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1、 毕 业 论 文题 目 轴类工件的质量分析 专 业 数控加工与维护工程 班 级 学 生 指导教师 西安工业大学函授部二 0 0 九 年摘 要论述了现代工业对零件加工表面完整性的要求，分析了零件加工表面完整性对零件使用性能的影响；讨论了振动切削的原理，指出振动切削是提高零件加工表面完整性的重要方法。 机械加工过程中的振动会恶化加工表面质量，损坏切削刀具，降低生产率。本文着重介绍振动的两种类型，振动产生的原因及消除方法。 随着科技与生产的发展，高强度钢、高温合金、钛合金等新材料的应用日益增多。这些材料虽然具有良好的使用性能，但大多加工性能差，对其进行切削和磨削加工相当困难。因此在加工这些零件时，不
2、仅要求保证其尺寸精度，而且要求保证其加工表面完整性。为了充分发挥新型材料良好的使用性能，研究和解决零件加工表面完整性问题显得尤为重要。 振动是在机械加工过程中，因机床工件或刀具发生周期性的跳动。加工过程中如发生振动，会使工件已加工表面上出现条痕或布纹状痕迹，使表面光洁度显著下降，还会使机床、夹具中的连接零件松动，缩短机床使用寿命，影响工件在夹具中的正确定位。此外，由于振动，势必降低切削速度，损坏切削工具，降低生产率，造成噪声污染。 一、 表面形变强化原理通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层（此形变硬化层的深度可达0.51.5mm），从而使表面层硬度、
3、强度提高 当零件的加工质量要求较高时，应把整个数控加工过程划分为几个阶段，通常划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。如果零件的精度要求很高，还需要安排专门的光整加工阶段。必要时，如果毛坯表面比较粗糙，余量也较大，还需要安排先进行荒加工和初始基准加工。 1粗加工阶段粗加工阶段是为了去除毛料或毛坯上大部分的余量，使毛料或毛坯在形状和尺寸上基本接近零件的成品状态，这个阶段最主要的问题是如何获得较高的生产效率。2半精加工阶段半精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，并保留一定的精加工余量，为精加工做好准备。半精加工阶段一般安排在热处理之前进行，在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精
4、度的零件次要表面加工完毕。3精加工阶段精加工阶段的目的是保证加工零件达到设计图纸所规定的尺寸精度、技术要求和表面质量要求。零件精加工的余量都较小，主要考虑的问题是如何达到最高的加工精度和表面质量。4光整加工阶段当零件的加工精度要求较高，如尺寸精度要求为IT6级以上，以及表面粗糙度要求较小（Ra=0.2m）时，在精加工阶段之后就必须安排光整加工，以达到最终的设计要求。关键词：机械加工 振动原因 防止方法 切削 目 录第一章 零件加工表面完整性对零件使用性能的影响1.1表面粗糙度对零件使用性能的影响1.2冷作硬化对零件使用性能的影响1.3残余应力对零件使用性能的影响1.4应用振动切削改善零件加工表
5、面完整性第二章 刀具夹头2.1如何正确选择刀具夹头2.2液压式刀具夹头2.3多边夹紧式刀具夹头2.4通用性刀具夹头2.5热装式道具夹头第三章 振动切削改善零件加工表面完整性的优势3.1降低切削力和切削温度3.2表面粗糙度小、加工精度高3.3刀具使用寿命长3.4切削液使用效果好3.5已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性提高第四章 磨削的表面质量4.1用砂带磨削4.2分别用正交实验的单因素实验对砂带磨削4.3粗粒度砂带磨削第五章 加工后表面层的状态5.1磨削热表面氧化层非晶态组织层高温回火层二层回火层磨削裂纹第六章 机械加工过程中的振动6.1机械加工振动的表现和特点6.1.1强迫振动6.1.2强迫振动的特
