第二章表面质量

1、11222.1 概概 述述2.2 加工对表面质量的各种影响加工对表面质量的各种影响2.3 影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制2.4 机械加工中的振动机械加工中的振动2.5 超精研、研磨、珩磨、抛光超精研、研磨、珩磨、抛光第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 3 零件的机械加工质量包括机械加工精度和表面零件的机械加工质量包括机械加工精度和表面加工质量。机械加工后的零件表面存在着不同程度加工质量。机械加工后的零件表面存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。影响机械的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。影响机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗

2、腐蚀性和疲劳零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命。强度等，从而影响产品的使用性能和寿命。返回第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 42.2 2.2 加工对表面质量的各种影响加工对表面质量的各种影响 2.2.1 2.2.1 表面质量的含义表面质量的含义 2.2.2 2.2.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 5零零件件表表面面质质量量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学性能的变化表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表

3、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表面层金相组织的变化的变化2.2.1 2.2.1 表面质量的含义表面质量的含义第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 6返回图图2-1 2-1 加工表面形状误差、表明波度与粗糙度加工表面形状误差、表明波度与粗糙度 第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量2.2.1 2.2.1 表面质量的含义表面质量的含义 72.2.2 2.2.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强对疲劳强度的影响度

4、的影响对耐磨性对耐磨性影响影响对耐腐蚀性对耐腐蚀性能的影响能的影响对工作精对工作精度的影响度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力压应力提高耐腐蚀性，拉应力降低耐腐蚀性降低耐腐蚀性第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 8（1 1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 图图2-2 2-2 表面粗糙度与初期磨损

5、量的关系表面粗糙度与初期磨损量的关系 1 1 表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响图图2-3 2-3 表面粗糙度太大和太小表面粗糙度太大和太小2.2.2 2.2.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量（2 2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性，但并非加工表面的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性，但并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。 9 2 2 表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影

6、响 （1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 （2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响2.2.2 2.2.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 3 3 表面质量对零件工作精度的影响表面质量对零件工作精度的影响 （1）表面粗糙度对零件配合精度的影响）表面粗糙度对零件配合精度的影响 （2）表面残余应力对零件工作精度的影响）表面残余应力对零件工作精度的影响 104 4 表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 （1）表面粗糙度

7、对零件耐腐蚀性能的影响）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈，见图透与腐蚀作用越强烈，见图2-42-4。 （2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性。强零件的耐腐蚀性。 残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。 2.2.2 2.2.2 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响返回图图2-4 2-

8、4 零件表面的腐蚀状况零件表面的腐蚀状况第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 112.3 2.3 影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制 2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因 2.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度 2.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因影响表面层物理力学性能的主要因素及控制素及控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 121 1 几何因素几何因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r主偏角主偏角kr、副偏角副偏角kr进给量进给量f图图2-5 2-5

9、车削、刨削时残留面积高度车削、刨削时残留面积高度 进给量进给量f f、刀具主偏角、刀具主偏角KK、副偏角、副偏角KK、刀尖角半径、刀尖角半径r r都直都直接影响表面粗糙度，见图接影响表面粗糙度，见图2-52-5。2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 13（2 2）切削速度的影响）切削速度的影响 加工塑性材料时，切削速度加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响如对表面粗糙度的影响如图图2-62-6所示所示。选择低速宽刀精切和高速精切，。选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度可以得到较小的表

10、面粗糙度 （4 4）其它因素的影响）其它因素的影响 合理使用冷却润滑液，适当增合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能减小表面粗糙度。等，均能减小表面粗糙度。（3 3）进给量的影响）进给量的影响 减小进给量减小进给量f可以减小表面粗糙度可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势（大的趋势（图图2-72-7）韧性材料：韧性愈好，塑性变形愈大，加工表韧性材料：韧性愈好，塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，常在粗加工或精加工前安

