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1、7.4.1 机械加工表面质量概述机械加工表面质量概述表面质量是指零件加工后的表面层状态表面质量是指零件加工后的表面层状态表面质量影响零件的工作性能、可靠性、表面质量影响零件的工作性能、可靠性、寿命寿命1加工表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几表面微观几何形状特征何形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相表面层金相组织的变化组织的变化27.4.2 7.4.2 机械加工表面质量对机械产品使用性能的影响机械加工表面质量对机械产品使用性能的影响机械加工表面质量对机械产品使用性能的影响机械加工表面质量对机械产
2、品使用性能的影响表面粗糙度对零件耐磨性的影响表面粗糙度对零件耐磨性的影响 表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大和太小都不耐磨v表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。糙度值也随之右移。 1. 表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响 RaSrP耐磨性差耐磨性差如如图图7-30所示所示3q表面纹理形状对耐磨性的影响表面纹理形状对耐磨性的影响 运动方向与刀纹方向一致的运动方向与刀纹方向一致的, , 耐磨性较好；耐磨性较好；运动
3、方向与刀纹方向垂直的运动方向与刀纹方向垂直的, , 耐磨性较差；耐磨性较差； 圆弧状、凹坑状的优于尖峰状的；圆弧状、凹坑状的优于尖峰状的；q刀纹方向对耐磨性的影响刀纹方向对耐磨性的影响横向横向纵向纵向4表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响适当的冷作硬化适当的冷作硬化显微硬度显微硬度零件的耐磨性零件的耐磨性过度的冷作硬化过度的冷作硬化金属组织金属组织“疏松疏松”表面产生裂纹表面产生裂纹在相对运动中可能会产生在相对运动中可能会产生金属剥落金属剥落零件磨损零件磨损工件表面层金属受到工件表面层金属受到切削力切削力的作用的作用产生强烈的塑性变形产生强烈的塑性变形，使晶使晶
4、格扭曲，晶粒间产生剪切滑移格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，碎化，从而使表面层的强度和硬度增加从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又这种现象称为加工硬化，又称称冷作硬化和强化冷作硬化和强化。52. 表面质量对零件配合性质的影响表面质量对零件配合性质的影响表面粗糙度的大小影响表面的配合质量表面粗糙度的大小影响表面的配合质量 在间隙配合时在间隙配合时, , 太大的表面粗糙度使运动后的间隙太大的表面粗糙度使运动后的间隙越来越大；越来越大； 过盈配合时过盈配合时, , 减小了过盈量减小了过盈量, , 使配合不稳定使配合不稳定. .63. 表面
5、质量对零件疲劳性能的影响表面质量对零件疲劳性能的影响表面粗糙度值表面粗糙度值越小越小，表面缺陷越少，表面缺陷越少，工件耐疲劳性工件耐疲劳性越好；越好；表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力，抗疲劳破坏的能力越差越差。交变载荷作用交变载荷作用交变载荷作用交变载荷作用凹谷部分应力集中凹谷部分应力集中凹谷部分应力集中凹谷部分应力集中产生疲劳裂纹产生疲劳裂纹产生疲劳裂纹产生疲劳裂纹裂纹扩展裂纹扩展裂纹扩展裂纹扩展断裂。断裂。断裂。断裂。7 残余应力与冷作硬化对疲劳强度的影响残余应力与冷作硬化对疲劳强度的影响 拉应力和压应力拉应力和压应
