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S 刃具钢的基本要求是：

①高的耐磨性；
②高硬度；
③高的弯曲强度和足够的韧性；
④高的热稳定性。

例如车刀：车刀工作时主要是承受压应力和弯曲应力，并受很大的机械摩擦，很少受冲击作用。正常破坏形式是刃部磨钝。因此使用中要求钢材具有高的硬度、高的耐磨性和适当的弯曲强度。在高速切削时，还要求在高温度下保持高的硬度（热稳定性）。

例如钻头：钻头为长杆状刀具，刃部长而薄，它在致密的金属中进行钻削。工作时承受很 高的轴向压应力、扭转应力以及径向力引起的弯曲应力。钢材应具有足够高的弯曲强度和韧性。钻头在连续钻削时，其刃部与工件和切屑间的摩擦很厉害，产生热量不易散失，故对钻头用钢要求高的耐磨性和热稳定性。

刃具钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢。

一、碳素工具钢

碳素工具钢生产成本较低；易于冷、热加工，在热处理后有相当高的硬度；在受热不大的情况下工作时有较好的耐磨性，所以得到广泛的使用。

1、化学成分

碳：
为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有0.65-1.35%C。含碳量越高，则钢的耐磨性越好，而韧性越差。常用的碳素工具钢有T7、T8、T9、T10、T11、T12及T13各类。随着数字的升高，钢的硬度与耐磨性增高，而韧性逐渐下降。

锰：
碳素工具钢中加少量（0.35-0.60%）的锰，如T8Mn，可提高钢的淬透性，但含锰量过高会使钢的韧性下降。

硅：
硅可提高钢的淬透性，但过高会促进石墨化倾向。

硫、磷：应严格控制

2、锻造及热处理

(1)锻造

在 对碳素工具钢进行热加工（锻、轧）时，要保证在加工以后钢中网状碳化物大部分被破碎。因此，锻、轧碳素工具钢时，需有适当的压缩比，使钢中的碳化物细化 并使之分布均匀。终锻、终轧温度过高，锻后易形成碳化物网（图8-2-1为碳化物网组织），终锻温度过低，钢的塑性变坏，易生成小裂纹。热加工后应迅速冷 至600～700℃，然后缓冷，以免析出粗大或网状碳化物。

图8-2-1 碳素工具钢碳化物网组织
图中白色组织是碳化物，呈网状分布，这是一种有缺陷的组织。

(2)球化退火

为 了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火。球化退火的加热温度范围一般为730～800℃。加热过程中一部分渗碳体溶于奥氏体，残留的渗碳体自发 地趋于球形以减小表面能。随后的缓慢冷却过程中继续析出的渗碳体也接近球状，因而获得细而均匀分布的球状珠光体。球状珠光体组织见图8-2-2。

图8-2-2碳素工具钢的球状珠光体组织
图中显示组织为：在铁素体的基体上分布着颗粒壮的碳化物是一种球状珠光体组织。

(3)淬火和回火

碳素工具钢正常淬火加热温度为Ac1+30-50℃，属于不完全淬火。碳素工具钢淬火后的机械性能与淬火温度的关系见图8-2-3所示。

图8-2-3 碳素工具钢淬火后的机械性能与淬火温度的关系
碳素工具钢有一个最佳淬火温度，超过这个淬火温度，其强度和塑性都明显下降。

在淬火温度升高时，最初，强度和塑性有些提高，但当淬火温度超过一定限度后，强度及塑性都迅速下降。淬火时过热引起晶粒长大，导致强度及塑性剧烈下降，对于工具钢，过热是非常有害的。

碳素工具钢的过冷奥氏体稳定性较差，过冷奥氏体最短孕育期只有1秒左右，所以在淬火冷却时必须保证在奥氏体不稳定区快速冷却，避免发生珠光体转变，在C曲线的鼻部以下，冷却即可稍缓慢些。淬火组织见图8-2-4

图8-2-4 碳素工具钢的淬火组织（淬火温度越高，马氏体针越粗）
图D显示的马氏体组织最粗大，其强度和塑性最低。

回火：碳素工具钢淬火后应立即回火。回火温度因工具的种类与用途而稍有差异。刃具通常采用180～210℃，螺纹工具（如板牙）采用200～250℃。

3、常用碳素工具钢

表8-2-1 常用碳素工具钢的牌号、化学成分和力学性能

钢号	化学成分（%）					淬火钢的硬度HRC
	C	Mn	Si	S	P
T8	0.75 0.84	≤0.40	≤0.35	≤0.03	≤0.035	≥62
T10	0.95 1.04	≤0.40	≤0.35	≤0.03	≤0.035	≥62
T12	1.15 1.24	≤0.40	≤0.35	≤0.03	≤0.035	≥62

二、低合金工具钢

低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上添加合金元素而成的。

1、合金元素的作用：

铬:
Cr是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性。既能阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大，又提高了马氏体的分解温度，从而有效地提高了钢的回火抗力。Cr还能防止Si的石墨化倾向。

硅:
Si增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性。但Si是石墨化元素，在高碳钢中，高温加热时引起脱碳和促进石墨化，必须同时添加W、Cr、Mn等，减少钢的脱碳倾向。

锰:
提高钢的淬透性，但Mn增加钢的过热倾向。

钨：
W在工具钢中形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化，有利于提高钢的耐磨性。

钒：
V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大，降低过热敏感性。

2、锻造及热处理

低合金工具钢的热加工要求和碳素工具钢基本相同。

锻造：需多次锻粗和拔长，使碳化物分布均匀。

淬火：加热温度比碳工具钢稍高些，可用油。熔盐等较缓和的淬火介质。

3、常用低合金工具钢

表8-2-2常用低合金工具钢的牌号、化学成分和力学性能

钢号	化学成分（%）					淬火钢的硬度 HRC
	C	Mn	Si	Cr	W
9CrSi	0.85 0.95	0.3 0.6	1.2 1.6	0.9 1.25	--	≥62
CrWMn	0.90 1.05	0.8 1.1	≤0.4	0.9 1.2	1.2 1.6	≥62
9Cr2	0.80 0.95	≤0.40	≤0.4	1.3 1.7	--	≥62

三 高速钢

(一)高速钢的化学成分、铸态组织和碳化物类型

在 高速切削过程中，刀具的刃部温度可达600℃以上，低合金钢刃具已不能满足这种要求。因此，就必须选用高速钢（这是一种合金元素含量很高的刃具钢），它 在600℃时，仍能使硬度保持HRC60以上，从而保证其切削性能和耐磨性。高速钢刀具的切削速度可比碳素工具钢和合金工具钢刀具增加1～3倍，而耐用性 增加7～14倍，因此，高速钢在机械制造工业中被广泛地采用。

我国最常见的高速钢为钨系（W18Cr4V）和钨钼系（W6Mo5Cr4V2）。它们的成分见下表。

表8-2-3 钨系和钨钼系高速钢的成分

钢号	化学成分（%）
	C	Si	Mn	Cr	Mo	W	V
W18Cr4V	0.7 0.9	≤0.4	≤0.4	3.8 4.4	≤0.3	17.5 19	1.0 1.4
W6Mo5Cr4V2	0.8 0.9	≤0.4	≤0.4	3.8 4.4	4.5 5.5	5.5 6.7	1.75 2.2

虽然高速钢在成分上有很多差异，但主要的合金元素是W、Mo、Cr、V和Co，属于高合金莱氏体钢，其组织很相似。图8-2-5为Fe-C-18%W-4%Cr的伪二元相图，当碳量为0.7-0.8%时，近似于18-4-1钢的成分。

图8-2-5Fe-C-18%W-4%Cr的伪二元相图
图中A合金在冷却过程中经历了很多相区。图中各相
线上的交点开始发生各种相变。

当钢液接近平衡冷却时，在冷却过程中，发生下列相的转变：

1→2点：L®d 析出
2→3点：L＋d ® g三相包晶转变区。
3→4点：L＋d ® g＋M6C包共晶转变区。
4→5点：L ® g + M6C剩余的液体共晶转变区，这种产物称为莱氏体(Ld)。
5→6点：g ®M6C析出
6→7点：g ® a＋M6C二元共析转变区。
7→8点：g ® a＋M6C＋Fe3C。三元共析转变区

由此可见，18-4-1高速钢在室温下的组成相应为a＋M6C＋Fe3C。

高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体(Ld)、中心黑色d和共析体、白亮的马氏体和残余奥氏体组成，如图8-2-6所示。

图8-2-6 高速钢的铸态组织
图中蓝色圈内为鱼骨状的伪共晶莱氏体；绿色圈内为马氏体和残余奥氏体；红色圈内为α和共析体。

高速钢的碳化物：

所有的高速钢中，在退火状态下都含有M6C、M23C6。MC三种碳化物。

18-4-1钢退火状态碳化物总量约为30％，其中M6C占18％，M23C6占8％、MC占1％。

在淬火状态下，只有M6C和MC。

在回火状态(650℃左右)有M2C、MC析出。

M6C型碳化物：

在Fe4W2C中，Fe、Mo、V可置换W；Cr可置换Fe、W，这就使M6C稳定性不同。如Cr溶入M6C中，使M6C稳定性下降，在加热过程中，奥氏体可溶入更多的M6C，从而更好发挥W。Mo的作用。

M23C6型碳化物：

在高速钢中为Cr23C6，其稳定性较差，淬火加热时，全部溶于奥氏体中，增加钢的淬透性。

MC型碳化物：
为富钒的碳化物VC，它的稳定性最高，即使在淬火加热温度下，也不能全部溶解。在高温回火过程中析出，使高速钢产生弥散强化，从而使钢具有高的耐磨性。

M2C型碳化物：
高速钢在回火过程中，当温度超过500℃时，自马氏体中析出W2C、Mo2C，引起钢的弥散硬化。

总之，高速钢在退火时含有M6C、M23C6、MC(VC)及M7C3(Cr7C3)。它们的稳定程度不同，在加热至淬火温度过程中，Cr7C3首先溶解，M23C6次之，在950-1100℃上述碳化物已全部溶解，而M6C及VC只有部分溶解。

碳化物溶入奥氏体中可增加钢的红硬性及淬透性，而另一部分未溶的M6C、MC则可细化晶粒，增加钢的耐磨性。

(二)高速钢的锻造和热处理

1、锻造

高速钢的铸态组织很不均匀。大量不均匀分布的粗大碳化物，将造成强度及韧性的下降。这种缺陷不能用热处理工艺来矫正，必须借助于反复压力热加工(锻、轧)，将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使其均匀分布在基体内。

钨系高速钢的始锻温度为1140～1180℃，终锻温度为900℃左右。

钨钼系高速钢的始锻温度要低一些。

终锻温度太低会引起锻件开裂，而终锻温度太高(大于1000℃)会造成晶粒不正常长大，出现萘状断口。由于高速钢在空气中冷却即可进行马氏体转变，所以锻造或轧制以后，钢坯应缓慢冷却，以防止产生过高的应力导致开裂。

2、退火

高 速钢锻造以后，必须进行球化退火，其目的不仅在于降低钢的硬度，以利切削加工，而且也为以后的淬火作组织上的准备。18-4-1钢退火温度为 860℃～880℃，即略超过A1温度。在该温度保温2～3h。这样，奥氏体内溶入的合金元素不多，奥氏体稳定性较小，易于转变为较软的组织。图8-2- 7的组织为索氏体加碳化物。

图8-2-7 高速钢球化退火组织（索氏体加碳化物）

3、淬火

高速钢的优越性只有在正确的淬火及回火之后才能发挥出来。其淬火温度较一般合金工具钢要高得多。

因为温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金浓度越高。只有合金含量高的马氏体才具有高的红硬性。图8-2-8显示出了淬火温度对奥氏体(或马氏体)内合金元素含量的影响。

图8-2-8 淬火温度与奥氏体内合金元素的含量
高速钢淬火加热温度越高，奥氏体内的合金溶解度也
越高，其中钨元素需要很高的加热温度才能溶解。

由 图可知，对高速钢红硬性作用最大的合金元素—W、Mo及V只有在1000℃以上时， 其溶解量才急剧增加。温度超过1300℃时，各元素的溶解量虽还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界处发生溶化现象。因而，淬火钢的韧性大大下 降。所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬性则越好。

由于高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，故常常分两段或三段进行加热。淬火通常在油中进行，或采用分级淬火法。钢的正常淬火组织是碳化物＋马氏体＋残余奥氏体(30%左右)。图8-2-9为高速钢的正常淬火组织。

图8-2-9 高速钢的正常淬火组织

4、回火

为 了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能，高速钢一般需进行三次650℃保温1h的回火处理。高速钢的热处理工艺规范见图8 -2-10。图8-2-11示出了回火温度对18-4-1和6-5-4-2高速钢强度(sbb。ss)硬度和塑性的影响。

图8-2-10高速钢的热处理工艺规范图
左上图，显示了奥氏体中合金元素的溶解温度与淬火加
热温度的关系。右上图，显示了回火温度与高速钢硬度
之间的关系。下图显示了高速钢的整个热处理工艺--①
球化退火工艺②淬火工艺③④⑤三次回火工艺。

图8-2-11 回火温度与18-4-1高速钢的强度、硬度
图中蓝线显示的是回火温度，高速钢在这个温度回火具有
很高的硬度，较好的强度和塑性。

回火温度在500-600℃之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在550-570℃时可达到硬度、强度的最大值。在此温度区间，自马氏体中析出弥散的钨(钼)及钒的碳化物(W2C、Mo2C、VC)，使钢的硬度大大提高，这种现象称为二次硬化。

与此同时，当回火温度500～600℃之间时，残余应力松弛，基体中析出了部分碳化物，使残余奥氏体中合金元素及碳含量下降，Ms点升高。这种贫化的残余奥氏体，在回火后的冷却过程中，转变为马氏体，使钢的硬度也有所提高，这种现象称为二次淬火。

正常回火后硬度为HRC63～66，其组织为回火马氏体加碳化物(见图8-2-12)。

图8-2-12 高速钢回火组织（马氏体+碳化物）
高速钢回火组织是黑色的回火马氏体加白色的碳化物。

5、高速钢的表面强化

为改善刃具的切削效率和提高耐用性，生产上经常对刃具进行表面强化处理。

表面强化主要有化学热处理和表面复层处理两类。前者包括蒸气处理、气体软氮化、离子氮化、氧氮化(氧氮共渗)等。

表面复层处理则使金属表面形成耐磨的碳化钛、氮化钛复层，许多国家已用于生产。

(三)高速钢刃具的热处理缺陷

高速钢热处理时经常出现的主要缺陷有：过热。过烧、变形开裂、硬度不足、脱碳、萘状断口及腐蚀麻点。

（1）过热：

由于淬火温度过高等原因，造成晶粒过大，剩余碳化物数量减少，碳化物出现粘连。拖尾、角状或沿晶界呈网状分布的现象称为过热(图8-2-13)。

图8-2-13高速钢的过热组织
高速钢过热组织的特征是碳化物沿晶界呈网状分布。

2）过烧：

淬火温度接近钢的熔化温度，晶界熔化，出现莱氏体及黑色组织，称为过烧(图8-2-14)。过烧的刃具，常常出现严重的变形或皱皮现象，这种缺陷是不可挽救的。

图8-2-14高速钢的过烧组织
高速钢过烧组织的特征是出现呈鱼骨状的莱氏体。

（3）脱碳：

高 速钢的脱碳组织如图8-2-15所示。表面脱碳使工具的硬度降低，金相组织中出现有明显的铁素体，在其基体上还有碳化物存在。钢的表层脱碳，使Ms点升 高，在淬火时，表层先转变为马氏体，形成一层薄的硬壳，随后心部进行马氏体转变时，体积膨胀，表层受到张应力，易于引起开裂，同时其硬度和耐磨性也降低， 从而大大降低刃具寿命。