11、排正火或调质处理。常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。脆性材料：切屑崩碎易在加工表面残留，使表脆性材料：切屑崩碎易在加工表面残留，使表面粗糙面粗糙。（1 1）工件材料的影响）工件材料的影响2 2 物理力学因素物理力学因素2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因返回 14 图图2-6 2-6 加工塑性材料时切削加工塑性材料时切削 速度对表面粗糙度的影响速度对表面粗糙度的影响2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因返回 图图2-7 2-7 进给量对表面粗糙度的影响进给量对表面粗糙度的影响第第2 2章章 机械加工表面

12、质量机械加工表面质量 15影响切削加工表面影响切削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨质量刀具材料、刃磨质量切削用量切削用量工件材料工件材料残留面积残留面积 Ra前角前角 Ra后角后角摩擦摩擦Ra刃倾角会影响实际工作前角刃倾角会影响实际工作前角 v Raf Raap对对Ra影响不大，太小会打影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面滑，划伤已加工表面材料塑性材料塑性 Ra同样材料晶粒组织大同样材料晶粒组织大 Ra，常用正火、调质处理常用正火、调质处理刀具材料强度刀具材料强度 Ra刃磨质量刃磨质量 Ra冷却、润滑冷却、润滑 Ra2.3.1 2.3.1 切削加工表面粗糙

13、度形成的原因切削加工表面粗糙度形成的原因返回第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 162.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度1 1 磨削中影响粗糙度的几何因素磨削中影响粗糙度的几何因素（1 1）砂轮的磨粒）砂轮的磨粒 一般磨料的粒度用粒一般磨料的粒度用粒度号表示，每英寸长度上度号表示，每英寸长度上的网眼个数为粒度号，例的网眼个数为粒度号，例80#，60#微粉用最大微粉用最大颗粒的最大尺寸的微米数颗粒的最大尺寸的微米数表示，例表示，例W28、W14。 工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的。细的刻痕

14、形成的。第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 17 砂轮转速越高，单位时砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小越多，表面粗糙度值就越小。工件的转速增大，通过加。工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。表面粗糙度值增大。 （3 3）磨削用量）磨削用量（2 2）砂轮修整）砂轮修整 使砂轮具有正使砂轮具有正确几何形状，也使确几何形状，也使砂轮工作表面形成砂轮工作表面形成排列整齐又锐利的排列整齐又锐利的微刃（图微刃（图2-8）。）。2.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙

15、度 图图2-8 2-8 砂轮修整微刃砂轮修整微刃第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 182 2 磨削中影响粗糙度的物理因素磨削中影响粗糙度的物理因素（1 1）磨削用量）磨削用量 砂轮的转速砂轮的转速 材料塑性变形材料塑性变形 表面粗糙度值表面粗糙度值 磨削深度磨削深度、工件速度工件速度 塑性变形塑性变形 表面粗糙度表面粗糙度 （2 2）工件材料）工件材料太硬易使磨粒磨钝太硬易使磨粒磨钝 Ra ；太软容易堵塞砂轮太软容易堵塞砂轮Ra ；韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩 落落Ra 。2.3.2 2.3.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第2 2

16、章章 机械加工表面质量机械加工表面质量193 3 砂轮五大要素砂轮五大要素粒度越细，磨削的表面粗糙度值粒度越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，砂轮易被越小。但磨粒太细时，砂轮易被磨屑堵塞，使加工表面塑性变形磨屑堵塞，使加工表面塑性变形增大。增大。硬度是指磨粒在磨削力的作硬度是指磨粒在磨削力的作用下从砂轮上脱落的难易程用下从砂轮上脱落的难易程度。砂轮太硬太软，都使磨度。砂轮太硬太软，都使磨削作用减弱。削作用减弱。砂轮磨料主要有：氧化物砂轮磨料主要有：氧化物(刚玉刚玉)砂轮适用于磨削钢类零件；碳化砂轮适用于磨削钢类零件；碳化物物(碳化硅、碳化棚碳化硅、碳化棚)砂轮适于磨砂轮适于磨削铸铁、硬

