机械制造技术基础张世昌4

1、1 2 3 尺寸精度 形状精度 位置精度 （通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内） 表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 加工精度 表面质量 表面几何形状精度 表面缺陷层 表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力 图4-1 加工质量包含的内容 4 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近 程度。 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 图4-2 零件加工表面的粗糙度与波度 RZ H RZ 5 Ra（m） 初始磨损量 重载荷 轻载荷 图4-3 表面粗糙度 与初始磨损量 表面粗糙度值 耐疲劳性 适当硬化可提高耐疲劳性 表

2、面粗糙度值耐蚀性 表面压应力：有利于提高耐蚀性 表面粗糙度值 配合质量 表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（图4-3） 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性 8 图4-5 活塞销孔精镗工序中的原始误差 9 理论方法：运用物理学和力学原理，分析研究某一个 或某几个因素对加工精度或表面质量的影响。 试验方法：通过试验或测试，确定影响各因素与加工 质量指标之间的关系。 统计分析方法：运用数理统计原理和方法，根据被 测质量指标的统计性质，对工艺过程进行分析和控制。 10 11 加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮 廓进行加工而产生的误差。 式中 R 球头刀半径； h 允

3、许的残留高度。 例例2：用阿基米德蜗杆滚刀 滚切渐开线齿轮 例例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图4-6) S R h 图4-6 空间曲面数控加工 8SR h （4-3） 12 b）端面圆跳动 a）径向圆跳动 c）倾角摆动 图4-7 主轴回转误差基本形式 13 主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀 尖的坐标值为： e 图4-8 径向跳动对镗孔精度影响 式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。 () cos sin XRe YR （4-4） 显然，式（4-4）

4、为一椭圆。 14 图4-9 径向跳动对车外圆精度影响 1 2 3 4 5 6 7 8 仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐 直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖 运动轨迹接近于正圆（图4-9）。 思考：主轴回转中心在X 方向上作简谐直线运动，其 频率为主轴转速两倍，被车 外圆形状如何？ 结论：结论：主轴径向跳动影 响加工表面的圆度误差 e 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆） 15 主轴端面圆跳动对加工精度的影响 主轴倾角摆动对加工精度的影响 16 AB 影响主轴回转精度的主要因素 内外滚道圆度误差、滚动体 形状及尺寸误差 图4-10 轴径不圆引起车床 主轴径向跳

5、动 滑动轴承 图4-11 轴承孔不圆引起镗床 主轴径向跳动 滚动轴承 17 影响主轴回转精度的主要因素 推力轴承 滚道端面平面度误差及 与回转轴线的垂直度误 差（图4-12） 其他因素 轴承孔、轴径圆度误差； 前后轴承孔同轴度误差； 轴肩、隔套端面平面度误 差及与回转轴线的垂直度 误差；装配质量等 a） b） 0 图4-12 止推轴承端面误差对主轴 轴向窜动的影响 18 传统测量方法存在问题： 主轴回转误差的测量 图4-13 传统测量方法 a)b)图4-14 主轴回转误差测量法 1 摆动盘 2，4 传感器 3 精密测球 5 放大器 6 示波器 准确测量方法 19 导轨副运动件实际运动方向与理想

6、运动方向的偏差 包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的 直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴 线的平行度（或垂直度）等。 导轨导向误差对加工精度的影响 X 图4-15 导轨扭曲引起的加工误差 H R D B X Y H RH B （4-5） 20 图4-16 成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响 f Z zz c） Hy R0 f X Z L f d Ddx a）b） 21 影响导轨导向精度的主要因素 22 机床传动误差对加工精度的影响 图4-17 齿轮机床传动链 z7 = z8 = 16 z1 = 64 zn = 96 z5 = z6 = 23 z3 = z4 = 2

