【正文】 動的特點 1）強迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是諧振，只要干擾力存在，振動就不會被阻尼衰減掉，去除干擾力，振動就停止。如車削或磨削有鍵槽的外圓表面就會產(chǎn)生強迫振動。 ⑵ 刀具方面 多刃、多齒刀具如銑刀、拉刀和滾刀等，切削時由于刃口高度的誤差或因斷續(xù)切削引起的沖擊，容易產(chǎn)生振動。機床往復機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向和沖擊也會引起振動。主軸與軸承之間的間隙過大、主軸軸頸的橢圓度、軸承制造精度不夠，都會引起主軸箱以及整個機床的振動。 ⑴ 機床方面 機床中某些傳動零件的制造精度不高，會使機床產(chǎn)生不均勻運動而引起振動。據(jù)統(tǒng)計，強迫振動約占30%，自激振動約占65%，自由振動所占比重則很小。自由振動的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率，由于工藝系統(tǒng)的阻尼作用，這類振動會在外界干擾力去除后迅速自行衰減，對加工過程影響較小。切削加工中主要會產(chǎn)生自激振動。磨削加工中主要會產(chǎn)生強迫振動。研究機械加工過程中振動產(chǎn)生的機理，探討如何提高工藝系統(tǒng)的抗振性和消除振動的措施，一直是機械加工工藝學的重要課題之一。（沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖340）圖38 液體磨料噴射加工原理圖1—壓氣瓶 2—過濾器 3—磨料室 4—導管 5—噴嘴 6—集收器 7—工件 8—控制閥 9—振動器第四節(jié) 機械加工振動對表面質(zhì)量的影響及其控制 一、機械振動現(xiàn)象及分類 1．機械振動現(xiàn)象及其對表面質(zhì)量的影響在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)有時會發(fā)生振動（人為地利用振動來進行加工服務(wù)的振動車削、振動磨削、振動時效、超聲波加工等除外），即在刀具的切削刃與工件上正在切削的表面之間，除了名義上的切削運動之外，還會出現(xiàn)一種周期性的相對運動。如圖38所示，液體和磨料在400~800Pa壓力下，經(jīng)過噴嘴高速噴出，射向工件表面，借磨粒的沖擊作用，碾壓加工表面，工件表面產(chǎn)生塑性變形，變形層僅為幾十微米。機床主軸運動與進給運動應(yīng)分離，以保證壓光的表面質(zhì)量。金剛石壓光用的機床必須是高精度機床，它要求機床剛性好、抗振性好，以免損壞金剛石。圖36 典型滾壓加工示意圖圖37 外圓滾壓工具a) 彈性滾壓工具 b) 剛性滾壓工具3．金剛石壓光金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用。滾壓用的滾輪常用碳素工具鋼T12A或者合金工具鋼CrWMn、Cr1CrNiMn等材料制造，淬火硬度在62~64HRC；或用硬質(zhì)合金YGYT15等制成；其型面在裝配前需經(jīng)過粗磨，裝上滾壓工具后再進行精磨。2．滾壓加工滾壓加工是在常溫下通過淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應(yīng)力，使零件的承載能力和疲勞強度得以提高。所用設(shè)備是壓縮空氣噴丸裝置或機械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以35~50mm／s的速度噴出。1．噴丸強化~4mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強度。采用表面強化工藝還可以降低零件的表面粗糙度值。這里僅討論機械強化工藝問題。二、改善表面物理力學性能的加工方法如前所述，表面層的物理力學性能對零件的使用性能及壽命影響很大，如果在最終工序中不能保證零件表面獲得預(yù)期的表面質(zhì)量要求，則應(yīng)在工藝過程中增設(shè)表面強化工序來保證零件的表面質(zhì)量。拋光一般不去除加工余量，因而不能提高工件的精度，有時可能還會損壞已獲得的精度；拋光也不可能減小零件的形狀和位置誤差。（沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖338）圖34 在車床上研磨外圓 （沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖339）圖35 外圓研具研磨的適用范圍廣，既可加工金屬，又可加工非金屬，如光學玻璃、陶瓷、半導體、塑料等；一般說來，剛玉磨料適用于對碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼及鑄鐵的研磨，碳化硅磨料和金剛石磨料適用于對硬質(zhì)合金、硬鉻等高硬度材料的研磨?