图8-2-15高速钢的脱碳组织

（4）萘状断口：

萘 状断口呈闪光粗粒状，有如萘光，故得名。其金相组织为粗大的晶粒(图8-2-16)。产生萘状断口的刀具，强度、韧性极低，使用时易崩刃或折断，是一种 不可挽救的缺陷。萘断口的形成主要是由于停锻温度过高(1050～1100℃)，而且变形量又在10～15％左右，或由于需返修而进行两次淬火，其间未经 退火造成的。如果淬火前不进行充分退火，也容易产生萘状断口。

图8-2-16高速钢的萘状断口

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2007-03-16 11:15:38　　中国数控机床网

对 于长度与直径之比(长径比)大于80的细长轴，在切削过程中由于其刚性差而极易产生弯曲和振动，难以获得良好的加工精度和表面粗糙度。且热扩散 差，线膨胀大，当工件两端顶紧时受热变形影响易产生弯曲，因此，长径比大于80的细长轴是轴类零件中较难加工的零件。在实际生产中，可通过采用三支承跟刀 架、弹簧顶尖、改进刀具的几何角度或采用宽刃精车刀、选择热硬性好及高耐磨的刀具材料、增设合理的辅助工具等方法达到满意的加工效果。

1细长轴加工前的准备工作

加工前应先调整机床，校直工件。

1. 机床调整

   主轴中心和尾座顶尖中心连线与导轨全长平行;主轴中心与尾座顶尖中心的同轴度公差小于0.02;大、中、小拖板的间隙合适(过松会扎刀)。

2. 棒料校直

   采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。装夹时，防止预加应力产生变形，夹持方法有两种:一是在一端车出8～10mm的卡脚档;二是在卡盘爪与工件间垫入直径为f3～f5mm的钢丝(绕工件放置)或钢柱(顺工件放置)，使工件与卡盘为线接触。

2切削方法

采用三支承爪的跟刀架及弹簧顶尖，切削方法有以下两种。

1. 高速切削法

   常采用75°粗车刀、93°半精车和精车刀。75°粗车刀材料为YT15,YW2，刀片代号A127；93°精车刀材料为YT30、YW1，刀片代号A127。粗车切削用量：n=290～450r/min，f=0.4～0.6mm/r，a_p=3～4mm；半精车切削用量:n=380～600r/min，f=0.2～0.4mm/r，a_p=1.5～2.5mm；精车切削用量：n=450～600r/min，f=0.15～0.3mm/r，a_p=0.5～1.5mm。

   因增加了一个支承爪，在车刀切入工件后，应按上、下、外顺序调整支承爪。

2. 反向低速大进刀精车法

   采用弹簧伸缩顶尖，反向切削。精车、半精车仍用高速切削法，精车用低速大走刀。采用的刀具与高速切削法相同。粗车切削用量n=230～450r/min，f=0.5～0.8mm/r,a_p=3～8mm；半精车切削用量n=290～6OOr/min，f=0.3～0.6mm/r，ap=1.5～3.5mm;精车切削用量n=12～24r/min，f=10～20mm/r,a_p=0.02～0.05mm。f、a_p、V选取最大值的顺序依次为a_p、f、V。

   操 作方法:靠卡盘处车出跟刀架支承档，修磨好支承爪后，在轴尾端倒角45°，以防止车削结束时刀具崩刃。支承爪的调整顺序依次是下侧、 上侧、外侧。接刀应准确，在轴径接刀处要有1:10左右的锥度。逐步增加刀刃的切削力，以避免突然增加造成让刀或扎刀，产生径向误差而引起振动，或出现多 边形及竹节形。

   为防止工件振动，跟刀架支承爪的轴向长度选40～50mm，径向宽度为10～15mm。为便于散热和排屑，在支承爪的轴向和径向上各钻一个T形通孔，支承爪材料宜用QT60-2球墨铸铁。

body.clientHeight)this.width=body.clientHeight" border="0"> 图1 加V形块的木支架

body.clientHeight)this.width=body.clientHeight" border="0"> 1.工件 2.上托架 3.下托架 4.床身 图2 托架

3 辅助工具

粗 车时，可采用如图1所示的支架，支架由V形块和木垫块组成，木垫块压在机床导轨上。半精车、精车时可采用如图2所示的托架，托架是在 加工过程中起减振作用的主要辅具，托架由两块制有3°斜面的木质(红松)托块组成，上托块的上面制成V型托口，这可使工件与上托块在互相作用时能够形成不 完全碰撞，受力时一部分功能将受到损失，以达到减小反作用力的目的。根据实践经验，V型夹角a=30°～50°为宜，辅具安放数量视工件长径比及工件长度而定，当长径比大于80、工件长大于1500mm以上时，每隔600～800mm放置一个。

4 应用效果

采用上述工艺措施后，车削最细轴(杆)f8×2000和细长轴f25×3000～5000，全长精度在IT5以上，表面粗糙度在Ra1.6以下，车削一根轴仅需15～25min。

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NPT，PT，G各种螺纹的区别

NPT，PT，G　都是管螺纹．
NPT 是 National (American) Pipe Thread 的缩写，属于美国标准的 60 度锥管螺纹，用于北美地区．国家标准可查阅 GB/T12716-1991

PT 是 Pipe Thread 的缩写，是 55 度密封圆锥管螺纹，属惠氏螺纹家族，多用于欧洲及英联邦国家．常用于水及煤气管行业，锥度规定为 1:16． 国家标准可查阅 GB/T7306-2000

G 是 55 度非螺纹密封管螺纹，属惠氏螺纹家族．标记为 G 代表圆柱螺纹．国家标准可查阅 GB/T7307-2001
另外螺纹中的1/4、1/2、1/8 标记是指螺纹尺寸的直径，单位是英?．行内人通常用分来称呼螺纹尺寸，一?等于８分，1/4 ?就是２分，如此类推．G 就是管螺纹的统称(Guan)，55，60度的划分属于功能性的，俗称管圆。即螺纹由一圆柱面加工而成。

ZG俗称管锥，即螺纹由一圆锥面加工而成，一般的水管接头都是这样的，国标标注为Rc公制螺纹用螺距来表示，美英制螺纹用每英寸内的螺纹牙数来表示，这是它们最大的区别，公制螺纹是60度等边牙型，英制螺纹是等腰55度牙型，美制螺纹60度。

公制螺纹用公制单位， 美英制螺纹用英制单位。
管螺纹主要用来进行管道的连接，其内外螺纹的配合紧密，有直管与锥管两种。公称直径是指所连接的管道直径，显然螺

纹直径比公称直径大。
1/4，1/2，1/8是英制螺纹的公称直径，单位是英寸。
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在平衡刀具之前，你需要测量不平衡量的大小和每个选择的校正平面的角度位置。在两种通用型式的平衡机上测定这些变量：不旋转式或重力机用于测量单一平面（静止的）不平衡，而旋转式或离心机用于测量单一平面和/或两平面（动态）不平衡。

在正确的平面测定不平衡量的大小和角度后，你能通过从工件增加材料或去除材料的办法进行校正。对于不是刀具的组件，最广泛使用的材料添加方法是在组件上焊配重。对于轻微的不平衡量的组件的其它办法有在组件体上增加焊料或在预钻孔增加重量。

对于刀具，当你测定的不平衡确定必须去除材料才能获得正确的平衡，最容易和最有效的方法是钻削。这是一种快速的调整，而且材料去除量能精确控制。另外一个选择是铣削，它是平衡薄壁刀具或强制需要浅切削场合最有效。

理 论上，完美的平衡在平衡刀具时是可以获得的。在现实应用里，因为成本的考虑和刀具的限制，完美的平衡仅在十分幸运时达到。因此，精度等级必须设置成允许一 定量的把有害影响控制在一个可接受水平的残余不平衡。在ISO1940里给出的精度通常产生满意的结果，但确定你实施的标准适合要平衡的刀具。例如，和刚 性负载螺旋桨相比，机床将很明显地使用不同的数值。

刀具选用和维护

刀具平衡不只是测量不平衡量和增加或去除重量。刀具选用至关重要。短的分量轻的刀具容易平衡到很好的精度，而大型的重的刀具要困难得多并有产生很大振动的倾向。你也能通过选择已做过预平衡或预加工到最小不平衡的刀柄来节约时间和削减成本。

更 进一步你可以通过常规的维护和仔细的处理来减少必须平衡的数量。刀柄的任何表面损坏将影响平衡和同心度。为什么？当旋转速度爬升时刀柄缺陷的影响被放大。 假如你的仪器测到每分钟1000转时可忽略的力，当转速为每分钟10000转时力增加100倍，每分钟20000转时为400倍。

极好的同心度还在高速主轴下更重要，因为如果刀具不在主轴中心线上回转，它变成额外不平衡的首要因素。但是不平衡刀柄的影响在较低速度下也是明显的。小的不平衡能引起你的加工中心主轴轴承损坏的很高的力，而且连续的很大的径向力回导致轴承的早期失效和昂贵的机床维修费用。

还有，要记住任何的调节（安装或去除刀具组件，旋紧螺母或任何细微的扭转或熔补）都需要某种程度的平衡。即使调节干扰刀具的平衡量仅有几克X毫米，这个不平衡量转化成振动的增加，引起刀具磨损加快、表面光洁度恶化和零件形位精度的下降（如镗孔时圆度或直线度的丢失）。

精度恰当=更好的平衡

除了正确的维护和处理高质量的刀柄，刀具组件正确地装到机床主轴是重要的。为获得牢固稳定的连接刀柄匹配主轴锥孔应尽可能精确。刀柄配合得好和差的区别在高速下尤其明显。你可能拥有世界上平衡得最好的刀具，但如果它没有正确连到主轴上，那你是自找麻烦。

当你认为今天出售的很多加工中心配备有最高转速10000转或以上的主轴，你不得不推论出刀柄的质量必须和主轴的性能同等水准。它们必定是牢固的、对中心的、适当平衡的，而且没有表面损伤和污染。如果不是这样，肯定发生振动，那将产生振颤并降低刀具寿命和表面光洁度。

不是所有的刀具都需要平衡是正确的，尤其当处理过程引起成本增加和额外的步骤时。是否要做刀具平衡应视具体情况。在高速下平衡效果最突出，但是在任何速度下平衡刀具产生更好的形位精度、提高表面光洁度和延长刀具寿命。

平衡的刀具产出最佳的零件

虽然它需要一些额外的时间和照料，恰当的平衡将延长你刀具和主轴的寿命并将增加可用时间，而且为客户生产出精确的高质量的零件。
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用高速加工可以处理至今为止不能加工的任何材料

因为没有达到适当线速度的高速主轴而不能加工的工件，用高速主轴接近其适当的线速度就能够加工，例如0.05mm至0.2mm微小直径刀具加工就是一个例子。但是，适正线速度降至每分钟几十米的时候就不适合了。

不论什麽直径的刀具都可以进行高速加工

这个仍然是线速度的问题，适正线速度由工件和刀具决定，如果选择了无视适正线速度的刀具直径和转速，就无法进行实用性加工。

用高速回转加工时，加工负荷下降

研 究切削加工的人们说，这种现象是可能发生的。可是，伴随?负荷下降而来的是急剧增加的摩擦力，不能说这是能够进行实用加工的领域。因为没有达到适正的回转 速度而使加工负荷增大的情况有很多。选择削切负荷下降的路径，用适正的转速进行加工时，可以提高进给速度，延长刀具寿命。

用高速回转加工时，工件和刀具不发热

选择削切负荷极小的条件才能达到这个效果。相反，用切削负荷高条件进行重切削加工，工件和刀具依然会发热。

用高速回转加工时，加工表面的光洁度提高，不需磨削

这要根据刀具的刃部形状、切削深度，以及进给量而定。如果要使磨削的工时降至最少或不需磨削，那麽精加工後的表面必须是均匀的。虽然用球头铣刀磨擦是最好的，但是这不是切削，而是在抛光，这会令刀具的寿命很快丧失。

高速回转加工必须加工低负荷工件，所以最好是进行很薄的加工，可是这时在刀具的中心附近，进行的是线速度非常慢的加工，负荷反而会增加。

等高线加工在程序编制时需要花费时间，在加工效率方面，还是往复式的扫描线加工方法好。

两者相比，刀具轨迹的生成的确需要时间。但是，对於刀具的负荷是一定的，对刀具寿命、加工面的粗糙等要好很多。

刀具寿命的缩短和对策

在使用球头立铣刀加工时，即使选择合适的线速度及切削深度进行加工，但还有很多因素导致刀具寿命下降。

切削开始时负荷增加

在Z 轴方向刀具垂直下降，开始切削时，线速度慢的刀具中心首先开始接触工件，加工开始时，必然成为槽加工。槽加工时进给方向的右侧和左侧都有工件，成为一边是 下降加工，一边是上升加工。特别是上升加工，刀具的寿命、加工面的光洁度都会下降。因此和通常的侧面加工相比，必须降低进给速度。

使用刀具像画螺旋线那样下降的螺旋加工接触工件的方法，虽然消除了线速度慢、刀具中心首先接触工件的问题，但不能说是最好的方法，也就是说，在螺旋终了後进入直线加工时，还是槽加工。在这里如果进给速度不下降，也是导致刀具寿命缩短的原因。

槽加工负荷大及加工面粗糙

在由内侧向外侧进行加工时（设置的加工），在螺旋终了後的(Z轴到达加工位置後)加工，必然变成糟加工。这时如果不降低进给速度，刀具的寿命会缩短。

角部负荷增加

从内侧向外侧加工时，锐角的角部加工较多。此时与侧面加工相比，每转切削体积会增加。为了使单位时间的切削体积一致，有必要在角部进行自动加速或减速。工件的硬度越高，在角部的加减速幅度应越大。

过长的刀具伸出量

刀具伸出的长度过长时，刚性会下降，刀具的寿命会缩短。当遇到高硬度材料或难切削材料时，这种现象会更加明显。

刀具

用 立铣刀进行的铣削加工，也就是用复数的切削刃进行断序的切削，有的刃从非切削状态，随着主轴的旋转，接触到工件开始切削。工件的硬度越高，刀尖接触工件的 瞬间冲击越大，刀尖损坏的可能性越高。为此使刀尖变厚，刀刃的切削面制成负面，减小槽部使刃的根部变粗，此种刀具称为高硬度用刀具。

不过，非高硬度用铣刀的刀具磨耗，对於在实际加工直径附近表现出的临界摩擦现象，高硬度用铣刀的磨耗，前端的中心部在实际加工直径的大小範围内显得很平，不能加工的时间大幅度缩短。所以，必须将此因素考虑在内。

综合来说，采用适当的线速度，减小切削深度，并用尽可能快的进给速度进行加工的基本原则不仅限於小直径刀具。

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高 速切削的研究历史，可以追溯到二十世纪30年代由德国Carl Salomon博士首次提出的有关高速切削的概念。Salomon博士的研究突破了传统切削理论对切削热的认识，认为切削热只是在传统切削速度范围内是与 切削速度成单调增函数关系。而当切削速度突破一定限度以后，切削温度不再随切削速度的增加而增加，反而会随切削速度的增加而降低，即与切削速度在较高速度 的范围内成单调减函数。Salomon博士的研究因第
二次世界大战而中断。50年代后期开始，高速切削的试验又开始进入各种试验研究，高速切削的 机理开始被科学家们所认识。1979年开始由德国政府研究技术部资助、德国Darmstadt大学PTW研究所牵头、由大学研究机构、机床制造商、刀具制 造商、用户等多方面共同组成的研究团队对高速铣削展开了系统的研究。除了高速切削机理外，研究团队同步研究解决高速铣削中机床、刀具、工艺参数等多方面的 应用解决方案，使高速铣削在加工机理尚未得到完全共识的情况下首先在铝合金加工和硬材料加工等领域得到应用，解决模具、汽车、航空等领域的加工需求，从而 取得了巨大的经济效益。