6、力l残余拉应力残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展扩展降低疲劳强度降低疲劳强度l适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力残余应力: :冷作硬化冷作硬化冷作硬化冷作硬化残余压应力产生残余压应力产生残余压应力产生残余压应力产生阻止裂纹扩展。阻止裂纹扩展。阻止裂纹扩展。阻止裂纹扩展。 84. 4. 表面质量对零件抗腐蚀性能的影响表面质量对零件抗腐蚀性能的影响表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 减小零件表面粗糙度，可
7、以提高零件的耐腐蚀性能。减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。零件表面越粗糙零件表面越粗糙凹谷越深凹谷越深越容易积聚腐蚀性物越容易积聚腐蚀性物质质耐腐蚀性耐腐蚀性表面残余拉应力表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。则降低零件耐腐蚀性。残余压应力残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入零件的耐腐蚀性零件的耐腐蚀性9表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强对疲劳强度的影响度的影响对耐磨性对耐磨性影响影响对耐腐蚀性对耐腐蚀性
8、能的影响能的影响对配合质量对配合质量的影响的影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性反之则降低耐腐蚀性107.4.3 影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素产生表面粗糙度的主要原因可归纳为两方面：产生表面粗糙度的主要原因可归纳为两方面：l几何因素几何因素刀刃和工件相对运动轨迹所形成的表刀刃和工件相对运动轨迹所形成的表面粗糙度面粗糙度l物理因素物理因素
9、和被加工材料性质及切削机理有关的和被加工材料性质及切削机理有关的因素因素111切削加工影响表面粗糙度的因素切削加工影响表面粗糙度的因素（1）产生表面粗糙度的几何因素）产生表面粗糙度的几何因素切削残留面积高度：切削残留面积高度：切削残留面积高度：切削残留面积高度：直线刃车刀（图直线刃车刀（图7-317-31左）左）(7-42 ）圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图7-317-31右）右）（7-43）frHvfrb）Hfa）vf12第三塑性变形区第三塑性变形区: : 已加工表面与刀具后刀面的磨擦已加工表面与刀具后刀面的磨擦, , 使工件使工件表面纤维化、加工硬化表面纤维化、加工硬化, , 加大了表面粗糙度
10、加大了表面粗糙度积屑瘤积屑瘤: : 积屑瘤的生成与脱落周期使得已加工表面连续不断积屑瘤的生成与脱落周期使得已加工表面连续不断的出现沟痕的出现沟痕, , 这也是为什么精加工时必须在高速和低速情况这也是为什么精加工时必须在高速和低速情况下的原因下的原因鳞刺鳞刺: : 切屑在刀具前刀面周期性的停留切屑在刀具前刀面周期性的停留, , 而且和工件本体互而且和工件本体互相牵制相牵制, , 最后在切削力的作用下发生撕裂最后在切削力的作用下发生撕裂, , 形成鳞刺形成鳞刺 实际表面粗糙度与上述理论值之间有很大出入实际表面粗糙度与上述理论值之间有很大出入, , 主要与主要与切削过程的物理因素有关切削过程的物理因
11、素有关（2）产生表面粗糙度的物理因素）产生表面粗糙度的物理因素13l切削用量的影响切削用量的影响选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。粗糙度。切削速度越高切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越越小小2.影响表面粗糙度的工艺因素影响表面粗糙度的工艺因素14进给量、切削深度（背吃刀量）进给量、切削深度（背吃刀量）进给量、切削深度（背吃刀量）进给量、切削深度（背吃刀量）太小太小产生挤压、产生挤压、打滑，形成附加塑性变形打滑，形成附加塑性变形表面粗糙度表面粗糙度进给量进给量进给量进给量的影响见的影响见
