第十讲残余应力ppt课件.ppt

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1、1机械制造工艺过程机械制造工艺过程第十讲第十讲 第一部分第一部分1 1 表层金属的残余应力表层金属的残余应力2 2 表面强化工艺表面强化工艺3 3 实战演练实战演练2 三三 表层金属的残余应力表层金属的残余应力 （一）原因（一）原因 机械加工机械加工-表层金属塑性变形表层金属塑性变形-表层金属的表层金属的比容增大。比容增大。 塑性变形只在表层产生塑性变形只在表层产生-表层金属比容增大和表层金属比容增大和体积膨胀体积膨胀-受到相连里层金属的阻碍受到相连里层金属的阻碍-在表层产在表层产生压缩残余应力生压缩残余应力-里层金属中产生拉伸残余应力。里层金属中产生拉伸残余应力。3 三三 表层金属的残余应力

2、表层金属的残余应力 （一）原因（一）原因 刀具切金属刀具切金属-表层金属的纤维被拉长表层金属的纤维被拉长-刀具后刀面刀具后刀面与已加工表面的摩擦加大这种拉伸作用。与已加工表面的摩擦加大这种拉伸作用。 刀具切离后刀具切离后-拉伸弹性变形恢复拉伸弹性变形恢复-拉伸塑性变形不拉伸塑性变形不能恢复能恢复-表层金属的拉伸塑性变形表层金属的拉伸塑性变形-受到相连里层未发受到相连里层未发生塑性变形金属的阻碍生塑性变形金属的阻碍-表层产生压缩残余应力表层产生压缩残余应力-里层里层拉伸残余应力。拉伸残余应力。4567n金属产生金相组织变化金属产生金相组织变化-表层金属比容变化表层金属比容变化-受到相连基受到相连

3、基体金属的阻碍体金属的阻碍-产生残余应力。产生残余应力。n金相组织变化金相组织变化-比容增大比容增大-表层压应力表层压应力-里层拉应力；里层拉应力；n金相组织变化金相组织变化-比容减小比容减小-表层拉应力表层拉应力-里层压应力；里层压应力；影响车削表层金属残余应力的工艺因素影响车削表层金属残余应力的工艺因素89 正前角车刀，正前角车刀，4545钢在所有切削速度下，表层产生拉伸残余应钢在所有切削速度下，表层产生拉伸残余应力。但是其他材料并不如此。力。但是其他材料并不如此。n低速车削低速车削-切削热主导切削热主导-表层拉伸残余应力表层拉伸残余应力n切削速度提高切削速度提高-表层温度达到淬火温度表层

4、温度达到淬火温度-局部淬火局部淬火-比容比容增大增大-金相组织变化金相组织变化-拉伸残余应力减少。拉伸残余应力减少。n高速切削高速切削-表层淬火充分表层淬火充分-比容增大比容增大-金相组织变化主导金相组织变化主导-表层压缩残余应力。表层压缩残余应力。影响车削表层金属残余应力的工艺因素影响车削表层金属残余应力的工艺因素102 2 进给量的影响进给量的影响进给量加大进给量加大-表层金属塑性变形增加表层金属塑性变形增加-切削区热切削区热量增加量增加-残余应力数值和扩展深度均增大残余应力数值和扩展深度均增大3 3 前角的影响前角的影响 前角对表层金属残余应力的影响极大。前角对表层金属残余应力的影响极大

5、。见图见图4-224-22影响车削表层金属残余应力的工艺因素影响车削表层金属残余应力的工艺因素1112n磨削加工：塑性变形严重、热量大、工件表面温度高，热因素和塑磨削加工：塑性变形严重、热量大、工件表面温度高，热因素和塑性变形对磨削表面残余应力影响都很大。性变形对磨削表面残余应力影响都很大。n热因素主导热因素主导-表面拉伸残余应力表面拉伸残余应力n塑性变形主导塑性变形主导-表面压缩残余应力表面压缩残余应力n工件表面温度超过相变温度又充分冷却工件表面温度超过相变温度又充分冷却-淬火烧伤淬火烧伤-金相组织变金相组织变化主导化主导-表面压缩残余应力。表面压缩残余应力。n精细磨削精细磨削-塑性变形主导