6、点6.2自激振动6.2.1自激振动的特点6.2.2振动产生的原因分析6.2.3强迫振动产生的原因6.2.4自激振动产生的原因6.3防止和消除振动的方法6.3.1消除强迫振动的措施6.3.2消除自激振动的措施第七章 表面粗糙度对工件的影响7.1表面粗糙度的性质结束语致谢参考文献第一章 零件加工表面完整性对零件使用性能的影响1.1表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度反映已加工表面的微观不平度高度。已加工表面粗糙度按其在加工过程中的形成方向分为纵向和横向粗糙度，一般将沿切削速度方向的粗糙度称为纵向粗糙度，垂直于切削速度方向(沿进给运动方向)的粗糙度称为横向粗糙度。一般纵向粗糙度主要决定于切削过程
7、中产生的积屑瘤、鳞刺、刀具的边界磨损及加工过程中的变形与振动；横向粗糙度的产生除上述原因外，更重要的是受残留面积高度及副刀刃对已加工表面的挤压而产生的材料隆起等因素所支配，一般横向粗糙度比纵向粗糙度大得多。 当两个互相摩擦的零件配合时，由于零件表面粗糙不平，只有零件表面一些凸峰相互接触，而不是全部表面配合接触。由于实际接触面积小，因此单位面积上压力很大。当零件相互摩擦时，表面凸峰很快被压扁压平，产生剧烈磨损，从而影响零件的配合性质。同时，粗糙表面的耐腐蚀性比光滑表面差，因为腐蚀性物质容易聚集在粗糙表面的凹谷里和裂缝处，并逐渐扩大其腐蚀作用。 1.2冷作硬化对零件使用性能的影响 表面冷作硬化通常
8、对常温下工作的零件较为有利，有时能提高其疲劳强度，但对高温下工作的零件则不利。由于零件表面层硬度在高温作用下发生改变，零件表面层会发生残余应力松驰，塑性变形层内的原子扩散迁移率就会增加，从而导致合金元素加速氧化和晶界层软化。此时，冷作硬化层越深、冷作硬化程度越大、温度越高、时间越长，塑性变形层内上述变化过程就越剧烈，进而导致零件沿冷作硬化层晶界形成表面起始裂纹。起始裂纹进一步扩展就会成为疲劳裂纹，从而使零件疲劳强度下降。切削加工后表面层的硬化程度取决于金属在切削过程中强化、弱化和相变作用的综合结果。当切削过程中强烈变形起主导作用时，已加工表面就产生加工硬化；而当切削温度起主导作用时，往往引起工
9、件表层硬度降低和相变。因此，在加工中增大变形和摩擦都将加剧加工硬化现象，而较高的温度、较低的工件材料熔点则会减轻冷作硬化作用。 1.3残余应力对零件使用性能的影响 残余应力是指在没有外力作用情况下零件内部为保持平衡而存留的应力。残余应力的产生原因，一是在切削过程中由于塑性变形而产生的机械应力；二是由于切削加工中切削温度的变化而产生的热应力；三是由于相变引起体积变化而产生的应力。其中，切削表面层由于塑性变形，表面被拉长，基体的弹性变形易恢复，而表层的塑性变形不能恢复，因此表层受压，基体受拉，在表层产生残余压应力；切削温度的升高导致工件温度升高，但工件表层温度高于基体温度，待工件全部冷却后，表层冷
10、却收缩受到基体的牵制，表面产生残余拉应力。影响残余应力的因素多而复杂，试验表明：凡能减小塑性变形和降低切削温度的因素都能使已加工表面的残余应力减小。 残余应力对零件的使用性能有很大影响。一般说来，如果残余压应力在表面层内足够大且分布合理，会提高零件的疲劳强度；而残余拉应力则会引起裂纹，使零件产生疲劳断裂和应力腐蚀。 1.4应用振动切削改善零件加工表面完整性 综上所述，改善零件加工表面完整性对于改善零件使用性能、延长零件使用寿命十分重要。控制加工表面完整性的方法较多。在普通切削、磨削加工中，可针对不同的加工工艺方法，合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量和切削液，对零件进行表面处理和表面强化，
11、从而得到要求的加工表面粗糙度和表面质量，改善零件加工表面完整性；此外，利用一些新的切削加工技术，如振动切削、低温切削、激光切削、水力切削等，也可达到提高加工表面质量、改善加工表面完整性的目的。 在改善零件加工表面完整性的众多方法中，振动切削技术较易实现且应用效果很好。 第二章 刀具夹头2.1如何正确选择刀具夹头对于刀具夹头而言，最重要的性能要求是高速旋转时对刀具的夹持力、径跳精度以及可减小振动的平衡质量。刀具夹头的径跳精度必须小于0.003mm。为了支持机床直线驱动的高动力性，减轻由主轴、夹头和刀具组成的系统的重量对于获得良好的切削加工结果十分有利。为了获得良好的切削加工结果，用户对刀具夹头的
