第三节机械加工表面质量

第三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、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，因此必须加以足够的重视。一、概述零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的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的含义（内容）

（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响

表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如图4-38所示。表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。

二、表面质量对零件使用性能的影响1．表面质量对零件耐磨性的影响图4－38表面粗糙度与初期磨损量的关系（2）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，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。2．表面质量对零件疲劳强度的影响（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响

表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。

对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。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。

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响

适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。3.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

表面粗糙度较大，则降低了配合精度。（2）表面残余应力对零件工作精度的影响

表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。4．表面质量对零件耐腐蚀性能的影响（1）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，渗透与腐蚀作用越强烈。

因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响

零件表面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，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。

表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能的影响对工作精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性三、影影响加加工表表面粗粗糙度度的主主要因因素及及其控控制机械加加工中中，表表面粗粗糙度度形成成的原原因大大致可可归纳纳为几几何因因素和和物理理力学学因素素两个个方面面。（一））切削削加工工表面面粗糙糙度1、几几何因因素刀尖圆圆弧半半径rε主偏角角kr、副偏角角kr′进给量量f（图4－－40）H=f/(cotκκr+cotκκr′)(8-1)H=f2/(8rε)(8-2)图4－－40车车削、、刨削削时残残留面面积高高度2、物物理力力学因因素（1））工件件材料料的影影响韧性材材料：：工件件材料料韧性性愈好好，金金属塑塑性变变形愈愈大，，加工工表面面愈粗粗糙。。故对中中碳钢钢和低低碳钢钢材料料的工工件，，为改改善切切削性性能，，减小小表面面粗糙糙度，，常在在粗加加工或或精加加工前前安排排正火火或调调质处处理。。脆性材材料：：加工工脆性性材料料时，，其切切削呈呈碎粒粒状，，由于于切屑屑的崩崩碎而而在加加工表表面留留下许许多麻麻点，，使表表面粗粗糙。。（2））切削削速度度的影影响加工塑塑性材材料时时，切切削速速度对对表面面粗糙糙度的的影响响（对对积屑屑瘤和和鳞刺刺的影影响））见如如图4-41所示。。此外，，切削削速度度越高高，塑塑性变变形越越不充充分，，表面面粗糙糙度值值越小小选择低低速宽宽刀精精切和和高速速精切切，可可以得得到较较小的的表面面粗糙糙度。。（4））其它它因素素的影影响此外，，合理理使用用冷却却润滑滑液，，适当当增大大刀具具的前前角，，提高高刀具具的刃刃磨质质量等等，均均能有有效地地减小小表面面粗糙糙度值值。（3））进进给给量量的的影影响响减小小进进给给量量f固然然可可以以减减小小表表面面粗粗糙糙度度值值，，但但进给给量量过过小小，，表表面面粗粗糙糙度度会会有有增增大大的的趋趋势势。。图4－－41加加工工塑塑性性材材料料时时切切削削速速度度对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响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↑→Ra↓f↑→Ra↑ap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糙度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越高高，单位时间间内通过被磨磨表面的磨粒粒数越多，表表面粗糙度值值就越小。工件转速对表表面粗糙度值值的影响刚好好与砂轮转速速的影响相反反。工件的转速增增大，通过加加工表面的磨磨粒数减少，，因此表面粗粗糙度值增大大。砂轮的纵向进进给量小于砂砂轮的宽度时时，工件表面面将被重叠切切削，而被磨磨次数越多，，工件表面粗粗糙度值就越越小。（3）磨削用用量（2）砂轮修修整砂轮修整除了了使砂轮具有有正确的几何何形状外，更更重要的是使使砂轮工作表表面形成排列列整齐而又锐锐利的微刃（（图4－47）。因此，砂砂轮修整的质质量对磨削表表面的粗糙度度影响很大。。图4－47砂砂轮上的的磨粒2、磨削中中影响粗糙度度的物理因素素磨削速度比一一般切削速度度高得多，且且磨粒大多数数是负前角，，切削刃又不不锐利，大多多数磨粒在磨磨削过程中只只是对被加工工表面挤压，，没有切削作作用。加工表表面在多次挤挤压下出现沟沟槽与隆起，，又由于磨削削时的高温更更加剧了塑性性变形，故表表面粗糙度值值增大。（1）磨削削用量砂轮的转速速↑→材料塑性变变形↓→表面粗糙度度值↓；磨削深度↑、工件速度↑→塑性变形↑→表面粗糙度度值↑；为提高磨削削效率，通通常在开始始磨削时采采用较大的的径向进给给量，而在在磨削后期期采用较小小的径向进进给量或无无进给量磨磨削，以减减小表面粗粗糙度值。。（2）工件件材料太硬易使磨磨粒磨钝→Ra↑；太软容易堵堵塞砂轮→Ra↑；韧性太大，，热导率差差会使磨粒粒早期崩落落→Ra↑。。（2）砂轮轮粒度与硬硬度磨粒太细，，砂轮易被被磨屑堵塞塞，使表面面粗糙度值值增大，若若导热情况况不好，还还会烧伤工工件表面。。砂轮太硬，，使表面粗粗糙度增大大；砂轮选得太太软，使表表面粗糙度度值增大。。影响磨削加加工表面粗粗糙度的因因素粒度↓→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↓影响磨削加加工表面粗粗糙度的因因素砂轮粒度工件材料性性质砂轮修正磨削用量砂轮硬度砂轮V↑→Ra↓ap、工件V↑→塑变↑→

