機(jī)械制造工藝學(xué)課件_第5章機(jī)械加工表面質(zhì)量控制

1、機(jī)械制造工藝學(xué) 常同立等 清華大學(xué)出版社J 51影響加工表面質(zhì)量的因素 “5.2機(jī)械加工中的振動(dòng)5.3控制機(jī)械加工表面質(zhì)量的措施BACK第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社5. 1影響加工表面質(zhì)量的因素機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器零件的使用性能，甚至整機(jī)的工作性能 都有很大影響。|=,深入研究影響加工表面質(zhì)量的各種因素及其規(guī)律，探究提高和保 證加工表面質(zhì)量的措施和方法是機(jī)械制造工藝學(xué)研究的重要內(nèi)容。5.1.1影響表面粗糙度的工藝因素影響加工表面粗糙度的工藝因素主要有幾何因素和物理因素兩個(gè)方面。加工方式不同，影響的工藝因素

2、也各不相同。1 切削加工的表面粗糙度1）幾何因素影響表面粗糙度的幾何因素是指刀具相對(duì)工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，由 于刀具的幾何形狀、幾何參數(shù)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及切削刃本身的粗糙度等影響，未能完全將加工余量切除，在加工表面留下殘留面積，形成表面 粗糙度。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社以車削或刨削加工零件表面為例0切削殘留面積的高度與下列因素有關(guān)刀尖弧半徑仏主偏角 副偏角K, 進(jìn)給量/VfVKr-1f工刀刃本身的粗糙度等因素有關(guān)。切削深度較大且刀尖圓弧半徑很小時(shí)，或者釆用尖刀刃具切削時(shí), 如圖5.1(a)所示，殘留面積的高度為Ctg+CtgK；圓弧刀刃切削加工時(shí)，殘留面積 的高度與刀尖

3、圓弧半徑乙和進(jìn)給量/有 關(guān)，圖5.1(b)所示的幾何關(guān)系可近似 為H2re=|111減小主偏角或副偏角都會(huì)使表面減小進(jìn)給量、增大刀尖圓弧半徑、粗糙度得到改善，但以進(jìn)給量和刀尖圓弧半徑的影響最為明顯。實(shí)際加工表面的粗糙度總是大于上面兩個(gè)殘留面積高度公式的理論 計(jì)算值，只有切削脆性材料或高度切削塑性材料時(shí)，計(jì)算結(jié)果才比較接 址賣際。2)物理因素在切削過程中刀具對(duì)工件的擠壓和摩擦等物理因素使金屬材料發(fā)生 塑性變形，從而影響理論殘留部分的輪廓以及表面粗糙度。加工獲得 的表面粗糙度輪廓形狀是幾何因素和物理因素綜合作用的結(jié)果。影響表面粗糙度的物理因素可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：(1)刀具幾何參數(shù)及刀具材料刀具的

4、幾何參數(shù)對(duì)切削加工表面粗糙度影響很大。刀具的主偏角、 副偏角和刀尖圓弧半徑影響較為顯著。適當(dāng)增大刀具前角可以有效改善加工表面粗糙度。而刀具后角的大 小與已加工表面的摩擦有關(guān)，后角大的刀具有利于改善表面粗糙度。 但后角過大，對(duì)刀刃強(qiáng)度不利，易產(chǎn)生切削振動(dòng)，表面粗糙度反而增 大。選用強(qiáng)度好，特別是熱硬性高的材料制造的刀具，易于保持刃口鋒 利，而且摩擦系數(shù)小、耐磨性好，在切削加工時(shí)則能獲得較小的表面 粗糙度。(2)工件的材料及熱處理工件材料的品種、成分和性質(zhì)，以及熱處理方法的不同，加工表面的粗糙度也存在一定差別。塑性材料切削加工過程中，如低碳鋼、耐熱鋼、鋁合金和高溫合金等，在一定切速下會(huì)在刀面形成硬

5、度很高的積屑瘤，從而改變刀具 的幾何形狀和加工進(jìn)給量，使加工表面的粗糙度嚴(yán)重惡化。而脆性材 料加工后，一般其表面粗糙度易于達(dá)到要求。對(duì)于同樣的工件材料，若金相組織的晶粒粗大，則切削加工獲得 的表面粗糙度越差。因此，為減小切削加工的表面粗糙度值，常在加 工前對(duì)工件材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以獲得較均勻的、細(xì)密的晶粒組織和 較高的硬度。但過小的切削 摩擦，使加工(3) 切削用量一般來說，切削深度對(duì)加工表面粗糙度影響不明顯， 深度無法維持正常切削，常會(huì)引起刀刃與工件相互擠壓、 表面質(zhì)量惡化。|二切削速度、進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度影響較大。較小的切削進(jìn)給量可減 少殘留面積的高度，減輕切削力和工件材料的塑性變形程度，

6、從而獲得 較低的表面粗糙度值。但進(jìn)給量過小，刀刃不能進(jìn)行切削而僅形成擠壓 ,致使工件的塑性變形程度增大，使表面粗糙度變大。切削過程中，切 削速度越高，則被加工表面的塑性變形程度越小，表面粗糙度越好。(4) 刀具的刃磨考慮到刀具刃口表面粗糙度在工件表面的復(fù)映效果，提高刀具的刃 磨質(zhì)量也能改善表面粗糙度。(5) 潤滑冷卻液IZZ：I-1 1 1=1切削過程中，潤滑冷卻液可吸收、傳遞切削區(qū)內(nèi)的熱量，減小摩擦 、促進(jìn)切屑分離，減輕力、熱的綜合作用，抑制刀瘤和鱗刺的產(chǎn)生，減 少切削的塑性變形，利于改善加工表面的粗糙度。2.磨削加工表面粗糙度磨削是較為常見的精加工方法，其表面粗糙度的形成也是由幾何 因素和

