5-4,5表面质量、振动

1、 (第五章) 第四节 机械加工表面质量 零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。 机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、 裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米几十微米)，但都错综复杂地影响着机械零件的精度、配合精度、耐磨性、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。一、 概 述零件表面面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化表面质量量的含义义（内容容）（1）表表面粗糙糙度对零零件耐磨磨性的影影响 a.表面粗糙糙度太大大和太小

2、小都不耐耐磨。表面粗糙糙度太大，接触表表面的实实际压强强增大，粗糙不不平的凸凸峰相互互咬合、挤裂、切断，故磨损损加剧；表面粗糙糙度太小，也会导导致磨损损加剧。因为表表面太光光滑，存存不住润润滑油，接触面面间不易易形成油油膜，容容易发生生分子粘粘结而加加剧磨损损。二、表面面质量对对零件使使用性能能的影响响1表面质量对零件耐磨性的影响图5-70 p199表面粗糙糙度与初初期磨损损量的关关系b.表面粗糙糙度的最最佳值与与机器零零件的工工作情况况有关.载荷加大大时，磨磨损曲线线向上、向右移移动，最最佳表面面粗糙度度值也随随之右移移。如图5-70所示。（2）表表面层的的冷作硬硬化对零零件耐磨磨性的影影响

3、加工表面面的冷作作硬化，一般能能提高零零件的耐耐磨性。因为它使使磨擦副副表面层层金属的的显微硬硬度提高高，塑性性降低，减少了了摩擦副副接触部部分的弹弹性变形形和塑性性变形。并非冷作作硬化程程度越高高，耐磨磨性就越越高。这是因为为过分的的冷作硬硬化，将将引起金金属组织织过度“疏松”，在相相对运动动中可能能会产生生金属剥剥落，在在接触面面间形成成小颗粒粒，使零零件加速速磨损。2表面质量对零件疲劳强度的影响（1）表表面粗糙糙度对零零件疲劳劳强度的的影响表面粗糙糙度越大大，抗疲疲劳破坏坏的能力力越差。特别是对对承受交交变载荷荷零件的的疲劳强强度影响响很大。在交变变载荷作作用下，表面粗粗糙度的的凹谷部部

4、位容易易引起应应力集中中，产生生疲劳裂裂纹。表面粗糙糙度值越越小，表表面缺陷陷越少，工件耐耐疲劳性性越好；反之，加工表表面越粗粗糙，表表面的纹纹痕越深深，纹底底半径越越小，其其抗疲劳劳破坏的的能力越越差。（2）表表面层冷冷作硬化化与残余余应力对对零件疲疲劳强度度的影响响适度的表表面层冷冷作硬化化能提高高零件的的疲劳强强度。残余应力力有拉应应力和压压应力之之分，残余拉应应力容易使已已加工表表面产生生裂纹并并使其扩扩展而降低疲劳劳强度残余压应应力则能够部部分地抵抵消工作作载荷施施加的拉拉应力，延缓疲疲劳裂纹纹的扩展展，从而而提高零件件的疲劳劳强度。3.表面面质量对对零件工工作精度度的影响响（1）表

5、表面粗糙糙度对零零件配合合精度的的影响表面粗糙糙度较大大，则降降低了配配合精度度。（2）表表面残余余应力对对零件工工作精度度的影响响表面层有有较大的的残余应应力，就就会影响响零件精精度的稳稳定性。4表面面质量对对零件耐耐腐蚀性性能的影影响（1）表表面粗糙糙度对零零件耐腐腐蚀性能能的影响响零件表面面越粗糙糙，越容容易积聚聚腐蚀性性物质，凹谷越越深，渗渗透与腐腐蚀作用用越强烈烈。因此减小零件件表面粗粗糙度，可以提提高零件件的耐腐腐蚀性能能。（2）表表面残余余应力对对零件耐耐腐蚀性性能的影影响零件表面面残余压压应力使使零件表表面紧密密，腐蚀蚀性物质质不易进进入，可可增强零零件的耐耐腐蚀性性，而表表面

