《機(jī)械制造技術(shù)》課件-第10章

項(xiàng)目十機(jī)械加工表面質(zhì)量

項(xiàng)目十機(jī)械加工表面質(zhì)量1項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)機(jī)械加工表面質(zhì)量表面質(zhì)量對零件使用性能的影響影響加工表面幾何形狀特征的因素影響表面層物理及機(jī)械性能的因素機(jī)械加工振動(dòng)簡介項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)機(jī)械加工表面質(zhì)量2任務(wù)一機(jī)械加工表面質(zhì)量

機(jī)械加工表面質(zhì)量包括加工表面的幾何形狀特征和表面層的物理及機(jī)械性能兩部分。一、加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征主要包括表面粗糙度、表面波度、紋理方向和表面?zhèn)鬯牟糠?，如下圖所示。任務(wù)一機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量包括加3

表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，主要是由刀具的形狀及切削過程中的塑性變形和振動(dòng)等引起的。表面粗糙度的波距小于1mm，其波距與波高的比值一般小于50。

表面波度：是指介于宏觀幾何形狀誤差（波距與波高的比值大于1000）和表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差，主要是由加工過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)引起的。表面波度的波距在1～20mm之間，其波距與波高的比值一般在50～1000之間。

紋理方向：是指表面的刀紋方向，取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。

表面?zhèn)郏菏侵冈诩庸け砻娴膫€(gè)別位置出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔和裂痕等。表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，4二、表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能主要包括表面層金相組織變化、表面層冷作硬化和表面層殘余應(yīng)力三部分，如下圖所示。二、表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能5任務(wù)二表面質(zhì)量對零件使用

性能的影響一、表面質(zhì)量對耐磨性的影響1．表面粗糙度工件的表面粗糙度過大或過小都會(huì)降低工件的耐磨性。其中，表面粗糙度過大，會(huì)使摩擦工件的實(shí)際接觸面積減小，單位應(yīng)力增大，在接觸點(diǎn)的凸峰處產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和剪切破壞，從而使工件磨損嚴(yán)重；表面粗糙度過小，接觸面間容易發(fā)生分子粘接，且潤滑液不易儲(chǔ)存，也會(huì)導(dǎo)致工件磨損嚴(yán)重。因此，在一定的工作條件下，通常會(huì)存在一個(gè)最佳的表面粗糙度，使工件的耐磨性最好。任務(wù)二表面質(zhì)量對零件使用

性能的62．紋理方向輕載時(shí)，兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)工件的表面紋理方向均與其運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，耐磨性最好，表面紋理方向均與其運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，耐磨性最差；重載時(shí)，由于壓強(qiáng)、分子親和力和潤滑液儲(chǔ)存等因素的變化，耐磨性規(guī)律與輕載時(shí)大致相同，但可能會(huì)有所差異。3．表面層冷作硬化表面層冷作硬化能夠提高表面層金屬的顯微硬度，減小接觸面間的彈性變形和塑性變形，從而提高工件的耐磨性。但冷作硬化程度太高時(shí)，工件表面層金屬會(huì)變脆，容易產(chǎn)生微觀裂紋或剝落現(xiàn)象，反而會(huì)降低工件的耐磨性。因此，為保證工件的耐磨性，表面層冷作硬化程度應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。2．紋理方向輕載時(shí)，兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)工件的表面74．表面層金相組織變化表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)，會(huì)改變工件材料原來的硬度，因此會(huì)影響工件的耐磨性。二、表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響1．加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征中，表面粗糙度對工件耐疲勞性的影響最大。表面越粗糙，在交變載荷的作用下，其波谷處應(yīng)力集中現(xiàn)象越嚴(yán)重，容易引起疲勞裂紋，降低工件的耐疲勞性。表面?zhèn)厶幰踩菀仔纬蓱?yīng)力集中，尤其是當(dāng)傷痕方向與應(yīng)力方向垂直時(shí)，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，降低工件的耐疲勞性。4．表面層金相組織變化表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)，82．表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能中，表面殘余應(yīng)力對工件耐疲勞性的影響最大。當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，可阻礙疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高工件的耐疲勞性；當(dāng)表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，容易使加工表面產(chǎn)生裂紋，降低工件的耐疲勞性。適當(dāng)?shù)谋砻鎸永渥饔不軌蜃璧K疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高工件的耐疲勞性。但冷作硬化程度太高時(shí)，工件表面層金屬會(huì)變脆，反而容易引起表面裂紋，降低工件的耐疲勞性。2．表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)9三、表面質(zhì)量對耐蝕性的影響1．表面粗糙度工件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值大時(shí)，腐蝕性物質(zhì)容易積聚在表面粗糙度的波谷處發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，從而會(huì)降低工件的耐蝕性；反之，表面粗糙度值小時(shí)，則會(huì)提高工件的耐蝕性。2．殘余應(yīng)力

表面層的殘余壓應(yīng)力可使工件表面組織致密，腐蝕性物質(zhì)不易侵入，有利于提高工件的耐蝕性；反之，表面層的殘余拉應(yīng)力則會(huì)降低工件的耐蝕性。三、表面質(zhì)量對耐蝕性的影響1．表面粗糙度工件的耐10四、表面質(zhì)量對配合精度的影響表面質(zhì)量中的表面粗糙度對零件配合精度的影響較大。對于間隙配合的表面，如果其表面粗糙度值較大，相對運(yùn)動(dòng)時(shí)磨損較快，配合間隙迅速增大，從而影響間隙配合的精度和穩(wěn)定性；對于過盈配合的表面，如果其表面粗糙度值較大，配合表面上的波峰易被擠掉，使得實(shí)際過盈量減小，從而影響過盈配合的可靠性；對于過渡配合的表面，則兼有以上兩種配合的影響。因此，對有配合要求的表面，應(yīng)規(guī)定較小的表面粗糙度值。四、表面質(zhì)量對配合精度的影響表面質(zhì)量中的表面粗糙11任務(wù)三影響加工表面幾何形狀

