1、1,第6章 機械加工表面質量,本章要點,振動對表面質量的影響 及其控制,機械加工表面質量的概念,控制加工表面質量的途徑,表面粗糙度及其影響因素,機械加工后表面物理機械性能的變化,2,機械制造技術基礎,第6章 機械加工表面質量Qualities of Machined Surface,6.1 概述 Introduction to the Qualities of Machined Surface,3,6.1 概述,（通常形狀誤差限制在位置公差內，位置公差限制在尺寸公差內）,表面粗糙度 波度 紋理方向 傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）,圖6-1-0 加工質量包含的內容,4,6.1 概述, 加工精度：零件

2、加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。 表面質量: 零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度,宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）波長/波高1000 波度 波長/波高=501000；且具有周期特性 表面粗糙度 波長/波高50,5,6.1概述-表面質量對零件使用性能的影響,對耐磨性影響,表面粗糙度值 耐疲勞性 適當硬化可提高耐疲勞性,表面粗糙度值耐蝕性 表面壓應力：有利于提高耐蝕性,表面粗糙度值 配合質量,表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（圖6-1）,紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好 適當硬化可提高耐磨性,6,機械制造技術基礎,第6章 機械加工表面質量,7,6.2.1 切削加工表面粗糙度影響因

3、素,圖6-5 車削時殘留面積的高度,直線刃車刀（圖6-5a）,圓弧刃車刀（圖6-5b）,影響因素：,8,切削速度影響最大：vc = 1050m/min范圍，易產生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差（圖6-6-0） 。,其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質量，切削液等,6.2.1 切削加工表面粗糙度影響因素,9,砂輪速度v，Ra 工件速度vw，Ra 砂輪縱向進給f，Ra 磨削深度ap，Ra ,6.2.2 磨削加工表面粗糙度影響因素,光磨次數(shù)，Ra,10,砂輪粒度號，Ra；但要適量 砂輪硬度適中， Ra ；常取中軟 砂輪組織適中，Ra ；常取中等組織 采用超硬砂輪材料，Ra 砂輪精細修整， Ra ,6.2

4、.2 磨削加工表面粗糙度影響因素,工件材料 冷卻潤滑液等,11,機械制造技術基礎,第6章 機械加工表面質量,12,6.3.1 影響表面冷作硬化的因素,切削加工,f，冷硬程度(圖6-13-0), 切削用量影響, 刀具影響,r，冷硬程度 其他幾何參數(shù)影響不明顯 后刀面磨損影響顯著（圖6-14-0）, 工件材料,材料塑性，冷硬傾向,切削速度影響復雜（力與熱綜合作用結果） 切削深度影響不大,13,磨削速度冷硬程度（弱化作用加強） 工件轉速冷硬程度 縱向進給量影響復雜,磨削深度冷硬程度（圖6-15-0）, 磨削用量, 砂輪,砂輪粒度冷硬程度 砂輪硬度、組織影響不顯著,工件材料,材料塑性 冷硬傾向 材料導

5、熱性 冷硬傾向,6.3.1 影響表面冷作硬化的因素,14,6.3.2 磨削燒傷與磨削裂紋,合理選擇砂輪 合理選擇磨削用量 改善冷卻條件,工件表層溫度達到或超過金屬材料相變溫度時，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應力產生，同時出現(xiàn)彩色氧化膜,磨削燒傷,磨削表面殘余拉應力達到材料強度極限，在表層或表面層下產生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網狀，常與燒傷同時出現(xiàn),圖6-16 帶空氣擋板冷卻噴嘴,15,6.3.3 影響層金屬殘余應力的因素,vc殘余應力（熱應力起主導作用，圖6-16-0）,材料塑性殘余應力 鑄鐵等脆性材料易產生殘余壓應力,f殘余應力（圖6-17-0）,切削深度影響不顯著