17、质合金等材料。削铸铁、硬质合金等材料。组织是指磨粒、结合剂和气孔的组织是指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比比例关系。紧密组织中的磨粒比例大，气孔小，在成形磨削和精例大，气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能获得高精度和较小密磨削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏性材料非金属软材料和热敏性材料(不不锈钢、耐热钢等锈钢、耐热钢等)，可获得较小，可获得较小的表面粗糙度值。的表面粗糙度值。将磨料粘结在一起，给砂轮以强将磨料粘结在一起，给砂轮以强度和形状的材料被称为结合剂，度

18、和形状的材料被称为结合剂，主要有陶瓷结合剂、树脂结合剂、主要有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂。橡胶结合剂、金属结合剂。 20影响磨削加工表影响磨削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素粒度粒度Ra 金刚石笔锋利金刚石笔锋利，修正导程、修正导程、 径向进给量径向进给量 Ra磨粒等高性磨粒等高性Ra硬度硬度钝化磨粒脱落钝化磨粒脱落Ra硬度硬度磨粒脱落磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性差、导热性差太硬、太软、韧性差、导热性差 Ra 砂轮砂轮V Raap工件工件V 塑变塑变 Ra粗磨粗磨ap生产率生产率精磨精磨ap Ra(ap=0光磨光磨) 工件材料性质工

19、件材料性质砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮硬度砂轮硬度2.3.22.3.2磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度返回第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量砂轮粒度砂轮粒度 212.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制表面物理力学性能表面物理力学性能金相组织变化因素金相组织变化因素显微硬度因素显微硬度因素残余应力因素残余应力因素塑变引起的冷硬塑变引起的冷硬金相组织变化引起金相组织变化引起的硬度变化的硬度变化冷塑性变形冷塑性变形热塑性变形热塑性变形金相组织变化金相组织变化切削热切削热第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面

20、质量 22 刀具几何形状的影响刀具几何形状的影响 切削用量的影响切削用量的影响 工件材料性能的影响工件材料性能的影响切削刃切削刃 r、前角前角、后面磨损量、后面磨损量 表层金属的塑变加剧表层金属的塑变加剧冷硬冷硬 切削速度切削速度v塑变塑变冷硬冷硬 f切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬 材料塑性材料塑性冷硬冷硬1 1 影响表面层加工硬化的因素影响表面层加工硬化的因素2.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 23磨削烧伤磨削烧伤：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相磨削加工时，表面层有很

21、高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、变临界点时，表层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。产生残余应力、甚至出现微观裂纹。磨削烧伤的三种形式磨削烧伤的三种形式 淬火烧伤淬火烧伤回火烧伤回火烧伤退火烧伤退火烧伤3 3 表面层金相组织变化与磨削烧伤表面层金相组织变化与磨削烧伤2.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制2 2 表面层残余应力表面层残余应力（1 1）冷态塑变（）冷态塑变（2 2）热态塑变（）热态塑变（3 3）金相组织变化）金相组织变化第第2 2章章 机械

22、加工表面质量机械加工表面质量 24磨削用量磨削用量砂轮与工件材料砂轮与工件材料改善冷却条件改善冷却条件1 1）砂轮转速）砂轮转速 磨削烧伤磨削烧伤2 2）径向进给量径向进给量f fp p 磨削烧伤磨削烧伤3 3） 轴向进给量轴向进给量f fa a磨削烧伤磨削烧伤4 4）工件速度）工件速度v vw w磨削烧伤磨削烧伤1)磨削时，磨粒的切削刃口锋利磨削时，磨粒的切削刃口锋利，见图见图2-92-9磨削力磨削力磨削区的温度磨削区的温度磨削烧伤磨削烧伤2)材料的磨削导热性材料的磨削导热性 (耐热钢、轴承耐热钢、轴承钢、不锈钢钢、不锈钢) 磨削烧伤磨削烧伤3)应合理选择砂轮的硬度、结合剂和应合理选择砂轮的

23、硬度、结合剂和组织组织磨削烧伤磨削烧伤 采用内冷却法采用内冷却法 磨削烧伤磨削烧伤，见图见图2-102-10 采用开槽砂轮采用开槽砂轮间断磨削间断磨削受热受热磨削烧伤磨削烧伤，见图见图2-112-114 4 影响磨削烧伤的因素及改善途径影响磨削烧伤的因素及改善途径2.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 251 1锥形盖锥形盖 2 2通道孔通道孔 3 3砂轮中心孔砂轮中心孔 4 4有径向小孔的薄壁套有径向小孔的薄壁套图图2-102-10 内冷却装置内冷却装置a a 槽均匀分布槽均匀分布

