《機(jī)械制造工藝學(xué)》的PPT課件第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化第 四 章機(jī)械加工表面質(zhì)量4.14.24.34.44.5機(jī)械加工工表面質(zhì)質(zhì)量的概概念表面粗糙糙度及其其影響因因素機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑振動(dòng)對(duì)表表面質(zhì)量量的影響響及其控控制內(nèi)容提綱綱4-1加工表面面質(zhì)量的的基本概概念一、概述述零件的機(jī)機(jī)械加工工質(zhì)量不不僅指加加工精度度，而且且包括加加工表面面質(zhì)量。機(jī)械加工工表面質(zhì)質(zhì)量決定定了機(jī)器器的使用性能能和延長(zhǎng)使用壽命命。機(jī)械加加工表面面質(zhì)量是是以機(jī)械械零件的的加工表面面和表面層作為分析析和研究究對(duì)象的的。機(jī)械加工工后的零零件表面面實(shí)際上上不是理理想的光光滑表面面，它存存在著不不同程度度的

2、表面面粗糙度度、冷硬硬、裂紋紋等表面面缺陷。雖然只只有極薄薄的一層層（幾微微米幾十微米米），但但都錯(cuò)綜綜復(fù)雜地地影響著著機(jī)械零零件的耐耐磨性、抗腐蝕蝕性、配配合質(zhì)量量和疲勞勞強(qiáng)度等等，從而而影響產(chǎn)產(chǎn)品的使使用性能能和壽命命，因此此必須加加以足夠夠的重視視。4-1加工表面面質(zhì)量的的基本概概念一、概述述吸附層 8nm基體材料纖維層壓縮區(qū) 幾十幾百微米熱影響區(qū)顯微硬度殘余應(yīng)力加工表面面層沿深深度變化化示意圖圖零件表面面質(zhì)量表面粗糙糙度表面波度度表面物理理力學(xué)性性能的變變化表面微觀觀幾何形形狀特征征表面層冷冷作硬化化表面層殘殘余應(yīng)力力表面層金金相組織織的變化化表面質(zhì)量量的內(nèi)容容4-1加工表面面質(zhì)量的的

3、基本概概念一、概述述4-1加工表面面質(zhì)量的的基本概概念一、概述述表面粗糙糙度：是指表面面微觀幾何形狀狀誤差，其波長(zhǎng)長(zhǎng)與波高高的比值值在L1/H140的范圍內(nèi)內(nèi)，波距距0.020.10.100.500.251.250.12.00.5010.00.84.02.010.010.050.02.512.510.080.0503208.040.01、 切削削加工表表面粗糙糙度的形形成4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度1、 切削削加工表表面粗糙糙度的形形成及影影響因素素(1)幾何因素刀尖圓弧弧半徑r主偏角kr、副偏角kr進(jìn)給量f(2)物理力學(xué)學(xué)因素4-2機(jī)械加

4、工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度1、 切削削加工表表面粗糙糙度的形形成被加工材材料的性性能塑性變形形的影響切削過(guò)程程中刀具具的刃口口圓角及及后刀面面對(duì)工件件擠壓與與摩擦而而產(chǎn)生塑塑性變形形。與切削機(jī)機(jī)理有關(guān)關(guān)的物理理因素刀瘤和鱗刺的影響4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度1、 切削削加工表表面粗糙糙度的形形成(2)物理力學(xué)學(xué)因素刀瘤對(duì)工工件表面面質(zhì)量的的影響切削過(guò)程程中切屑屑底層和和前刀面面發(fā)生冷冷焊的結(jié)結(jié)果。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度鱗刺的產(chǎn)產(chǎn)生：切屑在

5、前前刀面上上的摩擦擦和冷焊焊作用造造成周期期性的停停留，代代替刀具具推擠切切削層，造成切切削層和和工件之之間出現(xiàn)現(xiàn)撕裂現(xiàn)現(xiàn)象。1、 切削削加工表表面粗糙糙度的形形成(2)物理力學(xué)學(xué)因素鱗刺的形形成：抹抹試階段段、導(dǎo)裂裂階段、層積階階段、刮刮成階段段工件材料的影響韌性材料料：工件材料料韌性愈愈好，金金屬塑性性變形愈愈大，加加工表面面愈粗糙糙。故對(duì)對(duì)中碳鋼鋼和低碳碳鋼材料料的工件件，為改改善切削削性能，減小表表面粗糙糙度，常常在粗加加工或精精加工前前安排正正火或調(diào)調(diào)質(zhì)處理理。脆性材料料：加工粗糙糙度接近近理論值值。加工脆性性材料時(shí)時(shí)，其切切削呈碎碎粒狀，由于切切屑的崩崩碎而在在加工表表面留下下許多

6、麻麻點(diǎn)，使使表面粗粗糙。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度2、 切削削加工表表面粗糙糙度的影影響因素素切削速度的影響加工塑性性材料時(shí)時(shí)，切削速度度對(duì)表面粗粗糙度的的影響如如圖所示。積積屑瘤和和鱗刺僅僅在低速速時(shí)產(chǎn)生生。切削削速度越越高，塑塑性變形形越不充充分，表表面粗糙糙度值越越??；選選擇低速速寬刀精精切和高高速精切切，可以以得到較較小的表表面粗糙糙度。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度2、 切削削加工表表面粗糙糙度的影影響因素素加工塑性性材料時(shí)時(shí)切削速速度對(duì)表表面粗糙糙度的影影響實(shí)線只考慮塑塑性變

7、形形的影響響虛線考慮刀瘤瘤和鱗刺刺的影響響其它因素的影響合理使用用冷卻潤(rùn)滑滑液，適當(dāng)增增大刀具的前前角，提高刀具的刃刃磨質(zhì)量量等，均能能有效地地減小表表面粗糙糙度值。進(jìn)給量的影響減小進(jìn)給量f固然可以以減小表表面粗糙糙度值，但進(jìn)給給量過(guò)小小，表面面粗糙度度會(huì)有增增大的趨趨勢(shì)。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度2、 切削削加工表表面粗糙糙度的影影響因素素影響切削加工表面粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量切削用量工件材料殘留面積 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角 v Raf Raap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)打滑，劃傷已加工表面材

8、料塑性 Ra同樣材料晶粒組織大 Ra，常用正火、調(diào)質(zhì)處理刀具材料強(qiáng)度 Ra刃磨質(zhì)量 Ra冷卻、潤(rùn)滑 Ra4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素一、切削削加工后后的表面面粗糙度度工件的磨磨削表面面是由砂砂輪上大大量磨粒?？虅澇龀鰺o(wú)數(shù)極極細(xì)的刻刻痕形成成的，工工件單位位面積上上通過(guò)的的砂粒數(shù)數(shù)越多，則刻痕痕越多，刻痕的的等高性性越好，表面粗粗糙度值值越小。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度1、 磨削削加工后后表面粗粗糙度磨削速度度比一般般切削速速度高得得多，且且磨粒大大多數(shù)是是負(fù)前角角，切削削刃又不不銳利，大多數(shù)數(shù)磨粒在在磨削過(guò)過(guò)程中只只是