6、,僅討論切削加工, 切削用量, 刀具, 工件材料,前角+，殘余拉應力 刀具磨損殘余應力,16,機械制造技術基礎,第6章 機械加工表面質量,17,6.4 控制加工表面質量的途徑,控制磨削參數(shù),采用超精加工、珩磨等光整加工方法作為最終加工工序,采用噴丸、滾壓、輾光等表面強化工藝,18,6.4 控制加工表面質量的途徑,利用淬硬和精細研磨過的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)擠壓金屬表面，將凸起部分下壓下，凹下部分上凸，修正工件表面的微觀幾何形狀，形成壓縮殘余應力，提高耐疲勞強度（圖6-19-0）,利用大量快速運動珠丸打擊工件表面, 使工件表面產生冷硬層和壓應力,疲勞強度（圖6-18-0）,噴丸強化,圖6-19-

7、0 滾壓加工原理圖,用于強化形狀復雜或不宜用其它方法強化的工件,例如板彈簧、螺旋彈簧、齒輪、焊縫等,19,機械制造技術基礎,第6章 機械加工表面質量,20,6.5.1 機械加工過程中的振動概述,機械加工過程中振動的危害,影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產生波度 影響生產效率 加速刀具磨損，易引起崩刃 影響機床、夾具的使用壽命 產生噪聲污染，危害操作者健康,工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復力來維持的振動稱為自由振動。 由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動將逐漸衰弱，對加工影響不大。,21,6.5.2 機械加工過程中強迫振動,強迫振動產生原因,由外界周期性的干擾力（激振

8、力）作用引起 強迫振動振源：機外機內。機外振源均通過地基把振動傳給機床。機內： 1）回轉零部件質量的不平衡 2）機床傳動件的制造誤差和缺陷 3）切削過程中的沖擊,頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù) 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動態(tài)特性有關。當干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時，產生共振 相角特征：強迫振動位移的變化在相位上滯后干擾力一個角，其值與系統(tǒng)的動態(tài)特性及干擾力頻率有關。,22,6.5.3 機械加工過程中自激振動,自激振動的概念,在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內部激發(fā)反饋產生的周期性振動 自激振動過程可用傳遞函數(shù)概念說明（圖6-23）,自激振動是一種不衰減振動

9、 自激振動的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率 自激振動能否產生及振幅的大小取決于振動系統(tǒng)在每一個周期內獲得和消耗的能量對比情況（圖6-24）。,23,再生機理：切削過程由于偶然干擾，使加工系統(tǒng)產生振動并在加工表面上留下振紋。第二次走刀時,刀具將在有振紋的表面上切削，使切削厚度發(fā)生變化，導致切削力周期性地變化，產生自激振動,自激振動機理, 產生條件（圖6-24-0） ： a）b）c）系統(tǒng)無能量獲得； d）y 滯后于y0，即 0- ，此時切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出時切削力所作正功（獲得能量）大于切入時所作負功，系統(tǒng)有能量獲得，產生自激振動,6.5.3 機械加工過程中自激振動,24, 振

10、型耦合機理：將車床刀架簡化為兩自由度振動系統(tǒng)，等效質量m用相互垂直的等效剛度分別為k1與k2兩組彈簧支撐（設x1為低剛度主軸，圖6-24-1）, 自激振動的產生： k1=k2，x1與x2無相位差, 軌跡為直線，無能量輸入,6.5.3 機械加工過程中自激振動, k1k2，x1超前x2 ，軌跡dcba為一橢圓，切入半周期內的平均切削厚度比切出半周期內的大，系統(tǒng)無能量輸入 k1k2，x1滯后于x2 ，軌跡為一順時針方向橢圓，即：abcd。此時，切入半周期內的平均切削厚度比切出半周期內的小，有能量獲得，振動能夠維持 。,25,6.5.4 機械加工中振動的防治,減小機內干擾力的幅值 調整振源的頻率，一般要求：, 調整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置（圖6-25-0）,消除或減弱產生強迫振動的條件,式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率,隔振,圖6-25-0 兩種尾座結構,26,6.5.4 機械加工中振動的防治, 減小切削或磨削時的重疊系數(shù)（圖6-26-0）,式中 bd 等效切削寬度，即本次切削實際切到上次切削殘留振紋 在垂直于振動方向投影寬度； b 本次切削在垂直于振動方向上的切削寬度； B , fa 砂輪寬度與軸向進給量。,27,減小重疊系數(shù)方法, 增加切削阻尼（例采用倒棱車刀，圖6-27-0）,增加主