从 目前的试验看，随着切削速度的逐步提高，切削时的变形规律发生一些改变。切屑中的剪切变形逐渐加剧，剪切区的滑移逐渐加强，即使是塑性材料的切屑形态，也 会组建逐渐从带状切屑转变为锯齿状切屑，进而有可能进一步转变为单元状切屑。下图是镍基高温合金在不同的切削速度下切屑的形态。

v=106m/min v=125m/min v=160m/min v=200m/min

由 于在高速切削的条件下切屑会由带状切 屑转变为单元切屑，切屑与前刀面的摩擦将不再是切削力和切削热的主要来源之一；同样由于切削速度的提高，后刀面处工件材料的弹性变形也将由于变形速度逐渐 跟不上切削速度而减少，后刀面的摩擦也因此而减少，从而对降低切削力和切削热产生有利的影响。因此在高速切削时，主要的切削热将由切屑导出，而工件和刀具 的温升都非常小，高速切削也被成为“冷态切削”。

德国高速切削研究团队认为，高速切削的速度范围应该是传统切削速度的5-10倍。而实现高速切削可能涉及机床、刀具、工件、工艺参数等诸多方面的问题。本文将就高速切削的刀具及其它有关因素与刀具相关的若干方面介绍一些自己的看法。

一、刀具与机床的接口

在传统的镗铣加工中，我们通常使用的是各种7:24的刀具接口。这些接口的主轴端面与刀具存在间隙，在主轴高速旋转和切削力的作用下，主轴的大端孔径膨胀，造成刀具轴向和径向定位精度下降。同时锥柄的轴向尺寸和重量都较大，不利于快速换刀和机床的小型化。

而 高速加工我们通常会推荐一种新的被称为HSK的接口标准。HSK由德国阿亨大学机床研究所专门为高转速机床开发的新型刀-机接口，并形成了用于自动换刀和 手动换刀、中心冷却和端面冷却、普通型和紧凑型等6种形式。HSK是一种小锥度(1:10)的空心短锥柄，使用时端面和锥面同时接触，从而形成高的接触刚 性。经分析研究，尽管HSK连接在高速旋转时主轴也同样会扩张，但仍然能够保持良好的接触，转速对接口的连接刚性影响不大。

二、刀具的平衡

物理学的原理表明，旋转中的质点的离心力与质点的质量、质点与旋转轴的距离以及旋转的角速度(或者转速)的二次方成正比。也就是说，如果转速增加1倍，离心力将增大到原来的四倍。这就意味着在高的旋转速度下，刀具的加工精度和寿命都可能受到离心力的严重影响。

某 精密镗刀制造商提供了如下图的数据，说明了这一问题。他们选择两把镗刀进行试验，其中只有一把精镗刀预先进行过动平衡。这两把镗刀在 5000r/min时所加工孔的的圆度没有什么差别，都是1.1µm，这些误差我认为主要由于机床工具系统的精度造成；而当转速提高1倍到 10000r/min时，情况就明显不同了。经过平衡的镗刀所加工出的孔的圆度比5000r/min时略有增加，为1.25µm，而未经平衡的镗刀所加工 出的孔的圆度比5000r/min时增加很多，达到6.30µm，是经过平衡调整的镗刀的5倍多。

因此，对于在高速旋转下使用的刀具必须进行平衡。

按照平衡理论，回转体的不平衡可以分为3种：

静不平衡：
静不平衡是只有一个不平衡质量且该不平衡质量位于两个支承的正中间，因此其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小和方向均相等。在切削加工中的短悬伸刀具(如盘类刀具)可近似地认为只是静不平衡。

偶不平衡：
有两个不平衡质量，分布在对称于支承中点的180°位置，因此其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小相等方向却相反，形成的是一个力偶。

动不平衡：
有两个或两个以上的不平衡质量，分布不符合以上的规律，其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小和方向都不一样。可以这样认为，动不平衡是静不平衡和偶不平衡的叠加，杆类刀具大部分都是此类不平衡。

有两个或两个以上的不平衡质量，分布不符合以上的规律，其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小和方向都不一样。可以这样认为，动不平衡是静不平衡和偶不平衡的叠加，杆类刀具大部分都是此类不平衡。

不 平衡的消除有加重、去重和调整三类方法，刀具的出厂预平衡多采用钻孔去重的方法。即在经平衡机测量并计算得到的位置钻一个指定大小和深度的孔，以使刀具 在该位置截面上得到静平衡，或者在两个位置上各钻一个孔以实现动平衡。可转位刀具由于更换刀片和配件后会产生新的微量不平衡，整体刀具在装入刀柄后也会在 整体上形成某种微量不平衡，我们经常会使用调整法来去除不平衡量以达到平衡目的。调整法主要有三种方式：

平衡调整环：高速加工中安装整体刀具使用的刀柄主要采用这种方式，通常在刀柄上具有两个平衡调整环。通过分别旋转平衡调整环，可以产生一个合力和一个平衡力矩，从而实现动平衡。

平衡调整螺钉：盘类刀具可以采用这种方式。这种方法通常通过在一个(或两个)截面内对两个螺钉进行径向移动来改变该截面内的质心位置，从而达到平衡调整的目的。

平衡调整块：大尺寸的单刃刀具(如单刃镗刀)通常会设置一个平衡调整块。该调整块与单刃刀头处于同一截面，径向可以移动。通过该调整块的移动来达到平衡。

减 少刀具不平衡的方法，除了上述平衡方法以外，减少刀具的重量也是一个有效的方法。右图是瓦尔特用于铝合金高速切削的刀具。该刀具的刀体用高强度 的铝合金制造。由于铝的密度仅为钢的34.6%，同样制造精度下的离心力也就大大减少了。以直径200mm的铣刀为例，相对于相同直径钢刀体铣刀，刀具的 重量由9.8kg减少到3.7kg，允许使用的最高转速也从4200r/min提高到13200r/min。

带平衡调整螺钉的铝合金刀体铣刀

对 于在高速切削条件下使用的刀具，盘类刀具由于轴向尺寸相对较小，一般可以只进行静平衡；而杆类刀具 的悬伸较长，其质量轴线与旋转轴线之间可能存在的夹角就不能被忽略，因此必须进行动平衡。必须明确的是，只有在两个或两个以上截面中进行的平衡调整才可能 是动平衡，而在一个截面内进行的平衡都应是静平衡。

(a) (b)
中心不对称的三齿结构 中心对称的二齿结构

就 一般规律而言，中心对称的结构的更适合高速加工。右图中(a)是中心不对称的三齿结 构，三齿中仅一齿过中心，该刀具一般不合适作为高速切削刀具；而(b)则是中心对称的二齿结构，其两个刀齿均过中心，就比较合适高速切削。同样，带削平的 圆柱刀柄由于削平去除了刀具一侧的部分材料，也造成了刀具的不平衡，对于高速切削也是不利的。加上其通常使用螺钉从侧面压紧，使刀柄上安装孔与刀具柄部的 间隙在夹紧过程中变为不对称间隙，安装后的不平衡可能被加剧，更不合适用于高速切削。因此我们在高速切削的刀具选择过程中要充分考虑其结构的影响，避免刀 具结构在原理上就不平衡。因为通常通过调整所能去除的不平衡量相当有限，而原理上的不平衡往往远远超出刀柄调整所能消除的不平衡的范围。
我们认为刀具供应者应对自己提供的刀具能否用于高速切削作出明示。现在，许多欧美刀具商已经在其样本等宣传资料上标明了表示适用于高速切削的符号“HSC”或适用于高速加工的符号“HSM”，因此，一般没有标注这类符号的就表示不适合高速切削。

三、安全性

由于高速切削通常会需要较高的转速，由此使刀具在巨大离心力作用下发生破碎、解体的可能性大大增加。左图的一组照片说明了这种问题不但存在，而且具有不小的危险。

刀片飞脱的可转位铣刀机床的防弹玻璃被击碎

图 中刀片飞脱的可转位铣刀是国内某知名厂商生产的直径100mm的面铣刀。山东大学在使 用该铣刀安装单刀片进行切削试验时，在转速增加到5000r/min时，仅有的一个刀片在离心力超过锲块摩擦力的情况下飞离了刀体，击打在机床的防护钢板 上。而苏州的一个用户则比较不幸，他们的刀具破碎后碎片击中了机床的防弹玻璃，结果是玻璃被完全击碎。

那么，高速加工的刀具为什么会有如 此大的破坏能力呢？我们作了如下的简要分析。如果一个直径40mm的可转位铣刀以40000r/min的转速进 行加工，其线速度为5024m/min，即83.7m/s，以刀片重量0.015kg计算，其动量为1.26 kg·m/s。这一结果与一著名的微声手枪子弹的出膛动量相当(该手枪子弹弹头重量约0.005kg，出膛初速度为230m/s，因此动量为1.20 kg·m/s)。

刀片式铣刀的结构与安全性有很大关系。山东大学在使用的刀片飞出的铣刀，是国内普遍采用的锲块时夹紧方式。这种夹紧方式 完全依靠摩擦力来抵御离心 力，刀片比较容易飞出，而采用螺钉夹紧方式的刀具则需要剪断螺钉才会导致刀片飞出，安全性大大提高。研究表明，用螺钉夹紧的铣刀随着转速的逐渐提高，螺钉 会在离心力的作用下被拉长，刀体也会发生轻微的膨胀。大约在30000~35000r/min时已达临界应力而出现永久性的拉伸变形，而在在达到临界速度 之前，螺钉已经出现弯曲现象，造成夹紧力下降，刀片也随之发生位移。

因此，我们必须充分注意高速加工刀具的安全性问题，杜绝在高速切削时 发生安全事故。德国高速切削的工作组就此提出的高速加工刀具安全性技术规范早 已被建议成为德国标准和国际标准。该规范规定：对于刀片式的刀具，生产商必须保证在1.6倍于最大使用转速(np＝1.6nmax)下试验，刀具的永久变 形或零件的位移不超过0.05mm，而在2倍于最大使用转速(np=2nmax)下试验，刀具不发生爆碎；对于整体式刀具，则应在np=2nmax条件下 试验而不发生弯曲或断裂。同时要求刀具生产商必须对可用于高速切削的刀具明示其最大使用转速。在此条件下使用刀具的安全性将得到充分的安全保证。当然，对 于非高速切削刀具(即在左图的绿色部分)，则不需要作如此要求。因此我们在选用高速切削刀具时应严格按照生产商提供的核定最高转速规定。但由于国内尚无高 速切削刀具的安全性标准，我们在选用时需要更加慎重。

对于高速切削的刀具，我们应采取一定措施来保证其安全性。比如，瓦尔特要求对高速切削的刀片式刀具，使用原厂刀片锁紧螺钉以保证安全性；刀片安装时保证规定扭矩；同时在刀片更换5次后，使用新的刀片锁紧螺钉以防止螺钉因疲劳着成造成夹紧力下降，影响刀具的安全使用。

带离心力卸载的铣刀示意

同 样，刀具生产商也应该采取措施来加强刀具在高速加工中的安全性。国外一些著名的刀具生产商近年来在刀片式刀 具的开发中纷纷采用了技术措施来加强刀具的安全性，刀片与刀体间增加离心力卸载结构就是其中之一。左图的刀体上有一个突起，刀片的相应位置上则有一个凹 坑，刀片的离心力可由刀片与刀体间的摩擦力、螺钉的支承力和离心力卸载结构的支承力共同承担，这样抵御刀片飞出的能力得到了加强。

四、高速切削刀具的材料

虽然我们总是希望得到既有高的硬度以保证刀具的耐磨性，又有高的韧性来防止刀具的碎裂，但目前的技术发展还没有找到如此优越性能的刀具材料，鱼于熊掌无法兼得。因此，我们会在实际中按照需要选用更合适的刀具材料：

粗加工时优先考虑刀具材料的韧性；
精加工时优先考虑刀具材料的硬度。

金刚石、立方氮化硼和陶瓷的技术由来已久，他们共同的特点是硬度高，脆性大，不能承受较大的冲击。

刀具材料性能示意

而近年来镀层技术的发展，使细颗粒硬质合金在保持其较高韧性的同时，提高了其抗高温和抗冲击载荷的能力，为高速切削应用更经济的刀具提供了技术保证。

如 瓦尔特公司创建的Tiger·Tec技术(中文我们称之为“老虎刀片”)，采用了特殊的镀层技术使刀片的前后刀面分别呈现黑色和金色两种颜色， 又通过改善前刀面表面氧化铝镀层和基础镀层之间的连接结构加强了镀层的强度，使氧化铝膜层的厚度得到了增强，刀片的抗高温性能大大提高。由于高速切削时切 屑状态的单元化，老虎刀片从主要适合加工铸铁加工，扩展为不仅适合铸铁加工，也同样适合钢件的加工。

瓦尔特在1999年的欧洲机床展览会 上推出的Quar·Tec系列产品中有一个被命名为WQM35的刀片材质，该材质使用了一个具有100层的镀 层技术。这100层的镀层总厚度为6-8µm，单层的厚度大部分为20~50nm。由于镀层在高速切削，尤其是高速铣削下，在虽然数值不大但交变频率非常 高的切削力和切削热的冲击下，极易将微小的缺口扩张形成裂纹，从而降低膜层与膜层、膜层与基体之间的结合力。因此，我们建议在粗加工时选择镀层的硬质合金 (尤其是细颗粒硬质合金)，精加工是选择金刚石或立方氮化硼。

100镀层的WAP35

五、高速加工策略

高 速加工可能导致高的金属切除率，因此在粗加工时必须检查其所需的扭距和功率是否超过了机床所能提供的扭距和功率。尤其在加工铝件时，由于其加工速度极 高，其所需可能导致超出我们想象的的值。以32mm直径的玉米铣刀为例，如果以约1000m/min的线速度(相应的转速大约为10000r/min)进 行铣槽，当切深为10mm时，其功率消耗大约是19kW，而当切深增加到30mm的话，功率消耗将增加到大约56kW。因此，我们的建议是：

在高速加工中尽可能增加切削时间在整个工作时间中的比例，减少非加工时间(如换刀、调整、空行程等)；
面铣和立铣加工：采用用小或中等尺寸的刀具和分层切削的加工策略；
在槽铣加工时，采用分层切削,小的切深, 中等进给。由于切削速度高，同样可以得到高的进给速度。

还有一些具体的加工注意事项：

球头铣刀使用时应注意其近中心处切削速度极小，接近于“零”，因此切削条件比较恶劣。因此有可能的话，应该是铣刀轴线与工件的法线方向由一个倾斜角。根据试验，当这个夹角为15°左右时，刀具的寿命将达到极大值。

刀具的悬伸对高速加工中的刀具寿命将产生一些影响。就有限的试验的结果看，当6mm的立铣刀悬伸从30mm增加到60mm时，刀具寿命可望增加到原来的140%到230%。

在 仿形加工中，沿横截面轮廓的铣削方式(又称为等高铣)优于沿纵截面轮廓的铣削方式(又称爬坡铣)。因为等高铣的切削条件比较一致，切削平稳，工 件表面的粗糙度情况也比较好，而爬坡铣的切削条件极不稳定，刀具接近中心处极易发生崩刃，工件表面的粗糙度情况也不理想。而在采用爬坡铣的情况下，实验表 明，顺铣的刀具寿命优于逆铣，向上铣的刀具寿命要优于向下铣。

铣削内部型腔时切削力的变化

在铣削内部型腔时，当刀具进给到拐角处时，由于切削包角突然增大，其径向力会急剧增大，峰值会达到正常切削值的170%左右。因此，我们建议在拐角处实施所谓的“摆线切削”，这样就可以避免切削力的突然增大，从而实现平稳切削，延长刀具的寿命。

在冷却方面，我们应该加以特别注意。油雾冷却(又称准干切削)是比较理想的，喷气冷却、高压大流量内部冷却也可以接受，但应避免低压的、外部的冷却方式。 BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀.aerospace tool、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。歡迎尋購～～～碧威股份有限公司www.tool-tool.com