特征的因素

一、影響切削加工表面粗糙度的因素1．幾何因素切削加工中，由于刀具切削刃的形狀和進(jìn)給量等幾何因素的影響，加工余量不可能完全切除，而會(huì)在加工表面上留下一定的殘留面積。切削殘留面積的高度決定著表面粗糙度值的大小。任務(wù)三影響加工表面幾何形狀

特征的因素12影響切削殘留面積高度的因素主要包括進(jìn)給量f、主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑rε等。如下圖所示，當(dāng)車刀刀尖圓弧半徑rε為零時(shí)，由幾何關(guān)系可推出殘留面積最大高度Rmax的計(jì)算公式為：影響切削殘留面積高度的因素主要包括進(jìn)給量f、13如下圖所示，當(dāng)車刀刀尖圓弧半徑rε不為零時(shí)，殘留面積最大高度Rmax為：因Rmax＜＜rε，上式經(jīng)變形可得出殘留面積最大高度Rmax的計(jì)算公式為：如下圖所示，當(dāng)車刀刀尖圓弧半徑rε不為零時(shí)14可以看出，切削加工中，減小進(jìn)給量f、主偏角和副偏角，增大刀尖圓弧半徑rε，能夠降低殘留面積最大高度Rmax，從而減小加工表面粗糙度。2．物理因素切削加工中，刀具對工件的擠壓與摩擦，使加工表面發(fā)生塑性變形，造成原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大加工表面粗糙度。加工塑性材料，當(dāng)采用中等或偏低的切削速度時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，從而增大加工表面粗糙度；加工脆性材料時(shí)，切削速度對表面粗糙度的影響不大，容易得到較小的表面粗糙度?？梢钥闯?，切削加工中，減小進(jìn)給量f、主偏角15對同樣的材料，其金相組織越粗大，切削加工后的表面粗糙度越大。因此，精加工前對工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)等處理，可得到均勻細(xì)密的組織和較高的硬度，從而減小加工表面粗糙度。3．工藝系統(tǒng)的振動(dòng)在加工過程中，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)使加工表面產(chǎn)生波度，從而增大加工表面粗糙度。二、影響磨削加工表面粗糙度的因素影響磨削加工表面粗糙度的因素主要包括磨削用量、砂輪和工件材料等。對同樣的材料，其金相組織越粗大，切削加工后的表面粗16增大磨削深度ap，會(huì)使磨削力增大，磨削溫度升高，表面塑性變形增大，加工表面粗糙度增大。1．磨削用量（1）砂輪速度vc提高砂輪速度vc可以增加工件單位面積上的刻痕數(shù)，且高速磨削時(shí)工件表面的塑性變形不充分，可減小溝槽兩側(cè)的隆起量，有利于減小加工表面粗糙度。（2）工件線速度vw

在其他條件不變的情況下，提高工件線速度vw，會(huì)減少磨粒單位時(shí)間內(nèi)在工件表面上的刻痕數(shù)，從而增大加工表面粗糙度。（3）磨削深度ap增大磨削深度ap，會(huì)使磨削力增大，磨削溫度升172．砂輪（1）砂輪的粒度砂輪的粒度越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)越多，在加工表面的刻痕越細(xì)密，則表面粗糙度越??；但粒度過細(xì)時(shí)，砂輪易堵塞，磨削性能下降，反而會(huì)使表面粗糙度增大。（2）砂輪的硬度

砂輪的硬度應(yīng)適宜。砂輪太硬，磨粒鈍化后不易脫落，加工表面會(huì)受到強(qiáng)烈地摩擦和擠壓，塑性變形增大，從而會(huì)導(dǎo)致加工表面粗糙度增大或燒傷加工表面；砂輪太軟，磨粒易脫落，常會(huì)產(chǎn)生磨損不均勻的現(xiàn)象，也會(huì)使加工表面粗糙度增大。2．砂輪（1）砂輪的粒度砂輪的粒度越細(xì)，18（3）砂輪的修整砂輪應(yīng)及時(shí)修整，以去除外層已鈍化或被磨屑堵塞的磨粒，以保證切削微刃的等高性。3．工件材料工件材料的硬度、塑性、韌性和導(dǎo)熱性等對磨削加工表面粗糙度有顯著的影響。工件材料太硬，易使磨粒鈍化，會(huì)增大加工表面粗糙度；工件材料太軟，易使砂輪堵塞，也會(huì)增大加工表面粗糙度。工件材料的塑性、韌性較大時(shí)，其塑性變形程度也較大，會(huì)使加工表面粗糙度較大。工件材料的導(dǎo)熱性較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致磨削溫度較高，也會(huì)使加工表面粗糙度較大。（3）砂輪的修整砂輪應(yīng)及時(shí)修整，以去除外層已19任務(wù)四影響表面層物理及

機(jī)械性能的因素一、影響表面層金相組織變化的因素對于一般的切削加工，切削溫度一般不會(huì)達(dá)到相變臨界點(diǎn)，金相組織不會(huì)發(fā)生變化；但對于磨削加工，由于磨削溫度較高，很容易達(dá)到相變臨界點(diǎn)，使表面層的金相組織發(fā)生變化，引起表面層的硬度和強(qiáng)度改變，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。影響磨削燒傷的因素主要包括磨削用量、砂輪的選擇和冷卻方式等。