7、物理因素決定的，但磨削過程較切削過程復(fù)雜。1）磨削加工表面粗糙度的形成磨削加工是通過砂輪和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得分布在砂輪表面上 的磨粒對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工。砂輪的磨粒分布存在很大的不均勻性和不規(guī)則性，尖銳且突出的 磨?？僧a(chǎn)生切削作用，而不足以形成切削的磨粒可產(chǎn)生刻劃作用，形 成劃痕并引起塑性變形，更低而鈍的磨粒則在工件表面引起彈性變形 ,產(chǎn)生滑擦作用。因此磨削加工的表面是砂輪上大量的磨?？虅澇龅?無數(shù)極細(xì)的刻痕形成的。另外，磨削加工時(shí)的速度較高，砂輪磨粒大多具有較大的負(fù)前角 ,磨粒與表面間的相互作用較強(qiáng)，將造成磨削比壓大、磨削區(qū)的溫度 較高。如果工件表層溫度過高，則表層金屬易軟化、微熔或產(chǎn)生

8、相變 o而且，每個(gè)磨粒所切削的厚度僅為0.2pm左右，大多數(shù)磨粒在磨削加 工過程中僅起到擠壓作用，磨削余量是在磨粒的多次擠壓作用下經(jīng)過 充分塑性變形出現(xiàn)疲勞剝落產(chǎn)生的，因而磨削加工的塑性變形一般要 比切削加工大。2)影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素 影響磨削表面粗糙度的主要工藝因素有如下幾個(gè)方面：(1)砂輪的選擇砂輪的粒度、硬度、組織、材料及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡等因素都會(huì)影響 磨削表面粗糙度，在選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮。單純從幾何因素考慮，在相同的磨削條件下，砂輪的粒度細(xì)，則 單位面積上的磨粒多，加工表面上的刻痕細(xì)密均勻，磨削獲得的表面 粗糙度值小。但磨粒太細(xì)時(shí)，砂輪容易被磨屑堵塞。通常磨粒的大小和磨粒之間的

9、距離用粒度表示，一般常取46號(hào) 60 號(hào) o砂輪的硬度是指磨粒從砂輪上脫落的難以程度。砂輪選擇過硬，則磨粒鈍化后不易脫落，使得工件表面受到強(qiáng)烈 的摩擦和擠壓作用，致使塑性變形的程度增加，增大表面粗糙度。反 之，砂輪選擇太軟，則磨粒易于脫落，產(chǎn)生磨損不均勻，從而磨削作 用減弱，難以保證工件表面的粗糙度。因此，砂輪硬度選擇要適當(dāng)， 通常選用中軟砂輪。第5章餉工豢面質(zhì)量挖制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社11砂輪的組織是指磨粒、結(jié)合劑和氣孔的比例關(guān)系。緊密組織能獲得高精度和較小的表面粗糙度值，而疏松組織的 砂輪不易阻塞，適合加工軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料。黑黑砂咖朦鑑野豔嘰1第5章餉工豢面

10、質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社(2)磨削用量磨削用量主要指砂輪速度、工件速度、進(jìn)給量和磨削深度等，即磨削加 工的條件。提高砂輪速度，則通過被磨削表面單位面積上的磨粒數(shù)和劃痕增加。與 此同時(shí)，每個(gè)磨粒的負(fù)荷小，熱影響區(qū)淺，工件材料的塑性變形的傳播速度 可能大于磨削速度，工件來不及產(chǎn)生塑性變形，使得表面層金屬的塑性變形 現(xiàn)象減輕，磨削表面的粗糙度值將明顯減小。工件速度對(duì)表面粗糙度值的影響與砂輪速度的影響相反，增大工件速度 時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)減少，工件表面粗糙度值將增加。砂輪縱向進(jìn)給量減少，工件表面被砂輪重復(fù)磨削的次數(shù)將增加，表面粗 糙度值會(huì)減?。欢S向進(jìn)給量減小時(shí)，單

11、位時(shí)間內(nèi)加工的長度短，表面粗糙 度值也會(huì)減小。磨削深度對(duì)表面粗糙度的影響很大。減小磨削深度，工件材料的塑性變 形減弱，被磨表面的粗糙度值會(huì)減小，但也會(huì)降低生產(chǎn)率。(3)砂輪的修整修整砂輪是改善磨削表面粗糙度的重要措施，因?yàn)樯拜啽砻娴牟?平整在磨削時(shí)將被復(fù)映到被加工表面。修整砂輪的目的是使砂輪具有正確的幾何形狀和獲得具有磨削性 能的銳利微刃。砂輪的修整與修整工具、修整砂輪縱向進(jìn)給量等有密切關(guān)系。以 單顆金剛石筆修整砂輪時(shí)，金剛石筆縱向進(jìn)給量越小，金剛石越鋒利 ,修出的砂輪表面越光滑，磨粒微刃的等高性越好，磨出的工件表面 粗糙度越小。此外，工件材料的性質(zhì)、磨削液等對(duì)磨削表面粗糙度的影響也很 明顯。

12、機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制影響磨削加工表面粗糙度的因素第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社5.1.2影響零件表層物理力學(xué)性能的因素機(jī)械加工過程中，工件表層在力、熱的綜合作用下，表面層的物 理力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化，使其與金屬基體材料性能有所不同。最主要的變化是表層金屬顯微硬度的改變，金相組織的變化和在 表層金屬中產(chǎn)生殘余應(yīng)力和表面強(qiáng)化現(xiàn)象。不同的工件材料，不同的加工條件，會(huì)產(chǎn)生不同的表面層特性。在磨削加工時(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比切削加工時(shí)更嚴(yán)重，因而磨削加工表面層的上述三項(xiàng)物理力學(xué)性能的變化會(huì)很大。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立

