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积屑瘤——指在加工中碳钢时，在刀尖处出现的小块且硬度较高的金属粘附物。
1、积屑瘤的形成
在 加工过程中，由于工件材料是被挤裂的，因此切屑对刀具的前面产生有很大的压力，并摩擦生成大量的切削热。在这种高温高压下，与刀具前面接触的那一部分切屑 由于摩擦力的影响，流动速度相对减慢，形成“滞留层”。当摩擦力一旦大于材料内部晶格之间的结合力时，“滞流层”中的一些材料就会粘附在刀具*近刀尖的前 面上，形成积屑瘤。
2、积屑瘤的作用
优点：积屑瘤的硬度比原材料的硬度要高，可代替刀刃进行切削，提高了刀刃的耐磨性；同时积屑瘤的存在使得刀具的实际前角变大，刀具变得较锋利。
缺 点：积屑瘤的存在，在实际上是一个形成、脱落、再形成、再脱落的过程，（1）部分脱落的积屑瘤会粘附在工件表面上，（2）而刀具刀尖的实际位置也会随着积 屑瘤的变化而改变，（3）同时，由于积屑瘤很难形成较锋利的刀刃，在加工中会产生一定的振动。所以这样加工后所得到的工件表面质量和尺寸精度都会受到影 响。
鉴于积屑瘤的优缺点，我们在粗加工时应设法形成积屑瘤，而在精加工时则要避免积屑瘤的产生。
3、积屑瘤的控制
（1）材料的性质 材料的塑性越好，产生积屑瘤的可能性越大。因此对于中、低碳钢以及一些有色金属在精加工前应对于它们进行相应的热处理，如正火或调质等，以提高材料的硬度、降低材料的塑性。
（2）切削速度 当加工中出现不想要的积屑瘤时，可提高或降低切削速度，亦可以消除积屑瘤。但要与刀具的材料、角度以及工件的形状相适应。
（3）冷却润滑 冷却液的加入一般可消除积屑瘤的出现，而在冷却液中加入润滑成分则效果更好
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公告版位
- Apr 30 Mon 2007 10:11
积屑瘤www.tool-tool.com
- Apr 29 Sun 2007 21:05
深孔钻削稳定性研究及应用www.tool-tool.com
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前言
深孔钻削在机械加工中占有非常重要的地位，但由于有一些技术问题尚未解决，至今仍是金属切削加工的“瓶颈”工序。在深孔加工中，常常发生钻头刀齿突然崩刃或断齿，即钻头破损，其结果是工件孔表面损伤，钻杆扭弯、断裂，甚至机床被损坏。破损是深孔钻最主要的损坏形式，其破损耐用度主要取决于刀刃受冲击的次数和力度，即深孔钻削稳定性，特别是入钻和出钻的稳定性。根据实际应用情况统计，近80%的钻头早期破损都发生在入钻或出钻时。因此，深孔钻削稳定性将直接影响钻头耐用度和钻孔质量。现有的深孔钻有深孔麻花钻、枪钻、单刃内排屑深孔钻和多刃错齿内排屑深孔钻等。其中多刃错齿内排屑深孔钻以其分屑可靠，切削力平衡，刀齿可分别选配材料等优点，成为目前国内外应用最广的一种深孔钻，本文就基于此种钻头进行研究。
图1 深孔钻削过程中的扭矩变化
1 钻削稳定性的影响因素
影响钻削稳定性的因素很多，追根究底是由切削力变化而产生的。因此，这里主要分析切削力变化对切削稳定性的影响，并从导向套与钻头间隙、钻尖高度和导向块布置方面加以论证。
钻削过程中切削力变化的影响
通过试验测得，用58.4钻头钻削40CrNiMo5材料，切削扭矩变化如图1所示，可分为五个阶段。
在导向套引导下，各切削刃依次切入工件，切削扭矩迅速增大。这时，切削合力使钻头上导向块紧贴导向套孔壁，起导向作用，见图1中的OA段。
钻头所有刀齿切入工件后，切削扭矩达到最大。由于导向块端部与钻头外刃刀尖之间的轴向位置之差，导向块仍然停留在导向套内，这时扭矩不会发生明显变化，见图1中的AB段，这段距离亦称为导向块滞后量。
导向块进入工件后，与孔壁发生摩擦、挤压。这时扭矩会突然增大，随着导向块全部进入，钻头定心作用加强，钻削趋于平稳，扭矩逐渐地减小，见图1中的BC段。
钻头在已加工表面上稳定导向，切削扭矩没有明显的波动，进入稳定钻削阶段，见图1中的CD段。
工件快被钻透时，中心处发生塑性变形，钻头中心齿及部分中间齿不起切削作用，只有外齿和部分中间齿在切除残余部分，因而形成“切削帽”。此时能量瞬时释放，切削扭矩一下降低趋于零，见图1中的DE段。
由此可知，钻头的入钻使切削扭矩骤然产生，钻头的出钻使切削扭矩骤然消失，其变化幅度之大，足以影响工件加工质量和钻头耐用度，是钻削稳定性的主要影响因素。
导向套与钻头间隙的影响
为了正确引导钻头入钻，通常采用在工件上加工出引导孔或采用导向套的方法，前者用于单件加工，后者用于批量生产。入钻误差由钻头与导向套(引导孔)之间的间隙造成，并随轴向力的增大而加大。导向套与钻头间隙对入钻误差的影响如图2所示。在钻削开始时，径向力将钻头导向块压向导向套孔壁，由于两者之间有间隙，钻头中心相对工件回转中心发生偏移(见图2a)，这时钻出的孔径小于钻头直径。当导向块开始进入已加工孔时，在直径略小的孔壁作用下，将外刃向外挤，使钻头中心相对工件回转中心向相反方向偏移(见图2b)，使孔径扩大，并且与导向孔壁挤压摩擦，使钻削扭矩迅速增大，这一过程与图1中的BC段相对应。往往此时钻头突然发生抖动，钻头容易发生破损。随着导向块逐渐进入，定心作用加强，加工孔径也趋于稳定(见图2c)。这样在工件入口处产生一个喇叭口，大端尺寸约等于导向套的内径，长度约等于导向块长度。间隙越大，喇叭口也越大，入钻容易钻偏，出钻偏斜更大，钻削过程振动剧烈；间隙过小，容易发生夹钻，造成刀具破损。由此可见，导向套与钻头的间隙也是钻削稳定性的主要影响因素之一。
轴向力将会加大入钻时的误差，影响钻削稳定性。根据材料力学理论，以纵横弯曲简支梁的力学模型对深孔钻削入钻过程进行研究。在建立力学方程后，可推导出轴向力对钻头作用时钻杆挠度转角的放大系数X(u)，该系数越大，挠度转角也越大，即
X(u)=3(tgu-u)/u u=0.5L(Fx/EI)½
式中：L——钻杆长度
Fx——轴向力
E——弹性模量
I——惯性矩
式中E、I为常量，X(u)只与钻杆长度L和轴向力Fx有关，L，Fx增大，X(u)相应增大。在入钻时，轴向力Fx从零增加到最大，放大系数 X(u)也不断增加，钻杆挠度转角亦不断地被放大，当切削刃全部切入时，转角达到最大。由于钻头与导向块之间有间隙，钻头相对于工件端面发生倾斜，这就相当于在斜面上钻孔(见图2d)，入钻发生偏斜，钻头与钻杆绕着工件回转中心转动，产生周期振动，容易使钻头破损，使工件表面产生螺旋沟槽，并随着钻孔深度的增加而加大。
图2 导向套与钻头间隙的影响
钻尖高度的影响
钻尖高度是指钻头的钻尖点到导向块前端的轴向距离，见图3中的h。钻尖高度越大，入钻和出钻的时间就越长，不稳定钻削时间也越长。由于位于钻尖的中心齿切削速度较低，切削力大，挤压摩擦严重，卷屑、断屑困难，定心、导向较差。入钻时“单枪匹马”，摇摇晃晃，容易断齿或崩刃。出钻时不易形成“切削帽”，钻尖首先钻穿工件，失去孔底的反锥尖定心(见图4)，钻削力突然失去平衡，钻头晃动突然加剧，非常容易崩刃(特别是外齿)。因此钻尖的高低直接影响钻削稳定性、钻头耐用度和钻孔精度。
1.中心齿(YG8) 2.中间平齿(YT798) 3.外齿(YT798) 4.导向块(YT798) 5.中间尖齿(YT798) 6.减振块(YT798)
图3 尖齿内折线刃深孔钻
1.定心反锥 2.定心环形凸筋
图4 孔底的形状
导向块位置的影响
深孔钻利用外齿副刃和两个导向块三点定圆自行导向进行切削。导向块必须始终保持与已加工孔壁接触，并有一定的压力存在，才能保证加工过程的稳定性。目前，常采用静力学中“稳定度”的概念作为合理布置导向块位置的理论依据。稳定度在这里是指以所要考察的那个导向块作为支点，使非考察的那个导向块压向孔壁的力矩与使非考察的那个导向块脱离孔壁的力矩的比值。这样一个钻头就有两个稳定度，对于整个钻头的稳定度，应该把两者中最小的作为该钻头的稳定度S，S值越大，钻削稳定性越好，即
S＞1时，钻头处于稳定状态；
S=1时，钻头处于临界状态；
S＜1时，钻头处于不稳定状态。
2 提高钻削稳定性的途径
消除或减小前述各因素的影响即可提高钻削稳定性。本文仅从深孔钻结构改进方面进行了研究，设计了一种尖齿内折线刃深孔钻头，详见图3。与普通深孔钻相比主要进行了以下改进。
降低钻尖高度
降低钻尖高度，可通过加大偏心量、将中心齿的内刃磨成两条折线刃来实现。其特点是：可以有效地降低钻尖高度(见图3 中的钻尖由h′降低到h)，缩短入钻和出钻的时间。入钻时，中心齿和中间齿几乎同时切入工件(见图3中的Δh)，入钻后很快就可以进入正常切削状态；出钻时，切削帽减薄，各刀齿上刀削力几乎同时消失，有效地提高了入钻和出钻过程的钻削稳定性。另外，内折线刃还增大了中心齿的散热体积和钻尖强度。
改中间齿为尖齿
为了提高钻削稳定性，我们将中间齿设计为尖齿(见图3)。切削时，中间齿在孔底形成环形凸筋，与内折线刃在孔底形成的反锥(见图4)同时起到定心、稳定钻削的作用。
增加减振块
普通深孔钻大都采用两个导向块，与钻头外齿副刃基本上在180°内布置，稳定度S＞1，当切削力波动不大时，可以保证钻削过程稳定性。但是，由于作导向的已加工孔表面有圆度误差，以及工件材质不均，特别是入钻和出钻，难免在钻削过程中引起振动，尤其是扭振，使钻头以某一个导向块为支点转动。这种情况，普通深孔钻无法抑制。因此，我们在钻头体后端增设一减振块，布置在外齿刀刃上方与之成90°的位置，如图3所示。在正常切削时，切削合力指向两导向块之间，使导向块紧贴已加工孔壁，起导向作用，而减振块位于后端，刃磨有倒锥使与已加工孔壁有一定的间隙，不起作用；当钻削力失去平衡发生振动，产生偏离导向块方向的位移时，减振块才起作用，可以减振、消振，保护刀刃和提高加工孔的形状精度。
3 试验验证
试验条件
试验设备：C630改装深孔钻床。
试验钻头：Ø58.4尖齿内折线刃深孔钻头和Ø58.4普通深孔钻头各10支。
工件材料：40CrNiMo5 250HB～300HB。
切削用量：主轴转速n=230 r/min；进给量vf=0.03mm/r～0.15mm/r。
测量仪器：SD375动态分析仪、Y6D—3 A动态电阻应变仪、LZ3函数记录仪、测力传感器和位移传感器等。
试验方法
测量两种钻头切削力值，见表1。
表1 切削力对比试验数据
转速n
r/min
进给量vf
mm/r
新型钻头与普通钻头扭矩之比
%
新型钻头与普通钻头轴向力之比
%
230
0.03
85.9
84.3
230
0.08
83.5
76.7
230
0.15
78.3
78.6
测量瞬间轴向力变化情况。
测量两种钻头在钻削过程中钻杆的振幅，对比曲线如图5所示。
1.普通深孔钻 2.尖齿内折线刃深孔钻
图5 钻杆振幅对比曲线
测量两种钻头的钻削长度。
测量两种钻头的钻孔精度。
试验结果分析
由表1可以看出，随着进给量的增加，两种钻头的轴向力和扭矩相应增大。尖齿内折线刃深孔钻比普通深孔钻轴向力平均降低20.1%，扭矩平均降低17.4%，而且随着进给量增加，新型钻头切削力增加较为缓慢。
根据函数记录仪所记录下的轴向力瞬间变化情况，当进给量突然增大时，两种钻头的轴向力均呈周期性变化，但新型钻头的波峰值始终小于普通深孔钻，而且波动幅度也小于普通深孔钻，这说明尖齿内折线刃深孔钻的钻削稳定性优于普通深孔钻。产生这种效果的主要原因是中间齿是尖齿和有减振块，加强了定心作用。
图5是两种钻头钻削过程中钻杆振幅量的对比曲线。图中A、B、C点分别为中心齿、导向块、减振块钻入时钻杆的振幅量。显然，由于尖齿内折线刃深孔钻钻尖高度低、中间齿是尖齿，入钻和整个钻削过程的振动均小于普通深孔钻，而且在C点之后，即减振块进入工件后，钻头还有一个减振稳定过程，使钻削扭矩迅速减弱到正常水平，而普通深孔钻没有这一过程。出钻时，在D、E之间，普通深孔钻振动加剧，振幅增大，而新型钻头由于各刀齿高差小，几乎同时透钻，且又有减振块的保护，可以平稳出钻，钻杆振幅很小。
根据两种钻头钻削路程长度对比试验，由于尖齿内折线刃深孔钻钻削稳定性好，平均钻削路程长度达16.16m，高于普通深孔钻近一倍。
两种钻头钻孔精度比较，尖齿内折线刃深孔钻钻孔圆度误差比普通深孔钻小3µm左右，孔径误差小0.04mm，尺寸精度可达IT7级～IT8级。新型钻头钻孔表面质量好，加工表面光滑，无螺旋刀痕，表面粗糙度在Ra1.0～Ra3.2之间。
4 结论
深孔钻削稳定性直接影响深孔钻头的耐用度和钻孔质量。
深孔钻削稳定性主要受切削力变化影响，其次还取决于导向套与钻头间隙。
钻尖高度直接影响深孔钻削入钻和出钻的稳定性。
按钻削稳定性原则设计的尖齿内折线刃深孔钻，可以有效地提高深孔钻削的稳定性。经对比试验证明，钻削平稳，钻头耐用度和钻孔精度高，其设计思想可作为今后深孔钻合理设计的参考基础。
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前言
深孔钻削在机械加工中占有非常重要的地位，但由于有一些技术问题尚未解决，至今仍是金属切削加工的“瓶颈”工序。在深孔加工中，常常发生钻头刀齿突然崩刃或断齿，即钻头破损，其结果是工件孔表面损伤，钻杆扭弯、断裂，甚至机床被损坏。破损是深孔钻最主要的损坏形式，其破损耐用度主要取决于刀刃受冲击的次数和力度，即深孔钻削稳定性，特别是入钻和出钻的稳定性。根据实际应用情况统计，近80%的钻头早期破损都发生在入钻或出钻时。因此，深孔钻削稳定性将直接影响钻头耐用度和钻孔质量。现有的深孔钻有深孔麻花钻、枪钻、单刃内排屑深孔钻和多刃错齿内排屑深孔钻等。其中多刃错齿内排屑深孔钻以其分屑可靠，切削力平衡，刀齿可分别选配材料等优点，成为目前国内外应用最广的一种深孔钻，本文就基于此种钻头进行研究。