9、對(duì)被被加工表表面擠壓壓，沒(méi)有有切削作作用。加加工表面面在多次次擠壓下下出現(xiàn)溝溝槽與隆隆起，又又由于磨磨削時(shí)的的高溫更更加劇了了塑性變變形，故故表面粗粗糙度值值增大。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度1、 磨削削加工后后表面粗粗糙度磨粒在工工件上的的刻痕(1)砂輪的磨磨粒4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度磨粒在砂輪上上的分布布越均勻勻、磨粒粒越細(xì)，刃口的的等高性性越好。則砂輪輪單位面面積上參參加磨削削的磨粒粒越多，磨削表表面上的的刻痕就就越細(xì)密密均勻，表面粗粗糙度值值就越小小。2、 磨削削中影響響粗糙

10、度度的因素素(2)砂輪修整整砂輪修整整除了使砂砂輪具有有正確的的幾何形形狀外，更重要要的是使使砂輪工工作表面面形成排排列整齊齊而又銳銳利的微微刃。因因此，砂砂輪修整整的質(zhì)量量對(duì)磨削削表面的的粗糙度度影響很很大。砂輪轉(zhuǎn)速速越高，單單位時(shí)間間內(nèi)通過(guò)過(guò)被磨表表面的磨磨粒數(shù)越越多，表表面粗糙糙度值就就越小。工件速度度對(duì)表面粗粗糙度值值的影響響剛好與與砂輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的影影響相反反。工件件的速度度增大，通過(guò)加加工表面面的磨粒粒數(shù)減少少，因此此表面粗粗糙度值值增大。砂輪的縱縱向進(jìn)給給量小于砂輪輪的寬度度時(shí)，工工件表面面將被重重疊切削削，而被被磨次數(shù)數(shù)越多，工件表表面粗糙糙度值就就越小。為提高磨磨削效率率，通常常

11、在開(kāi)始始磨削時(shí)時(shí)采用較較大的徑徑向進(jìn)給給量，而而在磨削削后期采采用較小小的徑向向進(jìn)給量量或無(wú)進(jìn)進(jìn)給量磨磨削，以以減小表表面粗糙糙度值。(3)磨削用量量4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度2、 磨削削中影響響粗糙度度的因素素(4)工件材料料太硬易使使磨粒磨磨鈍Ra；太軟容易易堵塞砂砂輪Ra；韌性太大大，熱導(dǎo)導(dǎo)率差會(huì)會(huì)使磨粒粒早期崩崩落Ra。4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度2、 磨削削中影響響粗糙度度的因素素影響磨削加工表面粗糙度的因素 粒度Ra 金剛石筆鋒利，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量 Ra磨粒等高性Ra硬

12、度鈍化磨粒脫落 Ra硬度磨粒脫落Ra硬度合適、自勵(lì)性好Ra太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差 Ra砂輪粒度工件材料性質(zhì)砂輪修正磨削用量砂輪硬度砂輪V Raap、工件V 塑變 Ra粗磨ap生產(chǎn)率精磨ap Ra(ap=0光磨) 4-2機(jī)械加工工表面的的粗糙度度及其影影響因素素二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度在切削加加工中，工件由由于受到到切削力力和切削削熱的作作用，使使表面層層金屬的的物理機(jī)機(jī)械性能能產(chǎn)生變變化，最最主要的的變化是是表面層冷冷作硬化化、金相組織織的變化化和殘余應(yīng)力力的產(chǎn)生生。由于磨磨削加工工時(shí)所產(chǎn)產(chǎn)生的塑塑性變形形和切削削熱比刀刀刃切削削時(shí)更嚴(yán)嚴(yán)重，因因而磨削削加工后后加工表表面層上上述

13、三項(xiàng)項(xiàng)物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化會(huì)很大大。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化影響表面面層物理理力學(xué)性性能的主主要因素素表面物理理力學(xué)性性能影響金相組織織變化因素影響顯微硬度度因素影響殘余應(yīng)力力因素塑變引起起的冷硬硬金相組織織變化引引起的硬硬度變化化冷塑性變變形熱塑性變變形金相組織織變化切削熱4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化冷作硬化化金相組織織變化殘余應(yīng)力力表現(xiàn)形式切削或磨磨削加工工中，表表面層金金屬由于于塑性變變形使晶晶格扭曲曲、畸變變，晶粒粒間產(chǎn)生生剪切滑滑移,晶粒被拉拉長(zhǎng)和纖纖維化，甚至破破碎，引引起材料料的強(qiáng)化化（使表表面層金金屬的硬硬度和強(qiáng)強(qiáng)度提高高），這這

14、種現(xiàn)象象稱為加工硬化化，又稱冷作硬化化或強(qiáng)化。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化一、加工工表面的的冷作硬硬化1、 冷作作硬化的的概念衡量表面面層加工硬化化程度的指標(biāo)有有下列三三項(xiàng)：1）表面層層的顯微微硬度H；2）硬化層深深度h；3）硬化程度度NN=(H-H0)/H0100式中H0工件原表表面層的的顯微硬硬度。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化一、加工工表面的的冷作硬硬化2、 衡量量表面層層加工硬硬化的指指標(biāo)表面層冷冷作硬化化的程度度決定于于產(chǎn)生塑性性變形的的力、變形速度度及變形時(shí)的的溫度。力越大大，塑性性變形越越大，則則硬化程程度越大大；速度度越大，塑性變變形越不不

15、充分，則硬化化程度越越??；變變形時(shí)的的溫度不不僅影響響塑性變變形程度度，還會(huì)會(huì)影響變變形后金金相組織織的恢復(fù)復(fù)程度。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化一、加工工表面的的冷作硬硬化3、 影響響冷作硬硬化的主主要因素素刀具幾幾何形狀狀的影響響切削刃r、前角、后面磨磨損量VB表層金屬屬的塑變變加劇冷硬切削用用量的影影響切削速度度v溫度升高高，冷硬硬恢復(fù)；刀具、工工件接觸觸時(shí)間短短，塑變變冷冷硬f切削力塑變變冷冷硬f較小刀具刃口口圓角在在加工表表面單位位長(zhǎng)度上的擠壓壓次數(shù)增增多冷硬工件材材料性能能的影響響材料塑性性冷冷硬4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化一、加工工表面的的冷

16、作硬硬化3、 影響響冷作硬硬化的主主要因素素4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化二、機(jī)械械加工后后表面層層金相組組織的變變化熱變質(zhì)層層切削加工工中，由由于切削削熱的作作用，在在工件的的加工區(qū)區(qū)及其鄰鄰近區(qū)域域產(chǎn)生了了一定的的溫升。定義：磨削加工工時(shí)，表表面層有有很高的的溫度，當(dāng)溫度度達(dá)到相相變臨界界點(diǎn)時(shí)，表層金金屬就發(fā)發(fā)生金相相組織變變化，強(qiáng)強(qiáng)度和硬硬度降低低、產(chǎn)生生殘余應(yīng)應(yīng)力、甚甚至出現(xiàn)現(xiàn)微觀裂裂紋，這這種現(xiàn)象象稱為磨削燒傷傷。淬火鋼在在磨削時(shí)時(shí)，由于于磨削條條件不同同，產(chǎn)生生的磨削削燒傷有有三種形形式。1.表面層金金相組織織變化與與磨削燒燒傷的產(chǎn)產(chǎn)生淬火燒傷傷回火燒傷傷退火燒傷