13、等清華大學(xué)出版社1 加工表面的冷作硬化 磨削和切削加工中，若加工工件表面層產(chǎn)生的塑性變形使表面層材料沿晶面產(chǎn)生剪切滑移，使晶格扭曲、畸變，產(chǎn)生晶粒拉長、破碎和纖維化，這將引起材料的強(qiáng)化，使工件表面層的強(qiáng)度和硬度增加, 這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。評(píng)定表面層冷作硬化的指標(biāo)主要以硬化層深度、表面層金屬的顯 微硬度和硬化程度表示。一般硬化程度越大，硬化深度也越大。硬化程度的表達(dá)式如下,HV.式中HV加工后表面層顯微硬度，單位GPa； HVq基體材料的顯微硬度，單位GPa。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社表面層冷作硬化的程度取決于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度和變形時(shí)的溫度。產(chǎn)生塑性變

14、形的力越大，塑性變形越大，硬化程度越大。 變形速度越大，則塑性變形越不充分，硬化程度反而減少。 變形時(shí)的溫度會(huì)影響塑性變形的程度和變形后金相組織恢復(fù)的能力。冷作硬化的表面層金屬處于高能位不穩(wěn)定狀態(tài)，在某些條件下（ 如溫度變化在某范圍內(nèi)），金屬結(jié)構(gòu)會(huì)向穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，從而部分 地消除冷作硬化，即弱化。因此，工件加工后表面層的最終性質(zhì)是強(qiáng) 化和弱化作用的綜合結(jié)果。實(shí)際上，冷作硬化的程度和深度還與金屬基體的性質(zhì)、機(jī)械加工的方法和條件有關(guān)。D影響切削加工表面冷作硬化的因素切削加工過程中，被加工材料、刀具幾何參數(shù)和切削用量均在不同 程度上影響表面層的冷作硬化程度。被加工材料的影響工件材料的硬度越小、塑性

15、越大，切削后的冷硬程度越嚴(yán)重。就碳素結(jié)構(gòu)鋼而言，含碳量越低，強(qiáng)度越低，塑性越大，因表面層 的而冷硬程度嚴(yán)重。(2)刀具幾何參數(shù)的影響刀具的前角、刃鈍圓半徑和后面的磨損對(duì)冷硬程度有很大影響，而 后角、主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑等的影響不大。刀具刃鈍圓半徑增大時(shí)，加工后表面的冷硬層深度和硬度也隨之增 大。原因在于切削刃鈍圓半徑增大會(huì)加大徑向切削力，從而加劇塑性變 形，導(dǎo)致硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。I三:刀具后面的磨損量增加時(shí)，使得刀具后面與被加工表面的摩擦加劇 ,塑性變形增大，從而表層冷硬程度增大。1=1=1(3)切削用量的影響在切削用量中，以切削速度和進(jìn)給量影響較大。在不致引起表層金相組織發(fā)生相變的范圍內(nèi)

16、，增加切削速度時(shí)，刀具與工件的接觸時(shí)間縮短，使得塑性變形程度減小，硬化層深度和硬度 都有所減小。進(jìn)給量增大時(shí)，切削力增大，表層的塑性變形程度也增大，從而加劇表面層的冷作硬化程度。進(jìn)給量過小時(shí)，由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次 數(shù)增多，反而會(huì)增大硬化程度。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社刀具幾何形狀 的影響切削用量的影影響表面層加工化的因素切削刃r e t . 角后面磨損量VB t 張f義層金屬的塑更加劇f冷換T切削速度vt f塑變J -冷硬/ f t f切削力t -塑變t f冷硬t2)影響磨削加工表面冷作硬化的因素相比較而言，磨削加工的溫度比切削加工溫度高

17、很多，磨削過程中 的弱化作用或金相組織的變化起主導(dǎo)作用，使得磨削加工表面的硬化規(guī) 律較為復(fù)雜。(1)被加工材料的影響工件材料的塑性好，則磨削加工時(shí)塑性變形大，冷硬傾向大。導(dǎo)熱 性能佳的材料，磨削加工產(chǎn)生的熱量不易集中于表面層，弱化傾向小。例如磨削高碳工具鋼T8時(shí)，加工表面冷硬程度平均達(dá)60%65%； 磨削純鐵時(shí)，加工表面冷硬程度可達(dá)75%80%,甚至有時(shí)可達(dá) 140%150%。原因在于純鐵的塑性好，磨削時(shí)的塑性變形大，強(qiáng)化傾向大，而且 純鐵的導(dǎo)熱性比高碳鋼高，熱不易集中于表面層，弱化傾向小。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社1=(2)磨削用量的影響磨削速度的提高會(huì)減弱塑

18、性變形的程度，而且磨削區(qū)溫度的增高 會(huì)加強(qiáng)弱化作用。所以，高速磨削加工表面的冷硬程度一般比普通磨 削低。相對(duì)而言，工件速度對(duì)冷硬程度的影響與磨削速度的影響基本相反。磨削加工的磨削力會(huì)隨磨削深度的加大而增大，從而加工件表面 的塑性變形程度，表面冷硬傾向增大。加大縱向進(jìn)給速度時(shí)，磨削加工的磨削力加大，冷硬傾向增大。但縱向進(jìn)給速度的提高也可能使磨削區(qū)產(chǎn)生較大的熱量而使冷硬減弱O因而加工表面的冷硬狀況要考慮這兩種因素的綜合作用。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社2.加工表面的金相組織變化與磨削燒傷1）表面層金相組織的變化

19、及磨削燒傷的發(fā)生機(jī)械加工過程中，加工時(shí)所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，而 使工件表面的加工區(qū)域及其附近區(qū)域的溫度升高。當(dāng)溫升超過工件材 料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生金相組織的變化。I三l-i一般的切削加工不一定產(chǎn)生加工表面層金相組織的變化，原因是 單位內(nèi)切削截面所消耗的功率不是很大，溫度升高一般不會(huì)達(dá)到相變 溫度。磨削加工時(shí)，磨削比壓和磨削速度較高，切除單位截面金屬所消耗的功率大于其它加工方法。這些熱量部分由切屑帶走，很小一部分 傳給砂輪。假若冷卻效果不好，則這些熱量中的大部分（80%左右）將傳 給被加工工件表面，使工件表層金屬強(qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng) 力的產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這