图1 深孔钻削过程中的扭矩变化
1 钻削稳定性的影响因素
影响钻削稳定性的因素很多，追根究底是由切削力变化而产生的。因此，这里主要分析切削力变化对切削稳定性的影响，并从导向套与钻头间隙、钻尖高度和导向块布置方面加以论证。
钻削过程中切削力变化的影响
通过试验测得，用58.4钻头钻削40CrNiMo5材料，切削扭矩变化如图1所示，可分为五个阶段。
在导向套引导下，各切削刃依次切入工件，切削扭矩迅速增大。这时，切削合力使钻头上导向块紧贴导向套孔壁，起导向作用，见图1中的OA段。
钻头所有刀齿切入工件后，切削扭矩达到最大。由于导向块端部与钻头外刃刀尖之间的轴向位置之差，导向块仍然停留在导向套内，这时扭矩不会发生明显变化，见图1中的AB段，这段距离亦称为导向块滞后量。
导向块进入工件后，与孔壁发生摩擦、挤压。这时扭矩会突然增大，随着导向块全部进入，钻头定心作用加强，钻削趋于平稳，扭矩逐渐地减小，见图1中的BC段。
钻头在已加工表面上稳定导向，切削扭矩没有明显的波动，进入稳定钻削阶段，见图1中的CD段。
工件快被钻透时，中心处发生塑性变形，钻头中心齿及部分中间齿不起切削作用，只有外齿和部分中间齿在切除残余部分，因而形成“切削帽”。此时能量瞬时释放，切削扭矩一下降低趋于零，见图1中的DE段。
由此可知，钻头的入钻使切削扭矩骤然产生，钻头的出钻使切削扭矩骤然消失，其变化幅度之大，足以影响工件加工质量和钻头耐用度，是钻削稳定性的主要影响因素。
导向套与钻头间隙的影响
为了正确引导钻头入钻，通常采用在工件上加工出引导孔或采用导向套的方法，前者用于单件加工，后者用于批量生产。入钻误差由钻头与导向套(引导孔)之间的间隙造成，并随轴向力的增大而加大。导向套与钻头间隙对入钻误差的影响如图2所示。在钻削开始时，径向力将钻头导向块压向导向套孔壁，由于两者之间有间隙，钻头中心相对工件回转中心发生偏移(见图2a)，这时钻出的孔径小于钻头直径。当导向块开始进入已加工孔时，在直径略小的孔壁作用下，将外刃向外挤，使钻头中心相对工件回转中心向相反方向偏移(见图2b)，使孔径扩大，并且与导向孔壁挤压摩擦，使钻削扭矩迅速增大，这一过程与图1中的BC段相对应。往往此时钻头突然发生抖动，钻头容易发生破损。随着导向块逐渐进入，定心作用加强，加工孔径也趋于稳定(见图2c)。这样在工件入口处产生一个喇叭口，大端尺寸约等于导向套的内径，长度约等于导向块长度。间隙越大，喇叭口也越大，入钻容易钻偏，出钻偏斜更大，钻削过程振动剧烈；间隙过小，容易发生夹钻，造成刀具破损。由此可见，导向套与钻头的间隙也是钻削稳定性的主要影响因素之一。
轴向力将会加大入钻时的误差，影响钻削稳定性。根据材料力学理论，以纵横弯曲简支梁的力学模型对深孔钻削入钻过程进行研究。在建立力学方程后，可推导出轴向力对钻头作用时钻杆挠度转角的放大系数X(u)，该系数越大，挠度转角也越大，即
X(u)=3(tgu-u)/u u=0.5L(Fx/EI)½
式中：L——钻杆长度
Fx——轴向力
E——弹性模量
I——惯性矩
式中E、I为常量，X(u)只与钻杆长度L和轴向力Fx有关，L，Fx增大，X(u)相应增大。在入钻时，轴向力Fx从零增加到最大，放大系数 X(u)也不断增加，钻杆挠度转角亦不断地被放大，当切削刃全部切入时，转角达到最大。由于钻头与导向块之间有间隙，钻头相对于工件端面发生倾斜，这就相当于在斜面上钻孔(见图2d)，入钻发生偏斜，钻头与钻杆绕着工件回转中心转动，产生周期振动，容易使钻头破损，使工件表面产生螺旋沟槽，并随着钻孔深度的增加而加大。
图2 导向套与钻头间隙的影响
钻尖高度的影响
钻尖高度是指钻头的钻尖点到导向块前端的轴向距离，见图3中的h。钻尖高度越大，入钻和出钻的时间就越长，不稳定钻削时间也越长。由于位于钻尖的中心齿切削速度较低，切削力大，挤压摩擦严重，卷屑、断屑困难，定心、导向较差。入钻时“单枪匹马”，摇摇晃晃，容易断齿或崩刃。出钻时不易形成“切削帽”，钻尖首先钻穿工件，失去孔底的反锥尖定心(见图4)，钻削力突然失去平衡，钻头晃动突然加剧，非常容易崩刃(特别是外齿)。因此钻尖的高低直接影响钻削稳定性、钻头耐用度和钻孔精度。
1.中心齿(YG8) 2.中间平齿(YT798) 3.外齿(YT798) 4.导向块(YT798) 5.中间尖齿(YT798) 6.减振块(YT798)
图3 尖齿内折线刃深孔钻
1.定心反锥 2.定心环形凸筋
图4 孔底的形状
导向块位置的影响
深孔钻利用外齿副刃和两个导向块三点定圆自行导向进行切削。导向块必须始终保持与已加工孔壁接触，并有一定的压力存在，才能保证加工过程的稳定性。目前，常采用静力学中“稳定度”的概念作为合理布置导向块位置的理论依据。稳定度在这里是指以所要考察的那个导向块作为支点，使非考察的那个导向块压向孔壁的力矩与使非考察的那个导向块脱离孔壁的力矩的比值。这样一个钻头就有两个稳定度，对于整个钻头的稳定度，应该把两者中最小的作为该钻头的稳定度S，S值越大，钻削稳定性越好，即
S＞1时，钻头处于稳定状态；
S=1时，钻头处于临界状态；
S＜1时，钻头处于不稳定状态。
2 提高钻削稳定性的途径
消除或减小前述各因素的影响即可提高钻削稳定性。本文仅从深孔钻结构改进方面进行了研究，设计了一种尖齿内折线刃深孔钻头，详见图3。与普通深孔钻相比主要进行了以下改进。
降低钻尖高度
降低钻尖高度，可通过加大偏心量、将中心齿的内刃磨成两条折线刃来实现。其特点是：可以有效地降低钻尖高度(见图3 中的钻尖由h′降低到h)，缩短入钻和出钻的时间。入钻时，中心齿和中间齿几乎同时切入工件(见图3中的Δh)，入钻后很快就可以进入正常切削状态；出钻时，切削帽减薄，各刀齿上刀削力几乎同时消失，有效地提高了入钻和出钻过程的钻削稳定性。另外，内折线刃还增大了中心齿的散热体积和钻尖强度。
改中间齿为尖齿
为了提高钻削稳定性，我们将中间齿设计为尖齿(见图3)。切削时，中间齿在孔底形成环形凸筋，与内折线刃在孔底形成的反锥(见图4)同时起到定心、稳定钻削的作用。
增加减振块
普通深孔钻大都采用两个导向块，与钻头外齿副刃基本上在180°内布置，稳定度S＞1，当切削力波动不大时，可以保证钻削过程稳定性。但是，由于作导向的已加工孔表面有圆度误差，以及工件材质不均，特别是入钻和出钻，难免在钻削过程中引起振动，尤其是扭振，使钻头以某一个导向块为支点转动。这种情况，普通深孔钻无法抑制。因此，我们在钻头体后端增设一减振块，布置在外齿刀刃上方与之成90°的位置，如图3所示。在正常切削时，切削合力指向两导向块之间，使导向块紧贴已加工孔壁，起导向作用，而减振块位于后端，刃磨有倒锥使与已加工孔壁有一定的间隙，不起作用；当钻削力失去平衡发生振动，产生偏离导向块方向的位移时，减振块才起作用，可以减振、消振，保护刀刃和提高加工孔的形状精度。
3 试验验证
试验条件
试验设备：C630改装深孔钻床。
试验钻头：Ø58.4尖齿内折线刃深孔钻头和Ø58.4普通深孔钻头各10支。
工件材料：40CrNiMo5 250HB～300HB。
切削用量：主轴转速n=230 r/min；进给量vf=0.03mm/r～0.15mm/r。
测量仪器：SD375动态分析仪、Y6D—3 A动态电阻应变仪、LZ3函数记录仪、测力传感器和位移传感器等。
试验方法
测量两种钻头切削力值，见表1。
表1 切削力对比试验数据
转速n
r/min
进给量vf
mm/r
新型钻头与普通钻头扭矩之比
%
新型钻头与普通钻头轴向力之比
%
230
0.03
85.9
84.3
230
0.08
83.5
76.7
230
0.15
78.3
78.6
测量瞬间轴向力变化情况。
测量两种钻头在钻削过程中钻杆的振幅，对比曲线如图5所示。
1.普通深孔钻 2.尖齿内折线刃深孔钻
图5 钻杆振幅对比曲线
测量两种钻头的钻削长度。
测量两种钻头的钻孔精度。
试验结果分析
由表1可以看出，随着进给量的增加，两种钻头的轴向力和扭矩相应增大。尖齿内折线刃深孔钻比普通深孔钻轴向力平均降低20.1%，扭矩平均降低17.4%，而且随着进给量增加，新型钻头切削力增加较为缓慢。
根据函数记录仪所记录下的轴向力瞬间变化情况，当进给量突然增大时，两种钻头的轴向力均呈周期性变化，但新型钻头的波峰值始终小于普通深孔钻，而且波动幅度也小于普通深孔钻，这说明尖齿内折线刃深孔钻的钻削稳定性优于普通深孔钻。产生这种效果的主要原因是中间齿是尖齿和有减振块，加强了定心作用。
图5是两种钻头钻削过程中钻杆振幅量的对比曲线。图中A、B、C点分别为中心齿、导向块、减振块钻入时钻杆的振幅量。显然，由于尖齿内折线刃深孔钻钻尖高度低、中间齿是尖齿，入钻和整个钻削过程的振动均小于普通深孔钻，而且在C点之后，即减振块进入工件后，钻头还有一个减振稳定过程，使钻削扭矩迅速减弱到正常水平，而普通深孔钻没有这一过程。出钻时，在D、E之间，普通深孔钻振动加剧，振幅增大，而新型钻头由于各刀齿高差小，几乎同时透钻，且又有减振块的保护，可以平稳出钻，钻杆振幅很小。
根据两种钻头钻削路程长度对比试验，由于尖齿内折线刃深孔钻钻削稳定性好，平均钻削路程长度达16.16m，高于普通深孔钻近一倍。
两种钻头钻孔精度比较，尖齿内折线刃深孔钻钻孔圆度误差比普通深孔钻小3µm左右，孔径误差小0.04mm，尺寸精度可达IT7级～IT8级。新型钻头钻孔表面质量好，加工表面光滑，无螺旋刀痕，表面粗糙度在Ra1.0～Ra3.2之间。
4 结论
深孔钻削稳定性直接影响深孔钻头的耐用度和钻孔质量。
深孔钻削稳定性主要受切削力变化影响，其次还取决于导向套与钻头间隙。
钻尖高度直接影响深孔钻削入钻和出钻的稳定性。
按钻削稳定性原则设计的尖齿内折线刃深孔钻，可以有效地提高深孔钻削的稳定性。经对比试验证明，钻削平稳，钻头耐用度和钻孔精度高，其设计思想可作为今后深孔钻合理设计的参考基础。
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- Apr 29 Sun 2007 20:54
如何用好加工中心刀具长度补偿功能www.tool-tool.com
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刀具长度补偿功能，是数控机床的一项重要功能，在准备功能中用G43、G44、G49表示，但是若使用得不好很容易造成撞车和废品事故。下面以加工中心为例，介绍生产实践中常用的几种刀具长度补偿方法。
1 刀具长度补偿功能的执行过程
典型的指令格式为G43 Z_H_；或G44 Z_H_。其中G43指令加补偿值，也叫正向补偿，即把编程的Z值加上H代码指定的偏值寄存器中预设的数值后作为CNC实际执行的Z坐标移动值。相应的，G44指令减去预设的补偿值，也叫负向补偿。
当指令G43时，实际执行的Z坐标值为Z’=Z_+(H_)；
当指令G44时，实际执行的Z坐标值为Z’=Z_-(H_)；
这个运算不受G90绝对值指令或G91增量值指令状态的影响。偏值寄存器中可预设正值或负值，因此有如下等同情况。
指令G43、H设正值等同于指令G44、H设负值的效果：
指令G43、H设负值等同于指令G44、H设正值的效果。
因此一般情况下，为避免指令输入或使用时失误，可根据操作者习惯采用两种方式：
只用指令G43，H设正值或负值：
H只设正值，用指令G43或G44。
以下介绍使用较多的第一种情况。
指令格式中Z值可以为0，但H0或H00将取消刀具长度补偿，与G49效果等同，因为0号偏值寄存器被NC永远置0。
一般情况下，为避免失误，通过设定参数使刀具长度补偿只对Z轴有效。例如当前指令为G43X_H_；时，X轴的移动并没有被补偿。
被补偿的偏置值由H后面的代码指定。例如H1设20.、H2设-30.，当指令“G43 Z100.H1；”时，Z轴将移动至120.处：而当指令“G43 Z100. H2；”时，Z轴将移动至70.处。
G43(G44)与G00、G01出现在一个程序段时，NC将首先执行G43(G44)。
可以在固定循环的程序段中指令G43(G44)，这时只能指令一个H代码，刀具长度补偿同时对Z值和R值有效。
在机床回参考点时，除非使用G27、G28、G30等指令，否则必须取消刀具长度补偿。为了安全，在一把刀加工结束或程序段结束时，都应取消刀具长度补偿。
现代数控机床基本上淘汰了纸带，用芯片存储程序和刀具长度补偿值，可以随时修改，但通过设置和修改补偿量避免和减少改动加工程序，避免和减少因此可能带 来的误改、改不全等事故发生也是很有意义的。有些数控机床在出厂时因为参数设定不当，造成存储保护开关只能禁止修改加工程序，这种情况是相当危险的。
2 利用刀具长度补偿功能简化编程
利用NC处理刀具长度补偿功能的原理，可以简化编程。在编制加工程序时，忽略不同刀具长度对编程数值的影响，可以只以一把假想长度的标准刀具进行编程， 这个假想长度也可以是0，以简化编程中不必要的计算，在正式加工前再把实际刀具长度与标准刀具长度的差值作为该刀具的长度补偿数值设置到其所使用的H代码 地址内。
试切时在零件或夹具上垂直于Z轴(平行于X、Y轴)的平面族内选择一个Z0平面，该平面是刀具长度补偿后编程的Z坐标0点。 一般以达到图纸尺寸的零件上的一个平面或台阶作为Z0平面，也叫对刀基准面。如果是切削毛坯，需先用一把铣刀通过试切建立这个平面。如下图所示，钻头 T1、镗刀T2、铣刀 T3是Z轴在机床零件点时的位置，标准刀具是前端抵至Z0平面的位置。
