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1 引言

聚 晶金刚石(PCD)复合片兼有天然金刚石的硬度、耐磨性和硬质合金的抗冲击性,是理想的刀具材料。PCD刀具在高速 切削有色金属及其合金、非金属材料等加工场合表现出优异的切削性能,因此被广泛应用于汽车、航空航天等加工领域。然而,PCD材料的高硬度、高耐磨性也给 其加工带来了困难,目前通常采用金刚石砂轮磨削工艺加工PCD材料。砂轮中的金刚石磨料对PCD材料的磨削作用实质上是两种硬度及性质相近的物质之间的相 互作用,与普通磨削过程(磨料硬度远高于被磨材料硬度)具有明显区别,因此PCD复合片刃磨工艺具有自身的变化规律,而目前对这种规律的研究还不够充分, 认识也不够统一,一些观点和结论也缺乏足够依据。本文针对磨削速度vs对PCD材料的磨除率Q、磨耗比G 等指标的影响进行了较系统的试验研究,并对其作用机理进行了深入的分析探讨,其结果对优化PCD刃磨工艺具有理论指导意义。

2 试验条件与方法

表1 磨削工艺参数
砂轮摆速(次/min) 进给量(mm/min) 刀架静刚度(N)
40 0.08 387
磨 削试验在台湾产FC-200D 型PCD&PCBN专用工具磨床上进行。使用型号为6A2 150×40×15×5 W20 M100 的国产金刚石砂轮磨削美国通用电气(GE)公司生产的长方形(25mm×5mm)1300 PCD刀坯(PCD层横截面积为2.5mm2)。 采用日本产Mitutoyo数显千分尺(精度0.001mm)测量PCD刀坯的磨除长度;在磨床进给系统上安装定位块,利用进给数显系统(精度 0.001mm)测量金刚石砂轮的磨耗厚度,并通过计算分别求出PCD材料磨除率、砂轮磨耗率及磨耗比。试验中采用水基冷却液,磨削工艺参数见表1。在磨 削过程中,用Kistler测力仪同步测量磨削力。将磨削后的PCD试件置于日本产JSL-5600LV扫描电镜上观察其微观形貌。

