【正文】 較小時(shí)，激振力使系統(tǒng)的振幅形成了一個(gè)凸峰，其峰值比靜態(tài)響應(yīng)大許多倍，這種現(xiàn)象稱為 “ 共振 ” 。 機(jī)械加工中的自激振動8．5 機(jī)械加工過程中的振動問題切削過程中的自激振動可舉日常生活中 常見的電鈴為例 。這個(gè)過程就是區(qū)別于強(qiáng)迫振動的自激振動。在有些系統(tǒng)中也可能出現(xiàn)振幅在任何數(shù)值時(shí)， 系統(tǒng)獲得的能量都小于消耗的能量，在這種系統(tǒng)中自激振動就不會產(chǎn)生。振動頻率與系統(tǒng)的固有婆娘鋁相等或接近，機(jī)床轉(zhuǎn)速改變時(shí)振動頻率不變或稍變，隨切削過程停止而消失的時(shí)自激振動。應(yīng)對生產(chǎn)現(xiàn)場中發(fā)生的一些表面質(zhì)量問題從理論上作出解釋，學(xué)會分析表面質(zhì)量的方法，能采取改善表面質(zhì)量的工藝措施，解決生產(chǎn)實(shí)際問題。機(jī)械加工表面質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，影響因素很多，而且不容易觀察和測量，因此在生產(chǎn)中通常是對一些關(guān)鍵零件、關(guān)鍵部位的加工和關(guān)鍵的加工工序進(jìn)行表面質(zhì)量的研究、控制。首先要判斷振動的類型。如圖所示，當(dāng)獲得能量和消耗能量相等時(shí)，振幅達(dá)到 A0，當(dāng)某瞬時(shí)振幅小于 A0時(shí)，獲得能量大于消耗能量，多余的能量使振幅加大；當(dāng)某瞬時(shí)振幅大于 A0時(shí)，消耗的能量大于獲得的能量，則振幅將衰減回到 A0。振動元件又對調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生反饋?zhàn)饔茫员惝a(chǎn)生持續(xù)的交變力，小錘敲擊電鈴的頻率是由彈簧片、小錘、銜鐵的本身參數(shù)（剛度、質(zhì)量、阻尼）所決定的。由題意，激振時(shí)的共振頻率 則 ，故機(jī)床固有頻率 :機(jī)床固有頻率 機(jī)械加工中的自激振動8．5 機(jī)械加工過程中的振動問題自激振動時(shí)由振動過程本身引起切削力周期性變化 ,又由這個(gè)周期性變化的切削力反過來加強(qiáng)和維持振動 ,使振動系統(tǒng)補(bǔ)充了由阻尼作用消耗的能量 ,讓振動維持下去。式（ ）表示了強(qiáng)迫振動中位移與干擾力之間的相位與干擾頻率的依從關(guān)系，稱為單自由度強(qiáng)迫振動相頻特性。8． 5． 2． 2 強(qiáng)迫振動的運(yùn)動方程8．5 機(jī)械加工過程中的振動問題 工藝系統(tǒng)是個(gè)多自由度的振動系統(tǒng)，其振動形態(tài)很復(fù)雜，但就某一特定情況而言，其振動特性與相應(yīng)頻率的單自由度系統(tǒng)有相似之處，因此可以簡化為單自由度系統(tǒng)來分析，例如，內(nèi)圓磨削時(shí)工件系統(tǒng)的剛度比磨頭系統(tǒng)剛度大很多，此時(shí)磨削系統(tǒng)可簡化為磨桿和砂輪的單自由度振動系統(tǒng)，將磨桿簡化為 “ 無質(zhì)量 “的彈簧 K，砂輪簡化為 ” 無彈性 “ 的質(zhì)量 m，組成一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)模型。從而縮短刀具和機(jī)床的使用壽命；振動噪聲危害工人的健康。一般以能獲得的稱為精密磨削，能獲得的稱為超精密磨削，能獲得的稱為鏡面磨削。 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑精密和光整加工工藝是指經(jīng)濟(jì)加工精度在ＩＴ５～ＩＴ７級以上，表面粗糙度小于０ .１６，表面物理機(jī)械性能也處于十分良好狀態(tài)的各種加工工藝方法。０ .４～２ mm）的丸粒（鋼丸、玻璃丸）以３０～５０m/s的速度向零件表面噴射的方法。生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗(yàn)來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，根據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來。表面層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度從10 3kg/m3增至 10 3kg/m3。 磨削裂紋一般很淺（ ~.050mm），大多數(shù)垂直于磨削方向或成網(wǎng)狀（磨螺紋時(shí)有時(shí)也有平行于磨削方向的裂紋），如圖 。中等磨削條件產(chǎn)生淺而大的拉應(yīng)力。最后冷卻時(shí)，第 1層繼續(xù)收縮，拉應(yīng)力進(jìn)一步增大，而第 2層熱膨脹全部消失，完全由第 1層的收縮而形成一個(gè)不大的壓應(yīng)力，第 3層拉應(yīng)力消失，而與第 2層一起受第 1層的影響，也形成一個(gè)不大的壓應(yīng)力。影響磨削加工時(shí)金相組織變化的因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 在機(jī)械加工中，工件表面層金屬相對基體金屬發(fā)生形狀、體積的變化或金相組織變化時(shí)，工件表面層中將殘留相互平衡的殘余應(yīng)力。③ 退火燒傷 不同冷卻液進(jìn)行干磨削時(shí)，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，則表層硬度急劇下降，這時(shí)工件表層被退火。磨削時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)磨削區(qū)溫度可上升到 400~1000186。前角減少時(shí)，冷硬也增大。冷硬的指標(biāo) : 通常用冷硬層的深度 h、表面層的顯微硬度 H以及硬化程度 N來表示（ 圖 ），其中 N=H/H0， H0為原來的顯微硬度。