然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。

在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由 于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀 具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料 可使刀具以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的 邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨 性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣 刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣 刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀 具。

按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗 刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和 各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。

刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。

带 柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花 钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。

刀 具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削 部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切 除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做 出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般 制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。

在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质 (粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改 变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很校制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工 艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。

通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。

聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。

硬 质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢 刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高 1～3倍以上

由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精 度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬 度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。
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铝合金热处理工艺铝合金热处理工艺

铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。
3.1.1铝合金热处理特点
众 所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但 没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时 间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。
3.1.2铝合金时效强化原理
铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。
铝 合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结 合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。
硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。
沉 淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解 度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ （Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。
在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程：
3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G•P（Ⅰ）区
在 新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形 成溶质原子偏聚区，称G•P（Ⅰ）区。G•P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格 应变区，故使合金的强度、硬度升高。
3.1.2.2 G•P区有序化－形成G•P（Ⅱ）区
随 着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G•P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较 G•P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G•P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进 一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。
3.1.2.3形成过渡相θ′
随着时效过程的进一步发展，铜 原子在G•P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发 生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在 合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。
3.1.2.4 形成稳定的θ相
过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸 变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚集长大而变得粗 大。
铝－铜二元合金的时效原理及其一般规律对于其他工业铝合金也适用。但合金的种类不同，形成的G•P区、过渡相以及最后析出的稳定性 各不相同，时效强化效果也不一样。几种常见铝合金系的时效过程及其析出的稳定相列于表3－1。从表中可以看到，不同合金系时效过程亦不完全都经历了上述四 个阶段，有的合金不经过G•P（Ⅱ）区，直接形成过渡相。就是同一合金因时效的温度和时间不同，亦不完全依次经历时效全过程，例如有 的合金在自然时效时只进行到G•P（Ⅰ）区至G•P（Ⅱ）区即告终了。在人工时效，若时效温度过高，则可以不经 过G•P区，而直接从过饱和固溶体中析出过渡相，合计时效进行的程度，直接关系到时效后合金的结构和性能。
表3－1几种铝合金系的时效过程及其析出稳定的强化相
3.1.3影响时效的因素
3.1.3.1从淬火到人工时效之间停留时间的影响
研 究发现，某些铝合金如Al－Mg－Si系合金在室温停留后再进行人工时效，合金的强度指标达不到最大值，而塑性有所上升。如ZL101铸造铝合金，淬火 后在室温下停留一天后再进行人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低10～20Mpa，但塑性要比立刻进行时效的铝合金有所提高。
3.1.3.2合金化学成分的影响
一 种合金能否通过时效强化，首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如硅、锰在铝中的固溶度比较小，且随温度变化不大，而 镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大的固溶度，但它们与铝形成的化合物的结构与基体差异不大，强化效果甚微。因此，二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都 不采用时效强化处理。而有些二元合金，如铝－铜合金，及三元合金或多元合金，如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等，它们在热处理过程中有溶解度和固态相 变，则可通过热处理进行强化。
3.1.3.3合金的固溶处理工艺影响
为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧及晶粒长大的条件下，淬火加热温度高些，保温时间长些，有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。另外在淬火冷却过程不析出第二相，否则在随后时效处理时，已析出相将起晶核作用，造成局部不均匀析出而降低时效强化效果。
3.1.3.4时效温度的影响
在 不同温度时效时，析出相的临界晶核大小、数量、成分以及聚集长大的速度不同，若温度过低，由于扩散困难，G•P区不易形成，时效后 强度、硬度低，当时效温度过高时，扩散易进行，过饱和固溶体中析出相的临界晶核尺寸大，时效后强度、硬度偏低，即产生过时效。因此，各种合金都有最适宜的 时效温度。
3.1.4铝合金的回归现象
经淬火自然时效后的铝合金（如铝－铜）重新加热到200～250℃，然后快冷到室温，则合金强度下 降，重新变软，性能恢复到刚淬火状态；如在室温下放置， 则与新淬火合金一样，仍能进行正常的自然时效，这种现象称为回归现象。关于回归现象的解释是合金在室温自然时效时，形成G•P区尺寸 较小，加热到较高温度时，这些小的G•P区不再稳定而重新溶入固溶体中，此时将合金快冷到室温，则合金又恢复到新淬火状态，仍可重新 自然时效。在理论上回归处理不受处理次数的限制，但实际上，回归处理时很难使析出相完全重溶，造成以后时效过程呈局部析出，使时效强化效果逐次减弱。同时 在反复加热过程中，固溶体晶粒有越来越大的趋势，这对性能不利。因此回归处理仅用于修理飞机用的铆钉合金，即可利用这一现象，随时进行铆接，而对其他铝合 金则没有使用价值。
3.1.5固溶处理与淬冷
为了利用沉淀硬化反应，首先通过加热及快速冷却，形成一种过饱和的固溶体。形成固溶体的工艺过程称固溶热处理。其目的是把合金最大量实际可溶解的硬化元素溶于固溶体中。这一工艺过程包括把合金加热到足够高温度下保温足够长时间然后水中快冷。
概括的说，提高铝合金强度、硬度的热处理，包括三个步骤的工艺过程：（1）固溶热处理－可溶相的溶解。（2）淬火－过饱和固溶体的形成。（3）时效－在室温下（自然时效）或高温下（人工时效或沉淀热处理）溶质原子的沉淀析出。

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磁路的定理：
安培定律： Length×H＝I×N
Length为绕线部分的周长，可以采用增加线圈匝数或者电流的方法增大磁场。
法拉第定理
V＝NAdB/dt 电压等于磁通变化率
B＝uH u为磁导律
H描述的是自由空间的磁场，B描述的磁性材料内部的磁场。事实上他们是一个东西，它们之间的关系由磁性材料的特性u决定，可以把u看成是磁性材料的增益。
V＝NAudH/dt＝NAud(N×I/Length)/dt=(N^2*A*U/Length)dI/dt
V=LdI/dt
比较上式可得出
L=N^2Au/Length理想电感值是和匝数平方成正比的。
MKS-CGS两种单位
1T＝10 000G 1圆密耳＝5.07×10^(-6)cm^2
1密耳＝1/1000英寸；1 英 寸 ＝2.5400 厘 米 ；1 英 尺 ＝12 英 寸 ＝0.3048 米
电抗Reactance
磁阻Reluctance IN＝R（phai） R=1/(uA) 磁动势比作电压，磁阻比作电阻，磁通比作电流。
剩磁Remanence

变压器：输入功率等于输出功率，没有时间的滞后。电感则是在一段时间内储存能量，过一段时间后把能量释放。
反 激式变压器的工作；开关导通时，反激式变压器的作用如同一个电感，因为原边导通时，理想开关可以认为是短路，那么正电压全部加在原边绕组上，原 边电流逐渐上升。能量被储存在电感中。E＝0.5LI^2。当开关关断时，反激式变压器的作用和普通变压器一样。开关关断时，可以认为是开路，原边没有通 路，因此通过二极管在副边释放能量。能量从原边传递到了副边。
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一 引言

在 数控加工中，为降低加工工件表面粗糙度、减缓刀具磨损、提高刀具使用寿命、选择适宜的切削力等因素，通常车刀会存在刀尖圆弧半径r，主偏角kr，车刀刀尖 距零件中心高的偏差等刀具几何参数的影响，必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差，由此使得加工中的运行轨迹与被加工零件的表面形状产生差异。 因被加工零件表面形状各异，所以引起的差异也各不相同。

二 误差分析及改进方法

下面依次分析车削加工各类零件表面形状引起的差异以及采取的措施。

1. 车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面的影响

众所周知，被加工零件表面的成形是由车刀与零件表面接触间切点的运行轨迹保证的。

对于主偏角kr=90度的车削加工，参见图1.1示，被加工零件表面的轴向尺寸由刀尖圆弧顶点A保证。

图1.1

当(D-d)/2=ap>r时，由图可知，由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量Δa为

Δa =b-a=r

式中：b——零件轴向尺寸;a——实际轴向位移量;r ——刀尖圆弧半径。

此时，刀具实际轴向位移是长度a为：

a=b-Δa=b-r

当(D-d)/2=ap

图１.２

车 刀处于初始加工点即位置I时，刀尖圆弧上B’点与锥体小端起点相切，因为编程一般是以车刀刀尖圆弧中心位置为准进行的，所 以锥体小端部的轴向尺寸变化量为B′C′;当完成锥体加工即车刀处于位置II时，刀尖圆弧上B点与锥体相切，而此时须使刀尖圆弧顶点处于圆柱体部要求的半 径位置上。由此分析可知:当刀具位移a 时，形成锥体轴向长度b′，大端半径R=BH，而此时当转人加工圆柱体时，刀尖顶点A形成的零件加工半径R′=EG，锥体部的轴向长度减短，从而使得锥体 部轴向长度由b′变为b，所以锥体轴向变化量Δa为：

Δa＝a-b

因为　　　　　　　　　　Ｂ′Ｃ′＝ＢＣ＝rsinα

所以　　　　　　　　　　a=b′

即　　　　　　　　　　　Δa＝b′－b＝ＢＦ

因为刀尖圆弧同时相切于锥体和圆柱体的Ｂ、Ａ两点，由几何关系得：

Δa＝rcosαtg（α/２）

此时刀具实际轴向位移是长度a为：

a=b=rcosαtg（α/２）

由此可得结论：

对于单段外锥体零件的加工，由于车刀刀尖圆弧半径的存在，锥体的轴向尺寸、径向尺寸均发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随锥体锥角的增大而增大，径向尺寸随刀尖圆弧半径的增大而减小，随锥体增大减小。

3. 车刀刀尖圆弧半径对加工球体类零件表面的影响

车削加工中，车刀刀尖与被加工零件的位置关系如图1.3所示。

图1.3

设定由内向外走刀。当加工整半球时，刀尖处于位置I。由于加工是按刀具圆弧的中心轨迹运行的，所以此时轴向尺寸的变化量均为Δa =b-a=r而当加工非整半球面时，刀具处于位置II，因为此时刀尖圆弧是B点而不是A点与零件相切，所以加工中轴向尺寸的变化量Δa为：

Δa＝b-a=ＥＦ＝rsinα

α——零件球面夹角

此时刀具的实际轴向位移长度a为 ：

a=b-Δa＝（Ｒ－r）sinα

同理可知，当加工外球面时，Δa应取负值。

因 为在加工中，刀具各点依次陆续进入切削，其轴向尺寸的变化量Δa=EF，当完成球体加工而进行球体大端面加工时，则应使刀尖圆弧顶点A与端面相 切，此时，轴向应移动EF+AE而非EF，否则必定使得球面的径向尺寸发生变化，并造成零件报废。由此引起的径向尺寸变化量Δd为：

Δd=2BF=2bcosα

此时球体实际最大盲径Dmax为：

　　　　　　　　　　Dmax=D-Δd=D-2bcosα

因为　　　　　　　　　　b′＝b-ＡＥ

所以　　　　　　　　　　b′< b

这在实际加工中应特别引起足够的重视。

由此可得结论:

对于内球面零件的加工，由于车刀刀尖圆弧半径的存在，使得被加工零件的轴向尺寸发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随球面夹角的增大而增大，同理亦可得加工外球面时轴向尺寸的变化量及其位移长度。此处略。

4. 车刀刀尖圆弧半径对加工锥体接球体类零件表面的影响

车削加工中，车刀与被加工零件的位置如图1.４所示。

图1.4

当 刀具处于图示位置时，刀尖圆弧与锥体部相切于B点，同时与球体部相切于E点，图中DBLEF为理论要求轨迹，由于刀尖圆弧 半径的存在，正确的实际形成轨迹为DBEF，其中BE由刀尖圆弧形成。刀尖圆弧半径的存在，必使零件的轴向尺寸、径向尺寸发生变化。图示中，设定 ∠BO1A=∠α，为锥体部斜角， ∠LOO′==∠θ为理论球面起点与轴线夹角，∠ＥＯＯ′=∠β为实际球面起点与轴向夹角，则锥体部轴向尺寸的变化量Δa为：

Δa =b１-a１=LC=(R+r)cosβ-Rcosθ-rsinα

所以锥体部的实际轴向位移长度a1为：

a１=b１-Δa１=b１-(R+r)cosβ+Rcosθ+rsinα

此时球体部轴向尺寸的变化量Δa2为

Δa2=b2-a2=R(cosθ-cosβ)

球体部的实际轴向位移长度a2为

a2=b2-Δa2=b2-R(cosθ-cosβ)

由于轴向尺寸的变化，使得零件径向尺寸也随之发生变化，锥体径向尺寸的变化量Δdl为

Δdl=2BC=2[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

所以锥体部最大直径d1max为

dlmax=d-Δdl=d-[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

同理球体部径向尺寸的变化量Δad2为

Δad2=2R[sinβ-sinθ]

所以球体部最小直径d2min为d2min＝2Rsinβ

由此可得结论: 图1.4

对 于锥体接球体类零件的加工，由于车刀刀尖圆弧半径的存在，使得被加工零件的轴向尺寸、径向尺寸均发生变化;且锥体部轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增 大而增大，随体斜角的增大而增大;球体部轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随刀尖零件切点处与轴线间夹角的增大而增大;其径向尺寸的变化量 为：锥体部大端的径向尺寸随刀尖圆弧半径的增大而减小，随锥体斜角的增大而减小;球体部小端径向尺寸随刀尖圆弧半径的增大而增大，随刀尖零件切点处与轴线 间夹角的增大而增大。所以加工中应随之变换其位移长度。

同理可得加工凹球面、内球面与锥体部相接时轴向尺寸、径向尺寸的变化量及其位移长

度。此处略。

5. 误差的消除方法

消除方法(1)：编程时，调整刀尖的轨迹，使得圆弧形刀尖实际加工轮廓与理想轮廓相符。即通过简单的几何计算，将实际需要的圆弧形刀尖的轨迹换算出假想、刀尖的轨迹。

消除方法(2)：以刀尖圆弧中心为刀位点编程步骤如下:

绘制件草图→以刀尖圆弧半径r和工件尺寸为依据绘制刀尖圆弧运动轨迹→计算圆弧中心轨迹特征点→编程。

在这个过程中刀尖圆弧中心轨迹的绘制及其特征点计算略显繁琐，如果使用CAD软件中等距线的绘制功能和点的坐标查询功能来完成此项操作则显得十分方便。

另外，采用这种方法加工时，注意以下两点:

1.检查所使用刀具的刀尖圆弧半径的r-值是否与程序中的r值相符；

2.对刀时，要把r值考虑进去。

三 结束语

本文主要是以刀尖圆弧的加工为例进行讨论的，其它类型的参数也存在类似的问题，本文限于篇幅不再赘述。以上只是生产者在实践工作中的一点拙见，难免有不当之处，望读者不吝赐教，倘若本文能对您的工作有些许帮助，则将是笔者莫大的欣慰。
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各 种牌号的硬质合金其强度越高，在钎焊过程中发生裂纹的可能性越小。在实际生产过程中，用于精加工或超精加工的高硬度、高耐磨性合金刀片(如YD15、 YG3X、YN10等)在钎焊时容易产生裂纹。我公司负责焊接刀的生产及质量管理，焊接刀产生裂纹是影响焊接刀质量的主要问题之一。本文阐述了焊接刀产生 裂纹的原因及防止办法，从多角度进行了详细地分析，有效地解决了长期困扰焊接刀生产的问题。

