機(jī)械制造技術(shù)：機(jī)械加工表面質(zhì)量

為了保證機(jī)器的使用性能和延長(zhǎng)使用壽命，就要提高機(jī)

器零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性、密封性、接觸剛度等

性能，而機(jī)器的性能主要取決于零件的表面質(zhì)量。

機(jī)械加工表面質(zhì)量與機(jī)械加工精度一樣，是機(jī)器零件加

工質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的

加工表面和表面層作為分析和研究對(duì)象的。經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的

零件表面總是存在一定程度的微觀不平、冷作硬化、殘余應(yīng)

力及金相組織的變化，雖然只產(chǎn)生在很薄的表面層，但對(duì)零

件的使用性能的影響是很大的。

本節(jié)主要討論機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對(duì)使

用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)理等。對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生

的表面質(zhì)量問(wèn)題，如受力變形、磨削燒傷、裂紋和振紋等問(wèn)

題從理論上作出解釋，提出提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的途徑。

機(jī)械加工后的表面質(zhì)量

機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。產(chǎn)品的性

能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取決于零件

表面層的質(zhì)量。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握

機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便

運(yùn)用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提

高產(chǎn)品使用性能的目的。

一、基本概念

(-)加工表面的幾何形狀誤差

1、表面粗糙度：是加工表面的微觀幾何形狀誤差，其

波長(zhǎng)與波高的比值一般小于50o

2、表面波度：加工表面不平度中，波長(zhǎng)與波高的比值

等于50--1000的幾何形狀誤差稱為波度。

3、傷痕：是加工表面上一些個(gè)別位置上出現(xiàn)的缺陷。

例如：砂眼、氣孔、裂痕等。

(二)表面層的物理及機(jī)械性能

1、表面層的加工硬化：機(jī)械加工過(guò)程中，使表面層金

屬的硬度有所提高的現(xiàn)象。一般情況評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有

如下三項(xiàng)：(1)表層金屬的顯微硬度H；(2)硬化層深度h；

(3)硬化程度其按下式計(jì)算：Z\H=(H-HO)/H0%式中：

H0為工件內(nèi)部金屬原來(lái)的硬度。

2、表面層金屬的金相組織的變化：機(jī)械加工過(guò)程中，

由于切削熱的作用引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。

3、表面層金屬的殘余應(yīng)力：已前已經(jīng)介紹，在此不重

復(fù)。

二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響

(一)表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響

1.表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響

2

一個(gè)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段

只在表面粗糙的的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸

面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)際接觸

面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引

起嚴(yán)重磨損。

零件磨損一般可分為三個(gè)階段，初期磨損階段、正常磨

損階段和劇烈磨損階段。

表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說(shuō)表面粗

糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤(rùn)滑油

不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。

因此，接觸面的粗糙度有一個(gè)最佳值，其值與零件的工作情

況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，初期磨損量增大，表面粗糙度最

佳值也加大。

2.表面冷作硬化對(duì)耐磨性的影響

加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度

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，這是因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化將引起金屬組織過(guò)

度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。

（二）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零

件表面和表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度

影響很大。

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1.表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)

力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈

深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞底能力就愈差。

2.殘余應(yīng)力、冷作硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)

力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面層殘余應(yīng)力能

夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。

表面冷硬一般伴有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生

并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對(duì)提高疲勞強(qiáng)度有利。

（三）表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗

糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多?？刮g性就愈

差。

表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的

耐磨性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。

（四）表面質(zhì)量對(duì)配合質(zhì)量的影響

表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對(duì)于

間隙配合，粗糙度值大會(huì)使磨損加大，間隙增大，破壞了要

求的配合性質(zhì)。對(duì)于過(guò)盈配合，裝配過(guò)程中一部分表面凸峰

被擠平，實(shí)際過(guò)盈量減小，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。

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機(jī)械加工后的表面粗糙度

一、切削加工影響表面粗糙度的因素

切削加工時(shí)影響表面粗糙度的因素有三個(gè)方面：幾何因

素、物理因素和工藝系統(tǒng)振動(dòng)。

L刀具幾何形狀的復(fù)映

刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削

層殘留面積，其形狀時(shí)刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、

主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積

的高度。

此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程

度，合理選擇潤(rùn)滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑

性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的

有效措施。

2.工件材料的性質(zhì)

加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形,

加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值

加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面

就愈粗糙。

加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而

在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。

3,切削用量

二、磨削加工影響表面粗糙度的因素

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正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過(guò)程一樣，磨削加工

