机械加工表面质量

第十一章

机械加工表面质量学习内容一、机械加工表面质量的含义

二、已加工表面形成机理三、影响加工表面质量的因素四、机械加工过程中的振动五、控制加工表面质量的途径学习要求

了解机械加工表面质量的基本内容及对零件使用性能的影响。通过研究影响加工表面质量的因素,控制加工过程中的相应参数，以保征零件的机械加工表面质量。第十一章机械加工表面质量第一节机械加工表面质量的含义第二节已加工表面形成机理第三节影响加工表面质量的因素第四节机械加工过程中的振动第五节控制加工表面质量的途径第一节机械加工表面质量的含义一、表面质量的含义二、机械加工表面质量对零件使用性能的影响三、表面的完整性

表面质量是零件机械加工质量的组成部分之一。加工表面质量是指机械加工后零件表面层的几何结构和受加工过程的影响，表面层金属材料与基体材料性质产生变化的情况。零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件表面开始的，所以零件的表面加工质量将直接影响零件的工作性质。特别是在高速、高应力和高温情况下，表层的任何缺陷不仅直接影响零件的工作性能，而且还会引起应力集中、应力腐蚀等现象，加速零件的失败。1、加工表面的几何特征：一、表面质量的含义

机械加工后的表面，不可能是理想的光滑表面，总存在一定的微观几何形状偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。因此机械加工表面质量包括：加工表面的几何特征和表面层物理力学性能的变化。2、表面层物理力学性能的变化加工表面的几何特征是指其微观几何形状，主要包括表面粗糙度、刀痕方向、和表面波度，一般情况下，当L/H（波距／波高）＜50为表面粗糙度，L/H＝50～1000时为表面波度，L/H＞1000时为宏观的几何形状误差。波度是介于几何形状误差与表面粗糙度之间的表面偏差。

表面层金属物理力学性能的变化主要受表面层加工硬化、残余应力和表面层的金相组织变化的影响。机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面层金属的物理力学性能相对于基体金属的物理力学性能发生了变化。图示零件表面层沿深度方向的变化过程，表面层可分为吸附层和压缩层。

最外层是吸附层，是由氧化膜或其他化合物吸收、渗进了气体粒子而形成的一层组织。第二层是压缩层，是由于切削力和基体金属共同作用造成的塑性变形区域，在其上部存有纤维组织，是由于刀具摩擦挤压而形成的。有时在切削热的作用下，表面层的材料还会产生相变和晶粒大小的变化。

表面层残余应力是在加工过程中，由于弹、塑性变形及温度和金相组织的变化造成的不均匀体积变化而在表面层中产生的残余应力。

表面层的物理力学性能随表面层的加工硬化程度而变化；硬化程度越大，表面层的物理力学性能变化越大。

表面层的物理力学性能主要受压缩层的组织结构的影响。

表面层金相组织的变化是由于加工过程中产生的切削热使工件表层材料的温度发生变化而造成的。这种变化包括相变、晶粒大小和形状的变化、析出物的产生和再结晶等。金相组织的变化主要通过对显微组织的观察来确定。1、表面质量对耐磨性的影响