3 试验结果与分析


图1 PCD磨除率、磨耗比与磨削速度的关系

图2 低速磨削时PCD磨削表面的微观形貌

图3 高速磨削时PCD磨削表面的微观形貌

图4 砂轮磨耗率与磨削速度的关系

图5 PVD磨削力Ft、Fn与磨削速度的关系
磨削试验结果如图1所示。由图可见,PCD磨除率Q随磨削速度vs的提高而递增;磨耗比G曲线存在驼峰,即中速磨削(7m/s≤vs≤14m/s)时G值最大,而高、低速磨削时G值均较小。笔者认为产生这一结果的原因是随着磨削速度的提高,PCD的磨削机理及金刚石砂轮的磨损形式发生了变化所致。
PCD 的磨削机理主要有四种去除方式:冲击脆性去除、沿晶疲劳脆性去除、疲劳点蚀脆性去除、热化学及机械热去除。冲击脆性去除主要发生在磨粒切入处(即刃口 处),在任何磨削速度下均会发生;而其它去除方式在不同磨削速度下其主次地位会发生变化。随着磨削速度的提高,磨削区温度将逐渐升高,由PCD的物理、化 学性能可知,热化学及机械热去除在磨削中所占比例将逐渐增大。图2、图3分别为试验样本在低速(vs=3.92m/s)和高速(vs=25.17m/s) 磨削时的磨削表面微观形貌。由图2可见,PCD磨削表面沿晶附近及金刚石表面存在大小不等的凹坑及纵横交错的微裂纹,且磨削表面未见明显的平滑区及机械划 痕。这说明低速磨削时PCD材料去除方式以沿晶脆性去除及疲劳点蚀脆性去除为主,以局部的热化学及机械热去除为辅。由图3可见,PCD磨削表面存在许多平 滑区,在平滑区上可见明显的机械划痕,且其上基本不存在点蚀坑和微裂纹;同时,在PCD磨削表面低洼处、PCD沿晶附近及金刚石颗粒表面仍存在大小不等的 凹坑。这说明高速磨削时PCD材料的去除方式以热化学及机械热去除和沿晶疲劳脆性去除为主,以疲劳点蚀脆性去除为辅,这与有关文献的观点相吻合。因此,随 着磨削速度的提高,虽然单颗磨粒的切削厚度减小,但因PCD磨削机理发生了转变,反而使PCD磨除率Q随磨削速度vs的提高而递增,但因磨粒的正常磨损也同时加剧,所以Q值增长幅度不大。
PCD磨耗比G曲线在中速(7m/s≤vs≤15m/s)磨削范围内存在驼峰。笔者认为这是磨粒磨损形式发生转变所致。图4所示为对应的砂轮磨耗率Qs与磨削速度vs的关系曲线。由图可知,在对应G曲线驼峰的磨削速度范围内,砂轮的磨耗率最小;而在其它磨削速度下砂轮的磨耗率均较大。由图5所示的切向磨削力Ft与磨削速度vs的关系可知,磨削过程中,切向磨削力Ft随磨削速度vs的提高而减小。低速磨削时,作用于单颗磨粒上的Ft较大,磨粒易产生过早的整体脱落磨损,因此砂轮磨耗率较大;中速磨削时,作用于单颗磨粒上的Ft减小,且磨削区温度不太高,因此磨粒不易产生过早的整体脱落及过快的热钝化磨损,而是以微破碎磨损为主,磨粒处于最佳工作状态,因此砂轮磨耗率最小;高速磨削时,虽然作用于单颗磨粒上的Ft进 一步减小,但因磨削速度高而导致磨削区温度升高,因此磨粒将产生过快的热钝化磨损,使磨粒很快丧失磨削能力,导致砂轮磨耗率急剧增大。由于磨粒的磨损形式 随着磨削速度的提高而发生上述转变,且PCD磨除率随磨削速度的提高而增大,因此,在磨粒处于最佳工作状态的磨削速度范围内,PCD材料的磨耗比G最大, 即磨耗比曲线存在驼峰。
在磨削过程中,由图5所示法向磨削力Fn与磨削速度vs的关系可知,中低速磨削(vs≤15m/s)时,Fn随磨削速度vs的提高而增大;高速磨削(vs>15m/s)时,Fn随vs的增大而减小。虽然这与传统的磨削力与磨削速度关系不符,但PCD磨削机理随磨削速度提高而发生上述转变的结论可令人信服地解释这一试验结果。众所周知,在正常工作条件下,砂轮中金刚石磨粒的钝化磨损程度随vs的提高而增大;在其它磨削条件相同的前提下,磨削区温度随磨削速度vs的提高而升高。低速磨削时,PCD材料去除方式以沿晶脆性去除和疲劳点蚀脆性去除为主,以局部的热化学及机械热去除为辅,磨削区的平均温度较低,PCD表面的硬度随温度(速度)升高而降低的幅度很小,而砂轮中金刚石磨粒的钝化磨损程度随vs的提高而增大,因此,低速磨削时Fn随vs的提高而增大;高速磨削时,PCD材料去除方式以热化学及机械热去除和沿晶疲劳脆性去除为主,以疲劳点蚀脆性去除为辅,磨削区的平均温度较高,PCD表面的硬度随温度(速度)升高而明显降低,因此,高速磨削时Fn随vs的提高而减小。综上所述,用金刚石砂轮在加冷却液的条件下磨削PCD材料时,对于材料磨除率Q和磨耗比G这两个目标函数,在中速磨削范围内,G值最大,Q值也较大,砂轮处于最佳工作状态。这表明磨削PCD材料时磨削速度vs存在一个最佳范围。