7、3 b z2 = 16 zn-1 = 1 ic e f a c d 11 1 sin nn jjjnj jj j kkt k （4-6） 以齿轮机床传动链为例： 式中 n 传动链末端元件 转角误差； kj 第j 个传动元件的 误差传递系数，表明第j个传动 元件对末端元件转角误差影响 程度，其数值等于该元件至末 端元件的传动比； n 传动链末端元件 角速度； j 第j 个传动元件转 角误差的初相角。 23 图4-18 传动链误差的频谱分析 a) n A1 A2 Ai b) （频率） A（幅值） 12 i 提高传动精度措施 24 用模数铣刀铣削齿轮 25 L0.05 6F7 10 F7 k6 20

8、 H 7 g 6 Y Z 图4-19 钻径向孔的夹具 通常要求定位误差和夹具 制造误差不大于工件相应公 差的1/3。 1）定位误差； 2）刀具导向（对刀）误差； 3）夹紧误差； 4）夹具制造误差； 5）夹具安装误差； 26 a） b） 图4-20 试切法与调整法 （图4-20 a） （图4-20 b） 27 28 在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比 p F k X （4-7） 式中 k工艺系统刚度； Fp吃刀抗力； X 艺系统位移（ 切削合力作用下的位移）。 29 11111 jcjjdg kkkkk （4-8） 式中 k 工艺系统刚度； kjc 机床刚度； kjj 夹具刚度；

9、kd 刀具刚度； kg 工件刚度。 工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭 加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度 之间的关系： 30 机床变形引起的加工误差 式中 Xjc 机床总变形； Fp 吃刀抗力； ktj 机床前顶尖处刚度； kwz 机床后顶尖处刚度； kdj 机床刀架刚度； L 工件全长； Z 刀尖至工件左端距离。 22 111 jcp tjwzdj LZZ XF kLkLk （4-9） 图4-21 变形随受力点变化规律 Xtj Xwz Xdj X Fp A A B B C C Z L FAFB Xz 31 图4-22 机床受力变形引 起的加工误差 （5-10

10、） 2 2 3 p g FLZZ X E JL 工件变形引起的加工误差 式中 Xg 工件变形； E 工件材料弹性模量； J 工件截面惯性矩； Fp，L，Z 含义同前。 图4-23 工件受力变形引 起的加工误差 32 2 22 2 111 3 p tjwzdj LZZLZZ XF kLkLkE J （4-11） 机床变形和工件变形共同引起的加工误差 工艺系统刚度 2 22 2 1 111 3 p tjwzdj F k X LZZLZZ kLkLkE J （4-12） 33 式中 g 工件圆度误差； m 毛坯圆度误差； k 工艺系统刚度； 误差复映系数。 121212 1 gppppm C FFa

11、a kk （4-13） 图4-24 误差复映现象 ap1 1 ap2 2 毛坯外形 工件外形 由于工艺系统受力变形， 使毛坯误差部分反映到工 件上，此种现象称为“误 差复映” 34 机械加工中，误差复映系数通常小于1。可通过多次走 刀，消除误差复映的影响。 123n （4-15） 误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数 与系统刚度成反比。由式（4-13）可得： k C m g （4-14） 35 夹紧力影响 a） b） 图4-25 薄壁套夹紧变形 图4-26 薄壁工件磨削 【例1】薄壁套夹紧变形 解决：加开口套 【例2】薄壁工件磨削 解决：加橡皮垫 36 图4-27 龙门铣横梁变形

12、【例】龙门铣横梁 图4-28 龙门铣横梁变形转移图4-29 龙门铣横梁变形补偿 重力影响 解决1：重量转移 解决2：变形补偿 37 传动力与惯性力影响 图4-30 传动力对加工精度的影响 z l R X Y Fp Fc Fcd Fcd x r a） O O r0 X Y Fp A Fcd rcd=Fcd / kc O Fc Fc / kc Fp / kc b） O 38 图4-31 车床刀架变形曲线 X（m） 10203040500 1 2 3 F（KN） v 非线形关系，不完全 是弹性变形 v 加载和卸载曲线不重 合，所围面积表示克服 摩擦和接触塑性变形所 作功 v 存在残余变形，反复 加载