1）表面粗糙度对耐磨性的影响

2）表面加工硬化对耐磨性的影响2、表面质量对疲劳强度的影响

1）表面粗糙度对疲劳强度的影响

2）残余应力、加工硬化对疲劳强度的影响3、表面质量对耐蚀性的影响4、表面质量对配合质量的影响5、表面质量对其他性能的影响二、机械加工表面质量对零件使用性能的影响

表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。

加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。

在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏底能力就愈差。

残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。

表面冷硬一般伴有残余应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低了配合件间的连接强度。

表面质量对零件的接触刚度、结合面的导热性、导电性、导磁性、密封性、光的反射与吸收、气体和液体的流动阻力均有一定程度的影响。表面的的完整整性主主要是是反映映表面面层的的性能能，包包括：：1、表面面形貌貌：主要包包括表表面粗粗糙度度、表表面波波度和和纹理理。4、表面面层物物理力力学性性能：：主要包包括表表面层层硬化化深度度和程程度、、表面面层残残余应应力的的大小小、分分布。。5、表面面层的的其他他工程程技术术特征征：主要包包括摩摩擦特特性、、光的的反射射率、、导电电性和和导磁磁性。。3、微观观组织织和表表面层层的冶冶金化化学性性能主要包包括微微观裂裂纹、、微观观组织织变化化及晶晶间腐腐蚀等等。2、表面面缺陷陷：主要是是指加加工表表面上上出现现的宏宏观裂裂纹、、伤痕痕和腐腐蚀。。三、表表面的的完整整性二、已已加工工表面面形成成机理理金属切切削过过程中中，加加工表表面经经过第第三变变形区区后，，形成成已加加工表表面。。第三三变形形区的的刀具具与加加工表表面的的相互互作用用将直直接影影响已已加工工表面面质量量。O点以下下，厚厚度为为Δa的一层层金属属在圆圆弧刃刃的作作用下下，被被挤压压留在在已加加工表表面上上，在在BC段，这这层金金属又又受到到后刀刀面上上被磨磨损的的一段段小棱棱面VB的挤压压与摩摩擦，，使该该层金金属又又发生生塑性性变形形，表表层下下面的的基体体金属属则受受到弹弹性变变形。。当刀刀具与与之脱脱离接接触后后，该该层金金属又又弹性性恢复复Δh，最后后形成成已加加工表表面。。由此此可见见，圆圆弧部部分OB、磨损损小棱棱面BC(VB)及CD三部分分构成成后刀刀面上上的总总接触触长度度，其其接触触情况况直接接影响响已加加工表表面质质量。。已加加工表表面形形成机机理是是分析析已加加工表表面质质量的的重要要物理理基础础。在实际际生产产中使使用的的刀具具，为为提高高刃口口的承承载能能力，，刀具具刃口口都具具有一一个半半径为为γβ的钝圆，，其大小小决定于于刀具的的刃磨质质量、刀刀具材料料。由图图可知，，当切削削层金属属以V的速度趋趋近于刀刀刃时，，由于γβ的作用切切削层金金属O点以上的的部分通通过剪切切滑移，，沿前刀刀面流出出成为切切屑；第三节影影响响加工表表面质量量的因素素加工表面面质量主主要受到到表面粗粗糙度的的大小、、加工硬硬化程度度、残余余应力和和金相组组织变化化的影响响。因而而分析影影响加工工表面质质量的因因素，就就需要分分析加工工过程中中的诸因因素对表表面粗糙糙度、加加工硬化化程度、、残余应应力状态态和金相相组织变变化的影影响。一、影响响表面粗粗糙度的的因素二、影响响加工表表面层物物理力学学性能的的因素在切削过过程中，，当刀具具前刀面面上存在在积屑瘤瘤时，由由于积屑屑瘤的顶顶部很不不稳定，，容易破破裂，一一部分连连附于切切屑底部部而排出出，一部部分则残残留在加加工表面面上，使使表面粗粗糙度增增大。积积屑瘤突突出刀刃刃部分的的尺寸变变化，会会引起切切削层厚厚度的变变化，从从而使加加工表面面的粗糙糙度值增增大。因因此，在在精加工工时必须须避免或或减小积积屑瘤。。与工件材材质相关关的因素素包括材材料的塑塑性、金金相组织织等。一一般地讲讲，韧性性较大的的塑性材材料，易易于产生生塑性变变形．与与刀具的的粘结作作用也较较大．加加工后粗粗糙度大大。相反反．脆性性材料则则易于得得到较小小的表面面粗糙度度值。对于同样样的材料料，晶粒粒组织愈愈是粗大大、加工工后的表表面粗糙糙度值也也愈大，，利用调调质或正正火等热热处理方方法、可可以提高高材料的的力学性性能．细细化晶粒粒，改善善切削性性能，减减小表面面粗糙度度值。

刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。背吃刀量量对表面面粗糙度度影响不不明显，，一般可可忽略。。但当aｐ＜0.02～0.03以下时，，由于刀刀刃有一一定的圆圆弧半径径，使正正常切削削不能维维持，刀刀刃仅与与工件发发生挤压压与摩擦擦从而使使表面恶恶化。因因此加工工时，不不能选用用过小的的背吃刀刀量。减小进给给量f可以减小小切削残残留面积积高度，，使表面面粗糙度度值减小小。但进进给量f太小刀刃刃不能切切削而形形成挤压压，增大大了工件件的塑性性变形，，反而使使表面粗粗糙度值值增大。。(1)刀具几何何形状及及切削运运动的影影响(2)工件材料料性质的的影响(3)积屑瘤的的影响(4)切削用量量的影响响磨削径向向进给量量增大使使磨削时时的切削削深度增增大，使使塑性变变形加剧剧，因而而表面粗粗糙度增增大。适适当增加加光磨次次数，可可以有效效减小表表面粗糙糙度。提高磨削削速度，，增加了了工件单单位面积积上的磨磨削磨粒粒数量，，使刻痕痕数量增增大，同同时塑性性变形减减小，因因而表面面粗糙度度减小。。高速切切削时塑塑性变形形减小是是因为高高速下塑塑性变形形的传播播速度小小于磨削削速度，，材料来来不及变变形所致致。工件圆周周进给和和轴向进进给量增增大，均均会减小小工件单单位面积积上的磨磨削磨粒粒数量，，使刻痕痕数量减减少，表表面粗糙糙度增大大砂轮的修整是用金刚石笔尖在砂轮的工作表面上车出一道螺纹，修整导程和修正深度愈小，修出的磨粒的微刃数量越多，修出的微刃等高性也愈好，因而磨出的工件表面粗糙度值也就愈小。修整用的金刚石笔尖是否锋利对砂轮的修正质量有很大影响。图示为经过精细修正后砂轮磨粒上的微刃。太硬的材材料使磨磨粒易钝钝，磨削削时的塑塑性变形形和摩擦擦加剧，，使表面面粗糙度度增大，，且表面面易烧伤伤甚至产产生裂纹纹而使零零件报废废。太软软的材料料塑性大大，在磨磨削时磨磨屑易堵堵塞砂轮轮，使表表面粗糙糙度增大大。韧性性大导热热性差的的耐热合合金易使使砂粒早早期崩落落，使砂砂轮表面面不平，，导致磨磨削表面面粗糙度度值增大大。采用切削削液可以以降低磨磨削区温温度，减减少烧伤伤，冲去去脱落的的磨粒和和磨屑，，可以避避免划伤伤工件，，从而降降低表面面粗糙度度。但必必须合理理选择冷冷却方法法和切削削液。１．切削削加工对对表面粗粗糙度的的影响因因素一、影响响表面粗粗糙度的的因素2．磨削加加工对表表面粗糙糙度的影影响因素素(1)砂轮的粒粒度(2)砂轮的硬硬度(3)砂轮的修修整(4)磨削速度度(5)磨削径向向进给量量与光磨磨次数(6)工件圆周周进给速速度与轴轴向进给给量(7)工件材料料(8)切削液砂轮的粒粒度愈细细，则砂砂轮工作作表面单单位面积积上的磨磨粒数越越多，因因而在工工件上的的刀痕也也越密而而细，所所以粗糙糙度值愈愈小。但但是粗粒粒度的砂砂轮如果果经过精精细修整整，在磨磨粒上车车出微刃刃后，也也能加工工出粗糙糙度值小小的表面面。砂轮的硬硬度太大大，磨粒粒钝化后后不容易易脱落，，工件表表面受到到强烈的的摩擦和和挤压，，加剧了了塑性变变形，使使表面粗粗糙度值值增大甚甚至产生生表面烧烧伤。砂砂轮太软软则磨粒粒易脱落落，会产产生不均均匀磨损损现象，，影响表表面粗糙糙度。因因此，砂砂轮的硬硬度应适适中。