17、傷4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化二、機(jī)械械加工后后表面層層金相組組織的變變化熱變質(zhì)層層2.磨削燒傷傷的三種種形式磨削時(shí)，當(dāng)工件件表面層層溫度超超過(guò)相變變臨界溫溫度Ac3時(shí)，則馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體。若此時(shí)時(shí)無(wú)冷卻卻液，表表層金屬屬空冷冷冷卻比較較緩慢而而形成退退火組織織。硬度度和強(qiáng)度度均大幅幅度下降降。這種種現(xiàn)象稱稱為退火燒傷傷。磨削時(shí)，如果工工件表面面層溫度度只是超超過(guò)原來(lái)來(lái)的回火火溫度，則表層層原來(lái)的的回火馬馬氏體組組織將產(chǎn)產(chǎn)生回火火現(xiàn)象而而轉(zhuǎn)變?yōu)闉橛捕容^較低的回回火組織織（索氏氏體或屈屈氏體），這種種現(xiàn)象稱稱為回火燒傷傷。磨削時(shí)工工件表面面溫度超超過(guò)相變變臨界溫溫度A

18、c3時(shí)，則馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體。在冷卻卻液作用用下，工工件最外外層金屬屬會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)二次淬淬火馬氏氏體組織織。其硬硬度比原原來(lái)的回回火馬氏氏體高，但很薄薄，其下下為硬度度較低的的回火索索氏體和和屈氏體體。由于于二次淬淬火層極極薄，表表面層總總的硬度度是降低低的，這這種現(xiàn)象象稱為淬火燒傷傷。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化二、機(jī)械械加工后后表面層層金相組組織的變變化熱變質(zhì)層層距表層距離 ：二次淬火層：高溫回火層：低溫回火層：正常組織2.磨削燒傷傷的三種種形式1)砂輪轉(zhuǎn)速速 磨削燒傷傷2)徑向進(jìn)給給量fp磨削燒傷傷3)軸向進(jìn)給給量fa磨削燒傷傷4)工件速度度vw磨削燒傷傷1)磨削時(shí)

19、，砂輪表表面上磨磨粒的切切削刃口口鋒利磨削削力磨削區(qū)區(qū)的溫度度2)磨削導(dǎo)熱熱性差的的材料(耐熱鋼、軸承鋼鋼、不銹銹鋼)磨削燒傷傷3)應(yīng)合理選選擇砂輪輪的硬度度、結(jié)合合劑和組組織磨磨削燒傷傷磨削用量量砂輪與工件材料料4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化二、機(jī)械械加工后后表面層層金相組組織的變變化熱變質(zhì)層層3.影響磨削削燒傷的的因素及及改善途途徑降溫、散散熱采用內(nèi)冷冷卻法磨削削燒傷改善冷卻卻條件4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化二、機(jī)械械加工后后表面層層金相組組織的變變化熱變質(zhì)層層3.影響磨削削燒傷的的因素及及改善途途徑內(nèi)冷卻裝裝置1錐形蓋蓋2通道孔孔3砂輪中中心孔4有徑

20、向向小孔的的薄壁套套間斷磨削削受熱熱磨磨削燒傷傷采用開(kāi)槽槽砂輪4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化二、機(jī)械械加工后后表面層層金相組組織的變變化熱變質(zhì)層層3.影響磨削削燒傷的的因素及及改善途途徑開(kāi)槽砂輪輪a）等距開(kāi)槽槽b）變距開(kāi)槽槽4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化三、機(jī)械械加工后后表面層層的殘余余應(yīng)力1.殘余應(yīng)力力的定義義定義：機(jī)機(jī)械加加工中工工件表面面層組織織發(fā)生變變化時(shí)，在表面面層及其其與基體體材料的的交界處處會(huì)產(chǎn)生生互相平平衡的彈彈性力，這種應(yīng)應(yīng)力即為為表面層層的殘余應(yīng)力力。冷塑性變變形工件表面面受到擠擠壓與摩摩擦，表表層產(chǎn)生生伸長(zhǎng)塑塑變，基基體仍處于于彈性變變

21、形狀態(tài)態(tài)。切削削后，表表層產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力，而而在里層層產(chǎn)生殘殘余拉伸伸應(yīng)力。熱塑性變變形表層產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力，里層產(chǎn)產(chǎn)生產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力金相組織織變化切削過(guò)程程產(chǎn)生的的高溫會(huì)會(huì)引起表表面層的的相變，表面層層金相變化化的結(jié)果果會(huì)造成成體積的的變化。表面層層體積膨膨脹時(shí)因受到到基體的的限制產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力；反反之，產(chǎn)產(chǎn)生壓應(yīng)應(yīng)力。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化三、機(jī)械械加工后后表面層層的殘余余應(yīng)力2.表面層殘殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因切削熱在在表層金金屬產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力的的示意圖圖4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化三、機(jī)械械加工后后表面層層的殘余余應(yīng)力磨削裂紋紋

22、和殘余余應(yīng)力有有著十分分密切的的關(guān)系。在磨削過(guò)過(guò)程中，當(dāng)工件件表面層層產(chǎn)生的的殘余應(yīng)應(yīng)力超過(guò)過(guò)工件材材料的強(qiáng)強(qiáng)度極限限時(shí)，工工件表面面就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生裂紋紋。磨削裂紋紋常與燒燒傷同時(shí)時(shí)出現(xiàn)。磨削裂紋紋的產(chǎn)生生與材料料性質(zhì)及及熱處理理工序有有很大關(guān)關(guān)系。磨磨削硬質(zhì)質(zhì)合金時(shí)時(shí)，由于于其脆性性大，抗抗拉強(qiáng)度度低以及及導(dǎo)熱性性差，所所以特別別容易產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋。磨削合合碳量高高的淬火火鋼時(shí)，由于其其晶界脆脆弱，也也容易產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化三、機(jī)械械加工后后表面層層的殘余余應(yīng)力3.磨削裂紋紋機(jī)械加工工后工件件表面層層的殘余余應(yīng)力是是冷態(tài)塑塑性變形形、熱態(tài)態(tài)塑性變

23、變形和金金相組織織變化的的綜合結(jié)結(jié)果。切切削加工工時(shí)起主主要作用用的往往往是冷態(tài)態(tài)塑性變變形，表表面層常常產(chǎn)生殘殘余壓縮縮應(yīng)力。磨削加加工時(shí)起起主要作作用的通通常是熱熱態(tài)塑性性變形或或金相組組織變化化引起的的體積變變化，表表面層常常產(chǎn)生殘殘余拉伸伸應(yīng)力。4-3機(jī)械加工工后表面面物理機(jī)機(jī)械性能能的變化化三、機(jī)械械加工后后表面層層的殘余余應(yīng)力4.影響表面面殘余應(yīng)應(yīng)力的主主要因素素4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑對(duì)零件使使用性能能危害甚甚大的殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力、磨磨削燒傷傷和磨削削裂紋均均起因于于磨削熱熱，所以以如何降降低磨削削熱并減減少其影影響是生生產(chǎn)上的的一項(xiàng)重重要問(wèn)題題。解決決的原則：一是減少少

