第二章表面質量

1、11222.1 概概 述述2.2 加工對表面質量的各種影響加工對表面質量的各種影響2.3 影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制2.4 機械加工中的振動機械加工中的振動2.5 超精研、研磨、珩磨、拋光超精研、研磨、珩磨、拋光第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 3 零件的機械加工質量包括機械加工精度和表面零件的機械加工質量包括機械加工精度和表面加工質量。機械加工后的零件表面存在著不同程度加工質量。機械加工后的零件表面存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。影響機械的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。影響機械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗

2、腐蝕性和疲勞零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命。強度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命。返回第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 42.2 2.2 加工對表面質量的各種影響加工對表面質量的各種影響 2.2.1 2.2.1 表面質量的含義表面質量的含義 2.2.2 2.2.2 表面質量對零件使用性能的影響表面質量對零件使用性能的影響第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 5零零件件表表面面質質量量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力學性能的變化表面物理力學性能的變化表面微觀幾何形狀特征表面微觀幾何形狀特征表面層冷作硬化表

3、面層冷作硬化表面層殘余應力表面層殘余應力表面層金相組織表面層金相組織的變化的變化2.2.1 2.2.1 表面質量的含義表面質量的含義第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 6返回圖圖2-1 2-1 加工表面形狀誤差、表明波度與粗糙度加工表面形狀誤差、表明波度與粗糙度 第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量2.2.1 2.2.1 表面質量的含義表面質量的含義 72.2.2 2.2.2 表面質量對零件使用性能的影響表面質量對零件使用性能的影響零件表面質量零件表面質量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性適度冷硬能提高耐磨性對疲勞強對疲勞強度的影響度

4、的影響對耐磨性對耐磨性影響影響對耐腐蝕性對耐腐蝕性能的影響能的影響對工作精對工作精度的影響度的影響粗糙度越大，疲勞強度越差粗糙度越大，疲勞強度越差適度冷硬、殘余壓應力能提高適度冷硬、殘余壓應力能提高疲勞強度疲勞強度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低殘余應力越大，工作精度降低殘余應力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應力提高耐腐蝕性，拉應力壓應力提高耐腐蝕性，拉應力降低耐腐蝕性降低耐腐蝕性第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 8（1 1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響）表面粗糙度對零件耐磨性的影響 圖圖2-2 2-2 表面粗糙度與初期磨損

5、量的關系表面粗糙度與初期磨損量的關系 1 1 表面質量對零件耐磨性的影響表面質量對零件耐磨性的影響圖圖2-3 2-3 表面粗糙度太大和太小表面粗糙度太大和太小2.2.2 2.2.2 表面質量對零件使用性能的影響表面質量對零件使用性能的影響第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量（2 2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響 加工表面的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性，但并非加工表面的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性，但并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。 9 2 2 表面質量對零件疲勞強度的影響表面質量對零件疲勞強度的影

6、響 （1）表面粗糙度對零件疲勞強度的影響）表面粗糙度對零件疲勞強度的影響 （2）表面層冷作硬化與殘余應力對零件疲勞強度的影響）表面層冷作硬化與殘余應力對零件疲勞強度的影響2.2.2 2.2.2 表面質量對零件使用性能的影響表面質量對零件使用性能的影響第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 3 3 表面質量對零件工作精度的影響表面質量對零件工作精度的影響 （1）表面粗糙度對零件配合精度的影響）表面粗糙度對零件配合精度的影響 （2）表面殘余應力對零件工作精度的影響）表面殘余應力對零件工作精度的影響 104 4 表面質量對零件耐腐蝕性能的影響表面質量對零件耐腐蝕性能的影響 （1）表面粗糙度

7、對零件耐腐蝕性能的影響）表面粗糙度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，凹谷越深，滲零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強烈，見圖透與腐蝕作用越強烈，見圖2-42-4。 （2）表面殘余應力對零件耐腐蝕性能的影響）表面殘余應力對零件耐腐蝕性能的影響 殘余壓應力使零件表面緊密，腐蝕性物質不易進入，可增殘余壓應力使零件表面緊密，腐蝕性物質不易進入，可增強零件的耐腐蝕性。強零件的耐腐蝕性。 殘余拉應力則降低零件耐腐蝕性。殘余拉應力則降低零件耐腐蝕性。 2.2.2 2.2.2 表面質量對零件使用性能的影響表面質量對零件使用性能的影響返回圖圖2-4 2-