12、公式公式进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势进给量进给量表面粗糙度表面粗糙度切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）切削深度（背吃刀量）FZ 振动振动表面表面粗糙度粗糙度15l工件材料的性质工件材料的性质塑性材料：塑性材料：塑性塑性塑性变形大塑性变形大撕裂作用撕裂作用表面粗表面粗糙度糙度加大加大，脆性材料：脆性材料：加工脆性材料时，其切屑呈加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状碎粒状，由于，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点麻点，使，使表面粗糙表面粗糙加大。加大。措施：措施：对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削
13、性能，对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火粗加工或精加工前安排正火或调质处理。或调质处理。16切削变形切削变形表面粗糙表面粗糙度度。 适当增大刀具前角；适当增大刀具前角；合理选择冷却润滑液；合理选择冷却润滑液；提高刀具刃磨质量；提高刀具刃磨质量；l其他因素其他因素17v 砂轮速度砂轮速度v，Rav 工件速度工件速度vw，Ra v 砂轮纵向进给砂轮纵向进给f，Ra v 磨削深度磨削深度ap，Ra 磨削用量对表面粗糙度的影响vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/
14、s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影响磨削用量影响光磨次数-Ra关系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)v光磨次数光磨次数，Ra3.磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素18 磨削速度越高，磨削速度越高，参与切削的磨粒数增多，参与切削的磨粒数增多，可以增可以增加工件单位面积上的刻痕数，又因高速磨削
15、时塑性变形不充分加工件单位面积上的刻痕数，又因高速磨削时塑性变形不充分表面粗糙度值小表面粗糙度值小圆周进给速度与纵向进给量小圆周进给速度与纵向进给量小，单位切削面积上通过，单位切削面积上通过的磨粒数就多，的磨粒数就多，表面粗糙度值下降表面粗糙度值下降。光磨次数增加光磨次数增加表面粗糙度值表面粗糙度值。磨削速度磨削速度 光磨次数光磨次数工件的圆周进给速度与纵向进给量工件的圆周进给速度与纵向进给量磨削深度与工件速度增大时，磨削深度与工件速度增大时，将使塑性变形加剧，因而使将使塑性变形加剧，因而使表面粗糙度值增大。表面粗糙度值增大。 19砂轮的粒度砂轮的粒度：砂轮的粒度号愈大，磨粒越细，表面粗砂轮的
16、粒度号愈大，磨粒越细，表面粗糙度就越小。糙度就越小。砂轮的影响砂轮的影响砂轮的硬度砂轮的硬度：太硬太软均不好，太硬，钝化的磨粒不太硬太软均不好，太硬，钝化的磨粒不易脱落；太软，磨粒脱落太快；均会使表面粗糙度值易脱落；太软，磨粒脱落太快；均会使表面粗糙度值加大。加大。砂轮的修整：砂轮的修整：修整质量越高，表面粗糙度值小，表面修整质量越高，表面粗糙度值小，表面粗糙度越好。粗糙度越好。20可冲掉碎落的磨粒，减小摩擦，降低温度，减小塑性可冲掉碎落的磨粒，减小摩擦，降低温度，减小塑性变形，变形，减小表面粗糙度减小表面粗糙度。冷却润滑液影响冷却润滑液影响l工件材料太硬工件材料太硬：磨粒易钝化磨粒易钝化，钝
17、化的磨粒不能及时，钝化的磨粒不能及时脱落，工件表面受到强烈的摩擦和挤压作用，塑性变脱落，工件表面受到强烈的摩擦和挤压作用，塑性变形加剧，使形加剧，使表面粗糙度值增大表面粗糙度值增大；l工件材料太软工件材料太软：砂轮易堵塞砂轮易堵塞，表面粗糙度值增大；表面粗糙度值增大；l工件材料工件材料的的韧性大和导热性差韧性大和导热性差：会使磨粒早期崩落会使磨粒早期崩落，而破坏了微刃的等高性而破坏了微刃的等高性，使表面粗糙度使表面粗糙度值值增大增大工件工件材料材料影响影响217.4.4影响加工表面层物理机械性能的因素影响加工表面层物理机械性能的因素1.影响加工表面冷作硬化的因素影响加工表面冷作硬化的因素l冷作
