机械制造第10章ppt课件

1、工程十工程十 机械加工外表质量机械加工外表质量 工程学习要点工程学习要点 机械加工外表质量机械加工外表质量 外表质量对零件运用性能的影响外表质量对零件运用性能的影响 影响加工外表几何外形特征的要素影响加工外表几何外形特征的要素 影响外表层物理及机械性能的要素影响外表层物理及机械性能的要素 机械加工振动简介机械加工振动简介 工程小结工程小结义务一义务一 机械加工外表质量机械加工外表质量 机械加工外表质量包括加工外表的几何外形机械加工外表质量包括加工外表的几何外形特征和外表层的物理及机械性能两部分。特征和外表层的物理及机械性能两部分。一、加工外表的几何外形特征一、加工外表的几何外形特征 加工外表的

2、几何外形特征主要包括外表粗糙度、加工外表的几何外形特征主要包括外表粗糙度、外表波度、纹理方向和外表伤痕四部分，如以下图所外表波度、纹理方向和外表伤痕四部分，如以下图所示。示。 外表粗糙度：是指加工外表的微观几何外形外表粗糙度：是指加工外表的微观几何外形误差，主要是由刀具的外形及切削过程中的塑性误差，主要是由刀具的外形及切削过程中的塑性变形和振动等引起的。外表粗糙度的波距小于变形和振动等引起的。外表粗糙度的波距小于1mm，其波距与波高的比值普通小于，其波距与波高的比值普通小于50。 外表波度：是指介于宏观几何外形误差波距与外表波度：是指介于宏观几何外形误差波距与波高的比值大于波高的比值大于100

3、0和外表粗糙度之间的周期性几和外表粗糙度之间的周期性几何外形误差，主要是由加工过程中工艺系统的低频振何外形误差，主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的。外表波度的波距在动引起的。外表波度的波距在120mm之间，其波距之间，其波距与波高的比值普通在与波高的比值普通在501000之间。之间。 纹理方向：是指外表的刀纹方向，取决于外表纹理方向：是指外表的刀纹方向，取决于外表构成过程中所采用的机械加工方法。构成过程中所采用的机械加工方法。 外表伤痕：是指在加工外表的个别位置出现的缺外表伤痕：是指在加工外表的个别位置出现的缺陷，如砂眼、气孔和裂痕等。陷，如砂眼、气孔和裂痕等。 二、外表层的物理及机械

4、性能二、外表层的物理及机械性能 外表层的物理及机械性能主要包括外表层金外表层的物理及机械性能主要包括外表层金相组织变化、外表层冷作硬化和外表层剩余应力相组织变化、外表层冷作硬化和外表层剩余应力三部分，如以下图所示。三部分，如以下图所示。义务二义务二 外表质量对零件运用外表质量对零件运用 性能的影响性能的影响一、外表质量对耐磨性的影响一、外表质量对耐磨性的影响 1外表粗糙度外表粗糙度 工件的外表粗糙度过大或过小都会降低工件的耐工件的外表粗糙度过大或过小都会降低工件的耐磨性。其中，外表粗糙度过大，会使摩擦工件的实践磨性。其中，外表粗糙度过大，会使摩擦工件的实践接触面积减小，单位应力增大，在接触点的

5、凸峰处产接触面积减小，单位应力增大，在接触点的凸峰处产生弹性变形、塑性变形和剪切破坏，从而使工件磨损生弹性变形、塑性变形和剪切破坏，从而使工件磨损严重；外表粗糙度过小，接触面间容易发生分子粘接，严重；外表粗糙度过小，接触面间容易发生分子粘接，且光滑液不易储存，也会导致工件磨损严重。且光滑液不易储存，也会导致工件磨损严重。 因此，在一定的任务条件下，通常会存在一个最因此，在一定的任务条件下，通常会存在一个最正确的外表粗糙度，使工件的耐磨性最好。正确的外表粗糙度，使工件的耐磨性最好。 2纹理方向纹理方向 轻载时，两个相对运开工件的外表纹理方向均与轻载时，两个相对运开工件的外表纹理方向均与其运动方向