表面粗糙度的形成也時(shí)由幾何因素和表面金屬的塑性變形

來(lái)決定的。

影響磨削表面粗糙度的主要因素有：

L砂輪的粒度

砂輪粒度：主要是表明磨粒的尺寸大小，粒度號(hào)數(shù)越大,

磨粒的尺寸越小。

砂輪的粒度號(hào)數(shù)越大，磨粒的尺寸越小，參加磨削的磨

粒就越多，磨削出的表面就越光滑。

2.砂輪的硬度

3.砂輪的修整：修整質(zhì)量越高，磨削出的表面就越光滑。

4.磨削速度

砂輪磨削速度v越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒

數(shù)就越多，工件表面就越光滑。

注：磨削加工中，工件的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被

磨表面的磨粒數(shù)將減少，反而會(huì)使表面粗糙度值增加。？

5.磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)

6.工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量：

7.冷卻潤(rùn)滑液

機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能

在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，

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使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表

面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)

生。由于磨削加工時(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削

時(shí)更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性

能的變化會(huì)很大。

一、表面層冷作硬化

L冷作硬化及其評(píng)定參數(shù)

機(jī)械加工過(guò)程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格

扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)和纖維化，

甚至破碎，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種

現(xiàn)象稱為冷作硬叱（或稱為強(qiáng)化）。

表面層金屬?gòu)?qiáng)化的結(jié)果，會(huì)增大金屬變形的阻力，減小

金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。

被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只有一有

可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種

現(xiàn)象稱為弱化。

弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)

短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過(guò)程中同時(shí)受到

力和熱的作用，因此，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)

化和弱化綜合作用的結(jié)果。

評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、

硬化層深度h和硬化程度N。

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2.影響冷作硬化的主要因素

①刀具

1）切削刃鈍圓半徑的影響：切削刃鈍圓半徑t——徑

向切削分力t表層金屬的塑性變形程度t導(dǎo)致冷

硬t

2）前角Y0的影響：前角Y0在±20。范圍內(nèi)，對(duì)表層

金屬的冷硬沒(méi)有顯著影響。在此范圍乂外，則前角Y0t----

塑性變形I---冷硬!

3）其它角度：對(duì)冷硬影響較小。

②切削用量

1）切削速度v的影響：切削速度v越大，刀具與工件

的作用時(shí)間縮短，金屬的塑性變形就越小，因而可使加工表

面層的硬化程度和深度降低。

2）進(jìn)給量f的影響：

a、進(jìn)給量f超過(guò)一定值時(shí)，加大進(jìn)給量，切削力將隨

之增大，表層金屬的塑性變形加劇，使冷硬程度增加。

b、進(jìn)給量f過(guò)小，切削厚度也小，刀刃圓弧對(duì)工件表

面層將產(chǎn)生擠壓，反而使表面層硬化程度增大。

③工件材料一一工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)

重。

二、表面層材料金相組織變化

當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過(guò)相變溫度后，表層金

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屬的金相組織將會(huì)發(fā)生變化。

1.磨削燒傷

當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)，表層金屬

發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬?gòu)?qiáng)度和硬度降低，并伴有

殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。

在磨削淬火鋼時(shí)，可能產(chǎn)生以下三種燒傷：

①回火燒傷

如果磨削區(qū)的溫度未超過(guò)淬火鋼的相變溫度，但已超過(guò)

馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變

成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為

回火燒傷。

②淬火燒傷

如果磨削區(qū)溫度超過(guò)了相變溫度，再加上冷卻液的急冷

作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬

氏體組織，其硬度比原來(lái)的回火馬氏體的高，在它的下層,

因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織

（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。

③退火燒傷

如果磨削區(qū)溫度超過(guò)了相變溫度，而磨削區(qū)域又無(wú)冷卻

液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表面硬度將急劇下降,

這種燒傷稱為退火燒傷。

2?改善磨削燒傷的途徑

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磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個(gè)

途徑：一是盡可能地減少磨削熱地產(chǎn)生；二是改善冷卻條件,

盡量使產(chǎn)生地?zé)崃可賯魅牍ぜ?/p>

①正確選擇砂輪？②合理選擇切削用量？③改善冷卻條

件

三、表面層殘余應(yīng)力

L產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因

①冷態(tài)塑性變形：切削時(shí)在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變

形發(fā)生，使表面金屬的比容加大

由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容

增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的

阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬

中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

②熱態(tài)塑性變形：切削加工中，切削區(qū)會(huì)有大量的切削

熱產(chǎn)生

③金相組織變化：不同金相組織具有不同的密度，亦具

有不同的比容

如果表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容

的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘

余應(yīng)力產(chǎn)生。

2.零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇

零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要,

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因?yàn)樽罱K工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機(jī)