18、硬化及其评定参数冷作硬化及其评定参数定义：定义：切削过程中，工件表面层由于受力的作用而切削过程中，工件表面层由于受力的作用而产生塑性变形，使晶格严重扭曲、拉长、纤产生塑性变形，使晶格严重扭曲、拉长、纤维化及破碎，引起加工表面层硬度增加，即维化及破碎，引起加工表面层硬度增加，即冷作硬化（或强化）冷作硬化（或强化） 22衡量表面层加工硬化的指标衡量表面层加工硬化的指标1 1）表面层的显微硬度）表面层的显微硬度HV；2 2）硬化层深度）硬化层深度h；3 3）硬化程度）硬化程度N衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项：衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项：N=(HV-HV0)/HV010023l影响
19、冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素（1 1）刀具的影响）刀具的影响刀刃钝圆半径大刀刃钝圆半径大挤压挤压塑性变形塑性变形冷硬冷硬；（2 2）切削用量的影响）切削用量的影响切削速度增大切削速度增大刀具与工件的刀具与工件的作用时间缩短作用时间缩短冷硬层深度冷硬层深度切削速度增大切削速度增大切削热作用时间切削热作用时间也缩短也缩短冷硬程度冷硬程度刀具磨损刀具磨损摩擦摩擦塑性变形塑性变形冷硬冷硬。24塑塑性性越越大大，冷冷硬硬现现象象越严重。越严重。（3 3）工件材料的影响）工件材料的影响进给量增大进给量增大切削力切削力塑性变形加剧塑性变形加剧冷硬冷硬25v现象现象 切削热使被加工工件表面温度超过
20、切削热使被加工工件表面温度超过金属的相金属的相变温度变温度后后, , 使表层金属的使表层金属的金相组织发生变化金相组织发生变化；2.影响表面层金相组织的因素影响表面层金相组织的因素磨削烧伤磨削烧伤磨削加工时，磨削加工时，当被磨工件的表面层温度达到当被磨工件的表面层温度达到相变临界相变临界点点时，表层金属就发生时，表层金属就发生金相组织变化金相组织变化，强度和硬度降强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹。淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧磨削烧伤有三种形式伤有三种形式。26工件工件表面层温度只是超过原来
21、的回火温度表面层温度只是超过原来的回火温度，则表层原，则表层原来的来的回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较低的回火组织低的回火组织（索氏体或屈氏体），这种现象称为回（索氏体或屈氏体），这种现象称为回火烧伤火烧伤.1)回火烧伤回火烧伤2)淬火烧伤淬火烧伤磨削时工件表面温度超过相变温度时，则马氏体转变磨削时工件表面温度超过相变温度时，则马氏体转变为奥氏体。为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现在冷却液作用下，工件最外层金属会出现二次淬火马二次淬火马氏体组织氏体组织，但，但很薄很薄；表层下为硬度较低的表层下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体回火索氏
22、体和屈氏体。表面层总。表面层总的的硬度是降低硬度是降低的，这种现象称为淬火烧伤。的，这种现象称为淬火烧伤。273）退火烧伤）退火烧伤 磨削时，当工件表面层磨削时，当工件表面层温度超过相变温度温度超过相变温度时，时，则马氏体转变为则马氏体转变为奥氏体奥氏体。 若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而而形成退火组织形成退火组织。硬度和强度均大幅度下降硬度和强度均大幅度下降。这种。这种现象称为退火烧伤。现象称为退火烧伤。28l改善磨削烧伤的途径改善磨削烧伤的途径（1）正确选择砂轮正确选择砂轮 砂轮不能太硬；选用弹性结合剂；磨塑性材料宜选用砂轮不能太硬；选用弹