6、一致时，耐磨性最好，外表纹理方向均与其运动方向一致时，耐磨性最好，外表纹理方向均与其运动方向垂直时，耐磨性最差；重载时，由于压强、其运动方向垂直时，耐磨性最差；重载时，由于压强、分子亲和力和光滑液储存等要素的变化，耐磨性规律分子亲和力和光滑液储存等要素的变化，耐磨性规律与轻载时大致一样，但能够会有所差别。与轻载时大致一样，但能够会有所差别。 3外表层冷作硬化外表层冷作硬化 外表层冷作硬化可以提高外表层金属的显微硬度，外表层冷作硬化可以提高外表层金属的显微硬度，减小接触面间的弹性变形和塑性变形，从而提高工件减小接触面间的弹性变形和塑性变形，从而提高工件的耐磨性。但冷作硬化程度太高时，工件外表层金

7、属的耐磨性。但冷作硬化程度太高时，工件外表层金属会变脆，容易产生微观裂纹或剥落景象，反而会降低会变脆，容易产生微观裂纹或剥落景象，反而会降低工件的耐磨性。因此，为保证工件的耐磨性，外表层工件的耐磨性。因此，为保证工件的耐磨性，外表层冷作硬化程度应控制在一定的范围内。冷作硬化程度应控制在一定的范围内。 4外表层金相组织变化外表层金相组织变化 外表层产生金相组织变化时，会改动工件资外表层产生金相组织变化时，会改动工件资料原来的硬度，因此会影响工件的耐磨性。料原来的硬度，因此会影响工件的耐磨性。 二、外表质量对耐疲劳性的影响二、外表质量对耐疲劳性的影响1加工外表的几何外形特征加工外表的几何外形特征

8、加工外表的几何外形特征中，外表粗糙度对工件加工外表的几何外形特征中，外表粗糙度对工件耐疲劳性的影响最大。外表越粗糙，在交变载荷的作耐疲劳性的影响最大。外表越粗糙，在交变载荷的作用下，其波谷处应力集中景象越严重，容易引起疲劳用下，其波谷处应力集中景象越严重，容易引起疲劳裂纹，降低工件的耐疲劳性。裂纹，降低工件的耐疲劳性。 外表伤痕处也容易构成应力集中，尤其是当伤痕外表伤痕处也容易构成应力集中，尤其是当伤痕方向与应力方向垂直时，容易产生疲劳裂纹，降低工方向与应力方向垂直时，容易产生疲劳裂纹，降低工件的耐疲劳性。件的耐疲劳性。 2外表层的物理及机械性能外表层的物理及机械性能 外表层的物理及机械性能中

9、，外表剩余应力对外表层的物理及机械性能中，外表剩余应力对工件耐疲劳性的影响最大。当外表层存在剩余压应工件耐疲劳性的影响最大。当外表层存在剩余压应力时，可妨碍疲劳裂纹的产生和扩展，提高工件的力时，可妨碍疲劳裂纹的产生和扩展，提高工件的耐疲劳性；当外表层存在剩余拉应力时，容易使加耐疲劳性；当外表层存在剩余拉应力时，容易使加工外表产生裂纹，降低工件的耐疲劳性。工外表产生裂纹，降低工件的耐疲劳性。 适当的外表层冷作硬化可以妨碍疲劳裂纹的产适当的外表层冷作硬化可以妨碍疲劳裂纹的产生和扩展，提高工件的耐疲劳性。但冷作硬化程度生和扩展，提高工件的耐疲劳性。但冷作硬化程度太高时，工件外表层金属会变脆，反而容易

10、引起外太高时，工件外表层金属会变脆，反而容易引起外表裂纹，降低工件的耐疲劳性。表裂纹，降低工件的耐疲劳性。 三、外表质量对耐蚀性的影响三、外表质量对耐蚀性的影响1外表粗糙度外表粗糙度 工件的耐蚀性在很大程度上取决于外表粗糙度。工件的耐蚀性在很大程度上取决于外表粗糙度。外表粗糙度值大时，腐蚀性物质容易积聚在外表粗糙外表粗糙度值大时，腐蚀性物质容易积聚在外表粗糙度的波谷处发生化学腐蚀或电化学腐蚀，从而会降低度的波谷处发生化学腐蚀或电化学腐蚀，从而会降低工件的耐蚀性；反之，外表粗糙度值小时，那么会提工件的耐蚀性；反之，外表粗糙度值小时，那么会提高工件的耐蚀性。高工件的耐蚀性。 2剩余应力剩余应力 外