1.钻头T1 2.镗刀T2 3.铣刀T3 4.标准刀具 5.工件
对刀基准面示意图
根据用户购买机床时的实际配置，对刀有两种情况。
有机外对刀仪
一般以对刀仪供货时随机的校验棒作为标准刀具，把它装进主轴，.轴回到机床零点，然后以手动方式使标准刀具的前端(一般是钢球)抵至Z0平面，可以用塞尺确认。
把此时机床坐标系的Z轴值(负值)减去标准刀具的长度(正值)，注意是负值时得绝对值相加，把这个值(负值)设置为该工件坐标系的Z值。接着在对刀仪上测出所有加工刀具的长度，即主轴端面至刀尖的距离，然后把这些值(正值)分别作为每把刀的刀具长度补偿值。
直接把此时机床坐标系的Z轴值(负值)设置为该工件坐标系的Z值。接着在对刀仪上测出所有加工刀具与标准刀具的长度之差，比标准刀具长的记为正值，比标准刀具短的记为负值，然后把这些值分别作为每把刀的刀具长度补偿值。
没有机外对刀仪
没有对刀仪的用户，一般采用前述的指令G43、H只设负值的方式。分别把加工刀具装进主轴，Z轴回到机床零点，然后以手动方式使刀具的前端抵至Z0平 面。把此时机床坐标系的Z轴值(负值)直接作为每把刀的刀具长度补偿值。同时该工件坐标系的Z值永远置0。这种对刀过程，对大部分数控系统，在刀具偏置页 面下就可以显示当时的Z坐标值，可以直接把该值输入到补偿地址。应注意这时显示的Z坐标值一般是相对值，一定要切换到机床坐标系，否则很容易造成事故。
有的操作者用一个对刀块确认刀具的前端抵至Z0平面，这样在输入补偿值或输入工件坐标系Z值时换算对刀块的厚度，也容易因加减搞错和漏加漏减造成事故。
不同刀具的对刀点
根据使用经验，为使程序调整简单，钻头、铣刀、镗刀等刀具以刀尖对刀。但是对倒角刀具，比如锪钻、倒角镗刀、倒角立铣刀等以被倒角的孔口接触刀刃作为对刀点，这样可以简化倒角角度与Z轴进给长度的换算。
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1 刀具长度补偿功能的执行过程
典型的指令格式为G43 Z_H_；或G44 Z_H_。其中G43指令加补偿值，也叫正向补偿，即把编程的Z值加上H代码指定的偏值寄存器中预设的数值后作为CNC实际执行的Z坐标移动值。相应的，G44指令减去预设的补偿值，也叫负向补偿。
当指令G43时，实际执行的Z坐标值为Z’=Z_+(H_)；
当指令G44时，实际执行的Z坐标值为Z’=Z_-(H_)；
这个运算不受G90绝对值指令或G91增量值指令状态的影响。偏值寄存器中可预设正值或负值，因此有如下等同情况。
指令G43、H设正值等同于指令G44、H设负值的效果：
指令G43、H设负值等同于指令G44、H设正值的效果。
因此一般情况下，为避免指令输入或使用时失误，可根据操作者习惯采用两种方式：
只用指令G43，H设正值或负值：
H只设正值，用指令G43或G44。
以下介绍使用较多的第一种情况。
指令格式中Z值可以为0，但H0或H00将取消刀具长度补偿，与G49效果等同，因为0号偏值寄存器被NC永远置0。
一般情况下，为避免失误，通过设定参数使刀具长度补偿只对Z轴有效。例如当前指令为G43X_H_；时，X轴的移动并没有被补偿。
被补偿的偏置值由H后面的代码指定。例如H1设20.、H2设-30.，当指令“G43 Z100.H1；”时，Z轴将移动至120.处：而当指令“G43 Z100. H2；”时，Z轴将移动至70.处。
G43(G44)与G00、G01出现在一个程序段时，NC将首先执行G43(G44)。
可以在固定循环的程序段中指令G43(G44)，这时只能指令一个H代码，刀具长度补偿同时对Z值和R值有效。
在机床回参考点时，除非使用G27、G28、G30等指令，否则必须取消刀具长度补偿。为了安全，在一把刀加工结束或程序段结束时，都应取消刀具长度补偿。
现代数控机床基本上淘汰了纸带，用芯片存储程序和刀具长度补偿值，可以随时修改，但通过设置和修改补偿量避免和减少改动加工程序，避免和减少因此可能带 来的误改、改不全等事故发生也是很有意义的。有些数控机床在出厂时因为参数设定不当，造成存储保护开关只能禁止修改加工程序，这种情况是相当危险的。
2 利用刀具长度补偿功能简化编程
利用NC处理刀具长度补偿功能的原理，可以简化编程。在编制加工程序时，忽略不同刀具长度对编程数值的影响，可以只以一把假想长度的标准刀具进行编程， 这个假想长度也可以是0，以简化编程中不必要的计算，在正式加工前再把实际刀具长度与标准刀具长度的差值作为该刀具的长度补偿数值设置到其所使用的H代码 地址内。
试切时在零件或夹具上垂直于Z轴(平行于X、Y轴)的平面族内选择一个Z0平面，该平面是刀具长度补偿后编程的Z坐标0点。 一般以达到图纸尺寸的零件上的一个平面或台阶作为Z0平面，也叫对刀基准面。如果是切削毛坯，需先用一把铣刀通过试切建立这个平面。如下图所示，钻头 T1、镗刀T2、铣刀 T3是Z轴在机床零件点时的位置，标准刀具是前端抵至Z0平面的位置。
1.钻头T1 2.镗刀T2 3.铣刀T3 4.标准刀具 5.工件
对刀基准面示意图
根据用户购买机床时的实际配置，对刀有两种情况。
有机外对刀仪
一般以对刀仪供货时随机的校验棒作为标准刀具，把它装进主轴，.轴回到机床零点，然后以手动方式使标准刀具的前端(一般是钢球)抵至Z0平面，可以用塞尺确认。
把此时机床坐标系的Z轴值(负值)减去标准刀具的长度(正值)，注意是负值时得绝对值相加，把这个值(负值)设置为该工件坐标系的Z值。接着在对刀仪上测出所有加工刀具的长度，即主轴端面至刀尖的距离，然后把这些值(正值)分别作为每把刀的刀具长度补偿值。
直接把此时机床坐标系的Z轴值(负值)设置为该工件坐标系的Z值。接着在对刀仪上测出所有加工刀具与标准刀具的长度之差，比标准刀具长的记为正值，比标准刀具短的记为负值，然后把这些值分别作为每把刀的刀具长度补偿值。
没有机外对刀仪
没有对刀仪的用户，一般采用前述的指令G43、H只设负值的方式。分别把加工刀具装进主轴，Z轴回到机床零点，然后以手动方式使刀具的前端抵至Z0平 面。把此时机床坐标系的Z轴值(负值)直接作为每把刀的刀具长度补偿值。同时该工件坐标系的Z值永远置0。这种对刀过程，对大部分数控系统，在刀具偏置页 面下就可以显示当时的Z坐标值，可以直接把该值输入到补偿地址。应注意这时显示的Z坐标值一般是相对值，一定要切换到机床坐标系，否则很容易造成事故。
有的操作者用一个对刀块确认刀具的前端抵至Z0平面，这样在输入补偿值或输入工件坐标系Z值时换算对刀块的厚度，也容易因加减搞错和漏加漏减造成事故。
不同刀具的对刀点
根据使用经验，为使程序调整简单，钻头、铣刀、镗刀等刀具以刀尖对刀。但是对倒角刀具，比如锪钻、倒角镗刀、倒角立铣刀等以被倒角的孔口接触刀刃作为对刀点，这样可以简化倒角角度与Z轴进给长度的换算。
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- Apr 29 Sun 2007 13:42
水喷射加工www.tool-tool.com
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水喷射加工系统及其应用技术
1. 加工装置
它基本上由下列5部分组成，其结构示意图如图1所示。
1）超高压水射流发生器
它包括盛液箱、使脉动的液压趋于平稳的储液罐、液压泵、增压器、液压站和调节压力的控制器。
2）磨料混合和液流处理
它包括磨料仓、磨料与高压水的混合器、涡旋分离式磨料过滤器、以及喷射加工后回流液中杂质和油脂的清滤装置。根据磨料与超高压水混合时的部位不同分为：
a. 在喷嘴前已混合好的前混式。
b. 利用高速水流的负压效应在喷嘴旁路吸入磨料进行混合的后混式。
两者性能对比见表1。
表 1 磨料液采用前混式和后混式的性能对比
3）喷嘴
喷射的材料及工作条件如表2所示。采用金刚石喷嘴的寿命一般约200h。
表 2 喷嘴材料及其工作条件
4）数控的三维切割机床
具有三轴联动功能，一般其定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤±0.05mm。
5）外围设备
包括成型切割加工的CAD/CAM系统和全封闭防护罩等。
2．工艺参数
水喷射加工不同的工件材料和工件厚度时，为获得高的效率和加工精度要注意以下几个参数：
1）水束直径五末束直径的波动；
2）喷射流的压力；
3）喷射流的流速；
4）磨料流速，它决定了喷射流中的磨料含量和磨料的耗量。过高或过低的磨料含量将使切割速度降低；
5）磨料类型，通常在射流中加入氧化物系刚玉类磨料以改善加工性能和提高材料去除率。在切割薄的和软的金属以及非金属时，可使用甘油、长链聚合物或聚乙烯作磨料。
常用的工艺参数见表3。
表 3 水喷射加工的工艺参数
切削石材和玻璃的切缝宽度约0.5mm，切出表面的粗糙度Ra12.5μm，切割精度达±0.05mm。
切割效率（通常以切割速度表示）与压力成正比，与板的厚度成反比，图2为切割聚苯乙烯材料时，在不同切割速度下加工深度与水喷射压力之关系。
一些典型材料的水喷射切割效率如表4所示。
表 4 水喷射加工不同材料的工艺参数和切割效率
水射流切一割过程时，如高速液流束中混入空气则会产生相当大的噪声，对此，可采取加入适当添加剂以减少泡沫的形成，或者采用合适的操作角度均可降低噪声。
3．提高水喷射加工精度的控制技术
水喷射加上精度主要有轮廓形状精度及切缝（或孔径）的尺寸精度。对于前者应设法减少跟踪误差，可通过采用带有前馈控制和速度变化前瞻控制的数控补偿软件以及合理的工艺参数以减少切割拐角处的喷射偏离，获得良好的轮廓和切口形状。对于后者，如有高的孔径精度要求时，需进一步应用智能化控制技术，其中神经网络技术是一个有效的措施。
例如在钢质缸体壁上加工不同直径的斜孔时，采用水喷射加工可以方便地调整空间喷射角度，且不存在钻头折断的危险，故无疑地是一种最佳的工艺方法。但是要获得0.01mm的孔径精度，就要求在穿透缸壁的瞬间关闭液流束。如靠操作者的听觉来判断不仅辛劳且易失误，而应用可编程控制器（PLC）对加工时间控制，则由于工件材料成分、液流束压力和液流中的磨料浓度在一定范围内变动也存在着困难。故需要通过孔壁穿透时的反馈信号来控制喷射过程的工作参数，才能取得稳定的效果。
水喷射加工在穿透孔壁时的特征信息是声音的变化，但用传统的频分析方法，不仅数字处理较费时，且由于环境的变化改变了声学背景而引起识别穿透特征的模型变化。因此需采用基于人工神经元的神经网络模式识别器，它具有快速自学习、建模和智能化判断识别的能力。神经网络是由各个神经元按一定的处理目标互相联接而成。在其输人的联接间设置不同的且能自适应调整的权重Wi。输出Y与输入Xi间为非线性关系，式中θ为神经元的阈值（图3a）。对于一些复杂的模式识别和逻辑运算则需组成多层拓扑结构的神经网络，实现信息的分布存储和并行处理。
水喷射的噪声频谱模式识别器是一个在单层网络基础上加入一层隐含层的双层人工神经网络（图3b）。根据孔的水喷射加工过程噪声的不同的振幅、频率和相位特性，可区分为下列4种声谱模式：
1）切入阶段的冲击声声谱；
2）中段稳定切削阶段的声谱；
3）穿透阶段的声谱；
4）贯通阶段的声谱。
这些声谱样本可通过快速富里哀分析仪进行采集并转换成数字信号存储于神经网络中。当实际工作时，若输入信息与已存储的4个样本之一相符时，即自动控制PLC调整到相应于该阶段的优化工作参数。
即使一旦声环境发生变化，使输入信息与存储的样本不符，当输出误差超过允许值时，会产生控制信息，使神经网络的权重值Wi自动调整至最佳状态，又可恢复精确的作业控制。这种自学习的训练过程相当迅速，一般＜30min。
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水喷射加工系统及其应用技术
1. 加工装置
它基本上由下列5部分组成，其结构示意图如图1所示。
1）超高压水射流发生器
它包括盛液箱、使脉动的液压趋于平稳的储液罐、液压泵、增压器、液压站和调节压力的控制器。
2）磨料混合和液流处理
它包括磨料仓、磨料与高压水的混合器、涡旋分离式磨料过滤器、以及喷射加工后回流液中杂质和油脂的清滤装置。根据磨料与超高压水混合时的部位不同分为：
a. 在喷嘴前已混合好的前混式。
b. 利用高速水流的负压效应在喷嘴旁路吸入磨料进行混合的后混式。
两者性能对比见表1。
表 1 磨料液采用前混式和后混式的性能对比
3）喷嘴
喷射的材料及工作条件如表2所示。采用金刚石喷嘴的寿命一般约200h。
表 2 喷嘴材料及其工作条件
4）数控的三维切割机床
具有三轴联动功能，一般其定位精度≤0.2mm，重复定位精度≤±0.05mm。
5）外围设备
包括成型切割加工的CAD/CAM系统和全封闭防护罩等。
2．工艺参数
水喷射加工不同的工件材料和工件厚度时，为获得高的效率和加工精度要注意以下几个参数：
1）水束直径五末束直径的波动；
2）喷射流的压力；
3）喷射流的流速；
4）磨料流速，它决定了喷射流中的磨料含量和磨料的耗量。过高或过低的磨料含量将使切割速度降低；
5）磨料类型，通常在射流中加入氧化物系刚玉类磨料以改善加工性能和提高材料去除率。在切割薄的和软的金属以及非金属时，可使用甘油、长链聚合物或聚乙烯作磨料。
常用的工艺参数见表3。
表 3 水喷射加工的工艺参数
切削石材和玻璃的切缝宽度约0.5mm，切出表面的粗糙度Ra12.5μm，切割精度达±0.05mm。
切割效率（通常以切割速度表示）与压力成正比，与板的厚度成反比，图2为切割聚苯乙烯材料时，在不同切割速度下加工深度与水喷射压力之关系。