20、種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。磨削加工是一種典型的、易使加工表面層產(chǎn)生金相組織變化的加 工方法。影響磨削加工時(shí)表面層金相組織變化的因素主要有工件材料、 削溫度、溫度梯度及冷卻速度等。然而，各種材料的金相組織及其轉(zhuǎn) 變特性是不同的。如軸承鋼、高速鋼及銀鉛鋼等高合金鋼材料，磨削 時(shí)若冷卻不充分則容易使工件表面層上形成的瞬時(shí)高溫，產(chǎn)生磨削燒 傷。磨削淬火鋼時(shí)，根據(jù)溫度的不同一般分為三種燒傷：(1)回火燒傷如果磨削區(qū)的溫度超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼為350C),但末 超過淬火鋼的相變臨界溫度(碳鋼的相變溫度約為720C)時(shí)，則工件表 面層金屬的馬氏體組織會(huì)產(chǎn)生回火現(xiàn)象，轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織( 索氏體或托氏

21、體)。這種燒傷稱為回火燒傷。(2)淬火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，且在冷卻液的急冷作用下，表 面會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，硬度比原來的回火馬氏體高，但其厚 度很薄。在它的下層，因冷卻較慢會(huì)出現(xiàn)硬度比原來回火馬氏體低的 回火索氏體或托氏體。這稱為淬火燒傷。(3)退火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過相變溫度，但磨削過程沒有冷卻液，這時(shí)工 件表層金屬將被退火，表面硬度急劇下降。這稱為退火燒傷。一般干 磨時(shí)很容易產(chǎn)生這種情況。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社淬火燒傷回火燒傷廠磨削時(shí)工件表面溫度超過相變臨界、1溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會(huì)出現(xiàn)

22、二 次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火 馬氏體高，但很薄，其下為硬度較低的回 火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄， 表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為 它火燒傷。丿退火燒傷 削時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度超過、 相變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變 為奧氏體。若此時(shí)無冷卻液，表層金 屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。 硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象 它為退火燒傷。丿磨削時(shí)，如果工件表面層溫度只、 是超過原來的回火溫度，則表層原來 的回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象而 轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索衣體 或屈氏體），這種現(xiàn)象稱為回火燒傷磨削燒傷的三種形式第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大

23、學(xué)出版社2）防止磨削燒傷的工藝措施如果在磨削加工中出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象，零件的使用性能將會(huì)受到 嚴(yán)重影響。心、磨削熱是磨削燒傷的根源=n1=1改善磨削燒傷的途徑主要有兩個(gè)：一是減少磨削熱的產(chǎn)生；二是 改善冷卻條件。通常采用以下工藝途徑改善磨削燒傷的程度。 合理選擇砂輪砂輪的硬度、粒度、結(jié)合劑和組織等對(duì)磨削燒傷有很大影響。磨 削導(dǎo)熱性差的材料（如耐熱鋼、軸承鋼及不銹鋼等），或干磨、磨削空心 薄壁零件以及工件與砂輪接觸弧較長時(shí)，更易產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。為避免 產(chǎn)生燒傷，應(yīng)選擇較軟的砂輪。具有一定彈性的結(jié)合劑（如橡膠結(jié)合劑 ,樹脂結(jié)合劑），或組織疏松的砂輪，利于減輕燒傷。在砂輪的孔隙內(nèi)浸入石蠟之類的潤滑物質(zhì)，

24、對(duì)降低磨削區(qū)的溫度、防止工件燒傷也有一定效果。 控制磨肖U用量一般情況下，提高工件回轉(zhuǎn)速度具有減小燒傷層深度的作用， 同時(shí)相應(yīng)提高砂輪速度可避免燒傷，并能兼顧工件的表面粗糙度。減小磨削深度和加大縱向進(jìn)給量，也能夠降低表面層溫度改善燒 傷，但會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度值增大。一般釆用提高砂輪轉(zhuǎn)速或較寬砂輪 來彌補(bǔ)。改善冷卻條件I 二I改善冷卻條件可將磨削產(chǎn)生的熱量迅速帶走，從而降低磨削區(qū)的 溫度，有效地防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。磨削冷卻液能降低溫度、減少燒傷、沖去脫落的砂粒和切屑，既 能改善燒傷又能減小表面粗糙度。選取比熱大的磨削冷卻液，加大磨 削液的壓力和流量，能夠提高熱傳遞效率，利于避免燒傷。第5章餉工豢面

25、質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社防止堵塞砂輪內(nèi)部孔隙。所以，其應(yīng) 用不廣。E3目前通用的冷卻方法較差，由于砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，圓周方向產(chǎn)生強(qiáng) 大氣流，使得磨削液很難直接送入磨削區(qū)，冷卻效果很差。而內(nèi)冷卻是 一種較為有效的方法，如圖5.2所示。內(nèi)冷卻工作原理是將嚴(yán)格過濾后 的冷卻液通過中空主軸法蘭套引入砂 輪的中心腔內(nèi)，在離心力的作用下冷 卻液會(huì)通過砂輪內(nèi)部的孔隙向砂輪四 周的邊緣灑出，冷卻液就有可能直接 注入磨削區(qū)。薄壁套 砂輪中心腔 主軸法蘭套錐形蓋內(nèi)冷卻裝置會(huì)產(chǎn)生大量水霧，影 響加工條件，而且磨削冷卻液必須嚴(yán) 格過濾，要求雜