6、塑性变形主导-表面压缩残余应力。表面压缩残余应力。影响磨削残余应力的工艺因素影响磨削残余应力的工艺因素131 1 磨削用量的影响磨削用量的影响141 1 磨削用量的影响磨削用量的影响n磨削深度很小磨削深度很小-塑性变形主导塑性变形主导-表层压缩残余应力表层压缩残余应力n磨削深度加大磨削深度加大-塑性变形加剧塑性变形加剧-磨削热增大磨削热增大-热因素热因素主导主导-表层拉伸残余应力表层拉伸残余应力n磨削深度大于磨削深度大于0.025mm-0.025mm-不出现淬火（含碳量很低）不出现淬火（含碳量很低）- -塑性变形主导塑性变形主导-拉伸残余应力减少拉伸残余应力减少n磨削深度很大磨削深度很大-压缩

7、残余应力状态压缩残余应力状态151 1 磨削用量的影响磨削用量的影响n砂轮速度高砂轮速度高-磨削区温度高磨削区温度高-磨粒删除厚度减小磨粒删除厚度减小-热因热因素大，塑性变形影响小素大，塑性变形影响小n因此，提高砂轮速度因此，提高砂轮速度-表层拉伸残余应力的倾向增大（图表层拉伸残余应力的倾向增大（图4-224-22）。）。n加大工件回转速度和进给速度加大工件回转速度和进给速度-热作用时间短热作用时间短-热因素热因素减小，塑性变形因素主导减小，塑性变形因素主导-表层压缩残余应力的趋势增表层压缩残余应力的趋势增大。大。2 2 工件材料工件材料的影响的影响16172 2 工件材料的影响工件材料的影响

8、工件材料强度高、导热性差、塑性低工件材料强度高、导热性差、塑性低-拉伸残余应力倾向大。拉伸残余应力倾向大。1 1）碳素工具刚）碳素工具刚T8T8比工业铁强度高、材料变形阻力大比工业铁强度高、材料变形阻力大2 2）磨削时发热量大，导热性差于工业铁，磨削热容易集中于表）磨削时发热量大，导热性差于工业铁，磨削热容易集中于表层层3 3）再加上塑性低，热因素作用明显，拉伸残余应力倾向比工业）再加上塑性低，热因素作用明显，拉伸残余应力倾向比工业铁大。铁大。18n工件表面残余应力的数值及性质主要取决于工件最终工工件表面残余应力的数值及性质主要取决于工件最终工序的加工方法。序的加工方法。n交变载荷作用交变载荷

9、作用-表面存在局部微观裂纹表面存在局部微观裂纹-拉应力会使拉应力会使原生裂纹扩大，导致零件断裂原生裂纹扩大，导致零件断裂-从抗疲劳破坏考虑从抗疲劳破坏考虑-最终工序应产生压缩残余应力为好最终工序应产生压缩残余应力为好工件最终工序加工方法的选择工件最终工序加工方法的选择192021四四 表面强化工艺表面强化工艺 定义定义: :通过冷加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形，以降通过冷加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面产生压缩残余应力。低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面产生压缩残余应力。 （一）喷丸强化（一）喷丸强化 大量快速运动珠丸大量快速运动珠丸-

10、打击工件表面打击工件表面-表面产生冷硬层、表面产生冷硬层、压缩残余应力压缩残余应力-提高疲劳强度、使用寿命。提高疲劳强度、使用寿命。 主要用于形状复杂工件：板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、主要用于形状复杂工件：板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。焊缝等。四四 表面强化工艺表面强化工艺（二）滚压加工（二）滚压加工 淬硬和精细研磨滚轮、滚珠淬硬和精细研磨滚轮、滚珠-常温挤压常温挤压-凸起凸起部分向下压部分向下压-凹下部分往上挤凹下部分往上挤-前工序留下的前工序留下的波峰压平波峰压平-修正工件表面的微观几何形状修正工件表面的微观几何形状-金金属组织细化属组织细化-形成压缩残余应力形成压缩残余应力22

11、23例题：例题： 为什么机器上许多静止连接的接触表面（车床床为什么机器上许多静止连接的接触表面（车床床头箱与床身结合面，过盈配合的轴与孔表面等），头箱与床身结合面，过盈配合的轴与孔表面等），往往都要求较小的表面粗糙度，而有相对运动的往往都要求较小的表面粗糙度，而有相对运动的表面又不能对粗糙度要求过小？表面又不能对粗糙度要求过小？2425参考：参考： 由于静止连接的接触表面的粗糙度影响接触刚度及配合由于静止连接的接触表面的粗糙度影响接触刚度及配合性质，因此接触表面要求较小的表面粗糙度。性质，因此接触表面要求较小的表面粗糙度。 对有相对运动的表面，当表面很光滑时，由于润滑油被对有相对运动的表面，当