，F(xiàn)以手工研磨外圓為例說明研磨的工作原理，如圖34所示，工件支承在機床兩頂尖之間作低速旋轉(zhuǎn)，研具套在工件上，在研具與工件之間加入研磨劑，然后用手推動研具作軸向往復運動實現(xiàn)對工件的研磨。研磨可采用專用的設(shè)備進行加工，也可采用簡單的工具，如研磨心棒、研磨套、研磨平板等對工件表面進行手工研磨。目前，超精加工能加工各種不同材料，如鋼、鑄鐵、黃銅、鋁、陶瓷、玻璃、花崗巖等，能加工外圓、內(nèi)孔、平面及特殊輪廓表面，廣泛用于對曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承、精密量儀及電子儀器等精密零件的加工。超精加工的切削過程與磨削、研磨不同，當工件粗糙表面被磨去之后，接觸面積大大增加，壓強極小，工件與油石之間形成油膜，二者不再直接接觸，油石能自動停止切削。超精加工的工作原理如圖33所示，加工時有三種運動，即工件的低速回轉(zhuǎn)運動、磨頭的軸向進給運動和油石的往復振動。珩磨生產(chǎn)效率高，可用于加工鑄鐵、淬硬或不淬硬鋼，但不宜加工易堵塞油石的韌性金屬。因為珩磨頭的軸線往復運動是以孔壁作導向的，即是按孔的軸線進行運動的，故在珩磨時不能修正孔的位置偏差，工件孔軸線的位置精度必須由前一道工序來保證。油石上的磨粒在工件表面上留下的切削痕跡為交叉的且不重復的網(wǎng)紋，有利于潤滑油的貯存和油膜的保持。~，尺寸精度可達IT6~IT5，~。該加工工藝由于切削速度低、壓強小，所以發(fā)熱少，不易引起熱損傷，并能產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提高零件的使用性能；而且加工工藝依靠自身定位，設(shè)備簡單，精度要求不高，成本較低，容易實行多工位、多機床操作，生產(chǎn)效率高，因而在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。近年來，國內(nèi)外對磨削用量最優(yōu)化作了不少研究，分析了磨削用量與磨削力、磨削熱之間的關(guān)系，并用圖表表示各參數(shù)的最佳組合，加上計算機的運用，通過指令進行過程控制，使得小粗糙度磨削逐步達到了應(yīng)有的效果。在選擇磨削用量時，參數(shù)之間往往會相互矛盾和排斥。⑵ 小粗糙度磨削加工 為了簡化工藝過程，縮短工序周期，有時用小粗糙度磨削替代光整加工。目前只有金剛石刀具才能達到要求。 一、降低表面粗糙度的加工方法1．超精密切削和低粗糙度磨削加工⑴ 超精密切削加工 。為了獲得合格零件，保證機器的使用性能，人們一直在研究控制和提高零件表面質(zhì)量的途徑。③ 加工材料性能的影響 工件的硬度越低、塑性越好，加工時塑性變形越大，冷作硬化越嚴重。實驗證明，已加工表面的顯微硬度隨著刀刃鈍圓半徑的加大而增大，這是因為徑向切削分力會隨著刀刃鈍圓半徑的增大而增大，使得表層金屬的塑性變形程度加劇，導致加工硬化增大。另外，增大切削速度會使切削區(qū)溫度升高，有利于減少加工硬化。⑵ 影響加工硬化的因素① 切削用量的影響力 切削用量中進給量和切削速度對加工硬化的影響較大。因此，金屬的加工硬化實際取決于硬化速度和軟化速度的比率。 2．表面層加工硬化 ⑴ 加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標 機械加工過程中，工件表層金屬在切削力的作用下產(chǎn)生強烈的塑性變形，金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長、纖維化甚至破碎而引起表層金屬的強度和硬度增加，塑性降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（或冷作硬化）。例如在磨削淬火鋼時，由于磨削熱導致表層可能產(chǎn)生回火，表層金屬組織將由馬氏體轉(zhuǎn)變成接近珠光體的屈氏體或索氏體，密度增大，比容減小，表層金屬要產(chǎn)生相變收縮但會受到基體金屬的阻止，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。當加工結(jié)束后，表層溫度下降要進行冷卻收縮，但受到基體金屬阻止，從而在表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。當?shù)毒咴诒患庸け砻嫔锨谐饘贂r，由于受后刀面的擠壓和摩擦作用，表層金屬纖維被嚴重拉長，仍會受到里層金屬的阻止，而在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。二 影響表面物理力學性能的工藝因素1．表面層殘余應(yīng)力 外載荷去除后，仍殘存在工件表層與基體材料交界處的相互平衡的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。⑸ 對工件材料進行適當?shù)臒崽幚?，以細化晶粒，均勻晶粒組織，可減小表