13、卸载后残余变形 0 v 机床部件刚度比按实 体估算值小许多，表明 其变形受多种因素影响 39 式中 c, m与接触面材料、表面 状况有关的系数和指数； p 表面压强。 m Xc p （4-15） 图4-31 接触变形曲线 x Op pp x x 40 v合理设计零部件结构和截面形状 41 v采用辅助支承（中心架， 跟刀架，镗杆支承等） 图4-33 支座零件不同安装方法 图4-32 转塔车床导向杆 v采用合理装夹和加工方式 图4-28，4-29，4-57，4-58 42 图4-34 铸件残余应力引起变形 图4-35 冷校直引起的残余应力 压 拉 加载 压 压 拉 拉 卸载 v 设计合理零件结构

14、v 粗、精加工分开 v 避免冷校直 v 时效处理 v 毛坯制造和热处理产生的 残余应力（图4-34） v 冷校直带来的残余应力（ 图4-35） v切削加工带来的残余应力 43 44 在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误 差占总误差的约4070%。 v 温度场工艺系统各部分温度分布 v 热平衡单位时间内，系统传入的热量与传出的热量 相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上 v温 度场与热平衡研究目前以实验研究为主 工艺系统热源 内部热源 外部热源 切削热 摩擦热 环境热源 辐射热 45 v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长 v 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精

15、度影响显著 运转时间 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /m 20 40 60 80 温升 / Y X 前轴承温升 图4-36 车床受热变形 a） 车床受热变形形态b） 温升与变形曲线 （图4-36） 46 v 立铣（图a） 图4-37 立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形 a）铣床受热变形形态 b）外圆磨床受热变形形态 c）导轨磨床受热变形形态 v 外圆磨（图b） v 导轨磨（图c） （图4-37） 47 特点 变形曲线（图4-38） max 1 c e （4-16） 式中 热伸长量； max 达到热平衡热伸长量； 切削时间； c 时间常数（热伸长量为热平衡热伸

16、长量约63%的时间 ，常取34分钟）。 (min) 图4-38 车刀热变形曲线 连续切削升温曲线 冷却曲线 间断切削升温曲线 （m） max b0c 0.63max 48 圆柱类工件热变形 5级丝杠累积误差全长5m，可见热变形的严重性 53 1.1 1040014.410() 4.4() LLt mm m 式中 L， D 长度和直径热变形量； L，D 工件原有长度和直径； 工件材料线膨胀系数； t 温升。 LLt （4-17） DDt（4-18） 49 式中 X 变形挠度； L，S 工件原有长度和厚度； 工件材料线膨胀系数； t 温升。 2 8 Lt X S （5-19） 板类工件单面加工时的

17、热变形（图4-39） 图4-39 平面加工热变形 X / 4 L S 22 1.120003 88600 0.022 () Lt X S mm 此值已大于精密导轨平直度要求 结果结果：加工时上表面升温，工件向上 拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却 后工件下凹。 例例：高600mm，长2000mm的床身， 若上表面温升为3，则变形量为： 50 例例1：磨床油箱置于床身内， 其发热使导轨中凹 解决解决：导轨下加回油槽 图4-40 平面磨床补偿油沟 例例2：立式平面磨床立柱前壁 温度高，产生后倾。 解决解决：采用热空气加热立柱后 壁（图4-41）。 图4-41 均衡立柱前后壁温度场 v 减少切削热和磨

18、削热，粗、 精加工分开。 v 充分冷却和强制冷却。 v 隔离热源。 51 v 热对称结构 加工中心立柱热对称结构 52 图4-43 支承距影响热变形 L1L2 v热补偿结构（图4- 42，主轴热补偿） 图4-42 双端面磨床主轴热补偿 1主轴 2壳体 3过渡套筒 热伸长方向 v 合理选择装配基 准（图4-43） v高速空运转 v人为加热 v 恒温 v 人体隔离 53 54 在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按 一定规律变化的加工误差。 常值系统误差其大小和方向均不改变。如机床、 夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下 的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因 素引

19、起的加工误差。 变值系统误差误差大小和方向按一定规律变化。 如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等 因素引起的加工误差。 加工误差 系统误差 随机误差 常值系统误差 变值系统误差 55 在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加 工误差。 随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起 的。 随机误差服从统计学规律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造 成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的 变形等。 运用数理统计原理和方法，根据被测质量指标的统计 性质，对工艺过程进行分析和控制。 56 1）采集数据 样本容量通常取 n = 50200 2）确定分组数、组距