24、b b 槽均匀分布槽均匀分布 图图2-11 2-11 开槽砂轮开槽砂轮2-82-82.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制图图2-9 2-9 砂轮工作表面修整后的砂粒微刃砂轮工作表面修整后的砂粒微刃返回第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 26 形成压应力的方法：形成压应力的方法： 常用的方法有滚压、喷丸、高频淬火、滲碳、渗氮、氰化等。常用的方法有滚压、喷丸、高频淬火、滲碳、渗氮、氰化等。滚压深度一般滚压深度一般0.030.030.1mm0.1mm，滚压次数不超过，滚压次数不超过3 3次。滚轮可用次。滚轮可用W18Cr4V

25、W18Cr4V、硬质合金等材料制成。硬度要求硬质合金等材料制成。硬度要求HRC60-64HRC60-64以上，也可用滚珠轴承代替。以上，也可用滚珠轴承代替。2.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制图图2-12 2-12 外表面滚压工具外表面滚压工具图图a 刚性滚压工具刚性滚压工具图图b 弹性滚压工具弹性滚压工具第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 27 喷丸强化是利用喷丸强化是利用压缩空气或离心力将压缩空气或离心力将大量快速运动大量快速运动的珠丸的珠丸（直径（直径0.040.84mm）打击被加工工件打击被加工工件表面，使工

26、件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度。提高零件的疲劳强度。 珠丸可是铸铁的，也可是切成小段的钢丝。对于铝珠丸可是铸铁的，也可是切成小段的钢丝。对于铝质工件，为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜质工件，为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜采用铝丸或玻璃丸。珠丸的直径一般为采用铝丸或玻璃丸。珠丸的直径一般为0.24mm。 陶瓷喷丸陶瓷喷丸喷喷丸丸强强化化 282.3.3 2.3.3 影响表面层物理力学性能的主要因素及控制影响表面层物理力学性能的主要因素及控制返回图图2-13 2-13 常用的冷压强化工艺方法常用的冷压强化工

27、艺方法第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 292.4 2.4 机械加工中的振动机械加工中的振动 2.4.1 2.4.1 机械加工中的振动现象机械加工中的振动现象 2.4.2 2.4.2 机械加工中的强迫振动与控制机械加工中的强迫振动与控制 2.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控制机械加工中的自激振动与控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 30 振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度 和表面质量；和表面质量； 振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具

28、或砂轮的磨损； 振动使机床连接部分松动，影响运动副工作性能，并导致振动使机床连接部分松动，影响运动副工作性能，并导致 机床丧失精度；机床丧失精度； 振动产生的噪声，污染环境，危害操作者的身心健康。振动产生的噪声，污染环境，危害操作者的身心健康。 1 1 振动对机械加工的影响振动对机械加工的影响2.4.1 2.4.1 机械加工中的振动现象机械加工中的振动现象第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 312 2 振动的种类及其主要特点振动的种类及其主要特点机械加工振动机械加工振动自激振动自激振动自由振动自由振动强迫振动强迫振动当系统受到初始干扰力激励破当系统受到初始干扰力激励破坏了其平衡状

29、态后，系统仅靠坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。自由振动。系统在周期性激振力持续作用系统在周期性激振力持续作用下产生的振动，称为强迫振动。下产生的振动，称为强迫振动。激振力存在振动系统就不激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。（占会被阻尼衰减掉。（占35%)没有周期性干扰力作用的情没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。动，称为自激振动。(占占65%)2.4.1 2.4.1 机械加工中的振动现象机械加工中的振动现象第第2 2章章 机械加工表面质