8、4 零件表面的腐蝕狀況零件表面的腐蝕狀況第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 112.3 2.3 影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制 2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因 2.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度 2.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因影響表面層物理力學性能的主要因素及控制素及控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 121 1 幾何因素幾何因素刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r主偏角主偏角kr、副偏角副偏角kr進給量進給量f圖圖2-5 2-5

9、車削、刨削時殘留面積高度車削、刨削時殘留面積高度 進給量進給量f f、刀具主偏角、刀具主偏角KK、副偏角、副偏角KK、刀尖角半徑、刀尖角半徑r r都直都直接影響表面粗糙度，見圖接影響表面粗糙度，見圖2-52-5。2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 13（2 2）切削速度的影響）切削速度的影響 加工塑性材料時，切削速度加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響如對表面粗糙度的影響如圖圖2-62-6所示所示。選擇低速寬刀精切和高速精切，。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可以得到較小的表

10、面粗糙度 （4 4）其它因素的影響）其它因素的影響 合理使用冷卻潤滑液，適當增合理使用冷卻潤滑液，適當增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質量大刀具的前角，提高刀具的刃磨質量等，均能減小表面粗糙度。等，均能減小表面粗糙度。（3 3）進給量的影響）進給量的影響 減小進給量減小進給量f可以減小表面粗糙度可以減小表面粗糙度值，但進給量過小，表面粗糙度會有增值，但進給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢（大的趨勢（圖圖2-72-7）韌性材料：韌性愈好，塑性變形愈大，加工表韌性材料：韌性愈好，塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，常在粗加工或精加工前安

11、排正火或調質處理。常在粗加工或精加工前安排正火或調質處理。脆性材料：切屑崩碎易在加工表面殘留，使表脆性材料：切屑崩碎易在加工表面殘留，使表面粗糙面粗糙。（1 1）工件材料的影響）工件材料的影響2 2 物理力學因素物理力學因素2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因返回 14 圖圖2-6 2-6 加工塑性材料時切削加工塑性材料時切削 速度對表面粗糙度的影響速度對表面粗糙度的影響2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因返回 圖圖2-7 2-7 進給量對表面粗糙度的影響進給量對表面粗糙度的影響第第2 2章章 機械加工表面

12、質量機械加工表面質量 15影響切削加工表面影響切削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質量刀具材料、刃磨質量切削用量切削用量工件材料工件材料殘留面積殘留面積 Ra前角前角 Ra后角后角摩擦摩擦Ra刃傾角會影響實際工作前角刃傾角會影響實際工作前角 v Raf Raap對對Ra影響不大，太小會打影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面滑，劃傷已加工表面材料塑性材料塑性 Ra同樣材料晶粒組織大同樣材料晶粒組織大 Ra，常用正火、調質處理常用正火、調質處理刀具材料強度刀具材料強度 Ra刃磨質量刃磨質量 Ra冷卻、潤滑冷卻、潤滑 Ra2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙

13、度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因返回第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 162.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度1 1 磨削中影響粗糙度的幾何因素磨削中影響粗糙度的幾何因素（1 1）砂輪的磨粒）砂輪的磨粒 一般磨料的粒度用粒一般磨料的粒度用粒度號表示，每英寸長度上度號表示，每英寸長度上的網(wǎng)眼個數(shù)為粒度號，例的網(wǎng)眼個數(shù)為粒度號，例80#，60#微粉用最大微粉用最大顆粒的最大尺寸的微米數(shù)顆粒的最大尺寸的微米數(shù)表示，例表示，例W28、W14。 工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的刻痕形成的。細的刻痕

14、形成的。第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 17 砂輪轉速越高，單位時砂輪轉速越高，單位時間內通過被磨表面的磨粒數(shù)間內通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小越多，表面粗糙度值就越小。工件的轉速增大，通過加。工件的轉速增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因此工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面粗糙度值增大。表面粗糙度值增大。 （3 3）磨削用量）磨削用量（2 2）砂輪修整）砂輪修整 使砂輪具有正使砂輪具有正確幾何形狀，也使確幾何形狀，也使砂輪工作表面形成砂輪工作表面形成排列整齊又銳利的排列整齊又銳利的微刃（圖微刃（圖2-8）。）。2.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙

15、度 圖圖2-8 2-8 砂輪修整微刃砂輪修整微刃第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 182 2 磨削中影響粗糙度的物理因素磨削中影響粗糙度的物理因素（1 1）磨削用量）磨削用量 砂輪的轉速砂輪的轉速 材料塑性變形材料塑性變形 表面粗糙度值表面粗糙度值 磨削深度磨削深度、工件速度工件速度 塑性變形塑性變形 表面粗糙度表面粗糙度 （2 2）工件材料）工件材料太硬易使磨粒磨鈍太硬易使磨粒磨鈍 Ra ；太軟容易堵塞砂輪太軟容易堵塞砂輪Ra ；韌性太大，熱導率差會使磨粒早期崩韌性太大，熱導率差會使磨粒早期崩 落落Ra 。2.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第2 2

16、章章 機械加工表面質量機械加工表面質量3 3 砂輪五大要素砂輪五大要素粒度越細，磨削的表面粗糙度值粒度越細，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細時，砂輪易被越小。但磨粒太細時，砂輪易被磨屑堵塞，使加工表面塑性變形磨屑堵塞，使加工表面塑性變形增大。增大。硬度是指磨粒在磨削力的作硬度是指磨粒在磨削力的作用下從砂輪上脫落的難易程用下從砂輪上脫落的難易程度。砂輪太硬太軟，都使磨度。砂輪太硬太軟，都使磨削作用減弱。削作用減弱。砂輪磨料主要有：氧化物砂輪磨料主要有：氧化物(剛玉剛玉)砂輪適用于磨削鋼類零件；碳化砂輪適用于磨削鋼類零件；碳化物物(碳化硅、碳化棚碳化硅、碳化棚)砂輪適于磨砂輪適于磨削鑄鐵、硬質合

17、金等材料。削鑄鐵、硬質合金等材料。組織是指磨粒、結合劑和氣孔的組織是指磨粒、結合劑和氣孔的比例關系。緊密組織中的磨粒比比例關系。緊密組織中的磨粒比例大，氣孔小，在成形磨削和精例大，氣孔小，在成形磨削和精密磨削時，能獲得高精度和較小密磨削時，能獲得高精度和較小的表面粗糙度值。疏松組織的砂的表面粗糙度值。疏松組織的砂輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料非金屬軟材料和熱敏性材料(不不銹鋼、耐熱鋼等銹鋼、耐熱鋼等)，可獲得較小，可獲得較小的表面粗糙度值。的表面粗糙度值。將磨料粘結在一起，給砂輪以強將磨料粘結在一起，給砂輪以強度和形狀的材料被稱為結合劑，度和形

18、狀的材料被稱為結合劑，主要有陶瓷結合劑、樹脂結合劑、主要有陶瓷結合劑、樹脂結合劑、橡膠結合劑、金屬結合劑。橡膠結合劑、金屬結合劑。 20影響磨削加工表影響磨削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素粒度粒度Ra 金剛石筆鋒利金剛石筆鋒利，修正導程、修正導程、 徑向進給量徑向進給量 Ra磨粒等高性磨粒等高性Ra硬度硬度鈍化磨粒脫落鈍化磨粒脫落Ra硬度硬度磨粒脫落磨粒脫落Ra硬度合適、自勵性好硬度合適、自勵性好Ra太硬、太軟、韌性差、導熱性差太硬、太軟、韌性差、導熱性差 Ra 砂輪砂輪V Raap工件工件V 塑變塑變 Ra粗磨粗磨ap生產(chǎn)率生產(chǎn)率精磨精磨ap Ra(ap=0光磨光磨) 工件材料性質工件材

19、料性質砂輪修正砂輪修正磨削用量磨削用量砂輪硬度砂輪硬度2.3.22.3.2磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度返回第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量砂輪粒度砂輪粒度 212.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制表面物理力學性能表面物理力學性能金相組織變化因素金相組織變化因素顯微硬度因素顯微硬度因素殘余應力因素殘余應力因素塑變引起的冷硬塑變引起的冷硬金相組織變化引起金相組織變化引起的硬度變化的硬度變化冷塑性變形冷塑性變形熱塑性變形熱塑性變形金相組織變化金相組織變化切削熱切削熱第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量

