【正文】 迫振動振源：機外＋機內 。 強迫振動的特征 85 機械加工過程中自激振動 自激振動的概念 ? 在沒有周期性外力作用下 ， 由系統(tǒng)內部激發(fā)反饋產生的周期性振動 ? 自激振動過程可用傳遞函數概念說明 （ 圖 472） ? 自激振動是一種不衰減振動 ? 自激振動的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率 ? 自激振動能否產生及振幅的大小取決于振動系統(tǒng)在每一個周期內獲得和消耗的能量對比情況 （ 圖 473） 。 88 機械加工中振動的防治 ? 減小機內干擾力的幅值 ? 調整振源的頻率 ， 一般要求： ◆ 調整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置（ 圖 476） 消除或減弱產生強迫振動的條件 式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率 ? 隔振 β x2 x2 x1 x1 11 22圖 476 兩種尾座結構 消除或減弱產生自激振動的條件 ? ?（ 433） 89 機械加工中振動的防治 ◆ 減小切削或磨削時的重疊系數 （ 圖 477） 式中 bd —— 等效切削寬度 ， 即本次切削實際切到上次切削殘留振紋 在垂直于振動方向投影寬度； b —— 本次切削在垂直于振動方向上的切削寬度； B , fa —— 砂輪寬度與軸向進給量 。 ～ 3176。 ～ 20176。第二次走刀時 ， 刀具將在有振紋的表面上切削， 使切削厚度發(fā)生變化， 導致切削力周期性地變化 ， 產生自激振動 自激振動機理 圖 474 再生自激振動原理圖 f 切入 切出 y0 y a） b） θ y0 y 切入 切出 f c） θ f y0 y 切入 切出 d） 切入 切出 f y0 y θ ◆ 產生條件 （ 圖 474） ： a） b） c） 系統(tǒng)無能量獲得； d） y 滯后于 y0， 即 0＞ θ＞ π ， 此時切出比切入半周期中的平均切削厚度大 ， 切出時切削力所作正功 （ 獲得能量 ） 大于切入時所作負功 ， 系統(tǒng)有能量獲得 ， 產生自激振動 機械加工過程中自激振動 87 ◆ 振型耦合機理： 將車床刀架簡化為兩自由度振動系統(tǒng) ， 等效質量 m用相互垂直的等效剛度分別為 k k2兩組彈簧支撐 （ 設 x1為低剛度主軸 ， 圖 475） 圖 475 車床刀架振型耦合模型 F m a b c d x1 x1 x2 x2 β k2 k1 α1 α2 X ◆ 自激振動的產生： ① k1=k2， x1與 x2無相位差 , 軌跡為直線 ， 無能量輸入 機械加工過程中自激振動 ② k1＞ k2， x1超前 x2 ， 軌跡 d→c→b→a 為一橢圓 ， 切入半周期內的平均切削厚度比切出半周期內的大 ， 系統(tǒng)無能量輸入 ③ k1＜ k2， x1滯后于 x2 ， 軌跡為一順時針方向橢圓 ， 即：a→b→c→d 。 機內： 1） 回轉零部件質量的不平衡 2） 機床傳動件的制造誤差和缺陷 3） 切削過程中的沖擊 ? 頻率特征： 與干擾力的頻率相同 ， 或是干擾力頻率整倍數 ? 幅值特征： 與干擾力幅值 、 工藝系統(tǒng)動態(tài)特性有關 。 裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網狀 ， 常與燒傷同時出現(xiàn) 圖 469 帶空氣擋板冷卻噴嘴 磨削燒傷與磨削裂紋的控制 磨削裂紋 81 表面強化工藝 ? 利用淬硬和精細研磨過的滾輪或滾珠 ， 在常溫狀態(tài)擠壓金屬表面 ， 將凸起部分下壓下 ， 凹下部分上凸 ， 修正工件表面的微觀幾何形狀 ,形成壓縮殘余應力 ， 提高耐疲勞強度 （ 圖 471） ? 利用大量快速運動珠丸打擊工件表面 , 使工件表面產生冷硬層和壓應力 ,↑疲勞強度 （ 圖 470） 噴丸強化 圖 471 滾壓加工原理圖 ? 用于強化形狀復雜或不宜用其它方法強化的工件 ， 例如板彈簧、 螺旋彈簧 、 齒輪 、 焊縫等 滾壓加工 圖 470 珠丸擠壓引起殘余應力 壓縮 拉伸 塑性變形區(qū)域 82 機械制造技術基礎 第 4章 機械加工質量分析與控制 Analysis and Control of Machining Quality 機械加工過程中的振動 Vibrations in machining Process 83 概述 機械加工過程中振動的危害 ? 影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產生波度 ? 影響生產效率 ? 加速刀具磨損，易引起崩刃 ? 影響機床、夾具的使用壽命 ? 產生噪聲污染，危害操作者健康 ? 