任務(wù)四影響表面層物理及

機(jī)械性能的因素一、影201．磨削用量當(dāng)磨削深度ap增加時(shí)，磨削溫度會(huì)顯著升高，容易造成磨削燒傷。當(dāng)工件的軸向進(jìn)給量fa增大時(shí)，由于熱源作用時(shí)間減少，使金相組織來不及變化，因此可減輕磨削燒傷。提高工件線速度vw，雖然會(huì)使發(fā)熱量增大，但由于熱源作用時(shí)間減少，因此對磨削燒傷影響不大。但提高工件線速度vw會(huì)增大加工表面粗糙度，一般可通過提高砂輪速度vc來彌補(bǔ)此不足。1．磨削用量當(dāng)磨削深度ap增加時(shí)，磨削溫度212．砂輪的選擇砂輪的粒度越細(xì)，硬度越高，則磨削溫度越高，磨削燒傷越嚴(yán)重。砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，保證磨粒受到過大磨削力時(shí)能產(chǎn)生一定的彈性退讓，以減小磨削深度，減輕磨削燒傷。3．冷卻方式

采用切削液進(jìn)行冷卻可避免磨削燒傷。但由于磨削時(shí)，砂輪轉(zhuǎn)速較高，其表面會(huì)產(chǎn)生一層強(qiáng)氣流，采用一般的冷卻方法時(shí)，切削液很難進(jìn)入磨削區(qū)，因此，冷卻效果不理想。目前采用的比較有效的冷卻方法有高壓大流量法、噴霧冷卻法和內(nèi)冷卻法等。2．砂輪的選擇砂輪的粒度越細(xì)，硬度越高，則磨削溫度22二、表面層冷作硬化表面層冷作硬化用硬化層深度h和硬化程度N兩個(gè)指標(biāo)來衡量。一般情況下，硬化層深度h可達(dá)0.05～0.3mm；硬化程度N的計(jì)算公式為：機(jī)械加工中，由于切削熱的作用，工件表面層的溫度會(huì)升高，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，會(huì)使已強(qiáng)化的金屬回復(fù)到正常狀態(tài)。因此，表面層冷作硬化實(shí)際上是硬化和回復(fù)綜合作用的結(jié)果。影響表面層冷作硬化的因素主要包括刀具幾何參數(shù)、切削用量和工件材料等。二、表面層冷作硬化表面層冷作硬化用硬化層深231．刀具幾何參數(shù)刀具前角γo減小，刀尖圓弧半徑rε增大及刀具后刀面磨損寬度VB增大都會(huì)使表面層的塑性變形增大，從而導(dǎo)致冷作硬化層深度h和硬化程度N增大。2．切削用量切削用量中進(jìn)給量f和切削速度vc對冷作硬化的影響較大。其中，進(jìn)給量f增大，會(huì)使切削力增大，工件表面層的塑性變形增大，從而導(dǎo)致冷作硬化層深度h和硬化程度N增大；切削速度vc增大，會(huì)使切削溫度升高，回復(fù)作用加強(qiáng)，同時(shí)刀具對工件的作用時(shí)間減少，塑性變形減小，因此，冷作硬化層深度h和硬化程度N都會(huì)有所減小。1．刀具幾何參數(shù)刀具前角γo減小，刀尖圓弧243．工件材料工件材料的硬度越低、塑性越好，加工時(shí)表面層的塑性變形越大，冷作硬化越嚴(yán)重。三、表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生表面層殘余應(yīng)力的原因主要包括冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化三方面。1．冷態(tài)塑性變形切削加工時(shí)，加工表面在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，表層金屬體積膨脹，但由于受到里層金屬的阻礙，從而在表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。3．工件材料工件材料的硬度越低、塑性越好，加工時(shí)25另一方面，由于加工表面受到刀具后刀面的擠壓和摩擦作用，表層產(chǎn)生拉伸塑性變形，但其也會(huì)受到里層金屬的阻礙，從而也會(huì)在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。2．熱態(tài)塑性變形切削加工時(shí)，加工表面在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，但由于里層金屬溫度較低，會(huì)對表層金屬的熱膨脹產(chǎn)生阻礙作用，從而使表層產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)熱壓縮應(yīng)力超過材料的熱屈服點(diǎn)時(shí)，會(huì)使表層金屬產(chǎn)生壓縮塑性變形。當(dāng)加工結(jié)束后，表層溫度下降，體積收縮時(shí)又會(huì)受到里層金屬的阻礙，最終會(huì)在表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。另一方面，由于加工表面受到刀具后刀面的擠壓和摩擦作263．金相組織變化切削加工時(shí)，若加工表面的溫度超過金相組織的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層將會(huì)產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變。由于不同金相組織的密度不同，表層金相組織的變化將會(huì)引起表層體積的變化。表層體積膨脹時(shí)，由于受到里層金屬的阻礙，會(huì)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；反之會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。實(shí)際加工中，表面層殘余應(yīng)力是上述三者綜合作用的結(jié)果，其大小、性質(zhì)和分布規(guī)律由起主導(dǎo)作用的因素決定，例如，切削時(shí)，起主導(dǎo)作用的因素是冷態(tài)塑性變形，工件表面常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；磨削時(shí)，起主導(dǎo)作用的因素是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化，工件表面常產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。3．金相組織變化切削加工時(shí)，若加工表面的溫度超過27任務(wù)五機(jī)械加工振動(dòng)簡介

機(jī)械加工振動(dòng)是指機(jī)械加工中刀具和工件之間產(chǎn)生的振動(dòng)。它會(huì)干擾和破壞正常的切削過程，使加工表面質(zhì)量降低、刀具和機(jī)床的使用壽命縮短、切削加工的生產(chǎn)率降低，同時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲會(huì)污染環(huán)境，惡化工人的勞動(dòng)條件。任務(wù)五機(jī)械加工振動(dòng)簡介機(jī)械加工振動(dòng)是指機(jī)械加28

自由振動(dòng)：是指機(jī)械加工過程中，由于切削力的突然變化或其他外界力的沖擊等原因引起的振動(dòng)。這種振動(dòng)一般可以迅速衰減，對機(jī)械加工過程的影響很小。