4 结论

  1. 随着磨削速度vs的提高,PCD材料的去除机理将发生转变,即由脆性去除控制PCD材料去除向由脆性去除、热化学及机械热去除同时控制PCD材料去除转变,且随着vs的提高,热化学及机械热去除所占比重逐渐增大。
  2. 随着磨削速度vs的提高,PCD材料磨除率Q逐渐增大,但增长幅度较小。
  3. 对于PCD材料磨耗比G和磨除率Q,存在一个最佳磨削速度范围。在此范围内,G值最大,Q值也较大,砂轮磨耗率Qs值最小,即砂轮处于最佳工作状态。在本文试验条件下,最佳磨削速度范围为:7m/s≤vs≤14m/s。
  4. 低速磨削时,法向磨削力Fn随磨削速度vs的提高而增大;高速磨削时,Fn随vs的提高而减小。切向磨削力Ft随磨削速度vs的提高而减小。

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BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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無 論是硬體還是軟體,三星始終沒有停止在各個領域的創新嘗試,可惜大眾不怎麼買賬就是了。不過這回用上TouchWiz UI的新機AnyCall Haptic SCH-W420似乎挺上路的,可以說是三星在觸控式螢幕手機領域邁出的重要一步。機身內建DMB,200萬像素視訊,Bluetooth 2.0。16:9的3.2" Haptic主螢幕並不僅僅是觸控式螢幕,還具備力反饋功能,並支援主界面圖標制定。 配置和功能蠻入流,可惜三星手機的價格一向是走非主流路線的,要價700000~800000韓元(約新台幣21140~24160元)。 跳轉後廣告影片一則欣賞:

[經由 Engadget Spanish]

[撰文:icebin]

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ZPC-9000
其實這並不是 Cybernet 所推出的第一款另類 All-in-One PC,先前就有個叫做 ZPC-9000 大傢伙,基本上是個厚達 9公分(最頂端)的大鍵盤,裡頭塞了個準系統、光碟機,鍵盤下方還附有觸控板,就是上圖那個樣子。
版大看到了也嚇了一跳,
不過倒是會質疑它重量是否很重?
它的系統跑得快嗎?
下面這個是新出的 ZPC-945SL

這一台 ZPC-945SL,也就是上面這一位。尺寸上面,由於將硬碟從 3.5 吋換成 2.5 吋,所以厚度也僅剩 4 公分,規格方面,就真的是有點舊了。P4 3.4GHz,2GB RAM,硬碟為 IDE 界面,可選擇是否安裝光碟機,支援 VGA、DVI 輸出,六個 USB 外加一個 Mini-PCI,擴充性倒是還不錯。(看樣子觸控板也拿掉了...不過有六個 USB 其實也沒差XD)

目前售價、上市日期都還未知,這個...大家看看欣賞欣賞就好吧~

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雖 然微軟的網站上一點動靜也沒有,但跟大家猜測的一樣,Windows Vista Service Pack 1正式安裝版終於在3/18正式上架了。所有Windows Vista的用戶可以靜待Windows Update的通知,或著自行到引用來源下載這個四百多MB的大傢伙。之前有裝過SP1測試版的朋友們,請記得先把SP1測試版移除後才能安裝喔!

不過到目前為止,公佈的只有包含英、法、德、日和西班牙文版,至於其他語言的可能就要再等一陣子囉!(至少我還沒有等到Windows Update的通知就是了)在那之前,可以先看看微軟的官方說明,並祈禱未來你的程式和硬體可以和Vista過著幸福快樂的日子吧!
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風 力發電是最近蠻夯的環保概念,不過要是真有一個全部靠風力發電的LED風車,也未必能符合市場上的需求,這個Firewinder LED風車,垂直的螺旋狀造型,在葉片的邊緣裝上白色的LED燈泡,當微風輕拂過時,遠看就像道螺旋狀的光線朝天而去,當風力增強時,看起來則像個跳動的 白色光柱,整體的設計概念不錯,但看起來總有點像是個超級高科技的理髮店招牌,而且超貴,售價英鎊99元(約台幣六千多塊),你確定你真的買得下手嗎?還是看看下面的影片就好。