24、磨削熱熱的發(fā)生生，二是是加速磨磨削熱的的傳出。提高表面面質(zhì)量的的工藝途途徑大致致可以分分為兩類類：一類類是用低低效率、高成本本的加工工方法，尋求各各工藝參參數(shù)的優(yōu)優(yōu)化組合合，以減小表面面粗糙度度；另一類類是著重重改善工工件表面面的物理理力學(xué)性性能，以以提高其表表面質(zhì)量量。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑一、選擇擇合理的的磨削參參數(shù)生產(chǎn)中比比較可行行的辦法法是通過(guò)過(guò)試驗(yàn)來(lái)來(lái)確定磨磨削參數(shù)數(shù)：先按按初步選選定的磨磨削參數(shù)數(shù)試磨，檢查工工件表面面熱損傷傷情況，據(jù)此調(diào)調(diào)整磨削削參數(shù)直直至最后后確定下下來(lái)。另另一種方方法是在在磨削過(guò)過(guò)程中連連續(xù)測(cè)量量磨削區(qū)區(qū)溫度，然后控控制磨削削參數(shù)。光整加工工是用粒

25、粒度很細(xì)細(xì)的磨料料對(duì)工件件表面進(jìn)進(jìn)行微量量切削和和擠壓、擦光的的過(guò)程。光整加加工工藝藝所使用用的工具具都是浮浮動(dòng)連接接，由加加工面自自身導(dǎo)向向，而相相對(duì)于工工件的定定位基準(zhǔn)準(zhǔn)沒(méi)有確確定的位位置，所所使用的的機(jī)床也也不需要要具有非非常精確確的成形形運(yùn)動(dòng)。這些加加工方法法的主要要作用是是降低表表面粗糙糙度，一一般不能能糾正形形狀和位位置誤差差，加工工精度主主要由前前面工序序保證。光整加工工工藝方方法有珩珩磨、超超精加工工、研磨磨、拋光光等。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑二、光整整加工工工藝4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑二、光整整加工工工藝超精加工工：用細(xì)粒度度油石，在較低低的壓力力和良好好

26、的冷卻卻潤(rùn)滑條條件下，以快而而短促的的往復(fù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)對(duì)低速旋旋轉(zhuǎn)的工工件進(jìn)行行振動(dòng)研研磨的一一種微量量磨削加加工方法法。珩磨：利用珩磨磨工具對(duì)對(duì)工件表表面施加加一定的的壓力，同時(shí)珩珩磨工具具還要相相對(duì)工件件完成旋旋轉(zhuǎn)和直直線往復(fù)復(fù)運(yùn)動(dòng)，以去除除工件表表面的凸凸峰的一一種加工工方法。珩磨后后工件圓圓度和圓圓柱度一一般可控控制在0.0030.005mm，尺寸精精度可達(dá)達(dá)IT6IT5，表面粗粗糙度在在Ra0.20.025m之間。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑二、光整整加工工工藝研磨：利用研磨磨工具和和工件的的相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，在在研磨劑劑的作用用下，對(duì)對(duì)工件表表面進(jìn)行行光整加加工的一一種加工工方法。研

27、磨可可采用專專用的設(shè)設(shè)備進(jìn)行行加工，也可采采用簡(jiǎn)單單的工具具，如研研磨心棒棒、研磨磨套、研研磨平板板等對(duì)工工件表面面進(jìn)行手手工研磨磨。研磨磨可提高高工件的的形狀精精度及尺尺寸精度度，但不不能提高高表面位位置精度度，研磨磨后工件件的尺寸寸精度可可達(dá)0.001mm，表面粗粗糙度可可達(dá)Ra0.025 0.006m。對(duì)于承受受高應(yīng)力力、交變變載荷的的零件可可以采用用噴丸、液壓、擠壓等等表面強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝使表面面層產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力和和冷硬層層并降低低表面粗粗糙度值值，從而而提高耐耐疲勞強(qiáng)強(qiáng)度及抗抗應(yīng)力腐腐蝕性能能。但是是采用強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝時(shí)應(yīng)很很好控制制工藝參參數(shù)，不不要造成成過(guò)度硬硬化，否否則會(huì)使使表面

28、完完全失去去塑性性性質(zhì)，甚甚至引起起顯微裂裂紋和材材料剝落落，帶來(lái)來(lái)不良的的后果。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑三、采用用冷壓強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑三、采用用冷壓強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝1.噴丸噴丸強(qiáng)化化是利用壓壓縮空氣氣或離心心力將大大量直徑徑為0.44mm的珠丸高高速打擊擊零件表表面，使使其產(chǎn)生生冷硬層層和殘余余壓應(yīng)力力，可顯顯著提高高零件的的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。珠珠丸可以以采用鑄鑄鐵、砂砂石以及及鋼鐵制制造。所所用設(shè)備備是壓縮縮空氣噴噴丸裝置置或機(jī)械械離心式式噴丸裝裝置，這這些裝置置使珠丸丸能以3550mm/s的速度噴噴出。噴噴丸強(qiáng)化化工藝可可用來(lái)加加工各種種形狀的的零件，加工后

29、后零件表表面的硬硬化層深深度可達(dá)達(dá)0.7mm，表面粗粗糙度值值Ra可由3.2m減小到0.4m，使用壽壽命可提提高幾倍倍甚至幾幾十倍。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑三、采用用冷壓強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝2.滾壓加工工滾壓加工工是在常常溫下通通過(guò)淬硬硬的滾壓壓工具（滾輪或或滾珠）對(duì)工件件表面施施加壓力力，使其其產(chǎn)生塑塑性變形形，將工工件表面面上原有有的波峰峰填充到到相鄰的的波谷中中，從而而以減小小了表面面粗糙度度值，并并在其表表面產(chǎn)生生了冷硬硬層和殘殘余壓應(yīng)應(yīng)力，使使零件的的承載能能力和疲疲勞強(qiáng)度度得以提提高。滾滾壓加工工可使表表面粗糙糙度Ra值從1.255m減小到0.80.63m，表面層層硬度一一般可提

30、提高20%40%，表面層層金屬的的耐疲勞勞強(qiáng)度可可提高30%50%。滾壓用用的滾輪輪常用碳碳素工具具鋼T12A或者合金金工具鋼鋼CrWMn、Cr12、CrNiMn等材料制制造，淬淬火硬度度在6264HRC；或用硬硬質(zhì)合金金YG6、YT15等制成。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑三、采用用冷壓強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝3.金剛石壓壓光金剛石壓壓光是一一種用金金剛石擠擠壓加工工表面的的新工藝藝，國(guó)外外已在精精密儀器器制造業(yè)業(yè)中得到到較廣泛泛的應(yīng)用用。壓光光后的零零件表面面粗糙度度可達(dá)Ra0.40.02m，耐磨性性比磨削削后的提提高1.53倍，但比比研磨后后的低2040%，而生產(chǎn)產(chǎn)率卻比比研磨高高得多。金剛石石