26、質(zhì)不超過0.02%,以實(shí)際中多釆用開槽砂輪，即在砂輪的圓周上開一些橫槽，開槽砂 輪的形狀如圖所示，這就能使砂輪將冷卻液帶入磨削區(qū)；同時(shí)，開槽 可使砂輪間斷磨削，工件受熱時(shí)間縮短，金相組織來不及轉(zhuǎn)變，開槽 砂輪還能起到風(fēng)冷作用，改善散熱條件。因此，開槽砂輪可有效地防止燒傷現(xiàn)象產(chǎn)生。開槽的形狀主要有 兩種形式：均勻等距開槽和變距開槽。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社磨削用量砂輪與工件材料改善冷卻條件1

27、）砂輪轉(zhuǎn)速t -磨削燒傷t2）徑向進(jìn)給量fp t -磨削燒傷t3 ）軸向進(jìn)給量f J -磨削燒傷IH）工件速度 t-磨削燒傷I ；采用開槽砂輪1）磨削時(shí)，砂輪表面上磨粒的切削刃 口鋒利I -磨削力I 一磨削區(qū)的溫J2）磨削導(dǎo)熱性差的材料（耐熱鋼.軸承 鋼.不銹鋼）J -磨削燒傷t3）應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和 、組織f磨削燒傷I間斷磨削f受熱1 f磨削燒傷1采用內(nèi)冷卻法 f磨削燒傷i丿影響磨削燒傷的因素及改善途徑第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社1）表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因主要有以下三方面： 冷塑性變形的影響機(jī)械加工過程中，被加工工件表面在切

28、削里的作用下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈 的塑性交形，使表面層金屬的比容增大、體積膨脹。而基體金屬受應(yīng) 力較小，處于彈性變形狀態(tài)。因此，表面層金屬的變形受到與它相連的里層基體金屬的阻礙，從而在表面層內(nèi)產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn) 生殘余拉應(yīng)力。當(dāng)?shù)毒咔须x后，里層基體金屬的彈性變形將逐漸恢復(fù)，而表面層 金屬的塑性變形不能恢復(fù)。趨向復(fù)原的內(nèi)層基體金屬將受到表面層已 塑性變形金屬的限制，故而表面層有殘余壓應(yīng)力，里層有殘余拉應(yīng)力與之平衡。 熱塑性變形的影響III機(jī)械加工時(shí)，工件表面層受切削熱的作用而產(chǎn)生熱膨脹。由于表 面層金屬的溫度比里層基體金屬的溫度高，表面層的熱膨脹會(huì)被里層 基體金屬的膨脹所阻礙，因而表面層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力

29、，而在里層產(chǎn)生熱 態(tài)拉應(yīng)力。若表面層產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力沒有超過材料的屈服極限，不會(huì)產(chǎn)生塑 性變形；若蕓面層在加工時(shí)溫度很高，產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力超過材料的屈服極 限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑性變形。加工時(shí)溫度越高，發(fā)生熱塑性變形的傾向越大，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 也越大。殘余應(yīng)力的大小，除與溫度有關(guān)外，也與材料的特性有關(guān)， 即與屈服極限的曲線及溫度升降的斜率有關(guān)。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社(3)金相組織的變化不同的金相組織，具有不同的密度和比容。機(jī)械加工過程中， 如果工件表面層的金相組織發(fā)生變化，則工件表面層金屬的比容也 會(huì)發(fā)生變化

30、。這種比容的變化必然受到里層基體金屬的阻礙，從而 產(chǎn)生殘余應(yīng)力。如果金相組織的變化引起表面層金屬的比容減小， 則表面層金屬產(chǎn)生拉應(yīng)力，而里層產(chǎn)生壓應(yīng)力；反之，若金屬的比 容減小，表面層金屬將產(chǎn)生壓應(yīng)力，而里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。如在磨削 淬火鋼時(shí)，由于磨削熱導(dǎo)致表層可能產(chǎn)生回火，表層金屬組織將由 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏楣怏w的屈氏體或索氏體，密度增大，比熱容減 小，表層金屬要產(chǎn)生相變收縮但會(huì)受到基體金屬的阻止，從而在表 層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。如果磨削時(shí)表層金屬的溫度超過相變溫度且冷卻已充分，則表層金屬將轉(zhuǎn)變?yōu)榇?火馬氏體，密度減小，比熱容增大，則表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力， 里層金屬產(chǎn)生

31、殘余拉應(yīng)力。in實(shí)際上，機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力是上述三方面原因綜合 作用的結(jié)果。2）影響殘余應(yīng)力的工藝因素影響殘余應(yīng)力的主要工藝因素有工件材料的性質(zhì)、刀具（砂輪）、切 削用量及冷卻潤滑液等方面。具體情況要根據(jù)切削的塑性變形、切削 溫度和金相組織變化的影響程度而定。切削加工影響殘余應(yīng)力的工藝因素 刀具的后角、刀尖的圓角半徑及刃鈍圓半徑對(duì)表面層殘余應(yīng)力的影響不大，這是因?yàn)楹蠼鞘艿降度袕?qiáng)度的制約變化不大，而刀尖的I 角半徑和刃鈍圓半徑在刃磨后很小。刀具幾何參數(shù)中前角的殘余應(yīng)力 影響較大。實(shí)際上當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度時(shí)，切削力以及刀具和工件 的摩擦?xí)@著增加，使表面層溫度會(huì)升高，表面層的塑性變形加劇

32、， 因而刀具的磨損對(duì)殘余應(yīng)力影響較大。加工用量對(duì)殘余應(yīng)力的影響比較復(fù)雜，它與工件的材料、原來的狀態(tài)以及具體的加工條件等有關(guān)。在一般情況下，殘余應(yīng)力的數(shù)值和方向與切削速度有關(guān)。以較低的速度切削時(shí)，工件表面層會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。但隨著切削速度的增大, 拉應(yīng)力值將逐漸減小，并在一定切削速度以上轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力。低速切削時(shí)切削熱的作用占主導(dǎo)作用，表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。而隨著切削速度的提高，表層溫度逐漸提高至淬火溫度，表層金屬的金相組 織發(fā)生變化，使殘余拉應(yīng)力的數(shù)值逐漸減小。高速切削時(shí)，表層金屬的金相組織變化起主導(dǎo)作用，因而表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。進(jìn)給量增加時(shí)，殘余應(yīng)力的數(shù)值及擴(kuò)展深度均隨進(jìn)給量的 增加而增加。