受迫振動(dòng)：是指由工藝系統(tǒng)內(nèi)部或外部周期性激振力所引起的振動(dòng)。

自激振動(dòng)：又稱為顫振，是指機(jī)械加工過程中，沒有外界干擾激勵(lì)而由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力加強(qiáng)和維持的一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)。一、機(jī)械加工振動(dòng)的分類按其性質(zhì)，機(jī)械加工振動(dòng)可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)三種。

自由振動(dòng)：是指機(jī)械加工過程中，由于切削力的突然變化29二、受迫振動(dòng)1．受迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因受迫振動(dòng)的振源有來自于機(jī)床外部的機(jī)外振源和來自于機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源兩大類。其中，機(jī)外振源有很多，如機(jī)床附近的振動(dòng)源等，它們的振動(dòng)通過地基傳給機(jī)床，從而引起工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)；機(jī)內(nèi)振源主要包括機(jī)床高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差和切削過程中的沖擊等。2．受迫振動(dòng)的特征（1）受迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，是一種不衰減的穩(wěn)定振動(dòng)，且振動(dòng)本身不會(huì)引起激振力的變化。二、受迫振動(dòng)1．受迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因受迫振動(dòng)的振30（2）受迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率相同或呈倍數(shù)關(guān)系，與工藝系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。（3）受迫振動(dòng)的振幅主要取決于激振力的頻率與工藝系統(tǒng)固有頻率的比值，此外還與激振力的大小、系統(tǒng)剛度和阻尼系數(shù)等有關(guān)。當(dāng)激振力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相近時(shí)，振幅會(huì)急劇增加，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。3．減小受迫振動(dòng)的措施（1）消振和隔振（2）減小激振力（3）調(diào)節(jié)振源頻率（4）提高系統(tǒng)剛性及增加系統(tǒng)阻尼（2）受迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率相同或呈倍數(shù)關(guān)系，31三、自激振動(dòng)1．自激振動(dòng)產(chǎn)生的原理由于維持自激振動(dòng)所需的交變力是由振動(dòng)系統(tǒng)本身所產(chǎn)生的，因此，振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)一停止，交變力就隨之消失，自激振動(dòng)也就停止。其原理和日常生活中常見的電鈴的工作原理很相似。如右圖所示，按下電鈴按鈕2，電路接通，電磁鐵5產(chǎn)生磁力吸引銜鐵4，使彈簧片7帶動(dòng)小錘敲擊電鈴6，此時(shí)觸點(diǎn)3斷開，回路斷電，電磁鐵5失去磁性，小錘靠彈簧片彈回原處，電路又被接通，然后重復(fù)上述過程。三、自激振動(dòng)1．自激振動(dòng)產(chǎn)生的原理由于維32電鈴的自激振動(dòng)系統(tǒng)如左圖所示。彈簧片和小錘組成振動(dòng)元件，銜鐵、電磁鐵和電路組成調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生交變力。交變力使振動(dòng)元件產(chǎn)生振動(dòng)；振動(dòng)元件又對調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?，以產(chǎn)生持續(xù)的交變力。機(jī)械加工中的自激振動(dòng)原理如右圖所示。切削過程產(chǎn)生交變力，使工藝系統(tǒng)的彈性元件產(chǎn)生振動(dòng)；工藝系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的位移再反饋給切削過程，從而使切削過程產(chǎn)生持續(xù)的交變力。電鈴的自激振動(dòng)系統(tǒng)如左圖所示。彈簧片和小錘332．自激振動(dòng)的特征（1）自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)，振動(dòng)過程本身能引起某種力的周期性變化，振動(dòng)系統(tǒng)能通過這種力的變化，從不具備交變特性的能源中周期性地獲得能量補(bǔ)充，從而維持振動(dòng)。外部振源可能在最初激發(fā)振動(dòng)時(shí)起作用，但它不是產(chǎn)生振動(dòng)的內(nèi)在原因。（2）自激振動(dòng)的頻率等于或接近于振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，即它由振動(dòng)系統(tǒng)本身的參數(shù)決定。（3）自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)獲得和消耗能量的對比情況。2．自激振動(dòng)的特征（1）自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)343．減小自激振動(dòng)的措施（1）合理選擇切削用量

切削速度vc：vc在20～60m/min范圍內(nèi)振幅A較大，容易產(chǎn)生自激振動(dòng)，因此，可選擇高速或低速進(jìn)行切削，以避免產(chǎn)生自激振動(dòng)，如左圖所示。