12、要求通常已有清晰的定义，而市场上有各种不同种类的夹头能够满足这些要求。由于不同的刀具夹持系统具有不同的技术特点和加工优势，因此根据用户的具体加工用途，有可能找到最理想的刀具夹头。主要有：液压式刀具夹头；多边夹紧式刀具夹头；通用型刀具夹头；热装式刀具夹头。2.1.1液压式刀具夹头液压式刀具夹头是一种适用于大多数切削加工用途的刀具夹持系统。液压式刀具夹头采用了与常规夹头不同的刀具夹紧方式，作用力由一个螺旋机构（由螺纹、活塞和密封件组成）引入，通过操作（转动）螺旋机构，可以在夹头内部产生均匀的液压力。这种压力传导到一个膨胀钢套上，用于夹紧刀具。液压式刀具夹持系统可达到最佳的径跳精度和小于0.003m
13、m的重复性。液压式夹头夹持刀具时，利用刀柄中的液压油，可以提供很高的夹持力。由于避免了因刀具振动而引起的工件材料少量凸起，用户可以获得较高的工件表面加工质量和较长的夹头工作时间。液压式刀具夹头不仅可以免维护和防止污垢进入，而且易于使用，并可为刀具提供较高的夹持安全性。2.1.2多边夹紧式刀具夹头多边夹紧式刀具夹头的结构设计异常简单：利用一个磨削的多边形孔在三个位置牢固地夹紧刀具。在高速切削加工中，多边夹紧是一种理想的刀具夹持方式，因为刀具的夹紧是通过夹头的弹性变形来实现的。这种刀具夹头的主要优点是其外形结构非常紧凑小巧。目前市场上有两种类型的多边夹紧式刀具夹头，可以覆盖各种不同的切削加工。一类
14、是“细长型”夹头，其突出特点是夹持刀具的柄部很细，悬伸较长，可达性好。这种夹头也可用于夹持较短的刀具，优点是使用成本较低。另一类是“高刚性”夹头，其柄体较大，因此刚性也较好，能提供质量较高的径向力补偿。这两种类型的夹头都可以采用加长杆，从而在完成难加工任务时具有更好的加工柔性。由于刀具或加长杆的夹紧是在刀具柄部材料的弹性范围内实现的，因此不会影响刀具的使用寿命。利用一个外部夹紧装置，可在几秒钟内完成刀具的更换。该装置不需要任何外部能源，可在任何地方使用。这种特点使多边夹紧式刀具夹持系统非常适合需要频繁换刀的加工场合。2.1.3通用型刀具夹头通用型刀具夹头有两种可选类型：一种适用于轻载加工，另一
15、种适合中到重载加工。通用型刀具夹头一个非常重要的优势是具有良好的减振性，可以提高刀具使用寿命和工件表面加工质量，其价格与大多数高端套筒式刀具夹持系统不相上下。这种刀具夹头也是利用与液压式夹头类似的膨胀技术来夹紧刀具的，只不过其膨胀是通过机械作用而不是通过液体介质来实现的。因此，这种夹持系统可为用户提供良好的减振性和较高的径跳精度（在夹头表面测量小于0.005mm）。与套筒式刀具夹头相比，通用型刀具夹头的其他特点包括：能将夹头拉紧到硬停位置（无需使用扭矩扳手）；可对圆形刀具的整个柄部进行牢固而安全的夹紧（套筒式刀具夹头在顶部附近夹紧力较大，而在夹紧孔的底部夹紧力较小）；通过使用标准的中间套，可实
16、现柔性夹紧；通过使用一个内部长度调节螺纹，可实现非常精确的轴向长度调整。2.1.4热装式刀具夹头热装式刀具夹头是基于热胀冷缩原理，采用感应技术对夹头进行加热。通过一个感应线圈（有些加热装置采用高频线圈）对夹头上刀具需要插入的部位进行精确加热，将刀具插入后，通过冷却套对夹头进行冷却，刀具柄部周围的夹头部位遇冷收缩，即可将刀具夹紧，并提供能够承受高扭矩的牢固夹持力。热装式刀具夹头具有许多优点，主要包括高径跳精度（小于0.003mm）、高传动扭矩和比较小巧的外形设计。在减振性能上，热装式夹头则要逊于液压式夹头和多边夹紧式夹头。总之，哪种刀具夹持系统最好？对于这个问题无法给出一个普遍适用的答案，因为这
17、取决于用户的特定加工用途。在选择刀具夹头时，一个基本要求是必须了解夹头的静态和动态性能，并根据这些性能来确定夹头的安全性和有效的切削参数。对各种不同种类的刀具夹头进行比较是非常困难的，因为它们在工作原理、结构设计和尺寸规格上各有千秋。只有在同时考虑某一特定加工要求时，才有可能对各种刀具夹头的优劣作出判断。刚性非常好的刀具夹头并不一定适合每一种加工；而最适合高速切削的刀具夹头也可能无法提供某些其他加工所需要的价值。振动切削的实质是在切削过程中使刀具或工件产生某种有规律的、可控的振动，使切削速度(或进给量、切削深度)按某种规律变化，从而改善切削状态，提高工件表面质量。 振动切削通过改变刀具与工件之
