【正文】 ～ 3176。 自激振動及其抑制措施 100 消除或控制自激振動產(chǎn)生的條件 自激振動及其抑制措施 ◆ 減小切削或磨削時的重疊系數(shù) （ 圖 467） 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 。 ?消除回轉(zhuǎn)件質(zhì)量的不平衡 ?提高傳動零件的制造精度 ?提高加工系統(tǒng)的剛度，增加系統(tǒng)阻尼 ?改變機床轉(zhuǎn)速，使用不等齒距刀具 圖 462 動力式減振器 97 自激振動的概念 ? 在沒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 ? 自激振動過程可用傳遞函數(shù)概念說明 （ 圖 463） ? 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(chǎn)生及振幅的大小取決于振動系統(tǒng)在每一個周期內(nèi)獲得和消耗的能量對比情況 （ 圖 464） 。 ? 幅值特征： 與干擾力幅值 、 工藝系統(tǒng)動態(tài)特性有關(guān) 。 裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀 ， 常與燒傷同時出現(xiàn) 磨削燒傷與磨削裂紋的控制 磨削裂紋 加工表面變質(zhì)層 圖 460 帶空氣擋板冷卻噴嘴 93 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 4章 機械加工質(zhì)量 Machining Quality 機械加工過程中的振動及其控制 Vibrations in machining Process and its Control 94 概述 ? 影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產(chǎn)生波度 ? 影響生產(chǎn)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(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康 機械加工過程中振動的危害 機械加工過程中振動的類型 強迫振動 自激振動 95 強迫振動 (受迫振動 )產(chǎn)生原因 ? 由外界周期性的干擾力 （ 激振力 ） 作用引起 ? 強迫振動振源：機外＋機內(nèi) 。此現(xiàn)象為 淬火燒傷 。 ,rε=,工件： 45切削條件： ap=, f=, 不加切削液 0 50 100 150 200 距離表面深度 (μm) 殘余應(yīng)力(Gpa) 0 vc =213m/min vc =86m/min vc = 加工表面變質(zhì)層 91 工件表層溫度達到或超過金屬材料相變溫度時 ， 表層金相組織 、 顯微硬度發(fā)生變化 ， 并伴隨殘余應(yīng)力產(chǎn)生 ， 同時出現(xiàn)彩色氧化膜的現(xiàn)象 。切脆性材料時，加工表面易產(chǎn)生壓應(yīng)力 ?切削條件方面 ?切削速度 vc和進給量 f 對殘余應(yīng)力的影響較大。 ?切削液 加工硬化 ↓ ?控制加工硬化措施 ①選擇較大的 γo、 αo ②合理確定 VB ③提高刃磨質(zhì)量 ④合理選擇切削用量，盡可能選擇較高的 vc和較小的 f ⑤使用性能好的切削液。 ◆ 硬化層深度 指硬化層深入基體的距離 Δhd（ μm） 加工硬化概念 加工硬化產(chǎn)生原因 加工硬化度量 加工表面變質(zhì)層 HV 距表面深度 H 0 hi H 0 圖 447 加工硬化與表面深度的關(guān)系 87 影響加工硬化的因素 加工表面變質(zhì)層 ?刀具方面 ?刀具幾何參數(shù) γo、 αo和 rn (圖 4 4圖 449) γo↑ Δhd ↓； rn↑，硬化程度 ↑。 ?加工砂輪寬度 B，使得參加工件的磨粒增多，每顆磨粒的磨削量將減少。 ?