机械制造工程学 教学课件 作者 李伟 谭豫之 第5章 机械加工表面质量.ppt

2.强迫振动的特点 1)强迫振动的稳态过程是谐振动，只要干扰力存在，振动就不会被阻尼衰减掉。2)强迫振动的频率等于干扰力的频率。3)阻尼愈小，振幅愈大，谐波响应轨迹的范围大。4)在共振区，较小的频率变化会引起较大的振幅和相位角的变化。 3.消除强迫振动的途径 (1)消振与隔振　消除强迫振动最有效的办法是找出外界的干扰力(振源)并去除之。(2)消除回转零件的不平衡　机床和其他机械的振动，大多数是由于回转零件的不平衡所引起，因此，对于高速回转的零件要注意其平衡问题，在可能条件下，能做动平衡最好。(3)提高传动件的制造精度　传动件的制造精度会影响传动的平衡性，引起振动。(4)提高系统刚度，增加阻尼　提高机床、工件、刀具的刚度都会增加系统的抗振性。 5.4.4　自激振动 1.自激振动的原理2.自激振动的特点3.消除自激振动的途径 1.自激振动的原理 金属切削过程中自激振动的原理如图5-36所示。 它具有两个基本部分：切削过程产生交变力(ΔP)，激励工艺系统；工艺系统产生振动位移(ΔY)，再反馈给切削过程。维持振动的能量来源于机床的能源。 图5-36　机床自激振动系统 2.自激振动的特点 1)自激振动是一种不衰减的振动。2)自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率，也就是说，由振动系统本身的参数所决定，这是与强迫振动的显著差别。3)自激振动能否产生以及振幅的大小，决定于每一振动周期内系统所获得的能量与所消耗的能量的对比情况。4)自激振动的形成和持续，是由于过程本身产生的激振和反馈作用所致，所以若停止切削(或磨削)过程，即使机床仍继续空运转，自激振动也就停止了，这也是与强迫振动的区别之处，所以可以通过切削(或磨削)试验来研究工艺系统或机床的自激振动。 自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率，也就是说，由振动系统本身的参数所决定，这是与强迫振动的显著差别。 图5-37　自激振动系统的能量关系 3.消除自激振动的途径 (1)合理选择与切削过程有关的参数　根据图5-36，自激振动的形成是与切削过程本身密切有关的，所以可以通过合理地选择切削用量、刀具几何角度和工件材料的可切削性等途径来抑制自激振动。(2)提高工艺系统本身的抗振性(3)使用消振器装置　图5-41是车床上使用的冲击消振器，图中螺钉1上套有质量块4、弹簧3和套2，当车刀发生强烈振动时，4就在5和1的头部之间作往复运动，产生冲击，吸收能量。 图5-38　防振车刀 提高工艺系统本身的抗振性 图5-39　薄壁封砂床身 提高工艺系统本身的抗振性 图5-40　钢硬质合金的组合刀杆 使用消振器装置　图5-41是车床上使用的冲击消振器，图中螺钉1上套有质量块4、弹簧3和套2，当车刀发生强烈振动时，4就在5和1的头部之间作往复运动，产生冲击，吸收能量。 图5-41　车床上使用冲击消振器1—螺钉　2—套　3—弹簧4—质量块　5—消振器座6—刀片 图5-42　镗孔用的冲击消振器1—镗杆　2—镗刀　3—工件4—冲击块　5—塞盖 第5章　机械加工表面质量 5.1　表面质量的含义及其对零件使用性能的影响5.2　表面粗糙度及其影响因素5.3　控制加工表面质量的措施5.4　振动对表面质量的影响及其控制 5.1　表面质量的含义及其对零件使用性能的影响 5.1.1　表面质量的含义5.1.2　表面质量对零件使用性能的影响5.1.3　表面完整性的概念 1.加工表面的几何形状特征 (1)表面粗糙度　它是指加工表面的微观几何形状误差。(2)表面波度　它是指介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差，主要由机械加工过程中工艺系统低频振动造成的，如图5-2所示，波长与波高(L2/H2)的比值一般为50～1000。(3)纹理方向　它是指表面刀纹的方向。 5.1.1　表面质量的含义 2.加工表面的物理力学性能的变化 1)表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬化)。2)表面层因力或热的作用产生的残余应力。3)表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化。 图5-1　加工表面层沿深度方向的变化情况a)表面层硬度变化　b)显微硬度变化　c)残余应力变化 图5-2　形状误差、表面粗糙度及表面波度的示意关系 5.1.2　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2.表面质量对零件耐疲劳性的影响3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响4.表面质量对零件配合精度的影响 1.表面质量对零件耐磨性的影响 (1)表面粗糙度对零件耐磨性的影响　零件的磨损可分三个阶段，如图5-3所示。(2)刀纹方向对零件耐磨性的影响　表面粗糙度的轮廓形状和表面加工纹理对零件的耐磨性也有影响。(3)冷作硬化对零件耐磨性的影响　表面层的加工硬化使零件的表面层硬度提高，从而表面层处的弹性和塑性变形减