23、性结合剂；磨塑性材料宜选用粗磨粒砂轮。粗磨粒砂轮。 （2 2）合理选择磨削用量）合理选择磨削用量 减小径向进给量；适当增大轴向进给量。减小径向进给量；适当增大轴向进给量。（3 3）改善冷却条件）改善冷却条件 高压大流量冷却、喷雾冷却、内冷却。高压大流量冷却、喷雾冷却、内冷却。尽可能的减少磨削热的产生；尽可能的减少磨削热的产生；改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。293.影响加工表面残余应力的因素影响加工表面残余应力的因素l产生残余应力的原因产生残余应力的原因由于塑性变形只在表面层产生由于塑性变形只在表面层产生，表面层金属比容增大，表面层金属比容增
24、大，体积膨胀体积膨胀里层基体材料的阻碍里层基体材料的阻碍（1）表面层金属的冷态塑性变形）表面层金属的冷态塑性变形表层材料产生残余压应力表层材料产生残余压应力，里层里层材料则产生与之相平衡的材料则产生与之相平衡的残余拉应力残余拉应力。在切削或磨削过程中，工件加工表面受到刀具或砂轮在切削或磨削过程中，工件加工表面受到刀具或砂轮磨粒刀面的挤压和摩擦后，产生拉伸塑性变形磨粒刀面的挤压和摩擦后，产生拉伸塑性变形30（2）表面层金属的热态塑性变形）表面层金属的热态塑性变形在切削或磨削过程中，工件表面层的温度比里层高，在切削或磨削过程中，工件表面层的温度比里层高，表面层的热膨胀大，但受到里层金属的阻碍。表面
25、层的热膨胀大，但受到里层金属的阻碍。加工后零件冷却至室温时，表面层金属的收缩加工后零件冷却至室温时，表面层金属的收缩里里层金属的牵制层金属的牵制表面层产生残余拉应力表面层产生残余拉应力里层产生残余压应力。里层产生残余压应力。31（3）表面层金属金相组织的变化）表面层金属金相组织的变化表面层金属金相组织变化表面层金属金相组织变化当体积膨胀时当体积膨胀时基体金属基体金属阻碍阻碍残余压应力残余压应力残余拉应力残余拉应力体积变化体积变化密度变化密度变化表层金属表层金属里层金属里层金属当体积收缩时当体积收缩时基体金属基体金属阻碍阻碍残余拉应力残余拉应力残余压应力残余压应力表层金属表层金属里层金属里层金属
26、在切削或磨削的过程中，若工件表面层金属温度高于材料的在切削或磨削的过程中，若工件表面层金属温度高于材料的相变温度，将引起金相组织的变化。相变温度，将引起金相组织的变化。32马氏体马氏体=7.75 t/m3 奥氏体奥氏体=7.96 t/m3铁素体铁素体=7.88 t/m3珠光体珠光体=7.78 t/m3例如：淬火钢原来的组织是例如：淬火钢原来的组织是例如：淬火钢原来的组织是例如：淬火钢原来的组织是马氏体马氏体马氏体马氏体，磨削时有可能产生，磨削时有可能产生，磨削时有可能产生，磨削时有可能产生回火烧伤转化为接近回火烧伤转化为接近回火烧伤转化为接近回火烧伤转化为接近珠光体珠光体珠光体珠光体的托氏体和
27、索氏体的托氏体和索氏体的托氏体和索氏体的托氏体和索氏体，表层金，表层金，表层金，表层金属密度加大，比容减小属密度加大，比容减小属密度加大，比容减小属密度加大，比容减小表层材料产生残余压拉应力表层材料产生残余压拉应力，里层里层材料产生材料产生残余压应力残余压应力。33零件主要工作表面最终工序加工方法的选择零件主要工作表面最终工序加工方法的选择受交变载荷作用，最终工序应选择使该表面产生残受交变载荷作用，最终工序应选择使该表面产生残余压应力的加工方法。余压应力的加工方法。工件加工最终工序加工方法的选择至关重要，因为工件加工最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在被加工工件表面上留下的残余应力将