6、残余余拉应力力则降低低零件耐耐腐蚀性性。5表面质量量对零件件使用性性能还有有其它方方面的影影响：如减小表表面粗糙糙度可提提高零件件的接触触刚度、密封性性和测量量精度；对滑动动零件，可降低低其摩擦擦系数，从而减减少发热热和功率率损失。表面质量量对零件件使用性性能的影影响零件表面面质量粗糙度太太大、太太小都不不耐磨适度冷硬硬能提高高耐磨性性对疲劳强强度的影影响对耐磨性性影响对耐腐蚀蚀性能的的影响对工作精精度的影影响粗糙度越越大，疲疲劳强度度越差适度冷硬硬、残余余压应力力能提高高疲劳强强度粗糙度越越大、工工作精度度降低残余应力力越大，工作精精度降低低粗糙度越越大，耐耐腐蚀性性越差压应力提提高耐腐腐蚀

7、性，拉应力力反之则则降低耐耐腐蚀性性三、影影响加加工表面面粗糙度度的主要要因素及及其控制制机械加工工中，表表面粗糙糙度形成成的原因因大致可可归纳为为几何因因素和物物理力学学因素两两个方面面。（一）切切削加工工表面粗粗糙度1、几何何因素刀尖圆弧弧半径r主偏角kr、副偏角kr进给量f（图5-71）图5-71 p200车削、刨刨削时残残留面积积高度车削、刨刨削时残残留面积积高度:H=f/(cotr+cotr)H=f2/(8r)2、物理理力学因因素（1）工工件材料料的影响响韧性材料料：工件件材料韧韧性愈好好，金属属塑性变变形愈大大，加工工表面愈愈粗糙。故对中碳碳钢和低低碳钢材材料的工工件，为为改善切切

8、削性能能，减小小表面粗粗糙度，常在粗粗加工或或精加工工前安排排正火或或调质处处理。脆性材料料：加工工脆性材材料时，其切削削呈碎粒粒状，由由于切屑屑的崩碎碎而在加加工表面面留下许许多麻点点，使表表面粗糙糙。（2）切切削速度度的影响响加工塑性性材料时时，切削削速度对对表面粗粗糙度的的影响（对积屑屑瘤和鳞鳞刺的影影响）如如图5-75曲线所示示。此外，切切削速度度越高，塑性变变形越不不充分，表面粗粗糙度值值越小。选择低速速宽刀精精切和高高速精切切，可以以得到较较小的表表面粗糙糙度。（4）其其它因素素的影响响此外，合合理使用用冷却润润滑液，适当增增大刀具具的前角角，提高高刀具的的刃磨质质量等，均能有有效

9、地减减小表面面粗糙度度值。（3）进进给量的的影响减小进给给量f固然可以以减小表表面粗糙糙度值，但进给量过过小，表表面粗糙糙度会有有增大的的趋势。图5-75 p202加工塑性性材料时时切削速速度对表表面粗糙糙度的影影响影响切削削加工表表面粗糙糙度的因因素刀具几何何形状刀具材料料、刃磨磨质量切削用量量工件材料料残留面积 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃倾角会影响实际工作前角 v Raf Raap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性 Ra同样材料晶粒组织大 Ra，常用正火、调质处理刀具材料强度 Ra刃磨质量 Ra冷却、润滑 Ra影响切削削加工表表面粗糙糙度的因因素（二）磨磨削加工工表面粗粗

10、糙度(简介)1、磨磨削中影影响粗糙糙度的几几何因素素工件的磨磨削表面面是由砂砂轮上大大量磨粒粒刻划出出无数极极细的刻刻痕形成成的，工工件单位位面积上上通过的的砂粒数数越多，则刻痕痕越多，刻痕的的等高性性越好，表面粗粗糙度值值越小。磨粒在砂砂轮上的的分布越越均匀、磨粒越越细，刃刃口的等等高性越越好。则则砂轮单单位面积积上参加加磨削的的磨粒越越多，磨磨削表面面上的刻刻痕就越越细密均均匀，表表面粗糙糙度值就就越小。（1）砂砂轮的磨磨粒砂轮转速速越高，单位时时间内通通过被磨磨表面的的磨粒数数越多，表面粗粗糙度值值就越小小。工件转速速对表面面粗糙度度值的影影响刚好好与砂轮轮转速的的影响相相反。工件的转转

