机械加工表面质量及其控制3章-1

1、123456789101112131415161718192021222324252627无氧铜镜面三维形貌及表面轮廓曲线2829加工纹理方向及其符号标注3031加工变质层模型 323334353637383940Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷表面粗糙度与初始磨损量关系冷硬程度磨损量T7A钢冷硬程度与耐磨性关系41424344454647q积屑瘤和切削表面塑性变形48q积屑瘤和切削表面塑性变形49q积屑瘤和切削表面塑性变形50q积屑瘤和切削表面塑性变形51切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v/（mmin-1）020406080140表面粗糙度Rz/m481216202428积屑瘤高

2、度 h/m 0200400600hRzq积屑瘤和切削表面塑性变形52q积屑瘤和切削表面塑性变形53q积屑瘤和切削表面塑性变形54q积屑瘤和切削表面塑性变形55q积屑瘤和切削表面塑性变形56575859606162从几何因素和塑性变形两方面影响磨削用量对表面粗糙度的影响vw = 40m/minf = 2.36m/minap = 0.01mmv = 50m/sf = 2.36m/minap = 0.01mmv/(ms-1),vw/(mmin-1)Ra/m0304050600.51.0a）ap/mm00.010.40.8Ra/m00.20.60.020.030.04b）光磨次数-Ra关系Ra/m01

3、020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)6364工件驱动箱放大器处理器记录器显示器触针传感器触针法工作原理656667686970干涉显微镜测量原理1光源 2、10、15聚光镜 3滤色片 4光阑 5透镜 6、9物镜 7分光镜 8补偿镜 10、14、16反射镜 12目镜 13透光窗71表面三维形貌测量与处理系统原理图1驱动 2撞块 3电触点 4触针 5工作台 6工件 7步进电机 8控制电路 9驱动电路 10放大电路 11A/D变换器 12微机 13显示器 14打印机72TOPO移相干涉显微镜光学原理图1光源 2、4、12透镜 3视场光

4、阑 6干涉滤光片 7CCD面阵探测器 8输出信号 9目镜 10分光镜 11压电陶瓷 13反射镜 14参考基准板 15分光板 16被测工件73表面微观形貌a）表面形貌干涉条纹 b）表面三维形貌a）b）),(4),(22/),(),(),(),(),(tan),(31241yxyxyxZyxIyxIyxIyxIyx相位值：轮廓高度：747576777879加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化加工表面金属处于不稳定状态，有弱化的潜在趋势式中 HV 硬化层显微硬度（HV）； HV0 基体层显微硬度（HV）。%10000HVHVHVN80

5、81莫氏硬度计 82洛氏硬度计 83洛氏硬度计 84洛氏硬度计 85布氏硬度计 86布氏硬度计 87维氏硬度计 88维氏硬度计 89努氏硬度计 90显微硬度计 91巴氏硬度计 92巴氏硬度计 93肖（邵）氏硬度计 94里氏硬度计 95水果硬度计 96土壤硬度计 97乒乓球硬度？ 300mm,230mm 98切削用量影响刀具影响00.20.40.60.81.0磨损宽度VBmm100180260340硬度(HV)50钢，v = 40m/min f = 0.120.2mm/z后刀面磨损对冷硬影响工件材料f 和 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f /(mm r-1)0.20.40.60.8v =170m

6、/min135m/min100m/min 50m/min100200300400工件材料：45钢99磨削用量砂轮工件材料磨削深度对冷硬的影响ap/mm硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削100表层显微硬度HV硬化层深度测量101102103104105106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 107108109110111112113f 对残余应力的影响工件

7、：45钢，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 残余应力/GPa0.2000.2001 00200300400距离表面深度/m f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/rvc 对残余应力的影响o=5,o=5,r=75,r=0.8mm,工件：45钢切削条件：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-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min114115 116117118 119 120滚压加工原理图珠丸挤压引起残余应力 压缩拉伸塑性

8、变形区域121122v 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，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 由于系统中存在阻尼，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123v 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

9、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124自激振动系统能量关系A B C能量EQEE0振幅电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)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）125再生原理126再生原理再生自激振动原理图f切入切出y0ya）b）y0y切入切出fc）fy0y切入切出d）切入切出fy0ya）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127振型耦合原理128负摩擦原理129切削力滞后原理v

10、Fpkc振出振入xFp130强迫振动诊断依据强迫振动诊断步骤131诊断参数相位差相位差测量与计算JJnfJz60 为控制诊断要领132诊断参数y 向振动相对于 x 向振动的相位差诊断要领相位差测量与计算x(t) 与 y(t) 的互功率谱密度函数Sxy()在主振频率成分上的相位值获得133工作条件与测试装置工作条件测试装置134诊断过程与诊断结果切削试验与空转试验空转信号自谱图车削过程振动信号自谱图自谱图分析135互谱相频特性及凝聚函数x 向振动信号频率细化互谱分析判定自激振动类型9987. 02xy136减小机内干扰力的幅值调整振源的频率：式中 f 和 fn 分别为振源频率和系统固有频率隔振常用隔振材料有橡皮、金属弹簧、空气弹簧、泡沫乳胶、软木、矿渣棉、木屑等0.25nfff137减小切削或磨削时的重叠系数式中 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。 重叠系数apfaB振动方向XDfbbda）切削b）磨削rr，dabBfbB（切削）（磨削）138调整振动系统小刚度主轴的位置x2x2x1x1x1x1x2x2两种尾座结构增