第三章机械加工表面质量及控制

1、3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响 表面粗糙度表面粗糙度 表面波度表面波度 表面物理力学表面物理力学 性能的变化性能的变化 表面微观几何表面微观几何 形状特征形状特征 表面层冷作硬化表面层冷作硬化 表面层残余应力表面层残余应力 表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 已加工表面质量已加工表面质量 一一. .加工表面质量的基本概念加工表面质量的基本概念 两个方面：两个方面：加工表面的加工表面的几何形貌、几何形貌、表面层材料的表面层材料的力学物理性能力学物理性能 第三章 机械加工表面质量及控制 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度与波度 R

2、Z H RZ （一）加工表面的几何形貌 4.表面缺陷：加工表面个别位置出现的缺陷 1.表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于50。 2.表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在501000的几何形状 误差 3.纹理方向：表面刀纹的方向 1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 波长/波幅502 2）表面波度）表面波度 50波长/波幅1000 3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响 切屑 刀具 切屑的分离和积屑瘤 积屑 瘤 表面粗糙度对零件使用性能的影响 Ra（m） 初 始 磨 损 量 重载荷 轻载荷 表面粗糙度与初始 磨损量 表面粗糙度值 耐疲劳

3、性 适当硬化可提高耐疲劳性 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 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 3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响 表面粗糙度值耐蚀性 3.23.2影响表面粗糙度的因素及改进措施影响表面粗糙度的因素及改进措施 影响表面粗糙度的影响表面粗糙度的工艺工艺因素因素： 1.1.几何几何因素因素 表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度 rr f H ctgctg 2 8 f H r 3.23.2影响表面粗糙度的因素及改进措施影响表面粗糙度的因素及改进措施 , rr

4、 rkkf 刀尖圆弧半径主偏角副偏角进给量 2. 2. 物理因素物理因素 加工表面实际廓形与理论廓形差别较大，原因是加工中存在 塑性变形、积屑瘤、鳞刺、振动等物理现象 合理选择切削液，适当增大刀具前角，提高刃磨质量，均能抑制合理选择切削液，适当增大刀具前角，提高刃磨质量，均能抑制 积屑瘤和鳞刺，减小表面粗糙糙度值。积屑瘤和鳞刺，减小表面粗糙糙度值。 1 1）进给量的影响）进给量的影响 （3 3）f0.02mmf0.02mm时时 f f RzRz （2 2）f0.15mmf0.15mmf0.15mm时时 f f RzRz 2 2）工件材料的影响）工件材料的影响 工件材料塑性越好，塑性变形越大，易

5、产生积屑瘤和鳞刺，工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺， 加工表面粗糙度值大。加工表面粗糙度值大。 3 3）切削速度的影响）切削速度的影响 切削塑性材料时，切削速度切削塑性材料时，切削速度 处在处在202050m/min50m/min，容易产生积屑，容易产生积屑 瘤和鳞刺，表面粗糙度最大。瘤和鳞刺，表面粗糙度最大。 切削速度超过切削速度超过100100m/minm/min，表，表 面粗糙度值下降，趋于平稳。面粗糙度值下降，趋于平稳。 加工脆性材料时，切削速度加工脆性材料时，切削速度 对表面粗糙度影响不大。对表面粗糙度影响不大。 材料的金相组织越是粗大，加工后的表面粗糙度值也越大。

6、材料的金相组织越是粗大，加工后的表面粗糙度值也越大。 磨屑形成过程 a）平面示意图 b）截面示意图 1. 砂轮速度v，Ra 2. 工件速度vw，Ra 3. 砂轮纵向进给f，Ra 砂轮速度越快，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，工 件表面的粗糙度值就越小。 增大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，工 件表面的粗糙度值将增大。 砂轮的纵向进给减少，被磨表面的每个部位被砂轮重复磨削的 次数增加，工件表面的粗糙度值将减小。 砂轮的粒度号数越大，则参加磨削的磨粒数越多，因而在工 件上的刻痕也愈密而细，所以表面粗糙度值愈小。 4. 砂轮的粒度和砂轮的修整 4. 磨削深度ap，Ra 磨削用量对

7、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 ) 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） 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) 5. 光磨次数，Ra 1. 砂轮