進(jìn)給量f：振幅A隨著f的增大而減小，因此，在加工表面粗糙度允許的情況下應(yīng)適當(dāng)增大進(jìn)給量f，以減小自激振動(dòng)。3．減小自激振動(dòng)的措施（1）合理選擇切削用量35振幅A隨著背吃刀量ap的增大而增大，因此，減小背吃刀量ap能夠減小自激振動(dòng)。但由于減小背吃刀量ap會(huì)降低生產(chǎn)率，所以，通常情況下采用調(diào)整切削速度vc和進(jìn)給量f來減小自激振動(dòng)。（2）合理選擇刀具幾何參數(shù)適當(dāng)增大前角γo和主偏角能夠減小切削力，從而減小自激振動(dòng)。振幅A隨著背吃刀量ap的增大而增大，因此，減36（3）提高工藝系統(tǒng)的抗振能力①提高機(jī)床的抗振性機(jī)床的抗振性可以通過改善機(jī)床剛性、合理安排各部件的固有頻率、增大阻尼以及提高加工和裝配的質(zhì)量等措施來提高。②提高刀具的抗振性刀具的抗振性可以通過改善刀桿的慣性矩和彈性模量，以及提高刀具的阻尼系數(shù)等措施來提高。③提高工件安裝時(shí)的剛性提高工件安裝時(shí)的剛性主要是指提高工件的彎曲剛度，如車削細(xì)長軸時(shí)使用中心架或跟刀架等。（4）采用消振及減振裝置（3）提高工藝系統(tǒng)的抗振能力①提高機(jī)床的抗振性37項(xiàng)目小結(jié)1．機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量包括加工表面的幾何形狀特征和表面層的物理及機(jī)械性能兩部分。其中，加工表面的幾何形狀特征主要包括表面粗糙度、表面波度、紋理方向和表面?zhèn)鬯牟糠?；表面層的物理及機(jī)械性能主要包括表面層金相組織變化、表面層冷作硬化和表面層殘余應(yīng)力三部分。2．表面質(zhì)量對零件使用性能的影響（1）表面質(zhì)量中的表面粗糙度、紋理方向、表面層冷作硬化和表面層金相組織變化對零件耐磨性的影響較大。項(xiàng)目小結(jié)1．機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量包括38（2）表面質(zhì)量中的表面粗糙度和表面層殘余應(yīng)力對零件耐疲勞性和耐蝕性的影響較大。（3）表面質(zhì)量中的表面粗糙度、表面層冷作硬化和表面層殘余應(yīng)力對零件配合精度的影響較大。3．影響加工表面粗糙度的因素影響切削加工表面粗糙度的因素主要包括幾何因素、物理因素和工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。影響磨削加工表面粗糙度的因素主要包括磨削用量、砂輪和工件材料等。4．影響表面層的物理及機(jī)械性能的因素（1）影響磨削燒傷的因素主要包括磨削用量、砂輪的選擇和冷卻方式等。（2）表面質(zhì)量中的表面粗糙度和表面層殘余應(yīng)力對零件耐39（2）影響表面層冷作硬化的因素主要包括刀具、切削用量和工件材料等。（3）產(chǎn)生表面層殘余應(yīng)力的原因主要包括冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化三方面。5．機(jī)械加工振動(dòng)簡介（1）按其性質(zhì)，機(jī)械加工振動(dòng)可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)三種。（2）受迫振動(dòng)的振源包括機(jī)外振源和機(jī)內(nèi)振源兩大類。減小受迫振動(dòng)的措施主要包括消振和隔振、減小激振力、調(diào)節(jié)振源頻率和提高系統(tǒng)剛性及增加系統(tǒng)阻尼等。（2）影響表面層冷作硬化的因素主要包括刀具、切削用量40（3）自激振動(dòng)的工作原理為切削過程產(chǎn)生交變力，使工藝系統(tǒng)的彈性元件產(chǎn)生振動(dòng)；工藝系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的位移再反饋給切削過程，從而使切削過程產(chǎn)生持續(xù)的交變力。減小自激振動(dòng)的措施主要包括合理選擇切削用量、合理選擇刀具幾何參數(shù)、提高工藝系統(tǒng)的抗振性和采用消振及減振裝置等。（3）自激振動(dòng)的工作原理為切削過程產(chǎn)生交變力，使工藝41項(xiàng)目十機(jī)械加工表面質(zhì)量

項(xiàng)目十機(jī)械加工表面質(zhì)量42項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)機(jī)械加工表面質(zhì)量表面質(zhì)量對零件使用性能的影響影響加工表面幾何形狀特征的因素影響表面層物理及機(jī)械性能的因素機(jī)械加工振動(dòng)簡介項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目學(xué)習(xí)要點(diǎn)機(jī)械加工表面質(zhì)量43任務(wù)一機(jī)械加工表面質(zhì)量

機(jī)械加工表面質(zhì)量包括加工表面的幾何形狀特征和表面層的物理及機(jī)械性能兩部分。一、加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征主要包括表面粗糙度、表面波度、紋理方向和表面?zhèn)鬯牟糠?，如下圖所示。任務(wù)一機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量包括加44

表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，主要是由刀具的形狀及切削過程中的塑性變形和振動(dòng)等引起的。表面粗糙度的波距小于1mm，其波距與波高的比值一般小于50。

表面波度：是指介于宏觀幾何形狀誤差（波距與波高的比值大于1000）和表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差，主要是由加工過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)引起的。表面波度的波距在1～20mm之間，其波距與波高的比值一般在50～1000之間。

紋理方向：是指表面的刀紋方向，取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。

表面?zhèn)郏菏侵冈诩庸け砻娴膫€(gè)別位置出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔和裂痕等。表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，45二、表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能主要包括表面層金相組織變化、表面層冷作硬化和表面層殘余應(yīng)力三部分，如下圖所示。二、表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能46任務(wù)二表面質(zhì)量對零件使用

性能的影響一、表面質(zhì)量對耐磨性的影響1．表面粗糙度工件的表面粗糙度過大或過小都會(huì)降低工件的耐磨性。其中，表面粗糙度過大，會(huì)使摩擦工件的實(shí)際接觸面積減小，單位應(yīng)力增大，在接觸點(diǎn)的凸峰處產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和剪切破壞，從而使工件磨損嚴(yán)重；表面粗糙度過小，接觸面間容易發(fā)生分子粘接，且潤滑液不易儲(chǔ)存，也會(huì)導(dǎo)致工件磨損嚴(yán)重。因此，在一定的工作條件下，通常會(huì)存在一個(gè)最佳的表面粗糙度，使工件的耐磨性最好。任務(wù)二表面質(zhì)量對零件使用