1 焊接刀裂纹形成的机理及类型

1) 加热对硬质合金形成裂纹的影响

硬质合金刀片与钢(刀杆)的热膨胀系数相差较大，而且合金的导热性能也
较刀体材料差，若在焊接时快速加热会产生很大内应力，促使刀片在焊接层处热应力过大导致刀片崩裂。

因 此焊接温度控制在约大于焊料溶点30～50℃。选用的焊料其熔点应低于刀杆熔点60℃，焊接时火焰应由下向上均匀加热慢慢预热进行焊接，因此要求刀槽与刀 片焊接面形成一致。局部过热会使刀片本身或刀片与刀杆的温差较大(大与厚的刀片更为严重)，热应力将使刀片刃口崩裂。所以要求预热时先对刀杆预热，若刀片 与刀杆一起加热应前后左右往返移动火焰进行加热，这样可避免热量集中造成局部过热而产生裂纹。

2) 刀槽形状对裂纹形成的影响

刀槽的形状与刀杆焊接面不一致或相差较大，形成封闭式或半封闭式的槽形，易造成焊接面过多和焊层过大，由于热膨胀之后收缩率不一致，也易在刀片焊接处造成应力过大，形成崩裂。在满足使用所需要的焊缝强度要求下，尽可能减少钎焊面的面积。
3) 冷却对硬质合金形成裂纹的影响

焊接中或焊接后进行冷却或急速冷却以及焊剂脱水不良，都会使刀片产生爆裂而裂纹贯通。因此要求焊料有良好的脱水性。焊后绝对不能放在水中急速冷却，要放在石灰、石棉粉、砂子等中缓慢冷却。最好缓冷后在300℃左右保温6小时以上随炉冷却。

4) 刀槽底面有缺陷对裂纹形成的影响

刀片和刀槽的接触面不平整，如有黑皮麻坑、局部不平等原因，使焊接不能形成平面结合，造成焊料分布不匀，这样不但影响焊缝强度而且引起应力集中，导致刀片断裂，因此，刀片要研磨接触面，对刀片刀槽的焊接面应清洗干净。

在铣刀片槽与刀片配合过程中，要求刀片伸出刀杆支承部分不大于0.5mm，如果刀片伸出刀杆支承部分过大或刀杆支承部分较弱，就会使刀具在焊接过程中承受拉力而产生断裂现象。

5) 刀片二次加热对裂纹形成的影响

刀片在钎焊后，紫铜钎料没有完全填满缝隙，个别出现虚焊，有的刀具在出炉过程中，刀片在刀杆上掉下来，因此需二次加热，这样一来，粘结剂Co严重烧损，WC晶粒长大，有可能直接导致刀片裂纹。

2 焊接应力引起裂纹的特征

(a) (b)

(c) (d)
图1

硬 质合金刀片上出现裂纹，在某种情况下是由于焊接应力过高，超过了硬质合金刀片的强度而产生的。在焊接刀具时，刀体的高度hc 应大于刀片高度ht3倍。如hc/ht，在焊接后，容易引起合金刀片断裂(见图1a)；若hc/ht<3，硬质合金表层产生拉应力，也容易出现裂纹 ht="4～5时，硬质合金表层无显著应力，故不易产生裂纹，即使有裂纹也不明显(见图1c)；在hc/ht<8时，在焊接层" align="center">
(a)快速加热产生的裂纹 (b)快速冷却产生的裂纹
图2

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被涂刀具表面应是光亮的磨光面，刀具各工作表面上不得有锈斑、磨糊、氧化、崩刃等缺陷，要求刃口上无毛刺。前、后刀面上的表面粗糙度应达到Ra<0.8~1.25μm。表面粗糙度值愈小，涂层的结合度愈好。此外，刀具表面的清洗质量也十分重要。
刀具基体材料

涂层刀具的基体材料与涂层材料应合理匹配，须根据不同的加工要求选用。涂层高速钢刀具的基体，既可用W6Mo5Cr4V2(
M2) 的通用型高速钢，也可用含钴的超硬高速钢和粉末冶金高速钢(PM HSS)。因粉末冶金的基体均匀，故使用效果好。加工钛合金时，推荐用含钴超硬高速钢如W2Mo9Cr4VCo8(M42)作为刀具的基体材料。对於涂层 滚刀，当以正常切削速度(<45m/min)加工齿轮时，崩刃是滚刀磨损的主要原因，因此应选择韧性较好的W6Mo5Cr4V2高速钢作为刀具的基 体材料；而在高速滚齿时(切削速度大於100m/min)，月牙洼磨损是滚刀磨损的主要原因，因此应选用耐热性和耐磨性较高的含钴超硬高速钢或 CW9Mo3Cr4VN高速钢为刀具的基体材料。

涂层硬质合金刀具的基体，在加工钢材时，宜选择加工钢材的硬质合金，如WC-TiC-Co或WC-TiC-TaC-Co类合金(P30用得较多)；加工铸铁和有色金属时，宜选择WC-Co类合金(K20用得较多)。

被加工材料的硬度及切削加工性，对涂层刀具的使用效果也有一定影响。试验证实，涂层刀具最适於切削高硬度和耐磨合金一类难加工材料。

刀具的几何角度

由於涂层的润滑性好，所以涂层刀具工作时常会在工件表面上打滑，为此涂层刀具上的後角应比未涂层刀具的後角略大。实践表明，对铰刀等一类精加工刀具，加大後角後，可使刃口锋利，切屑形成容易，打滑现象明显减少，刀具的使用性能提高。
切削用量和切削液

为 了充分发挥涂层刀具的性能，必须正确选用切削用量和切削液。涂层刀具由于耐热性好，抗月牙洼磨损能力强，故可采用较大进给量和切削速度工作，但首先应选 取较大进给量。通常涂层高速钢刀具采用的进给量比未涂层刀具提高10%~100%，提高20%~30%的切削速度是合适的。为了提高工效，涂层硬质合金刀 具也可采用比未涂层刀具高25%~70%的切削速度进行切削。目前，用涂层硬质合金通用刀具加工中碳结构钢时的切削速度，立铣刀可达 100~150m/min，钻头可达80~100m/min；丝锥加工铸铁为20~40m/min。

实践证明，使用20号机械油加10% 煤油冷却时，可使涂层高速钢镗刀的寿命提高1~2倍。TiN涂层高速钢滚刀加工20CrMnTi (197HBS)钢制斜齿圆柱齿轮(模数m=5)时，使用20号机械油和煤油混合润滑，刀具寿命可提高5倍左右，即使重磨后也可提高2~3倍，干切时寿命 仅提高1倍。

涂层刀具使用时还要求机床的精度好、刚性高和振动小，刀具或刀片的夹持也应牢固。

涂层刀具的重磨和重涂

涂 层刀具磨损后必须进行重磨。涂层刀具重磨时，须将刀具上的磨损部分全部磨掉。对于只需重磨前刀面的刀具(如拉刀、齿轮滚刀和插齿刀等)或只需重 磨后刀面的刀具(如钻头和铰刀等)，若在其毗连切削刃的另一个刀面(如钻头的螺旋出屑槽)上的涂层未受损伤，刀具耐磨性即可提高。重新刃磨后的涂层刀具， 其刀具寿命可达原来新涂层刀具寿命50%左右或更长，仍比未涂层刀具的寿命要高。

刃磨涂层硬质合金刀具所用砂轮可采用金刚石砂轮。但刃磨涂层高速钢刀具时，用立方氮化硼(CBN)砂轮磨削有较好效果。刀具的磨损处应全部磨去，涂层不能剥落，又不能使刀具退火。

使 用涂层刀具的一个重要问题是重磨后刀具切削性能恢复的问题，即刀具每次刃磨(开口)后可否再进行重复涂层(重涂)的问题。对于重磨的成形刀具， 只有进行重涂，才能保证刀具的总寿命提高3~5倍以上。凡重涂刀具首先必须按工艺要求将各几何参数磨好，其磨光部分不允许存在各种质量缺陷，如磨糊、毛刺 等。重涂时可采用局部屏蔽技术只对刃磨面进行涂层。对於不采用屏蔽技术的重涂，在重涂4~6次后，刀具的非刃磨面的涂层厚度就会过大，从而影响刀具的精度 和产生局部剥落现象，此时要对刀具进行脱膜处理后再重涂。重涂后的刀具切削性能一般不低於第一次新涂层刀具，刀具可重涂多次，直到报废为止。

由上可知，重涂对提高刀具耐磨性和生产率是有很大潜力的。但重磨后是否要重涂，还要看该刀具在技术上可否重涂和在经济上是否合算而定。

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性 能 人造电极 酚醛浸渍 压型酚醛石墨管
石 墨 石 墨 YFSG1 YFSG2
比重 2.2-2.27 2.03-2.07 　 　
密度 g/cm3 1.14-1.6 1.8-1.9 1.8-1.93 1.97
硬度（布氏） 10-12 25-35 　 　
吸水率 % 12-14 　 0.07 　
孔隙率 % 28-32 　 　 　
增重率 % 　 14-15 　 　
导热系数 Kcal/m.h.℃ 100-110 100-110 27-35 　
抗压强度 MPa 20-24 60-70 86.2-120 69
抗拉强度 MPa 2.5-3.5 8-10 24.5-28.2 14.1
抗弯强度 MPa 8.5-10 24-28 60 　
冲击韧性 kg.cm/cm2 1.4-1.6 2.8-3.2 2.7℃3.4 　
温差急变性 150℃急冷至20℃次数 20 　 　 39
浸渍深度 mm 　 20 　 　
渗透性 （厚度 10mm） 渗透 12-15 　 　
线膨胀系数 1/℃ 　 2倍工作压力下不透 0.8MPa下不透 　
氧化温度 ℃ 2.5x10-6 5.5x10-6 24.75x10-6(96℃) 8.45x10-6
使用温度 ℃ 400 170 170-180 　
热稳定性 （从150℃-200℃自

然降到15-20℃）次数 　 >35 >30 　
弹性模具 MPa 　 0.07-0.13 2.16x106 1.48x106
马丁耐热 ℃ 　 　 ≥170 300
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随着航空、航天、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展，不锈钢材料已得到广泛应用，而不锈钢材料由于韧性大、热强度高、导热系数低、切削时塑性变形 大、加工硬化严重、切削热多、散热困难等原因，造成刀尖处切削温度高、切屑粘附刃口严重、容易产生积屑瘤，既加剧了刀具的磨损，又影响加工表面粗糙度。此 外，由于切屑不易卷曲和折断，也会损伤已加工表面，影响工件的质量。为提高加工效率和工件质量，正确选择刀具材料、车刀几何参数和切削用量至关重要。

一、刀具材料的选择

正 确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据不锈钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附 性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类，形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提 高。对于较简单的车刀类刀具，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。常用的硬质合金材料有：钨钴类(YG3、 YG6、YG8、YG3X、YG6X)，钨钴钛类(YT30、YT15、YT14、YT5)，通用类(YW1、YW2)。YG类硬质合金的韧性和导热性较 好，不易与切屑粘结，因此适用于不锈钢粗车加工；而YW类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好，适合于不锈钢的精车加工。加工 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，不宜选用YT类硬质合金，由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，切屑容易把合金中的Ti带走， 促使刀具磨损加剧。

二、刀具几何角度的选择

刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响，合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。

1. 车刀前角γ₀的选择

   前 角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具耐用度。但是增大前角会使楔角 减小，降低刀刃强度，造成崩刃，使刀具耐用度下降。车削不锈钢时，在不降低刀具强度的条件下，应把前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小，切削力 和切削热降低，减轻加工硬化趋势，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12°～20°。

2. 车刀后角α₀的选择

   在切削过程中，后角可以减小后刀面与切削表面的摩擦。若后角过大，则楔角减小，使散热条件恶化，刀具刃口强度下降，降低刀具耐用度；若后角过小，摩擦严 重，则会使刃口变钝，增大切削力，增高切削温度，加剧刀具磨损。在一般情况下，后角变化不大，但必须有一个合理的数值，以利于提高刀具的耐用度。车削不锈 钢时，由于不锈钢的弹性和塑性都比普通碳素钢大，所以刀具后角过小会使切断表面与车刀后角的接触面积增大，摩擦产生的高温区集中于车刀后角，加快车刀磨 损，降低被加工表面光洁度，所以车削不锈钢时的车刀后角要比车削普通碳钢时稍大一些，但后角过大又会降低刀刃强度，直接影响车刀的耐用度，因此，一般情况 下车刀后角宜取6°～10°。

3. 车刀主偏角Kr的选择

   当切削深度ap 和进给量f不变时，减小主偏角Kr可使散热条件得到改善，减少刀具损坏，使刀具切入、切出平稳。但主偏角减小又会使径向力增大，在切削时容易引起振动。车 削不锈钢的硬化倾向性强，易产生振动，振动又会使加工硬化严重。因此，主偏角一般宜取45°～90°。具体角度应根据机床、零件、刀具系统的刚性和切削用 量来选择。

4. 车刀刃倾角λs的选择

   刃倾角可控制切屑流向，当刃倾角λs为负值时，切屑流向已加工表面；当刃倾角λs为正值时，切屑流向待加工表面。为了使切屑不划伤已加工表面，在精加工 时，刃倾角λs值为正值。当λs为正值时，刀尖强度低并首先接触工件，易损坏；当λs为负值时，刀尖强度高，耐冲击，可避免崩坏刀尖，切入、切出平稳，车 削不锈钢时，一般刀具刃倾角宜取0°～20°。

三、切削用量的选择

切削用量的大小对生产效率和加工质量有很大影响，因此在确定了刀具的几何参数以后，还要选定合理的切削用量。在选择切削用量时，应注意考虑以下因素：一是 要根据不锈钢及各类毛坯的硬度等来选择切削用量；二是要根据刀具材料、焊接质量和车刀的刃磨条件来选择切削用量；三是要根据零件直径、加工余量和车床精度 等来选择切削用量。同时为了抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高表面质量，在采用硬质合金刀具进行加工时，切削用量应比车削一般碳钢类工件稍低些，特别是切削速 度不宜过高(vc=50～80m/min)；切削深度ap不宜过小，以避免切削刃和刀尖划过硬化层，ap=0.4～4mm；因此进给量f对刀具耐用度影响 不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量，进给量一般取f=0.1～0.5mm/r。

不锈钢尤其是奥氏体型不锈钢的塑性较好，在切削加工时，产生的切屑难以折断，加大了切屑与刀具前刀面之间的摩擦力，增大了切削力。同时，因加工硬化会增大 被切削材料的硬度和强度，也导致切削力增大。为此，在合理选择刀具材料、刀具的几何角度和切削用量的基础上，对不锈钢和45钢做了切削力对比试验。试验结 果表明，在相同切削用量的情况下，加工不锈钢时切削力比加工45钢时只增加了8.5%。