12、表面很光滑时，由于润滑油被挤出，表面间分子亲和力大，产生挤出，表面间分子亲和力大，产生“咬焊咬焊”作用。表面间产作用。表面间产生相对运动会加剧磨损，所以磨损不但有机械作用，而且有生相对运动会加剧磨损，所以磨损不但有机械作用，而且有分子作用。因此有相对运动的表面对粗糙度不能要求过小。分子作用。因此有相对运动的表面对粗糙度不能要求过小。因而零件表面粗糙度存在一个最佳范围，它取决于使用要求，因而零件表面粗糙度存在一个最佳范围，它取决于使用要求，工作条件及零件材料等。工作条件及零件材料等。26粗粗糙糙度度？问问能能达达到到的的加加工工表表面面车车刀刀刀刀尖尖的的圆圆弧弧半半径径表表面面，若若走走刀刀量

13、量车车削削一一铸铸铁铁零零件件的的外外圆圆例例题题：,4,/5 . 0 mmrrmmfmmrfRRzz0078. 0485 . 08)( 22可可按按下下式式计计算算：残残留留面面积积高高度度面面积积。留留几几何何因因素素引引起起的的刀刀尖尖残残表表面面粗粗糙糙度度主主要要取取决决于于工工的的塑塑性性变变形形很很小小，故故加加由由于于铸铸铁铁件件加加工工表表面面层层参参考考：27是是否否相相同同，为为什什么么？糙糙度度与与计计算算求求的的粗粗糙糙度度）分分析析实实际际加加工工表表面面粗粗（量量为为多多少少？时时，计计算算应应采采用用的的走走刀刀变变形形对对表表面面粗粗糙糙度度影影响响当当不不考

14、考虑虑工工件件材材料料塑塑性性）（试试求求：度度要要求求加加工工表表面面粗粗糙糙副副偏偏角角偏偏角角锋锋利利的的尖尖刀刀，刀刀具具的的主主高高速速精精镗镗内内孔孔时时，采采用用例例题题：，2 1),(2 .3,20,45umRKKzoror28。的的平平均均高高度度平平度度廓廓形形状状，并并加加大大表表面面不不改改变变刀刀尖尖残残留留面面积积的的轮轮会会）的的参参与与及及系系统统的的振振动动切切削削热热，刀刀瘤瘤及及鳞鳞刺刺等等，物物理理因因素素（如如塑塑性性变变形形实实际际切切削削加加工工时时，由由于于算算公公式式求求可可按按刀刀尖尖残残留留面面积积的的计计加加工工表表面面上上的的复复映映，

15、只只考考虑虑刀刀具具几几何何形形状状在在）（参参考考：zrrzrrzRrmmctgKctgKRfctgKctgKfRf )2(/012.0)(, 12930例题：例题： 试解释磨削淬火钢时，磨削表面层的应力状态与磨削深试解释磨削淬火钢时，磨削表面层的应力状态与磨削深度的试验曲线。度的试验曲线。31参考：参考： 当当ap0.01ap0.01时，表面强化的冷态塑性变形引起表层比时，表面强化的冷态塑性变形引起表层比容增大占主导地位，故表层有较小的压应力（负）。容增大占主导地位，故表层有较小的压应力（负）。 当当0.01ap0.050.01ap0.05ap0.050.060.06时，由于磨削表层温升很

16、高，且冷却速度时，由于磨削表层温升很高，且冷却速度较快时，表层产生二次淬火的马氏体组织，由于金相组织的改较快时，表层产生二次淬火的马氏体组织，由于金相组织的改变使表层的比容增大，故产生压应力（负）。变使表层的比容增大，故产生压应力（负）。32例题：例题： 若工件为一长方形薄钢板（假设毛坯上、下面是直的），若工件为一长方形薄钢板（假设毛坯上、下面是直的），当磨削平面当磨削平面A A后，工件产生弯曲变形，试分析工件产生中凹变后，工件产生弯曲变形，试分析工件产生中凹变形的原因。形的原因。参考：参考： 磨削平面磨削平面A A后，表面温升高。冷却时，表面层金属后，表面温升高。冷却时，表面层金属的收缩收到