28、直最终工序在被加工工件表面上留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。接影响机器零件的使用性能。工件加工最终工序加工方法的选择与机器零件的失效工件加工最终工序加工方法的选择与机器零件的失效形式密切相关形式密切相关。选择考虑：选择考虑：具体工作条件和可能的破坏形式。具体工作条件和可能的破坏形式。34表10表表101035机械加工过程中振动的危害机械加工过程中振动的危害v 影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度v 影响生产效率影响生产效率 v 加速刀具磨损，易引起崩刃加速刀具磨损，易引起崩刃v 影响机床、夹具的使用寿命影响机床、夹具的使用寿命v
29、产生噪声污染，危害操作者健康产生噪声污染，危害操作者健康机械加工过程中振动的类型机械加工过程中振动的类型机械加工过程中振动的类型机械加工过程中振动的类型自由振动自由振动强迫振动强迫振动自激振动自激振动7.5机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动7.5.1机械加工过程中振动概述机械加工过程中振动概述36特点：特点： 1 1）交变力的存在决定振动的进行；）交变力的存在决定振动的进行； 2 2）振动频率等于激振力频率或是它的整倍数；）振动频率等于激振力频率或是它的整倍数； 3 3）激振力频率接近系统固有频率且小阻尼时，系统）激振力频率接近系统固有频率且小阻尼时，系统产生共振。产生共振。由外界周期性
30、干扰（激振）力引起的一种不由外界周期性干扰（激振）力引起的一种不衰减振动。衰减振动。定义：定义：7.5.2机械加工过程中的强迫振动机械加工过程中的强迫振动371 1）机床高速旋转件不平衡引起的振动。）机床高速旋转件不平衡引起的振动。2 2）机床传动机构缺陷引起的振动。）机床传动机构缺陷引起的振动。3 3）切削过程中的冲击引起的振动。）切削过程中的冲击引起的振动。4 4）往复运动部件的惯性力引起的振动。）往复运动部件的惯性力引起的振动。振源振源：机外机内：机外机内机内振源有：机内振源有：1.切削加工过程中强迫振动产生的原因切削加工过程中强迫振动产生的原因38 对在加工现场拾取的振动信号进行频谱分
31、析，以对在加工现场拾取的振动信号进行频谱分析，以确定强迫振动的频率成分。确定强迫振动的频率成分。 对机床加工中所有可能出现的强迫振源频率进行对机床加工中所有可能出现的强迫振源频率进行估算，列出振源频率数据表备查。估算，列出振源频率数据表备查。 将经过频谱分析得到的强迫振动的频率与振源频将经过频谱分析得到的强迫振动的频率与振源频率数据表进行比较，找出强迫振动的振源。率数据表进行比较，找出强迫振动的振源。强迫振源的查找方法强迫振源的查找方法39 40 417.5.3机械加工过程中的自激振动机械加工过程中的自激振动（颤振）（颤振）偶然因素偶然因素切削力变化切削力变化振动振动产生激振力产生激振力维持振
32、动维持振动电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程）自激振动：自激振动：由振动系统自身产生的交变力激发和维由振动系统自身产生的交变力激发和维持的一种周期性振动。持的一种周期性振动。 42激励机床系统产生振动的交变力由切削过程产生激励机床系统产生振动的交变力由切削过程产生，而，而切削过程同时又受到机床系统振动的影响，机床系统的切削过程同时又受到机床系统振动的影响，机床系统的振动一旦停止，交变切削力也就随之消失。振动一旦停止，交变切削力也就随之消失。电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环
33、节）调节系统（切削过程）自自自自激激激激振振振振动动动动是是是是在在在在没没没没有有有有周周周周期期期期性性性性外外外外力力力力干干干干扰扰扰扰下下下下所所所所产产产产生生生生的的的的振振振振动动动动运动运动运动运动 与与强迫振动有强迫振动有强迫振动有强迫振动有原则区别原则区别原则区别原则区别。特征：特征：43自激振动的频率等于或接近于系统的的某一固有频自激振动的频率等于或接近于系统的的某一固有频率，率， 与与强迫振动强迫振动有根本区别。有根本区别。自激振动振幅的增大或减小决自激振动振幅的增大或减小决定于每一振动周期中振动系统所定于每一振动周期中振动系统所获得的能量与所消耗的能量之差。获得的能