合理选择刀具材料、刀具几何角度和切削用量，对于提高不锈钢切削加工的生产效率和加工工件质量是完全能够实现的。

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加工中心编程技巧和安全


随 着科技的发展和社会的进步，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。数控机床应用已得到一定程 度的普及，而高性能高效率的加工中心也逐渐成为社会所需。从而使越来越多的学校购买数控机床，开展数控机床的教学。通过几年的加工中心实际应用和教学实践 及摸索，笔者将一些积累的经验和读者分享，如有不当之处，请批评指出。
一、加工中心几个常用指令的编程技巧
1、M00、M01、M02和M30的区别与联系
学生在初学加工中心编程时，对以上几个M代码容易混淆，主要原因是学生对加工中心加工缺乏认识，加上个别教材叙述不详细。它们的区别与联系如下：
M00为程序暂停指令。程序执行到此进给停止，主轴停转。重新按启动按钮后，再继续执行后面的程序段。主要用于编程者想在加工中使机床暂停（检验工件、调整、排屑等）。
M01为程序选择性暂停指令。程序执行时控制面板上“选择停止”键处于“ON”状态时此功能才能有效，否则该指令无效。执行后的效果与M00相同，常用于关键尺寸的检验或临时暂停。
M02为主程序结束指令。执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关闭。但程序光标停在程序末尾。
M30为主程序结束指令。功能同M02，不同之处是，光标返回程序头位置，不管M30后是否还有其他程序段。
2、刀具补偿参数地址D、H的应用
在部分数控系统（如FAUNC）中，刀具补偿参数D、H具有相同的功能，可以任意互换，它们都表示数控系统中补偿寄存器的地址名称，但具体补偿值是多少， 关键是由它们后面补偿号地址中的数值来决定。所以在加工中心中，为了防止出错，一般人为规定H为刀具长度补偿地址，补偿号从1～20号，D为刀具半径补偿 地址，补偿号从21号开始（20把刀的刀库）。
例如：G00G43H1Z60.0;
　 G01G41D21X30.0Y45.0F150;
3、G92与G54～G59的应用
G54～G59是调用加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系，用了G54～G59就没有必要再使用G92，否则G54～G59会被替换，应当避免。
注意：（1）一旦使用了G92设定坐标系，再使用G54～G59不起任何作用，除非断电重新启动系统，或接着用G92设定所需新的工件坐标系。（2）使用 G92的程序结束后，若机床没有回到G92设定的原点，就再次启动此程序，机床当前所在位置就成为新的工件坐标原点，易发生事故。所以，一定要慎用。
4、暂停指令
G04X_/P_ 是指刀具暂停时间（进给停止，主轴不停止），地址P或X后的数值是暂停时间。X后面的数值要带小数点，否则以此数值的千分之一计算，以秒（s）为单位，P后面数值不能带小数点（即整数表示），以毫秒（ms）为单位。
例如，G04 X2.0;或G04 X2000;　　　暂停2秒
　　G04 P2000;
但在某些孔系加工指令中（如G82、G88及G89），为了保证孔底的粗糙度，当刀具加工至孔底时需有暂停时间，此时只能用地址P表示，若用地址X表示，则控制系统认为X是X轴坐标值进行执行。
例如，G82X80.0Y60.0Z-20.0R5.0F200P2000;
钻孔（80.0，60.0）至孔底暂停2秒
G82X80.0Y60.0Z-20.0R5.0F200X2.0；
钻孔（2.0，60.0）至孔底不会暂停。
5、同一条程序段中，相同指令（相同地址符）或同一组指令，后出现的起作用。
例如：G01G90Z30.0Z20.0F200; 执行的是Z20.0，Z轴直接到达Z20.0，而不是Z30.0。
G01G00X30.0Y20.0F200; 执行的是G00（虽有F值，但也不执行G01）。
但不同一组的指令代码，在同一程序段中互换先后顺序执行效果相同。
例如：G90G54G00X0Y0Z60.0;和G00G90G54X0Y0Z60.0;相同。
6、程序段顺序号
程序段顺序号，用地址N表示。一般数控装置本身存储器空间有限（64K），为了节省存储空间，程序段顺序号都省略不要。N只表示程序段标号，可以方便查找 编辑程序，对加工过程不起任何作用，顺序号可以递增也可递减，也不要求数值有连续性。但在使用某些循环指令，跳转指令，调用子程序及镜像指令时不可以省 略。
二、安全操作加工中心加工
数控机床的加工过程中，有一点至关重要，那就是在编制程序和操作加工时，一定要避免使机床发生碰撞。因为数控机床的价格非常昂贵，少则几十万元，多则上百万元，维修难度大且费用高。但是，碰撞的发生是有一定规律可循的，是能够避免的，可以总结为以下几点。
1、利用计算机模拟仿真系统
随着计算机技术的发展，数控加工教学的不断扩大，数控加工模拟仿真系统越来越多，其功能日趋完善。因此可用于初步检查程序，观察刀具的运动，以确定是否有可能碰撞。
　　2、利用机床自带的模拟显示功能
　　一般较为先进的数控机床图形显示功能。当输入程序后，可以调用图形模拟显示功能，详细地观察刀具的运动轨迹，以便检查刀具与工件或夹具是否有可能碰撞。
　　3、利用机床的空运行功能
　 　利用机床的空运行功能可以检查走刀轨迹的正确性。当程序输入机床后，可以装上刀具或工件，然后按下空运行按钮，此时主轴不转，工作台按程序轨迹自动运 行，此时便可以发现刀具是否有可能与工件或夹具相碰。但是，在这种情况下必须要保证装有工件时，不能装刀具；装刀具时，就不能装工件，否则会发生碰撞。
4、利用机床的锁定功能
一般的数控机床都具有锁定功能（全锁或单轴锁）。当输入程序后，锁定Z轴，可通过Z轴的坐标值判断是否会发生碰撞。此功能的应用应避开换刀等运作，否则无法程序通过。
　　5、坐标系、刀补的设置必须正确
　　在启动机床时，一定要设置机床参考点。机床工作坐标系应与编程时保持一致，尤其是Z轴方向，如果出错，铣刀与工件相碰的可能性就非常大。此外，刀具长度补偿的设置必须正确，否则，要么是空加工，要么是发生碰撞。
6、提高编程技巧
　　程序编制是数控加工至关重要的环节，提高编程技巧可以在很大程度上避免一些不必要的碰撞。
　 　例如：铣削工件内腔，当铣削完成时，需要铣刀快速退回至工件上方100mm处，如果用N50 G00 X0 Y0 Z100 编程，这时机床将三轴联动，，则铣刀有可能会与工件发生碰撞，造成刀具与工件损坏，严重影响机床精度，这时可采用下列程序N40 G00 Z100;　 N50 X0 Y0;　即刀具先退至工件上方 100mm处，然后再返回编程零点，这样便不会碰撞。　　
　 总之，掌握加工中心的编程技巧，能够更好地提高加工效率、加工质量，避免加工中出现不必要的错误。这需要我们在实践中不断总结经验，不断提高，从而使编程、加工能力进一步加强，为数控加工事业的发展作贡献。 [s:19] [s:52]
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1. 常用工件金属材料
1.1 钢的名称、牌号及用途
普通碳素结构钢：用于一般机器零件，常用的牌号有 A1～A7，代号 A 后的数字愈大，钢的抗拉强度愈高而塑性愈低。
优质碳素结构钢：用于较高要求的机械零件。常用牌号有钢 10～钢 70。钢 15（15 号钢）的平均含碳量为 0.15%，钢 40 为 0.40%，含碳量愈高，强度、硬度也愈高，但愈脆。
合 金结构钢：广泛用于各种重要机械的重要零件。常用的有 20Cr、40Cr（作齿轮、轴、杆）、18CrMnTi、38CrMoAlA（重要齿轮、渗氮零件）及 65Mn（弹簧钢）。前边的数字 20 表示平均含碳量为 0.20%，38 表示 0.38%。末尾的 A 表示高级优质钢。中间的合金元素化学符号含义为：Mn 锰、Si硅、Cr 铬、W 钨、Mo 钼、Ti 钛、AL 铝、Co 钴、Ni 镍、Nb 铌、B 硼、V 钒。
碳素工具钢：因含碳量高，硬而耐磨，常用作工具、模具等。碳素工具钢牌号前加 T 字，以此和结构钢有所区别。牌号后的 A 表示高级优质钢。常用的有 T7、T7A、T8、T8A……T13、T13A等。
合金工具钢：牌号意义与合金结构钢相同，只是前面含碳量的数字是以 0.10%为单位（含碳量较高）。例如 9CrSi 中平均含碳量为 0.90%。常用作模具的有 CrWMn、Cr12MoV（作冷冲模用）、5CrMnMo（作热压模用）。
1.2 铸铁的名称、牌号及用途
灰口铸铁：牌号中以灰、铁二字的汉语拼音第一字母为首，后面第一组数字为最低抗拉强度，第二组数字为最低抗弯强度。常用的有 HT10-26，HT15-33，HT20-40，HT30-54，HT40-68 等，用以铸造盖、轮、架、箱体等。
球墨铸铁：比灰口铸铁强度高而脆性小，常用的牌号有 QT45-0，QT50-1.5，QT60-2 等。第一组数字为最低抗拉强度，最后的数字为最低延伸率%。
可锻铸铁：强度和韧性更高，有 KT30-6，KT35-10 等，牌号意义同上。
1.3 有色金属及其合金
铜 及铜合金：纯铜又称紫铜，有良好的导电性和导热性、耐腐蚀性和塑性。电火花加工中广泛作为电极材料，加工稳定而电极损耗小。牌号有 T1～T4（数字愈小愈纯）。 铜合金主要有黄铜（含锌），常用牌号有 H59、H62、H80 等。黄铜电极加工时特别稳定，但电极损耗很大。
铝及铝合金：纯铝的牌号有 L1～L6（数字愈小愈纯）。铝合金主要为硬铝，牌号有 LY11～LY13，用作板材、型材、线材等。
1.4 粉末冶金材料
最常用的是硬质合金，具有极高的硬度和耐磨性，广泛用作工具及模具。由于其成分不同而分为钨钴类和钨钛类两大类硬质合金。
钨钴类硬质合金：用 YG 表示，如 YG6 代表含钴量为 6.0%，含碳化钨为 94%的硬质合金，硬度极高而脆，不耐冲击，主要用于切削加工钢的刃具和量具。
钨钴钛类硬质合金：用 YT 表示，除含碳化钨和钴外，还加入碳化钛以增加韧性。例如 YT15代表含碳化钛 15%的钨钴钛硬质合金，可用于制造模具。
2. 常用电极材料
电极材料必须是导电性良好，损耗小，造型容易，并具有加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格便宜等特点。常用电极材料有紫铜、石墨、黄铜、铜钨合金和钢、铸铁等。
紫铜电极：它质地细密，加工稳定性好，相对电极损耗较低小，适应性广，尤其适用于制造精密花纹模的电极，其缺点为精车、精磨等机械加工困难。
石墨电极：特别适用于大脉宽大电流型腔加工中，电极损耗可做到小于 0.5%，抗高温，变形小，制造容易，重量轻。缺点：容易脱落、掉渣，加工表面粗糙度较差，精加工时易拉弧。
黄铜电极：黄铜电极最适宜中小规准情况下加工，稳定性好，制造也较容易，但缺点是电极的损耗率较一般电极都大，不容易使被加工件一次成形，所以一般只用在简单的模具加工、通孔加工、取断丝锥等。
铸铁电极：目前较少应用的一种材料，主要特点：制造容易、价格低廉、材料来源丰富，放电加工稳定性也较好，特别适用于复合式脉冲电源加工，电极损耗一般达 20%以下，对加工冷冲模最适合。
钢电极：钢电极在我国应用比较多，它和铸铁电极相比，加工稳定性差，效率也较低，但它可把电极和冲头合为一体，只要一次成形，可缩短电极与冲头的制造工时。电极损耗与铸铁相似，适合“钢打钢”冷冲模加工。
铜钨合金与银钨合金电极：由于含钨量较高，所以在加工中电极损耗小，机械加工成形也较容易，特别适用于工具钢、硬质合金等模具加工及特殊异形孔、槽的加工。加工稳定，在放电加工中是一种性能较好的材料。缺点：价格较贵，尤其是银钨合金电极。
3. 热处理基本知识
任 何金属材料，无论是黑色金属还是有色金属，一般都可以进行热处理，使金属材料内部金相结构和晶粒粗细发生变化，从而获得所需的机械性能，例如改变强度、 硬度、塑性、韧性等。其中钢的热处理用得最为广泛，铸铁次之。常用的热处理方法有：退火、回火、正火、淬火和调质等。具体应用如下述。
3.1 退火
将 钢件加热到临界温度以上 30～50℃（一般加热到 750～800℃），保温一段时间在炉中缓慢冷却。用于含碳量较高的铸件和冷轧坯件以及一些硬度较高的合金钢。其目的是：降低硬度，改善加工性能；增加塑 性和韧性；消除内应力，防止零件加工变形；细化晶粒，均匀组织，为保证其他热处理的质量做好准备。
3.2 正火
钢加热到临界温度以上 30～50℃左右，保温一段时间，在空气中冷却。正火实质是一种特殊形式的退火，其区别在于冷却速度较退火快。用于低碳、中碳及渗碳钢件。其目的是得到均匀、细密的结构组织，增加强度与韧性，改善加工性能，为保证其他热处理的质量做好准备。
3.2 淬火
钢件加热到临界温度以上 30～50℃，保温一段时间，在水、盐水或油中急速冷却。用于中等含碳量以上的各种钢材。其目的是提高中碳钢的硬度、强度和耐磨性。为提高中碳钢的机械性能做好内容结构组织的准备。
3.3 表面淬火
将工件表面迅速加热到淬火温度，然后用水或油使其急速冷却。根据加热方式的不同，分为高频淬火和火焰淬火两种。用于中等含碳量以上的各种钢材，其目的是使零件表层获得高的硬度 和耐磨性，而内部仍保持原有的强度和韧性。
3.5 回火
将淬硬钢件加热到临界温度以下，保温一段时间，在空气或油中冷却。根据不同要求，加热温度也不同。其目的是消除淬火时产生的内应力及由此所产生的脆性，提高零件的塑性和韧性，得到各种要求的机械性能，稳定组织，稳定尺寸。 3.6 调质
淬火后再经高温（500～600℃）回火。用于各种中碳钢的毛坯或粗加工后的制件。其目的是在塑性、韧性和强度方面能获得较好的综合机械性能。
4. 模具方面的知识
模 具是利用压力变形来制做到具有一定形状和尺寸的制品的工具。在各种材料加工行业中广泛使用着各种模具。根据有关资料统计，汽车、拖拉机、电器、仪表及计 算机等工业，有 60～80%的产品是靠模具冲制或压制而成的。显而易见，模具的制造能力与水平是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。
4.1 冲裁模的分类
冲裁模的形式很多，主要根据以下三个特征分类：
1) 按工序的性质分类，有冲孔模，落料模、切边模、切断模、剖切模、切口模、整修模等。
2) 按工序的组合分类，有单工序模和多工序模。单工序模又称简单模，指在冲床的一次行程中，只完成冲裁中的一个工序，例如冲孔模，落料模。多工序模又分复合模 和跳步模（又称连续模级进模）。 复合模指在冲床的一次行程内，在模具的同一位置上完成两个以上的冲压工序。且每个工序都在同一制件上，如落料冲孔复合模。 跳步模是按照一定顺序，在冲床的一次行程内，在模具的不同位置上完成两个以上的冲压工序。因此对制件来说，要经过几个工步，也就是说要经过冲床的几个行程 才能冲成。例如落料冲孔跳步模，就需经冲孔和落料两次行程。
3) 按模具的结构分类，如按上下模间的导向形式分无导向（敞开式）和有导向（导板、导柱、导筒）冲模。 按挡料或送料形式分类，有固定挡料钉，活动挡料销，导头和侧刃定距的冲模。 冲裁模的分类如按凸凹模选用材料不同，又可分为硬质合金冲模、钢结硬质合金冲模，钢皮冲模，橡皮冲模等，还有根据凹模的厚薄而著称的薄板冲模等。
4.2 冲压模的分类
压 弯模： 压弯是使板料、棒料等产生弯曲变形的一种加工方法。压弯模的结构与一般冲裁模结构相似，分上模部分和下模部分，它由凸凹模定位、卸件、导向及紧固零件等组 成。但是压弯模有它自己的特点，如凸凹模，除一般动作外，有时还需要摆动、转动等动作。设计压弯模时，应考虑到制造及修理中能消除回弹的可能性，并能防止 压弯件的偏移，尽量减少压弯件的拉长，变薄等现象。
引伸模：引伸是将板料冲压成各种简单立体形状的一种加工方法。引伸模的结构一般比较简单，根据使用的冲床不同，可分为单动冲床引伸模和双动冲床引伸模；根据引伸工序复合情况，又可分为落料引伸模和落料引伸冲孔模等。
冷挤压模：冷挤压是对金属制件进行少无切削的压力加工方法之一。金属的冷挤压是指在常温条件下，将冷态的金属毛坯放在冷挤压模具的模腔中，利用压力机的往复运动和压力作用，使金属毛坯产生塑性变化，从而获得所需的形状尺寸及具有一定机械性能的挤压件。
冷挤压模具按工艺性质分类有正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤复合模等。
按导向装置分类，可分为无导向挤压模和导向挤压模。导向挤压模又可分为导柱导套导向冷挤压模，导板导向冷挤模和导口导向冷挤模等。按生产的性质分为专用冷挤模和通用的冷挤模。
成形模：当冲裁弯曲、引伸等方法不能满足制件形状尺寸要求时，可以采用成形的方法对制件进行加工。所谓成形就是利用各种局部变形（翻边或起伏、缩口、胀形、矫形和旋压等）来改变毛坯形状、尺寸的一种冲压方法。
4.3型腔模的分类
型腔模的种类是很多的，按压制的材料可分为：塑料模、金属压铸模、陶土模、橡胶模、玻璃模及粉末冶金模等。下面以塑料成形为例，简单介绍型腔模的情况。
4.3.1 按塑料的成形方法分类
1) 压胶法（又称压制法） ：是热固性塑料的主要成形方法之一。在成形前，根据压制工艺条件，需把模具加热到成形温度，然后将压塑粉或预压料团加入金属压胶模内，使其软化，并在压力 作用下，使模具闭合，并使塑料流动而充满型腔，同时发生物理、化学变化而固化定形，脱模后得塑件。 压胶法成形的特点：
塑料容易成形，使用较方便。
成形纤维状塑件时，热固直压成形的，纤维不容易碎断，故塑件强度较高。
无浇口痕迹，塑件修整容易，外形美观，但成形纤维状塑料时，塑件毛边较厚，塑件修整较为困难。
不能成形外形复杂、壁厚相差较大的塑件。
塑件尺寸，特别是厚度尺寸不易保证精度。
成形周期长。
2) 挤胶法（又称挤塑法、压塑法）：闭模后将塑料放入加断腔，在压力和成形温度的作用下，使塑料变成半熔融状态，通过模具的浇注系统，以高速挤入型腔，并经一定时间的保压保温，塑料完全固化，然后开模取出塑件。
挤胶法成形的特点：
可成形带有复杂且细薄而需两端定位金属嵌件的塑件。
可成形深孔及复杂形状的塑件。
塑料在热与压力下，通过模具浇注系统，加热迅速而均匀，保证硬化时间较短。
塑件尺寸精度容易保证，分型面飞边薄。
对流动性小于 80mm 的塑料挤胶较为困难。
成形压力比压胶法大。
耗用塑料须增加（浇注部分）。
3) 注射法：将粒状或粉状塑料在注射机料筒内受热熔化到流动状态，然后用很高压力和较差快的速度，通过一个狭小的喷嘴和模具的浇注系统，充满整个型腔，经过一定时间的定形，开启模具，即可从模具中取出塑件。 注射成形的特点：
成形周期短，容易实现。
塑件尺寸精度容易保证。
模具通常设计成固定式，塑件金属嵌件较多时，嵌件的安装就较困难。
4.3.2 塑料模具按成形方式分类
可分为：热固性塑料压胶模、热固性塑料挤胶模、热固性塑料注射模及热塑性塑料注射模。
热固性塑料压胶模按加工料腔的形式又可分为：
（a）敞开式压胶模，即型腔就是加料腔；
（b）半封闭式压胶模，即加料腔的截面；
（c）封闭式压胶模即加料腔本身就是型腔的延续部分，成形压力通过上模完全传到被压制的塑料件上。
按结构形式可分为：
（a）移动式压胶模，
（b）固定式压胶模。
5. 影响电加工质量的因素
影响加工质量的原因是多方面的，大致与电极材料的选择、电极制造、电极装夹找正、加工规准的选择、操作工艺是否恰当等有关。要防止产生废品，应注意下列各点。
5.1 正确选择电极材料
在 型腔加工中，石墨是常用的电极材料，但由于石墨的品种很多，不是所有的石墨材料都可作为电加工的电极材料，应该使用电加工专用的高强度、高密度、高纯度 的特种石墨。紫铜电极常用于精密的中、小型型腔加工。在使用铸造或锻造制造的紫铜坯料做电极时，材质的疏松、夹层或砂眼，会使电极表面本身有缺陷、粗糙和 损耗不均匀，使加工表面不理想。
5.2 制造电极时正确控制电极的缩放尺寸
制造电极是电火花加工的第一步，根据图纸要求，缩放电极尺寸是 顺利完成加工的关键。缩放的尺寸要根据所决定的放电间隙再加上一定的比例常数而定。一般宁肯 取理论间隙的正差，即电极的标称尺寸要偏“小”一些，也就是“宁小勿大”。若放电间隙留小了，电极做“大”了，使实际的加工尺寸超差，则造成不可修废品。 如电极略微偏“小”，在尺寸上留有调整的余地，经过平动调节或稍加配研，可最终保证图纸的尺寸要求。 在型孔加工中无论是制造阶梯电极，还是用直接加工电极，由于最终要控制凸凹模具的配合间隙，因此对电极缩放尺寸的要求是十分严格的，一般应控制在± 0.01mm。
5.3 把好电极装夹和工件找正的第一关
在校正完水平与垂直，最后紧固时，往往会使电极发生错位、移动，加工时造成废品。因此，紧固后还要不厌其烦地再找正检查一下，甚至在加工开始进行了少量进给后，还需要停机再查看一下是否正确无误。因为电火花加工开始阶段是很重要的一个环节，也是需要操作者最精心的时候。
由 于电极装夹不紧，在加工中松动，或找正误差过大，是造成废品的一个原因。电极或辅助夹具的微小松动，会给加工深度带来误差。有时在多次重复加工中，加工 条件相同，但深度误差分散性很大，往往也是电极松动造成的。加工过程中夹具发热，也会使电极松动。对于一些小型单电极，只用一个螺栓与电极连接固定，则更 容易发生松动，特别是石墨电极采用这种夹固方法 是非常不可靠的。
在进行型孔加工中，一般为了减少加工量，都进行预铣或预钻。加工留量越小，越有 利于提高加工速度，但也会给找正带来困难，造成废品的潜在危险也越大，多型 孔同时加工的场合更是如此，由于预铣、预钻孔的尺寸不够均匀一致，往往多数孔已经找正，而有一二个孔略偏。如果观察粗略，就有可能加工后个别型孔留有“黑 皮”而造成废品。因此在加工初始阶段，一定要停机查核，确实无误后再继续加工。
5.4 要正确选用加工规准，了解脉冲电源的工艺规律
了解 和掌握脉宽、脉间、电流、电压、极性等一组电规准对应产生的电极损耗、加工速度、放电间隙、表面粗糙度以及锥度等工艺效果，是避免产生废品、达到加工 要求的关键。不控制电极损耗就不能加工出好的型腔，控制不好粗糙度和放电间隙，就不能确定最佳平动量，修光型腔侧壁。控制不准放电间隙和粗糙度就加工不出 好的型孔。常常有人埋怨电源的电极损耗异乎寻常的大，这往往是由于极性接反了，或者是用高频、窄脉宽进行型腔的粗加工。
5.5 防止由于脉冲电源中电气元件的影响而造成废品
脉冲电源在维修中由于更换了元器件，使脉冲参数发生改变，也会使加工达不到人们预期的效果。或由于电源中元器件损坏、击穿，引起拉弧放电，也是造成工件严重破坏的原因。
5.6 注意实际进给深度由于电极损耗引起的误差
在 进行尺寸加工时，由于电极长度相对损耗会使加工深度产生误差。而由于规准变化的不同，误差也会很不一致，往往使实际加工深度小于图纸要求。因此一定要在 加工程序中，计算、补偿上电极损耗量，或者在半精加工阶段停机进行尺寸复核，并及时补偿由于电极损耗造成的误差，然后再转换成最后的精加工。 5.7 正确控制平动量
型腔或型孔的侧壁修光要靠平动，既要达到一定粗糙度的要求，又要达到尺寸要求，需要认真确定逐级转换规准时的平动量。否则有可能还 没达到修光要求，而尺寸 已经到限，或者已经修光但还没有达到尺寸要求。因此，应在完成总平动量 75%的半精加工段复核尺寸，之后再继续进行精加工。
5.7 防止型腔在精加工时产生波纹和黑斑
在型腔加工的底部及弯角处，易出现细线或鱼鳞状凸起，称为波纹。产生的原因有以下几方面：
电极损耗的影响：电极材料质量差，方向性不对，电参数选择不当，造成粗加工后表面不规则点状剥落（石墨电极）和网状剥落（紫铜电极）。在平动侧面修光后反映在型腔表面上就是“波纹”。
冲油和排屑的影响：冲油孔开得不合理，“波纹”就严重；另外排屑不良，蚀除物堆积在底部转角处，也助长了“波纹”的产生。 减少和消除的方法：
采用较好的石墨电极，粗加工开始时用小电流密度，以改善电极表面质量。
采用中精加工低损耗的脉冲电源及电参数。
合理开设冲油孔，采用适当抬刀措施。
采用单电极一修正电极工艺，即粗加工后修正电极，再用平动精加工修正，或采用多电极工艺。
精加工留在型腔表面的黑斑常常给最后的加工带来麻烦。仔细观察这部分的表面不平度较周围其他部分要差。这种黑斑常常是由于在精加工时脉冲能量小，使积留在间隙中的蚀除物不能及时排出所致。因此，在最后精加工时要注意控制主轴进行灵敏的“抬刀”，不使炭黑滞留而产生黑斑。
5.8 注意装夹在一起的大小电极在放电间隙上的差异（此处主要指侧面间隙）
原则上放电间隙应不受电极大小的影响，但在实际加工中，大电极的加工间隙小，而小电极加工间隙反而偏大，一般认为：
大小电极组装精度可能不一样，小电极垂直精度不易装得象大电极那样高，使其投影面积增大，造成穿孔加工放电间隙扩大。
小电极在穿孔加工过程中容易产生侧向振动，造成放电间隙扩大。
由于穿孔进给速度受大电极的限制，使小电极二次放电机会增多，致使其放电间隙扩大。
5.9 防止硬质合金产生裂纹
由 于硬质合金是粉末冶金材料，它的导热率低。过大的脉冲能量和长时间持续的电流作用，都会使加工表面产生严重的网状裂纹。因此，为了提高粗加工的速度而采 用宽脉宽、大电流加工是不可取的。一般宜采用窄脉宽（50μs 以下）高峰值电流，短促的瞬时高温使加工表面热影响层较浅，避免裂纹发生。
5.10 防止在型孔加工中产生“放炮”
在 加工过程中产生的气体，集聚在电极下端或油杯内部，当气体受到电火花引燃时，就会象“放炮”一样冲破阻力而排出，这时很容易使电极与凹模错位，影响加工 质量，甚至报废。这种情况在抽油加工时更易发生。因此，在使用油杯进行型孔加工时，要特别注意排气，适当抬刀或者在油杯顶部周围开出气槽、排气孔，以利排 出积聚的气体。
5.11 注意热变形引起的电极与工件位移
在使用薄型的紫铜电极时，加工中要注意由于电极受热变形而使加工的型腔产生异常。
另外值得注意的是停机后，由于人为的因素，使电极与工件发生位移。在开机时，又没注意电极与工件的相对位置，常常会使接近加工好的工件报废。
5.12 注意主轴刚性和工作液对放电间隙的影响
电 火花加工的蚀除物从间隙排出的过程中，常常在电极与工件间引起电极与加工面的二次放电。二次放电的结果使已加工过的表面再次电蚀，在凹模的上口电极进口 处，二次放电机会就更多一些，这样就形成了锥度。电火花加工的锥度一般在 4′～ 6′之间。二次放电越多，锥度越大。为了减小锥度，首先要保持主轴头的稳定性，避免电极不必要的反复提升。调节好冲、抽油压力，选择好适当的电参数，使主 轴伺服处于最佳状态，既不过于灵敏，也不迟钝，都可减少锥度。在加工深孔中为了减少二次放电造成锥度超差，常采用抽油加工或短电极的办法。
5.13 要密切注视和防止电弧烧伤
加工过程中局部电蚀物密度过高，排屑不良，放电通道、放电点不能正常转移，将使工具工件局部放电点温度升高，产生积炭结焦，引起恶性循环，使放电点更加固定集中，转化为稳定电弧，使工具工件表面积炭烧伤。
防止办法是增大脉间及加大冲油，增加抬刀频率和幅度，改善排屑条件。发现加工状态不稳定时就采取措施，防止转变成稳定电弧。