8、速度v，Ra 2. 工件速度vw，Ra 3. 砂轮纵向进给f，Ra 2、冷却润滑液等 1.砂轮粒度，Ra；但要适量 2、砂轮硬度适中， Ra ；常取中软 3、砂轮组织适中，Ra ；常取中等组织 4、采用超硬砂轮材料，Ra 5、砂轮精细修整， Ra 1、工件材料 切削速度影响最大：v = 1050m/min范围，易产生积屑瘤 和鳞刺，表面粗糙度最差。 图4-61 切削45钢时切削速度与粗糙度关系 100120 v（m/min） 020406080140 表 面 粗 糙 度 R z （ 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

9、 度 h （ m ） 0 200 400 600 h Ks Rz 3.23.2影响表面粗糙度的因素及改进措施影响表面粗糙度的因素及改进措施 机械加工中力的作用使冷作硬化冷作硬化得到强化强化、热的作用使冷作硬化冷作硬化得 到弱化弱化 3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施 0 0 100% HVHV N HV 定义：定义：加工时工件表面层金属受到切削力的作用，产生强烈的塑性加工时工件表面层金属受到切削力的作用，产生强烈的塑性 变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚 至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加的现象

10、。至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加的现象。 硬化的结果：硬化的结果：金属变形的阻力 ，金属塑性金属的物理性质（ 密度、导电性、导热性）发生变化。 （3）切削深度影响不大 切削用量的影响 工件材料的影响 二、影响加工表面冷作硬化的因素 1）进给量冷硬程度 2）切削速度 冷硬程度 影响复杂 （力与热综合作用结果） (1) 材料塑性 冷硬倾向 刀具几何参数的影响 00.81.0 磨损高度VB(mm) 100 180 260 340 硬 度 (H V) 50钢，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z) 刀具后刀面磨损对冷硬影响 3）后角、主偏角、副偏角 、刀

11、 尖圆弧半径对冷作硬化影响不大 r 冷硬程度 （后刀面磨损量VB,冷硬 程度变化如图，成阶段性影 响） 1）刃圆角半径 （因为刃圆角半径径向切削分 力表层金属塑性变形冷硬 ） 2）后刀面磨损影响很大 磨削深度磨削力 冷硬 磨削用量的 砂轮粒度的 工件材料的 磨削深度对冷硬的影响 ap(mm) 硬 度 ( H V) 00.25 300 350 450 500 400 0.500.75 普通磨削 高速磨削 由于切削热的作用， 彩色氧化膜彩色氧化膜 残余应力残余应力 微裂纹微裂纹 3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施 定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界 点时，表层

12、金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生残 余应力、甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。 表面颜色与烧伤之间的关系： 淬火钢在磨削时，产生的磨削烧伤有三种形式。 1.淬火烧伤： 磨削工件，表面温度超过相变临界温度Ac3（时，马氏体转变为奥 氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现很薄的二次淬火马氏体组织，硬 度比原来的回火马氏体高；但其下层因冷却速度慢，为硬度较低的回火索氏体和 屈氏体组织。 如果磨削温度介于其相变温度723C和马氏体转变温度300C之间则表 层原来的回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较低的回火组织（索氏 体或屈氏体）。 磨削时，当工件表面层温度超过相变临界温度

13、Ac3 （，则马氏体 转变为奥氏体。若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。 硬度和强度均大幅度下降。 带空气挡板冷却喷嘴 3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施 内冷却砂轮内冷却砂轮 开槽砂轮开槽砂轮 a） 槽均匀分布槽均匀分布 b）90度内变距开槽度内变距开槽 4. 3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施 比容:单位质量的物质所占有的容积称为比容，用符号V表示。其数值是密度的 倒数。 热生残余拉应力的示意图热生残余拉应力的示意图 ) 加工时的切削热金属层金属层2 2体积膨胀体积膨胀里层里层金属金属3 3阻碍阻碍金属层金属层2 2产生瞬时产生瞬时压压