31、壓光用用的機(jī)床床必須是是高精度度機(jī)床，它要求求機(jī)床剛剛性好、抗振性性好，以以免損壞壞金剛石石。此外外，它還還要求機(jī)機(jī)床主軸軸精度高高，徑向向跳動(dòng)和和軸向竄竄動(dòng)在0.01mm以內(nèi)，主主軸轉(zhuǎn)速速能在25006000r/min的范圍內(nèi)內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)調(diào)速。機(jī)機(jī)床主軸軸運(yùn)動(dòng)與與進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)分分離，以以保證壓壓光的表表面質(zhì)量量。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑三、采用用冷壓強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝4.液體磨料料強(qiáng)化液體磨料料強(qiáng)化是是利用液液體和磨磨料的混混合物高高速噴射射到已加加工表面面，以強(qiáng)強(qiáng)化工件件表面，提高工工件的耐耐磨性、抗蝕性性和疲勞勞強(qiáng)度的的一種工工藝方法法。液體和磨磨料在400800Pa壓力下，經(jīng)過(guò)噴噴嘴高

32、速速噴出，射向工工件表面面，借磨磨粒的沖沖擊作用用，碾壓壓加工表表面，工工件表面面產(chǎn)生塑塑性變形形，變形形層僅為為幾十微微米。加加工后的的工件表表面具有有殘余壓壓應(yīng)力，提高了了工件的的耐磨性性、抗蝕蝕性和疲疲勞強(qiáng)度度。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查1.表面粗糙糙度的測(cè)測(cè)定2.冷作硬化化的測(cè)定定1）金相法法將試件的的側(cè)面制制成金相相磨片，腐蝕后后放大2001000倍，即可可從其金金相組織織判斷硬硬化深度度及程度度。2）X光法將一束X光線照射射在金屬屬上,射線將在在晶胞中中反射出出來(lái)，在在光譜上上得出許許多成虛虛線的干干涉圈。如果晶晶粒破碎碎或晶格格扭曲變變形時(shí)，則干涉涉

33、圈變成成實(shí)線；如果晶晶格參數(shù)數(shù)有變化化，則則干涉圈圈將產(chǎn)生生位移，同時(shí)強(qiáng)強(qiáng)度減弱弱，可用用膠片記記錄其結(jié)結(jié)果。利利用這一一原理，先照出出試件基基體X光譜，與與加工層層的X光譜比較較，用機(jī)機(jī)械拋光光或電拋拋光逐次次去掉加加工層，將所照照X光譜比較較之，直直至與基基體一致致，即可可從機(jī)械械拋光等等去掉的的厚度得得到硬化化深度。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查2.冷作硬化化的測(cè)定定3）測(cè)量顯顯微硬度度法a、HV值法：用用機(jī)械拋拋光或電電拋光逐逐層去除除冷硬層層，測(cè)量量其顯微微硬度，直至與與基體相相同為止止，從去去除的厚厚度可得得到硬化化深度。b、硬硬化層深深度h：在試件件的側(cè)

34、面面磨出金金相磨片片，從外外向內(nèi)打打顯微硬硬度，從從其硬度度變化得得知硬化化深度，如果硬硬化層很很薄，則則這種方方法不行行。c、當(dāng)當(dāng)硬化層層很薄時(shí)時(shí)，可在在斜切面面上測(cè)量量顯微硬硬度。一一般斜切切角=0o302o30，h=Isin，要注意意斜切方方向應(yīng)在在縱向粗粗糙度上上，即與與主運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向平平行，斜斜切加工工要用研研磨、電電加工等等方法，避免在在斜切面面上產(chǎn)生生加工硬硬化而影影響測(cè)量量效果。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查2.冷作硬化化的測(cè)定定4）脆性涂涂料法5）激光全全息法6）再結(jié)晶晶法4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查3.金相組織織變化的的測(cè)

35、定(1)氧化膜法法磨削燒傷傷時(shí)，表表面形成成氧化膜膜，隨著著燒傷時(shí)時(shí)的溫不不同，呈呈現(xiàn)不同同顏色，從而可可看出其其燒程度度。(2)顯微硬度度法由于磨削削燒傷時(shí)時(shí)表層的的顯微硬硬度有變變化，故故可從顯顯微硬度度來(lái)測(cè)定定燒傷的的程度和和深度。具體方方法同上上。(3)金相組織織法同上(4)酸洗法將工件加加工面浸浸泡在硝硝酸溶液液（35%HNO3）中3045s后，如表表面呈黑黑色則有有燒傷，呈暗灰灰色則無(wú)無(wú)燒傷。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查4.殘余應(yīng)力力的測(cè)定定（1）物理化化學(xué)法將有殘余余應(yīng)力的的試件放放人相應(yīng)應(yīng)的腐蝕蝕劑中，表面就就會(huì)產(chǎn)生生裂紋。從裂紋紋的方向向可以判判斷

36、殘余余應(yīng)力的的性質(zhì)，縱向裂裂紋是由由切向應(yīng)應(yīng)力引起起的，橫橫向裂紋紋是由軸軸向拉應(yīng)應(yīng)力引起起的。從從裂紋出出現(xiàn)的時(shí)時(shí)間，可可定性的的估計(jì)殘殘余應(yīng)力力的大小小。裂紋紋出現(xiàn)愈愈快，殘殘余應(yīng)力力愈大。所用腐蝕蝕劑，對(duì)對(duì)鋼來(lái)說(shuō)說(shuō)是弱堿堿溶液，對(duì)黃銅銅、錫青青銅來(lái)說(shuō)說(shuō)是銨、汞鹽。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查4.殘余應(yīng)力力的測(cè)定定（2）光譜法法在試件上上放一張張銀箔并并照下X光譜圖，得到一一系列虛虛線的干干涉圈，并將它它作為比比較干涉涉線位移移、亮度度、粗細(xì)細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。在試試件上照照下光譜譜圖，與與銀箔X光譜圖進(jìn)進(jìn)行比較較：1）干涉線線由虛線線變?yōu)閷?shí)實(shí)線；工工件由于于受力、熱作

37、用用產(chǎn)生塑塑性變形形的整體體內(nèi)應(yīng)力力。2）干涉線線沖散，線條好好象變粗粗；由于于多晶體體金屬晶晶粒變形形產(chǎn)生的的殘余應(yīng)應(yīng)力。3）干涉線線變暗；由于工工件冷作作硬化產(chǎn)產(chǎn)生的殘殘余應(yīng)力力。4）干涉線線變暗變變寬而旁旁有麻點(diǎn)點(diǎn)，上述述三種應(yīng)應(yīng)力都存存在。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查4.殘余應(yīng)力力的測(cè)定定（3）機(jī)械法法這種方法法的原理理是根據(jù)據(jù)變形量量來(lái)計(jì)算算殘余應(yīng)應(yīng)力的大大小，只只能測(cè)量量第一類類殘余應(yīng)應(yīng)力，是是實(shí)驗(yàn)室室常用的的定量測(cè)測(cè)試方法法。具體體實(shí)驗(yàn)原原理見(jiàn)材材料力學(xué)學(xué)有關(guān)知知識(shí)。4-4控制加工工表面質(zhì)質(zhì)量的途途徑四、表面面質(zhì)量的的檢查5.裂紋的測(cè)測(cè)定如果表面面經(jīng)過(guò)