④ 工件速度 工件速度越大，單個(gè)磨粒的磨削厚度就越大，單位時(shí)間內(nèi)磨削工件表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值增大。 圖 塑性材料加工后表面的實(shí)際輪廓和理論輪廓機(jī)械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度影響因素可歸納為三方面： 與磨削過程和砂輪結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾何因素 與磨削過程和被加工材料塑性變形有關(guān)的物理因素 工藝系統(tǒng)的振動因素機(jī)械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 從幾何因素看，砂輪上磨粒的微刃形狀和分布對于磨削后的表面粗糙度是有影響的。零件表面經(jīng)過加工后，表面層的物理、機(jī)械、冶金和化學(xué)性能都變得和基體材料不同了。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響 零件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零件表面凹處而發(fā)生 化學(xué)腐蝕 ，或在凸峰間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起 電化學(xué)腐蝕 ，故抗腐蝕性能越差。 加工紋路方向 對疲勞強(qiáng)度的影響更大，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度將顯著降低。 表面粗糙度對耐磨性能的影響，還與 粗糙度的輪廓形狀及紋路方向有關(guān)。 但當(dāng)表面粗糙度小于最佳值時(shí)，零件實(shí)際接觸面積就增大，接觸面積之間的潤滑油被擠出，金屬表面直接接觸，因金屬分子間的親和力而發(fā)生粘結(jié)（稱為冷焊），隨著相對運(yùn)動的進(jìn)行，粘結(jié)處在剪切力的作用下發(fā)生撕裂破壞。表面層金相組織的變化： 由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。是以機(jī)械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對象的。對生產(chǎn)現(xiàn)場中發(fā)生的表面質(zhì)量問題從理論上作出解釋，提出提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的途徑。性的作用。件的技術(shù)條件時(shí)應(yīng)該根據(jù)零件工作的情況及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定合理的粗糙度。 但如果表面硬化過度，零件心部和表面層硬度差過大，會發(fā)生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。所以冷硬要適當(dāng)。因此表面內(nèi)應(yīng)力會降低零件的抗腐蝕性能。當(dāng)不考慮刀尖圓弧半徑時(shí)： 當(dāng)背吃刀量和進(jìn)給量很小時(shí)，粗糙度主要由刀尖圓弧構(gòu)成：機(jī)械加工后的表面粗糙度圖 切削層殘留面積機(jī)械加工后的表面粗糙度物理因素 由圖知，實(shí)際粗糙度與理論粗糙度差別較大。在滑擦作用下，被加工表面只有彈性變形，不產(chǎn)生切屑；在耕犁作用下，磨粒在工件表面上刻劃出一條溝痕，工件材料被擠向兩邊產(chǎn)生隆起，此時(shí)產(chǎn)生塑性變形但仍不產(chǎn)生切屑。⑥ 軸向進(jìn)給量 磨削時(shí)采用較小的軸向進(jìn)給量，則磨削后表面粗糙度較低。 冷作硬化產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能切削加工時(shí)表面層的硬化可能有兩種情況：完全強(qiáng)化 此時(shí)出現(xiàn)晶格歪扭以及纖維結(jié)構(gòu)和變形層物理機(jī)械性質(zhì)的改變；不完全強(qiáng)化 若溫度超過（ ~） T熔 （熔化絕對溫度），則除了強(qiáng)化現(xiàn)象外，同時(shí)還有回復(fù)現(xiàn)象，此時(shí)歪扭的晶格局部得到恢復(fù)，減低了冷硬作用；如果溫度超過 會發(fā)生金屬再結(jié)晶，此時(shí)由于強(qiáng)化而改變了的表面層物理機(jī)械性能幾乎可以完全恢復(fù)。 進(jìn)給量增大時(shí)，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化現(xiàn)象增大。金相組織變化的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削燒傷，工件表面產(chǎn)生氧化膜并呈現(xiàn)出黃、褐、紫、青、灰等不同顏色，相當(dāng)于鋼的回火色。 未淬火鋼 為擴(kuò)散度低的珠光體，磨削時(shí)間短時(shí)不會發(fā)生金相組織的變化； 淬火鋼 極易相變。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能⑵ 熱態(tài)塑性變形 機(jī)械加工時(shí)，切削或磨削熱使工件表面局部溫升過高，引起高溫塑性變形。 表面層體積膨脹時(shí)，因?yàn)槭艿交w的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力；反之產(chǎn)生拉應(yīng)力。工件材料的性質(zhì)和冷卻潤滑液。 磨削硬質(zhì)合金時(shí)，由于其脆性大，抗拉強(qiáng)度低以及導(dǎo)熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削裂紋。已知： ?馬 =10 3kg/m3， ?珠 =10 3kg/m3，由容積與密度的關(guān)系得： V△V/V= ?馬 /?珠即： 1△V/V= ?馬 /?珠