性能的472．紋理方向輕載時(shí)，兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)工件的表面紋理方向均與其運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，耐磨性最好，表面紋理方向均與其運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，耐磨性最差；重載時(shí)，由于壓強(qiáng)、分子親和力和潤滑液儲(chǔ)存等因素的變化，耐磨性規(guī)律與輕載時(shí)大致相同，但可能會(huì)有所差異。3．表面層冷作硬化表面層冷作硬化能夠提高表面層金屬的顯微硬度，減小接觸面間的彈性變形和塑性變形，從而提高工件的耐磨性。但冷作硬化程度太高時(shí)，工件表面層金屬會(huì)變脆，容易產(chǎn)生微觀裂紋或剝落現(xiàn)象，反而會(huì)降低工件的耐磨性。因此，為保證工件的耐磨性，表面層冷作硬化程度應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。2．紋理方向輕載時(shí)，兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)工件的表面484．表面層金相組織變化表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)，會(huì)改變工件材料原來的硬度，因此會(huì)影響工件的耐磨性。二、表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響1．加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征中，表面粗糙度對工件耐疲勞性的影響最大。表面越粗糙，在交變載荷的作用下，其波谷處應(yīng)力集中現(xiàn)象越嚴(yán)重，容易引起疲勞裂紋，降低工件的耐疲勞性。表面?zhèn)厶幰踩菀仔纬蓱?yīng)力集中，尤其是當(dāng)傷痕方向與應(yīng)力方向垂直時(shí)，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，降低工件的耐疲勞性。4．表面層金相組織變化表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)，492．表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能中，表面殘余應(yīng)力對工件耐疲勞性的影響最大。當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，可阻礙疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高工件的耐疲勞性；當(dāng)表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，容易使加工表面產(chǎn)生裂紋，降低工件的耐疲勞性。適當(dāng)?shù)谋砻鎸永渥饔不軌蜃璧K疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高工件的耐疲勞性。但冷作硬化程度太高時(shí)，工件表面層金屬會(huì)變脆，反而容易引起表面裂紋，降低工件的耐疲勞性。2．表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)50三、表面質(zhì)量對耐蝕性的影響1．表面粗糙度工件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值大時(shí)，腐蝕性物質(zhì)容易積聚在表面粗糙度的波谷處發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，從而會(huì)降低工件的耐蝕性；反之，表面粗糙度值小時(shí)，則會(huì)提高工件的耐蝕性。2．殘余應(yīng)力

表面層的殘余壓應(yīng)力可使工件表面組織致密，腐蝕性物質(zhì)不易侵入，有利于提高工件的耐蝕性；反之，表面層的殘余拉應(yīng)力則會(huì)降低工件的耐蝕性。三、表面質(zhì)量對耐蝕性的影響1．表面粗糙度工件的耐51四、表面質(zhì)量對配合精度的影響表面質(zhì)量中的表面粗糙度對零件配合精度的影響較大。對于間隙配合的表面，如果其表面粗糙度值較大，相對運(yùn)動(dòng)時(shí)磨損較快，配合間隙迅速增大，從而影響間隙配合的精度和穩(wěn)定性；對于過盈配合的表面，如果其表面粗糙度值較大，配合表面上的波峰易被擠掉，使得實(shí)際過盈量減小，從而影響過盈配合的可靠性；對于過渡配合的表面，則兼有以上兩種配合的影響。因此，對有配合要求的表面，應(yīng)規(guī)定較小的表面粗糙度值。四、表面質(zhì)量對配合精度的影響表面質(zhì)量中的表面粗糙52任務(wù)三影響加工表面幾何形狀

特征的因素

一、影響切削加工表面粗糙度的因素1．幾何因素切削加工中，由于刀具切削刃的形狀和進(jìn)給量等幾何因素的影響，加工余量不可能完全切除，而會(huì)在加工表面上留下一定的殘留面積。切削殘留面積的高度決定著表面粗糙度值的大小。任務(wù)三影響加工表面幾何形狀

特征的因素53影響切削殘留面積高度的因素主要包括進(jìn)給量f、主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑rε等。如下圖所示，當(dāng)車刀刀尖圓弧半徑rε為零時(shí)，由幾何關(guān)系可推出殘留面積最大高度Rmax的計(jì)算公式為：影響切削殘留面積高度的因素主要包括進(jìn)給量f、54如下圖所示，當(dāng)車刀刀尖圓弧半徑rε不為零時(shí)，殘留面積最大高度Rmax為：因Rmax＜＜rε，上式經(jīng)變形可得出殘留面積最大高度Rmax的計(jì)算公式為：如下圖所示，當(dāng)車刀刀尖圓弧半徑rε不為零時(shí)55可以看出，切削加工中，減小進(jìn)給量f、主偏角和副偏角，增大刀尖圓弧半徑rε，能夠降低殘留面積最大高度Rmax，從而減小加工表面粗糙度。2．物理因素切削加工中，刀具對工件的擠壓與摩擦，使加工表面發(fā)生塑性變形，造成原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大加工表面粗糙度。加工塑性材料，當(dāng)采用中等或偏低的切削速度時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，從而增大加工表面粗糙度；加工脆性材料時(shí)，切削速度對表面粗糙度的影響不大，容易得到較小的表面粗糙度?？梢钥闯觯邢骷庸ぶ?，減小進(jìn)給量f、主偏角56對同樣的材料，其金相組織越粗大，切削加工后的表面粗糙度越大。因此，精加工前對工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)等處理，可得到均勻細(xì)密的組織和較高的硬度，從而減小加工表面粗糙度。3．工藝系統(tǒng)的振動(dòng)在加工過程中，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)使加工表面產(chǎn)生波度，從而增大加工表面粗糙度。二、影響磨削加工表面粗糙度的因素影響磨削加工表面粗糙度的因素主要包括磨削用量、砂輪和工件材料等。對同樣的材料，其金相組織越粗大，切削加工后的表面粗57增大磨削深度ap，會(huì)使磨削力增大，磨削溫度升高，表面塑性變形增大，加工表面粗糙度增大。1．磨削用量（1）砂輪速度vc提高砂輪速度vc可以增加工件單位面積上的刻痕數(shù)，且高速磨削時(shí)工件表面的塑性變形不充分，可減小溝槽兩側(cè)的隆起量，有利于減小加工表面粗糙度。（2）工件線速度vw

在其他條件不變的情況下，提高工件線速度vw，會(huì)減少磨粒單位時(shí)間內(nèi)在工件表面上的刻痕數(shù)，從而增大加工表面粗糙度。（3）磨削深度ap增大磨削深度ap，會(huì)使磨削力增大，磨削溫度升582．砂輪（1）砂輪的粒度砂輪的粒度越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)越多，在加工表面的刻痕越細(xì)密，則表面粗糙度越??；但粒度過細(xì)時(shí)，砂輪易堵塞，磨削性能下降，反而會(huì)使表面粗糙度增大。（2）砂輪的硬度