17、基体金属的阻碍，表层产生拉应力，下层的收缩收到基体金属的阻碍，表层产生拉应力，下层产生压应力，如产生压应力，如a a图。图。 当取下工件后，因工件刚性差，且由于工件内应力当取下工件后，因工件刚性差，且由于工件内应力的重新分布，产生新的应力平衡的结果必然产生相应的重新分布，产生新的应力平衡的结果必然产生相应的工件变形，分布如的工件变形，分布如b b图图3334小结小结1 1 表层金属的残余应力表层金属的残余应力2 2 表面强化工艺表面强化工艺3 3 实战演练实战演练35 第二部分课程目标第二部分课程目标1 1 强迫振动强迫振动2 2 自激振动自激振动3 3 自激振动的条件自激振动的条件4 4 自

18、激振动的原理自激振动的原理 再生原理、振型耦合原理、再生原理、振型耦合原理、 负摩擦原理、切削力滞后原理负摩擦原理、切削力滞后原理5 5 机械加工振动的诊断技术机械加工振动的诊断技术6 6 机械加工振动的防治机械加工振动的防治36机械振动机械振动 机械振动是指工艺系统或系统的某机械振动是指工艺系统或系统的某些部分沿直线或者曲线并经过其平衡位些部分沿直线或者曲线并经过其平衡位置的往复运动。置的往复运动。n 使刀具与工件间产生相对位置误差；使刀具与工件间产生相对位置误差；n 粗糙度增大，工件表面质量严重恶化；粗糙度增大，工件表面质量严重恶化；n 加速刀具和机床的磨损，缩短刀具和机床的寿命；加速刀具

19、和机床的磨损，缩短刀具和机床的寿命；n 造成机床或者夹具间的连接部分松动，刚度和精度下降；造成机床或者夹具间的连接部分松动，刚度和精度下降；n 发出噪声，影响工人健康。发出噪声，影响工人健康。机械振动的危害机械振动的危害38 一一 机械加工中的强迫振动机械加工中的强迫振动 机内振源：机内振源： 机床旋转件的不平衡（电动机转子、离合器、卡盘、砂轮等）机床旋转件的不平衡（电动机转子、离合器、卡盘、砂轮等） 机床传动机构的缺陷（齿轮、带、链传动的不均匀）机床传动机构的缺陷（齿轮、带、链传动的不均匀） 往复运动部件的惯性力（油泵排除的压力油往复运动部件的惯性力（油泵排除的压力油-脉动脉动-空穴）空穴）

20、 切削过程中的冲击等（切入、切出产生冲击，加工断续表面切削过程中的冲击等（切入、切出产生冲击，加工断续表面发生周期性冲击）发生周期性冲击）39 （二）（二） 强迫振动的特性强迫振动的特性 n频率：频率： 与干扰力的频率相同，或者是干扰力频率的整数倍。与干扰力的频率相同，或者是干扰力频率的整数倍。n幅值：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。幅值：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。n干扰力频率一定，其幅值大，则强迫振动幅值也大。干扰力频率一定，其幅值大，则强迫振动幅值也大。n干扰力频率远离工艺系统各阶段固有频率，则强迫振动响应将处干扰力频率远离工艺系统各阶段固有频率，则强迫振动响应将处于机床动态

21、响应的衰减区，振动幅值很小。于机床动态响应的衰减区，振动幅值很小。 40 （二）（二） 强迫振动的特性强迫振动的特性 n干扰力频率接近工艺系统某一固有频率，幅值明显增大。干扰力频率接近工艺系统某一固有频率，幅值明显增大。n干扰力频率与工艺系统某一固有频率相同，系统共振。干扰力频率与工艺系统某一固有频率相同，系统共振。n改变运动参数或工艺系统的结构改变运动参数或工艺系统的结构-干扰力频率发生变化或工干扰力频率发生变化或工艺系统某阶段固有频率发生变化艺系统某阶段固有频率发生变化-干扰力频率远离固有频率干扰力频率远离固有频率-强迫振动幅值明显减少。强迫振动幅值明显减少。41n激励机床系统产生振动运动