11、速增大大，通过过加工表表面的磨磨粒数减减少，因因此表面面粗糙度度值增大大。砂轮的纵纵向进给给量小于于砂轮的的宽度时时，工件件表面将将被重叠叠切削，而被磨磨次数越越多，工工件表面面粗糙度度值就越越小。（3）磨磨削用量量（2）砂砂轮修整整砂轮修整整除了使使砂轮具具有正确确的几何何形状外外，更重重要的是是使砂轮轮工作表表面形成成排列整整齐而又又锐利的的微刃（如下图5-77）。因此此，砂轮轮修整的的质量对对磨削表表面的粗粗糙度影影响很大大。图5-77 p203砂轮上的的磨粒2、磨磨削中影影响粗糙糙度的物物理因素素磨削速度度比一般般切削速速度高得得多，且且磨粒大大多数是是负前角角，切削削刃又不不锐利，大

12、多数数磨粒在在磨削过过程中只只是对被被加工表表面挤压压，没有有切削作作用。加加工表面面在多次次挤压下下出现沟沟槽与隆隆起，又又由于磨磨削时的的高温更更加剧了了塑性变变形，故故表面粗粗糙度值值增大。（1）磨磨削用量量砂轮的转转速材料塑性性变形表面粗糙糙度值；磨削深度度、工件速度度塑性变形形表面粗糙糙度值；为提高磨磨削效率率，通常常在开始始磨削时时采用较较大的径径向进给给量，而而在磨削削后期采采用较小小的径向向进给量量或无进进给量磨磨削，以以减小表表面粗糙糙度值。（2）工工件材料料太硬易使使磨粒磨磨钝Ra；太软容易易堵塞砂砂轮Ra；韧性太大大，热导导率差会会使磨粒粒早期崩崩落Ra 。（2）砂砂轮粒

13、度度与硬度度磨粒太细细，砂轮轮易被磨磨屑堵塞塞，使表表面粗糙糙度值增增大，若若导热情情况不好好，还会会烧伤工工件表面面。砂轮太硬硬，使表表面粗糙糙度增大大；砂轮选得得太软，使表面面粗糙度度值增大大。影响磨削削加工表表面粗糙糙度的因因素粒度Ra 金刚石笔锋利，修正导程、径向进给量 Ra磨粒等高性Ra硬度钝化磨粒脱落 Ra硬度磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差 Ra影响磨削削加工表表面粗糙糙度的因因素砂轮粒度度工件材料料性质砂轮修正正磨削用量量砂轮硬度度砂轮V Raap、工件V 塑变 Ra粗磨ap生产率精磨ap Ra(ap=0光磨) 四、影影响表表面层物物理力学学性能的的

14、主要因素素及其控控制影响表面面层物理理力学性性能的主主要因素素表面物理理力学性性能影响金相组织变化因素影响显微硬度因素影响残余应力因素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变形热塑性变形金相组织变化切削热1.表表面层的的冷作硬硬化（1）表表面层层加工硬硬化的产产生定义：机械加工工时，工工件表面面层金属属受到切切削力的的作用产产生强烈烈的塑性性变形，使晶格格扭曲，晶粒间间产生剪剪切滑移移，晶粒粒被拉长长、纤维维化甚至至碎化，从而使使表面层层的强度度和硬度度增加，这种现现象称为为加工硬硬化，又又称冷作作硬化和和强化。（2）衡衡量表表面层加加工硬化化的指标标衡量表面面层加工工硬化程程度的指指

15、标有下下列三项项：1）表面面层的显显微硬度度HV；2）硬化层深深度h；3）硬化程度度NN=(HV-HV0)/HV0100式中HV0工件原表表面层的的显微硬硬度。（3）影影响表面面层加工工硬化的的因素刀具几几何形状状的影响响切削刃 r、前角、后面磨损量VB 表层金属的塑变加剧冷硬切削用用量的影影响 切削速度v塑变冷硬 f切削力塑变冷硬工件材材料性能能的影响响 材料塑性冷硬2.表表面层层残余应应力定义：机械加工工中工件件表面层层组织发发生变化化时，在在表面层层及其与与基体材材料的交交界处会会产生互互相平衡衡的应力力。这种种应力即即为表面面层的残残余应力力。（1）表表面层残残余应力力的产生生1）冷态