电极制造工艺
石墨在加工前应在油里浸透好，以便在机械加工时，石墨屑不易飞扬，清角线和棱角线不易剥落。 石墨和紫铜电极采用一般的机械加工（车、铣、刨、磨等），最后钳工修正成形。
紫 铜电极还可采用线切割加工。 一般对于形状比较简单的型腔，多数采用单电极成形工艺，即采用一个电极，借助平动扩大间隙，达到修光型腔的目的。所谓单电极，可以是独块电极，也可以是镶 拼电极，这由电极加工工艺而定。 对于大中型及型腔复杂的模具，可以采用多电极加工，各个电极可以是独块的，也可以是镶拼的，视具体情况而定。
.使用低损耗电源还可以把型腔的整体加工改为型腔的局部加工。
考 虑到经济效益，在能够采用机械加工的地方尽量用机械加工，对复杂型腔，四周清角、底部圆弧及窄槽等无法用机械加工的地方，则采用局部加工。此外也可采用 整体加工和局部加工相结合的方法，即先用石墨电板加工出大致的形状，然后再用紫铜电极进行局部加工。上述方法均取得很好的效果。
选择不同的电极材料，把整体加工分解为局部加工
过 去型腔电加工绝大多数采用石墨电极，极少采用紫铜电极。那是因为过去型腔模电火花加工绝大多数采用整体加工方式，而且那时虽然也有晶体管和可控硅脉冲电 源，但是电极损耗较大，尤其在精规准时，损耗可达 25～30%，不适宜作局部加工。而且大块石墨容易找到，容易制作，并且份量轻，可磨削，易加工，因而被大量采用。而铜电极，由于大块紫铜难找，磨削困 难，再加上电极损耗后，钳工修正困难，因此大大限制了紫铜电极的使用。 随着低损耗电源问世以来，型腔电加工工艺也随之由整体加工逐渐转为局部加工，不再需要大块电极，因此，紫铜电极应运而生。局部加工的电极不需要很大，但是 几何形状较复杂，尺寸精度要求高，因此，人们采用紫铜作为局部加工的电极。
线切割和电火花加工配套应用 中精加工低损耗电源输出功率较小，生产率略低，加工模具的双面间隙在 0.1～0.25mm 左右。目前人们还是采用平动方法，扩大间隙来达到修光型腔的目的，但是平动方法也有它的不足之处，仿形精度受到一定影响，四周会产生圆角，底部产生平台， 因此平动量不宜太大，一般为 0.1～0.3mm。因而确定了电极的缩放量为 0.1～0.3mm。根据型腔模具设计原则，电极尺寸的缩放按几何方法计算，因此在电极设计时只要在技术要求上写明电极的缩放量即可。 目前国内的线切割机床都有间隙补偿装置。线切割机床可利用间隙补偿装置自行切割电极。
如果采取线切割与电火花加工配合应用，可简化电极设计，保证 电极质量，提高工效，缩短制造周期。 在电火花加工型腔模具工艺中，除了利用低损耗电源扩大电加工应用范围及线切割与电加工配合应用外，还有许多方法可以提高型腔模的精度，采用 X、Y、Z、U、C 五轴数控联动（X 水平方向，Y 水平方向，Z 垂直方向，主轴转动 U，主轴分度运动 C），采用自动交换电极的电火花加工中心，只要事先调整好电极和编好相应的程序，便能自动加工复杂模具。