38、精精加工，可能用用肉眼就就能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，也可可用滲透透法看出出。內(nèi)在在的裂紋紋可以用用磁力探探傷、超超聲波探探傷或發(fā)發(fā)聲裝置置等來(lái)檢檢查。（1） 磷粉粉探傷（2）超聲波波探傷（3）渦流探探傷法（4）聲發(fā)射射檢測(cè)（5）顯微分分析法機(jī)械加工工過(guò)程中中產(chǎn)生的的振動(dòng)，也和其其它的機(jī)機(jī)械振動(dòng)動(dòng)一樣，按其產(chǎn)產(chǎn)生的原原因可分分為自由振動(dòng)動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)和自激振動(dòng)動(dòng)三大類。4-5機(jī)械加工工中振動(dòng)動(dòng)的基本本概念一、振動(dòng)動(dòng)對(duì)機(jī)械械加工的的影響振動(dòng)會(huì)在在工件加加工表面面出現(xiàn)振振紋，降降低了工工件的加加工精度度和表面面質(zhì)量；振動(dòng)會(huì)引引起刀具具崩刃打打刀現(xiàn)象象并加速速刀具或或砂輪的的磨損；振動(dòng)使機(jī)機(jī)床連接接部分松松動(dòng)，影影響

39、運(yùn)動(dòng)動(dòng)副的工工作性能能，并導(dǎo)導(dǎo)致機(jī)床床喪失精精度；強(qiáng)烈的振振動(dòng)及伴伴隨而來(lái)來(lái)的噪聲聲，還會(huì)會(huì)污染環(huán)環(huán)境，危危害操作作者的身身心健康康。為減減小加工工過(guò)程中中的振動(dòng)動(dòng)，有時(shí)時(shí)不得不不降低切切削用量量，使機(jī)機(jī)械加工工生產(chǎn)率率降低。機(jī)械加工工振動(dòng)自激振動(dòng)動(dòng)自由振動(dòng)動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受受到初始始干擾力力激勵(lì)破破壞了其其平衡狀態(tài)態(tài)后，系系統(tǒng)僅靠靠彈性恢恢復(fù)力來(lái)來(lái)維持的振振動(dòng)稱為為自由振振動(dòng)。由由于總存存在阻尼，自由振振動(dòng)將逐逐漸衰減減。(占5%)系統(tǒng)在周周期性激激振力(干擾力)持續(xù)作用用下產(chǎn)生的的振動(dòng)，稱為強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)。強(qiáng)迫迫振動(dòng)的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)過(guò)程程是諧振振動(dòng)，只只要有激激振力存在在振動(dòng)系系統(tǒng)就不不會(huì)被阻阻尼

40、衰減減掉。(占30%)在沒(méi)有周周期性干干擾力作作用的情情況下，由振動(dòng)系系統(tǒng)本身身產(chǎn)生的的交變力力所激發(fā)發(fā)和維持的的振動(dòng)，稱為自自激振動(dòng)動(dòng)。切削削過(guò)程中產(chǎn)產(chǎn)生的自自激振動(dòng)動(dòng)也稱為為顫振。(占65%)4-5機(jī)械加工工中振動(dòng)動(dòng)的基本本概念二、機(jī)械械加工中中振動(dòng)的的種類及及其主要要特點(diǎn)按工藝系系統(tǒng)的自自由度數(shù)數(shù)量分：?jiǎn)巫杂啥榷认到y(tǒng)振振動(dòng)：用用一個(gè)獨(dú)獨(dú)立坐標(biāo)標(biāo)就可以以確定的的振動(dòng)；多自由度度系統(tǒng)振振動(dòng)：用用多個(gè)獨(dú)獨(dú)立坐標(biāo)標(biāo)才能確確定的振振動(dòng)；4-5機(jī)械加工工中振動(dòng)動(dòng)的基本本概念二、機(jī)械械加工中中振動(dòng)的的種類及及其主要要特點(diǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的振源源有來(lái)自自機(jī)床內(nèi)內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源源和來(lái)自機(jī)機(jī)床外部部的機(jī)外振源源兩大

41、類。機(jī)外振振源甚多多，但它它們都是是通過(guò)地地基傳給給機(jī)床的的，可通通過(guò)加設(shè)設(shè)隔振地地基來(lái)隔隔離。4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、強(qiáng)迫迫振動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的原原因強(qiáng)迫振動(dòng)的振源系統(tǒng)外部部的周期期性干擾擾力旋轉(zhuǎn)零件件的質(zhì)量量偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)的缺陷陷切削過(guò)程程的間隙隙特性機(jī)床電機(jī)機(jī)的振動(dòng)動(dòng)機(jī)床高速速旋轉(zhuǎn)件件不平衡衡引起的的振動(dòng)機(jī)床傳動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)缺缺陷引起起的振動(dòng)動(dòng)，如齒齒輪的側(cè)側(cè)隙、皮皮帶張緊緊力的變變化等切削過(guò)程程中的沖沖擊引起起的振動(dòng)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)部件的的慣性力力引起的的振動(dòng)內(nèi)圓磨削削振動(dòng)系系統(tǒng)a)模型示意意圖b）動(dòng)力學(xué)模模型c）受力圖1、動(dòng)力學(xué)學(xué)模型的的建立4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制

42、二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定1、動(dòng)力學(xué)學(xué)模型的的建立幾點(diǎn)假設(shè)設(shè)：1）（a）只有質(zhì)量量、沒(méi)有有彈性的的集中質(zhì)質(zhì)量，（b）只有彈性性、沒(méi)有有質(zhì)量的的集中彈彈簧；2）阻尼力在在線性范范圍內(nèi)，即：3）系統(tǒng)在在平衡位位置附近近作微小小的振動(dòng)動(dòng)。4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定根據(jù)牛頓頓運(yùn)動(dòng)規(guī)規(guī)律建立立微分方方程：式中衰減系數(shù)數(shù)，0系統(tǒng)無(wú)阻阻尼振動(dòng)動(dòng)時(shí)的固固有頻率率，激振力頻頻率該式是一一個(gè)二階階常系數(shù)數(shù)線性非非齊次微微分方程程。根據(jù)據(jù)微分方程理論論，當(dāng)系系統(tǒng)為小小阻尼時(shí)時(shí)，它的的解由令令而得到的的齊次方程程的通解解和非齊齊次方程程的一個(gè)個(gè)特解組組成：1