20、 22 刀具幾何形狀的影響刀具幾何形狀的影響 切削用量的影響切削用量的影響 工件材料性能的影響工件材料性能的影響切削刃切削刃 r、前角前角、后面磨損量、后面磨損量 表層金屬的塑變加劇表層金屬的塑變加劇冷硬冷硬 切削速度切削速度v塑變塑變冷硬冷硬 f切削力切削力塑變塑變冷硬冷硬 材料塑性材料塑性冷硬冷硬1 1 影響表面層加工硬化的因素影響表面層加工硬化的因素2.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 23磨削燒傷磨削燒傷：磨削加工時，表面層有很高的溫度，當溫度達到相磨削加工時，表面層有很高的

21、溫度，當溫度達到相變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強度和硬度降低、變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋。產(chǎn)生殘余應力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋。磨削燒傷的三種形式磨削燒傷的三種形式 淬火燒傷淬火燒傷回火燒傷回火燒傷退火燒傷退火燒傷3 3 表面層金相組織變化與磨削燒傷表面層金相組織變化與磨削燒傷2.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制2 2 表面層殘余應力表面層殘余應力（1 1）冷態(tài)塑變（）冷態(tài)塑變（2 2）熱態(tài)塑變（）熱態(tài)塑變（3 3）金相組織變化）金相組織變化第第2 2章章 機械加工

22、表面質量機械加工表面質量 24磨削用量磨削用量砂輪與工件材料砂輪與工件材料改善冷卻條件改善冷卻條件1 1）砂輪轉速）砂輪轉速 磨削燒傷磨削燒傷2 2）徑向進給量徑向進給量f fp p 磨削燒傷磨削燒傷3 3） 軸向進給量軸向進給量f fa a磨削燒傷磨削燒傷4 4）工件速度）工件速度v vw w磨削燒傷磨削燒傷1)磨削時，磨粒的切削刃口鋒利磨削時，磨粒的切削刃口鋒利，見圖見圖2-92-9磨削力磨削力磨削區(qū)的溫度磨削區(qū)的溫度磨削燒傷磨削燒傷2)材料的磨削導熱性材料的磨削導熱性 (耐熱鋼、軸承耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼鋼、不銹鋼) 磨削燒傷磨削燒傷3)應合理選擇砂輪的硬度、結合劑和應合理選擇砂輪的硬度

23、、結合劑和組織組織磨削燒傷磨削燒傷 采用內冷卻法采用內冷卻法 磨削燒傷磨削燒傷，見圖見圖2-102-10 采用開槽砂輪采用開槽砂輪間斷磨削間斷磨削受熱受熱磨削燒傷磨削燒傷，見圖見圖2-112-114 4 影響磨削燒傷的因素及改善途徑影響磨削燒傷的因素及改善途徑2.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 251 1錐形蓋錐形蓋 2 2通道孔通道孔 3 3砂輪中心孔砂輪中心孔 4 4有徑向小孔的薄壁套有徑向小孔的薄壁套圖圖2-102-10 內冷卻裝置內冷卻裝置a a 槽均勻分布槽均勻分布 b

24、b 槽均勻分布槽均勻分布 圖圖2-11 2-11 開槽砂輪開槽砂輪2-82-82.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制圖圖2-9 2-9 砂輪工作表面修整后的砂粒微刃砂輪工作表面修整后的砂粒微刃返回第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 26 形成壓應力的方法：形成壓應力的方法： 常用的方法有滾壓、噴丸、高頻淬火、滲碳、滲氮、氰化等。常用的方法有滾壓、噴丸、高頻淬火、滲碳、滲氮、氰化等。滾壓深度一般滾壓深度一般0.030.030.1mm0.1mm，滾壓次數(shù)不超過，滾壓次數(shù)不超過3 3次。滾輪可用次。滾輪可用W18Cr4VW1