16、塑变变 工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。2）热热态态塑变 表层产生残余拉应力，里层产生残余压应力(其分析见下图)3）金金相组织织变化 比容大的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。（密度小，比容大）图切削热在在表层金金属产生生残余拉拉应力的的示意图图机械加工工后工件件表面层层的残余余应力是是冷态塑性性变形、热态态塑塑性变形形和金相相组织变变化的综综合结果果。切削加工工时起主要作作用的往往往是冷冷态塑性性变形，表面层层常产生生残余压压缩应力力。磨削加工工时起主要作作用的通通常是热热态塑性性变

17、形或或金相组组织变化化引起的的体积变变化，表表面层常常产生残残余拉伸伸应力。（2）磨磨削裂纹纹的产生生磨削裂纹纹和残余余应力有有着十分分密切的的关系。在磨削削过程中中，当工工件表面面层产生生的残余余应力超超过工件件材料的的强度极极限时，工件表表面就会会产生裂裂纹。磨磨削裂纹纹常与烧烧伤同时时出现。（3）影影响表面面残余应应力的主主要因素素切削加工工中，由由于切削削热的作作用，在在工件的的加工区区及其邻邻近区域域产生了了一定的的温升。定义：磨削加工工时，表表面层有有很高的的温度，当温度度达到相相变临界界点时，表层金金属就发发生金相相组织变变化，强强度和硬硬度降低低、产生生残余应应力、甚甚至出现现

18、微观裂裂纹。这这种现象象称为磨磨削烧伤伤。淬火钢在在磨削时时，由于于磨削条条件不同同，产生生的磨削削烧伤有有三种形形式。3、表面面层金相相组织变变化与磨磨削烧伤伤(1).表面层层金相组组织变化化与磨削削烧伤的的产生淬火烧伤伤回火烧伤伤退火烧伤伤磨削时工工件表面面温度超超过相变变临界温度(Ac3)时，则马马氏体转转变为奥奥氏体。在冷却液作作用下，工件最最外层金金属会出出现二次淬火马马氏体组组织。其其硬度比比原来的的回火马氏体高高，但很很薄，其其下为硬硬度较低低的回火索氏体体和屈氏氏体。由由于二次次淬火层层极薄，表面层总总的硬度度是降低低的，这这种现象象称为淬火烧伤伤。磨削时，如果工工件表面面层温

19、度度只是超过原原来的回回火温度度，则表表层原来来的回火马马氏体组组织将产产生回火火现象而而转变为硬硬度较低低的回火火组织（索氏体体或屈氏体体），这这种现象象称为回回火烧伤伤。磨削时，当工件件表面层层温度超超过相变临界界温度(Ac3)时，则马马氏体转转变为奥氏体体。若此此时无冷冷却液，表层金金属空冷冷冷却比较较缓慢而而形成退退火组织织。硬度和强强度均大大幅度下下降。这这种现象象称为退火火烧伤。(2). 磨削削烧伤的的三种形形式磨削用量量砂轮与工工件材料料改善冷却却条件1）砂轮转速速 磨削烧伤伤2）径向进给给量fp磨削烧伤伤3）轴向进给给量fa磨削烧伤伤4）工件件速度vw磨削烧伤伤1)磨削削时，砂

20、砂轮表面面上磨粒粒的切削削刃口锋利磨削削力磨削区区的温度度磨削烧伤伤2)磨削削导热性性差的材材料(耐耐热钢、轴承钢、不锈锈钢)磨削削烧伤3)应合合理选择择砂轮的的硬度、结合剂剂和组织磨磨削烧伤伤采用内冷冷却法磨削烧烧伤如下图(3).影响磨磨削烧伤伤的因素素及改善善途径采用开槽槽砂轮间断磨削削受热热磨削烧烧伤如后图5-86图内冷却装装置1锥形形盖2通通道孔3砂轮中中心孔4有径径向小孔孔的薄壁壁套图5-86 p206开槽砂轮轮a）槽均匀分分布b）槽不均匀匀分布五、提提高表表面层物物理力学学性能的的加工方方法1滚压压加工滚压加工工是利用用经过淬淬火和精精细研磨磨过的滚滚轮或滚滚珠，在在常温状状态下对