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1 引言

作 为现代先进制造技术之一的计算机辅助加工(CAM)技术正被越来越多的制造业企业所重视和采用。SolidWorks是由美 国开发的一种CAM软件,由于其具有突出的技术优势而被广泛应用于航空、航天、汽车、模具、家电、玩具、军工、医药等行业。本文拟对SolidWorks 软件中的一项重要技术———基于剩留毛坯的加工及其主要功能作一简要介绍。

2 基于剩留毛坯的加工技术简介

  1. 技术特点
    在SolidWorks 软件中,一旦指定初始毛坯,并将加工方式设定为基于剩留毛坯的方式,系统就总是在上一步工序加工后的剩留毛坯基础上计算下一步工序的刀具轨迹。此外,由于 有了当前毛坯信息,系统可对随后产生的刀具轨迹进行自动优化和动态加工仿真,并分析最终零件与当前毛坯的差别,同时可用彩色云图表示出来。
  2. 主要功能
    SolidWorks软件中基于剩留毛坯的加工技术具有以下主要功能:

      图1 定义的长方体毛坯

      图2 剩留毛坯
    1. 定义初始毛坯信息
      在SolidWorks软件系统中,用户可通过包容矩形框定义长方体、任意柱体以及基于零件外形的任意形状的毛坯。图1所示为定义的长方体毛坯。
    2. 自动生成下序加工刀具轨迹
      SolidWorks软件系统总是在上一步工序加工后剩留毛坯(如图2)信息的基础上计算下一步加工的刀具轨迹。
    3. 利用剩留毛坯信息优化刀具轨迹

        图3 去除刀具轨迹中的空行程
      1. SolidWorks软件系统可根据剩留毛坯信息有效查找和去除在生成的下一道工序刀具轨迹中可能存在的空行程,如图3所示。
      2. SolidWorks 软件系统可根据剩留毛坯信息自动进行刀具运动干涉检验,可查出刀具快速移动时或在加工过程中可能与工件发生的碰撞。如存在快速移刀运动干涉,系统将自动沿 Z轴回到安全高度后再平行移刀;如果刀具(含刀柄)在加工时与工件发生干涉,系统在加工到最大可加工位置后将不再执行当前刀轨,转而继续计算其它刀轨,同 时系统可自动分割刀具轨迹并建议采用新的刀具进行加工,从而避免出现因运动干涉而使某些区域未能加工到的现象。
      3. SolidWorks软 件系统可根据剩留毛坯信息自动平衡刀具载荷。刀具载荷分布的均匀性及稳定性是保证刀具工作寿命和加工效率的重要因素。此外,恒定的刀具载荷也是高速铣削的 基本要求之一。SolidWorks软件系统可根据剩留毛坯信息计算切削体积和切削角度,并对切削速度进行合理调整:当刀具载荷较大时,降低切削速度;当 刀具载荷较小时,则提高切削速度。系统还可根据毛坯厚度自动采用分层加工方式以降低刀具载荷。如图4所示,系统在计算左侧刀轨时发现左侧加工余量较大,如 采用单层加工产生的切削载荷较大,此时系统可根据相关加工参数自动将刀轨分解为多层加工方式,使每层加工的切削载荷均匀、稳定。这种处理方式可避免因切削 余量较大而降低切削速度,尤其适用于高速铣削加工。
    4. 自动生成清根刀轨
      在进行精加工前后, SolidWorks软件系统可根据剩留毛坯信息自动运行清根程序计算出清根刀轨。系统首先根据当前刀具尺寸(其直径须小于上一工序刀具)计算出需要进行 清根加工的区域(见图5),然后对该区域进行斜率分析,将待加工区域分为水平区域和垂直区域,垂直区域采用螺旋方式加工,水平区域则采用水平环切方式加工 (见图6)。
    5. 生成加工余量彩色云图
      SolidWorks软件系统可根据剩留毛坯信息分析每一工序的半成品或最终成品零件与当前毛坯的差别,并生成实际加工形成零件与理论零件的加工余量比较彩色云图,从图中可直观显示加工余量分布情况。