11、表层的剩余压应力可使工件外表组织致密，腐外表层的剩余压应力可使工件外表组织致密，腐蚀性物质不易侵入，有利于提高工件的耐蚀性；反之，蚀性物质不易侵入，有利于提高工件的耐蚀性；反之，外表层的剩余拉应力那么会降低工件的耐蚀性。外表层的剩余拉应力那么会降低工件的耐蚀性。四、外表质量对配合精度的影响四、外表质量对配合精度的影响 外表质量中的外表粗糙度对零件配合精度的影响外表质量中的外表粗糙度对零件配合精度的影响较大。较大。 对于间隙配合的外表，假设其外表粗糙度值较大，对于间隙配合的外表，假设其外表粗糙度值较大，相对运动时磨损较快，配合间隙迅速增大，从而影响相对运动时磨损较快，配合间隙迅速增大，从而影响间

12、隙配合的精度和稳定性；对于过盈配合的外表，假间隙配合的精度和稳定性；对于过盈配合的外表，假设其外表粗糙度值较大，配合外表上的波峰易被挤掉，设其外表粗糙度值较大，配合外表上的波峰易被挤掉，使得实践过盈量减小，从而影响过盈配合的可靠性；使得实践过盈量减小，从而影响过盈配合的可靠性；对于过渡配合的外表，那么兼有以上两种配合的影响。对于过渡配合的外表，那么兼有以上两种配合的影响。因此，对有配合要求的外表，应规定较小的外表粗糙因此，对有配合要求的外表，应规定较小的外表粗糙度值。度值。 义务三义务三 影响加工外表几何外形影响加工外表几何外形 特征的要素特征的要素 一、影响切削加工外表粗糙度的要素一、影响切

13、削加工外表粗糙度的要素 1几何要素几何要素 切削加工中，由于刀具切削刃的外形和进给量切削加工中，由于刀具切削刃的外形和进给量等几何要素的影响，加工余量不能够完全切除，而会等几何要素的影响，加工余量不能够完全切除，而会在加工外表上留下一定的残留面积。切削残留面积的在加工外表上留下一定的残留面积。切削残留面积的高度决议着外表粗糙度值的大小。高度决议着外表粗糙度值的大小。 rrfRcotcotmax 影响切削残留面积高度的要素主要包括进给影响切削残留面积高度的要素主要包括进给量量f、主偏角、主偏角 、副偏角、副偏角 和刀尖圆弧半径和刀尖圆弧半径r等。如等。如以下图所示，当车刀刀尖圆弧半径以下图所示，

14、当车刀刀尖圆弧半径r为零时，由几为零时，由几何关系可推出残留面积最大高度何关系可推出残留面积最大高度Rmax的计算公式的计算公式为：为：rr 如以下图所示，当车刀刀尖圆弧半径如以下图所示，当车刀刀尖圆弧半径r不为不为零时，残留面积最大高度零时，残留面积最大高度Rmax为：为：2211max2frrOCCOOOR 因因Rmaxr，上式经变形可得出残留面积最，上式经变形可得出残留面积最大高度大高度Rmax的计算公式为：的计算公式为： rfR82max 可以看出，切削加工中，减小进给量可以看出，切削加工中，减小进给量f、主、主偏角偏角 和副偏角和副偏角 ，增大刀尖圆弧半径，增大刀尖圆弧半径r，可以，

15、可以降低残留面积最大高度降低残留面积最大高度Rmax，从而减小加工外，从而减小加工外表粗糙度。表粗糙度。 rr2物理要素物理要素 切削加工中，刀具对工件的挤压与摩擦，使加工切削加工中，刀具对工件的挤压与摩擦，使加工外表发生塑性变形，呵斥原有的残留面积扭曲或沟纹外表发生塑性变形，呵斥原有的残留面积扭曲或沟纹加深，增大加工外表粗糙度。加深，增大加工外表粗糙度。 加工塑性资料，当采用中等或偏低的切削速度时，加工塑性资料，当采用中等或偏低的切削速度时，容易产生积屑瘤和鳞刺，从而增大加工外表粗糙度；容易产生积屑瘤和鳞刺，从而增大加工外表粗糙度；加工脆性资料时，切削速度对外表粗糙度的影响不大，加工脆性资料

16、时，切削速度对外表粗糙度的影响不大，容易得到较小的外表粗糙度。容易得到较小的外表粗糙度。 对同样的资料，其金相组织越粗大，切削加对同样的资料，其金相组织越粗大，切削加工后的外表粗糙度越大。因此，精加工前对工件工后的外表粗糙度越大。因此，精加工前对工件进展调质等处置，可得到均匀细密的组织和较高进展调质等处置，可得到均匀细密的组织和较高的硬度，从而减小加工外表粗糙度。的硬度，从而减小加工外表粗糙度。3工艺系统的振动工艺系统的振动 在加工过程中，工艺系统的振动会使加工外表产在加工过程中，工艺系统的振动会使加工外表产生波度，从而增大加工外表粗糙度。生波度，从而增大加工外表粗糙度。 二、影响磨削加工外表

