【正文】 ， 并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低工件表面粗糙度和提高精度的工藝方法 ， 一般用于粗糙度為 Ra。 采用適當(dāng)?shù)木庸づc光整加工方法作為終加工工序 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 對(duì)于承受高應(yīng)力 、 交變載荷的零件 ， 可以采用噴丸 、 滾壓 、 輾光等表面強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并降低表面粗糙度 ， 同時(shí)消除磨削等工序的殘余拉應(yīng)力 ，因此可大大提高疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能 。 采用表面強(qiáng)化工藝 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 1. 表面粗糙度的測(cè)定（比較法，光切法，干涉法，針描法） 2. 冷作硬化的測(cè)定 1）金相法 將試件的側(cè)面制成金相磨片，腐蝕后放大 200— 1000倍，即可從其金相組織判斷硬化深度及程度。 表面質(zhì)量的檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 2. 冷作硬化的測(cè)定 3）測(cè)量顯微硬度法 a、 HV值法：用機(jī)械拋光或電拋光逐層去除冷硬層，測(cè)量其顯微硬度，直至與基體相同為止，從去除的厚度可得到硬化深度。 表面質(zhì)量的檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 2. 冷作硬化的測(cè)定 4）脆性涂料法 5）激光全息法 6）再結(jié)晶法 表面質(zhì)量的檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 3. 金相組織變化的測(cè)定 (1)氧化膜法 磨削燒傷時(shí)，表面形成氧化膜，隨著燒傷時(shí)的溫不同，呈現(xiàn)不同顏色，從而可看出其燒程度。 表面質(zhì)量的檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 4. 殘余應(yīng)力的測(cè)定 （ 1）物理化學(xué)法 將有殘余應(yīng)力的試件放人相應(yīng)的腐蝕劑中，表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。 所用腐蝕劑，對(duì)鋼來(lái)說(shuō)是弱堿溶液，對(duì)黃銅、錫青銅來(lái)說(shuō)是銨、汞鹽。 3）干涉線變暗；由于工件冷作硬化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 表面質(zhì)量的檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 5. 裂紋的測(cè)定 如果表面經(jīng)過(guò)精加工，可能用肉眼就能發(fā)現(xiàn)，也可用滲透法看出。為減小加工過(guò)程中的振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。強(qiáng)迫 振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)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。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，可通過(guò)加設(shè)隔振地基來(lái)隔離。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，衰減振動(dòng)會(huì)很快衰減掉了，而強(qiáng)迫振動(dòng)則持續(xù)下去，形成振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程。 ① 激振力的影響： A0=F0/k 強(qiáng)迫振動(dòng)的特征 2220222220 )2()1(4)( ??????? ?????? AfA 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 Ⅰ ）當(dāng) λ→0時(shí)， η→1， λ~，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，在該區(qū)增加系統(tǒng)靜剛度，可減小振動(dòng)。 振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)剛度 當(dāng)系統(tǒng)在周期性動(dòng)載荷作用下，交變力的幅值與振幅（動(dòng)態(tài)位移）之比稱為系統(tǒng)的動(dòng)剛度。 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 在實(shí)際加工過(guò)程中，由于偶然的外界干擾（如工件材料硬度不均、加工余量有變化等），會(huì)使切削力發(fā)生變化，從而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動(dòng)。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 自激振動(dòng)： 機(jī)械加工過(guò)程中，在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為 自激振動(dòng) ；在金屬切削過(guò)程中的自激振動(dòng)一般稱為 切削顫振 ，簡(jiǎn)稱 顫振 。 自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。 在背向力 Fp作用下 ， 刀具作切入 、 切出運(yùn)動(dòng) （ 振動(dòng) ） 。 刀具切入 ， 其運(yùn)動(dòng)方向與背向力方向相反 ， 作負(fù)功；即振動(dòng)系統(tǒng)要消耗能量 W振入 ； 刀具切出 ， 其運(yùn)動(dòng)方向與背向力方向相同 ， 作正功；即振動(dòng)系統(tǒng)要吸收能量 W振出 ； 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 1）當(dāng) W振出 W振入 時(shí)，由于刀架振動(dòng)系統(tǒng)吸收的能量小于消耗的能量，故不會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)。 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ① W振出 =W振入 + W摩阻（振入） 時(shí)，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)； ② W振出 ＞ W振入 + W摩阻（振入） 時(shí)，系統(tǒng)為振幅遞增的自激 振動(dòng)，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)； ③ W振出 ＜ W振入 + W摩阻（振入） 時(shí)，系統(tǒng)為振幅遞減的自激 振動(dòng)，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動(dòng)； 故振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動(dòng)的基本條件是： W振出 W振入 或 FP振出 FP振入 產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 再生顫振原理 如圖所示 ， 車(chē)刀只做橫向進(jìn)給 。 