20、、组界、组中值 按教材134页表5-2初选分组数 k； 确定组距 d： 取整，dd 确定分组数 k： maxmin 11 xxR d kk 确定各组组界、组中值 统计各组频数 1 R k d 57 图4-44 直方图 -14.5-8.55-3.5 x y （频数） （偏差值）（平均偏差） -15-10-5 （公差带中心）（公差带下限）（公差带上限） 3）计算样本平均值和标准差: 4）画直方图（图4-44） 1 1 n i i xx n （4-20） 2 1 1 1 n i i sxx n （4-21） 58 正态分布 式中和分别为 正态 分布随机变量总体平均 值和标准差。 平均值=0，标准差

21、=1的正态分布称为标 准正态分布，记为： x N ( 0, 1 ) （4-22） 2 1 2 1 ,0 2 x yex y F（z） 图4-45 正态分布曲线 ( z = 0 ) x(z)0z -+ 59 2 1 2 1 ( ) 2 x x F xedx （5-23） 2 2 1 ( ) 0 2 z z F zed z x z 令： 将 z 代入上式，有： 则利用上式，可将非标准正态分布转换成标准正态分布 进行计算（图4-45）。 称 z 为标准化变量 y F（z） 图4-45 正态分布曲线 ( z = 0 ) x(z)0z -+ 60 非正态分布 x y 0 a）双峰分布 双峰分布：两次调整

22、下加工 的工件或两台机床加工的工件 混在一起（图4-46a） x y 0 b）平顶分布 x y 0 c）偏向分布 平顶分布：工件瞬时尺寸分 布呈正态，其算术平均值近似 成线性变化（如刀具和砂轮均 匀磨损）（图4-46b） 偏向分布：如工艺系统存在 显著的热变形，或试切法加工 孔时宁小勿大，加工外圆时宁 大勿小（图4-46c） 图4-46 几种非正态分布 61 形位误差的分布 差数模分布：正态分布大于 零的部分与小于零的部分对零 轴线映射后的迭加（图4-47）， 如对称度、直线与平面的平行 度、相邻周节误差等 瑞利分布：二维正态分布在只 考虑平面向量模情况下转换成为 一维分布（图4-48），如直

23、线与 直线平行度、同轴度、端面圆跳 动误差等（不考虑系统误差） x y 0 图4-47 差数模分布 瑞利综合分布：上述误差在考 虑系统误差的情况下，其误差分 布接近瑞利综合分布 图4-48 瑞利分布 x z y 0 62 判断加工性质 确定工序能力 3 6 2 6 P PK CP TUTL C TUTL C （5-24） （5-25） （5-26） 工序能力 工序能力系数 63 y 图4-49 工艺能力系数符号含义 x0 33 公差带 T TUTL 3 6 2 6 P PK CP TUTL C TUTL C 64 工序能力系数 工序等级 说 明 CP1.67 特级 工序能力过高 1.67 CP

24、 1.33 一级 工序能力足够 1.33 CP 1.00 二级 工序能力勉强 1.00 CP 0.67 三级 工序能力不足 0.67 CP 四级 工序能力很差 表4-2 工序能力等级 CP 表示工艺过程本身的能力，而工艺能力系数 CPK 则 表示过程满足技术要求的能力，实际上是“过程能力” 与“管理能力”的综合 65 01234567 样组序号 b） 工件尺寸 公差带T 控制限 图4-50 单值点图 工件序号 c） A A B O O B 工件尺寸 工件尺寸 工件序号 a）公差带T 控制限 （图4-49） 66 xR （4-26） 1 2 2 1 k i i S X