25、8Cr4V、硬質合金等材料制成。硬度要求硬質合金等材料制成。硬度要求HRC60-64HRC60-64以上，也可用滾珠軸承代替。以上，也可用滾珠軸承代替。2.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制圖圖2-12 2-12 外表面滾壓工具外表面滾壓工具圖圖a 剛性滾壓工具剛性滾壓工具圖圖b 彈性滾壓工具彈性滾壓工具第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 27 噴丸強化是利用噴丸強化是利用壓縮空氣或離心力將壓縮空氣或離心力將大量快速運動大量快速運動的珠丸的珠丸（直徑（直徑0.040.84mm）打擊被加工工件打擊被加工工件表面，使工件表

26、面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應力，可顯著表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應力，可顯著提高零件的疲勞強度。提高零件的疲勞強度。 珠丸可是鑄鐵的，也可是切成小段的鋼絲。對于鋁珠丸可是鑄鐵的，也可是切成小段的鋼絲。對于鋁質工件，為避免表面殘留鐵質微粒而引起電解腐蝕，宜質工件，為避免表面殘留鐵質微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.24mm。 陶瓷噴丸陶瓷噴丸噴噴丸丸強強化化 282.3.3 2.3.3 影響表面層物理力學性能的主要因素及控制影響表面層物理力學性能的主要因素及控制返回圖圖2-13 2-13 常用的冷壓強化工藝方法常用的冷壓強化工藝方

27、法第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 292.4 2.4 機械加工中的振動機械加工中的振動 2.4.1 2.4.1 機械加工中的振動現(xiàn)象機械加工中的振動現(xiàn)象 2.4.2 2.4.2 機械加工中的強迫振動與控制機械加工中的強迫振動與控制 2.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機械加工中的自激振動與控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 30 振動會在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度振動會在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度 和表面質量；和表面質量； 振動會引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動會引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂

28、輪的磨損； 振動使機床連接部分松動，影響運動副工作性能，并導致振動使機床連接部分松動，影響運動副工作性能，并導致 機床喪失精度；機床喪失精度； 振動產(chǎn)生的噪聲，污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。振動產(chǎn)生的噪聲，污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。 1 1 振動對機械加工的影響振動對機械加工的影響2.4.1 2.4.1 機械加工中的振動現(xiàn)象機械加工中的振動現(xiàn)象第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 312 2 振動的種類及其主要特點振動的種類及其主要特點機械加工振動機械加工振動自激振動自激振動自由振動自由振動強迫振動強迫振動當系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破當系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破壞了其平衡狀態(tài)后

29、，系統(tǒng)僅靠壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復力來維持的振動稱為彈性恢復力來維持的振動稱為自由振動。自由振動。系統(tǒng)在周期性激振力持續(xù)作用系統(tǒng)在周期性激振力持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動，稱為強迫振動。下產(chǎn)生的振動，稱為強迫振動。激振力存在振動系統(tǒng)就不激振力存在振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減掉。（占會被阻尼衰減掉。（占35%)沒有周期性干擾力作用的情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)和維持的振的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振動。動，稱為自激振動。(占占65%)2.4.1 2.4.1 機械加工中的振動現(xiàn)象機械加工中的振動現(xiàn)象第第2 2章章 機械加工表面質量機

30、械加工表面質量 32 外部振源：沖床、鍛錘、粉碎機、空壓機、振源動造型機、外部振源：沖床、鍛錘、粉碎機、空壓機、振源動造型機、落砂機、飛機、載重汽車、火車、天車等。落砂機、飛機、載重汽車、火車、天車等。 高速旋轉部件不平衡：主軸、三爪夾盤、電機、工夾具系統(tǒng)、高速旋轉部件不平衡：主軸、三爪夾盤、電機、工夾具系統(tǒng)、齒輪、皮帶輪、萬向節(jié)、液壓系統(tǒng)等，見圖齒輪、皮帶輪、萬向節(jié)、液壓系統(tǒng)等，見圖2-14。 不連續(xù)切削產(chǎn)生交變負荷：刀齒不連續(xù)、加工表面不連續(xù)。不連續(xù)切削產(chǎn)生交變負荷：刀齒不連續(xù)、加工表面不連續(xù)。2.4.1 2.4.1 機械加工中的振動現(xiàn)象機械加工中的振動現(xiàn)象返回圖圖2-14 2-14 振動