將這種 由于切削厚度的變化而引起的自激振動(dòng) ， 稱為 “ 再生顫振 ” 。 ? 圖 c): y比 y0滯后一個(gè)相位角 Φ，正功＞負(fù)功，有能量輸入系統(tǒng)補(bǔ)償阻尼對(duì)能量的消耗，產(chǎn)生自激振動(dòng)。 重迭系數(shù)： 前一次切削工件表面形成的波紋面寬度在相繼的后一次切削的有效寬度中所占的比例，用 μ表示。 振型耦合顫振原理 工件 刀具 f 縱車(chē)方牙螺紋外表面 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 兩個(gè)自由度的耦合振動(dòng)模型 兩個(gè)自由度振型耦合顫振動(dòng)力學(xué)模型：設(shè) 刀具等效質(zhì)量為 m，相互垂直的等效剛度系數(shù)分別為 k k2（設(shè) k1 k2）剛度低的方向振型為 x1，剛度高的方向振型為 x2。反之，則不能維持。 提高工藝系統(tǒng) 抗振性 合理選擇 切削用量 合理選擇 刀具參數(shù) 采用變速切削 采用減振裝置 合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合 ?前角、主偏角 ↑→自振 ↓ ?后角 ↓→自振 ↓；但太小時(shí) →自振 ↑ 抑制再生顫振方法，用于工藝 系統(tǒng)剛性較好的場(chǎng)合。 摩擦減振器： 利用摩擦阻尼消耗振動(dòng)能量。 動(dòng)力式減振器： 用彈性元件把一個(gè)附加質(zhì)量塊連接到振動(dòng)系統(tǒng)中，利用附加質(zhì)量的動(dòng)力作用，使彈性元件加在系統(tǒng)上的力和系統(tǒng)的激振力相抵消。 沖擊減振器： 由一個(gè)與振動(dòng)系統(tǒng)剛性聯(lián)結(jié)的殼體和一個(gè)在體內(nèi)可自由沖擊的質(zhì)量組成 ， 當(dāng)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí) ， 由于質(zhì)量反復(fù)地沖擊殼體消耗了振動(dòng)的能量 ， 因而可顯著消振 。 阻尼減振器： 利用固體或液體的摩擦阻尼來(lái)消耗振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)減振。 振型耦合顫振原理 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 A C B D E 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 抑制自激振動(dòng) 途徑 ? v =30～ 70m/min→自振 ↑ ? f↓→自振 ↑；保證 Ra時(shí) →f↑ ?提高機(jī)床抗振性 ?提高刀具抗振性 （采用消振刀具） ?提高工件安裝剛性 根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng) 的振動(dòng)還受到各振型的剛度比 及其組合的影響。 若 A→B→C→切入； C→D→A→切出，由于切出時(shí)的平均切削厚度大于切入時(shí)的平均切削厚度，正功大于負(fù)功，在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，有多余的能量輸入振動(dòng)系統(tǒng)。 重迭系數(shù)對(duì)再生顫振的影響 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 當(dāng)縱車(chē)方牙螺紋的外圓表面如圖所示，刀具并未發(fā)生重疊切削，若按再生顫振原理，則不應(yīng)該產(chǎn)生顫振。 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 一般 0＜ μ＜ 1，徑向切入 μ=1（切槽、鉆、端銑等） ? 橫向切削 0＜ μ＜ 1 ? 車(chē)方牙螺紋， μ=0，無(wú)重迭切削，不可能發(fā)生再生顫振。 再生顫振產(chǎn)生的條件 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 圖 a)： y比 y0超前一個(gè)相位角 Φ，使刀具在切入工件的半個(gè)周期中平均切削厚度比切出時(shí)大，平均切削力也大，切削力對(duì)系統(tǒng)做的正功小于負(fù)功，正功＜負(fù)功，振動(dòng)消失。 刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動(dòng) ，并在被加工表面留下相應(yīng)的振紋 。因此，刀架系統(tǒng)也不會(huì)有自激振動(dòng)產(chǎn)生。 y越大 ， F彈 也越大 ，當(dāng) Fp=F彈 時(shí) ， 刀架的振動(dòng)停止 。 振出：吸收能量 E A1 A0 A2 A E E+ 振入：消耗能量； 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 如圖所示為單自由度機(jī)械加工振動(dòng)模型 。 自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰 減，而自激振動(dòng)不會(huì)因阻尼 存在而衰減。因此通常將自激振動(dòng)看成是由振動(dòng)系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過(guò)程）兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 如果已經(jīng)確認(rèn)機(jī)械加工過(guò)程中發(fā)生了強(qiáng)迫振動(dòng)，就要設(shè)法查找振源，以便去除振源或減小振源對(duì)加工過(guò)程的影響。 2220 )2()1(/1/ ???? ???? AA② 頻率比 λ的影響 動(dòng)態(tài)放大系數(shù)： 2220222220 )2()1(4)( ??????? ?????? AfA強(qiáng)迫振動(dòng)的特征 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 幅 — 頻曲線 強(qiáng)迫振動(dòng)的特征 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 2220 )2()1( ??? ???? kAFkd 靜剛度 k=F0/A0是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性范圍內(nèi)，可以認(rèn)為它與外載荷無(wú)關(guān)，動(dòng)剛度 kd除與 k成正比外，還與系統(tǒng)阻尼、頻率比 λ 和阻尼比 ζ有關(guān)。 2）強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。 xcR ?? 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制措施 機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立微分方程： tFkxxcxm ?si n0??? ???式中 α — 衰減系數(shù)， m2?? ?ω 0— 系統(tǒng)無(wú)阻尼振動(dòng)時(shí)的固有頻率， mk?20?ω — 激振力頻率 該式是一個(gè)二階常系數(shù)線性非齊次微分方程。切削 過(guò)程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱為顫振