切削用量中，切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂。在切削塑性材料时，一般情况下低速或高速切削时因不会产生积屑瘤，加工表面粗糙度值较小。但在中等速度下，塑性材料由于容易产生积屑瘤与鳞刺，且塑性变形较大，因此表面粗糙度值会变大。切削加工过程中的切削变形愈大，加工表面就愈粗糙。在高速切削时，由于变形的传播速度低于切削速度，表面层金属的塑性变形较小，因而高速切削时表面粗糙度较低。加工脆性材料时，由于塑性变形很小，主要形成崩碎切屑，切削速度的变化，对脆性材料的表面粗糙度影响较小。二、影响响加工表表面层物物理力学学性能的的因素在切削加加工中，，工件由由于受到到切削力力和切削削热的作作用，使使表面层层金属的的物理机机械性能能产生变变化，最最主要的的变化是是表面层层金属显显微硬度度的变化化、金相相组织的的变化和和残余应应力的产产生。由由于磨削削加工时时所产生生的塑性性变形和和切削热热比刀刃刃切削时时更严重重，因而而磨削加加工后加加工表面面层上述述三项物物理机械械性能的的变化会会很大。。1、表面层层加工硬硬化2、表面层层金相组组织的变变化3、表面层层残余应应力1、表面层层加工硬硬化1)冷作硬化化及其评评定参数数机械加工工过程中中因切削削力作用用产生的的塑性变变形，使使晶格扭扭曲、畸畸变，晶晶粒间产产生剪切切滑移,晶粒被拉拉长和纤纤维化，，甚至破破碎，这这些都会会使表面面层金属属的硬度度和强度度提高，，这种现现象称为为冷作硬硬化（或或称为强强化）。。表面层层金属强强化的结结果，会会增大金金属变形形的阻力力，减小小金属的的塑性，，金属的的物理性性质也会会发生变变化。被冷作硬硬化的金金属处于于高能位位的不稳稳定状态态，只有有一种可可能，金金属的不不稳定状状态就要要向比较较稳定的的状态转转化，这这种现象象称为弱弱化。弱弱化作用用的大小小取决于于温度的的高低、、温度持持续时间间的长短短和强化化程度的的大小。。由于金金属在机机械加工工过程中中同时受受到力和和热的作作用，因因此，加加工后表表层金属属的最后后性质取取决于强强化和弱弱化综合合作用的的结果。。评定冷作硬硬化的指标标：表层金金属的显微微硬度HV、硬化层深深度h和硬化程度度N。N＝((Hv－Hv0)/Hv0)×100％Hv—加工后表面面层的显微微硬度；Hv0—原材料的显显微硬度。。2)影响冷作硬硬化的主要要因素①切削用量切削速度增增大，刀具具与工件的的作用时间间缩短，使使塑性变形形扩展深度度减小，冷冷硬层深度度减小。切切削速度增增大后，切切削热在工工件表面层层上的作用用时间也缩缩短乐，将将使冷硬程程度增加。。进给量增增大，切削削力也增大大，表层金金属的塑性性变形加剧剧，冷硬作作用加强。。②切削温度切削刃钝圆圆半径增大大，对表层层金属的挤挤压作用增增强，塑性性变形加剧剧，导致冷冷硬增强。。刀具后刀刀面磨损增增大，后刀刀面与被加加工表面的的摩擦加剧剧，塑性变变形增大，，导致冷硬硬增强。③工件材料工件材料的的塑性愈大大，冷硬现现象就愈严严重。2、表面层金金相组织的的变化金相组织的的变化主要要受温度的的影响。当当被磨工件件表面层温温度达到相相变温度以以上时，表表层金属发发生金相组组织的变化化，使表层层金属强度度和硬度降降低，并伴伴有残余应应力产生，，甚至出现现微观裂纹纹时称为磨磨削烧伤。。在磨削淬火火钢时，可可能产生以以下三种烧烧伤：①回火烧伤②淬火烧伤③退火烧伤如果磨削区区温度超过过了相变温温度，而磨磨削区域又又无冷却液液进入，表表层金属将将产生退火火组织，表表面硬度将将急剧下降降。如果磨削区区温度超过过了相变温温度，再加加上冷却液液的急冷作作用，表层层金属发生生二次淬火火，使表层层金属出现现二次淬火火马氏体组组织，其硬硬度比原来来的回火马马氏体的高高，在它的的下层，因因冷却较慢慢，出现了了硬度比原原先的回火火马氏体低低的回火组组织（索氏氏体或托氏氏体）。如果磨削区区的温度未未超过淬火火钢的相变变温度，但但已超过马马氏体的转转变温度，，工件表层层金属的回回火马氏体体组织将转转变成硬度度较低的回回火组织（（索氏体或或托氏体））。1）磨削烧伤2）防止磨削烧伤的的途径磨削热是造造成磨削烧烧伤的根源源，故改善善磨削烧伤伤由两个途途径：一是尽可能能地减少磨磨削热地产产生；二是是改善冷却却条件，尽尽量使产生生地热量少少传入工件件。具体工工艺措施如如下：(1)正确选择砂砂轮(2)合理选择磨磨削用量(3)改善冷却条条件a)采用高压大流量冷却b)为了减轻高速旋转的砂轮表面的高压附着气流的作用，可以加装空气档板,使冷却液能顺利地喷注到磨削区，这对于高速磨削更为必要。c)采用内冷却法应在保证表表面质量的的前提下尽尽量不影响响生产率和和表面粗糙糙度。磨削削深度不能能选得太大大,磨削深度增增加，温度度随之升高高、烧伤增增加．