14、缩残余应力，缩残余应力，金属金属3 3产生了产生了瞬时瞬时拉伸残余应力拉伸残余应力 ) 加工结束后金属层金属层1 1的温度低于的温度低于tptp时时体积收缩体积收缩里层里层金属金属2 2阻碍阻碍金属层金属层 1 1产生产生拉伸拉伸残余应力，残余应力，金属金属2 2的的压缩压缩残余应力残余应力增大增大 ) 金属层金属层1 1继续收继续收 缩缩里层里层金属金属2 2阻碍阻碍金属层金属层1 1拉伸拉伸 残余应力残余应力增大增大，金属金属2 2的的压缩压缩残余应残余应 力力增大并扩展到增大并扩展到金属金属3 3内内 ) 室温下表层金属的金属的残余应力残余应力趋于趋于 稳定状态稳定状态 里层（基体）金属

15、阻碍里层（基体）金属阻碍产生产生残余应力残余应力 体积收缩体积收缩 接近接近珠光体（托珠光体（托）组织组织密度密度、比容、比容体积收缩体积收缩 密度密度、比容、比容 正前角车刀加工45钢的实验表明：在所有切削速度v下， 工件表面层金属内产生了拉伸残余应力， 切削速度和被加工材料的影响 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 (Gp a) -0.20 0 0.20 vc =213m/min vc =86m/min vc =7.7m/

16、min 切）削时，切削热起主导 作用， 切削，表层温度提高至 温度比容比容 切削时，表层金属 比容比容表层金属 产生压缩， 的影响 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 (G pa) 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 的影响 磨削用量的影响磨削用量的影响 表层产生压缩 磨削热表层产生拉伸 热变形和塑性变形对残余应力影响很大热变形和塑性变形对残余应力影响很大 热因素起主导作用残余拉应力 塑性变形起主导作用残余压

17、应力 淬火烧伤时，金相组织变化起主导作用残余 压应力 ap对残余应力的影响 削 磨削热表层产生拉伸 表层产生拉伸产生压缩 工件材料的影响工件材料的影响 工件材料工件材料 削 产生压缩 低 好差 集中 大 低 小 不易 滚压加工原理图 珠丸挤压引起残余应力 压缩 拉伸 塑性变形区域 1. 刀具与工件间的相对位移会使加工表面产生波纹，严重影响 零件表面质量和使用性能； 2. 工艺系统将持续承受动态交变载荷作用，加速刀具磨损，易引 起崩刃； 3. 影响机床连接特性、夹具的使用寿命，严重时使切削加工无法 继续进行； 4. 为减少振动，有时不得不降低切削用量，使机床加工效率降低； 5. 产生噪声污染，危

18、害操作者健康 强迫振动 自激振动 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 了解机械加工过程振动的产生机理，掌握控制振动的途径， 以减小机械加工中的振动 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。 1.机外振源：均通过地基把振动传给机床。 2.机内振源： 1）回转零部件质量的不平衡；（电机转子、联轴器、带轮。） 2）机床传动件的制造误差和缺陷，往复运动部件的惯性力； （齿轮制造不精确、带传动接头联接不良、油泵排除压力油） 3）切削过程中的冲击；（铣削、拉削、断续面的加工。） 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 系统在周期性激振

19、力(干扰力)持续作用下产生的振动， 称为强迫振动。 一、一、机械加工过程中的机械加工过程中的强迫强迫振动振动 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。 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 一、一、机械加工过程中的机械加工过程中的强迫强迫振动振动 图1 内圆磨削振动系统 a) 模型示意图 b）动力学模型 c）受力图 强迫振动的数学描述及特性强迫振动的数学描

20、述及特性 根据牛顿运动规律建立微分方程： 式中 衰减系数， m2 0系统无阻尼振动时的固有频率， m k 2 0 激振力频率 这是一个二阶常系数线性非齐次微分方程。 齐次方程的通解和非齐次方程的一个特解组成为： )sin()sin( 21 22 01 tAteAx t . Ftk x xxm sin . 1、动力学模型的建立、动力学模型的建立 物体受力分析：物体受力分析： 外力：Fx=F sint ， 弹性力： k x ， 阻尼力：x . a）有阻尼的自由振动 b）强迫振动 c）有阻尼的自由振动 和强迫振动的合成 )sin()sin( 21 22 01 tAteAx t 其中第一项代表有阻尼自