一些典型材料的水喷射切割效率如表4所示。
表 4 水喷射加工不同材料的工艺参数和切割效率
水射流切一割过程时，如高速液流束中混入空气则会产生相当大的噪声，对此，可采取加入适当添加剂以减少泡沫的形成，或者采用合适的操作角度均可降低噪声。
3．提高水喷射加工精度的控制技术
水喷射加上精度主要有轮廓形状精度及切缝（或孔径）的尺寸精度。对于前者应设法减少跟踪误差，可通过采用带有前馈控制和速度变化前瞻控制的数控补偿软件以及合理的工艺参数以减少切割拐角处的喷射偏离，获得良好的轮廓和切口形状。对于后者，如有高的孔径精度要求时，需进一步应用智能化控制技术，其中神经网络技术是一个有效的措施。
例如在钢质缸体壁上加工不同直径的斜孔时，采用水喷射加工可以方便地调整空间喷射角度，且不存在钻头折断的危险，故无疑地是一种最佳的工艺方法。但是要获得0.01mm的孔径精度，就要求在穿透缸壁的瞬间关闭液流束。如靠操作者的听觉来判断不仅辛劳且易失误，而应用可编程控制器（PLC）对加工时间控制，则由于工件材料成分、液流束压力和液流中的磨料浓度在一定范围内变动也存在着困难。故需要通过孔壁穿透时的反馈信号来控制喷射过程的工作参数，才能取得稳定的效果。
水喷射加工在穿透孔壁时的特征信息是声音的变化，但用传统的频分析方法，不仅数字处理较费时，且由于环境的变化改变了声学背景而引起识别穿透特征的模型变化。因此需采用基于人工神经元的神经网络模式识别器，它具有快速自学习、建模和智能化判断识别的能力。神经网络是由各个神经元按一定的处理目标互相联接而成。在其输人的联接间设置不同的且能自适应调整的权重Wi。输出Y与输入Xi间为非线性关系，式中θ为神经元的阈值（图3a）。对于一些复杂的模式识别和逻辑运算则需组成多层拓扑结构的神经网络，实现信息的分布存储和并行处理。
水喷射的噪声频谱模式识别器是一个在单层网络基础上加入一层隐含层的双层人工神经网络（图3b）。根据孔的水喷射加工过程噪声的不同的振幅、频率和相位特性，可区分为下列4种声谱模式：
1）切入阶段的冲击声声谱；
2）中段稳定切削阶段的声谱；
3）穿透阶段的声谱；
4）贯通阶段的声谱。
这些声谱样本可通过快速富里哀分析仪进行采集并转换成数字信号存储于神经网络中。当实际工作时，若输入信息与已存储的4个样本之一相符时，即自动控制PLC调整到相应于该阶段的优化工作参数。
即使一旦声环境发生变化，使输入信息与存储的样本不符，当输出误差超过允许值时，会产生控制信息，使神经网络的权重值Wi自动调整至最佳状态，又可恢复精确的作业控制。这种自学习的训练过程相当迅速，一般＜30min。
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- Apr 29 Sun 2007 13:32
磨削加工与表面淬火集成制造技术www.tool-tool.com
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1 引言
许多钢质零件需进行表面淬火处理以改善零件材料性能，提高零件的耐磨性及疲劳强度。与完全淬硬热处理相比，表面淬硬处理的优点是零件的整体韧性好。然 而，不管采用何种热处理工艺都需要对零件进行运输、储存、清洗等操作，不可能将其集成到产品的机械加工生产线上，因此，将使产品生产周期加长，成本提高。 磨削加工是一种常见的金属加工方式，被广泛应用于机械加工领域，通过磨削加工可得到满意的尺寸精度、形状精度和表面质量。但磨削加工中磨削热的扩散及控 制，一直是该领域的重要研究课题，若工艺条件不当，磨削热将影响已加工工件的表面质量，特别是加工淬硬钢时，还可能引起加工表面的热损伤。1994 年，德国的Brinksmeier.E和Brockhoff.T首次提出了关于在磨削加工中利用磨削热对钢件表面进行淬火处理的新工艺，并于1996年、 1999年进一步阐述了这一新工艺在工业中应用的可行性及相关试验研究结果。2000年，澳大利亚的Zhang.L和Zarudi.I申请了关于磨削加工 和表面淬火集成工艺的专利。可见，在材料去除加工的同时对工件表面进行淬硬处理的方法具有潜在的发展前景。
在大多数情况下，磨削加工 产生的热量被认为是一个消极因素，应采用冷却剂及选择合适的磨削条件抑制其不良影响。目前的热处理和磨削工艺存在两个主要缺点：① 目前虽有多种表面淬硬热处理工艺，但都很难集成到产品生产线上；② 零件在表面热处理后需进行磨削加工，而磨削热和机械作用可能对已淬硬材料造成损伤。这两个问题促使人们考虑如何利用磨削加工中的热量和机械作用直接对零件 表面进行淬硬，即磨削淬硬。
由于磨削加工在工业中应用广泛，基于材料去除及切屑形成原理的磨削功率转换为磨削热能的机理已得到深入研 究。在一定的磨削条件下，磨削热主要通过工件扩散，使工件表面产生高温，这种热载荷与磨粒和工件表面之间的机械载荷叠加，将使工件表面产生裂纹、回火等， 这种现象在磨削加工领域已得到公认并被深入研究。在磨削加工中，当工件表层材料被磨削热加热到一定温度时将会产生相变。已提出的许多磨削热分析模型能够计 算进入工件的热量比率及产生的温升，并对理论模型进行了相应的工艺验证。以往进行热分析研究的主要目的是得出磨削加工淬硬钢时工件温升及材料相变情况，尽 量避免发生磨削热导致的热损伤现象。虽然过去也曾出现过磨削淬硬概念，但那是磨削加工过程中派生的无目的的材料表面硬化现象。近年来，许多基础性研究则是 企图主动有效地控制磨削工艺条件，利用磨削热对工件表面进行热处理，以改善工件表层材料性能。Brinksmeier.E和Brockhoff.T针对磨 削加工退火的过共析钢和亚共析钢的早期研究工作证明，利用磨削热可以得到马氏体硬化层，硬化层深度达0.25µm。从此，为使磨削淬硬工艺投入工业应用， 人们进行了许多理论和试验研究，本文主要概述目前的部分研究结果。
2 基本理论
为得到满意的磨削淬硬结果，需在 磨削加工时产生大量磨削热及获得最佳热量扩散分配比，因此磨削淬硬工艺不宜使用冷却润滑液。但当工件体积太小，不足以满足自身淬火功能要求时，可使用冷却 液帮助实现工件淬火。另外，冷却液可用于冷却砂轮和清洗磨削淬硬后的加工面。磨削淬硬工艺适用于各种廓形的磨削加工，为便于分析，以平面磨削淬硬工艺为例 进行阐述。为评价磨削淬硬的效果，需测量磨削淬硬后试件横截面硬度层深度，并根据测量的切向力Ft计算单位切削功率Pc及进入工件的单位能量ec。
Pc=(FtVc)/(aplg) (1)
ec=RPctc (2)
式中：Vc——切削速度
lg——接触长度
ap——砂轮宽度
R——热量分配比
tc——接触时间
3 磨削淬硬技术的工艺性能
切削深度
在平面磨削中，如进给速度不变，则材料去除率和切屑等效厚度与切削深度ae成正比，增加切深通常会使切削力增大。用刚玉砂轮磨削40CrMnMo钢(切 削速度：Vc=35m/s，进给速度Vft=0.5m/min ，无切削液)的试验及理论计算结果表明，随着切削深度的增加，切向力增大，但单位切削功率却减小。显然，接触长度增加的影响超过了切削力增大的影响，因此 单位切削功率不适合于描述磨削加工工件表面的淬硬结果。在切深ae=1mm时，进入工件的单位能量达到最大(ec=150J/mm2，由于切削深度的增加 使热作用时间加长，虽然单位切削功率降低，但单位能量稳定增加，所以随着切削深度的增加，进入工件表面的能量也相应增加。因此在切深ae=1mm时，硬度 层深度可达1.8mm。
X射线分析表明，磨削淬硬零件的淬硬表层存在残余压应力。磨削已淬硬钢时，热影响以及由此引起的相变(马氏体 转化为珠光体)将引起残余拉应力。而磨削淬硬工艺中的相变(珠光体转化为马氏体)将产生残余压应力，砂轮的机械作用也会在工件表面形成残余压应力。珠光体 转化为马氏体是磨削淬硬过程中形成残余应力的主要机制。在淬硬层以下会检测到残余拉应力，通常磨削淬硬后的残余应力分布类似于表面感应淬火后的残余应力分 布。
进给速度
增大进给速度Vft通常会使磨削力增大，在磨削淬硬工艺中也是如此。为分析进给速度对磨削淬硬工艺 的影响，用刚玉砂轮对40CrMnMo钢进行了磨削试验研究(切削速度：Vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，无切削液)。由式(1)可知， 在其它参数不变的条件下，切向磨削力的增大会使功率消耗增大。在进给速度Vft=5m/min 时，单位切削功率Pc=160W/mm2。虽然磨削功率有所增加，但进入工件的单位能量计算结果却显示出完全相反的现象。进给速度从Vft= 0.01m/min增加到Vft=5.0m/min时，单位能量的计算结果由ec=1150J/mm2骤减至25J/mm2。单位能量的降低是接触时间减 少引起的，进给速度提高，砂轮(等效于热源)和工件表面固定点的接触时间变小，因此进入工件表面的热量也相应减少。当进给速度很低时，传递能量很高，但由 于提供的切削功率较低，使淬硬层的深度减小；当进给速度很高时，磨削功率增加，但由于接触时间减少，进入工件的能量降低，使淬硬层的深度也减小。试验结果 表明，最大淬硬层深度出现于进给速度的中间阶段，当进给速度很高或很低时，都难以得到满意的淬硬结果。
切削速度
当切削速度Vc增大时，可使切削力减小，这是因为在切深和进给速度不变的条件下，切削速度增大将使每粒切屑的厚度减小。在这种情况下，单位切削功率和进入 工件的单位能量都将降低。但试验结果表明，切削速度对磨削淬硬工艺的影响相当复杂。提高切削速度，可在一部分区域内降低切削功率，而在其它范围情况却相 反。由式(1)可知，当切削力保持不变时，增大切削速度将使单位切削功率提高。另一方面，切削力的增大或减小与切削速度和其它影响参数(如砂轮规格等)有 关。因此，在切削速度与淬硬结果之间没有普遍的对应关系。
材料的影响
随着温度的变化，钢材中a-、g-混合晶体 呈现出对碳的不同溶解能力，据此即可对钢的性能进行调节。淬硬机理是基于特定冷却速率和奥氏体晶格向马氏体晶格切变特性的马氏体→奥氏体相变，热处理效果 主要取决于材料中碳和合金元素的含量及其预处理情况，在这方面磨削淬硬工艺与传统热处理工艺的影响因素相同。用刚玉砂轮对40CrMnMo和GCr15钢 进行磨削试验(切削速度Vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，进给速度Vft=0.5m/min ，材料去除率VW=60mm3，无切削液)，结果表明，经回火处理的材料能得到比退火处理材料更大的淬硬层深度，其原因是回火材料碳化物分布较细。但退火 材料也可以进行磨削淬硬。
砂轮的影响
砂轮规格对磨削加工中的热扩散有重要影响。为使尽可能多的热量流入工件，可 以选用刚玉砂轮，因刚玉砂轮的热传导能力低于CBN砂轮。使用树脂结合剂和陶瓷结合剂刚玉砂轮的磨削试验(被加工材料为40crMnMo，Vc= 35m/min，ae=0.1mm，Vft=0.5m/min，VW=60mm3，无切削液)结果表明，虽然陶瓷结合剂刚玉砂轮硬度很高，并具有低热传导 能力和高耐热特性，但陶瓷结合剂刚玉砂轮得到的淬硬层深度比树脂结合剂刚玉砂轮小得多。进一步分析砂轮的特性可知，陶瓷结合剂砂轮不能承受高机械载荷，而 且磨损迅速。尽管树脂结合剂刚玉砂轮的耐热性较差，但却能得到最佳的淬硬效果。
工艺稳定性
一种新工艺的应用前提 是应保证其具有良好的工艺稳定性和结果再现性。为考察磨削淬硬工艺的结果再现性，研究人员在相同条件下对10个试件进行了磨削淬硬试验，其结果再现性令人 满意。为考察磨削淬硬工艺的工艺稳定性，德国的Pfeifer.T在工艺条件不变的前提下进行了50次磨削淬硬试验，定义磨削淬硬层深度的下限为 0.85mm，上限为1.2mm，计算得出的工艺稳定性指数cp=1.27，cpk= 1.03，由于两个指数均大于1，表明磨削淬硬工艺是可行的和可控制的。磨削淬硬工艺结果按高斯分布且在公差之内，说明磨削淬硬工艺具有满意的工艺稳定 性。但对砂轮规格等影响因素尚需做进一步的研究。
磨削淬硬表面的耐磨性
从淬硬表面的硬度和残余应力分布来看，磨 削淬硬加工完全能满足工艺要求，但还应对磨削淬硬零件的使用性能进行评价。为此，对磨削淬硬零件进行了摩擦学试验以确定其耐磨性。试验采用刚玉球与圆盘对 磨，试验中不加任何润滑剂，观察磨削淬硬钢盘相对非淬硬钢盘的耐磨性改善情况。试验表明，非淬硬钢盘表面的快速磨损明显，加载后仅30分钟磨损量已达 24µm；而30分钟后磨削淬硬钢盘表面的磨损量仍很小，仅有 4.5µm，可见磨削淬硬工艺使零件表面的耐磨性显著提高。因此，磨削淬硬将是感应淬火、火焰淬火和激光淬火较理想的替代工艺。
图1 典型零件的磨削淬硬工艺流程
4 磨削淬硬对产品工艺流程的影响
磨削淬硬技术不仅使表面热处理工艺集成到生产线成为可能，而且能方便地将其集成到机械加工过程中，这将减少生产工序，缩短加工周期，降低产品成本。因 此，磨削淬硬不仅在技术上能替代感应淬火或激光淬火，而且在经济上也能替代传统的表面强化工艺。图1是一些典型零件如主轴、导轨等采用磨削淬硬工艺对生产 周期的影响。
为引入磨削淬硬技术，在选择零件及生产工序时，要先进行技术评价和经济性评估。通过对液压马达配送盘及电机电枢轴两种零件的评估表明，采用磨削淬硬技术可节省费用10%－50%。
5 结论
磨削淬硬技术的特点是：①磨削淬硬分两个阶段：首先经过粗磨产生并利用磨削热淬火，然后再精磨以达到所需的尺寸和形状精度；②磨削淬硬是短时间内奥氏体 化的工件表层经自淬火向马氏体相变的现象；③冷却润滑剂会影响热量的产生，因此磨削淬硬时可采用干式磨削；④磨削淬硬使零件表面淬硬层存在残余压应力，表 面无裂纹。