31、振源振動振源第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 33 (1) 強迫振動是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但振動本身并不能引強迫振動是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但振動本身并不能引起干擾力的變化；起干擾力的變化； (2) 強迫振動的頻率總是與外界干擾力的頻率相同或是它的整數(shù)倍；強迫振動的頻率總是與外界干擾力的頻率相同或是它的整數(shù)倍； (3) 強迫振動的振幅大小在很大程度上取決于干擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率強迫振動的振幅大小在很大程度上取決于干擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值。當這一比值等于或接近于的比值。當這一比值等于或接近于1時，振幅將達到最大值，通常稱為時，振幅將達到最大值

32、，通常稱為“共振共振”； (4) 強迫振動的振幅大小還與干擾力、系統(tǒng)剛度及其阻尼系數(shù)有關。干擾力強迫振動的振幅大小還與干擾力、系統(tǒng)剛度及其阻尼系數(shù)有關。干擾力越大，剛度及阻尼系數(shù)越小，則振幅越大。越大，剛度及阻尼系數(shù)越小，則振幅越大。 2 強迫振動的特征強迫振動的特征系統(tǒng)外部的周期性干擾力系統(tǒng)外部的周期性干擾力旋轉零件的質量偏心旋轉零件的質量偏心傳動機構的缺陷傳動機構的缺陷切削過程的間隙特性切削過程的間隙特性 2.4.2 2.4.2 機械加工中的強迫振動與控制機械加工中的強迫振動與控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量1 強迫振動的振源強迫振動的振源 34 機內振源主要有：機內振

33、源主要有： (1) (1) 機床上各個電動機的振動，包括電動機轉子旋轉不平機床上各個電動機的振動，包括電動機轉子旋轉不平衡及電磁力不平衡引起的振動；衡及電磁力不平衡引起的振動； (2) (2) 機床上各回轉零件的不平衡，如砂輪、皮帶輪、卡盤、機床上各回轉零件的不平衡，如砂輪、皮帶輪、卡盤、刀盤和工件等的不平衡引起的振動；刀盤和工件等的不平衡引起的振動； (3) (3) 運動傳遞過程中引起的振動，如齒輪嚙合時的沖擊，運動傳遞過程中引起的振動，如齒輪嚙合時的沖擊，皮帶傳動中平皮帶的接頭，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪不皮帶傳動中平皮帶的接頭，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪不圓，軸承滾動體尺寸及形狀誤差

34、等引起的振動；圓，軸承滾動體尺寸及形狀誤差等引起的振動； (4) (4) 往復運動部件的慣性力；往復運動部件的慣性力； (5) (5) 不均勻或斷續(xù)切削時的沖擊，例如銑削、拉削加工中，不均勻或斷續(xù)切削時的沖擊，例如銑削、拉削加工中，刀齒在切人或切出工件時，車削帶有鍵槽的工件表面時；刀齒在切人或切出工件時，車削帶有鍵槽的工件表面時； (6) (6) 液壓傳動系統(tǒng)壓力脈動引起的振動等。液壓傳動系統(tǒng)壓力脈動引起的振動等。2.4.2 2.4.2 機械加工中的強迫振動與控制機械加工中的強迫振動與控制3 強迫振動產(chǎn)生的原因強迫振動產(chǎn)生的原因第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 35減小激振力減

35、小激振力 調整振源頻率調整振源頻率 提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼 采取隔振措施采取隔振措施采用減振裝置。采用減振裝置。2.4.2 2.4.2 機械加工中的強迫振動與控制機械加工中的強迫振動與控制4 減小強迫振動的措施減小強迫振動的措施第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 36 （1 1）減小激振力）減小激振力 , ,減少振幅。減少振幅。 （2 2）調節(jié)振源頻率）調節(jié)振源頻率 當當f f激激=f=f固時發(fā)生共振，避開共振區(qū)。固時發(fā)生共振，避開共振區(qū)。 （3 3）消振）消振 加干擾質量加干擾質量m m，使，使F F干擾干擾=F=F激振，見圖激振，見圖2- 152-