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由 于数控加工的复杂性（如不同的机床，不同的材料，不同的刀具，不同的切削方式，不同的参数设定等等），决定了从从事数控加工（无论是加工还是编程）到到 达一定水平，必须经过一段比较长的时间，此手册是本实验室的工程师在长期实际生产过程中总结出来的、有关数控加工工艺、工序、常用刀具参数的选择、加工过 程中的监控等方面的一些经验总汇，可供大家参考

　　一 .问：如何对加工工序进行划分？

　　答：数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：

　　（1）刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。

　　（2）以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。

　　（3）以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。

综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。

　　二． 问：加工顺序的安排应遵循什么原则？

　　答：加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行：

　　(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。

　　(2)先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。

　　(3)以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。

　　(4)在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。

　　三．问：工件装夹方式的确定应注意那几方面？

　　答：在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点：

　　（1） 力求设计、工艺、与编程计算的基准统一。

　　（2） 尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次定位后就能加工出全部待加工表面。

　　（3） 避免采用占机人工调整方案。

　　（4） 夹具要开畅，其定位、夹紧机构不能影响加工中的走刀（如产生碰撞），碰到此类情况时，可采用用虎钳或加底板抽螺丝的方式装夹。

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四．问：如何确定对刀点比较合理？工件坐标系与编程坐标系有什么关系？


　 　1．对刀点可以设在被加工零件的上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对 刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀 点。这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。其选择原则如下：

　　1） 找正容易。

　　2） 编程方便。

　　3） 对刀误差小。

　　4） 加工时检查方便、可*。

　　2. 工件坐标系的原点位置是由操作者自己设定的，它在工件装夹完毕后，通过对刀确定，它反映的是工件与机床零点之间的距离位置关系。工件坐标系一旦固定，一般不作改变。工件坐标系与编程坐标系两者必须统一，即在加工时，工件坐标系和编程坐标系是一致的。

　　五． 问：如何选择走刀路线？

　　走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工件的运动轨迹和方向。加工路线的合理选择是非常重要的，因为它与零件的加工精度和表面质量密却相关。在确定走刀路线是主要考虑下列几点:

　　1） 保证零件的加工精度要求。

　　2） 方便数值计算，减少编程工作量。

　　3） 寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。

　　4） 尽量减少程序段数。

　　5） 保证工件轮廓表面加工后的粗糙度的要求，最终轮廓应安排最后一走刀连续加工出来。

　　6） 刀具的进退刀（切入与切出）路线也要认真考虑，以尽量减少在轮廓处停刀（切削力突然变化造成弹性变形）而留下刀痕，也要避免在轮廓面上垂直下刀而划伤工件。

　　六．问：如何在加工过程中监控与调整？

　　工件在找正及程序调试完成之后，就可进入自动加工阶段。在自动加工过程中，操作者要对切削的过程进行监控，防止出现非正常切削造成工件质量问题及其它事故。

　　对切削过程进行监控主要考虑以下几个方面：
　　
　 　1．加工过程监控 粗加工主要考虑的是工件表面的多余余量的快速切除。在机床自动加工过程中，根据设定的切削用量，刀具按预定的切削轨迹自动切削。此时操作者应注意通过切削 负荷表观察自动加工过程中的切削负荷变化情况，根据刀具的承受力状况，调整切削用量，发挥机床的最大效率。
　　
　　2．切削过程中切削声 音的监控 在自动切削过程中，一般开始切削时，刀具切削工件的声音是稳定的、连续的、轻快的，此时机床的运动是平稳的。随着切削过程的进行，当工件上有硬质点或刀具 磨损或刀具送夹等原因后，切削过程出现不稳定，不稳定的表现是切削声音发生变化，刀具与工件之间会出现相互撞击声，机床会出现震动。此时应及时调整切削用 量及切削条件，当调整效果不明显时，应暂停机床，检查刀具及工件状况。

　　3．精加工过程监控 精加工，主要是保证工件的加工尺寸和加工表面质量，切削速度较高，进给量较大。此时应着重注意积屑瘤对加工表面的影响，对于型腔加工，还应注意拐角处加工 过切与让刀。对于上述问题的解决，一是要注意调整切削液的喷淋位置，让加工表面时刻处于最佳]的冷却条件；二是要注意观察工件的已加工面质量，通过调整切 削用量，尽可能避免质量的变化。如调整仍无明显效果，则应停机检察原程序编得是否合理。

　　特别注意的是，在暂停检查或停机检查时，要注意刀具的位置。如刀具在切削过程中停机，突然的主轴停转，会使工件表面产生刀痕。一般应在刀具离开切削状态时，考虑停机。

　 　（4）刀具监控 刀具的质量很大程度决定了工件的加工质量。在自动加工切削过程中，要通过声音监控、切削时间控制、切削过程中暂停检查、工件表面分析等方法判断刀具的正常 磨损状况及非正常破损状况。要根据加工要求，对刀具及时处理，防止发生由刀具未及时处理而产生的加工质量问题。

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七．问：如何合理选择加工刀具？切削用量有几大要素？有几种材料的刀具？如何确定刀具的转速，切削速度，切削宽度？

　　（一）1．平面铣削时应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。一般铣削时，尽量采用二次走刀加工，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。每次走刀宽度推荐至为刀具直径的60%--75%。

　　2． 立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。

　　3． 球刀、圆刀（亦称圆鼻刀）常用于加工曲面和变斜角轮廓外形。而球刀多用于半精加工和精加工。镶硬质合金刀具的圆刀多用于开粗。

　　八、问：加工程序单有什么作用?在加工程序单中应包括什么内容？

　　答：（一）加工程序单是数控加工工艺设计的内容之一，也是需要操作者遵守、执行的规程，是加工程序的具体说明，目的是让操作者明确程序的内容、装夹和定位方式、各个加工程序所选用的刀具既应注意的问题等。

　　（二）在加工程序单里，应包括：绘图和编程文件名，工件名称，装夹草图，程序名，每个程序所使用的刀具、切削的最大深度，加工性质（如粗加工还是精加工），理论加工时间等。

　　九、问：数控编程前要做何准备？

　 　答：在确定加工工艺后，编程前要了解：1、工件装夹方式 ；2、工件毛胚的大小----以便确定加工的范围或是否需要多次装夹；3、工件的材料----以便选择加工所使用何种刀具；4、库存的刀具有哪些---- 避免在加工时因无此刀具要修改程序，若一定要用到此刀具，则可以提前准备。

　　十、问：在编程中安全高度的设定有什么原则？

　　答：安全高度的设定原则：一般高过岛屿的最高面。或者将编程零点设在最高面，这样也可以最大限度避免撞刀的危险。

　　十一、问：刀具路径编出来之后，为什么还要进行后处理？

　　答：因为不同的机床所能认到的地址码和NC程序格式不同，所以要针对所使用的机床选择正确的后处理格式才能保证编出来的程序可以运行。

　　十二. 问：什么是DNC通讯？

　 　答：程序输送的方式可分为CNC和DNC两种，CNC是指程序通过媒体介质（如软盘，读带机，通讯线等）输送到机床的存储器存储起来，加工时从存储器 里调出程序来进行加工。由于存储器的容量受大小的限制，所以当程序大的时候可采用DNC方式进行加工，由于DNC加工时机床直接从控制电脑读取程序（也即 是边送边做），所以不受存储器的容量受大小的限制。


　　（二）切削用量有三大要素：切削深度,主轴转速和进给速度. 切削用量的选择总体原则是:
少切削,快进给(即切削深度小,进给速度快)


　　(三).按材料分类,刀具一般分为普通硬质白钢刀(材料为高速钢),涂层刀具(如镀钛等),合金刀具(如钨钢,氮化硼刀具等).
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数控车床编程实例

1．根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线
1）对细长轴类零件，轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持φ58㎜外圆一头，使工件伸出卡盘175㎜，用顶尖顶持另一头，一次装夹完成粗精加工（注：切断时将顶尖退出）。
2） 工步顺序
① 粗车外圆。基本采用阶梯切削路线，粗车φ56㎜、SφS50㎜、φ36㎜、M30㎜各外圆段以及锥长为10㎜的圆锥段，留1㎜的余量。
② 自右向左精车各外圆面：螺纹段右倒角→切削螺纹段外圆φ30㎜→车锥长10㎜的圆锥→车φ36㎜圆柱段→车φ56㎜圆柱段。
③ 车5㎜×φ26㎜螺纹退刀槽，倒螺纹段左倒角，车锥长10㎜的圆锥以及车5㎜×φ34㎜的槽。
④ 车螺纹。
⑤ 自右向左粗车R15㎜、R25㎜、Sφ50㎜、R15㎜各圆弧面及30°的圆锥面。
⑥ 自右向左精车R15㎜、R25㎜、Sφ50㎜、R15㎜各圆弧面及30°的圆锥面。
⑦ 切断。
2．选择机床设备
　　根据零件图样要求，选用经济型数控车床即可达到要求。故选用CK0630型数控卧式车床。
3．选择刀具
　　根据加工要求，选用三把刀具，T01为粗加工刀，选90°外圆车刀，T03为切槽刀，刀宽为3㎜，T05为螺纹刀。
　　同时把三把刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。
4．确定切削用量
　　切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。
5．确定工件坐标系、对刀点和换刀点
　　确定以工件左端面与轴心线的交点O为工件原点，建立XOZ工件坐标系。
　　采用手动试切对刀方法（操作与上面数控车床的对刀方法相同）把点O作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系下X70、Z30处。
6．编写程序（该程序用于CK0630车床）
　　按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：
N0010 G59 X0 Z195
N0020 G90
N0030 G92 X70 Z30
N0040 M03 S450
N0050 M06 T01
N0060 G00 X57 Z1
N0070 G01 X57 Z-170 F80
N0080 G00 X58 Z1
N0090 G00 X51 Z1
N0100 G01 X51 Z-113 F80
N0110 G00 X52 Z1
N0120 G91
N0130 G81 P3
N0140 G00 X-5 Z0
N0150 G01 X0 Z-63 F80
N0160 G00 X0 Z63
N0170 G80
N0180 G81 P2
N0190 G00 X-3 Z0
N0200 G01 X0 Z-25 F80
N0210 G00 X0 Z25
N0220 G80
N0230 G90
N0240 G00 X31 Z-25
N0250 G01 X37 Z-35 F80
N0260 G00 X37 Z1
N0270 G00 X23 Z-72.5
N0280 G00 X26 Z1
N0290 G01 X30 Z-2 F60
N0300 G01 X30 Z-25 F60
N0310 G01 X36 Z-35 F60
N0320 G01 X36 Z-63 F60
N0330 G00 X56 Z-63
N0340 G01 X56 Z-170 F60
N0350 G28
N0360 G29
N0370 M06 T03
N0380 M03 S400
N0390 G00 X31 Z-25
N0400 G01 X26 Z-25 F40
N0410 G00 X31 Z-23
N0420 G01 X26 Z-23 F40
N0430 G00 X30 Z-21
N0440 G01 X26 Z-23 F40
N0450 G00 X36 Z-35
N0460 G01 X26 Z-25 F40
N0470 G00 X57 Z-113
N0480 G01 X34.5 Z-113 F40
N0490 G00 X57 Z-111
N0500 G01 X34.5 Z-111 F40
N0510 G28
N0520 G29
N0530 M06 T05
N0540 G00 X30 Z2
N0550 G91
N0560 G33 D30 I27.8 X0.1 P3 Q0
N0570 G01 X0 Z1.5
N0580 G33 D30 I27.8 X0.1 P3 Q0
N0590 G90
N0600 G00 X38 Z-45
N0610 G03 X32 Z-54 I60 K-54 F40
N0620 G02 X42 Z-69 I80 K-54 F40
N0630 G03 X42 Z-99 I0 K-84 F40
N0640 G03 X36 Z-108 I64 K-108 F40
N0650 G00 X48 Z-113
N0660 G01 X56 Z-135.4 F60
N0670 G00 X56 Z-113
N0680 G00 X40 Z-113
N0690 G01 X56 Z-135.4 F60
N0700 G00 X50 Z-113
N0710 G00 X36 Z-113
N0720 G01 X56 Z-108 F60
N0730 G00 X36 Z-45
N0740 G00 X36 Z-45
N0750 M03 S800
N0760 G03 X30 Z-54 I60 K-54 F40
N0770 G03 X40 Z-69 I80 K-54 F40
N0780 G02 X40 Z-99 I0 K-84 F40
N0790 G03 X34 Z-108 I64 K-108 F40
N0800 G01 X34 Z-113 F40
N0810 G01 X56 Z-135.4 F40
N0820 G28
N0830 G29
N0840 M06 T03
N0850 M03 S400
N0860 G00 X57 Z-168
N0870 G01 X0 Z-168 F40
N0880 G28
N0890 G29
N0900 M05
N0910 M02
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形状公差和位置公差简称为形位公差

(1）形状公差：构成零件的几何特征的点，线，面要素之间的实际形状相对与理想形状的允许变动量。给出形状公差要求的要素称为被测要素。

(2）位置公差：零件上的点，线，面要素的实际位置相对与理想位置的允变动量。用来确定被测要素位置的要素称为基准要素。

形位公差的研究对象是零件的几何要素,它是构成零件几何特征的点,线,面的统称.其分类及含义如下:

(1) 理想要素和实际要素

具有几何学意义的要素称为理想要素.零件上实际存在的要素称为实际要素,通常都以测得要素代替实际要素.

(2) 被测要素和基准要素

在零件设计图样上给出了形状或(和)位置公差的要素称为被测要素.用来确定被测要素的方向或(和)位置的要素,称为基准要素.

(3) 单一要素和关联要素

给出了形状公差的要素称为单一要素.给出了位置公差的要素称为关联要素.

(4) 轮廓要素和中心要素

由一个或几个表面形成的要素,称为轮廓要素.对称轮廓要素的中心点,中心线,中心面或回转表面的轴线,称为中心要素

形状公差有直线度,平面度,圆度和圆柱度.其含义和标注如下:

1) 直线度

2) 平面度

平面度公差带只有一种,即由两个平行平面组成的区域,该区域的宽度即为要求的公差值.

3) 圆度

在圆度公差的标注中,箭头方向应垂直于轴线或指向圆心.

4) 圆柱度

形位公差的标注应注意以下问题:

(1) 形位公差内容用框格表示,框格内容自左向右第一格总是形位公差项目符号,第二格为公差数值,第三格以后为基准,即使指引线从框格右端引出也是这样.

(2) 被测要素为中心要素时,箭头必须和有关的尺寸线对齐.只有当被测要素为单段的轴线或各要素的公共轴线,公共中心平面时,箭头可直接指在轴线或中心线,这样标注很简便,但一定要注意该公共轴线中没有包含非被测要素的轴段在内.

(3) 被测要素为轮廓要素时,箭头指向一般均垂直于该要素.但对圆度公差,箭头方向必须垂直于轴线.

(4) 当公差带为圆或圆柱体时,在公差数值前需加注符号"Φ",其公差值为圆或圆柱体的直径.这种情况在被测要素为轴线时才有.同轴度的公差带总是一圆柱体,所 以公差值前总是加上符号"Φ";轴线对平面的垂直度,轴线的位置度一般也是采用圆柱体公差带,需在公差值前也加上符号"Φ".

(5) 对一些附加要求,常在公差数值后加注相应的符号,如(+)符号说明被测要素只许呈腰鼓形外凸,(-)说明被测要素只许呈鞍形内凹,(＞)说明误差只许按符 号的小端方向逐渐减小.如形位公差要求遵守最大实体要求时,则需加符号○M.在框格的上,下方可用文字作附加的说明.如对被测要素数量的说明,应写在公差 框格的上方;属于解释性说明(包括对测量方法的要求)应写在公差框格的下方.例如:在离轴端300mm处;在a,b范围内等.

形位公差是为了满足产品功能要求而对工件要素在形状和位置方面所提出的几何精度要求。以形位公差带来限制被测实际要素的形状和位置。
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