17、粗糙度的要素二、影响磨削加工外表粗糙度的要素 影响磨削加工外表粗糙度的要素主要包括磨削用影响磨削加工外表粗糙度的要素主要包括磨削用量、砂轮和工件资料等。量、砂轮和工件资料等。 增大磨削深度增大磨削深度ap，会使磨削力增大，磨削温度升，会使磨削力增大，磨削温度升高，外表塑性变形增大，加工外表粗糙度增大。高，外表塑性变形增大，加工外表粗糙度增大。 1磨削用量磨削用量 1砂轮速度砂轮速度vc 提高砂轮速度提高砂轮速度vc可以添加工件单位面积上的可以添加工件单位面积上的刻痕数，且高速磨削时工件外表的塑性变形不充分，刻痕数，且高速磨削时工件外表的塑性变形不充分，可减小沟槽两侧的隆起量，有利于减小加工外表

18、粗可减小沟槽两侧的隆起量，有利于减小加工外表粗糙度。糙度。 2工件线速度工件线速度vw 在其他条件不变的情况下，提高工件线速度在其他条件不变的情况下，提高工件线速度vw，会减少磨粒单位时间内在工件外表上的刻痕数，从而会减少磨粒单位时间内在工件外表上的刻痕数，从而增大加工外表粗糙度。增大加工外表粗糙度。 3磨削深度磨削深度ap2砂轮砂轮 1砂轮的粒度砂轮的粒度 砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒数越多，砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒数越多，在加工外表的刻痕越细密，那么外表粗糙度越小；在加工外表的刻痕越细密，那么外表粗糙度越小；但粒度过细时，砂轮易堵塞，磨削性能下降，反而但粒度过细时，砂轮易堵塞，

19、磨削性能下降，反而会使外表粗糙度增大。会使外表粗糙度增大。 2砂轮的硬度砂轮的硬度 砂轮的硬度应适宜。砂轮太硬，磨粒钝化后不易砂轮的硬度应适宜。砂轮太硬，磨粒钝化后不易零落，加工外表会遭到剧烈地摩擦和挤压，塑性变形零落，加工外表会遭到剧烈地摩擦和挤压，塑性变形增大，从而会导致加工外表粗糙度增大或烧伤加工外增大，从而会导致加工外表粗糙度增大或烧伤加工外表；砂轮太软，磨粒易零落，常会产生磨损不均匀的表；砂轮太软，磨粒易零落，常会产生磨损不均匀的景象，也会使加工外表粗糙度增大。景象，也会使加工外表粗糙度增大。3砂轮的修整砂轮的修整 砂轮应及时修整，以去除外层已钝化或被磨砂轮应及时修整，以去除外层已钝

20、化或被磨屑堵塞的磨粒，以保证切削微刃的等高性。屑堵塞的磨粒，以保证切削微刃的等高性。 3工件资料工件资料 工件资料的硬度、塑性、韧性和导热性等对磨工件资料的硬度、塑性、韧性和导热性等对磨削加工外表粗糙度有显著的影响。削加工外表粗糙度有显著的影响。 工件资料太硬，易使磨粒钝化，会增大加工外工件资料太硬，易使磨粒钝化，会增大加工外表粗糙度；工件资料太软，易使砂轮堵塞，也会增大表粗糙度；工件资料太软，易使砂轮堵塞，也会增大加工外表粗糙度。加工外表粗糙度。 工件资料的塑性、韧性较大时，其塑性变形程工件资料的塑性、韧性较大时，其塑性变形程度也较大，会使加工外表粗糙度较大。工件资料的导度也较大，会使加工外

21、表粗糙度较大。工件资料的导热性较差时，会导致磨削温度较高，也会使加工外表热性较差时，会导致磨削温度较高，也会使加工外表粗糙度较大。粗糙度较大。 义务四义务四 影响外表层物理及影响外表层物理及 机械性能的要素机械性能的要素一、影响外表层金相组织变化的要素一、影响外表层金相组织变化的要素 对于普通的切削加工，切削温度普通不会到达相对于普通的切削加工，切削温度普通不会到达相变临界点，金相组织不会发生变化；但对于磨削加工，变临界点，金相组织不会发生变化；但对于磨削加工，由于磨削温度较高，很容易到达相变临界点，使外表由于磨削温度较高，很容易到达相变临界点，使外表层的金相组织发生变化，引起外表层的硬度和强