目前的研究表明，低材料去除率的磨削淬硬技术的工艺稳定性在工业上是完全可以接受的。摩擦学试验证明，磨削淬硬能极大地改 善零件表面耐磨性。总之，磨削淬硬在技术上能替代感应淬火和激光淬火。由于磨削淬硬技术能增加产品生产的集成水平，缩短生产周期，减少热处理设备的排放 物；在加工过程中不采用磨削液，可减少废液排放对环境的影响，因此其经济效益和社会效益均非常显著。磨削淬硬技术的另一个优点是引入简便，不需太大投资， 只要经过试验确定最佳工艺参数，在任何普通磨床上均可实现。
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1 引言
许多钢质零件需进行表面淬火处理以改善零件材料性能，提高零件的耐磨性及疲劳强度。与完全淬硬热处理相比，表面淬硬处理的优点是零件的整体韧性好。然 而，不管采用何种热处理工艺都需要对零件进行运输、储存、清洗等操作，不可能将其集成到产品的机械加工生产线上，因此，将使产品生产周期加长，成本提高。 磨削加工是一种常见的金属加工方式，被广泛应用于机械加工领域，通过磨削加工可得到满意的尺寸精度、形状精度和表面质量。但磨削加工中磨削热的扩散及控 制，一直是该领域的重要研究课题，若工艺条件不当，磨削热将影响已加工工件的表面质量，特别是加工淬硬钢时，还可能引起加工表面的热损伤。1994 年，德国的Brinksmeier.E和Brockhoff.T首次提出了关于在磨削加工中利用磨削热对钢件表面进行淬火处理的新工艺，并于1996年、 1999年进一步阐述了这一新工艺在工业中应用的可行性及相关试验研究结果。2000年，澳大利亚的Zhang.L和Zarudi.I申请了关于磨削加工 和表面淬火集成工艺的专利。可见，在材料去除加工的同时对工件表面进行淬硬处理的方法具有潜在的发展前景。
在大多数情况下，磨削加工 产生的热量被认为是一个消极因素，应采用冷却剂及选择合适的磨削条件抑制其不良影响。目前的热处理和磨削工艺存在两个主要缺点：① 目前虽有多种表面淬硬热处理工艺，但都很难集成到产品生产线上；② 零件在表面热处理后需进行磨削加工，而磨削热和机械作用可能对已淬硬材料造成损伤。这两个问题促使人们考虑如何利用磨削加工中的热量和机械作用直接对零件 表面进行淬硬，即磨削淬硬。
由于磨削加工在工业中应用广泛，基于材料去除及切屑形成原理的磨削功率转换为磨削热能的机理已得到深入研 究。在一定的磨削条件下，磨削热主要通过工件扩散，使工件表面产生高温，这种热载荷与磨粒和工件表面之间的机械载荷叠加，将使工件表面产生裂纹、回火等， 这种现象在磨削加工领域已得到公认并被深入研究。在磨削加工中，当工件表层材料被磨削热加热到一定温度时将会产生相变。已提出的许多磨削热分析模型能够计 算进入工件的热量比率及产生的温升，并对理论模型进行了相应的工艺验证。以往进行热分析研究的主要目的是得出磨削加工淬硬钢时工件温升及材料相变情况，尽 量避免发生磨削热导致的热损伤现象。虽然过去也曾出现过磨削淬硬概念，但那是磨削加工过程中派生的无目的的材料表面硬化现象。近年来，许多基础性研究则是 企图主动有效地控制磨削工艺条件，利用磨削热对工件表面进行热处理，以改善工件表层材料性能。Brinksmeier.E和Brockhoff.T针对磨 削加工退火的过共析钢和亚共析钢的早期研究工作证明，利用磨削热可以得到马氏体硬化层，硬化层深度达0.25µm。从此，为使磨削淬硬工艺投入工业应用， 人们进行了许多理论和试验研究，本文主要概述目前的部分研究结果。
2 基本理论
为得到满意的磨削淬硬结果，需在 磨削加工时产生大量磨削热及获得最佳热量扩散分配比，因此磨削淬硬工艺不宜使用冷却润滑液。但当工件体积太小，不足以满足自身淬火功能要求时，可使用冷却 液帮助实现工件淬火。另外，冷却液可用于冷却砂轮和清洗磨削淬硬后的加工面。磨削淬硬工艺适用于各种廓形的磨削加工，为便于分析，以平面磨削淬硬工艺为例 进行阐述。为评价磨削淬硬的效果，需测量磨削淬硬后试件横截面硬度层深度，并根据测量的切向力Ft计算单位切削功率Pc及进入工件的单位能量ec。
Pc=(FtVc)/(aplg) (1)
ec=RPctc (2)
式中：Vc——切削速度
lg——接触长度
ap——砂轮宽度
R——热量分配比
tc——接触时间
3 磨削淬硬技术的工艺性能
切削深度
在平面磨削中，如进给速度不变，则材料去除率和切屑等效厚度与切削深度ae成正比，增加切深通常会使切削力增大。用刚玉砂轮磨削40CrMnMo钢(切 削速度：Vc=35m/s，进给速度Vft=0.5m/min ，无切削液)的试验及理论计算结果表明，随着切削深度的增加，切向力增大，但单位切削功率却减小。显然，接触长度增加的影响超过了切削力增大的影响，因此 单位切削功率不适合于描述磨削加工工件表面的淬硬结果。在切深ae=1mm时，进入工件的单位能量达到最大(ec=150J/mm2，由于切削深度的增加 使热作用时间加长，虽然单位切削功率降低，但单位能量稳定增加，所以随着切削深度的增加，进入工件表面的能量也相应增加。因此在切深ae=1mm时，硬度 层深度可达1.8mm。
X射线分析表明，磨削淬硬零件的淬硬表层存在残余压应力。磨削已淬硬钢时，热影响以及由此引起的相变(马氏体 转化为珠光体)将引起残余拉应力。而磨削淬硬工艺中的相变(珠光体转化为马氏体)将产生残余压应力，砂轮的机械作用也会在工件表面形成残余压应力。珠光体 转化为马氏体是磨削淬硬过程中形成残余应力的主要机制。在淬硬层以下会检测到残余拉应力，通常磨削淬硬后的残余应力分布类似于表面感应淬火后的残余应力分 布。
进给速度
增大进给速度Vft通常会使磨削力增大，在磨削淬硬工艺中也是如此。为分析进给速度对磨削淬硬工艺 的影响，用刚玉砂轮对40CrMnMo钢进行了磨削试验研究(切削速度：Vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，无切削液)。由式(1)可知， 在其它参数不变的条件下，切向磨削力的增大会使功率消耗增大。在进给速度Vft=5m/min 时，单位切削功率Pc=160W/mm2。虽然磨削功率有所增加，但进入工件的单位能量计算结果却显示出完全相反的现象。进给速度从Vft= 0.01m/min增加到Vft=5.0m/min时，单位能量的计算结果由ec=1150J/mm2骤减至25J/mm2。单位能量的降低是接触时间减 少引起的，进给速度提高，砂轮(等效于热源)和工件表面固定点的接触时间变小，因此进入工件表面的热量也相应减少。当进给速度很低时，传递能量很高，但由 于提供的切削功率较低，使淬硬层的深度减小；当进给速度很高时，磨削功率增加，但由于接触时间减少，进入工件的能量降低，使淬硬层的深度也减小。试验结果 表明，最大淬硬层深度出现于进给速度的中间阶段，当进给速度很高或很低时，都难以得到满意的淬硬结果。
切削速度
当切削速度Vc增大时，可使切削力减小，这是因为在切深和进给速度不变的条件下，切削速度增大将使每粒切屑的厚度减小。在这种情况下，单位切削功率和进入 工件的单位能量都将降低。但试验结果表明，切削速度对磨削淬硬工艺的影响相当复杂。提高切削速度，可在一部分区域内降低切削功率，而在其它范围情况却相 反。由式(1)可知，当切削力保持不变时，增大切削速度将使单位切削功率提高。另一方面，切削力的增大或减小与切削速度和其它影响参数(如砂轮规格等)有 关。因此，在切削速度与淬硬结果之间没有普遍的对应关系。
材料的影响
随着温度的变化，钢材中a-、g-混合晶体 呈现出对碳的不同溶解能力，据此即可对钢的性能进行调节。淬硬机理是基于特定冷却速率和奥氏体晶格向马氏体晶格切变特性的马氏体→奥氏体相变，热处理效果 主要取决于材料中碳和合金元素的含量及其预处理情况，在这方面磨削淬硬工艺与传统热处理工艺的影响因素相同。用刚玉砂轮对40CrMnMo和GCr15钢 进行磨削试验(切削速度Vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，进给速度Vft=0.5m/min ，材料去除率VW=60mm3，无切削液)，结果表明，经回火处理的材料能得到比退火处理材料更大的淬硬层深度，其原因是回火材料碳化物分布较细。但退火 材料也可以进行磨削淬硬。
砂轮的影响
砂轮规格对磨削加工中的热扩散有重要影响。为使尽可能多的热量流入工件，可 以选用刚玉砂轮，因刚玉砂轮的热传导能力低于CBN砂轮。使用树脂结合剂和陶瓷结合剂刚玉砂轮的磨削试验(被加工材料为40crMnMo，Vc= 35m/min，ae=0.1mm，Vft=0.5m/min，VW=60mm3，无切削液)结果表明，虽然陶瓷结合剂刚玉砂轮硬度很高，并具有低热传导 能力和高耐热特性，但陶瓷结合剂刚玉砂轮得到的淬硬层深度比树脂结合剂刚玉砂轮小得多。进一步分析砂轮的特性可知，陶瓷结合剂砂轮不能承受高机械载荷，而 且磨损迅速。尽管树脂结合剂刚玉砂轮的耐热性较差，但却能得到最佳的淬硬效果。
工艺稳定性
一种新工艺的应用前提 是应保证其具有良好的工艺稳定性和结果再现性。为考察磨削淬硬工艺的结果再现性，研究人员在相同条件下对10个试件进行了磨削淬硬试验，其结果再现性令人 满意。为考察磨削淬硬工艺的工艺稳定性，德国的Pfeifer.T在工艺条件不变的前提下进行了50次磨削淬硬试验，定义磨削淬硬层深度的下限为 0.85mm，上限为1.2mm，计算得出的工艺稳定性指数cp=1.27，cpk= 1.03，由于两个指数均大于1，表明磨削淬硬工艺是可行的和可控制的。磨削淬硬工艺结果按高斯分布且在公差之内，说明磨削淬硬工艺具有满意的工艺稳定 性。但对砂轮规格等影响因素尚需做进一步的研究。
磨削淬硬表面的耐磨性
从淬硬表面的硬度和残余应力分布来看，磨 削淬硬加工完全能满足工艺要求，但还应对磨削淬硬零件的使用性能进行评价。为此，对磨削淬硬零件进行了摩擦学试验以确定其耐磨性。试验采用刚玉球与圆盘对 磨，试验中不加任何润滑剂，观察磨削淬硬钢盘相对非淬硬钢盘的耐磨性改善情况。试验表明，非淬硬钢盘表面的快速磨损明显，加载后仅30分钟磨损量已达 24µm；而30分钟后磨削淬硬钢盘表面的磨损量仍很小，仅有 4.5µm，可见磨削淬硬工艺使零件表面的耐磨性显著提高。因此，磨削淬硬将是感应淬火、火焰淬火和激光淬火较理想的替代工艺。
图1 典型零件的磨削淬硬工艺流程
4 磨削淬硬对产品工艺流程的影响
磨削淬硬技术不仅使表面热处理工艺集成到生产线成为可能，而且能方便地将其集成到机械加工过程中，这将减少生产工序，缩短加工周期，降低产品成本。因 此，磨削淬硬不仅在技术上能替代感应淬火或激光淬火，而且在经济上也能替代传统的表面强化工艺。图1是一些典型零件如主轴、导轨等采用磨削淬硬工艺对生产 周期的影响。
为引入磨削淬硬技术，在选择零件及生产工序时，要先进行技术评价和经济性评估。通过对液压马达配送盘及电机电枢轴两种零件的评估表明，采用磨削淬硬技术可节省费用10%－50%。
5 结论
磨削淬硬技术的特点是：①磨削淬硬分两个阶段：首先经过粗磨产生并利用磨削热淬火，然后再精磨以达到所需的尺寸和形状精度；②磨削淬硬是短时间内奥氏体 化的工件表层经自淬火向马氏体相变的现象；③冷却润滑剂会影响热量的产生，因此磨削淬硬时可采用干式磨削；④磨削淬硬使零件表面淬硬层存在残余压应力，表 面无裂纹。
目前的研究表明，低材料去除率的磨削淬硬技术的工艺稳定性在工业上是完全可以接受的。摩擦学试验证明，磨削淬硬能极大地改 善零件表面耐磨性。总之，磨削淬硬在技术上能替代感应淬火和激光淬火。由于磨削淬硬技术能增加产品生产的集成水平，缩短生产周期，减少热处理设备的排放 物；在加工过程中不采用磨削液，可减少废液排放对环境的影响，因此其经济效益和社会效益均非常显著。磨削淬硬技术的另一个优点是引入简便，不需太大投资， 只要经过试验确定最佳工艺参数，在任何普通磨床上均可实现。
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飞机机翼整体壁板加工www.tool-tool.com
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随着飞机性能的不断提高，对飞机机翼的气动和结构要求越来越高，而且随着市场多元化的发展，进一步的降低制造成本，使产品更加有竞争力，使许多飞机制造商面临的主要问题。
在国内发展的一种新型飞机上，为了进一步的降低飞机的结构重量，减少装配工作量，采用了更新的飞机机翼整体壁板的设计思想。它集变厚度蒙皮、长珩、梳状接头、口盖、横向加强肋与一起，形成新型的飞机机翼整体壁板。
新型飞机机翼整体壁板结构特点
零件加工完成后的尺寸为 10880mm×640mm×64mm，宽度方向的弧形弓高为13mm，毛料重量：1.898吨，零件重量：221kg。因此其零件尺寸和加工前后重量的变化对加工控制的要求就是一个难点。
零件的协调要求高是一个难点。要求相邻的壁板两端面和15个加强肋的位置偏移不能超过0.5mm。理论外形面对装配型架的间隙不超过0.5mm。
零件加工过程中的变形控制要求在0.5mm以内。
由于T型筋与加强肋的纵横交错成网格状，使零件内部形成了底面为弧形、四周为变化角度的立筋、T型筋的凹槽和槽底面上设计的360多个台阶和下陷。
由于零件的材料利用率仅有11.6%，切削余量很大。
机翼整体结构复合壁板正面全图
机翼整体结构复合壁板理论外形面全图
根据上述分析地零件结构特点，我们制定下面的加工方案：