砂輪的硬度應(yīng)適宜。砂輪太硬，磨粒鈍化后不易脫落，加工表面會(huì)受到強(qiáng)烈地摩擦和擠壓，塑性變形增大，從而會(huì)導(dǎo)致加工表面粗糙度增大或燒傷加工表面；砂輪太軟，磨粒易脫落，常會(huì)產(chǎn)生磨損不均勻的現(xiàn)象，也會(huì)使加工表面粗糙度增大。2．砂輪（1）砂輪的粒度砂輪的粒度越細(xì)，59（3）砂輪的修整砂輪應(yīng)及時(shí)修整，以去除外層已鈍化或被磨屑堵塞的磨粒，以保證切削微刃的等高性。3．工件材料工件材料的硬度、塑性、韌性和導(dǎo)熱性等對磨削加工表面粗糙度有顯著的影響。工件材料太硬，易使磨粒鈍化，會(huì)增大加工表面粗糙度；工件材料太軟，易使砂輪堵塞，也會(huì)增大加工表面粗糙度。工件材料的塑性、韌性較大時(shí)，其塑性變形程度也較大，會(huì)使加工表面粗糙度較大。工件材料的導(dǎo)熱性較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致磨削溫度較高，也會(huì)使加工表面粗糙度較大。（3）砂輪的修整砂輪應(yīng)及時(shí)修整，以去除外層已60任務(wù)四影響表面層物理及

機(jī)械性能的因素一、影響表面層金相組織變化的因素對于一般的切削加工，切削溫度一般不會(huì)達(dá)到相變臨界點(diǎn)，金相組織不會(huì)發(fā)生變化；但對于磨削加工，由于磨削溫度較高，很容易達(dá)到相變臨界點(diǎn)，使表面層的金相組織發(fā)生變化，引起表面層的硬度和強(qiáng)度改變，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。影響磨削燒傷的因素主要包括磨削用量、砂輪的選擇和冷卻方式等。

任務(wù)四影響表面層物理及

機(jī)械性能的因素一、影611．磨削用量當(dāng)磨削深度ap增加時(shí)，磨削溫度會(huì)顯著升高，容易造成磨削燒傷。當(dāng)工件的軸向進(jìn)給量fa增大時(shí)，由于熱源作用時(shí)間減少，使金相組織來不及變化，因此可減輕磨削燒傷。提高工件線速度vw，雖然會(huì)使發(fā)熱量增大，但由于熱源作用時(shí)間減少，因此對磨削燒傷影響不大。但提高工件線速度vw會(huì)增大加工表面粗糙度，一般可通過提高砂輪速度vc來彌補(bǔ)此不足。1．磨削用量當(dāng)磨削深度ap增加時(shí)，磨削溫度622．砂輪的選擇砂輪的粒度越細(xì)，硬度越高，則磨削溫度越高，磨削燒傷越嚴(yán)重。砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，保證磨粒受到過大磨削力時(shí)能產(chǎn)生一定的彈性退讓，以減小磨削深度，減輕磨削燒傷。3．冷卻方式

采用切削液進(jìn)行冷卻可避免磨削燒傷。但由于磨削時(shí)，砂輪轉(zhuǎn)速較高，其表面會(huì)產(chǎn)生一層強(qiáng)氣流，采用一般的冷卻方法時(shí)，切削液很難進(jìn)入磨削區(qū)，因此，冷卻效果不理想。目前采用的比較有效的冷卻方法有高壓大流量法、噴霧冷卻法和內(nèi)冷卻法等。2．砂輪的選擇砂輪的粒度越細(xì)，硬度越高，則磨削溫度63二、表面層冷作硬化表面層冷作硬化用硬化層深度h和硬化程度N兩個(gè)指標(biāo)來衡量。一般情況下，硬化層深度h可達(dá)0.05～0.3mm；硬化程度N的計(jì)算公式為：機(jī)械加工中，由于切削熱的作用，工件表面層的溫度會(huì)升高，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，會(huì)使已強(qiáng)化的金屬回復(fù)到正常狀態(tài)。因此，表面層冷作硬化實(shí)際上是硬化和回復(fù)綜合作用的結(jié)果。影響表面層冷作硬化的因素主要包括刀具幾何參數(shù)、切削用量和工件材料等。二、表面層冷作硬化表面層冷作硬化用硬化層深641．刀具幾何參數(shù)刀具前角γo減小，刀尖圓弧半徑rε增大及刀具后刀面磨損寬度VB增大都會(huì)使表面層的塑性變形增大，從而導(dǎo)致冷作硬化層深度h和硬化程度N增大。2．切削用量切削用量中進(jìn)給量f和切削速度vc對冷作硬化的影響較大。其中，進(jìn)給量f增大，會(huì)使切削力增大，工件表面層的塑性變形增大，從而導(dǎo)致冷作硬化層深度h和硬化程度N增大；切削速度vc增大，會(huì)使切削溫度升高，回復(fù)作用加強(qiáng)，同時(shí)刀具對工件的作用時(shí)間減少，塑性變形減小，因此，冷作硬化層深度h和硬化程度N都會(huì)有所減小。1．刀具幾何參數(shù)刀具前角γo減小，刀尖圓弧653．工件材料工件材料的硬度越低、塑性越好，加工時(shí)表面層的塑性變形越大，冷作硬化越嚴(yán)重。三、表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生表面層殘余應(yīng)力的原因主要包括冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化三方面。1．冷態(tài)塑性變形切削加工時(shí)，加工表面在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，表層金屬體積膨脹，但由于受到里層金屬的阻礙，從而在表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。3．工件材料工件材料的硬度越低、塑性越好，加工時(shí)66另一方面，由于加工表面受到刀具后刀面的擠壓和摩擦作用，表層產(chǎn)生拉伸塑性變形，但其也會(huì)受到里層金屬的阻礙，從而也會(huì)在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。2．熱態(tài)塑性變形切削加工時(shí)，加工表面在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，但由于里層金屬溫度較低，會(huì)對表層金屬的熱膨脹產(chǎn)生阻礙作用，從而使表層產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)熱壓縮應(yīng)力超過材料的熱屈服點(diǎn)時(shí)，會(huì)使表層金屬產(chǎn)生壓縮塑性變形。當(dāng)加工結(jié)束后，表層溫度下降，體積收縮時(shí)又會(huì)受到里層金屬的阻礙，最終會(huì)在表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。另一方面，由于加工表面受到刀具后刀面的擠壓和摩擦作673．金相組織變化切削加工時(shí)，若加工表面的溫度超過金相組織的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層將會(huì)產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變。由于不同金相組織的密度不同，表層金相組織的變化將會(huì)引起表層體積的變化。表層體積膨脹時(shí)，由于受到里層金屬的阻礙，會(huì)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；反之會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。實(shí)際加工中，表面層殘余應(yīng)力是上述三者綜合作用的結(jié)果，其大小、性質(zhì)和分布規(guī)律由起主導(dǎo)作用的因素決定，例如，切削時(shí)，起主導(dǎo)作用的因素是冷態(tài)塑性變形，工件表面常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；磨削時(shí)，起主導(dǎo)作用的因素是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化，工件表面常產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。3．金相組織變化切削加工時(shí)，若加工表面的溫度超過68任務(wù)五機(jī)械加工振動(dòng)簡介