30、量机械加工表面质量 32 外部振源：冲床、锻锤、粉碎机、空压机、振源动造型机、外部振源：冲床、锻锤、粉碎机、空压机、振源动造型机、落砂机、飞机、载重汽车、火车、天车等。落砂机、飞机、载重汽车、火车、天车等。 高速旋转部件不平衡：主轴、三爪夹盘、电机、工夹具系统、高速旋转部件不平衡：主轴、三爪夹盘、电机、工夹具系统、齿轮、皮带轮、万向节、液压系统等，见图齿轮、皮带轮、万向节、液压系统等，见图2-14。 不连续切削产生交变负荷：刀齿不连续、加工表面不连续。不连续切削产生交变负荷：刀齿不连续、加工表面不连续。2.4.1 2.4.1 机械加工中的振动现象机械加工中的振动现象返回图图2-14 2-14

31、振动振源振动振源第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 33 (1) 强迫振动是在外界周期性干扰力的作用下产生的，但振动本身并不能引强迫振动是在外界周期性干扰力的作用下产生的，但振动本身并不能引起干扰力的变化；起干扰力的变化； (2) 强迫振动的频率总是与外界干扰力的频率相同或是它的整数倍；强迫振动的频率总是与外界干扰力的频率相同或是它的整数倍； (3) 强迫振动的振幅大小在很大程度上取决于干扰力的频率与系统固有频率强迫振动的振幅大小在很大程度上取决于干扰力的频率与系统固有频率的比值。当这一比值等于或接近于的比值。当这一比值等于或接近于1时，振幅将达到最大值，通常称为时，振幅将达到最

32、大值，通常称为“共振共振”； (4) 强迫振动的振幅大小还与干扰力、系统刚度及其阻尼系数有关。干扰力强迫振动的振幅大小还与干扰力、系统刚度及其阻尼系数有关。干扰力越大，刚度及阻尼系数越小，则振幅越大。越大，刚度及阻尼系数越小，则振幅越大。 2 强迫振动的特征强迫振动的特征系统外部的周期性干扰力系统外部的周期性干扰力旋转零件的质量偏心旋转零件的质量偏心传动机构的缺陷传动机构的缺陷切削过程的间隙特性切削过程的间隙特性 2.4.2 2.4.2 机械加工中的强迫振动与控制机械加工中的强迫振动与控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量1 强迫振动的振源强迫振动的振源 34 机内振源主要有：机

33、内振源主要有： (1) (1) 机床上各个电动机的振动，包括电动机转子旋转不平机床上各个电动机的振动，包括电动机转子旋转不平衡及电磁力不平衡引起的振动；衡及电磁力不平衡引起的振动； (2) (2) 机床上各回转零件的不平衡，如砂轮、皮带轮、卡盘、机床上各回转零件的不平衡，如砂轮、皮带轮、卡盘、刀盘和工件等的不平衡引起的振动；刀盘和工件等的不平衡引起的振动； (3) (3) 运动传递过程中引起的振动，如齿轮啮合时的冲击，运动传递过程中引起的振动，如齿轮啮合时的冲击，皮带传动中平皮带的接头，三角皮带的厚度不均匀，皮带轮不皮带传动中平皮带的接头，三角皮带的厚度不均匀，皮带轮不圆，轴承滚动体尺寸及形状

34、误差等引起的振动；圆，轴承滚动体尺寸及形状误差等引起的振动； (4) (4) 往复运动部件的惯性力；往复运动部件的惯性力； (5) (5) 不均匀或断续切削时的冲击，例如铣削、拉削加工中，不均匀或断续切削时的冲击，例如铣削、拉削加工中，刀齿在切人或切出工件时，车削带有键槽的工件表面时；刀齿在切人或切出工件时，车削带有键槽的工件表面时； (6) (6) 液压传动系统压力脉动引起的振动等。液压传动系统压力脉动引起的振动等。2.4.2 2.4.2 机械加工中的强迫振动与控制机械加工中的强迫振动与控制3 强迫振动产生的原因强迫振动产生的原因第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 35减小激振