21、对金属表表面进行行挤压，使受压压点产生生弹性和和塑性变变形，表表层的凸凸起部分分向下压压，凹下下部分向向上挤，逐渐将将前工序序留下的的波峰压压平，降低了表表面粗糙糙度；同同时它还还能使工工件表面面产生硬硬化层和和残余压压应力。因此提提高了零零件的承承载能力力和疲劳劳强度。滚压加工工可以加加工外圆圆、孔、平面及及成型表表面，通通常在普普通车床床、转塔塔车床或或自动车车床上进进行。如下图为典型的的滚压加加工示意意图。图滚滚压压加工原原理2.喷喷丸强化化喷丸强化化是利用用大量快快速运动动的珠丸丸打击被被加工工工件表面面，使工工件表面面产生冷冷硬层和和压缩残残余应力力，可显显著提高高零件的的疲劳强强度

22、。珠丸可以以是铸铁铁的，也也可以是是切成小小段的钢钢丝（使使用一段段时间后后，自然然变成球球状）。对于铝铝质工件件，为避避免表面面残留铁铁质微粒粒而引起起电解腐腐蚀，宜宜采用铝铝丸或玻玻璃丸。珠丸的直直径一般般为0.24mm。对于尺寸寸较小、表面粗粗糙度值值较小的的工件，采用直直径较小小的珠丸丸。喷丸强化化主要用用于强化化形状复复杂或不不宜用其其它方法法强化的的工件，如板弹弹簧、螺螺旋弹簧簧、连杆杆、齿轮轮、焊缝缝等。经喷丸加加工后的的表面，硬化层层深度可可达0.7mm，零件表面面粗糙度度值可由由Ra52.5m减小到Ra0.630.32m ，可几倍甚甚至几十十倍地提提高零件件的使用用寿命。第五

23、节机机械械加工中中的振动动（略）振动会在在工件加加工表面面出现振振纹，降降低了工工件的加加工精度度和表面面质量；振动会引引起刀具具崩刃打打刀现象象并加速速刀具或或砂轮的的磨损；振动使机机床连接接部分松松动，影影响运动动副的工工作性能能，并导导致机床床丧失精精度；强烈的振振动及伴伴随而来来的噪声声，还会会污染环环境，危危害操作作者的身身心健康康。为减减小加工工过程中中的振动动，有时时不得不不降低切切削用量量，使机机械加工工生产率率降低。一、机械械加工中中的振动动现象1、振动动对机械械加工的的影响机械加工工中振动动的种类类及其主主要特点点机械加工工振动自激振动自由振动强迫振动当系统受受到初始始干扰

24、力力激励破坏了了其平衡衡状态后后，系统统仅靠弹性性恢复力力来维持持的振动动称为自由由振动。由于总总存在阻阻尼，自由由振动将将逐渐衰衰减，如如下图a所示。(占5%)系统在周周期性激激振力(干扰力)持续续作用下下产生的的振动，称为强迫振振动。强强迫振动动的稳态态过程是谐谐振动，只要有有激振力力存在振动动系统就就不会被被阻尼衰衰减掉。如如下图b所示。(占35%)在没有周周期性干干扰力作作用的情况下下，由振振动系统统本身产产生的交变变力所激激发和维维持的振振动，称为为自激振振动。切切削过程程中产生的的自激振振动也称称为颤振振。(占65%)图a图b自由振动动逐渐衰衰减强迫振动动一）强迫振动的振源系统外部

25、部的周期期性干扰扰力旋转零件件的质量量偏心传动机构构的缺陷陷切削过程程的间隙隙特性二、机械械加工中中的强迫迫振动与与控制二）强迫振动的数学描述及特性1、动力学模型的建立几点假设设：1）（a）只有质量量、没有有弹性的的集中质质量，（b）只有弹性性、没有有质量的的集中弹弹簧；2）阻尼力在在线性范范围内，即：3）系统统在平衡衡位置附附近作微微小的振振动（图1示）图1内内圆磨磨削振动动系统a)模型示意意图b）动力学模模型c）受力图根据牛顿顿运动规规律建立立微分方方程：式中衰减系数数，0系统无阻阻尼振动动时的固固有频率率，激振力频频率该式是一一个二阶阶常系数数线性非非齐次微微分方程程。根据据微分方程理论