34、量与所消耗的能量之差。自激振动因阻尼存在而衰减。自激振动因阻尼存在而衰减。自激振动系统能量关系A B C能量EQEE0振幅 维持自激振动的能量来自机床电动机维持自激振动的能量来自机床电动机 44机械加工过程中产生自激振动的条件机械加工过程中产生自激振动的条件刀具振入时，其运动方向与径向刀具振入时，其运动方向与径向力方向相反，力方向相反，Fy作负功作负功；即振动系统要即振动系统要消耗能量消耗能量E消耗消耗；刀具振出时，其运动方向与径向刀具振出时，其运动方向与径向力方向相同，力方向相同，Fy作正功作正功；即振动系统要即振动系统要吸收能量吸收能量E吸收吸收；设工件系统为绝对刚体，振动系设工件系统为绝
35、对刚体，振动系统与刀架相连，且只在统与刀架相连，且只在y方向作方向作单自由度振动。单自由度振动。图图7-35 车削外圆单自由度振动系统模型车削外圆单自由度振动系统模型45（2 2）当当E吸收吸收=E消耗消耗时时，因实际机械加工系统中存在因实际机械加工系统中存在阻尼阻尼，刀架系统在振入过程中刀架系统在振入过程中，为克服阻尼还需消为克服阻尼还需消耗能量耗能量，故刀架振动系统每振动一次故刀架振动系统每振动一次，刀架系统便刀架系统便会损失一部分能量会损失一部分能量。因此，因此，刀架系统也不会有自激刀架系统也不会有自激振动产生。振动产生。（1 1）当当E吸收吸收E消耗消耗时时，由于刀架振动系统吸收的由于
36、刀架振动系统吸收的能量小于消耗的能量能量小于消耗的能量，故故不会产生自激振动不会产生自激振动。（3 3）当当E吸收吸收E消耗消耗时时，刀架振动系统将有持续的刀架振动系统将有持续的自激振动产生自激振动产生。E吸收吸收E消耗消耗产生自激振动的条件产生自激振动的条件:467.5.4控制机械加工过程中振动的途径控制机械加工过程中振动的途径1.减小或消除振源的激振力减小或消除振源的激振力消除或减弱产生强迫振动的条件消除或减弱产生强迫振动的条件1）减少机内外干扰力）减少机内外干扰力l高速旋转部件动平衡（高速旋转部件动平衡（磨床的砂轮、车床的卡盘、磨床的砂轮、车床的卡盘、高速旋转的砂轮高速旋转的砂轮）；）；
37、l尽量减少传动机构缺陷（尽量减少传动机构缺陷（提高带传动、链传动、齿提高带传动、链传动、齿轮传动及其它传动装置的稳定性轮传动及其它传动装置的稳定性）；）；l提高制造精度（提高制造精度（少用齿轮、带传动；使电机、液压少用齿轮、带传动；使电机、液压系统等动力源与机床本体分离；对于往复运动的部件、系统等动力源与机床本体分离；对于往复运动的部件、应采用较平稳的换向机构应采用较平稳的换向机构）；）；47消除或减弱产生自激振动的条件消除或减弱产生自激振动的条件1) 1) 减小重叠系数减小重叠系数图4-77 重叠系数apfaB振动方向XDfbbda）切削b）磨削rr， 增加主偏角增加主偏角 增大进给量增大进
38、给量48提高加工系统薄弱环节的刚度提高加工系统薄弱环节的刚度提高各零件结合面间的接触刚度提高各零件结合面间的接触刚度对滚动轴承施加预载荷对滚动轴承施加预载荷加工细长轴时采用中心架或跟刀架加工细长轴时采用中心架或跟刀架镗孔时对镗杆加镗套等措施镗孔时对镗杆加镗套等措施2.提高工艺系统的刚度及阻尼提高工艺系统的刚度及阻尼49由材料的内摩擦而产生的阻尼称为内阻尼。不同由材料的内摩擦而产生的阻尼称为内阻尼。不同材料的内阻尼是不同的，材料的内阻尼是不同的，铸铁的内阻尼比钢大，因此机床上的床身、立铸铁的内阻尼比钢大，因此机床上的床身、立柱等大型支承件都用铸铁制造。柱等大型支承件都用铸铁制造。工艺系统的阻尼主
39、要来自于工件材料的内阻尼、结工艺系统的阻尼主要来自于工件材料的内阻尼、结合面上的摩擦阻尼以及其它的附加阻尼。合面上的摩擦阻尼以及其它的附加阻尼。50阻尼材料铸铁环铸铁套筒图4-79 零件上加阻尼材料513.隔离振源隔离振源在振动的传递路线中安放具有弹性性能的隔振装置，在振动的传递路线中安放具有弹性性能的隔振装置，吸收振源产生的大部分振动，以减少振源对加工过吸收振源产生的大部分振动，以减少振源对加工过程的干扰程的干扰 4.调节振源频率调节振源频率在选择工作转速时，尽可能使旋转件的频率远离机床在选择工作转速时，尽可能使旋转件的频率远离机床有关元件的固有频率，避开共振区有关元件的固有频率，避开共振区 52XR点图点图535455