21、 由振动，振幅衰减，为一 瞬态过程； 第二项代表等幅强迫振动， 为一稳态过程： 进入稳态后的振动方程为：进入稳态后的振动方程为： )sin(2tAx 式中: A2强迫振动的幅值； t 时间 振动体位移相对于激振力的相位角； 222 0 22222 0 2 )2()1 (4)( Af A 相位角为：相位角为： 2 1 2 arctan 强迫振动的振幅为： 式中: f =F/m； A0系统在静力F作用下的静位移（m) k F m k m F f A 2 0 0 k系统的静刚度（N/m）；频率比，/0 c kmmk m 2/ 2/ 0 c临界阻尼系数， km c 2 阻尼比， 1 1）如果干扰力的频

22、率远离工艺系统各阶模态的固有频率，则）如果干扰力的频率远离工艺系统各阶模态的固有频率，则 强迫振动响应将处于机床动态响应衰减区，振动幅值很小。强迫振动响应将处于机床动态响应衰减区，振动幅值很小。 2 2）当干扰力的频率接近工艺系统某一固有频率时，强迫振动）当干扰力的频率接近工艺系统某一固有频率时，强迫振动 幅值将明显增大。幅值将明显增大。 3 3）若干扰力的频率与工艺系统某一固有频率相同时，系统将若干扰力的频率与工艺系统某一固有频率相同时，系统将 产生共振，若工艺系统阻尼系数不大，振动响应幅值将很大。产生共振，若工艺系统阻尼系数不大，振动响应幅值将很大。 2、强迫振动的特征强迫振动的特征 强迫

23、振动的幅值与强迫振动的幅值与干扰力幅值、工艺系统的动态特征干扰力幅值、工艺系统的动态特征有关有关 ）当当00时，时， 11， 0.7，准静态区准静态区（静力（静力 区），在该区增加系统静刚度，可减小振动。区），在该区增加系统静刚度，可减小振动。 ）当当 1 1时，时， 会急剧增大，此现象称为共振，会急剧增大，此现象称为共振，0.7 0.7 1.41.4的区域称为的区域称为共振区共振区，在该区增大阻尼，在该区增大阻尼共振共振 ）当当 1 1时，时， 00， 1.41.4区域称为区域称为惯性区惯性区， 在该区增加振动体的质量，可减小振动振幅。在该区增加振动体的质量，可减小振动振幅

24、。 222 0 2 )2()1 ( 1 A A 动态放大系数动态放大系数： 频率比频率比 ：/0 2、强迫振动的特征强迫振动的特征 1. 1. 减小激振力减小激振力 2. 2. 调整振源频率调整振源频率 3. 3. 提高工艺系统的刚提高工艺系统的刚 度和阻尼度和阻尼 4. 4. 采取隔振措施采取隔振措施 5. 5. 采用减振装置。采用减振装置。 三、减小强迫振动的措施三、减小强迫振动的措施 电动机 (能源) 交变切削力F(t) 振动位移 X(t) 图 a 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） 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 一、一、机械

25、加工过程中的机械加工过程中的振动振动 自激振动系统包含四个环节：自激振动系统包含四个环节： 能源：维持自激振动的能量来自电机； 调节系统：把能量转变为交变力对振动系统进行激振； 振动系统：控制切削过程产生激振力，以反馈制约进入振动系 统的能量； 振动系统对于调节系统的反馈，控制进入系统能量的大小。 a 图 b 自激振动系统能量关系 A B C 能 量 E Q E E 0 振幅 （二）产生自激振动的条件（二）产生自激振动的条件 单自由度机械加工振动模型单自由度机械加工振动模型 1.自激振动实例自激振动实例 a） 振动模型振动模型 b） 力与位移的关系图力与位移的关系图 设工件系统为绝对刚体，振动

26、系统与刀架相设工件系统为绝对刚体，振动系统与刀架相 连，且只在连，且只在y y方向作单自由度振动。方向作单自由度振动。 在径向切削力Fp作用下，刀具作切入、切出运动 （振动）。刀架振动系统同时还有反向的F弹作用。 y越大，F弹也越大，当Fp=F弹时，刀架的振动停止。 （1 1）刀架作振出运动时，）刀架作振出运动时， V V振出 振出= =V V0 0-y -y振出 振出 ，刀架 ，刀架 的振动停止时，的振动停止时， V V停 停= = V V0 0 V V振出 振出 ， F Fp pF F弹 弹 （2 2）刀架作振入出运动时，）刀架作振入出运动时， V V振入 振入= =V V0 0+y +y