35、力减小激振力 调整振源频率调整振源频率 提高工艺系统的刚度和阻尼提高工艺系统的刚度和阻尼 采取隔振措施采取隔振措施采用减振装置。采用减振装置。2.4.2 2.4.2 机械加工中的强迫振动与控制机械加工中的强迫振动与控制4 减小强迫振动的措施减小强迫振动的措施第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 36 （1 1）减小激振力）减小激振力 , ,减少振幅。减少振幅。 （2 2）调节振源频率）调节振源频率 当当f f激激=f=f固时发生共振，避开共振区。固时发生共振，避开共振区。 （3 3）消振）消振 加干扰质量加干扰质量m m，使，使F F干扰干扰=F=F激振，见图激振，见图2- 152

36、- 15 ；加阻尼，如加大粘度润滑油，；加阻尼，如加大粘度润滑油，如图如图2-162-16所示为车刀消振器。刀头上固定了以铅制成的消振块。所示为车刀消振器。刀头上固定了以铅制成的消振块。2.4.2 2.4.2 机械加工中的强迫振动与控制机械加工中的强迫振动与控制图图2-15 2-15 加干扰质量加干扰质量1 1 螺钉螺钉 2 2 弹簧弹簧 3 3 消振块消振块图图2-16 2-16 车刀消振器车刀消振器5 具体对策具体对策第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 37 （4 4）高速运转的部件充分平衡）高速运转的部件充分平衡 当当n500r/minn500r/min时，可在不平衡质量的

37、反面附加平衡块。时，可在不平衡质量的反面附加平衡块。 （5 5）隔振）隔振 隔离受振体，见图隔离受振体，见图2-172-17所示。挖防振沟，见图所示。挖防振沟，见图2-182-18。 （6 6）以液压传动代替机械传动；直流马达代替交流马达；滑动轴承代替）以液压传动代替机械传动；直流马达代替交流马达；滑动轴承代替滚动轴承；结构上进行抗振设计等。滚动轴承；结构上进行抗振设计等。 2.4.2 2.4.2 机械加工中的强迫振动与控制机械加工中的强迫振动与控制1 1 工作台工作台 2 2 橡胶垫橡胶垫 3 3 钢板钢板4 4 螺栓、螺母、垫片螺栓、螺母、垫片 5 5 电机电机图图2-17 2-17 隔离

38、受振体隔离受振体返回图图2-18 2-18 隔离受振体隔离受振体第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 381 1 自激振动的产生自激振动的产生 自激振动是由振动系统（工艺系统）和调节系统（切自激振动是由振动系统（工艺系统）和调节系统（切削过程）两个环节组成的一个闭环系统，见图削过程）两个环节组成的一个闭环系统，见图2-192-19所示。所示。工艺系统的振动一停止，动态切削力也就随之消失。工艺系统的振动一停止，动态切削力也就随之消失。2.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控制机械加工中的自激振动与控制图图2-19 2-19 自激振动系统的组成自激振动系统的组成第第2 2章章

39、机械加工表面质量机械加工表面质量 39 3 3 强迫振动与自激振动的区别强迫振动与自激振动的区别 首先分析可能的振源（外部振源一般明显），测定频率与工首先分析可能的振源（外部振源一般明显），测定频率与工件上的振痕频率相比较，若相同即为强迫振动。件上的振痕频率相比较，若相同即为强迫振动。f外振外振=f工件工件。 测定振幅测定振幅A后改变后改变V、f、ap，A随之而变者是自激振动，而随之而变者是自激振动，而强迫振动（除非连续切削外）不变。强迫振动（除非连续切削外）不变。 没有外力干扰下产生的振动，停止切削，振动消失者为自激没有外力干扰下产生的振动，停止切削，振动消失者为自激振动。振动。2 2 自激

40、振动的特征自激振动的特征 切削停止切削停止振动消失，无余振；振动消失，无余振； 振幅大小随切削用量而变；振幅大小随切削用量而变； 切削过程振动，是可逆的，即振动可反过来影响切削过切削过程振动，是可逆的，即振动可反过来影响切削过程。振动不自行衰减，频率较高且程。振动不自行衰减，频率较高且f振振f固固。2.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控制机械加工中的自激振动与控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 40减振装置减振装置（1 1）阻尼器）阻尼器图图2-20 2-20 阻尼器减振装置阻尼器减振装置4 4 控制自激振动的途径控制自激振动的途径（2 2）吸振器）吸振器图图2-2