33、增加切削深度，殘余應(yīng)力也會(huì)隨之稍有增加。(2)磨削加工影響殘余應(yīng)力的工藝因素一般而言，工件材料的硬度越高、塑性越低、導(dǎo)熱性能越差，則 表面金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的傾向越大。磨削導(dǎo)熱性能差的高強(qiáng)度合金鋼 時(shí)，表面層的殘余拉應(yīng)力很可能超過材料的強(qiáng)度極限，表面甚至?xí)a(chǎn)生 裂紋。I三l-i穆削用量是影響殘余應(yīng)力的首要因素。通過提高工件速度、減小磨 削深度，均可減小殘余應(yīng)力。當(dāng)磨削深度減小到一定程度，可獲得較低 殘余應(yīng)力的表面。而增大工件速度和進(jìn)給速度，將使表面金屬的塑性變 形程度加劇，從而表層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的趨勢減小，產(chǎn)生殘余壓 應(yīng)力的趨勢增大。磨削時(shí)，輕磨削條件下因沒有金相組織變化，溫度影響也很小

34、，主 要是塑性變形的影響在起作用，因而產(chǎn)生淺而小的殘余壓應(yīng)力；中等磨削條件下，產(chǎn)生淺而大的拉應(yīng)力；重磨條件下，如磨削淬火鋼，則產(chǎn)生 深而大的拉應(yīng)力(最外表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應(yīng)力)，是熱態(tài)塑性變形 和金相組織變化起主導(dǎo)作用。3) 零件加工后表面層的殘余應(yīng)力在不同的條件下，表面層殘余應(yīng)力的可能所差別。例如：切削 加工中，切削熱不多時(shí)則以冷態(tài)塑性變形為主；若切削熱多則以熱態(tài) 塑性變形為主。加工方法的不同，也可能某一種或兩種因素占主導(dǎo)地 位。如圖5.4為三類磨削條件下產(chǎn)生的工件表面層殘余應(yīng)力:(1) 精細(xì)磨削條件下產(chǎn)生淺而 小的殘余壓應(yīng)力，因?yàn)楸韺咏饘?的金相組織沒有變化，主要是塑 性變形的影響起主

35、導(dǎo)作用；(3)粗磨條件下產(chǎn)生深而大的拉應(yīng)力，原因在于熱態(tài)塑性變形和金相組織的變化影響占據(jù)主導(dǎo) 作用。/ /f/V1 /V、”、精綸1磨削、O48+00760 巧o o O.28 44 2 1 宦、匕盍幾14-8022400 050.10 150.20 25 03表層下深度/mm(2) 精磨條件下則產(chǎn)生淺而大 的拉應(yīng)力；4) 零件加工后表面層的磨削裂紋的產(chǎn)生表面層存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，可使工件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性能提高; 表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，會(huì)使工件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性能降低。紋。狀。當(dāng)殘余應(yīng)力值超過材料的疲勞極限時(shí)，工件表面層就會(huì)出現(xiàn)磨削裂磨削裂紋一般很淺(約025050mm),基本垂直于磨削方向

36、或呈網(wǎng)磨削裂紋的產(chǎn)生常與磨削燒傷同時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)零件加工表面層存在磨削燒傷和磨削裂紋時(shí)，將使零件的疲勞強(qiáng)度和使用壽命受到嚴(yán)重影響。因此，在磨削加工中應(yīng)嚴(yán)格控制表面層殘 余拉應(yīng)力，以免產(chǎn)生磨削裂紋。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社5.2機(jī)械加工中的振動(dòng)機(jī)械加工過程中常產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)對(duì)于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有 很大影響。新型的、難加工材料的加工過程中工藝系統(tǒng)更易產(chǎn)生振動(dòng)。所以研究振動(dòng)產(chǎn)生的誘因及機(jī)理，進(jìn)而避免、抑制或消除振動(dòng)是非常有意 義的。5.2.1機(jī)械加工動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)1 振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工過程的影響工藝系統(tǒng)的振動(dòng)影響主要表現(xiàn)在：l=i(1)振動(dòng)使工藝系統(tǒng)的正常切削過程受到干擾和

37、破壞，工件及切削工 具等的正常相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)疊加振動(dòng)，使零件加工表面產(chǎn)生振痕，惡化零件的 加工精度和表面質(zhì)量。(2) 振動(dòng)會(huì)使刀具極易磨損，振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)甚至使刀具出現(xiàn)崩刃、打刀 現(xiàn)象，影響機(jī)械加工的正常進(jìn)行。磨削加工時(shí)的振動(dòng)雖不如切削劇烈，但 可能出現(xiàn)振動(dòng)燒傷，嚴(yán)重影響表面質(zhì)量。(3) 機(jī)床連接特性受到振動(dòng)可能遭到破壞，進(jìn)而產(chǎn)生部分松動(dòng)，影響 軸承的工作性能，縮短刀具的耐用度和機(jī)床的使用壽命。振動(dòng)限制了切削用量的進(jìn)一步提高，致使機(jī)床、刀具的工作性能 偏離最佳工作區(qū)，制約了生產(chǎn)率的提高。(5)振動(dòng)所發(fā)出的刺耳噪聲，也會(huì)污染環(huán)境，影響人的身心健康，不 符合綠色環(huán)保的發(fā)展要求。隨著機(jī)械加工工藝的發(fā)展，振動(dòng)