26、论，当系系统为小小阻尼时时，它的的解由令令而得到的的齐次方程程的通解解和非齐齐次方程程的一个个特解组组成：a）有阻尼的的自由振振动b）强迫振动动c）有阻尼的的自由振振动和强迫振振动的合合成进入稳态态后的振振动方程程为：式中A强迫振动动的幅值值；振动体位位移相对对于激振振力的相相位角；t时间其中强迫迫振动的的振幅为为：相位角为为：式中ff=F/m；A0系统在静静力F作用下的的静位移移（m)k系统的静静刚度（N/m）；频率比，/0阻尼比，c临界阻尼尼系数，1）强迫迫振动是是由周期期性激振振力引起起的，不不会被阻阻尼衰减减掉，振振动本身身也不能能使激振振力变化化。2）强迫迫振动的的振动频频率与外外界

27、激振振力的频频率相同同，而与与系统的的固有频频率无关关。3）强迫振动动的幅值值既与激激振力的的幅值有有关，又又与工艺艺系统的的特性有有关。 激振振力的影响。A0=F/k2、强迫振动的特征）当0时，1，0.60.7，准静态区区，在该该区增加加系统静静刚度，可减小小振动。）当1时，会急剧增增大，此此现象称称为共振振，0.71.4的区域称称为共振振区，在在该区增增大阻尼尼共振振）当 1时，0， 1.4区区域称为为惯性区区，在该该区增加加振动体体的质量量，可减减小振动动振幅。 频率率比的影响（图示）三）、 减小强迫振动的措施减小激振振力调整振源源频率提高工艺艺系统的的刚度和阻尼采取隔振振措施采用减振振

28、装置。3、振动系统的动刚度当系统在在周期性性动载荷荷作用下下，交变变力的幅幅值与振振幅（动动态位移移）之比比称为系系统的动动刚度。即：静刚度k=F/A0是工艺系系统本身身的属性性，在线线性范围围内，可可以认为为它与外外载荷无无关，动动刚度kd除与k成正比外外，还与与系统阻阻尼、频频率比有关。静静刚度影影响工件件的几何何形状及及尺寸精精度，动动刚度影影响工件件的表面面粗糙度度。三、机械械加工中中的自激激振动与与控制1自激振动的产生及特征在实际加加工过程程中，由由于偶然然的外界界干扰（如工件件材料硬硬度不均均、加工工余量有有变化等等），会会使切削削力发生生变化，从而使使工艺系系统产生生自由振振动。

29、系系统的振振动必然然会引起起工件、刀具间间的相对对位置发发生周期期性变化化，这一一变化若若又引起起切削力力的波动动，则使使工艺系系统产生生振动。因此通通常将自自激振动动看成是是由振动动系统（工艺系系统）和和调节系系统（切切削过程程）两个个环节组组成的一一个闭环环系统，如图所示。激励工艺艺系统产产生振动动运动的的交变力力是由切削过程程本身产生的，而切削削过程同同时又受受工艺系系统的振振动的控控制，工工艺系统统的振动动一旦停停止，动动态切削削力也就就随之消消失。图自自激振动动系统的的组成（2）自自激振动动的特征征自激振动动特点不衰减的振动它由振动动过程本本身引起起切削力周周期性变变化，从从不具备交

30、交变特性性的能源源中周期获获得能量量，使振振动得以维维持。自激振动动由振动动系统本本身参数决决定，与与强迫振振动显著不不同。自由振动动受阻尼作作用将迅迅速衰减减，而自激振振动不会会因阻尼尼存在而衰衰减。自激振动动的频率率接近于于系统的固有频频率，即即颤振频频率取决于振动动系统的的固有特特性。这与自由由振动相相似，而而与强迫振动根根本不同同E A1 A0 A2 AE-E+f自=f固取决于一周期获得的能量取决于切削过程本身如图2a所示为单单自由度度机械加加工振动动模型。设工件件系统为为绝对刚刚体，振振动系统统与刀架架相连，且只在在y方向作单单自由度度振动。在背向力力Fp作用下，刀具作作切入、切出运