27、振入 振入 ，刀 ，刀 架的振动停止时，架的振动停止时， V V停 停= = V V0 0 F F弹 弹 . . . . （V V振出 振出： ：切屑相对于前刀面的滑动速度；切屑相对于前刀面的滑动速度； V V0 0：切屑离开工件的速度切屑离开工件的速度 ， V V停 停： ：刀架的振动运动停止时，切屑相对于前刀面的滑动速度）刀架的振动运动停止时，切屑相对于前刀面的滑动速度） （2 2）当）当W W振出 振出= =W W振入振入时， 时，因实际机械加工系统中存在阻尼，系统在因实际机械加工系统中存在阻尼，系统在 振入过程中，为克服阻尼还需消耗能量振入过程中，为克服阻尼还需消耗能量W W摩阻（振入

28、） 摩阻（振入），故振动系统 ，故振动系统 每振动一次，刀架系统便会损失一部分能量。因此，也不会有每振动一次，刀架系统便会损失一部分能量。因此，也不会有 自激振动产生。自激振动产生。 W=WW=W振出 振出- -（ （ W W振入 振入+ +W W摩阻（振入）摩阻（振入）) ) 切削力切削力F Fp p是外力，在振出过程中，是外力，在振出过程中，F Fp p对振动系统作功，吸收对振动系统作功，吸收 能量：能量： W W振出 振出= =W W12345 12345 ；刀架的振入运动在弹性力 ；刀架的振入运动在弹性力F F弹 弹作用下，方 作用下，方 向相反，作负功，消耗能量向相反，作负功，消耗能

29、量W W振入 振入= =W W54621 54621 。 。 （二）产生自激振动的条件（二）产生自激振动的条件 （1 1）当）当W W振出 振出 0,W0,系统为振幅递增的自激系统为振幅递增的自激 振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动；振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动； W W振出 振出 W W振入 振入+ + W W摩阻（振入） 摩阻（振入）时， 时， W0,WW振入振入 或或 通过通过Y Yi i点时点时 FP振出 振出FP振入振入 （3 3）当）当W W振出 振出 W W振入振入时 时，刀架振动系统将有持续的自激振动产生。，刀架振动系统将有持续的自激振动产生。 (三）自激振动的激

30、振机理三）自激振动的激振机理 （1） 再生颤振再生颤振 1）再生颤振原理）再生颤振原理 如如图图3 3a)a)所示，车刀只做横向进给。在稳定的切削过程中，刀架所示，车刀只做横向进给。在稳定的切削过程中，刀架 系统因材料的硬点，加工余量不均匀，或其它原因的冲击等，受系统因材料的硬点，加工余量不均匀，或其它原因的冲击等，受 到偶然的扰动。刀架系统因此产生了一次自由振动，并在被加工到偶然的扰动。刀架系统因此产生了一次自由振动，并在被加工 表面留下相应的振纹。表面留下相应的振纹。 当工件转过一转后，刀具要在留有振纹的表面上切削，因切削厚当工件转过一转后，刀具要在留有振纹的表面上切削，因切削厚 度发生了

31、变化，所以引起了切削力周期性的变化。产生动态切削度发生了变化，所以引起了切削力周期性的变化。产生动态切削 力。力。 将这种由于切削厚度的变化而引起的自激振动，称为将这种由于切削厚度的变化而引起的自激振动，称为 “ “再再 生颤振生颤振”。 图图3 自由正交切削时再生颤振的产生自由正交切削时再生颤振的产生 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，刀具将在 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

32、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 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 sincosk)(cos)( 1 /2 0 nnc AbAtdytFW tAt n cos)(y ）（ tAt n cos)T(y 1 )(y)T(y)(a 0 ttat )(y)T(yk)(F 0 ttabt c 设本转（次）切削的振动方程为：设本转（次）切削的振动方程为： 前一转（次）切削的振动方程为：前