41、1 2-21 用于镗刀杆的动力吸振器用于镗刀杆的动力吸振器 1 1自由质量自由质量2 2弹簧弹簧3 3螺钉螺钉图图2-22 2-22 冲击式吸振器冲击式吸振器2.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控制机械加工中的自激振动与控制第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 41 采用减振器，如在镗杆上加工孔，在孔内放置铅块消采用减振器，如在镗杆上加工孔，在孔内放置铅块消振，见图振，见图2-232-23，图，图2-242-24为车床用液压减振器，利用油液通为车床用液压减振器，利用油液通过节流孔的阻尼来减振。过节流孔的阻尼来减振。2.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控制机械加工

42、中的自激振动与控制图图2-23 2-23 减振镗杆减振镗杆1 1、4 4、5 5 活塞活塞 2 2 工件工件 3 3 节流阀节流阀 6 6 弹簧弹簧图图2-24 2-24 液压减振器液压减振器（3 3）采用其他消振阻尼装置）采用其他消振阻尼装置第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 422.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控制机械加工中的自激振动与控制1 1 滚动轴承滚动轴承 2 2 工件工件 3 3 触头触头4 4 消振杆消振杆 5 5 壳体壳体 6 6 密封圈密封圈图图2-24 2-24 固体摩擦阻振器固体摩擦阻振器第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 43

43、 速度：速度：V V只在一定范围内只在一定范围内A A最大，见图最大，见图2-2-25a25a。 走刀量：走刀量：f f0.04mm/r0.04mm/r以后以后f f可使可使AA，但残留面积但残留面积，见图，见图2-25b2-25b。 切深：切深：当当apap时，时，AA，见图，见图2-25c2-25c。 刀具角度：刀具角度：合理选择刀具角度合理选择刀具角度前角前角00；主偏角主偏角KK；后角；后角都可使都可使AA。 其他：其他：工艺系统的抗振性工艺系统的抗振性工艺系统的工艺系统的刚度；刚度；接触刚度；接触刚度；系统阻尼都可使系统阻尼都可使AA。2.4.3 2.4.3 机械加工中的自激振动与控

44、制机械加工中的自激振动与控制返回a a 速度速度 b b 走刀量走刀量 c c 切深切深图图2-25 2-25 刀具的切削用量与振幅的关系刀具的切削用量与振幅的关系（4 4）合理选择切削用量及刀具参数）合理选择切削用量及刀具参数 第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 442.5 2.5 超精研、研磨、珩磨、抛光超精研、研磨、珩磨、抛光 2.5.1 2.5.1 超精研超精研 2.5.2 2.5.2 研磨研磨 2.5.3 2.5.3 珩磨珩磨 2.5.4 2.5.4 抛光抛光第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 45超精研、研磨、珩磨、抛光加工的共同特点是：超精研、研磨、珩

45、磨、抛光加工的共同特点是：1 不选择切削用量，只限定压强和加工时间不选择切削用量，只限定压强和加工时间2 无需精密机床、降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显无需精密机床、降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显3 加工余量小加工余量小2.5 2.5 超精研、研磨、珩磨、抛光超精研、研磨、珩磨、抛光网状砂轮网状砂轮 金刚石砂轮金刚石砂轮第第2 2章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 46 1 1 工作原理：采用细粒度的磨条工作原理：采用细粒度的磨条在一定压力和切削速度下往复运动，在一定压力和切削速度下往复运动，对表面进行光整加工。对表面进行光整加工。 2 2 切削过程：可分为四个阶段切削过程：可分为四个阶段 （1 1）强烈切削阶段：少数波峰上压强很大，切削作用剧烈。）强烈切削阶段：少数波峰上压强很大，切削作用剧烈。 （2 2）正常切削阶段：接触面积增大，接触压强减小，切削作用减弱。）正常切削阶段：接触面积增大，接触压强减小，切削作用减弱。 （3 3）微弱切