22、度改层的金相组织发生变化，引起外表层的硬度和强度改动，从而产生剩余应力，甚至出现裂纹，这种景象称动，从而产生剩余应力，甚至出现裂纹，这种景象称为磨削烧伤。为磨削烧伤。 影响磨削烧伤的要素主要包括磨削用量、砂轮的影响磨削烧伤的要素主要包括磨削用量、砂轮的选择和冷却方式等。选择和冷却方式等。 1磨削用量磨削用量 当磨削深度当磨削深度ap添加时，磨削温度会显著升高，添加时，磨削温度会显著升高，容易呵斥磨削烧伤。容易呵斥磨削烧伤。 当工件的轴向进给量当工件的轴向进给量fa增大时，由于热源作用增大时，由于热源作用时间减少，使金相组织来不及变化，因此可减轻磨时间减少，使金相组织来不及变化，因此可减轻磨削烧

23、伤。削烧伤。 提高工件线速度提高工件线速度vw，虽然会使发热量增大，虽然会使发热量增大，但由于热源作用时间减少，因此对磨削烧伤影响不但由于热源作用时间减少，因此对磨削烧伤影响不大。但提高工件线速度大。但提高工件线速度vw会增大加工外表粗糙度，会增大加工外表粗糙度，普通可经过提高砂轮速度普通可经过提高砂轮速度vc来弥补此缺乏。来弥补此缺乏。 2砂轮的选择砂轮的选择 砂轮的粒度越细，硬度越高，那么磨削温度砂轮的粒度越细，硬度越高，那么磨削温度越高，磨削烧伤越严重。越高，磨削烧伤越严重。 砂轮结合剂最好采器具有一定弹性的资料，砂轮结合剂最好采器具有一定弹性的资料，保证磨粒遭到过大磨削力时能产生一定的

24、弹性退让，保证磨粒遭到过大磨削力时能产生一定的弹性退让，以减小磨削深度，减轻磨削烧伤。以减小磨削深度，减轻磨削烧伤。 3冷却方式冷却方式 采用切削液进展冷却可防止磨削烧伤。但由于磨采用切削液进展冷却可防止磨削烧伤。但由于磨削时，砂轮转速较高，其外表会产生一层强气流，采削时，砂轮转速较高，其外表会产生一层强气流，采用普通的冷却方法时，切削液很难进入磨削区，因此，用普通的冷却方法时，切削液很难进入磨削区，因此，冷却效果不理想。目前采用的比较有效的冷却方法有冷却效果不理想。目前采用的比较有效的冷却方法有高压大流量法、喷雾冷却法和内冷却法等。高压大流量法、喷雾冷却法和内冷却法等。 二、外表层冷作硬化二

25、、外表层冷作硬化 外表层冷作硬化用硬化层深度外表层冷作硬化用硬化层深度h和硬化程度和硬化程度N两个目的来衡量。普通情况下，硬化层深度两个目的来衡量。普通情况下，硬化层深度h可达可达0.050.3mm；硬化程度；硬化程度N的计算公式为：的计算公式为： %10000HHHN 机械加工中，由于切削热的作用，工件外表层的机械加工中，由于切削热的作用，工件外表层的温度会升高，当温度升高到一定程度时，会使已强化温度会升高，当温度升高到一定程度时，会使已强化的金属回复到正常形状。因此，外表层冷作硬化实践的金属回复到正常形状。因此，外表层冷作硬化实践上是硬化和回复综协作用的结果。上是硬化和回复综协作用的结果。

26、 影响外表层冷作硬化的要素主要包括刀具几何参影响外表层冷作硬化的要素主要包括刀具几何参数、切削用量和工件资料等。数、切削用量和工件资料等。 1刀具几何参数刀具几何参数 刀具前角刀具前角o减小，刀尖圆弧半径减小，刀尖圆弧半径r增大及刀增大及刀具后刀面磨损宽度具后刀面磨损宽度VB增大都会使外表层的塑性变增大都会使外表层的塑性变形增大，从而导致冷作硬化层深度形增大，从而导致冷作硬化层深度h和硬化程度和硬化程度N增大。增大。 2切削用量切削用量 切削用量中进给量切削用量中进给量f和切削速度和切削速度vc对冷作硬化的对冷作硬化的影响较大。其中，进给量影响较大。其中，进给量f增大，会使切削力增大，增大，会