36、15 ；加阻尼，如加大粘度潤滑油，；加阻尼，如加大粘度潤滑油，如圖如圖2-162-16所示為車刀消振器。刀頭上固定了以鉛制成的消振塊。所示為車刀消振器。刀頭上固定了以鉛制成的消振塊。2.4.2 2.4.2 機械加工中的強迫振動與控制機械加工中的強迫振動與控制圖圖2-15 2-15 加干擾質量加干擾質量1 1 螺釘螺釘 2 2 彈簧彈簧 3 3 消振塊消振塊圖圖2-16 2-16 車刀消振器車刀消振器5 具體對策具體對策第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 37 （4 4）高速運轉的部件充分平衡）高速運轉的部件充分平衡 當當n500r/minn500r/min時，可在不平衡質量的反面

37、附加平衡塊。時，可在不平衡質量的反面附加平衡塊。 （5 5）隔振）隔振 隔離受振體，見圖隔離受振體，見圖2-172-17所示。挖防振溝，見圖所示。挖防振溝，見圖2-182-18。 （6 6）以液壓傳動代替機械傳動；直流馬達代替交流馬達；滑動軸承代替）以液壓傳動代替機械傳動；直流馬達代替交流馬達；滑動軸承代替滾動軸承；結構上進行抗振設計等。滾動軸承；結構上進行抗振設計等。 2.4.2 2.4.2 機械加工中的強迫振動與控制機械加工中的強迫振動與控制1 1 工作臺工作臺 2 2 橡膠墊橡膠墊 3 3 鋼板鋼板4 4 螺栓、螺母、墊片螺栓、螺母、墊片 5 5 電機電機圖圖2-17 2-17 隔離受振

38、體隔離受振體返回圖圖2-18 2-18 隔離受振體隔離受振體第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 381 1 自激振動的產(chǎn)生自激振動的產(chǎn)生 自激振動是由振動系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調節(jié)系統(tǒng)（切自激振動是由振動系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調節(jié)系統(tǒng)（切削過程）兩個環(huán)節(jié)組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)，見圖削過程）兩個環(huán)節(jié)組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)，見圖2-192-19所示。所示。工藝系統(tǒng)的振動一停止，動態(tài)切削力也就隨之消失。工藝系統(tǒng)的振動一停止，動態(tài)切削力也就隨之消失。2.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機械加工中的自激振動與控制圖圖2-19 2-19 自激振動系統(tǒng)的組成自激振動系統(tǒng)的組成第第2 2章章 機械

39、加工表面質量機械加工表面質量 39 3 3 強迫振動與自激振動的區(qū)別強迫振動與自激振動的區(qū)別 首先分析可能的振源（外部振源一般明顯），測定頻率與工首先分析可能的振源（外部振源一般明顯），測定頻率與工件上的振痕頻率相比較，若相同即為強迫振動。件上的振痕頻率相比較，若相同即為強迫振動。f外振外振=f工件工件。 測定振幅測定振幅A后改變后改變V、f、ap，A隨之而變者是自激振動，而隨之而變者是自激振動，而強迫振動（除非連續(xù)切削外）不變。強迫振動（除非連續(xù)切削外）不變。 沒有外力干擾下產(chǎn)生的振動，停止切削，振動消失者為自激沒有外力干擾下產(chǎn)生的振動，停止切削，振動消失者為自激振動。振動。2 2 自激振動

40、的特征自激振動的特征 切削停止切削停止振動消失，無余振；振動消失，無余振； 振幅大小隨切削用量而變；振幅大小隨切削用量而變； 切削過程振動，是可逆的，即振動可反過來影響切削過切削過程振動，是可逆的，即振動可反過來影響切削過程。振動不自行衰減，頻率較高且程。振動不自行衰減，頻率較高且f振振f固固。2.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機械加工中的自激振動與控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 40減振裝置減振裝置（1 1）阻尼器）阻尼器圖圖2-20 2-20 阻尼器減振裝置阻尼器減振裝置4 4 控制自激振動的途徑控制自激振動的途徑（2 2）吸振器）吸振器圖圖2-21