1、 根据毛料长11.8米×0.76米×80毫米；毛料1.898吨，零件结构复杂并带有机翼理论外形的复合型整体机翼壁板的加工任务，选择合适的五座标龙门数控设备。
2、在编程过程中，采用对零件的理论外形面和内槽进行分层粗加工和法向精加工的方法，减少了零件的加工变形，使零件对装配型架的间隙小于0.5毫米。
3、利用五坐标数控机床的摆角，一次将零件理论外形底面和法向T型立筋加工出来，减少了以前零件理论外形面需要喷丸成型或冷成型加工方法，简化了零件加工工艺过程，从而大幅度提高了生产效率，减少了加工费用。
4、利用T型铣刀的特点，完成了零件法向T形立筋和圆弧底面和斜向加强肋的复合结构的编程及加工。
5、在该零件的加工过程中进行了不同刀具的加工效果对比，取得了许多的加工经验，如：高转速（9000转/分钟）与高走速（15000毫米/分钟）的切削参数。
因为零件尺寸的限制，只能选择我们公司相应尺寸规格的机床进行加工。为了提高加工效率，在实际生产中正面我们采用五座标功能加工零件行腔。粗、精加工一次装夹完成。为了减少加工过程的零件变形，我们采用了高速分层加工方式；槽腔加工采用对称、分散的加工方式，尽可能的减少加工过程造成的零件变形。
由于该零件的材料利用率较低，切削过程会产生大量的切屑，在加工中选择合适的刀具，以及相适应切削参数对加工效率和零件表面质量以及控制零件变形有着重要的意义。
加工的刀具要考虑较多的因素。首先，采用的铣刀刀盘几何形状要适应曲面加工，要具有良好的切削性能及排屑和断屑性能，主要要适应壁板内型面的加工要求，这对于刀具干涉是很重要的因素。在选用刀具时，不仅要根据机床主轴的功率、转速，零件材料及刀具和刀片的有关切削参数作计算，而且更进一步要根据后述的仿真加工将其刀片及刀杆和机床主轴进行仿真和干涉检查计算，以进行综合考虑。如果刀具干涉，必须修改刀具方案及加工方法等，也就是最后确定的刀具必须在仿真和干涉检查验证没有问题后才能确定。在机床功率、铣头转速范围和机床刚性足够的条件下，在仿真加工采用不同直径刀具进行计算，尽量采用大直径刀具以提高加工效率。因为此零件需要进行较大的余量去除，所以选择的切削速度较高。高速切削刀具不仅在耐用度和可靠性方面比常规加工有更高的要求，在刀具系统的安全性方面也有特殊的要求。所以我们和山特维克公司合作，在加工T型筋区域时定制了专用的T型铣刀。为了适应高速加工的需要，考虑到制造成本，一般的铣削我们选择机夹式立铣刀，特殊区域的立铣刀我们选择了整体粉末冶金高速钢刀具。
典型的加工参数如下：
理论外形面我们采用五座标行切形面，粗、精加工一次完成，在行切到接近理论外形时采用一定的方式，保证机翼外形正确。
由于零件比较大，制造夹具得费用也比较高，且周期也来不及。为此，我们采用无铣具得加工方式，并且这种方式也有利于加工过程的变形控制。这样大的零件，在加工过程中采用无铣具的装夹方式，零件在机床上正确放置和压紧，对零件的变形控制和最终尺寸的保证都是十分重要的。需要考虑压紧位置和机床运动的关系，还要考虑尽可能的减少零件的毛料尺寸。
机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术是当今世界航空制造业中的最先进高技术之一，机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型涉及到计算机辅助产品三维造型技术，计算机模拟及仿真加工技术。对机翼整体结构复合壁板的合理加工工艺方案，装夹定位技术，加工方案配以合理的刀具和切削参数，可以说，每个环节和涉及到的技术都是新技术问题。我公司有关技术人员经过不懈的艰苦努力，作了大量的基础和开发工作，首次并成功地将开发的机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术用于某新机机翼整体结构复合壁板加工，为国内制造厂首次机翼整体结构复合壁板全套采用数控加工。从加工后的机翼整体结构复合壁板测量数据分析，加工精度已达到国际先进水平，从加工过程来看，加工效率已接近国际先进水平，为国内技术领先水平。该技术的开发成功，具有很好的社会和经济效益，并且对整个航空制造行业的技术进步，提高我国航空制造业的市场竞争力都有着重要的意义。
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .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、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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随着飞机性能的不断提高，对飞机机翼的气动和结构要求越来越高，而且随着市场多元化的发展，进一步的降低制造成本，使产品更加有竞争力，使许多飞机制造商面临的主要问题。
在国内发展的一种新型飞机上，为了进一步的降低飞机的结构重量，减少装配工作量，采用了更新的飞机机翼整体壁板的设计思想。它集变厚度蒙皮、长珩、梳状接头、口盖、横向加强肋与一起，形成新型的飞机机翼整体壁板。
新型飞机机翼整体壁板结构特点
零件加工完成后的尺寸为 10880mm×640mm×64mm，宽度方向的弧形弓高为13mm，毛料重量：1.898吨，零件重量：221kg。因此其零件尺寸和加工前后重量的变化对加工控制的要求就是一个难点。
零件的协调要求高是一个难点。要求相邻的壁板两端面和15个加强肋的位置偏移不能超过0.5mm。理论外形面对装配型架的间隙不超过0.5mm。
零件加工过程中的变形控制要求在0.5mm以内。
由于T型筋与加强肋的纵横交错成网格状，使零件内部形成了底面为弧形、四周为变化角度的立筋、T型筋的凹槽和槽底面上设计的360多个台阶和下陷。
由于零件的材料利用率仅有11.6%，切削余量很大。
机翼整体结构复合壁板正面全图
机翼整体结构复合壁板理论外形面全图
根据上述分析地零件结构特点，我们制定下面的加工方案：
1、 根据毛料长11.8米×0.76米×80毫米；毛料1.898吨，零件结构复杂并带有机翼理论外形的复合型整体机翼壁板的加工任务，选择合适的五座标龙门数控设备。
2、在编程过程中，采用对零件的理论外形面和内槽进行分层粗加工和法向精加工的方法，减少了零件的加工变形，使零件对装配型架的间隙小于0.5毫米。
3、利用五坐标数控机床的摆角，一次将零件理论外形底面和法向T型立筋加工出来，减少了以前零件理论外形面需要喷丸成型或冷成型加工方法，简化了零件加工工艺过程，从而大幅度提高了生产效率，减少了加工费用。
4、利用T型铣刀的特点，完成了零件法向T形立筋和圆弧底面和斜向加强肋的复合结构的编程及加工。
5、在该零件的加工过程中进行了不同刀具的加工效果对比，取得了许多的加工经验，如：高转速（9000转/分钟）与高走速（15000毫米/分钟）的切削参数。
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由于该零件的材料利用率较低，切削过程会产生大量的切屑，在加工中选择合适的刀具，以及相适应切削参数对加工效率和零件表面质量以及控制零件变形有着重要的意义。
加工的刀具要考虑较多的因素。首先，采用的铣刀刀盘几何形状要适应曲面加工，要具有良好的切削性能及排屑和断屑性能，主要要适应壁板内型面的加工要求，这对于刀具干涉是很重要的因素。在选用刀具时，不仅要根据机床主轴的功率、转速，零件材料及刀具和刀片的有关切削参数作计算，而且更进一步要根据后述的仿真加工将其刀片及刀杆和机床主轴进行仿真和干涉检查计算，以进行综合考虑。如果刀具干涉，必须修改刀具方案及加工方法等，也就是最后确定的刀具必须在仿真和干涉检查验证没有问题后才能确定。在机床功率、铣头转速范围和机床刚性足够的条件下，在仿真加工采用不同直径刀具进行计算，尽量采用大直径刀具以提高加工效率。因为此零件需要进行较大的余量去除，所以选择的切削速度较高。高速切削刀具不仅在耐用度和可靠性方面比常规加工有更高的要求，在刀具系统的安全性方面也有特殊的要求。所以我们和山特维克公司合作，在加工T型筋区域时定制了专用的T型铣刀。为了适应高速加工的需要，考虑到制造成本，一般的铣削我们选择机夹式立铣刀，特殊区域的立铣刀我们选择了整体粉末冶金高速钢刀具。
典型的加工参数如下：
理论外形面我们采用五座标行切形面，粗、精加工一次完成，在行切到接近理论外形时采用一定的方式，保证机翼外形正确。
由于零件比较大，制造夹具得费用也比较高，且周期也来不及。为此，我们采用无铣具得加工方式，并且这种方式也有利于加工过程的变形控制。这样大的零件，在加工过程中采用无铣具的装夹方式，零件在机床上正确放置和压紧，对零件的变形控制和最终尺寸的保证都是十分重要的。需要考虑压紧位置和机床运动的关系，还要考虑尽可能的减少零件的毛料尺寸。
机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术是当今世界航空制造业中的最先进高技术之一，机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型涉及到计算机辅助产品三维造型技术，计算机模拟及仿真加工技术。对机翼整体结构复合壁板的合理加工工艺方案，装夹定位技术，加工方案配以合理的刀具和切削参数，可以说，每个环节和涉及到的技术都是新技术问题。我公司有关技术人员经过不懈的艰苦努力，作了大量的基础和开发工作，首次并成功地将开发的机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术用于某新机机翼整体结构复合壁板加工，为国内制造厂首次机翼整体结构复合壁板全套采用数控加工。从加工后的机翼整体结构复合壁板测量数据分析，加工精度已达到国际先进水平，从加工过程来看，加工效率已接近国际先进水平，为国内技术领先水平。该技术的开发成功，具有很好的社会和经济效益，并且对整个航空制造行业的技术进步，提高我国航空制造业的市场竞争力都有着重要的意义。
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- Apr 29 Sun 2007 13:10
数控设备维修实例www.tool-tool.com
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一、数控设备的维护保养知识
数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。
1、数控设备使用中应注意的问题
1.1 数控设备的使用环境
为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床、锻压设备等。
1.2 电源要求
为了避免电源波动幅度大（大于±10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电（如从低压配电室分一路单独供数控机床使用）或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。
1.3 操作规程
操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一，操作者一定要按操作规程操作。机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断出故障的原因，及时排除。
另外，数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。在没有加工任务时，数控机床也要定期通电，最好是每周通电1-2次，每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度，使电子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数的丢失。
2、数控机床的维护保养
数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。下面是一些常见、通用的日常维护保养要点。
2.1 数控系统的维护
1）严格遵守操作规程和日常维护制度
2）应尽量少开数控柜和强电柜的门
在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有的用户在夏天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。
3）定时清扫数控柜的散热通风系统
应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。
4）数控系统的输入/输出装置的定期维护
80年代以前生产的数控机床，大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。为此，必须按规定对光电阅读机进行维护。
5）直流电动机电刷的定期检查和更换
直流电动机电刷的过渡磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。为此，应对电动机电刷进行定期检查和更换。数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次。
6）定期更换存储用电池