Ra↑粗磨ap↑→生产率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

四、影影响表面层层物理力学学性能的主要因素及及其控制影响表面层层物理力学学性能的主主要因素表面物理力力学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.表面面层的冷作作硬化（1）表表面层加工工硬化的产产生定义：机械加工时时，工件表表面层金属属受到切削削力的作用用产生强烈烈的塑性变变形，使晶晶格扭曲，，晶粒间产产生剪切滑滑移，晶粒粒被拉长、、纤维化甚甚至碎化，，从而使表表面层的强强度和硬度度增加，这这种现象称称为加工硬硬化，又称称冷作硬化化和强化。。（2）衡衡量表面层层加工硬化化的指标衡量表面层层加工硬化化程度的指指标有下列列三项：1）表面层层的显微硬硬度HV；2）硬化层深度度h；3）硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0×100％％（（8-3）式中HV0——工件原表面面层的显微微硬度。（3）影响响表面层加加工硬化的的因素⑴刀具几何何形状的影影响切削刃rε↑、前角↓、后面磨损量VB↑→表层金属的塑变加剧→冷硬↑⑵切削用量量的影响切削速度v↑→塑变↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑变↑→冷硬↑⑶工件材料料性能的影影响

材料塑性↑→冷硬↑2.表表面层残余余应力定义：机械加工中中工件表面面层组织发发生变化时时，在表面面层及其与与基体材料料的交界处处会产生互互相平衡的的弹性力。。这种应力力即为表面面层的残余余应力。（1）表面面层残余应应力的产生生1））冷态态塑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））热热态态塑塑变变表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力(其原理见图)3））金金相相组组织织变变化化