22、的交变力是由切削过程产生的。激励机床系统产生振动运动的交变力是由切削过程产生的。n切削过程同时又受机床系统的振动运动控制，机床系统的振切削过程同时又受机床系统的振动运动控制，机床系统的振动运动一旦停止，动态切削力随之消失。动运动一旦停止，动态切削力随之消失。n如果切削过程很平稳，即使有自激振动条件，如果切削过程很平稳，即使有自激振动条件，没有交变的动没有交变的动态切削力，自激振动不可能产生。态切削力，自激振动不可能产生。n偶然性外界干扰（工件材料硬度不均匀、加工余量有变化等偶然性外界干扰（工件材料硬度不均匀、加工余量有变化等）总是存在，其产生的切削力变化，使系统产生振动运动。）总是存在，其产生

23、的切削力变化，使系统产生振动运动。42无自激振动条件偶然干扰系统阻尼衰减。无自激振动条件偶然干扰系统阻尼衰减。有自激振动条件持续振动运动。有自激振动条件持续振动运动。电动机通过动态切削传能量到振动系统。电动机通过动态切削传能量到振动系统。自激振动特点：自激振动特点： 1 1）没有外力（相对切削过程）干扰下产生的。）没有外力（相对切削过程）干扰下产生的。 2 2）频率接近于系统固有频率（强迫振动不同）。）频率接近于系统固有频率（强迫振动不同）。 3 3）不因阻尼存在而衰减（自由振动会）。）不因阻尼存在而衰减（自由振动会）。自激振动模型自激振动模型振入：振入：一个振动周期里，背吃刀量由小到大的一个

24、振动周期里，背吃刀量由小到大的过程。过程。 A-BA-B振出：振出：一个振动周期里，背吃刀量由大到小的一个振动周期里，背吃刀量由大到小的过程。过程。 B-CB-C相对滑动速度：切屑相对于刀具的相对速度。相对滑动速度：切屑相对于刀具的相对速度。 振入取振入取+ + ；振出取；振出取- - 0mvvy 切削力：切削力：切削过程中工件对刀具的作用力。切削过程中工件对刀具的作用力。yF弹力：切削过程中振动系统对刀具的作用力。弹力：切削过程中振动系统对刀具的作用力。F弹 是工件表面层金属的弹、塑性是工件表面层金属的弹、塑性 变形产生的抗力。变形产生的抗力。aFyavFFF背吃刀量背吃刀量a a越大，越大

25、， 越大。越大。aF 是刀具与切屑间的摩擦力。是刀具与切屑间的摩擦力。vF 方向始终向左；背吃刀量方向始终向左；背吃刀量a a越大，越大， 越小。越小。 F弹F弹 切屑高开工件的速度；切屑高开工件的速度； 刀具振动速度。刀具振动速度。0vy 持续自激振动的原因持续自激振动的原因O1 为振入运动的平衡点，即：111(F)yoaovoFFF弹o1因为1Boaa所以11FaBaoBoFFF弹弹、B点为振入运动的终止点：0By 又0mvvy 则1mBmovv所以1vBvoFF所以1yBaBvBoBFFFFF弹弹同理可得，在C点有：(F)yCaCvCFFF弹C假设 具有负摩擦特性，即 越大， 越小。vF

26、mvvFyavFFF自激振动条件自激振动条件实际的振动实际的振动能量消耗能量消耗振幅减小振幅减小振动停止振动停止inoutEWW0inoutWWE等幅振动等幅振动0inoutWWE振幅振幅outWinoutWW等幅振动等幅振动0inoutWWE振幅振幅outWinoutWW等幅振动等幅振动W W振入振入：F Fy y向右，位移向左，向右，位移向左，W W振入振入为负。为负。W W振出振出：F Fy y向右，位移向右，向右，位移向右，W W振出振出为正。为正。W W摩阻摩阻：阻尼作用，：阻尼作用， W W摩阻摩阻为负为负。()WWWW振出振入摩阻每个周期振动系统获得的能量：每个周期振动系统获得的