一般数控系统内对CMOSRAM存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般情况下，即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统正常工作。电池的更换应在数控系统供电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失。
7）备用电路板的维护
备用的印制电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。
2.2 机械部件的维护
1）主传动链的维护
定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象；检查主轴润滑的恒温油箱、调节温度范围，及时补充油量，并清洗过滤器；主轴中刀具夹紧装置长时间使用后，会产生间隙，影响刀具的夹紧，需及时调整液压缸活塞的位移量。
2）滚珠丝杠螺纹副的维护
定期检查、调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；丝杠防护装置有损坏要及时更换，以防灰尘或切屑进入。
3）刀库及换刀机械手的维护
严禁把超重、超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具发生碰撞；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整；开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作；检查刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。
2.3 液压、气压系统维护
定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或更换；定期对液压系统进行油质化验检查和更换液压油；定期对气压系统分*滤气器放水；
2.4 机床精度的维护
定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种。其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。
二、维修工作的基本条件
数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。
1. 人员条件
数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。
（1） 首先是有高度的责任心和良好的职业道德。
（2） 知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。
（3） 应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。
（4） 勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。
（5） 掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。
（6） 学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。
（7） 掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。
2. 物质条件
（1） 准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。
（2） 非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。
（3） 必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。
（4） 每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。
（5） 数控机床使用、维修技术档案材料。
3. 关于预防性维护
预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。
（1） 人员安排为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。
（2） 建规建档针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。
（3） 日常保养对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。
（4） 提高利用率数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓"磨合"阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成"磨合"任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8－10年左右。
因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。
三、维修与排故技术
1. 常见电气故障分类
数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。
（1） 以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改 PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。
（2） 以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。
（3） 以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。
（4） 以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。
（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。
2. 故障的调查与分析
这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：
① 询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。
② 现场检查 到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
③ 故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
④ 确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。 ⑤排故准备 有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
（1） 直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
① 询问向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。
② 目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
③ 触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
④ 通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。
（2） 仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
（3） 信号与报警指示分析法
① 硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
② 软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
（4） 接口状态检查法
现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。
（5） 参数调整法
数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。
（6）备件置换法
当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。
更换任何备件都必须在断电情况下进行。
许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。
某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。
有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。
（7） 交叉换位法
当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
（8） 特殊处理法
当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
3. 电气维修与故障的排除
这是排故的第二阶段，是实施阶段。
如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
（1） 电源
电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：
提供独立的配电箱而不与其他设备串用。
电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。
电源始端有良好的接地。
进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。
电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。
（2） 数控系统位置环故障
① 位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
② 坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
（3） 机床坐标找不到零点
可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。
（4） 机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动
这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。
（5） 偶发性停机故障
这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。
4. 维修排故后的总结提高工作
对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。
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一、数控设备的维护保养知识
数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的先进加工设备，是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。
1、数控设备使用中应注意的问题
1.1 数控设备的使用环境
为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床、锻压设备等。
1.2 电源要求
为了避免电源波动幅度大（大于±10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电（如从低压配电室分一路单独供数控机床使用）或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。
1.3 操作规程
操作规程是保证数控机床安全运行的重要措施之一，操作者一定要按操作规程操作。机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断出故障的原因，及时排除。
另外，数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。在没有加工任务时，数控机床也要定期通电，最好是每周通电1-2次，每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度，使电子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数的丢失。
2、数控机床的维护保养
数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。下面是一些常见、通用的日常维护保养要点。
2.1 数控系统的维护