43、、動(dòng)力學(xué)學(xué)模型的的建立4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定等式右邊邊第一項(xiàng)項(xiàng)表示具具有粘性性阻尼的的自由振振動(dòng)，如如(a)所示；第第二項(xiàng)表表示有阻阻尼的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)，如(b)所示；二二者疊加加后的振振動(dòng)過(guò)程程如圖(c)所示。經(jīng)經(jīng)過(guò)一段段時(shí)間后后，衰減減振動(dòng)會(huì)會(huì)很快衰衰減掉了了，而強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)則持續(xù)續(xù)下去，形成振振動(dòng)的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)過(guò)程程。4-6機(jī)械加工工中振動(dòng)動(dòng)的基本本概念二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定(a)(b)(c)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)態(tài)后的振振動(dòng)方程程(即特解)為：式中A強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的幅值值；振動(dòng)體位位移相對(duì)對(duì)于激振振力的相相位角；t時(shí)間其中強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的振幅為為

44、：相位角為為：1、動(dòng)力學(xué)學(xué)模型的的建立4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定式中ff=F0/m；A0系統(tǒng)在靜靜力F0作用下的的靜位移移(m)k系統(tǒng)的靜靜剛度(N/m)；頻率比，/0阻尼比，c臨界阻尼尼系數(shù)，1、動(dòng)力學(xué)學(xué)模型的的建立4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定1）強(qiáng)迫振振動(dòng)是由由周期性性激振力力引起的的，不會(huì)會(huì)被阻尼尼衰減掉掉，振動(dòng)動(dòng)本身也也不能使使激振力力變化。2）強(qiáng)迫振振動(dòng)的振振動(dòng)頻率率與外界界激振力力的頻率率相同，而與系系統(tǒng)的固固有頻率率無(wú)關(guān)。3）強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的幅值值既與激激振力的的幅值有有關(guān)，又又與工藝藝

45、系統(tǒng)的的特性有有關(guān)。 激振振力的影響：A0=F0/k2、強(qiáng)迫振振動(dòng)的特特征4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定）當(dāng)0時(shí)，1，0.60.7，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)區(qū)，在該該區(qū)增加加系統(tǒng)靜靜剛度，可減小小振動(dòng)。）當(dāng)1時(shí)，會(huì)急劇增增大，此此現(xiàn)象稱稱為共振振，0.71時(shí)，0，1.4區(qū)域稱為為慣性區(qū)區(qū)，在該該區(qū)增加加振動(dòng)體體的質(zhì)量量，可減減小振動(dòng)動(dòng)振幅。 頻率率比的影響2、強(qiáng)迫振振動(dòng)的特特征4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定動(dòng)態(tài)放大大系數(shù)：2、強(qiáng)迫振振動(dòng)的特特征4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定

46、幅頻曲線靜剛度k=F0/A0是工藝系系統(tǒng)本身身的屬性性，在線線性范圍圍內(nèi)，可可以認(rèn)為為它與外外載荷無(wú)無(wú)關(guān)，動(dòng)動(dòng)剛度kd除與k成正比外外，還與與系統(tǒng)阻阻尼、頻頻率比和阻尼比比有關(guān)。靜靜剛度影影響工件件的幾何何形狀及及尺寸精精度，動(dòng)動(dòng)剛度影影響工件件的表面面粗糙度度。3、振動(dòng)系系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)剛度4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的數(shù)學(xué)描描述及特特定當(dāng)系統(tǒng)在在周期性性動(dòng)載荷荷作用下下，交變變力的幅幅值與振振幅（動(dòng)動(dòng)態(tài)位移移）之比比稱為系系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)剛度。即：減小強(qiáng)迫振動(dòng)的措施減小激振振力調(diào)整振源源頻率提高工藝藝系統(tǒng)的的剛度和和阻尼采取隔振振措施采用減振振裝置。4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)

47、迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制三、減小小強(qiáng)迫振振動(dòng)的措措施如果已經(jīng)經(jīng)確認(rèn)機(jī)機(jī)械加工工過(guò)程中中發(fā)生了了強(qiáng)迫振振動(dòng)，就就要設(shè)法法查找振振源，以以便去除除振源或或減小振振源對(duì)加加工過(guò)程程的影響響。由強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的特征征可知，強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的頻率率總是與與干擾力力的頻率率相等或或是它的的倍數(shù)，我們可可以根據(jù)據(jù)強(qiáng)迫振振動(dòng)的這這個(gè)規(guī)律律去查找找強(qiáng)迫振振動(dòng)的振振源。4-6機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)與抑制制四、機(jī)械械加工過(guò)過(guò)程中強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)振源的的查找方方法在實(shí)際加加工過(guò)程程中，由由于偶然然的外界界干擾（如工件件材料硬硬度不均均、加工工余量有有變化等等），會(huì)會(huì)使切削削力發(fā)生生變化，從而使使工藝系系統(tǒng)產(chǎn)生生自由振振動(dòng)。系系統(tǒng)的振

48、振動(dòng)必然然會(huì)引起起工件、刀具間間的相對(duì)對(duì)位置發(fā)發(fā)生周期期性變化化，這一一變化若若又引起起切削力力的波動(dòng)動(dòng)，則使使工藝系系統(tǒng)產(chǎn)生生振動(dòng)。因此通通常將自自激振動(dòng)動(dòng)看成是是由振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)（工藝系系統(tǒng)）和和調(diào)節(jié)系系統(tǒng)（切切削過(guò)程程）兩個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)組組成的一一個(gè)閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)。激勵(lì)工藝藝系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生振動(dòng)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的的交變力力是由切削過(guò)程程本身產(chǎn)生的，而切削削過(guò)程同同時(shí)又受受工藝系系統(tǒng)的振振動(dòng)的控控制，工工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動(dòng)動(dòng)一旦停停止，動(dòng)動(dòng)態(tài)切削削力也就就隨之消消失。4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征自激振動(dòng)動(dòng)：機(jī)械加工工過(guò)程中中，在沒(méi)沒(méi)有周期期性外力力作用下下，由系系統(tǒng)內(nèi)部部激發(fā)反

49、反饋產(chǎn)生生的周期期性振動(dòng)動(dòng)，稱為為自激振動(dòng)動(dòng)；在金屬屬切削過(guò)過(guò)程中的的自激振振動(dòng)一般般稱為切削顫振振，簡(jiǎn)稱顫振。4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征電動(dòng)機(jī)機(jī)床振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)(切削過(guò)程程)振動(dòng)位移移y(t)交變切削削力F(t)自激振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的組成它由振動(dòng)動(dòng)過(guò)程本本身引起起切削力周期期性變化化，從不不具備交變特特性的能能源中周周期獲得能量量，使振振動(dòng)得以以維持。自激振動(dòng)動(dòng)由振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)本本身參數(shù)數(shù)決定，與與強(qiáng)迫振振動(dòng)顯著著不同。自由振動(dòng)動(dòng)受阻尼尼作用將將迅速衰衰減，而自自激振動(dòng)動(dòng)不會(huì)因因阻尼存在而衰衰減。自激振動(dòng)動(dòng)的頻率率接近于于系統(tǒng)的固有頻頻率，即即顫