27、能量：自激振动条件自激振动条件()WWWW振出振入摩阻每个周期振动系统获得的能量：每个周期振动系统获得的能量：一、当一、当 时：时： 系统稳定系统稳定WW振出振入0W二、当二、当 WW振出振入1 1、 时，时， 稳幅自激振动稳幅自激振动WWW振出振入摩阻0WW摩阻2 2、 时时, ,WWW振出振入摩阻0W振幅振幅WWW振出振入摩阻稳幅稳幅振幅先增加，后稳定振幅先增加，后稳定W摩阻3 3、 时时, ,WWW振出振入摩阻0W振幅振幅WWW振 出振 入摩 阻稳幅稳幅振幅先减小，后稳定振幅先减小，后稳定自激振动条件：自激振动条件：WW振 出振 入自激振动的激振机理自激振动的激振机理再生原理再生原理振动

28、耦合原理振动耦合原理负摩擦原理负摩擦原理滞后原理滞后原理再生自激振动原理再生自激振动原理单自由度、重叠切削单自由度、重叠切削重叠切削重叠切削 如果刀具进给量很小，当工件转过一圈开始如果刀具进给量很小，当工件转过一圈开始切削下一圈时，刀具会与已切过的上一圈表面接切削下一圈时，刀具会与已切过的上一圈表面接触，即产生重叠切削。触，即产生重叠切削。重叠系数：重叠系数：()/BfB切断时：切断时： ；车螺纹时：；车螺纹时：10再生自激振动过程：再生自激振动过程：01重叠系数反映了再生效应的程度，重叠系数反映了再生效应的程度， 越小，就越不容易产生再生振颤。越小，就越不容易产生再生振颤。再生自激振动条件再

29、生自激振动条件1 1、重叠切削、重叠切削 （必要条件）（必要条件）2 2、能量条件、能量条件WW振 出振 入本转切削振动为：本转切削振动为：cosnnyAwt前一转切削振动为：前一转切削振动为：101cos()nnyaAwt瞬时切削厚度为：瞬时切削厚度为：101( )cos()cosnnnna tyyaAwtAwt瞬时切削力为：瞬时切削力为：01( )( )cos()coscDcDnnF tk b a tk baAwtAwt 单位切削宽度上的切削刚度单位切削宽度上的切削刚度 切削层公称宽度切削层公称宽度ckDbdt时间里切削力作功：( )cos( )nWF tdy t2/010cos()cos

30、coscoswcDnnnk baAwtAwtdAwt2/010coscos()cossinwncDnnA k baAwtAwtwtdwt 2010coscos()cos sinncDnnA k baAxAxxdx )xwt(令1cossinnncDA Ak b振动系统在一个周期里获得的能量：1cossinnncDEWA Ak b一个振动周期 里切削力作功：2/0( )cos( )wnWF tdy t2/w1cossinnncDEA Ak b00E当时：获得能量产生再生振动200E当和时：消耗能量不产生再生振动图图 再生自激振动原理图再生自激振动原理图f f切切入入切切出出y y0 0y ya

31、a）b b）y y0 0y y切切入入切切出出f fc c）f fy y0 0y y切切入入切切出出d d）切切入入切切出出f fy y0 0y ya) =0 b) =2 c)- W W（振入）（振入）W W（振出）（振出） W W（振入）（振入）W W（摩擦振入）（摩擦振入） 稳幅自激振动稳幅自激振动W W（振出）（振出） W W（振入）（振入）W W（摩擦振入）（摩擦振入） 振幅先递增，后稳定振幅先递增，后稳定W W（振出）（振出） W W（振入）（振入）W W（摩擦振入）（摩擦振入） 振幅先递减，后稳定振幅先递减，后稳定552 2 产生自激振动的条件产生自激振动的条件从某点的力角度从某点

32、的力角度F F（振出）（振出） F F（振入）（振入）56 （三）自激振动的激振机理（三）自激振动的激振机理1 1 再生原理再生原理 刀具总是完全或部分地在带有波刀具总是完全或部分地在带有波纹的表面上进行切削。纹的表面上进行切削。 自由正交切削车刀只做横向自由正交切削车刀只做横向进给完全在前一转切削时进给完全在前一转切削时留下的波纹表面上进行切削。留下的波纹表面上进行切削。5758 再生型颤振：由于切削厚度变化效应引起的自激振动。再生型颤振：由于切削厚度变化效应引起的自激振动。59tAynncos)cos(11tAynn)()(1nnoyyata)()(1nnoDcyyabktFsincos)

