【正文】 速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具 工件材料 低（中）碳鋼、鉻鋼、不銹鋼、鋁合金、紫銅 等塑性金屬 切削條件 切削速度 vc 中等，甚至很低 時(shí) 鱗刺對(duì)表面質(zhì)量的影響 增大了表面粗糙度值，成為塑性金屬材料精加工的一大障礙 81 ④ 切削機(jī)理的變化 單元切屑周期性斷裂向切削表面以下深入，在加工表面上留下 擠裂 痕跡 —— 波浪形 崩碎 切屑形成過程中 ， 從主切削刃處開始的裂紋在接近主應(yīng)力方向斜著向下延伸 ，發(fā)生斷裂 ， 造成加工表面的凸凹不平 切削刃兩側(cè)的工件材料被擠壓后因沒有側(cè)面的約束力而產(chǎn)生 隆起 ，也會(huì)使表面粗糙度值加大 82 ⑤ 切削顫振 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度不高、導(dǎo)軌形狀誤差引起的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)跳動(dòng)，材料不均勻及切屑不連續(xù)等造成切削力波動(dòng)，均會(huì)使刀具與工件間的相對(duì)位置產(chǎn)生變化，從而使切削厚度、寬度發(fā)生變化。 ⑥ 切削刃損壞及 刀具邊界磨損 83 （ 2）切削加工表面粗糙度的控制 改善工件材料的切削性能 調(diào)質(zhì)后加工，降低塑性，提高硬度，可抑制積屑瘤和鱗刺 選擇合理的切削速度，避開積屑瘤生長(zhǎng)區(qū) 減少 f ，減小 Rmax，避免刀屑粘結(jié)，抑制積屑瘤和鱗刺生長(zhǎng) 采用有效的冷卻潤(rùn)滑液，減小摩擦，抑制積屑瘤和鱗刺生長(zhǎng) 避免工藝系統(tǒng)的振動(dòng) 工件方面 切削條件 刀具方面 合理選擇刀具角度，適當(dāng)減小 κr、 κ?r 或增大 rε，以減小 Rmax 增大 γο ，使塑性變形減小，以利于抑制積屑瘤和鱗刺 采用寬刃刀具，或帶直線修光刃的刀具 提高刃磨質(zhì)量，減小刀面粗糙度，磨損超值要及時(shí)換刀 減小刀具和工件之間的摩擦系數(shù)，控制粘結(jié)、積屑瘤、鱗刺 84 二、磨削加工 ? 適當(dāng)加大砂輪粒度號(hào)，增大砂輪單位面積的砂粒數(shù) m ? 適當(dāng)提高砂輪速度 vc 或降低工件速度 vw ，即增大 vc/ vw 比值，減少塑變 ? 合理使用直徑較大的砂輪（加大 Rt） ? 加大砂輪寬度 B，減小軸向進(jìn)給量 fa，使 B/fa 比值增大 ? 減小徑向進(jìn)給量 fr 或磨削深度 ap（甚至無進(jìn)給光磨） ? 提高砂輪修整質(zhì)量，保持 鋒利度和微刃口等高性 ? 金剛石砂輪電解在線修銳 ELID (ELectrolytic Inprocess Dressing ) ? 選擇合適的砂輪硬度、磨削液及其澆注方法 減小磨削表面粗糙度值的措施 85 三、超精研、研磨、珩磨及拋光 加工用參數(shù)為壓強(qiáng) ，不是磨削背吃刀量（磨削深度） 自為基準(zhǔn)加工 ，主要是降低表面粗糙度，很難提高加工精度；只有用精密定型研磨工具時(shí)，才能提高工件的形狀精度；不需要機(jī)床有非常精確的成形運(yùn)動(dòng)； 加工余量是前序公差的幾分之一 ，原理上講只要等于上序的 Rz 特點(diǎn)： 超精研 影響加工表面粗糙度的因素 主要是 磨條壓強(qiáng)和切削角 ，還有 磨條的振頻 、 振幅 ， 工作速度 ， 磨條粒度 ， 磨條縱向進(jìn)給量 ， 冷卻液等 。磨粒硬度低， 細(xì)小，加上研磨劑的化學(xué)作 用，可使表面粗糙度進(jìn)一步 降低 87 主要用于加工內(nèi)孔表面，可達(dá) Rz ～ ，甚至 Rz 珩磨 也可用于外圓表面的加工 88 用軟研具打光已精加工過的表面，去除前序留下的痕跡；或?yàn)楂@得光亮美觀的表面，提高疲勞強(qiáng)度。 89 加工表面變質(zhì)層 1. 冷作硬化 （ 1）冷作硬化的產(chǎn)生及其影響 冷作硬化是經(jīng)過切削或磨削加工所造成的表面硬化現(xiàn)象。 