、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化加工表面金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有弱化的潛在趨勢式中 HV 硬化層顯微硬度（HV）； HV0 基體層顯微硬度（HV）。%10000HVHVHVN80

5、81莫氏硬度計 82洛氏硬度計 83洛氏硬度計 84洛氏硬度計 85布氏硬度計 86布氏硬度計 87維氏硬度計 88維氏硬度計 89努氏硬度計 90顯微硬度計 91巴氏硬度計 92巴氏硬度計 93肖（邵）氏硬度計 94里氏硬度計 95水果硬度計 96土壤硬度計 97乒乓球硬度？ 300mm,230mm 98切削用量影響刀具影響00.20.40.60.81.0磨損寬度VBmm100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40m/min f = 0.120.2mm/z后刀面磨損對冷硬影響工件材料f 和 v 對冷硬的影響硬度(HV)0f /(mm r-1)0.20.40.60.8v =170m

6、/min135m/min100m/min 50m/min100200300400工件材料：45鋼99磨削用量砂輪工件材料磨削深度對冷硬的影響ap/mm硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削100表層顯微硬度HV硬化層深度測量101102103104105106工件表層溫度達到或超過金屬材料相變溫度時，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應力產(chǎn)生，同時出現(xiàn)彩色氧化膜磨削表面殘余拉應力達到材料強度極限，在表層或表面層下產(chǎn)生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，常與燒傷同時出現(xiàn) 107108109110111112113f 對殘余應力的影響工件

7、：45鋼，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應力/GPa0.2000.2001 00200300400距離表面深度/m f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/rvc 對殘余應力的影響o=5,o=5,r=75,r=0.8mm,工件：45鋼切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距離表面深度/m殘余應力/GPa-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min114115 116117118 119 120滾壓加工原理圖珠丸擠壓引起殘余應力 壓縮拉伸塑性

8、變形區(qū)域121122v 影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產(chǎn)生波度v 影響生產(chǎn)效率 v 加速刀具磨損，易引起崩刃v 影響機床、夾具的使用壽命v 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康v 工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復力來維持的振動稱為自由振動。v 由于系統(tǒng)中存在阻尼，自由振動將逐漸衰弱，對加工影響不大。自由振動強迫振動自激振動123v 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起v 強迫振動振源：機外機內v 頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)v 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動態(tài)特性有關。當干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時，產(chǎn)生共振v 相角特征：強迫

9、振動位移的變化在相位上滯后干擾力一個角，其值與系統(tǒng)的動態(tài)特性及干擾力頻率有關124自激振動系統(tǒng)能量關系A B C能量EQEE0振幅電動機(能源)交變切削力F(t)振動位移X(t)自激振動閉環(huán)系統(tǒng)機床振動系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調節(jié)系統(tǒng)（切削過程）125再生原理126再生原理再生自激振動原理圖f切入切出y0ya）b）y0y切入切出fc）fy0y切入切出d）切入切出fy0ya）b）c）系統(tǒng)無能量獲得；d）y 滯后于y0，即 0- ，此時切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出時切削力所作正功（獲得能量）大于切入時所作負功，系統(tǒng)有能量獲得，產(chǎn)生自激振動127振型耦合原理128負摩擦原理129切削力滯后原理v

10、Fpkc振出振入xFp130強迫振動診斷依據(jù)強迫振動診斷步驟131診斷參數(shù)相位差相位差測量與計算JJnfJz60 為控制診斷要領132診斷參數(shù)y 向振動相對于 x 向振動的相位差診斷要領相位差測量與計算x(t) 與 y(t) 的互功率譜密度函數(shù)Sxy()在主振頻率成分上的相位值獲得133工作條件與測試裝置工作條件測試裝置134診斷過程與診斷結果切削試驗與空轉試驗空轉信號自譜圖車削過程振動信號自譜圖自譜圖分析135互譜相頻特性及凝聚函數(shù)x 向振動信號頻率細化互譜分析判定自激振動類型9987. 02xy136減小機內干擾力的幅值調整振源的頻率：式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率隔振常用隔振材料有橡皮、金屬彈簧、空氣彈簧、泡沫乳膠、軟木、礦渣棉、木屑等0.25nfff137減小切削或磨削時的重疊系數(shù)式中 bd 等效切削寬度，即本次切削實際切到上次切削殘留振紋 在垂直于振動方向投影寬度； b 本次切削在垂直于振動方向上的切削寬度； B , fa 砂輪寬度與軸向進給量。 重疊系數(shù)apfaB振動方向XDfbbda）切削b）磨削rr，dabBfbB（切削）（磨削）138調整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置x2x2x1x1x1x1x2x2兩種尾座結構增