25、xx k xxA R xxA R 中线 上控制限 下控制限 R 图： 1 1 2 1 k i i S X RR k RD R RD R 中线 上控制限 下控制限 （4-27） A2、D1、D2 数值见教材164页表4-6。 xR x xR 图： x 67 工艺过程稳定性 点子正常波动工艺过 程稳定；点子异常波动 工艺过程不稳定 图4-51 图xR R 图 UCL=19.67 CL=8.90 0510 样组序号 1520 LCL=0 0510 样组序号 1520 x 图 LCL=11.57 UCL=21.89 CL=16.73 稳定性判别 没有点子超出控制限 大部分点子在中心线 上下波动，小部分

26、点子靠 近控制限 点子变化没有明显规 律性（如上升、下降倾向 或周期性波动） v 同时满足为稳定 xR 68 式中 Lt 调整尺寸； LM平均尺寸； Tt 调整公差。 （4-28） 2 t tM T LL 由图4-52所示关系可得： 图4-52 调整尺寸关系 3 n y Tt x T 3 Lmax Lmin LM （ Lt ） 样本均 值分布 总体分 布 总体分布平均值极端位置 （4-29） 1 61 t TT n 样本平均值分布： n Nx , 69 v 上式要求过于苛刻，产生不合格品得概率只有 0.00036%。用2代替3，得到： 此时产生不合格品 得概率为0.104%， 完全可以接受。

27、1 41 t TT n （4-30） 图4-52 调整尺寸关系 3 n y Tt x T 3 Lmax Lmin LM （ Lt ） 样本均值 分布 总体分布 总体分布平均值极端位置 70 71 误差预防指减小原始误差本身或减小原始误差的影响 a）b） 图4-53 转塔车床刀架转位误差的转移 图4-54 易位法加工时误差均化过程 360 工件转角 累积误差 1 l1 l2 2 72 图4-55） 指人为引入附加误差因素，以抵消或减小原始误差的影响 图4-55 高压油泵偶件自动配磨装置示意图 柱塞销 柱塞 73 图4-56 丝扛加工误差补偿装置 1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正

28、尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移 螺母附加转动 图4-56） 74 图4-57 以弹性变形补偿热变形 v 以弹性变形补偿 热变形（图4-57） 图4-59 以热变形补偿热变形图4-58 龙门铣横梁变形补偿 附加夹紧力 v 以热变形补偿热 变形（图4-59） v 以几何误差补偿 受力变形（图4-58 ） 75 76 图4-60 车削时残留面积的高度 （4-31） rr f H ctgctg 2 8 f H r （4-32） , rr rkkf 刀尖圆弧半径主偏角副偏角进给量 f r Rmax vf r b） Rmax f a） vf r r 77 图4-61 切削45钢时切削速度与粗糙度关系

29、 100120 v（m/min） 020406080140 表面粗糙度Rz（m） 4 8 12 16 20 24 28 收缩系数Ks 1.5 2.0 2.5 3.0 积屑瘤高度 h（m） 0 200 400 600 h Ks Rz 78 v 砂轮速度v，Ra v 工件速度vw，Ra v 砂轮纵向进给f，Ra v 磨削深度ap，Ra 图4-62 磨削用量对表面粗糙度的影响 vw = 40(m/min) f = 2.36(m /min) ap = 0.01(mm) v = 50(m/s) f = 2.36(m /min) ap = 0.01(mm) v(m/s), vw(m/min) Ra(m)

30、0 30405060 0.5 1.0 a） ap(mm) 00.01 0.4 0.8 Ra(m) 0 0.2 0.6 0.020.030.04 b） 图4-63 光磨次数-Ra关系 Ra(m) 0 1020 30 0.0 2 0.0 4 0.0 6 光磨次数 粗粒度砂轮(WA60KV) 细粒度砂轮(WA/GCW14KB) v光磨次数，Ra 79 v 砂轮粒度，Ra；但要适量 v 砂轮硬度适中， Ra ；常取中软 v 砂轮组织适中，Ra ；常取中等组织 v 采用超硬砂轮材料，Ra v 砂轮精细修整， Ra v 工件材料 v 冷却润滑液等 80 81 切削用量影响 刀具影响 00.20.40.60