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）图切切削削热热在在表表层层金金属属产产生生残残余余拉拉应应力力的的示示意意图图机械械加加工工后后工工件件表表面面层层的的残残余余应应力力是是冷态态塑塑性性变变形形、、热热态态塑塑性性变变形形和和金金相相组组织织变变化化的的综综合合结结果果。。切削加工时起起主要作用的的往往是冷态态塑性变形，，表面层常产产生残余压缩缩应力。磨削加工时起起主要作用的的通常是热态态塑性变形或或金相组织变变化引起的体体积变化，表表面层常产生生残余拉伸应应力。（2）磨削裂裂纹的产生磨削裂纹和残残余应力有着着十分密切的的关系。在磨磨削过程中，，当工件表面面层产生的残残余应力超过过工件材料的的强度极限时时，工件表面面就会产生裂裂纹。磨削裂裂纹常与烧伤伤同时出现。。（3）影响表表面残余应力力的主要因素素切削加工中，，由于切削热热的作用，在在工件的加工工区及其邻近近区域产生了了一定的温升升。定义：磨削加工时，，表面层有很很高的温度，，当温度达到到相变临界点点时，表层金金属就发生金金相组织变化化，强度和硬硬度降低、产产生残余应力力、甚至出现现微观裂纹。。这种现象称称为磨削烧伤伤。淬火钢在磨削削时，由于磨磨削条件不同同，产生的磨磨削烧伤有三三种形式。三、表面层金金相组织变化化与磨削烧伤伤1.表面层金金相组织变化化与磨削烧伤伤的产生淬火烧伤回火烧伤退火烧伤磨削时工件表表面温度超过过相变临界温度Ac3时，则马氏体体转变为奥氏氏体。在冷却液作用下下，工件最外外层金属会出出现二次淬火马氏体体组织。其硬硬度比原来的的回火马氏体高，但但很薄，其下下为硬度较低低的回火索氏氏体和和屈氏氏体。。由于于二次次淬火火层极极薄，，表面层层总的的硬度度是降降低的的，这这种现现象称称为淬火烧烧伤。。磨削时时，如如果工工件表表面层层温度度只是超过过原来来的回回火温温度，，则表表层原原来的回火火马氏氏体组组织将将产生生回火火现象象而转变为为硬度度较低低的回回火组组织（（索氏氏体或屈氏氏体）），这这种现现象称称为回回火烧烧伤。。磨削时时，当当工件件表面面层温温度超超过相变临临界温温度Ac3时，则则马氏氏体转转变为奥氏氏体。。若此此时无无冷却却液，，表层层金属空冷冷冷却却比较较缓慢慢而形形成退退火组组织。。硬度和和强度度均大大幅度度下降降。这这种现现象称为退退火烧烧伤。。2.磨磨削削烧伤伤的三三种形形式磨削用用量砂轮与与工件件材料料改善冷冷却条条件1）砂砂轮转转速↑→→磨削烧烧伤↑↑2）径向进进给量量fp↑→磨削烧烧伤↑↑3）轴向进进给量量fa↑→磨削烧烧伤↓↓4）工工件速速度vw↑→磨削烧烧伤↓↓1)磨磨削时时，砂砂轮表表面上上磨粒粒的切切削刃刃口锋利利↑→→磨削削力↓↓→磨磨削区区的温温度↓↓2)磨磨削导导热性性差的的材料料(耐耐热钢钢、轴轴承钢、不不锈钢钢)↓↓→磨磨削烧烧伤↑↑3)应应合理理选择择砂轮轮的硬硬度、、结合合剂和和组织→→磨削削烧伤伤↓采用内内冷却却法→磨削削烧伤伤↓图3.影影响磨磨削烧烧伤的的因素素及改改善途途径采用开开槽砂砂轮间断磨磨削→→受热热↓→磨削削烧伤伤↓图图内内冷却却装置置1－锥锥形盖盖2－－通道道孔3－砂砂轮中中心孔孔4－有有径向向小孔孔的薄薄壁套套图开开槽砂砂轮a）槽均匀匀分布布b）槽均匀分分布第四节提提高高表面层层物理力力学性能能的加工工方法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。如如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，如图图8-13所示示为珠丸丸挤压工工件表面面的状态态,可可显著提提高零件件的疲劳劳强度。。珠丸可以是是铸铁的，，也可以是是切成小段段的钢丝（（使用一段段时间后，，自然变成成球状）。。对于铝质质工件，为为避免表面面残留铁质质微粒而引引起电解腐腐蚀，宜采采用铝丸或或玻璃丸。。珠丸的直直径一般为为0.2~4mm，对于尺寸较较小、表面面粗糙度值值较小的工工件，采用用直径较小小的珠丸。。喷丸强化主主要用于强强化形状复复杂或不宜宜用其它方方法强化的的工件，如如板弹簧、、螺旋弹簧簧、连杆、、齿轮、焊焊缝等。经经喷丸加工工后的表面面，硬化层层深度可达达0.7mm，零件表面粗粗糙度值可可由Ra5~2.5μm减小到Ra0.63~0.32μm，可几倍甚至至几十倍地地提高零件件的使用寿寿命。第五节机机械加工工中的振动动振动会在工工件加工表表面出现振振纹，降低低了工件的的加工精度度和表面质质量；振动动会会引引起起刀刀具具崩崩刃刃打打刀刀现现象象并并加加速速刀刀具具或或砂砂轮轮的的磨磨损损；；振动动使使机机床床连连接接部部分分松松动动，，影影响响运运动动副副的的工工作作性性能能，，并并导导致致机机床床丧丧失失精精度度；；强烈烈的的振振动动及及伴伴随随而而来来的的噪噪声声，，还还会会污污染染环环境境，，危危害害操操作作者者的的身身心心健健康康。。