器零件的使用性能。

選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零

件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。

在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋,

會(huì)因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從

提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應(yīng)選擇

能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。

控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑

一、減小殘余拉應(yīng)力、防止磨削燒傷和磨削裂紋的工藝

途徑

對(duì)零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨

削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響

是生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要問(wèn)題。解決的原則：一是減少磨削熱的

發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。

1、選擇合理的磨削參數(shù)

為了直接減少磨削熱的發(fā)生，降低磨削區(qū)的溫度，應(yīng)合

理選擇磨削參數(shù)：？??減少砂輪速度和背吃刀量；適當(dāng)提高

進(jìn)給量和工件速度。但這會(huì)使粗糙度值增大而造成矛盾。

生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定磨削參數(shù)；先

按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，據(jù)

II

此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來(lái)。

2、選擇有效的冷卻方法

選擇適宜的磨削液和有效的冷卻方法。

二、采用冷壓強(qiáng)化工藝

對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以來(lái)用噴丸、液壓、

擠壓等表面強(qiáng)化

工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷硬層并降低表面粗

糙度值，從而提高耐疲

勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。

1、噴丸

噴丸是一種用壓縮空氣或離心力將大量直徑細(xì)小(40.4

—2mm)的丸粒(鋼丸、玻璃丸)以35—50m/s的速度向零件表

面噴射的方法。

2、滾壓

用工具鋼淬硬制成的鋼滾輪或鋼珠在零件上進(jìn)行滾壓,

如圖8.14(b),使表層材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)，形成新的3光潔

表面。表面粗糙度可自1.6um降至0.1um,表面硬化深度

達(dá)0.2—1.5nmi,硬化程度lo%—40%°

三、采用精密和光整加工工藝

精密加工工藝方法有高速精鈴、高速精車、寬刃精刨和

細(xì)密磨削等。

1、光整加工工藝

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光整加工是用粒度很細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行微量切

削和擠壓、擦光的過(guò)程。

光整加工工藝的共同特點(diǎn)是；沒(méi)有與磨削深度相對(duì)應(yīng)的

磨削用量參數(shù)，一般只規(guī)定加工時(shí)的很低的單位切削壓力，

因此加工過(guò)程中的切削力和切削熱都很小，從而能獲得很低

的表面粗糙度值，表面層不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，并具有殘余壓應(yīng)

力。所使用的工具都是浮動(dòng)連接，由加工面自身導(dǎo)向、而相

對(duì)于工件的定位基準(zhǔn)沒(méi)有確定的位置、所使用的機(jī)床也不需

要具有非常精確的成形運(yùn)動(dòng)。這些加工方法的主要作用是降

低表面粗糙度，一般不能糾正形狀和位置誤差，加工精度主

要由前面工序保證。

(1)用磨

帝磨是利用布磨頭上的細(xì)粒度砂條對(duì)孔進(jìn)行加工的方

法，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用很普遍。

(2)超精加工

超精加工是用細(xì)粒度的砂條以一定的壓力壓在作低速

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工件表面上，并在軸向作往復(fù)振動(dòng)，工件或砂條

還作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行微量切削的加工方法。

(3)研磨

研磨是用研具以一定的相對(duì)滑動(dòng)速度(粗研時(shí)取0.67一

0.83m/s,精研時(shí)取0.1-0.2m/s)在0.12—0.4MPa壓力下

與被加工面作復(fù)雜相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種光整加工方法。

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(4)拋光

拋光是在布輪、布盤或砂帶等軟的研具上涂以拋光膏來(lái)

加工工件的。拋光器具高速旋轉(zhuǎn)，由拋光膏的機(jī)械刮擦和化

學(xué)作用將粗糙表面的峰頂去掉，從而使表面獲得光澤鎮(zhèn)面

(Ra=O,04-0.16ym)。

機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)

一般說(shuō)來(lái)，機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)是一種十分有害的現(xiàn)

象，它對(duì)于加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有很大影響，必須認(rèn)真對(duì)

待。在切削過(guò)程中，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，加工表面將惡化，產(chǎn)生

較明顯的表面振痕。

一、機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)

(一)機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)

1、強(qiáng)迫振動(dòng)：是由于工藝系統(tǒng)外界周期性干擾力的作

用而引起的振動(dòng)。

機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與一般機(jī)械中的強(qiáng)迫振動(dòng)沒(méi)有

什么區(qū)別，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同或是它的倍

數(shù)。

2、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因：強(qiáng)迫振動(dòng)的振源又來(lái)自機(jī)床

內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來(lái)自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外振

源甚多，但它們都是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，可通過(guò)加設(shè)隔振

地基來(lái)隔離。機(jī)內(nèi)振源主要又：

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(1)機(jī)床電機(jī)的振動(dòng)；

(2)機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動(dòng)；

(3)機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷引起的振動(dòng)，如齒輪的側(cè)隙、