磨削表面粗糙度 )2())2(( 32ma xswswacwRRRRfBmvvR??式中， vc、 vw－分別表示砂輪和工件的速度； Rs、 Rw－分別表示砂輪和工件的半徑； m－砂輪圓周單位長度的磨粒數(shù)，與粒度有關(guān)：粒度號越大， m值越大； B/fn－砂輪寬度與軸向進給量之比。 ?使用性能好的切削液，減小摩擦抑制積屑瘤和鱗刺的生成，以減小 Ra。 81 機械加工表面粗糙度 ?切削加工表面粗糙度的控制 ?工件方面 加工塑性較大的低碳鋼時，可預(yù)先將工件進行調(diào)質(zhì)處理，提高其硬度、降低塑性，可以抑制積屑瘤和鱗刺的生成，減小表面粗糙度。 )能減小 Rmax。這些變化的不穩(wěn)定因素會引起工藝系統(tǒng)的自激振動，使相對位置變化的振幅加大，引起背刀量變化 ,即表面粗糙度值加大。 ◆ 積屑瘤頂部周期性地生成與脫落，部分碎片鑲嵌在已加工表面上，影響了表面質(zhì)量。 ? 其他影響因素：刀具幾何角度 、 刃磨質(zhì)量 ， 切削液等 切削 45鋼時切削速度與粗糙度關(guān)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(shù)K s 積屑瘤高度 h（μm） 0 200 400 600 h Ks Rz 切削表面塑性變形和積屑瘤 機械加工表面粗糙度 76 ?積屑瘤的影響及其抑制 ?積屑瘤的形成條件 ?工件方面 一般切塑性材料且呈帶狀切屑時才有可能形成積屑瘤。 ???方向的粗糙度速度切削通常所說的粗糙度—進給方向的粗糙度粗糙度)(? 粗糙度 ?理論 (理想 )粗糙度 把刀具看成純幾何線時，切削刃相對于工件運動所形成表面的微觀不平度，其值取決于殘留面積的大小。刀具前角 γo和后角 αo越大，刃磨質(zhì)量越好，rn值會增大。 xR? 加工誤差的統(tǒng)計方法 點圖法 ? 圖 xx R圖 434 圖 xR?R 圖 UCL 0 5 10 樣組序號 15 20 LCL 0 5 10 樣組序號 15 20 x 圖 LCL UCL iRi x69 ◆ 工藝過程穩(wěn)定性 點子正常波動 →工藝過程穩(wěn)定；點子異常波動 →工藝過程不穩(wěn)定 ◆ 穩(wěn)定性判別 —— 沒有點子超出控制限 —— 大部分點子在中心線上下波動 ， 小部分點子靠近控制限 —— 點子變化沒有明顯規(guī)律性 （ 如上升 、 下降傾向 ， 或周期性波動 ） ? 同時滿足為穩(wěn)定 ? 圖 xR? 加工誤差的統(tǒng)計方法 點圖反映工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分布中心 (系統(tǒng)誤差 )的變化， R圖反映工藝過程質(zhì)量指標(biāo)分散范圍 (隨機誤差 )的變化，兩圖必須聯(lián)合使用。 nnRRR22221639。 采用點圖法分析可明顯發(fā)現(xiàn)變值系統(tǒng)誤差。 只有當(dāng) 時，才不會出現(xiàn)不合格品。 63 (1)計算平均尺寸 式中 ， xi－各實測尺寸； n－實測零件的總數(shù) 。一般情況下，應(yīng)使所選擇加工方法的標(biāo)準(zhǔn)差ζ與公差帶 T間具有下列關(guān)系： 6ζ≤T 61 ◆ 非正態(tài)分布 x y 0 a） 雙峰分布 ? 雙峰分布： 兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機床加工的工件混在一起 （ 圖示 a） x y 0 b） 平頂分布 x y 0 c） 偏向分布 ? 平頂分布： 工件瞬時尺寸分布呈正態(tài) ， 其算術(shù)平均值近似成線性變化 （ 如刀具和砂輪均勻磨損 ） （ 圖示 b） ? 偏向分布： 如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形 ， 或試切法加工孔時寧小勿大 ， 加工外圓時寧大勿小 （ 圖示 c） 幾種非正態(tài)分布 機械加工誤差的分布規(guī)律 62 加工誤差的統(tǒng)計方法 ?