機(jī)械加工振動(dòng)是指機(jī)械加工中刀具和工件之間產(chǎn)生的振動(dòng)。它會(huì)干擾和破壞正常的切削過程，使加工表面質(zhì)量降低、刀具和機(jī)床的使用壽命縮短、切削加工的生產(chǎn)率降低，同時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲會(huì)污染環(huán)境，惡化工人的勞動(dòng)條件。任務(wù)五機(jī)械加工振動(dòng)簡介機(jī)械加工振動(dòng)是指機(jī)械加69

自由振動(dòng)：是指機(jī)械加工過程中，由于切削力的突然變化或其他外界力的沖擊等原因引起的振動(dòng)。這種振動(dòng)一般可以迅速衰減，對機(jī)械加工過程的影響很小。

受迫振動(dòng)：是指由工藝系統(tǒng)內(nèi)部或外部周期性激振力所引起的振動(dòng)。

自激振動(dòng)：又稱為顫振，是指機(jī)械加工過程中，沒有外界干擾激勵(lì)而由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力加強(qiáng)和維持的一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)。一、機(jī)械加工振動(dòng)的分類按其性質(zhì)，機(jī)械加工振動(dòng)可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)三種。

自由振動(dòng)：是指機(jī)械加工過程中，由于切削力的突然變化70二、受迫振動(dòng)1．受迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因受迫振動(dòng)的振源有來自于機(jī)床外部的機(jī)外振源和來自于機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源兩大類。其中，機(jī)外振源有很多，如機(jī)床附近的振動(dòng)源等，它們的振動(dòng)通過地基傳給機(jī)床，從而引起工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)；機(jī)內(nèi)振源主要包括機(jī)床高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差和切削過程中的沖擊等。2．受迫振動(dòng)的特征（1）受迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，是一種不衰減的穩(wěn)定振動(dòng)，且振動(dòng)本身不會(huì)引起激振力的變化。二、受迫振動(dòng)1．受迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因受迫振動(dòng)的振71（2）受迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率相同或呈倍數(shù)關(guān)系，與工藝系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。（3）受迫振動(dòng)的振幅主要取決于激振力的頻率與工藝系統(tǒng)固有頻率的比值，此外還與激振力的大小、系統(tǒng)剛度和阻尼系數(shù)等有關(guān)。當(dāng)激振力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相近時(shí)，振幅會(huì)急劇增加，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。3．減小受迫振動(dòng)的措施（1）消振和隔振（2）減小激振力（3）調(diào)節(jié)振源頻率（4）提高系統(tǒng)剛性及增加系統(tǒng)阻尼（2）受迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率相同或呈倍數(shù)關(guān)系，72三、自激振動(dòng)1．自激振動(dòng)產(chǎn)生的原理由于維持自激振動(dòng)所需的交變力是由振動(dòng)系統(tǒng)本身所產(chǎn)生的，因此，振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)一停止，交變力就隨之消失，自激振動(dòng)也就停止。其原理和日常生活中常見的電鈴的工作原理很相似。如右圖所示，按下電鈴按鈕2，電路接通，電磁鐵5產(chǎn)生磁力吸引銜鐵4，使彈簧片7帶動(dòng)小錘敲擊電鈴6，此時(shí)觸點(diǎn)3斷開，回路斷電，電磁鐵5失去磁性，小錘靠彈簧片彈回原處，電路又被接通，然后重復(fù)上述過程。三、自激振動(dòng)1．自激振動(dòng)產(chǎn)生的原理由于維73電鈴的自激振動(dòng)系統(tǒng)如左圖所示。彈簧片和小錘組成振動(dòng)元件，銜鐵、電磁鐵和電路組成調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生交變力。交變力使振動(dòng)元件產(chǎn)生振動(dòng)；振動(dòng)元件又對調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生反饋?zhàn)饔茫援a(chǎn)生持續(xù)的交變力。機(jī)械加工中的自激振動(dòng)原理如右圖所示。切削過程產(chǎn)生交變力，使工藝系統(tǒng)的彈性元件產(chǎn)生振動(dòng)；工藝系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的位移再反饋給切削過程，從而使切削過程產(chǎn)生持續(xù)的交變力。電鈴的自激振動(dòng)系統(tǒng)如左