27、使切削力增大，工件外表层的塑性变形增大，从而导致冷作硬化层深工件外表层的塑性变形增大，从而导致冷作硬化层深度度h和硬化程度和硬化程度N增大；切削速度增大；切削速度vc增大，会使切削增大，会使切削温度升高，回复作用加强，同时刀具对工件的作用时温度升高，回复作用加强，同时刀具对工件的作用时间减少，塑性变形减小，因此，冷作硬化层深度间减少，塑性变形减小，因此，冷作硬化层深度h和和硬化程度硬化程度N都会有所减小。都会有所减小。3工件资料工件资料 工件资料的硬度越低、塑性越好，加工时外工件资料的硬度越低、塑性越好，加工时外表层的塑性变形越大，冷作硬化越严重。表层的塑性变形越大，冷作硬化越严重。 三、外表

28、层剩余应力三、外表层剩余应力 产生外表层剩余应力的缘由主要包括冷态塑性产生外表层剩余应力的缘由主要包括冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三方面。变形、热态塑性变形和金相组织变化三方面。 1冷态塑性变形冷态塑性变形 切削加工时，加工外表在切削力的作用下产生切削加工时，加工外表在切削力的作用下产生剧烈的塑性变形，表层金属体积膨胀，但由于遭到剧烈的塑性变形，表层金属体积膨胀，但由于遭到里层金属的妨碍，从而在表层产生了剩余压应力，里层金属的妨碍，从而在表层产生了剩余压应力，里层产生了剩余拉应力。里层产生了剩余拉应力。 另一方面，由于加工外表遭到刀具后刀面的另一方面，由于加工外表遭到刀具后刀面的挤

29、压和摩擦作用，表层产生拉伸塑性变形，但其挤压和摩擦作用，表层产生拉伸塑性变形，但其也会遭到里层金属的妨碍，从而也会在表层产生也会遭到里层金属的妨碍，从而也会在表层产生剩余压应力，里层产生剩余拉应力。剩余压应力，里层产生剩余拉应力。2热态塑性变形热态塑性变形 切削加工时，加工外表在切削热的作用下产生热切削加工时，加工外表在切削热的作用下产生热膨胀，但由于里层金属温度较低，会对表层金属的热膨胀，但由于里层金属温度较低，会对表层金属的热膨胀产生妨碍作用，从而使表层产生热紧缩应力。当膨胀产生妨碍作用，从而使表层产生热紧缩应力。当热紧缩应力超越资料的热屈服点时，会使表层金属产热紧缩应力超越资料的热屈服点

30、时，会使表层金属产生紧缩塑性变形。当加工终了后，表层温度下降，体生紧缩塑性变形。当加工终了后，表层温度下降，体积收缩时又会遭到里层金属的妨碍，最终会在表层产积收缩时又会遭到里层金属的妨碍，最终会在表层产生剩余拉应力，里层产生剩余压应力。生剩余拉应力，里层产生剩余压应力。3金相组织变化金相组织变化 切削加工时，假设加工外表的温度超越金相切削加工时，假设加工外表的温度超越金相组织的转变温度，工件表层将会产生组织转变。由组织的转变温度，工件表层将会产生组织转变。由于不同金相组织的密度不同，表层金相组织的变化于不同金相组织的密度不同，表层金相组织的变化将会引起表层体积的变化。表层体积膨胀时，由于将会引

31、起表层体积的变化。表层体积膨胀时，由于遭到里层金属的妨碍，会产生剩余压应力；反之会遭到里层金属的妨碍，会产生剩余压应力；反之会产生剩余拉应力。产生剩余拉应力。 实践加工中，外表层剩余应力是上述三者综协作实践加工中，外表层剩余应力是上述三者综协作用的结果，其大小、性质和分布规律由起主导作用的用的结果，其大小、性质和分布规律由起主导作用的要素决议，例如，切削时，起主导作用的要素是冷态要素决议，例如，切削时，起主导作用的要素是冷态塑性变形，工件外表常产生剩余压应力；磨削时，起塑性变形，工件外表常产生剩余压应力；磨削时，起主导作用的要素是热态塑性变形或金相组织变化，工主导作用的要素是热态塑性变形或金相