图4 分层加工处理

图5 计算清根加工区域

图6 清根加工

3 结语

SolidWorks软件基于剩留毛坯的加工技术允许用户随时检查加工中的实际毛坯余量,此外,系统还可进行单步刀轨检验、仿真模拟检验以及毛坯信息的色表彩图检验等。在切削加工中应用基于剩留毛坯的加工技术对于提高加工自动化水平具有重要意义。

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本文介绍的典型数控铣床主要由机床操作面板、X、Y、Z 三个直线坐标轴、上轴及机床的液压、润滑、冷却系统等机床辅助功能组成。机床的电气系统包括数字控制系统(CNC)、数字伺服驱动系统、主轴变频调速系统及机床输入输出PLC控制系统等。
本 电气系统主要完成人机对话和对三坐标机床坐标的进给、主轴的运转以及机床的液压、润滑、冷却系统等的控制。该机床的三个坐标采用HEIDEHAIN直线光 栅尺全闭环反馈方式,机床主轴为电主轴,使用施耐德变频器控制,针对该机床的结构特点,其电气控制系统配置了法国NUM公司的NUM1050全数字数控系 统,伺服驱动配置相应的MDLUNUMDRIVE数控式伺服驱动系统。
这台三坐标机床的PLC 控制程序是利用NUM1050全数字数控系统的内置式PLC功能,并配以相应的软件平台开发出来的。因而PLC程序的灵活性和易维护性与NUM1050数控系统的高性能有密不可分的关系。

1 NUM1050数控系统

NUM1050是一种开放式的、功能强大的数字控制系统,采用64位的CPU68040,用于数据的处理和坐标的控制,具有处理速度快、位置控制精度高等特点。
系 统中的图形功能管理CNC面板显示和键盘:内存用来存储操作程序、PLC程序和用户文件:强大的通讯功能使CNC既可通过RS232串口又可通过网络接口 与上位机进行通讯:轴控板用于控制数字轴或模拟轴的运动:内置式PLC通过输入/输出模块管理机床:CNC软件则管理加工程序、机床数据、计算机轨迹和速 度以及监控坐标轴的运动。

2 NUM1050内置式PLC特点

PLC使用NUM系统提供的输入/输出接口与外界进行数据交换,通过PLC的扫描周期刷新存储区内的数据,PLC读取数据是通过%I变量,而PLC输出给外界数据是通过%Q变量进行的。
内 置式PLC与NC之间则通过交换区交换数据,交换区中的内容是NC与PLC之间输入/输出的数据。NC输出给PLC的数据,PLC通过%R变量从交换区读 取,PLC发送到NC的数据是通过%W变量放入交换区,由NC去读取,其扫描周期由系统自动执行。%R和%W所有变量的各字节和位都有特定的含义,专门提 供给PLC用来控制NC的运行,并协调外接设备与NC之间的动作。

3 NUM1050 PLC程序结构特点

NUM数 控系统的PLC编程有梯形图、汇编语言和高级语言(C语言)几种方式,其程序都采用任务模块和子程序模块来设计。PLC程序的任务模块包括:%INI、% TS0~4、%TF0~15、%TH0~15。子程序模埠%SP0~255,这些子程序可以由任务模块调用或子程序间调用。各模块的功能如下:
  • 初始化任务%INI:系统每次上电时执行一次。
  • 循环任务%TS:系统先执行%TS0,再按顺序执行TS1~4。%TS0的执行周期等于每个RTC(实时时钟控制)周期,即20ms,%TS1~4每5个RTC周期(100ms)执行一次。
  • 后台任务%TS 比循环任务%TS和中断任务%TH的优先权低,可用于等待任务的使用。后台任务可持续数个RTC循环周期,可以被循环任务中断。
  • 中断(实时)任务%TH用于优先权较高的事件而不必等待RTC循环的结束。中断(实时)任务%TH比循环任务%TS和后台任务%TF的优先权高。
  • 错误信息表%9999.9:机床错误信息文件。