1）严格遵守操作规程和日常维护制度
2）应尽量少开数控柜和强电柜的门
在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有的用户在夏天为了使数控系统能超负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种极不可取的方法，其最终将导致数控系统的加速损坏。
3）定时清扫数控柜的散热通风系统
应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。
4）数控系统的输入/输出装置的定期维护
80年代以前生产的数控机床，大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。为此，必须按规定对光电阅读机进行维护。
5）直流电动机电刷的定期检查和更换
直流电动机电刷的过渡磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。为此，应对电动机电刷进行定期检查和更换。数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次。
6）定期更换存储用电池
一般数控系统内对CMOSRAM存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般情况下，即使尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统正常工作。电池的更换应在数控系统供电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失。
7）备用电路板的维护
备用的印制电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。
2.2 机械部件的维护
1）主传动链的维护
定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象；检查主轴润滑的恒温油箱、调节温度范围，及时补充油量，并清洗过滤器；主轴中刀具夹紧装置长时间使用后，会产生间隙，影响刀具的夹紧，需及时调整液压缸活塞的位移量。
2）滚珠丝杠螺纹副的维护
定期检查、调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；丝杠防护装置有损坏要及时更换，以防灰尘或切屑进入。
3）刀库及换刀机械手的维护
严禁把超重、超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具发生碰撞；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整；开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作；检查刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。
2.3 液压、气压系统维护
定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或更换；定期对液压系统进行油质化验检查和更换液压油；定期对气压系统分*滤气器放水；
2.4 机床精度的维护
定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种。其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。
二、维修工作的基本条件
数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。
1. 人员条件
数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。
（1） 首先是有高度的责任心和良好的职业道德。
（2） 知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。
（3） 应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。
（4） 勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。
（5） 掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。
（6） 学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。
（7） 掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。
2. 物质条件
（1） 准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。
（2） 非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。
（3） 必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。
（4） 每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。
（5） 数控机床使用、维修技术档案材料。
3. 关于预防性维护
预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。
（1） 人员安排为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。
（2） 建规建档针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。
（3） 日常保养对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。
（4） 提高利用率数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓"磨合"阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成"磨合"任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8－10年左右。
因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。
三、维修与排故技术
1. 常见电气故障分类
数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。
（1） 以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改 PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。
（2） 以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。
（3） 以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。
（4） 以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。
（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。
2. 故障的调查与分析
这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：
① 询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。
② 现场检查 到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。
③ 故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
④ 确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。 ⑤排故准备 有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。
数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。
（1） 直观检查法这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
① 询问向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。
② 目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
③ 触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
④ 通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。
（2） 仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
（3） 信号与报警指示分析法
① 硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
② 软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
（4） 接口状态检查法
现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。
（5） 参数调整法
数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。
（6）备件置换法
当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。
更换任何备件都必须在断电情况下进行。
许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。
某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。
有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。
鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤之后再动手，以免造成更大的故障。
（7） 交叉换位法
当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。
（8） 特殊处理法
当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。
3. 电气维修与故障的排除
这是排故的第二阶段，是实施阶段。
如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。
（1） 电源
电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：
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电源始端有良好的接地。
进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。
电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。
（2） 数控系统位置环故障
① 位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。
② 坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。
（3） 机床坐标找不到零点
可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标记移位；回零减速开关失灵。
（4） 机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动
这其中有很大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。
（5） 偶发性停机故障
这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。
4. 维修排故后的总结提高工作
对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .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、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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