工件的纵向向进给量越越大．砂轮轮与工件的的表面接触触时间相对对减少，因因而热的作作用时间减减少，散热热条件得到到改善、磨磨削烧伤越越少。工工件线速度度增大时磨磨削区温度度会上升。。但热的作作用时间却却减少了。。一般在提提高工件速速度的同时时提高砂轮轮的速度。。一般选择的的砂轮应使使在磨削过过程中具有有自锐能力力(即砂粒磨钝钝后自动破破碎产生新新的锋利的的新磨粒或或自动从砂砂轮粘结剂剂处脱落的的能力)。同时磨削削时砂轮应应不致产生生粘屑堵塞塞现象。3、表面层残残余应力表面层残余余应力主要要是因为在在切削加工工过程中工工件受到切切削力和切切削热的作作用，在表表面层金属属和基体金金属之间发发生了不均均匀的体积积变化而引引起的。（１）冷态态塑性变形形引起的残残余应力在在切削加加工过程中中，由于切切削力的作作用，工件件表面层产产生塑性变变形，使表表面金属比比容增大，，体积膨胀胀，由于塑塑性变形只只在表层金金属中产生生，表层金金属的比容容增大，体体积膨胀，，不可避免免地要受到到与它相连连的里层金金属的限制制，在表面面金属层产产生了残余余压应力，，而在里层层金属中产产生残余拉拉应力。右右图所示为为加工后由由冷塑态变变形产生的的残余应力力的分布情情况。（２）热态态塑性变形形引起的残残余应力切削加工中中，切削区区会有大量量的切削热热产生，使使工件产生生不均匀的的温度变变化，从而而导致不均均匀的热膨膨胀。切削削加工进行行时，当当表面温度度升高到使使表层金属属进入到塑塑性状态时时，其体积积膨胀受受到温度较较低的基体体金属的限限制而产生生热塑性变变形。切削削加工结束束后，表面面温度下降降，由于表表面已产生生热塑性性变形要收收缩，此时时又会受到到基体金属属的限制，，在表面产产生残余拉拉应力。热热塑性变形形主要在磨磨削时产生生，磨削削温度越高高，热塑性性变形越大大，残余拉拉应力越大大，有时甚甚至会产生生裂纹。右右图所示为为磨削时由由热塑性变变形产生的的残余应力力的分布情情况。(3)金相组织变变化引起的的残余应力力不同金金相组织具具有不同的的密度，金金相组织的的转变会引引起金属材材料的体积积变化。加加工过程中中，当切削削温度的变变化使表面面层金属产产生了金相相组织的变变化时，表表层金属的的体积变化化（增大或或减小）必必然要受到到与之相连连的基体金金属的阻碍碍，因而就就有残余应应力产生。。不同磨削方方式下残余余应力的分分布情况。。一、机械加加工中的振振动现象二、受迫振振动三、减小受受迫振动的的途径四、机械加加工过程中中受迫振源源的查找方方法第四节机机械加工工过程中的的振动加工过程中中的振动，，使刀具与与工件之间间产生相对对位移，使使加工表面面产生振痕痕、将严重重影响零件件的表面质质量和使用用性能。动动态交变载载荷使刀具具极易磨损损(甚至崩刃)，机床连接接特性受到到破坏，缩缩短了刀具具和机床的的使用寿命命、而且振振动严重时时，使加工工无法进行行，为了减减少振动，，有时不得得不降低切切削用量，，从而降低低了生产率率。振动的分类类按工艺系系统可分为为三类：1、自由振动动2、受迫振动动3、自激振动动。一、机械加加工中的振振动现象机械加工中中，由于刀刀具与工件件之间常常常产生周期期性往复运运动，既机机械加工振振动。一般般说它是一一种破坏正正常切削过过程的有害害观象。各各种切削和和磨削过程程都可能发发生振动，，当速度高高、切削金金属量大时时会产生较较强烈振动动。当系统受到到初步始干干扰力而破破坏了其平平衡状态后后，仅靠弹弹性恢复力力来维持的的振动称为为自由振动动。在切削削过程中，，由于材料料硬度不均均或工件表表面有缺陷陷，工艺系系统就会发发生振动，，但由于阻阻尼作用、、振动将迅迅速减弱，，因而对机机械加工的的影响不大大。在外界周期期性干扰力力，(激振力)持续作用下下，系统被被迫产生的的振动。系统在没有有受到外界界周期性干干扰力(激振力)作用下产生生的持续振振动。维持持这种振动动的交变力力是由振动动系统在自自身运动中中激发出来来的、称为为自激振动动。机械加工中中的强迫振振动与一般般机械中的的强迫振动动没有什么么区别，强强迫振动的的频率与干干扰力的频频率相同或或是它的倍倍数。1、强迫振动动的振源即来自机床床内部的机机内振源和和来自机床床外部的机机外振源两两大类。1）、机外振振源：甚多，但它它们都是通通过地基传传给机床的的，可通过过加设隔振振地基来隔隔离。2）、机内振振源主要又又：a）机床高速速旋转件不不平衡引起起的振动b）机床传动动机构缺陷陷引起的振振动c）切削过程程中的冲击击引起的振振动d）往复运动动部件的惯惯性力引起起的振动二、受迫振振动受迫振动的的振动频率率与外界激激振力的频频率相同或或是它的倍倍数，而与与系统的固固有频率无无关。