32、组织变化，工件外表常产生剩余拉应力。件外表常产生剩余拉应力。 义务五义务五 机械加工振动简介机械加工振动简介 机械加工振动是指机械加工中刀具和工件之间机械加工振动是指机械加工中刀具和工件之间产生的振动。它会干扰和破坏正常的切削过程，使加产生的振动。它会干扰和破坏正常的切削过程，使加工外表质量降低、刀具和机床的运用寿命缩短、切削工外表质量降低、刀具和机床的运用寿命缩短、切削加工的消费率降低，同时振动产生的噪声会污染环境，加工的消费率降低，同时振动产生的噪声会污染环境，恶化工人的劳动条件。恶化工人的劳动条件。 自在振动：是指机械加工过程中，由于切削自在振动：是指机械加工过程中，由于切削力的忽然变化

33、或其他外界力的冲击等缘由引起的力的忽然变化或其他外界力的冲击等缘由引起的振动。这种振动普通可以迅速衰减，对机械加工振动。这种振动普通可以迅速衰减，对机械加工过程的影响很小。过程的影响很小。 受迫振动：是指由工艺系统内部或外部周期性受迫振动：是指由工艺系统内部或外部周期性激振力所引起的振动。激振力所引起的振动。 自激振动：又称为颤振，是指机械加工过程中，自激振动：又称为颤振，是指机械加工过程中，没有外界干扰鼓励而由振动系统本身产生的交变力加没有外界干扰鼓励而由振动系统本身产生的交变力加强和维持的一种稳定的周期性振动。强和维持的一种稳定的周期性振动。 一、机械加工振动的分类一、机械加工振动的分类

34、按其性质，机械加工振动可分为自在振动、按其性质，机械加工振动可分为自在振动、受迫振动和自激振动三种。受迫振动和自激振动三种。 二、受迫振动二、受迫振动 1受迫振动产生的缘由受迫振动产生的缘由 受迫振动的振源有来自于机床外部的机外振源受迫振动的振源有来自于机床外部的机外振源和来自于机床内部的机内振源两大类。其中，机外振和来自于机床内部的机内振源两大类。其中，机外振源有很多，如机床附近的振动源等，它们的振动经过源有很多，如机床附近的振动源等，它们的振动经过地基传给机床，从而引起工艺系统的受迫振动；机内地基传给机床，从而引起工艺系统的受迫振动；机内振源主要包括机床高速回转零件的不平衡振源主要包括机床

35、高速回转零件的不平衡 、机床传、机床传动系统的误差动系统的误差 和切削过程中的冲击等。和切削过程中的冲击等。2受迫振动的特征受迫振动的特征 1受迫振动是由周期性激振力引起的，是一受迫振动是由周期性激振力引起的，是一种不衰减的稳定振动，且振动本身不会引起激振力的种不衰减的稳定振动，且振动本身不会引起激振力的变化。变化。 2受迫振动的频率与激振力的频率一样受迫振动的频率与激振力的频率一样或呈倍数关系，与工艺系统的固有频率无关。或呈倍数关系，与工艺系统的固有频率无关。 3受迫振动的振幅主要取决于激振力的频率受迫振动的振幅主要取决于激振力的频率与工艺系统固有频率的比值，此外还与激振力的大与工艺系统固有

36、频率的比值，此外还与激振力的大小、系统刚度和阻尼系数等有关。当激振力的频率小、系统刚度和阻尼系数等有关。当激振力的频率与工艺系统的固有频率相近时，振幅会急剧添加，与工艺系统的固有频率相近时，振幅会急剧添加，产生共振景象。产生共振景象。3减小受迫振动的措施减小受迫振动的措施 1消振和隔振消振和隔振2减小激振力减小激振力 3调理振源频率调理振源频率 4提高系统刚性及添加系统阻尼提高系统刚性及添加系统阻尼三、自激振动三、自激振动 1自激振动产生的原理自激振动产生的原理 由于维持自激振动所需的交变力是由于维持自激振动所需的交变力是由振动系统本身所产生的，因此，振动由振动系统本身所产生的，因此，振动系统

37、的运动一停顿，交变力就随之消逝，系统的运动一停顿，交变力就随之消逝，自激振动也就停顿。其原理和日常生活自激振动也就停顿。其原理和日常生活中常见的电铃的任务原理很类似。中常见的电铃的任务原理很类似。 如右图所示，按下电铃按钮如右图所示，按下电铃按钮2，电路，电路接通，电磁铁接通，电磁铁5产生磁力吸引衔铁产生磁力吸引衔铁4，使，使弹簧片弹簧片7带动小锤敲击电铃带动小锤敲击电铃6，此时触点，此时触点3断开，回路断电，电磁铁断开，回路断电，电磁铁5失去磁性，小失去磁性，小锤靠弹簧片弹回原处，电路又被接通，锤靠弹簧片弹回原处，电路又被接通，然后反复上述过程。然后反复上述过程。 电铃的自激振动系统如左图所