41、2-21 用于鏜刀桿的動力吸振器用于鏜刀桿的動力吸振器 1 1自由質量自由質量2 2彈簧彈簧3 3螺釘螺釘圖圖2-22 2-22 沖擊式吸振器沖擊式吸振器2.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機械加工中的自激振動與控制第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 41 采用減振器，如在鏜桿上加工孔，在孔內放置鉛塊消采用減振器，如在鏜桿上加工孔，在孔內放置鉛塊消振，見圖振，見圖2-232-23，圖，圖2-242-24為車床用液壓減振器，利用油液通為車床用液壓減振器，利用油液通過節(jié)流孔的阻尼來減振。過節(jié)流孔的阻尼來減振。2.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機械加工中的

42、自激振動與控制圖圖2-23 2-23 減振鏜桿減振鏜桿1 1、4 4、5 5 活塞活塞 2 2 工件工件 3 3 節(jié)流閥節(jié)流閥 6 6 彈簧彈簧圖圖2-24 2-24 液壓減振器液壓減振器（3 3）采用其他消振阻尼裝置）采用其他消振阻尼裝置第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 422.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機械加工中的自激振動與控制1 1 滾動軸承滾動軸承 2 2 工件工件 3 3 觸頭觸頭4 4 消振桿消振桿 5 5 殼體殼體 6 6 密封圈密封圈圖圖2-24 2-24 固體摩擦阻振器固體摩擦阻振器第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 43 速

43、度：速度：V V只在一定范圍內只在一定范圍內A A最大，見圖最大，見圖2-2-25a25a。 走刀量：走刀量：f f0.04mm/r0.04mm/r以后以后f f可使可使AA，但殘留面積但殘留面積，見圖，見圖2-25b2-25b。 切深：切深：當當apap時，時，AA，見圖，見圖2-25c2-25c。 刀具角度：刀具角度：合理選擇刀具角度合理選擇刀具角度前角前角00；主偏角主偏角KK；后角；后角都可使都可使AA。 其他：其他：工藝系統(tǒng)的抗振性工藝系統(tǒng)的抗振性工藝系統(tǒng)的工藝系統(tǒng)的剛度；剛度；接觸剛度；接觸剛度；系統(tǒng)阻尼都可使系統(tǒng)阻尼都可使AA。2.4.3 2.4.3 機械加工中的自激振動與控制機

44、械加工中的自激振動與控制返回a a 速度速度 b b 走刀量走刀量 c c 切深切深圖圖2-25 2-25 刀具的切削用量與振幅的關系刀具的切削用量與振幅的關系（4 4）合理選擇切削用量及刀具參數(shù)）合理選擇切削用量及刀具參數(shù) 第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 442.5 2.5 超精研、研磨、珩磨、拋光超精研、研磨、珩磨、拋光 2.5.1 2.5.1 超精研超精研 2.5.2 2.5.2 研磨研磨 2.5.3 2.5.3 珩磨珩磨 2.5.4 2.5.4 拋光拋光第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 45超精研、研磨、珩磨、拋光加工的共同特點是：超精研、研磨、珩磨、

45、拋光加工的共同特點是：1 不選擇切削用量，只限定壓強和加工時間不選擇切削用量，只限定壓強和加工時間2 無需精密機床、降低表面粗糙度效果明顯，提高精度不明顯無需精密機床、降低表面粗糙度效果明顯，提高精度不明顯3 加工余量小加工余量小2.5 2.5 超精研、研磨、珩磨、拋光超精研、研磨、珩磨、拋光網(wǎng)狀砂輪網(wǎng)狀砂輪 金剛石砂輪金剛石砂輪第第2 2章章 機械加工表面質量機械加工表面質量 46 1 1 工作原理：采用細粒度的磨條工作原理：采用細粒度的磨條在一定壓力和切削速度下往復運動，在一定壓力和切削速度下往復運動，對表面進行光整加工。對表面進行光整加工。 2 2 切削過程：可分為四個階段切削過程：可分為四個階段 （1 1）強烈切削階段：少數(shù)波峰上壓強很大，切削作用劇烈。）強烈切削階段：少數(shù)波峰上壓強很大，切削作用劇烈。 （2 2）正常切削階段：接觸面積增大，接觸壓強減小，切削作用減弱。）正常切削階段：接觸面積增大，接觸壓強減小，切削作用減弱。 （3 3）微弱切