31、.81.0 磨损宽度VB(mm) 100 180 260 340 硬度(HV) 50钢，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z) 图4-65 后刀面磨损对冷硬影响 工件材料 图4-64 f 和 v 对冷硬的影响 硬度(HV) 0 f (mm /r) 0.20.40.60.8 v =170(m/min) 135(m/min) 100(m/min ) 50(m/min) 100 200 300 400 工件材料：45 82 磨削用量 砂轮 工件材料 图4-66 磨削深度对冷硬的影响 ap(mm) 硬度(HV) 00.25 300 350 450 500 400 0.500.7

32、5 普通磨削 高速磨削 83 切削用量 刀具 工件材料 图4-68 f 对残余应力的影响 工件：45，切削条件：vc=86m/min， ap=2mm，不加切削液 残余应力(Gpa) 0.20 0 0.20 01 0 0 200300400 距离表面深度(m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r 仅讨论切削加工 图4-67 vc 对残余应力的影响 0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削 条件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液 050100150200 距离表面深度(m) 残余应力(Gpa) -0.20 0 0.20 vc

33、 =213m/min vc =86m/min vc =7.7m/min 84 工件表层温度达到或超过金属材料相变温度时，表层金相 组织、显微硬度发生变化，并伴随残余应力产生，同时出 现彩色氧化膜 磨削表面残余拉应力达到材料强度 极限，在表层或表面层下产生微裂 纹。裂纹方向常与磨削方向垂直或 呈网状，常与烧伤同时出现 图4-69 带空气挡板冷却喷嘴 85 图4-71 滚压加工原理图 图4-70 珠丸挤压引起残余应力 压缩 拉伸 塑性变形区域 86 87 v 影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度 v 影响生产效率 v 加速刀具磨损，易引起崩刃 v 影响机床、夹具的使用寿命 v 产生噪声污染

34、，危害操作者健康 v 工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系 统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。 v 由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对 加工影响不大。 自由振动 强迫振动 自激振动 88 v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起 v 强迫振动振源：机外机内。机外振源均通过地基把振 动传给机床。机内： 1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击 v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数 v 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干 扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振 v 相角特征：强迫振

35、动位移的变化在相位上滞后干扰力一个 角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。 89 图4-73 自激振动系统能量关系 A B C 能量E Q E E 0 振幅 电动机 (能源) 交变切削力F(t) 振动位移 X(t) 图4-72 自激振动闭环系统 机床振动系统 （弹性环节） 调节系统 （切削过程） 90 切削过 程，由于偶然干扰，使 加工系统产生振动并在 加工表面上留下振纹。 第二次走刀时，刀具在 有振纹的表面上切削， 使切削厚度发生变化， 导致切削力周期性地变 化，产生自激振动 图4-74 再生自激振动原理图 f 切入 切出 y0 y a）b） y0 y 切入 切出 f c） f y0 y

36、 切入 切出 d） 切入 切出 f y0 y a）b）c）系统无能量获得； d）y 滞后于y0，即 0- ，此时切出比切入半周期中的 平均切削厚度大，切出时切削力所作正功（获得能量）大于 切入时所作负功，系统有能量获得，产生自激振动 91 将车床 刀架简化为两自由度振动 系统，等效质量m用相互 垂直的等效刚度分别为k1 和k2两组弹簧支撑（设x1 为低刚度主轴，图4-75） 图4-75 车床刀架振型耦合模型 F m a b c d x1 x1 x2 x2 k2 k1 1 2 X k1=k2，x1与x2无相位差, 轨迹为直线，无能量输入 k1k2，x1超前x2 ，轨迹dcba为一椭圆，切入半周 期内的平均切削厚度比切出半周期内的大，系统无能量输入 k1k2，x1滞后于x2 ，轨迹为一顺时针方向椭圆，即： abcd。此时，切入半周期内的平均切削厚度比切出半 周期内的小，有能量获得，振动能够维持 。 92 调整振动系统小刚度主轴的位置 （图4-76） 式中 f 和 fn 分别为振源频率和 系统固有频率 x2 x2x1 x1 x1 x1x2 x2 图4-76 两种尾座结构 0.25 n ff f （4-33） 93 减小切削或磨削时的重叠系数（图4-77） 式中 bd 等效切削宽度，即本次切削实际切到上次切削残留振纹