第四章机械加工表面质量及其控制演示幻灯片

第四章机械加工表面质量及其控制,4.1机械表面质量及其对使用性能的影响4.2影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改进措施4.3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施4.4机械加工过程的振动,研究加工表面质量的目的，就是要掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高加工表面质量，提高产品性能的目的。,1,（一）加工表面的几何形貌,1）表面粗糙度微观误差S/H50mm时，Rz（0.10.15）零件尺寸在1850时，Rz（0.150.2）零件尺寸W振入W摩阻振幅递增的自激振动，振幅递增到出现新的能量平衡W振出=W振入W摩阻，稳幅自激振动。3）W振出W振入即振出过程曲线在振入过程曲线的上部。2）F振出（yi）F振入（yi）即对于振动轨迹的任一指定位置yi而言，振动系统在振出阶段通过yi点的力F振出（yi）大于振入阶段通过同一点yi的力F振入（yi）,所以加工系统产生自激振动的基本条件为：,60,（三）自激振动的激振原理,激振原理有许多不同学说（比较公认的）：再生原理；振型耦合原理；负摩擦原理；切削力滞后原理。,61,1再生原理,（1）概念以车刀作自由正交切削，车刀只作横向进给为例,自由正交切削,62,受到瞬时偶然干扰，刀具与工件发生相对振动（自由振动），振动因有阻尼而衰减。但此时会在加工表面上留下一段振纹（图b），当工件转过一周再切到此处时（图c），切削厚度发生变化。有交变动态切削力产生，如各种条件的匹配是促进,振动的；就会进一步发展为颤振（图d），这种由于切削厚度变化效应引起的自激振动，称为再生型颤振。,63,（2）产生条件一般两次切削的振纹总不会完全同步，设相位差为。设本转振动运动方程则前一转切削的振动运动方程为瞬时切削厚度a(t)及切削力F(t)分别为,a0名义切削层公称厚度kc单位切削宽度上的切削刚度bD切削层公称宽度,64,在振动的一个周期内，切削力对振动系统所作的功为,KC、BD为正值00，外界能量输入，系统不稳定，再生型颤振产生；2时，EW振入（yi），就会产生自激振动。这种由于振动系统在各主振模态间相互耦合，相互关联而产生的自激振动，叫振型耦合型颤振。不同的，振动轨迹不同，振动系统吸收和消耗的能量也不同。设：在一个振动周期内，外界对振动系统所作的功为W，则：当00，系统将有耦合型颤振发生。,67,3负摩擦原理,负摩擦特性：切削力Fy随切削速度v的增大而减小。,68,振入运动时，切屑相对于刀具的速度振出运动时，切屑相对于刀具的速度所以V振入V振出由于存在负摩擦F振出F振入故加工系统产生自激振动。这种由于切削过程中存在负摩擦特性而产生的自激振动，称为摩擦型振颤。,当刀架在外界偶然干扰下在y向作振动运动时。对于任一指定点：,69,4切削力滞后原理,由于机床加工系统存在惯性和阻尼，因而实际作用在刀具上的切削力总是滞后于主振系统振动运动的。,70,在振入过程中，名义切削厚度由小变大，而刀具实际感受到的切削厚度总小于名义切削厚度，即实际作用在刀具上的切削力总小于名义切削力，振出过程时则相反，因此得下图中Fy与y的关系。,F振出（yi）F振入（yi）故产生自激振动。这种由于切削力滞后于振动运动的滞后效应所引起的自激振动称为滞后型颤振。,71,三机械加工振动的诊断技术,机械加工诊断主要包括两方面：1)诊断类别：强迫振动OR自激振动2)如是强迫振动，查找振源（利用频谱技术，成熟）如是自激振动，判断类型（再生型，振型耦合型，摩擦型，滞后型）。研究自激诊断技术的关键是确定诊断参数（反映该类振动最本质，最核心的参数，同时要可测）。,72,（一）强迫振动的诊断,1.诊断依据强迫振动的频率与外界干扰力的频率相同（或是整数倍）。这点就是诊断是否强迫振动的主要依据。可采用频率分析法来诊断和判别。,73,2.诊断程序,1）采集现场加工振动信号2）频谱分析找出振动频率，并确定主振。3）作环境实验，查找机外振源关机床，拾取信号。将这些频率成分与现场加工的振动频率对比，若相同，则可判断属强迫振动，且是机外振源。若不符合则做空转实验。4）做空转实验，查找机内振源按现场加工条件空运转，拾取信号，比较。判断。除查明的机外振源若完全相同，属强迫振动，有机内振源，若不完全相同，说明可能有自激振动。5）查找干扰力源（如是机内振源，还应查找具体位置）如采用单独驱动运动部件，进行空转实验。若无法单独驱动，则要根据运动参数，计算可能成为振源的运动部件的频率，进行对比分析。,74,（二）再生型颤振的诊断,1.诊断参数前后两转（次）切削振纹相差的存在，是引起再生型颤振的根本原因。的大小决定了机床加工系统的稳定性，所以可作为诊断参数。2.相位差的测量与计算相位差可以通过测量颤振频率f和工件转速n，间接获得。以车削为例。工件转一转的切削切痕数为：,JZJ中的整数部分JWJ中的小数部分,75,相位差可通过JW间接求得：,因测得的n和f不会绝对准确，这样就导致的误差，对上式进行微分:,为避免错判现象,n容易满足，f在通常情况下不易满足，需通过频率细化技术来实现。,2.再生型颤振的诊断要领位于,象限时，机械加工中有再生型颤振。位于,象限时，机械加工中没有再生型颤振。,76,（三）振型耦合型颤振的诊断,1.振型耦合型颤振的诊断参数Z向振动相对于y向振动的相位差，作为诊断振型耦合型颤振的参数。位于、象限时，系统稳定。位于、象限时，产生振动。2.耦合型颤振的诊断要领位于、象限时，判定机械加工中产生的振动不是耦合型颤振。位于、象限时，判定机械加工中有产生耦合型颤振。,77,（四）摩擦型颤振的诊断,1.摩擦型颤振的诊断参数摩擦型颤振系统的稳定性取决于切削力相对于切削速度的变化率kF，作为诊断摩擦型颤振的参数。kFF振入，系统不稳定，产生颤振。kF0，F振出F振入，系统稳定，不产生颤振。2.摩擦型颤振的诊断要领kF1、kF20，系统有摩擦型颤振产生；kF1、kF2有一个或都大于0，判定机械加工中产生的颤振不是摩擦型颤振。,78,（五）滞后型颤振的诊断,1.滞后型震颤的诊断参数为切削力Fy（t）滞后于振动加速度的相位角。可作为诊断滞后型颤振的参数。00，外界能量输入，系统不稳定，滞后型颤振产生；2时，E0，系统消耗能量，系统稳定，不产生颤振；=/2时,E将有最