工藝 系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后 ， 系統(tǒng)僅靠彈性恢復力來維持的振動稱為自由振動 。 ? 其他影響因素：刀具幾何角度 、 刃磨質量 ， 切削液等 圖 461 切削 45鋼時切削速度與粗糙度關系 100 120 v（ m/min） 0 20 40 60 80 140 表面粗糙度R z（μm） 4 8 12 16 20 24 28 收縮系數K s 積屑瘤高度 h（μm） 0 200 400 600 h Ks Rz 切削加工表面粗糙度影響因素 切削表面塑性變形和積屑瘤 74 ? 砂輪速度 v↑， Ra↓ ? 工件速度 vw↑， Ra ↑ ? 砂輪縱向進給 f↑， Ra ↑ ? 磨削深度 ap↑， Ra ↑ 圖 462 磨削用量對表面粗糙度的影響 vw = 40(m/min) f = (m /min) ap = (mm) v = 50(m/s) f = (m /min) ap = (mm) v(m/s), vw(m/min) R a(μm) 0 30 40 50 60 a） ap(mm) 0 R a(μm) 0 b） 磨削加工表面粗糙度影響因素 磨削用量影響 圖 463 光磨次數 Ra關系 Ra(μm) 0 10 20 30 光磨次數 粗粒度砂輪 (WA60KV) 細粒度砂輪 (WA/GCW14KB) ?光磨次數 ↑， Ra↓ 75 ? 砂輪粒度 ↑， Ra↓；但要適量 ? 砂輪硬度適中 ， Ra↓ ；常取中軟 ? 砂輪組織適中 ， Ra ↓ ；常取中等組織 ? 采用超硬砂輪材料 ， Ra ↓ ? 砂輪精細修整 ， Ra ↓ 磨削加工表面粗糙度影響因素 砂輪影響 其他影響因素 ? 工件材料 ? 冷卻潤滑液等 76 機械制造技術基礎 第 4章 機械加工質量分析與控制 Analysis and Control of Machining Quality 影響表層金屬力學物理 性能的工藝因素 Technological Factors Influencing Physics Properties of Surface Layer 77 影響表面冷作硬化的因素 切削加工 ? f↑， 冷硬程度 ↑(圖 464) ◆ 切削用量影響 ◆ 刀具影響 ? rε↑， 冷硬程度 ↑ ? 其他幾何參數影響不明顯 ? 后刀面磨損影響顯著 （ 圖465） 0 磨損寬度 VB(mm) 100 180 260 340 硬度(HV) 50鋼， v = 40(m/min) f = ～ (mm/z) 圖 465 后刀面磨損對冷硬影響 ◆ 工件材料 ? 材料塑性 ↑， 冷硬傾向 ↑ ? 切削速度影響復雜 （ 力與熱綜合作用結果 ） ? 切削深度影響不大 圖 464 f 和 v 對冷硬的影響 硬度(HV) 0 f (mm /r) v =170(m/min) 135(m/min) 100(m/min ) 50(m/min) 100 200 300 400 工件材料： 45 78 ?磨削速度 ↑→冷硬程度 ↓（ 弱化作用加強 ） ?工件轉速 ↑→冷硬程度 ↑ ?縱向進給量影響復雜 ?磨削深度 ↑→冷硬程度 ↑（ 圖 466） ◆ 磨削用量 ◆ 砂輪 ? 砂輪粒度 ↑→冷硬程度 ↓ ? 砂輪硬度 、 組織影響不顯著 ◆ 工件材料 ? 材料塑性 ↑→ 冷硬傾向 ↑ ? 材料導熱性 ↑→ 冷硬傾向 ↓ 圖 466 磨削深度對冷硬的影響 ap(mm) 硬度(HV) 0 300 350 450 500 400 普通磨削 高速磨削 影響表面冷作硬化的因素 磨削加工 79 影響層金屬殘余應力的因素 ? v↑→殘余應力 ↑（熱應力起主導作用，圖 467） ◆ 切削用量 ◆ 刀具 ?前角 +→－，殘余拉應力 ↓ ?刀具磨損 ↑→殘余應力 ↑ ◆ 工件材料 ?材料塑性 ↑→殘余應力 ↑ ?鑄鐵等脆性材料易產生殘余壓應力 圖 468 f 對殘余應力的影響 工件： 45，切削條件： vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應力(Gpa) 0 0 100 200 300 400 距離表面深度 (μm) f = f = f =僅討論切削加工 ? f↑→殘余應力 ↑（ 圖 468） ?切削深度影響不顯著 圖 467 vc 對殘余應力的影響 γ0=5176。 （ 428） 2ttM TLL??由圖 452所示關系可得： 圖 452 調整尺寸關系 3n?y Tt x T 3ζ Lmax Lmin LM （ Lt ） 樣本均值分布 總體分布 總體分布平均值極端位置 （ 429） 161tTT n???? ? ?????樣本平均值分布： xN n????????，調整尺寸 調整公差 65 調整尺寸 ? 上式要求過于苛刻 ， 產生不合格品得概率只有%。 稱 z 為標準化變量 分布圖分析法 y F（ z） 圖 4