为为减减小小加加工工过过程程中中的的振振动动，，有有时时不不得得不不降降低低切切削削用用量量，，使使机机械械加加工工生生产产率率降降低低。。一、、机机械械加加工工中中的的振振动动现现象象1、、振振动动对对机机械械加加工工的的影影响响机械械加加工工中中振振动动的的种种类类及及其其主主要要特特点点机械械加加工工振振动动自激振动自由振动强迫振动当系统受到初初始干扰力激激励破坏了其平衡状状态后，系统统仅靠弹性恢复力来来维持的振动动称为自由振动。由由于总存在阻阻尼，自由振动将逐逐渐衰减，如如图8-14a所示。(占5%)系统在周期性性激振力(干干扰力)持续作用下产生生的振动，称称为强迫振动。强迫振振动的稳态过过程是谐振动，只要有有激振力存在在振动系统就不会被阻阻尼衰减掉。。如图8-14b所示。(占35%)在没有周期性性干扰力作用用的情况下，由振动动系统本身产产生的交变力所激发发和维持的振振动，称为自激振动动。切削过程程中产生的自激振动动也称为颤振振。(占65%)一）强迫振动的振源系统外部的周周期性干扰力力旋转零件的质质量偏心传动机构的缺缺陷切削过程的间间隙特性二、机械加工工中的强迫振振动与控制二）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：1）（a）只有质量、没没有弹性的集集中质量，（（b）只有弹弹性、、没有有质量量的集集中弹弹簧；；2）阻尼力力在线线性范范围内内，即即：3）系系统在在平衡衡位置置附近近作微微小的的振动动（图1示示）图1内内圆圆磨磨削削振振动动系系统统a)模型型示示意意图图b））动力力学学模模型型c））受力力图图根据据牛牛顿顿运运动动规规律律建建立立微微分分方方程程：：式中α—衰减系数数，ω0—系统无阻阻尼振动动时的固固有频率率，ω—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，当当系统为小阻阻尼时，它的的解由令而得到的齐次方程的通通解和非齐次次方程的一个个特解组成：：a）有阻尼的自由由振动b）强迫振动c）有阻尼的自由由振动和强迫振动的的合成进入稳态后的的振动方程为为：式中A—强迫振动的幅幅值；φ—振动体位移相相对于激振力力的相位角；；t—时间其中强迫振动动的振幅为：：相位角为：式中f—f=F/m；A0—系统在静力F作用下的静位位移（m)k—系统的静刚度度（N/m）；λ—频率比，λ＝ω/ω0ζ—阻尼比，δc—临界阻尼系数数，1）强迫振动动是由周期性性激振力引起起的，不会被被阻尼衰减掉掉，振动本身身也不能使激激振力变化。。2）强迫振动动的振动频率率与外界激振振力的频率相相同，而与系系统的固有频频率无关。3）强迫振动的幅幅值既与激振振力的幅值有有关，又与工工艺系统的特特性有关。①激振力的的影响。A0=F/k2、强迫振动的特征Ⅰ）当λ→0时，η→1，λ＜0.6～0.7，准静态区，在在该区增加系系统静刚度，，可减小振动动。Ⅱ）当λ→1时，η会急剧增大，，此现象称为为共振，0.7＜λ＜1.4的区域称为共共振区，在该该区增大阻尼尼→共振↓Ⅲ）当λ＞＞1时，η→0，λ＞1.4区域称称为惯性区，，在该区增加加振动体的质质量，可减小小振动振幅。。②频率比λ的影响（图示）三、减小强迫振动的措施减小激振力调整振源频率率提高工艺系统统的刚度和阻尼采取隔振措施施采用减振装置置。3、振动系统的动刚度当系统在周期期性动载荷作作用下，交变变力的幅值与与振幅（动态态位移）之比比称为系统的的动刚度。即即：静刚度k=F/A0是工艺系统本本身的属性，，在线性范围围内，可以认认为它与外载载荷无关，动动刚度kd除与k成正比外，还还与系统阻尼尼、频率比ζ有关。静刚度度影响工件的的几何形状及及尺寸精度，，动刚度影响响工件的表面面粗糙度。三、机械加工工中的自激振振动与控制1．自激振动的产生及特征在实际加工过过程中，由于于偶然的外界界干扰（如工工件材料硬度度不均、加工工余量有变化化等），会使使切削力发生生变化，从而而使工艺系统统产生自由振振动。系统的的振动必然会会引起工件、、刀具间的相相对位置发生生周期性变化化，这一变化化若又引起切切削力的波动动，则使工艺艺系统产生振振动。因此通通常将自激振振动看成是由由振动系统（（工艺系统））和调节系统统（切削过程程）两个环节节组成的一个个闭环系统，，如图所示。激励工艺系统统产生振动运运动的交变力力是由切削过程本身身产生的，而切切削过程同时时又受工艺系系统的振动的的控制，工艺艺系统的振动动一旦停止，，动态切削力力也就随之消消失。图自激振振动系统的组组成（2）自激振振动的特征自激振动特点不衰减的振动它由振动过程程本身引起切削力周期性性变化，从不具备交变特特性的能源中周期获得能能量，使振动得以维持。。自激振动由振振动系统本身参数决定，，与强迫振动显著不同。。自由振动受阻尼作用将将迅速衰减，，而自激振动不不会因阻尼存在而衰减。。自激振动的频频率接近于系系统的固有频率，，即颤振频率率取决于振动系统统的固有特性性。这与自由振动动相似，而与与强迫振动根本不不同E