18、间的空间时间存在条件，从而改变切削加工机理，达到降低切削力和切削热、提高加工质量和加工效率的目的。振动切削是一种脉冲切削，切削时间短，瞬时切入切出，切削时工件还来不及振动，刀具即已离开工件。根据动态切削理论和冲量平衡理论，采用振动切削时切削温度低，工件表面质量好。在振动切削过程中，由于刀具周期性地接触和脱离工件，其运动速度的大小和方向不断改变。振动切削引起刀具速度变化和加速度的产生，使加工精度和表面质量明显提高。振动切削的特点使其在改善零件加工表面完整性方面独具优势。第三章振动切削改善零件加工表面完整性的优势3.1降低切削力和切削温度 振动切削时，刀具与工件间相对运动速度的大小和方向均产生周期
19、性变化，被加工材料的弹塑性变形和刀具各接触表面的摩擦系数都较小，且切削力和切削热均以脉冲形式出现，使切削力和切削温度的平均值大幅度下降(切削力仅为普通切削时的1/21/10，切屑的平均温度仅40左右)，从而改善了切削条件，提高了工件加工质量和刀具使用寿命，减小了切削力引起的变形和切削温度引起的表面热损伤、表面热应力及工件热变形，尤其为需要热处理的零件减小热处理变形及裂纹创造了十分有利的条件，容易实现高精密加工。 3.2表面粗糙度小、加工精度高 振动切削破坏了积屑瘤的产生条件，同时由于切削力小、切削温度低及工件的刚性化效果，使加工表面粗糙度减小、几何精度提高。在振动切削中，虽然刀刃振动，但在刀刃
20、与工件接触并产生切屑的各个瞬间，刀刃所处位置是保持不变的。由于工件与刀具在切削过程中的位置不随时间变化，从而提高了加工精度。 3.3刀具使用寿命长 振动切削时，由于切削力小、切削温度低、冷却充分，切屑的折断和排出都比较容易，可明显提高刀具使用寿命。如振动参数选择适当，一般可使刀具寿命延长几倍至几十倍，对难加工材料和难加工工序应用效果更好。用硬质合金刀具对不锈钢进行超声振动切削试验证明，刀具使用寿命比普通切削方式提高20倍。刀具寿命的延长不仅可节约刀具材料，减少辅助时间，降低加工成本，提高生产效率，而且有利于保证加工质量。 3.4切削液使用效果好 采用普通切削时，切屑总是压在刀具前刀面上形成一个
21、高温高压区，切削液难以进入切削区，只能在刀具外围起间接冷却作用；采用振动切削时，由于切削为断续形式，当刀具与工件分离时，切削液从周围进入切削区，对刀尖进行充分冷却和润滑。特别在超声振动切削时，由于超声振动形成的空化作用，一方面可使切削液均匀乳化，形成均匀一致的乳化液微粒；另一方面切削液更容易渗入材料的裂纹内，可进一步提高切削液使用效果，改善排屑条件。 3.5已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性提高 振动切削时，刀具按正弦规律振动，在已加工表面形成细小刀痕，类似二次再加工时形成的花格式网状花纹。大量花纹均匀密布在零件工作表面上，使零件工作时易形成较厚油膜，可提高滑动摩擦的耐磨性。振动切削的残余应力很小，
22、加工变质层较浅，只在刃口附近有很小加工变形，工作表面金相组织变化很小，与材料内部金相组织几乎相当，因此提高了工件表面耐腐蚀性。切削试验证明，振动切削工件表面的耐磨性及耐腐蚀性接近于磨削加工表面。寿命的延第四章磨削的表面质量4.1用砂带磨削AZ31B镁合金板材试件,其表面的磨削纹路相当清晰而且基本完整,没有粘附物,砂带在工件表面耕犁出沟痕,沟痕两边的金属滑移隆起突出,而且被推挤的金属明显产生了滑移,表面质量良好。4.2分别用正交实验和单因素实验对砂带磨削AZ31B的表面粗糙度进行研究,对粗糙度影响最大的是砂带粒度,其次为砂带速度、工件进给速度、接触压力。在相同的条件下,随粒度变细、粗糙度降低;砂
23、带线速度增大,粗糙度降低;工件进给速度对表面粗糙度有一定影响,速度减小,粗糙度降低;反之增加;接触压力减小,砂带磨削的粗糙度变小。4.3粗粒度砂带磨削AZ31B板材时随着磨削深度增加,残余压应力不断增大。当磨削深度达到较大时,残余应力却减小。细粒度砂带磨削AZ31B时随着磨削深度增加,残余压应力不断增大,同时由于粒度变细,其残余应力值较粗粒度砂带磨削AZ31B板材时要小得多,同时它并不存在粗粒度砂带磨削AZ31B板材在磨削深度增加后,残余应力变小的情况。4.4粗粒度砂带磨削AZ31B板材时随着磨削深度增加,硬度值也不断增大。第五章加工后表面层的状态表面材质和表面变质层分析；表面应力状态分析；表