2、受迫振动动的特点：：受迫振动是是由周期性性激振力引引起的，不不会被阻尼尼衰掉，振振动本身也也不能使激激振力发生生变化。受迫振动的的幅值即与与激振力的的幅值有关关，又与工工艺系统的的动态特性性有关。3、减小受迫迫振动的途途径１）减小激激振力可可通过提高高机床的制制造和装配配精度，以以消除工艺艺系统内部部的振动源源。如机床中高高速回转的的零件要进进行静平衡衡和动平衡衡（如磨床床的砂轮、、电动机的的转子等））；提高齿齿轮的制造造和装配精精度，或采采用对振动动和动平衡衡不敏感的的高阻尼材材料制造齿齿轮，以减减少齿轮啮啮合所造成成的振动。。２）调整振振源频率调调整刀具具或工件的的转速，使使激振力频频率偏离工工艺系统的的固有频率率。３）增强工工艺系统的的刚性和阻阻尼以提高高其抗振能能力如采采用刮研各各零部件之之间的接触触表面，以以增加各种种部件间的的连接刚度度；利用跟跟刀架，缩缩短工件或或刀具装夹夹时的悬伸伸长度等方方法以增加加工艺系统统的刚度。。４）采取取隔振措施施隔离外部部或内部振振源对于于某些动力力源（如电电动机、油油泵等），，最好与机机床分开，，以达到隔隔振的目的的。５）采用各各种减振措措施如果果不能从根根本上消除除产生振动动的条件，，又不能有有效的提高高工艺系统统的动态特特性，可采采用消振减减振装置。。4、机械加工工过程中受受迫振源的的查找方法法如果已经确确认机械加加工过程中中发生了受受迫振动，，就要设法法查找振源源，以便去去除振源或或减小振源源对加工过过程的影响响。由受迫迫振动的特特征可知，，受迫振动动的频率总总是与干扰扰力的频率率相等或是是它的倍数数，我们可可以根据受受迫振动的的这个规律律去查找受受迫振动的的振源。三、机械加工工过程中的自自激振动机械加工中在在没有周期性性外力（相对对于切削过程程而言）作用用下，由系统统内部激发反反馈产生的周周期性振动，，称为自激振振动。其振动动频率与系统统的国有频率率相近。既然没有周期期性外力的作作用，那么激激发自激振动动的交变力是是怎样产生的的呢？用传递递函数的概念念来分析，机机床加工系统统是一个由振振动系统和调调节系统组成成的闭环系统统（如图所示示）。激励机床系统统产生振动运运动的交变力力是由切削过过程产生的，，而切削过程程同时又受机机床系统振动动运动的控制制，机床系统统的振动运动动一旦停止，，动态切削力力也就随之消消失。自激振振动系统维持持稳定振动的的条件为在一一个振动周期期内，从能源源机构经调节节系统输入到到振动系统的的能量，等于于系统阻尼所所消耗的能量量。如果切削过程程很平稳，即即使系统存在在产生自激振振动的条件，，也因切削过过程没有交变变的动态切削削力，使自激激振动不可能能产生。但是是，在实际加加工过程中，，偶然的外界界干扰（如工工件材料硬度度不均、加工工余量有变化化等）总是存存在的，这种种偶然性外界界干扰所产生生的切削力的的变化，作用用在机床系统统上，会使系系统产生振动动运动。系统统的振动运动动将引起工件件与刀具间的的相对位置发发生周期性变变化，使切削削过程产生维维持振动的动动态切削力。。如果工艺系系统不存在自自激振动的条条件，这种偶偶然性的外界界干扰，将因因工艺系统存存在阻尼而使使振动运动逐逐渐衰减。如如果工艺系统统存在产生自自激振动的条条件，就会使使机床加工系系统产生持续续的振动运动动。（１）负摩擦擦自振原理在切削塑性材材料时，由切切削原理可知知，径向切削削分力Fy开始随切削速速度Vc的增加而增大大，自某一速速度开始，又又随切削速度度的增加而下下降。在力－－速度曲线下下降区，极易易引起自激振振动。径向切切削分力主要要取决于切屑屑与刀具相对对运动所产生生的摩擦力。。1、自激振动的的形成机理经过对自激振振动的研究，，人们从不同同侧面出发，，形成多种关关于自激振动动机理的理论论。图所示为车削加加工的简化振振动模型。将加工系统简简化为单自由由度系统，刀刀具简化为等等效质量ｍ，，仅能做径向向运动。在稳定切削时时，工件表面面的线速度为为Vc，则刀具和切切屑的相对滑滑动速度为V1＝Vc／ζ，为切屑收收缩系数。当当刀具发生振振动时，前刀刀面与切屑的的相对滑动速速度便要ζ附加一个振动动速度V2，刀具切入工工件时相对滑滑动速度为V1＋V2，刀具退出工工件时，相对对滑动速度为为V1－V2，它们分别对对应于径向切切削力Fy1和Fy2。所以，刀具具切入工件的的半个周期中中，切削力所所做的负功小小于刀具切出出工件的半个个周期中所做做的正功，在在一个振动周周期中，便有有多余的能量量输入振动系系统，从而激激起振动。图为径向切削削力Fy与切屑和前刀刀面相对滑动动速度ｖ的关关系曲线。外圆磨削时，，设砂轮宽度为为Ｂ，工件每每转进给量为为ｆ，砂轮轮前一转的磨磨削区和后一一转磨削区有有重叠部分，，其大小用重重叠系数μ表示：（２）再生效效应自振原理理切削或磨削加加工时，后一一次走刀和前前一次走刀总总会有部分重重叠。