33、一转（次）切削的振动方程为： 瞬时切削厚度：瞬时切削厚度： 瞬时切削力：瞬时切削力： 在一个振动周期内，切削力所作的功：在一个振动周期内，切削力所作的功： 式中：式中：a0-名义切削层公称厚度，名义切削层公称厚度， kc-单位切削宽度上的切削刚度单位切削宽度上的切削刚度 b-切削层公称宽度切削层公称宽度 切削再生自振 产生过程： 3.4 机械加工过程中的振动 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、k2两组弹簧支撑（设x1为 低刚度主轴，图3-39） 在Y和Z参考坐标系运动方程为： 式中：Ay-y向振动的振幅 Az-z向振动的振幅 -z向振动相对于y向

34、振动 在主振动频率上的相位差 3.4 机械加工过程中的振动 tAsiny y )sin(z z tA 1. 当刀具从A经B到C做振入运动时，切削力方向与运动方向相 反，振动系统对外界做功，要消耗能量； 2. 当刀尖从B 经C到A做振出 运动时，切削力方向与运动方 向相同，外界对振动系统做功， 吸收能量； 3. 刀尖从A-B-C振入时，切削厚度 较薄，切削力较小，从B-C-A做振 出时，切削厚度较大，切削力较大。 在每一振动周期中，切削力对系统 做正功大于做负功，有多余能量输 入，满足产生自激动振动条件满足产生自激动振动条件。 振型耦合型颤振 振型耦合型颤振 ）（ tbAktbkt cc sin

35、F)(yF)(Fy 00 cossinF(cos)()(Fy 0 p）tbAktFt c sinsinF(sin)()(Fy 0 c）tbAktFt c cyc c cyc pzydzFdyFWWW )(cossinF( 2 0 y 0 tdAtbAkdyFWy c cyc py） 2 0 2 0 2 002(sin2 4 1 (coscos）ttdbAkttdAyFyc 动态切削力与振动位移的关系： F(t)在Y,Z两个方向的分量： 式中：式中：F F0- 0-稳态切削力 稳态切削力 - -切削力与切削力与Y Y轴的夹角轴的夹角 在一个振动周期，外界对系统所做的功： .)()cos(sin)

36、sinF( 2 0 z y 0 tdtAtbAkdzFW c cyc cz sinsin z yAbAkW c 将将WyWy、WzWz代入得：代入得： 1.1.当当00时，时，W0,W0,不满足条件不满足条件;2.;2.当当 20W0，满足满足 在某些速度区段内，切削力Fy机随切削速度V的增加而减小。 在曲线下降区域容易出现自激振动。 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 3、负摩擦原理 由于切削过程中，存在负摩擦特性而产生的自激振动，称为摩擦 型颤振。 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

37、x1 x1x2 x2 图4-76 两种尾座结构 0.25 n ff f （4-33） 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 四、四、机械加工振动机械加工振动的防治的防治 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 在垂直于振动方向投影宽度； b 本次切削在垂直于振动方向上的切削宽度； B , fa 砂轮宽度与轴向进给量。 图4-77 重叠系数 ap fa B 振动方向XD f b bd a）切削b）磨削 r r ， da bBf bB （切削）（磨削） （4-34） 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程

38、中的振动 v 减小重叠系数方法 图4-78 车刀消振棱 0.10.3 -5 -20 2 3 增加切削阻尼（例采用倒棱车刀，图4-78） 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 提高工艺系统刚度 增大工艺系统阻尼 阻尼材料铸铁环 铸铁套筒 图4-79 零件上加阻尼材料 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 图4-80 摩擦式减振器 1飞轮 2摩擦盘 3摩擦 垫 4螺母 5弹簧 1. 动力减振器 2. 摩擦式减振器（图4-80） 3. 冲击式减振器（图4-81） 图4-81 冲击式减振镗刀与减振镗杆 1冲击块 2紧定螺钉 a）减振镗刀 b）减振镗杆 3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动 马氏体的晶体结构为体心 四方结构，中高碳钢中加速冷 却通常能够获得这种组织。 高的强度和硬度是钢中马氏体 的主要特征之一。 目前广泛地 把基本特征属马氏体相变型的 相变产物统称为马氏体。 1. 马氏体马氏体 将（中、高碳）钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅 速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 马氏体的三维组织形态通常有片状或者板条状，但是在金相 观察中（二维）通常表现为针状。 2. 索氏体 钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物。 索氏体组织属于珠光体类型的组织，但其组织比珠光体组织细。 索氏体具有良好的