24、面磨损状态和腐蚀状态分析等等。 由于受到冷、热加工条件和润滑介质等因素的影响，轴承工作表面的微观组织结构、物理、化学、力学性能等往往与其心部有很大的不同。轴承表面的微观结构、物理、化学、力学性能发生了变化的表面层称为表面变质层。若表面变质层是由磨削加工过程引起的就称为磨削表面变质层。滚动轴承工作表面变质层分析是轴承表面质量分析的主要组成部分，当然也是轴承失效分析的重要组成部分之一。依轴承工作表面磨削变质层的形成机理，影响磨削变质层的主要因素是磨削热和磨削力的作用。5.1磨削热 在磨削加工中，砂轮和工件接触区内，消耗大量的能，产生大量的磨削热，造成磨削区的局部瞬时高温。运用线状运动热源传热理论公
25、式推导、计算或应用红外线法和热电偶法实测实验条件下的瞬时温度，可发现在0.10.001ms内磨削区的瞬时温度可高达10001500。这样的瞬时高温，足以使工作表面一定深度的表面层产生高温氧化，非晶态组织、高温回火、二次淬火，甚至烧伤开裂等多种变化。5.1.1表面氧化层 瞬时高温作用下的钢表面与空气中的氧作用，升成极薄（2030nm）的铁氧化物薄层。值得注意的是氧化层厚度与表面磨削变质层总厚度测试结果是呈对应关系的。这说明其氧化层厚度与磨削工艺直接相关，是磨削质量的重要标志。5.1.2非晶态组织层 磨削区的瞬时高温使工件表面达到熔融状态时，熔融的金属分子流又被均匀地涂敷于工作表面，并被基体金属以
26、极快的速度冷却，形成了极薄的一层非晶态组织层。它具有高的硬度和韧性，但它只有10nm左右，很容易在精密磨削加工中被去除。5.1.3高温回火层 磨削区的瞬时高温可以使表面一定深度（10100nm）内被加热到高于工件回火加热的温度。在没有达到奥氏体化温度的情况下，随着被加热温度的提高，其表面逐层将产生与加热温度相对应的再回火或高温回火的组织转变，硬度也随之下降。加热温度愈高，硬度下降也愈厉害。5.1.4二层淬火层 当磨削区的瞬时高温将工件表面层加热到奥氏体化温度（Ac1）以上时，则该层奥氏体化的组织在随后的冷却过程中，又被重新淬火成马氏体组织。凡是有二次淬火烧伤的工件，其二次淬火层之下必定是硬度极
27、低的高温回火层。5.1.5磨削裂纹 二次淬火烧伤将使工件表面层应力变化。二次淬火区处于受压状态，其下面的高温回火区材料存在着最大的拉应力，这里是最有可能发生裂纹核心的地方。裂纹最容易沿原始的奥氏体晶界传播。严重的烧伤会导致整个磨削表面出现裂纹（多呈龟裂）造成工件报废。5.2磨削力形成的变质层 在磨削过程中，工件表面层将受到砂轮的切削力、压缩力和摩擦力的作用。尤其是后两者的作用，使工件表面层形成方向性很强的塑性变形层和加工硬化层。这些变质层必然影响表面层残余应力的变化。5.2.1冷塑性变形层 在磨削过程中，每一刻磨粒就相当于一个切削刃。不过在很多情况下，切削刃的前角为负值，磨粒除切削作用之外，就
28、是使工件表面承受挤压作用（耕犁作用），使工件表面留下明显的塑性变形层。这种变形层的变形程度将随着砂轮磨钝的程度和磨削进给量的增大而增大。5.2.2热塑性变形（或高温性变形）层 磨削热在工作表面形成的瞬时温度，使一定深度的工件表面层弹性极限急剧下降，甚至达到弹性消失的程度。此时工作表面层在磨削力，特别是压缩力和摩擦力的作用下，引起的自由伸展，受到基体金属的限制，表面被压缩（更犁），在表面层造成了塑性变形。高温塑性变形在磨削工艺不变的情况下，随工件表面温度的升高而增大。5.2.3加工硬化层 有时用显微硬度法和金相法可以发现，由于加工变形引起的表面层硬度升高。除磨削加工之外，铸造和热处理加热所造成的
29、表面脱碳层，再以后的加工中若没有被完全去处，残留于工件表面也将造成表面软化变质，促成轴承的早期失效。 第六章机械加工过程中的振动振动是在机械加工过程中，因机床工件或刀具发生周期性的跳动。加工过程中如发生振动，会使工件已加工表面上出现条痕或布纹状痕迹，使表面光洁度显著下降，还会使机床、夹具中的连接零件松动，缩短机床使用寿命，影响工件在夹具中的正确定位。此外，由于振动，势必降低切削速度，损坏切削工具，降低生产率，造成噪声污染。6.1机械加工振动的表现和特点 振动分强迫振动和自激振动两种类型。具体表现和特点如下。6.1.1 强迫振动 强迫振动是物体受到一个周期变化的外力作用而产生的振动。如在磨削过程