图为外圆磨削削简图。Ｂ－ｆμ＝——Ｂ前后两次走刀刀完全重叠时时，μ＝１；无重叠叠时，μ＝０；一般情情况μ在０～１之间间。在稳定的切削削过程中，由由于偶然的扰扰动（如刀具具碰到工件材材料上的硬质质点、余量不不均匀等），，引起工件与与刀具发生相相对的自由振振动，从而在在切削表面上上留下振纹，，当第二次走走刀时，刀具具将在有波纹纹的表面上进进行切削。设第ｉ次切削削时刀具与工工件间的振纹纹为y0，第ｉ＋１次次（振纹为ｙｙ）就要从从已有振纹的的表面上切除除切屑。图ａａ中表示在一一个周期中切切削厚度处处处相等，切入入时切削力ＦＦ所做的负功功（因为切入入时刀具的速速度方向与切切削力Ｆ的方方向相反）与与切出时所做做的正功相等等，振纹保持持原有的状态态；图ｂ中表表示振幅ｙｙ比ｙ００滞后φ角，刀具切入入半周期中平平均切削厚度度比切出时的的平均厚度小小，因此，切切入时的平均均切削力比切切出时的小，，所以，在一一个振动周期期中，切削力力做的正功大大于负功，系系统得到了能能量的输入，，振动加强。。图ｃ中ｙｙ中ｙ比比ｙ０超前前φ角，刀具切入入的半周期，，平均切削厚厚度比切出时时的大，因此此，切削力所所做的负功大大于正功，振振动逐渐衰减减。振动的发生与与维持可用下下图所示的三三种切削过程程的能量关系系说明。综上所述，振振动ｙ滞滞后于ｙ００是产生再生生颤振的必要要条件。椭圆形曲线的的旋向是顺时时针的，则刀刀具沿ABC的轨迹是切入入工件，它的的运动方向与与切削力Ｆ的的方向相反，，F做负功。沿着着BDA轨迹退出时，，Ｆ力做正功功。由于切出出时平均切削削厚度大于切切入时平均切切削厚度，故故切削力做的的正功大于负负功，在一个个振动周期中中便有多余的的能量输入振振动系统，维维持系统的振振动。（３）振型藕藕合自振原理理振动系统实际际上都是多自自由度的，图图是一个二自自由度振动系系统示意图。。设切削前工件件表面是光滑滑的，即不考考虑再生效应应，当刀架系系统产生了角角频率为ω的振动，则刀刀架将在X1和X2两个方方向上上同时时振动动，刀刀具振振动的的轨迹迹一般般为椭椭圆形形的封封闭曲曲线。。２．自自激振振动的的特征征与其他他类型型的振振动相相比，，自激激振动动有以以下特特征：：（１））机械械加工工中的的自激激振动动是在在没有有周期期性外外力（（相对对于切切削过过程而而言））干扰扰下所所产生生的振振动运运动，，这一一点与与强迫迫振动动有原原则区区别。。（２））自激激振动动的频频率接接近于于系统统的某某一固固有频频率，，或者者说，，颤振振频率率取决决于振振动系系统的的固有有特性性。这这一点点与强强迫振振动根根本不不同，，强迫迫振动动的频频率取取决于于外界界干扰扰力的的频率率。（３））自激激振动动是一一种不不衰减减的振振动。。振动动过程程本身身能引引起某某种不不衰减减的周周期性性变化化，而而振动动系统统能通通过这这种力力的变变化，，从不不具备备交变变特性性的能能源中中周期期性的的获得得补充充能量量，从从而维维持住住这个个振动动。当当运动动一停停止，，则这这种外外力的的周期期性变变化和和能量量的补补充过过程也也都立立即停停止。。工艺艺系统统中维维持自自激振振动的的能量量来自自机床床电动动机，，电动动机除除了供供给切切除切切屑的的能量量外，，还通通过切切削过过程把把能量量输给给振动动系统统，使使工艺艺系统统产生生振动动运动动。３．自自激振振动的的控制制（１））尽量量减小小重叠叠系数数μ重叠系系数μ直接影影响再再生效效应的的大小小。重重叠系系数值值取决决于加加工方方式、、刀具具的几几何形形状、、切削削用量量等。。图中中列出出了两两种加加工方方式的的μ值。车车螺纹纹（图图ａ））时，，μ＝０，，工艺艺系统统不会会有再再生型型自激激振动动产生生。切切断工工件（（图ｂｂ）时时，μ＝１，，再生生效应应最大大。对对于一一般外外圆，，纵向向车削削时，，μ＝０～～１，，此时时应通通过改改变切切削用用量和和刀具具几何何形状状，使使μ尽量减减小，，以提提高切切削的的稳定定性。。自激振振动主主要受受切削削过程程中的的工艺艺系统统内部部因素素的影影响。。主要要影响响因素素有切切削用用量、、刀具具几何何参数数和切切削过过程中中的阻阻尼等等。通通过合合理控控制这这些因因素，，就能能减小小或消消除自自激振振动。。（２））合理理选择择刀具具几何何参数数从图可可以看看出，，当κｒ＝９９０°时，振振幅最最小。。前角角越大大，切切削力力越小小，振振幅也也越小小。前前角对对振幅幅的影影响。。适当当地增增大前前角、、主偏偏角，，能减减小ＦＦｙ，，从从而减减小振振动。。后角角可尽尽量取取小，，但精精加工工中由由于切切削深深度较较小，，后角角较小小时，，刀刃刃不容容易切切入工工件，，且使使刀具具后面面与加加工表表面间间的摩摩擦加加剧，，反而而容易易引起起自振振。