33、(cos)(1/20nnDcwAAbktdytFE 重叠系数：前转（次）切削振纹对本转（次）切重叠系数：前转（次）切削振纹对本转（次）切削厚度变化量影响的等效程度。削厚度变化量影响的等效程度。Ddbbu 60上转（次）切削残留上转（次）切削残留振纹的宽度振纹的宽度本转（次）切削层本转（次）切削层公称宽度公称宽度振动耦合原理振动耦合原理振入振出FF61振型耦合型颤振：振型耦合型颤振： 由于振动系统在各主振模态间互相耦合、互相关联而产生的自激振由于振动系统在各主振模态间互相耦合、互相关联而产生的自激振动。动。62负摩擦原理负摩擦原理6364）振入（）振出（iiyyFF摩擦型颤振：摩擦型颤振： 由于

34、切削过程中存由于切削过程中存在负摩擦特性而产生的在负摩擦特性而产生的自激振动。自激振动。切削力滞后原理切削力滞后原理6566）振入（）振出（iiyyFF滞后型颤振：滞后型颤振： 由于切削力滞后于由于切削力滞后于振动运动的滞后效应所引振动运动的滞后效应所引起的自激振动。起的自激振动。两大类：两大类： 强迫振动、强迫振动、 自激振动（颤振动）自激振动（颤振动）自激振动四个基本类：自激振动四个基本类： 再生型、振动耦合型、摩擦型、滞后型再生型、振动耦合型、摩擦型、滞后型67三三 机械加工振动的诊断技术机械加工振动的诊断技术振动的诊断包括：振动的诊断包括： 一、判别振动的类别，明确指出哪些频率成分的一

35、、判别振动的类别，明确指出哪些频率成分的振动属强迫振动，哪些属于自激振动；振动属强迫振动，哪些属于自激振动； 二、如果已知有些频率成分的振动是自激振动，二、如果已知有些频率成分的振动是自激振动，还要进一步判定它是属于哪一种类型的自激振动。还要进一步判定它是属于哪一种类型的自激振动。68三三 机械加工振动的诊断技术机械加工振动的诊断技术69（一）强迫振动的诊断（一）强迫振动的诊断1 1 诊断依据：诊断依据： 强迫振动的频率与外界干扰力的频率相同（或是它的整数强迫振动的频率与外界干扰力的频率相同（或是它的整数倍）。倍）。 采用频率分析方法，对实际加工中的振动频率成分逐一进采用频率分析方法，对实际加

36、工中的振动频率成分逐一进行诊断与判别。行诊断与判别。70n 现场拾振现场拾振 现场传感器信号放大磁带现场传感器信号放大磁带n 频谱分析处理频谱分析处理 自谱图上各峰值点的频率峰值点有自谱图上各峰值点的频率峰值点有几个振动系统频率成分就有多少个几个振动系统频率成分就有多少个n 做环境试验、查找机外振源做环境试验、查找机外振源 机床处于完全停止机床处于完全停止n 做空转试验、查找机内振源做空转试验、查找机内振源 参数不变进行空转参数不变进行空转n 如果干扰力在机床内部，还应查找其具体位置。如果干扰力在机床内部，还应查找其具体位置。强迫振动的诊断程序强迫振动的诊断程序711 1 诊断参数：切削厚度变

37、化、相位差的存在诊断参数：切削厚度变化、相位差的存在 相位差作为诊断再生型颤振的诊断参数。相位差作为诊断再生型颤振的诊断参数。2 2 相位差的测量与计算相位差的测量与计算 相位差颤振频率、工件转速相位差颤振频率、工件转速3 3 再生型颤振的诊断要领再生型颤振的诊断要领 强烈振动：设法测得被切工件前后两次（转）振纹的相位差。强烈振动：设法测得被切工件前后两次（转）振纹的相位差。 相位差位于第一、二象限，再生型相位差位于第一、二象限，再生型 相位差位于第三、四象限，不是再生型相位差位于第三、四象限，不是再生型（二）再生型颤振的诊断（二）再生型颤振的诊断721 1 诊断参数诊断参数 二自由振动系统，

38、椭圆形曲线二自由振动系统，椭圆形曲线其稳定性取决于椭圆形振动轨迹的转向和椭圆长轴的方位。其稳定性取决于椭圆形振动轨迹的转向和椭圆长轴的方位。诊断参数：诊断参数：Z Z向振动相对于向振动相对于Y Y向振动的相位差向振动的相位差位于第一、三象限，则是；位于第一、三象限，则是；否则，加工系统是稳定的。否则，加工系统是稳定的。2 2 诊断要领诊断要领 强烈颤振，设法测得相位差，再判断。强烈颤振，设法测得相位差，再判断。（三）振动耦合型颤振的诊断（三）振动耦合型颤振的诊断731 1 诊断参数诊断参数 负摩擦原理，切削力与切削速度具有下降特性的范围内产生摩擦型负摩擦原理，切削力与切削速度具有下降特性的范围