30、中，由于电动机、高速旋转的砂轮及皮带轮等不平衡，三角皮带的厚薄或长短不一致，油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，它将激起机床各部件之间的相对振动幅值，影响机床加工工件的精度，如粗糙度和圆度。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。6.1.2强迫振动的特点强迫振动本身不能改变干扰力，干扰力一般与切削过程无关（除由切削过程本身所引起的强迫振动外）。干扰力消除，振动停止。如外界振源产生的干扰力，只要振源消除，导致振动的干扰力自然就不存在了。强迫振动的频率与外界周期干扰力的频率相同，或是它的整倍数。干扰力的频率与系统的固有频率的比值等于或接近与1时，产生共振，振幅达到最大值。此时对机床
31、加工过程的影响最大。强迫振动的振幅与干扰力，系统的刚度及阻尼大小有关。干扰力越大、刚度及阻尼越小，则振幅越大，对机床的加工过程影响也就越大。6.2自激振动（颤振） 由振动系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减的振动，就是自激振动。即使不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生。如在磨削过程中砂轮对工件产生的摩擦会引起自激振动。工件、机床系统刚性差，或砂轮特性选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。或由于刀具刚性差、刀具几何角度不正确引起的振动，都属于自激振动。6.2.1自激振动的特点自激振动的频率等于或接近系统的固有频率。按频率的高低可分为高频颤振（一般频率在50050
32、00Hz）及低频颤振（一般频率为50500Hz）。自激振动能否产生及其振幅的大小，决定于每一振动内系统所获得的能量与阻尼消耗能量的对比情况。由于持续自激振动的干扰力是由振动过程本身激发的，故振动中止，干扰力及能量补充过程立即消失。6.2.2振动产生的原因分析 产生振动的原因复杂多变，根据机加工行业出现的振动现象及两种不同类型振动的表现形式，分析原因，大致如下：6.2.3强迫振动产生的原因： 机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。如由于电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如因刀架、主轴轴承、拖板塞铁等机床部件松动或齿轮、轴承等传动零件的制作误差
33、而引起的周期性振动。切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力。如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。由外界其他振源传来的干扰力。在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的强迫振动，甚至共振。6.2.4自激振动产生的原因 切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。切削层金属内部的硬度不均匀。在车削补焊后的外圆或端面而出现的硬度不均现象，常常引起刀具崩刀及车床自振现象。刀具的安装刚性差，如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤动。工件刚性差。如加工细长轴等刚性较差工
34、件，会导致工件表面出现波纹或锥度。积屑瘤的时生时灭，时切削过程中刀具前角及切削层横截面积不时改变。切削量不合适引起的振动，切削宽而薄的切削易振动。6.3 防止和消除振动的方法6.3.1 消减强迫振动的措施 对高速回转（600r/min以上）的零件进行平衡（静平衡和动平衡）或设置自动平衡装置。或采用减振装置。调整轴承及镶条等处的间隙，改变系统的固有频率，使其偏离激振频率；调整运动参数，使可能引起强迫振动的振源频率，远离机床加工薄弱模态的固有频率。提高传动装置的稳定性，如在车床或磨床上采用少接头、无接头皮带，传动皮带应选择长短一致。用斜齿轮代替直齿轮，在主轴上安装飞轮等。在精密磨床上用叶片泵代替齿