通通常在在刀具具的主主后面面上磨磨出一一段后后角为为负的的窄棱棱面，，如图图所示示，这这样可可以增增大工工件和和后刀刀面之之间的的摩擦擦阻尼尼，起起到很很好的的减振振效果果。刀具几几何参参数中中对振振动影影响最最大的的是主主偏角角κｒ和前前角γ０。主主偏角角增大大，则则垂直直于加加工表表面方方向的的切削削分力力减小小，故故不易易产生生自振振。图一是是切削削速度度与振振幅的的关系系曲线线。从从图一一中可可见，，在低低速或或高速速切削削时，，振动动较小小。图图二、、图三三是进进给量量和切切削深深度与与振幅幅的关关系曲曲线。。（３））合理理选择择切削削用量量它们表表明，，选较较大的的进给给量和和较小小的切切削深深度有有利于于减小小振动动。采采用高高速切切削或或低速速切削削可以以避免免自激激振动动。增增大进进给量量可使使振幅幅减小小，在在加工工表面面粗糙糙度允允许的的情况况下，，可以以选取取较大大的进进给量量以避避免自自激振振动。。切削削深度度增大大，切切削宽宽度也也增大大，振振动增增强，，选择择切削削深度度时一一定要要考虑虑切削削宽度度对振振动的的影响响。首先是是提高高机床床的抗抗振性性能。。例如如外圆圆磨床床的主主轴系系统要要适当当地减减小轴轴承的的间隙隙，滚滚动轴轴承要要加适适当的的预紧紧力，，以增增强接接触刚刚度。。工件件与刀刀具的的抗振振性能能成为为系统统薄弱弱环节节时，，应采采取相相应的的技术术措施施，如如加工工细长长轴时时，用用中心心架或或跟刀刀架来来提高高工件件的抗抗振性性能；；当用用细长长刀杆杆加工工孔时时，要要采用用中间间导向向支承承来提提高刀刀具的的抗振振性能能，等等等。。（４））提高高工艺艺系统统的刚刚度（５））采用用减振振装置置在在采用用上述述措施施后仍仍然不不能达达到减减振目目的时时，可可考虑虑使用用减振振装置置。常常用减减振装装置有有阻尼尼减振振器和和冲击击减振振器。。①阻尼尼减振振器：：它利利用固固体和和液体体的摩摩擦阻阻尼来来消耗耗振振动的的能量量。如如在机机床主主轴系系统中中附加加阻尼尼减振振器，，它相相当当于间间隙很很大的的滑动动轴承承，通通过阻阻尼套套和阻阻尼间间隙中中的粘粘性性油的的阻尼尼作用用来减减振。。②冲冲击击减减振振器器：：如如图图所所示示，，它它是是由由一一个个与与振振动动系系统统刚刚性性相相联联的的壳壳体体２２和和一一个个在在壳壳体体内内自自由由冲冲击击的的质质量量器器块块１１组组成成的的。。当当系系统统振振动动时时，，自自由由质质量量块块反反复复冲冲击击振振动动系系统统，，消消耗耗振振动动的的能能量量，，以以达达到到减减振振效效果果。。振纹纹再再生生原原理理在金金属属切切削削过过程程中中，，除除极极少少数数情情况况外外，，刀刀具具总总是是部部分分地地或或完完全全地地在在带带有有波波纹纹的的表表面面上上进进行行切切削削的的。。首首先先来来研研究究车车刀刀作作径径向向切切削削的的情情况况，，此此时时车车刀刀只只作作横横向向进进给给，，车车刀刀将将完完全全地地在在工工件件前前一一转转切切削削时时留留下下的的波波纹纹表表面面上上进进行行切切削削，，如如右右上上图图示示。。假假定定切切削削过过程程受受到到一一个个瞬瞬时时的的偶偶然然扰扰动动力力Fd的作用，，如右下下图示，，刀具与与工件便便会发生生相对运运动（自自由振动动），它它的幅值值将因系系统阻尼尼的存在在而逐渐渐衰减，，但该振振动会在在已加工工表面上上留下一一段振纹纹。此时时切削厚厚度将发发生波动动，因而而产生了了交变的的动态切切削力。。如果机机床加工工系统满满足产生生自激振振动的条条件，振振动便会会进一步步发展到到图d示的持续续的颤振振状态。。我们将将这种由由于切削削厚度变变化效应应而引起起的自激激振动称称为再生型颤颤振。控制机械械加工振振动的途途径当机械加加工过程程中出现现影响加加工质量量的振动动时，首首先应该该判别这这种振动动是强迫迫振动还还是自激激振动，，然后再再采取相相应措施施来消除除或减小小振动。。

消除除振动的的途径有有三：消除或减减弱产生生振动的的条件；改善工艺艺系统的的动态特特性；采用消振振减振装装置。消除或减减弱产生生振动的的条件1）减小小机内外外干扰力力机机床上高高速旋转转的零部部件必须须进行平平衡，是是质量不不平衡控控制在允允许范围围内。（2）调调整振源源频率由强迫振振动的特特征可知知，当干干扰力的的频率接接近系统统某一固固有频率率时，就就会发生生共振。。因此，，可通过过改变电电机转速速或传动动比，使使激振力力的频率率远离机机床加工工薄弱环环节的固固有频率率，以免免共振。。（3）采采取隔振振措施使使振源产产生的部部分振动动被隔振振装置所所隔离或或吸收。。隔振方方法有两两种：一一种使主动隔振振，阻止机机内振源源通过基