統(tǒng)計分析法 是以現(xiàn)場觀察與實際測量所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用概率論和統(tǒng)計學(xué)原理，確定在一定加工條件下，一批零件加工誤差的大小及其分布情況。故可以認為 正態(tài)分布的隨機變量的分散范圍是177。 ?? 21m a x ?y58 機械加工誤差的分布規(guī)律 ◆ 正態(tài)分布 圖 429 μ對正態(tài)分布曲線的影響 圖 430 σ對正態(tài)分布曲線的影響 59 機械加工誤差的分布規(guī)律 平均值 μ=0，標(biāo)準(zhǔn)差 σ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，記為： x (z)~ N (μ, σ2 ) ◆ 正態(tài)分布 2121()2xxF x e dx??????????????? ?由分布函數(shù)的定義，正態(tài)分布函數(shù)是正態(tài)分布概率密度函數(shù)的積分 （ 429） 221() 02zzF z e d z? ?? ?xz ????令： 將 z 代入上式 ， 則： 稱 z 為標(biāo)準(zhǔn)化變量 60 機械加工誤差的分布規(guī)律 ◆ 正態(tài)分布 當(dāng) z=177。 ∞，曲線接近 x軸，即 x軸為分布曲線的漸近線。 隨機誤差 55 機械加工誤差的分布規(guī)律 圖 427 機械加工誤差的分布規(guī)律 56 機械加工誤差的分布規(guī)律 分布曲線 ◆ 正態(tài)分布 式中 ， y－ 分布的概率密度； x－ 隨機變量； μ－ 正態(tài)分布隨機變量總體平均值； ζ－ 正態(tài)分布隨機變量 的標(biāo)準(zhǔn)差 。 加工誤差 系統(tǒng)誤差 隨機誤差 常值系統(tǒng)誤差 變值系統(tǒng)誤差 加工誤差統(tǒng)計特性 54 加工誤差的性質(zhì) ◆ 在順序加工一批工件中 ， 其大小和方向隨機變化的加工誤差 。 ◆ 常值系統(tǒng)誤差 —— 其大小和方向均不改變 。 ? 正確選用刀具材料，減少刀具磨損 合理選擇刀具參數(shù)、切削用量，正確地刃磨刀具，合理地使用冷卻潤滑液等。 ? 刀具磨損對加工精度的影響 ? 夾具磨損對加工精度的影響 ? 量具磨損對加工精度的影響 影響被加工表面與定位基準(zhǔn)面間的尺寸精度和位置精度。 ?潤滑 ， 減少運動部件間的摩擦 。 在精密絲杠磨削加工中，工件的熱伸長將引起螺距的累積誤差。工件均勻受熱影響工件的尺寸精度，其變形量 (mm)可按下式估算： ?? ??? LL式中： α — 工件材料的熱膨脹系數(shù) 1/℃) ； L— 工件在熱變形方向上的尺寸（ mm) ； △ t— 工件平均溫升（ ℃) 。 工藝系統(tǒng)熱變形 42 機床熱變形對加工精度影響 ? 體積大 ， 熱容量大 ， 溫升不高 ， 達到熱平衡時間長 ? 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 變形不均勻 ， 對加工精度影響顯著 運轉(zhuǎn)時間 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /μm 20 40 60 80 溫升 / ℃ ΔY ΔX 前軸承溫升 車床受熱變形 a） 車床受熱變形形態(tài) b） 溫升與變形曲線 ?使機床產(chǎn)生熱變形的熱源主要是摩擦熱、傳動熱和外界熱源傳入熱量。 syFBwKfC pFp?????加工過程中切削力變化產(chǎn)生的加工誤差 式中，△ w－工件加工前的誤差； △ B－工件加工后的誤差； CFp－徑向切削力系數(shù)； f－進給量； yFp－進給量對切削力的影響指數(shù)。 37 圖 421 誤差復(fù)映現(xiàn)象 ap1 x1 a p2 x 2 毛坯外形 工件外形 由于工藝系統(tǒng)受力變形 ， 使