35、轮泵，在液压系统中采用缓冲装置等以消除运动冲击。将高精度机床的动力源与机床本体分置在两个基础上以实现隔振。常用的隔振材料及隔振器有橡胶隔振器、泡沫橡胶、毛粘等。适当选择砂轮的硬度、粒度和组织，适当休整砂轮，减轻砂轮堵塞，减少磨削力的波动。按均匀铣削条件适当选择铣刀直径，齿数和螺旋角；增加铣刀齿数；以顺铣代替逆铣；采用等距刀齿结构，破坏干扰力的周期性。刮研接触面，提高接触刚度；采用跟刀架、中心架等增强工艺系统刚度。选择较好的砂轮架导轨形式采用粘结结构的基础件及薄壁封砂结构的床身等，增加阻尼，提高抗振能力。隔离外来振动的影响，采取隔振措施，如在磨床砂轮电动机底座和垫板之间垫上具有弹性的木版或硬胶皮
36、等。6.3.2消减自激振动的措施 调整振动系统小刚度主轴的位置，使其处于切削力F与加工表面的法线方向的夹角范围之外，如镗孔时采用削扁镗杆，车外圆时，车刀反装。通过改变切削用量和刀具几何形状，减小重叠系数，如采用直角偏刀车外圆。减小切削速度，增大进给、主偏角、前角；适当提高切削速度；改善被加工材料的可加工性。增加切削阻尼；适当减小刀具的后角；在后刀面上磨出消振棱；适当增大钻头的横刃；适当使刀尖高于（车外圆）、低于（樘内孔）工件中心线，以获得小的工作后角。为消减刀具的高频振动，宜增大刀具的后角和前角。调整切削速度，避开临界切削速度。在切断、车端面或使用宽刃刀具、成形刀具和螺纹刀具时，宜取切削速度小
37、于临界切削速度。纵车和切环形工件端面时，切削速度大于临界切削速度等。提高工艺系统刚度，可提高抗振性。车刀安装时不宜伸出过长，镗刀尽可能选得短而粗；尽量缩短尾座套筒的伸出长度；加工细长轴时，采用中心架或跟刀架，或用主偏角很大的细长轴车刀来消除振动。尽可能不采用容易产生积屑瘤的切削速度。采用合适的切削用量。可采用减少切削宽度，同时增加切削厚度。近年来，随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其精度高、效率高和劳动强度低等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备。目前，一个企业设备数控化程度的高低已经直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临
38、着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较少的资金，把原有机床进行升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。现在，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。第七章表面粗糙度71表面粗糙度的性质表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，主要表现在
39、以下几个方面：1） 表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。2） 表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。3） 表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。4） 表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。5） 表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密
40、地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。6）表面粗糙度影响零件的接触刚度。接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。7）影响零件的测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。总之，表面形貌极大地影响着零件的使用性能，合理地表征和评定表面形貌是一项具有重要意义的课题，表面粗糙度理论及标准在不足百年的时间内得到了巨大的发展，随着当今微机处理技术、集成电路