31、运动（振振动）。刀架振动动系统同同时还有有F弹作用在它它上面。y越大，F弹也越大，当Fp=F弹时，刀架架的振动动停止。对上述振振动系统统而言，背向力Fp是外力，Fp对振动系系统作功功如图2b所示。刀具切入入，其运运动方向向与背向向力方向向相反，作负功功；即振振动系统统要消耗耗能量W振入；刀具切出出，其运运动方向向与背向向力方向向相同，作正功功；即振振动系统统要吸收收能量W振出；2产生生自激振振动的条条件图2单单自由度度机械加加工振动动模型a）振动模型型b）力与位移移的关系系图（1）当W振出W振入时，刀架振动动系统将将有持续续的自激激振动产产生。三种情况况：W振出=W振入+W摩阻（振振入）时，系

32、统统有稳幅幅的自激激振动；W振出W振入+W摩阻（振振入）时，系统统为振幅幅递增的的自激振动，至至一定程程度，系系统有稳稳幅的自自激振动动；W振出W振入+W摩阻（振振入）时，系统统为振幅幅递减的的自激振动，至至一定程程度，系系统有稳稳幅的自自激振动动；故振动系系统产生生自激振振动的基基本条件件是：W振出W振入或FP振出FP振入2产生生自激振振动的学学说（1） 再生颤振1）再生生颤振原原理如图3a)所示，车车刀只做做横向进进给。在稳定的的切削过过程中，刀架系系统因材材料的硬硬点，加加工余量量不均匀匀，或其其它原因因的冲击击等，受受到偶然然的扰动动。刀架架系统因因此产生生了一次次自由振振动，并并在被

33、加加工表面面留下相相应的振振纹。当工件转转过一转转后，刀刀具要在在留有振振纹的表表面上切切削，因因切削厚厚度发生生了变化化，所以以引起了了切削力力周期性性的变化化。产生生动态切切削力。将这种由由于切削削厚度的的变化而而引起的的自激振振动，称称为“再生颤颤振”。图3自自由由正交切切削时再再生颤振振的产生生2）再生生颤振产产生的条条件图4表示了四四种情况况。图中中实线表表示前一一转切削削的工件件表面振振纹，虚虚线表示示后一转转切削的的表面。结论：在在再生颤颤振中，只有当当后一转的的振纹的的相位滞滞后于前前一转振振纹时才有可能能产生再再生颤振振。a）前后两转转的振纹纹没有相相位差（=0）图4ab）前

34、后两转转的振纹纹相位差差为=图4bc）后一转的的振纹相相位超前前，0 -图4d图4再再生生颤振时时振纹相相位角与与平均切切削厚度度的关系系a）=0b）=c）0-一般01，径向切入入=1（切槽、钻钻、端铣铣等）横向切削削01车方牙螺螺纹，=0，无重迭切切削，不不可能发发生再生生颤振。2）重迭迭系数对对再生颤颤振的影影响重 迭系系数数前一次切切削工件件表面形形成的波波纹面宽宽度在相相继的后后一次切切削的有有效宽度度中所占占的比例例，用表示。=（B-f） /BB切削宽度度，f进给量。（2） 振型耦合颤振1）振型型耦合原原理当纵车方方牙螺纹纹的外圆圆表面如如图5所示，刀刀具并未未发生重重叠切削削，若按

35、按再生颤颤振原理理，则不不应该产产生颤振振。但在在实际加加工中，当切削削深度达达到一定定值时，仍会发发生颤振振，这可可以用振振型耦合合原理来来解释。图6是两个自自由度振振型耦合合颤振动动力学模模型刀具等效效质量为为m，相互垂直直的等效效刚度系系数分别别为k1、k2（设k1 k2）刚度低的的方向振振型为x1，刚度高的的方向振振型为x2。图5纵纵车方牙牙螺纹外外表面图6两两个自由由度的耦耦合振动动模型a）切削模型型b）动力学模模型当刀架系系统以的频率振振动时，质量m在x1、x2两个方向向上以不不同的振振幅和相相位进行行振动，其合成成运动轨轨迹近似似椭圆E。若ABC切入；CDA切出由由于切出出时的平平均切削削厚度大大于切入入时的平平均切削削厚度，正功大大于负功功，在一一个振动动周期内内，有多多余的能能量输入入振动系系统。因因此，振振动得以以维持。反之，则不能能维持。ACBDE4控制制自激振振动的途途径抑制自激激振动途途径V=3070m/min自振f自振；保证Ra时f提高机床床抗振性性提高刀具具抗振性性（采用消消振刀具具）提高工件件安装刚刚性