50、振頻頻率取決于振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的固有特特性。這與自由由振動(dòng)相相似，而而與強(qiáng)迫振動(dòng)根根本不同同EA1 A0 A2 AE-E+自激振動(dòng)特點(diǎn)不衰減的振動(dòng)f自=f固取決于一周期獲得的能量取決于切削過(guò)程本身4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征如圖2a所示為單單自由度度機(jī)械加加工振動(dòng)動(dòng)模型。設(shè)工件件系統(tǒng)為為絕對(duì)剛剛體，振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)與刀架架相連，且只在在y方向作單單自由度度振動(dòng)。在背向力力Fp作用下，刀具作作切入、切出運(yùn)運(yùn)動(dòng)（振振動(dòng)）。刀架振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)同同時(shí)還有有F彈作用在它它上面。y越大，F(xiàn)彈也越大，當(dāng)Fp=F彈時(shí)，刀架架的振動(dòng)動(dòng)停止。對(duì)上述振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)而言，背向力Fp是外

51、力，F(xiàn)p對(duì)振動(dòng)系系統(tǒng)作功功如圖2b所示。刀具切入入，其運(yùn)運(yùn)動(dòng)方向向與背向向力方向向相反，作負(fù)功功；即振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)要消耗耗能量W振入；刀具切出出，其運(yùn)運(yùn)動(dòng)方向向與背向向力方向向相同，作正功功；即振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)要吸收收能量W振出；產(chǎn)生自激激振動(dòng)的的條件4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征圖2單自由度度機(jī)械加加工振動(dòng)動(dòng)模型a）振動(dòng)模型型b）力與位移移的關(guān)系系圖4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征產(chǎn)生自激激振動(dòng)的的條件（1）當(dāng)W振出W振入時(shí)，刀架架振動(dòng)系系統(tǒng)將有有持續(xù)的的自激振振動(dòng)產(chǎn)生生。4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制

52、一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征產(chǎn)生自激激振動(dòng)的的條件W振出=W振入+ W摩阻（振振入）時(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)有穩(wěn)幅幅的自激激振動(dòng)；W振出W振入+ W摩阻（振振入）時(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)為振幅幅遞增的的自激振動(dòng)，至至一定程程度，系系統(tǒng)有穩(wěn)穩(wěn)幅的自自激振動(dòng)動(dòng)；W振出W振入+ W摩阻（振振入）時(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)為振幅幅遞減的的自激振動(dòng)，至至一定程程度，系系統(tǒng)有穩(wěn)穩(wěn)幅的自自激振動(dòng)動(dòng)；故振動(dòng)系系統(tǒng)產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的基基本條件件是：W振出W振入或FP振出FP振入4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制一、自激激振動(dòng)的的產(chǎn)生及及其特征征產(chǎn)生自激激振動(dòng)的的條件4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的學(xué)學(xué)說(shuō)再生顫振振

53、1、再生顫顫振原理理如圖3a)所示，車車刀只做做橫向進(jìn)進(jìn)給。在穩(wěn)定的的切削過(guò)過(guò)程中，刀架系系統(tǒng)因材材料的硬硬點(diǎn)，加加工余量量不均勻勻，或其其它原因因的沖擊擊等，受受到偶然然的擾動(dòng)動(dòng)。刀架架系統(tǒng)因因此產(chǎn)生生了一次次自由振振動(dòng)，并并在被加加工表面面留下相相應(yīng)的振振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后，刀刀具要在在留有振振紋的表表面上切切削，因因切削厚厚度發(fā)生生了變化化，所以以引起了了切削力力周期性性的變化化，產(chǎn)生生動(dòng)態(tài)切切削力。將這種由于切削削厚度的的變化而而引起的的自激振振動(dòng)，稱為“再生顫振振”。圖3自由正交交切削時(shí)時(shí)再生顫顫振的產(chǎn)產(chǎn)生4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的學(xué)學(xué)說(shuō)再生

54、顫振振1、再生顫顫振原理理切削模型型：y0表示前次次切削的的表面y表示后次次切削的的表面刀具切入入工件時(shí)時(shí)，切削削力做正正功，切切出工件件時(shí)做負(fù)負(fù)功。4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制2、再生顫顫振產(chǎn)生生的條件件二、產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的學(xué)學(xué)說(shuō)再生顫振振圖a)：y比y0超前一個(gè)個(gè)相位角角，使刀具具在切入入工件的的半個(gè)周周期中平平均切削削厚度比比切出時(shí)時(shí)大，平平均切削削力也大大，切削削力對(duì)系系統(tǒng)做的的正功小小于負(fù)功功，正功功負(fù)功功，振動(dòng)動(dòng)消失。圖b):y與y0同相位角角，=0,正功=負(fù)功，不不產(chǎn)生自自激振動(dòng)動(dòng)。圖c):y比y0滯后一個(gè)個(gè)相位角角，正功負(fù)功，有能量量輸入系系統(tǒng)補(bǔ)償償阻尼對(duì)對(duì)能量的

55、的消耗，產(chǎn)生自自激振動(dòng)動(dòng)。4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制2、再生顫顫振產(chǎn)生生的條件件二、產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的學(xué)學(xué)說(shuō)再生顫振振結(jié)論：在在再生顫顫振中，只有當(dāng)當(dāng)后一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的振紋紋的相位位滯后于于前一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)振紋時(shí)時(shí)才有可可能產(chǎn)生生再生顫顫振。一般01，徑向切入入=1（切槽、鉆鉆、端銑銑等）橫向切削削01車方牙螺螺紋，=0，無(wú)重迭切切削，不不可能發(fā)發(fā)生再生生顫振。重迭系數(shù)數(shù)越大，由前一一次波紋紋激發(fā)的的動(dòng)態(tài)力力影響越越大。重迭系數(shù)數(shù)：前一次切切削工件件表面形形成的波波紋面寬寬度在相相繼的后后一次切切削的有有效寬度度中所占占的比例例，用表示。=(B -f) /BB切削寬度度，f進(jìn)給量。3、重迭系系數(shù)

56、對(duì)再再生顫振振的影響響二、產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的學(xué)學(xué)說(shuō)再生顫振振4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制當(dāng)縱車方方牙螺紋紋的外圓圓表面如如圖所示，刀刀具并未未發(fā)生重重疊切削削，若按按再生顫顫振原理理，則不不應(yīng)該產(chǎn)產(chǎn)生顫振振。但在在實(shí)際加加工中，當(dāng)切削削深度達(dá)達(dá)到一定定值時(shí)，仍會(huì)發(fā)發(fā)生顫振振，這可可以用振型耦合合原理來(lái)解釋。4-7機(jī)械加工工中的自自激振動(dòng)動(dòng)與抑制制二、產(chǎn)生生自激振振動(dòng)的學(xué)學(xué)說(shuō)振型耦合合顫振振型耦合合顫振原原理工件刀具f縱車方牙牙螺紋外外表面圖6兩個(gè)自由由度的耦耦合振動(dòng)動(dòng)模型a）切削模型型b）動(dòng)力學(xué)模模型圖6是兩個(gè)自自由度振振型耦合合顫振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模模型刀具等效效質(zhì)量為為m，相互垂直直的等效效剛度系系數(shù)分別別為k1、k2（設(shè)k1 k2）剛度低的的方向振振型為x1，剛度高的的方向振振型為x2。當(dāng)?shù)都芟迪到y(tǒng)以的頻率振振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m在x1、x2兩個(gè)方向向