加工時(shí)切削層及其以下層的金屬塑性變形 受刀具刃口鈍圓的擠壓產(chǎn)生附加塑性變形 基體材料的彈性恢復(fù)，使已加工表面與刀 具后刀面接觸摩擦而再次產(chǎn)生變形 受力變形 冷作硬化使表面的耐磨性提高 ， 脆性增加 ， 沖擊韌性降低 ，也給后續(xù)加工帶來困難 ， 增加刀具磨損 ， 減少刀具壽命 。 加工表面的硬度將是這些強(qiáng)化、弱化及相變綜合作用的結(jié)果： 當(dāng)塑性變形為主時(shí)，表面要產(chǎn)生硬化； 當(dāng)切削溫度起主導(dǎo)作用時(shí)，要由相變情況而定。 （ 1）磨削燒傷 95 馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 θ 相變溫度 馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸾M織 （ 索氏體或屈氏體 ） 磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削區(qū)溫度的不同，可能產(chǎn)生三種燒傷： 回火燒傷 淬火燒傷 退火燒傷 θ 相變溫度時(shí)急冷 ， 表層出現(xiàn)二次淬火 ， 硬度提高；內(nèi)層產(chǎn)生過回火組織 ， 硬度降低 未用磨削液， θ 相變溫度時(shí)慢冷，出現(xiàn)退火，硬度降低 96 磨削的高溫在工件表面層引起熱應(yīng)力和金相組織相變帶來的體積應(yīng)力，且多呈現(xiàn)為 殘余拉應(yīng)力 。 （ 2）磨削裂紋 磨削淬火鋼、滲碳鋼及硬質(zhì)合金工件時(shí)，常常在垂直于磨削的方向上產(chǎn)生微小龜裂，嚴(yán)重時(shí)發(fā)展成 龜殼狀微裂紋 。 97 在零件的制造過程中，一方面要設(shè)法避免裂紋的產(chǎn)生，另一方面要采用適宜的檢驗(yàn)方法來檢查工件的表面質(zhì)量。 磨削裂紋降低零件疲勞強(qiáng)度，甚至早期出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂。 為保證加工表面粗糙度 ， 可用寬砂輪 。 為防止表面粗糙度增大 ， 可同時(shí)增加砂輪速度 vc—— 高速磨削 ， 且可有效地避免磨削燒傷 。 漲孔 滾柱滾壓 單滾珠滾壓 鋼球擠壓 多滾珠滾壓 噴丸 102 機(jī)械加工過程中的振動(dòng)及控制 機(jī)械加工中的 振動(dòng)類型 自由振動(dòng) 5% 強(qiáng)迫振動(dòng) 30% 自激振動(dòng) 65% 概述 切削力突變 （ 切入時(shí) ） ， 外力沖擊 受周期干擾力（地基、電機(jī)、齒輪嚙合、回轉(zhuǎn)件不平衡、多刃多齒刀具） 系統(tǒng)自身引起的交變切削力作用，加強(qiáng)和維持了自身振動(dòng) 103 振動(dòng)的危害 表面質(zhì)量下降 （振紋） 降低機(jī)床、夾具、刀具壽命 （聯(lián)接松動(dòng)，崩刃、 磨損） 限制生產(chǎn)率的提高 （切削用量不能提高） 環(huán)境污染 （噪音） 104 超精密車床 實(shí)現(xiàn)了鏡面加工 掃描隧道顯微技術(shù) （ Scanning Tunnel Microscope , STM） 實(shí)現(xiàn)了原子搬遷 需要精密的隔振環(huán)境 105 4 3 2 1 7 6 5 金剛石刀具研磨裝置示意圖 The lapping setup for diamond tool 1：空氣隔振墊 2：電機(jī) 3：空氣靜壓軸承 4：配重 5：裝夾系統(tǒng) 6：?jiǎn)尉Ы饎偸? 7：高磷鑄鐵研磨盤 金剛石刀具研磨技術(shù) 106 隔振前金剛石刀具前刀面 AFM形貌 The rake face AFM topography of lapped diamond tool without air vibration isolators a）水平方向 b）垂直方向 隔振前機(jī)床正常工作的振動(dòng)情況 The amplitude and frequency of lapping machine without air vibration isolators 殘留在前刀面的研磨痕跡明顯 ，都為納米尺度的塑性溝槽 ， 表面波紋度相對(duì)較大 ， 其表面粗糙度值為 Ra nm 水平方向振幅為 μm 垂直方向振幅為 μm 隔振前 107 a）水平方向 隔振后機(jī)床正常工作的振動(dòng)情況 The