皮帶張緊力的變化等；

(4)切削過(guò)程中的沖擊引起的振動(dòng)；

(5)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)

3、強(qiáng)迫振動(dòng)的特征：

(1)機(jī)械加工過(guò)程中的強(qiáng)迫振動(dòng)，只要干擾力存在，

其不會(huì)被衰減；

(2)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于干擾力的頻率；

(3)在干擾力頻率不變的情況下，干擾力的幅值越大，

強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值將隨之增大。

4、減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的途徑：

(1)對(duì)工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零件進(jìn)行平衡處理；

(2)提高工藝系統(tǒng)中傳動(dòng)件的精度：以減小沖擊；

(3)提高工藝系統(tǒng)的剛度；

(4)隔振：隔離機(jī)外振源對(duì)工藝系統(tǒng)的干擾。

(-)機(jī)械加工過(guò)程中強(qiáng)迫振源的查找方法如果已經(jīng)確

認(rèn)機(jī)械加工過(guò)程中發(fā)生了強(qiáng)迫振動(dòng)，就要設(shè)法查找振源，以

便去除振源或減小振源對(duì)加工過(guò)程的影響。由強(qiáng)迫振動(dòng)的特

征可知，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是與干擾力的頻率相等或是它的

倍數(shù)，我們可以根據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)的這個(gè)規(guī)律去查找強(qiáng)迫振動(dòng)的

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振源。

二、機(jī)械加工過(guò)程中的自激振動(dòng)(顫振)

(-)機(jī)械加工過(guò)程中的自激振動(dòng)

1、自激振動(dòng)：機(jī)械加工過(guò)程中，在沒(méi)有周期性外力作

用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為自激振

動(dòng)，簡(jiǎn)稱顫振。

2、自激振動(dòng)的原理：

(1)電鈴自激振動(dòng)：見下圖。

3、與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：

(1)機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒(méi)有周期性外力(相

對(duì)于切削過(guò)程而言)干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)與強(qiáng)

迫振動(dòng)有原則區(qū)別。維持自激振動(dòng)的能量來(lái)自機(jī)床電動(dòng)機(jī)，

電動(dòng)機(jī)除了供給切除切屑的能量外，還通過(guò)切削過(guò)程把能量

輸給振動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)床系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

(2)自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的某一固有頻率，或

者說(shuō)，顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這一點(diǎn)與強(qiáng)迫

振動(dòng)根本不同，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率取決于外界干擾力的頻率。

(3)自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動(dòng)卻

不因有阻尼存在而衰減為零

自激振動(dòng)幅值的增大或減小，決定于每一振動(dòng)周期中振

動(dòng)系統(tǒng)所獲得的能量與所消耗的能量之差的正負(fù)號(hào)。由圖知,

在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，若振動(dòng)系統(tǒng)獲得的能量ER等于系統(tǒng)消

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耗的能量EZ,則自激振動(dòng)是以O(shè)B為振幅的穩(wěn)定的等幅振動(dòng)。

當(dāng)振幅為0A時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)每一振動(dòng)周期從電動(dòng)機(jī)獲得的能

量ER大于振動(dòng)所消耗的能量EZ,則振幅將不斷增大，直至

增大到振幅0B時(shí)為止；反之，當(dāng)振幅為0C時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)每

一振動(dòng)周期從電動(dòng)機(jī)獲得的能量ER小于振動(dòng)所消耗的能量

EZ,則振幅會(huì)不斷減小，直至減小到振幅0B時(shí)為止。

（二）機(jī)床加工過(guò)程中產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件

如果在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，振動(dòng)系統(tǒng)從電動(dòng)機(jī)獲得的能量

大于振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)外界做功所消耗的能量，若兩者之差剛好能

克服振動(dòng)時(shí)阻尼所消耗的能量，則振動(dòng)系統(tǒng)將有等幅振動(dòng)運(yùn)

動(dòng)產(chǎn)生。

（三）機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)的激振機(jī)理

L振紋再生原理

在金屬切削過(guò)程中，除極少數(shù)情況外，刀具總是部分地

或完全地在帶有波紋的表面上進(jìn)行切削的。

首先來(lái)研究車刀作徑向切削的情況，此時(shí)車刀只作橫向

進(jìn)給，車刀將完全地在工件前一轉(zhuǎn)切削時(shí)留下的波紋表面上

進(jìn)行切削，如下圖示。假定切削過(guò)程受到一個(gè)瞬時(shí)的偶然擾

動(dòng)力Fd的作用，如右下圖示，刀具與工件便會(huì)發(fā)