38、示。弹簧片和小锤电铃的自激振动系统如左图所示。弹簧片和小锤组成振动元件，衔铁、电磁铁和电路组成调理元件产组成振动元件，衔铁、电磁铁和电路组成调理元件产生交变力。交变力使振动元件产生振动；振动元件又生交变力。交变力使振动元件产生振动；振动元件又对调理元件产生反响作用，以产生继续的交变力。对调理元件产生反响作用，以产生继续的交变力。 机械加工中的自激振动原理如右图所示。切削过机械加工中的自激振动原理如右图所示。切削过程产生交变力，使工艺系统的弹性元件产生振动；工程产生交变力，使工艺系统的弹性元件产生振动；工艺系统振动产生的位移再反响给切削过程，从而使切艺系统振动产生的位移再反响给切削过程，从而使切

39、削过程产生继续的交变力。削过程产生继续的交变力。 2自激振动的特征自激振动的特征 1自激振动是一种不衰减的振动，振动过程自激振动是一种不衰减的振动，振动过程本身能引起某种力的周期性变化，振动系统能经过这本身能引起某种力的周期性变化，振动系统能经过这种力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性地获种力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性地获得能量补充，从而维持振动。外部振源能够在最初激得能量补充，从而维持振动。外部振源能够在最初激发振动时起作用，但它不是产生振动的内在缘由。发振动时起作用，但它不是产生振动的内在缘由。 2自激振动的频率等于或接近于振动系统的固自激振动的频率等于或接近于振动系统的固

40、有频率，即它由振动系统本身的参数决议。有频率，即它由振动系统本身的参数决议。 3自激振动能否产生及振幅的大小取决于振动自激振动能否产生及振幅的大小取决于振动系统在每一个振动周期内获得和耗费能量的对比情况。系统在每一个振动周期内获得和耗费能量的对比情况。3减小自激振动的措施减小自激振动的措施 1合理选择切削用量合理选择切削用量 切削速度切削速度vc： vc在在2060m/min范围内振幅范围内振幅A较大，容易产生自激振动，因此，可选择高速或低较大，容易产生自激振动，因此，可选择高速或低速进展切削，以防止产生自激振动，如左图所示速进展切削，以防止产生自激振动，如左图所示 。 进给量进给量f：振幅：

41、振幅A随着随着f的增大而减小，因此，在的增大而减小，因此，在加工外表粗糙度允许的情况下应适当增大进给量加工外表粗糙度允许的情况下应适当增大进给量f，以减小自激振动。以减小自激振动。 振幅振幅A随着背吃刀量随着背吃刀量ap的增的增大而增大，因此，减小背吃刀量大而增大，因此，减小背吃刀量ap可以减小自激振动。但由于减可以减小自激振动。但由于减小背吃刀量小背吃刀量ap会降低消费率，所会降低消费率，所以，通常情况下采用调整切削速以，通常情况下采用调整切削速度度vc和进给量和进给量f来减小自激振动。来减小自激振动。 2合理选择刀具几何参数合理选择刀具几何参数 适当增大前角适当增大前角o和主偏角和主偏角

42、可以减小切削力，从而可以减小切削力，从而减小自激振动。减小自激振动。 r3提高工艺系统的抗振才干提高工艺系统的抗振才干 提高机床的抗振性提高机床的抗振性 机床的抗振性可以经过改善机床刚性、合理安机床的抗振性可以经过改善机床刚性、合理安排各部件的固有频率、增大阻尼以及提高加工和装排各部件的固有频率、增大阻尼以及提高加工和装配的质量等措施来提高。配的质量等措施来提高。 提高刀具的抗振性提高刀具的抗振性 刀具的抗振性可以经过改善刀杆的惯性矩和弹性刀具的抗振性可以经过改善刀杆的惯性矩和弹性模量，以及提高刀具的阻尼系数等措施来提高。模量，以及提高刀具的阻尼系数等措施来提高。 提高工件安装时的刚性提高工件安装时的刚性 提高工件安装时的刚性主要是指提高工件的弯曲提高工件安装时的刚性主要是指提高工件的弯曲刚度，如车削细长轴时运用中心架或跟刀架等。刚度，如车削细长轴时运用中心架或跟刀架等。4采用消振及减振安装采用消振及减振安装 工程小结工程小结1机械加工外表质量机