38、問題愈發(fā)突出，因此分析振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理、消除和抑制振動(dòng)是一個(gè)重要的課題。2.機(jī)械振動(dòng)的基本類型根據(jù)工藝系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的原因，大致可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和 自激振動(dòng)三類。(1) 自由振動(dòng)系統(tǒng)在外界干擾力作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)頻率是系統(tǒng)的固有頻率 ,而外力消除后由于系統(tǒng)中存在阻尼的能量耗散作用，振動(dòng)會(huì)逐漸衰減 。這神振動(dòng)掠為自由振動(dòng)。(2) 受迫振動(dòng)機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)由外界周期性干擾力的作用而被迫產(chǎn)生 的振動(dòng)，祿為受迫旅動(dòng)。(3) 自激振動(dòng)機(jī)械加工過程中，在未受到外界周期性干擾力作用下工藝系統(tǒng)產(chǎn)生 持續(xù)振動(dòng)，維持振動(dòng)的交變力是振動(dòng)系統(tǒng)在自身運(yùn)動(dòng)中激發(fā)產(chǎn)生的。這 種由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋而引起的持續(xù)

39、性周期性振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)，簡 稱為顫振。由于實(shí)際的工藝系統(tǒng)存在阻尼作用，自由振動(dòng)會(huì)在外界干擾力去除 后迅速衰減，因而對(duì)加工過程影響較小。機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)主 要是受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，受迫振動(dòng)約占65%,自激振動(dòng)約占 30%,自由振動(dòng)所占比例則很小。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主耍特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自由振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)破 壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠 彈性恢復(fù)力來維持的振動(dòng)稱為 自由振動(dòng)。由于總存在阻尼， 、自由振動(dòng)將逐漸衰減。（占5%）丿強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)在周期性激

40、振力（干擾力）持 續(xù)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，稱為強(qiáng)迫 振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過程是諧 振動(dòng)，只要有激振力存在振動(dòng)系 統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。（占35%【自激振動(dòng)N沒有周期性干擾力作用的皤 況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的 交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)， 稱為自激振動(dòng)。切削過程中產(chǎn) 生的自激振動(dòng)也稱為顫振。J（占 65%）第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社3.機(jī)械加工系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性in第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)與機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的 工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性有關(guān)。實(shí)際工藝系統(tǒng)

41、的動(dòng)力學(xué)特性極為復(fù)雜， 精確地分析和解算工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是極為困難的，通常根據(jù)系 統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、所研究振動(dòng)問題的性質(zhì)、要求的精度和實(shí)際振 動(dòng)狀況將其簡化為有限個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)彳工件/單自由度系統(tǒng)是最簡單的振動(dòng)系統(tǒng)。下 面以圖5.5(a)內(nèi)圓磨削加工為例，討論單自 由度受迫振動(dòng)情況。磨削加工過程中磨頭受周期性變化的干 擾力作用會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)工件的剛度遠(yuǎn)大于磨頭系統(tǒng)的剛度時(shí) ,可簡化為如圖5.5(b)所示質(zhì)量一彈簧一阻 尼的單自由度系統(tǒng)。磨頭系統(tǒng)的等效質(zhì)量是m,等效彈簧剛度為K,等效黏性阻尼系數(shù)為c。將作用在磨頭與工件之間的激振力取定 為簡諧液振力，F(xiàn)sinwt簡

42、諧激振力的幅值F，角頻率3第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)彳工件/(b)第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社KxexFsinwt系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為mx + cx + Kx = F sinco t兩邊分別除以m,則有2 .x + 2ax + coQ x = f sincotf = = nS = JI二階常系數(shù)線性非齊次微分方程式的解為x = Axeat sin 一 勺 + 妙 + 4 siny t-（p）第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社+ Asin(p)t-cp)第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)

43、常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社上式的第一項(xiàng)（齊次方程的通解）表示為有阻尼的、逐漸衰減的自由振動(dòng)過程，如圖（a）所示;第二項(xiàng)（非齊次方程的特解）表示由激振力引起的頻率等于激振力頻率 的受迫振動(dòng)，如圖（b）所示。這兩部分振動(dòng)的疊加為振動(dòng)的響應(yīng)，如圖（c）所示。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社(a)(b)第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社經(jīng)歷過渡過程后的穩(wěn)定振動(dòng)，即受迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過程。 穩(wěn)態(tài)振動(dòng)方程為x = Asin（pt-cp）4是受迫振動(dòng)響

44、應(yīng)的幅值4f_ L 觀J（血-丹+4心2 J（l 才）2+（2 豬）20是振動(dòng)響應(yīng)幅值與激振力的相位差2律（P = arc tan1 才第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社在力作用下產(chǎn)生的靜位移頻率比值阻尼比F_K%CD2y/Km第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社動(dòng)態(tài)放大系數(shù)的概念。動(dòng)態(tài)放大系數(shù)V定義為受迫振動(dòng)的振動(dòng)幅值與 系統(tǒng)靜位移的比值，1J（l 力）2+（2豬）2靜位移A。反映了激振力的影響, 說明振動(dòng)幅值與激振力幅值成正比。頻率比入對(duì)振動(dòng)的影響比較復(fù)雜， 可用動(dòng)態(tài)放大系數(shù)與頻率特性曲

45、線表 示，如圖5.7所示。2.01.0$0.25$=0.51.5.0慣性入0.51.0靜力區(qū)共振區(qū)0圖5.7幅頻特性曲線(1 )入一0時(shí)，激振力頻率極低， 相當(dāng)于激振力作為靜載荷作用系統(tǒng)上， 從而使系統(tǒng)產(chǎn)生的位移等于靜位移, VM。O A 0.7為準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)。(2) 入接近或等于1時(shí)，振幅急劇 增加，這種現(xiàn)象稱為共振。0.7 來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源； 來自機(jī)床外部的機(jī)外振源。機(jī)外振源較多，但它們都是通過地基傳遞給機(jī)床的，通過一定 的隔振措施可以消除，如加設(shè)隔振地基或采用隔振設(shè)備等。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社機(jī)內(nèi)振源主要有以下幾種：（1）高速旋轉(zhuǎn)零件的不平衡各種旋轉(zhuǎn)