A1A0A2AE-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所示为单自由由度机械加工工振动模型。。设工件系统统为绝对刚体体，振动系统统与刀架相连连，且只在y方向作单自由由度振动。在背向力Fp作用下，刀具具作切入、切切出运动（振振动）。刀架振动系统统同时还有F弹作用在它上面面。y越大，F弹也越大，当Fp=F弹时，刀架的振振动停止。对上述振动系系统而言，背向力Fp是外力，Fp对振动系统作作功如图2b所示。刀具切入，其其运动方向与与背向力方向向相反，作负负功；即振动动系统要消耗耗能量W振入；刀具切出，其其运动方向与与背向力方向向相同，作正正功；即振动动系统要吸收收能量W振出；2．产生自自激振动的的条件图2单单自由由度机械加加工振动模模型a）振动模型b）力与位移的的关系图（1）当W振出<W振入时，由于刀架振振动系统吸吸收的能量量小于消耗耗的能量，故不会产生生自激振动动。（2）当W振出=W振入时，因实际机械械加工系统统中存在阻阻尼，刀架系统在在振入过程程中，为克服阻尼尼还需消耗耗能量W摩阻（振入入），故刀架振动动系统每振振动一次，刀架系统便便会损失一一部分能量量。因此，刀架架系统也不不会有自激激振动产生生。（3）当W振出>W振入时，刀架振动系系统将有持持续的自激激振动产生生。三种情况：：①W振出=W振入+W摩阻（振入入）时，系统有有稳幅的自自激振动；；②W振出＞W振入+W摩阻（振入入）时，系统为为振幅递增增的自激振动，至一一定程度，，系统有稳稳幅的自激激振动；③W振出＜W振入+W摩阻（振入入）时，系统为为振幅递减减的自激振动，至一一定程度，，系统有稳稳幅的自激激振动；故振动系统统产生自激激振动的基基本条件是是：W振出>W振入或FP振出>FP振入2．产生自自激振动的的学说（1）再生颤振1）再生颤颤振原理如图3a)所示，车刀刀只做横向向进给。在稳定的切切削过程中中，刀架系系统因材料料的硬点，，加工余量量不均匀，，或其它原原因的冲击击等，受到到偶然的扰扰动。刀架架系统因此此产生了一一次自由振振动，并在在被加工表表面留下相相应的振纹纹。当工工件件转转过过一一转转后后，，刀刀具具要要在在留留有有振振纹纹的的表表面面上上切切削削，，因因切切削削厚厚度度发发生生了了变变化化，，所所以以引引起起了了切切削削力力周周期期性性的的变变化化。。产产生生动动态态切切削削力力。。将这这种种由由于于切切削削厚厚度度的的变变化化而而引引起起的的自自激激振振动动，，称称为为““再再生生颤颤振振””。。图3自自由由正正交交切切削削时时再再生生颤颤振振的的产产生生2））再再生生颤颤振振产产生生的的条条件件图4表示示了了四四种种情情况况。。图图中中实实线线表表示示前前一一转转切切削削的的工工件件表表面面振振纹纹，，虚虚线线表表示示后后一一转转切切削削的的表表面面。。结论论：：在在再再生生颤颤振振中中，，只只有有当当后一一转转的的振振纹纹的的相相位位滞滞后后于于前前一一转转振振纹纹时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（（ψ=0）图4ab）前后两转转的振纹纹相位差差为ψ=π图4bc）后一转的的振纹相相位超前前，0<ψ<π图4cd）后一转的的振纹相相位滞后后，即0>ψ>-ππ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）ψ=0b）ψ=πc））0<ψ<πd）0>ψ>-π一般0＜μ＜1，径向切入入μ=1（切槽、钻钻、端铣铣等）横向切削削0