amplitude and frequency of lapping machine with air vibration isolators b）垂直方向 隔振后金剛石刀具前刀面 AFM形貌 The rake face AFM topography of lapped diamond tool with air vibration isolators 研磨后殘留在前刀面的塑性溝槽已模糊不清 ， 表面相對(duì)比較平整 ， 其表面粗糙度值為 Ra nm 水平方向振幅為 μm 垂直方向振幅為 μm 隔振后 108 強(qiáng)迫振源 機(jī)外振源 通過地基傳給工藝系統(tǒng) 機(jī)內(nèi)振源 電機(jī)振動(dòng) （ 轉(zhuǎn)子 、 磁力不平衡 ） 回轉(zhuǎn)零件不平衡 （ 卡盤 、 砂輪 、 刀盤 、 工件等 ） 傳動(dòng)件振動(dòng) （ 齒輪嚙合 、 皮帶接頭 、 軸承誤差 ） 往復(fù)件慣性力 （ 牛頭刨床滑枕的運(yùn)動(dòng) ） 切削沖擊（斷續(xù)切削、帶槽工件、材料不均） 強(qiáng)迫振動(dòng)及控制 109 查找振源的方法 工件表面振紋 振動(dòng)信號(hào)分析 車回轉(zhuǎn)零件 刨平面零件 頻譜分析 60nmf ?lvf601000?其中： f—— 振動(dòng)頻率， Hz n—— 主軸轉(zhuǎn)數(shù)， rpm m—— 振紋數(shù)，個(gè) v—— 切削速度， m/min l—— 振紋波長(zhǎng)， mm 110 消除與控制強(qiáng)迫振動(dòng)的措施 減小或消除 振源激振力 減小沖擊切削振動(dòng) 改變機(jī)床轉(zhuǎn)速 增加刀具齒數(shù) 減小切削力（用量選擇） 刀具設(shè)計(jì)（不等齒距端銑） 回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡 采用隔振裝置吸收振源能量，隔離或減少外界振動(dòng)對(duì)加工的干擾 提高工藝系統(tǒng)剛度，增加系統(tǒng)阻尼，使系統(tǒng)固有頻率避開共振區(qū) 采用減振器和阻尼器，消耗振動(dòng)能量 111 自激振動(dòng)及其控制 因切削過程中交變切削力所產(chǎn)生的自激振動(dòng)頻率較高，通常又稱顫振。 （ 1）再生自激振動(dòng)機(jī)理 切削過程中的偶然干擾使加工系統(tǒng)產(chǎn)生了振動(dòng)，并在加工表面上留下振紋。由此產(chǎn)生的自激振動(dòng)稱 再生自激振動(dòng) 。 車床刀架振動(dòng)系統(tǒng) 刀尖沿橢圓軌跡 abcd 作順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 因 x1 為低剛度主軸 ， 且位于切削力 F 與法向 X 的夾角 β 之內(nèi) ，切入半周期內(nèi) （ abc） 的平均切削厚度比切出半周期 （ cda） 的小 ， 系統(tǒng)有能量獲得 ， 使振動(dòng)得以維持 。 消除或減少自激振動(dòng)的方法 Ⅰ ）減小重疊系數(shù) μ ① 破壞自振條件，提高切削穩(wěn)定性 0≤ μ ≤ 1 無再生振動(dòng) 再生振動(dòng)大 bbd??（外圓車削） 重疊系數(shù)為： BfB ???（外圓磨削） f 114 例如： 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 Ⅱ ） 合理選擇切削用量 增大 f 、 vc， 減小 ap， 避開振動(dòng)易發(fā)區(qū) 116 例如： 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 采用 消振棱 ，增加切削阻尼 118 Ⅱ ） 合理選擇切削用量 增大 f 、 vc， 減小 ap， 避開振動(dòng)易發(fā)區(qū) Ⅲ ）合理選擇刀具參數(shù) 加大主偏角 kr 、前角 γ0，減少切削力； 適當(dāng)減小后角 α 0，增大摩擦阻尼 例如： 采用 消振棱 ，增加切削阻尼 Ⅳ ）調(diào)整系統(tǒng)低剛度主軸位置 削扁鏜桿 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 9