39、内产生摩擦型颤振。颤振。 其稳定性取决于切削力相对于切削速度的变化率。其稳定性取决于切削力相对于切削速度的变化率。 依据：切削力相对于切削速度的变化率。依据：切削力相对于切削速度的变化率。2 2 变化率的测量与计算变化率的测量与计算3 3 诊断要领诊断要领 若右边两者都小于零，则有；若右边两者都小于零，则有；2001202011vvFFKvvFFKyyFyyF（四）摩擦型颤振的诊断（四）摩擦型颤振的诊断741 1 诊断参数：诊断参数： 切削力滞后于振动运动是引起滞后型颤振的最为直接切削力滞后于振动运动是引起滞后型颤振的最为直接、最为本质的因素。、最为本质的因素。 依据：切削力滞后于振动加速度的

40、滞后角。依据：切削力滞后于振动加速度的滞后角。2 2 诊断要领：诊断要领： 滞后角在第一、二象限，则有；滞后角在第一、二象限，则有； （五）滞后型颤振的诊断（五）滞后型颤振的诊断机械加工中振动的防治机械加工中振动的防治75 1 1 减小机内干扰力的幅值；减小机内干扰力的幅值； 2 2 调整振源的频率，一般要求：调整振源的频率，一般要求： （一）消除或减弱产生强迫振动的条件（一）消除或减弱产生强迫振动的条件式中式中 f f 和和 f fn n 分别为振源频率分别为振源频率和系统固有频率和系统固有频率 3 3 隔振隔振0.25nfff76调整振动系统低刚度主轴的位置。调整振动系统低刚度主轴的位置。

41、（二）（二）消除或减弱产生自激振动的条件消除或减弱产生自激振动的条件减小切削或磨削时的重叠系数减小切削或磨削时的重叠系数式中 bd 等效切削宽度，即本次切削实际切到上次切削残留振纹 在垂直于振动方向投影宽度； b 本次切削在垂直于振动方向上的切削宽度； B , fa 砂轮宽度与轴向进给量。 apfaBfbbda）切削）切削b）磨削）磨削rr，dabBfbB（切削）（磨削） 减小重叠系数方法减小重叠系数方法 增加主偏角；增加主偏角； 增大进给量。增大进给量。78图图 车刀消振棱车刀消振棱0.10.10.30.3-5-5 -20-202 2 3 3增加切削阻尼（例采用倒棱车刀）增加切削阻尼（例采用

42、倒棱车刀）79机械加工中振动的防治机械加工中振动的防治80提高工艺系统刚度；提高工艺系统刚度； 增大工艺系统阻尼。增大工艺系统阻尼。 阻尼材料阻尼材料铸铁环铸铁环铸铁套筒铸铁套筒图图 零件上加阻尼材料零件上加阻尼材料机械加工中振动的防治机械加工中振动的防治81图图 摩擦式减振器摩擦式减振器1 1飞轮飞轮 2 2摩擦盘摩擦盘 3 3摩摩擦垫擦垫 4 4螺母螺母 5 5弹簧弹簧1 1 动力减振器；动力减振器； 2 2 摩擦式减振器；摩擦式减振器；3 3 冲击式减振器。冲击式减振器。图图 冲击式减振镗刀与减振镗杆冲击式减振镗刀与减振镗杆1 1冲击块冲击块 2 2紧定螺钉紧定螺钉a a）减振镗刀）减振镗刀 b b）减振镗杆减振镗杆828384小结小结1 1 强迫振动强迫振动2 2 自激振动自激振动3 3 自激振动的条件自激振动的条件4 4 自激振动的原理自激振动的原理 再生原理、振型耦合原理、再生原理、振型耦合原理、 负摩擦原理、切削力滞后原理负摩擦原理、切削力滞后原理5 5 机械加工振动的诊断技术机械加工振动的诊断技术6 6 机械加工振动的防治机械加工振动的防治85 Thank you