46、零件，如砂輪、齒輪、帶輪、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、軸、聯(lián)軸器或離 合器等，因其形狀不對(duì)稱、材質(zhì)不均勻、加工誤差或裝配誤差等原因， 旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量分布不均，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的不平衡會(huì)產(chǎn)生離心力，從而引起受迫（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷齒輪嚙合的沖擊、帶傳動(dòng)中的帶厚不均或帶接頭不良、軸承滾動(dòng)體尺 寸及形狀誤差等，都會(huì)引起受迫振動(dòng)。（3）過程的間歇性有些加工方法，如銃削、拉削、車削帶有溝槽的工件表面及滾齒等， 由于切削的不連續(xù)，導(dǎo)致切削力產(chǎn)生的周期性變化，引起受迫振動(dòng)。（4）往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。（5）液壓及氣壓動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)液壓及氣壓的傳動(dòng)及控制中，存在壓力脈動(dòng)、沖擊現(xiàn)象以及管路動(dòng)態(tài) 特性，這些因素容易引起振動(dòng)。2.受迫振動(dòng)

47、的特性受迫振動(dòng)主要具有如下特點(diǎn)：(1) 受迫振動(dòng)在外界周期性干擾力作用下產(chǎn)生，其振動(dòng)本身并 不能引起干擾力的變化；1(2) 受迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與干擾力的頻率相同，與工藝系統(tǒng)的 固有頻率無關(guān)；(3) 受迫振動(dòng)的幅值與干擾力的幅值有關(guān)，還與工藝系統(tǒng)的動(dòng) 態(tài)特性有關(guān)。一般來說，在干擾力頻率不變的情況下，干擾力的幅值越大，受 迫振動(dòng)的幅值越大。如果干擾力的頻率與工藝系統(tǒng)各階模態(tài)的固有頻 率相差甚遠(yuǎn)，則受迫振動(dòng)響應(yīng)將處于動(dòng)態(tài)響應(yīng)的衰減區(qū)，振動(dòng)幅值很 小。若干擾力頻率接近工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的幅值將 明顯增大，一旦干擾力頻率和工藝系統(tǒng)某一固有頻率相同，系統(tǒng)將產(chǎn) 生共振。如果工藝系統(tǒng)阻尼較小，則

48、共振幅值將很大。由于機(jī)械加工中產(chǎn)生的受迫振動(dòng)頻率與干擾力頻率存在對(duì)應(yīng)關(guān)系,因而可作為診斷機(jī)械加工中所產(chǎn)生的振動(dòng)是否為受迫振動(dòng)的主要依據(jù), 并可利用此頻率特征去分析、査找受迫振動(dòng)的振源。根據(jù)受迫振動(dòng)的響應(yīng)特征，可通過改變干擾力的頻率或者改變工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使得干擾力的頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，可在一定程 度上減小受迫振動(dòng)的強(qiáng)度。上一節(jié)論述的振動(dòng)系統(tǒng)分析方法，完全適用于受迫振動(dòng)。但需要注 意的是，受迫振動(dòng)的振源來自振動(dòng)系統(tǒng)外部的、周期性的激振力，要根 據(jù)實(shí)際振動(dòng)狀況及分析問題的要求進(jìn)行合理處理，這里不予贅述。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社5.2.3機(jī)械加工中的自激振動(dòng)

49、機(jī)械加工過程中，還常常出現(xiàn)一種與受迫振動(dòng)形式完全不同 的強(qiáng)烈振動(dòng)。這種振動(dòng)是當(dāng)工藝系統(tǒng)在外界或系統(tǒng)本身某些偶然的瞬時(shí)干 擾力作用下而觸發(fā)自由振動(dòng)后，由振動(dòng)過程本身的某些原因使得切 削力產(chǎn)生周期性變化，并由這個(gè)周期性變化的動(dòng)態(tài)力反過來加強(qiáng)和 維持振動(dòng)，使振動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充了由阻尼消耗的能量，這種類型的振動(dòng) 稱另旨滋振動(dòng)。強(qiáng)烈的自激振動(dòng)又稱為顫振。第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社1. 自激振動(dòng)的原因及特征機(jī)械加工系統(tǒng)是一個(gè)由振動(dòng)系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過 程）兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖59所示。以切削加工為例，振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制著調(diào)節(jié)系統(tǒng)的振動(dòng)，而 調(diào)節(jié)系統(tǒng)所產(chǎn)生的交

50、變切削力反過來控制著振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。二者 相互作用，相互制約，形成了閉環(huán)的自激振動(dòng)系統(tǒng)。維持振動(dòng)的能 量來源于系統(tǒng)工作的能源。圖5.9自激振動(dòng)系統(tǒng)框圖第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社第5章餉工豢面質(zhì)量控制機(jī)械制造工藝學(xué)常同立等清華大學(xué)出版社自激振動(dòng)與自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)不同，具有以下特征自激振動(dòng)是沒有周期性外力干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)，這與受迫 振動(dòng)有本質(zhì)區(qū)別。自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的低階固有頻率，即由系統(tǒng) 本身固有的物理特性所決定。這與受迫振動(dòng)根本不同，受迫 振動(dòng)的頻率取決于外界干擾力的頻率。自激振動(dòng)是一種不衰減的運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)過程本身能引起周期性 變化的力，能量來源于非交變特性的能源，以維持這個(gè)振動(dòng) 。而自由振動(dòng)會(huì)因存在阻尼作用而衰減。|二自激振動(dòng)的振幅大小取決于每個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)振動(dòng)系統(tǒng)所獲得 和消耗能