41、技术等的发展，出现了时序分析法、最小二乘多项式拟合法、滤波法、分形法、Motif法、功能参数集法等各种评定方法，取得了诸多进展，但是它们只能得到真实表面的有限信息，仍然存在一些问题有待完善： 1 表面轮廓微观统计特征的全面准确描述问题； 2 表面轮廓为随机过程，评定参数的值并不确定，由此产生了测量不确定性问题； 3 评定参数的相互关系以及参数数目越来越多的参数爆炸问题； 4 表面轮廓的测量结果受测量基准和仪器分辨率影响的问题； 5 表面粗糙度参数与使用性能不能完全对应的问题。结束语在次写作论文让我有很大的感触，不论是在理论方面还是在操作的经验的过程中都有一定的收获，通过写论文让我在各方面都有了
42、更深刻的了解。以上是在轴类工件切削中可能发生的问题，数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。首先，要考虑被改造机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能要与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因偏面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的
43、使用，使机床的优良性能发挥不出来。其次，要考虑数控系统的制造厂商。机械加工过程产生的振动非常复杂，是需要日常的不断分析和总结，根据不同情况分析原因，采取措施加以消除和控制，以保证加工工件的质量要求，提高生产率，创造良好工作环境。机械本身是一个集电一体化式的机械类加工，只有得到实际的操作才会有更大的经验，理解是一中悟能，而操作是一中亲身经验的获得。致 谢论文的写作是枯燥艰辛而富有挑战性的，从论文的选题、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，若没有各位指导老师的艰辛培养，孜孜教诲和同学们的出谟划策，朋友与教课老师的鼓励和支持，我就不会有顺利完成论文的动力源泉。在此我的毕业论文告一段落，意味着我即
44、将面里的是职业生活，没有职业生涯规划的我在西安机电信息技术学院的三年学习即将结束。之前，自己宝贵的学生时光能在众多学富五年，才华横溢的老师们的教导及孤立的情况下度过，感到无比的荣欣。在这三年中自己在学习、生活和思想上有了很大的启发和收获，以上不仅仅是自身的努力所能完成的，它完全离不开老师、同学和朋友的帮助、关心和鼓舞。同时感谢高数一班的各位同学，于他们的和睦相处，互相交流让我受益匪浅，懂得学习在生活中的乐趣，凡是在生活还是学习中遇到的坎坷都可以自获越过，也正是有了他们让我的大学生活过的很有光彩，同时让自己对追求理想有了更坚定的勇气和信心。通过这一段时间的努力，我的毕业论文顺利的完成了，大学生活
45、也结束了，但由于时间的仓促和自身能力的限制，在论文中存有不足之处望老师能加以指正。 参考文献1.王跃进机械设计手册北京大学出版社 出版时间：2009年09月2.徐格宁机械装备金属设备机械工业出版社 出版时间：2009年09月3.安子军机械原理国防工业出版社 出版时间：2009年08月4 机械设计手册，机械工业出版社5 机械加工手册，机械工业出版社6 机械工人切削技术手册，机械工业出版社7 机修手册，机械工业出版社付：外文翻译 电火花加工 电火花加工法对加工超韧性的导电材料（如新的太空合金）特别有价值。这些金属很难用常规方法加工，用常规的切削刀具不可能加工极其复杂的形状，电火花加工使之变得相对简
46、单了。在金属切削工业中，这种加工方法正不断寻找新的应用领域。塑料工业已广泛使用这种方法，如在钢制模具上加工几乎是任何形状的模腔。 电火花加工法是一种受控制的金属切削技术，它使用电火花切除（侵蚀）工件上的多余金属，工件在切削后的形状与刀具（电极）相反。切削刀具用导电材料（通常是碳）制造。电极形状与所需型腔想匹配。工件与电极都浸在不导电的液体里，这种液体通常是轻润滑油。它应当是点的不良导体或绝缘体。 用伺服机构是电极和工件间的保持0.00050.001英寸（0.010.02mm）的间隙，以阻止他们相互接触。频率为20000Hz左右的低电压大电流的直流电加到电极上，这些电脉冲引起火花，跳过电极与工件的