4 三坐标数控龙门铣床PLC程序的设计与实现

PLC 程序的设计离不开良好的软件平台和硬件环境,NUM1050数控系统为机床生产制造者提供了丰富的软件资源和强大的软件开发工具。如PLCTOOL, SETTOOL,PCTOOLKIT等。它们都是基于WINDOWS平台上使用,为机床电气控制系统开发带来了极大的方便。其中PLCTOOL可方便地进 行PLC梯形图或高级语言C的编程,备有丰富的指令集与计时器、计数器单元,图形化的界面,使用操作灵活方便。这台三坐标数控龙门铣床的PLC程序正是在 PLCTOOL软件平台上开发设计出来的。考虑到实际的应用,这台三坐标机床采用梯形图语言设计PLC程序,其优点是直观,可以动态显示,易于调试和维 护。
利用NUM1050数控系统提供的输入/输出模块和机床操作面板,可以非常方便地控制机床的运动及其他功能,因为机床操作面板带有可供编程的自定义键。NUM系统提供的机床操作面板通过光缆与系统相连,提高了可靠性。
根 据NUM1050的PLC程序结构特点,在设计这台三坐标机床的PLC程序时,将该机床的各项功能分配给不同的模块控制。因该机床无特殊的中断任务,所以 设计程序时使用了初始化任务%INI、循环任务%TS和子程序模块%SP。%TS0的扫描周期为20ms,所以将重要的子程序放在%TS0中调用,机床的 辅助功能如液压、冷却、润滑等则在任务模块%TS1~3中控制,机床的坐标、主轴及相关部分的控制由梯形图的子程序%SP模块承担。三坐标数控铣床的 PLC程序结构及每一模块介绍如下:
  • %INI:系统在其它任务执行前调用,仅在PLC上电时执行一次,不受PTC循环控制,主要对一些变量进行初始化。
  • %TS0:调用子程序。%TS1:控制机床辅助功能导轨润滑和液压系统。其中导轨润滑周期由PLC程序中的定时器控制。%TS2:控制机床冷却系统。可以在机床操作面板上选择自动冷却和手动冷却。%TS3:控制机床主轴的松刀和刀具夹紧。
  • %SP0: 用于控制机床操作面板上的指示灯闪烁。NUM1050系统提供的机床操作面板上的自定义按键大部分带有指示灯,在使用一些需要特别提醒的功能时,其按键采 用指示灯闪烁的方式,以示醒目,如机床故障复位键、换刀完成键等等。%SP2:控制机床操作面板的自定义按键。操作面板的自定义键必须经过PLC编程才能 生效,而按键的功能则根据机床的需要来定义。根据用户的要求,这台三坐标数控龙门铣床的操作面板上设计了机床启动、冷却控制、主轴启停、换刀完成、机床故 障复位等功能。%SP3:控制坐标运动及坐标限位的安全检查。%SP4:M 功能译码,该模块用于定义换刀结束的M06功能。%SP5:控制坐标轴伺服使能。%SP6:该模块控制主轴部分的所有功能,包括主轴冷却、主轴润滑、刀具 夹紧、主轴电机、主轴变频器等。%SP20:机床故障信息的显示控制。当机床出现故障时,在显示页面需要及时显示故障号和故障内容,当机床出现多条故障 时,系统便可以按顺序显示故障,每条故障显示的时间在本子程序模块中设置。该模块被其它相关模块调用。
这台三坐标 数控龙门铣床的所有功能和控制均由以上各模块实现,其中%SP2、%SP3、%SP5和%SP6更是这台机床PLC程序的核心。用模块化方式设计PLC程 序,可以对每一模块进行单独调试,提高了机床调试的效率,当调试过程中出现问题时,可以很快找到问题所在,而且机床的不同功能用不同的子模块来表示,程序 结构一目了然。通过对每一个子模块的单独调试和最终的机电联调,都证明了这套PLC程序的设计思想和方法是行之有效的。

5 小结

这 台三坐标数控龙门铣床经过紧张调试后,机床工作正常,符合要求,机床达到验收标准。实践证明,这台三坐标机床的控制软件设计是成功的,并且设计开发的有些 基本模块还具有良好的可移植性,在以后使用NUM1000系列数控的典型数控机床PLC梯形图设计中稍加改动使可加以使用,对以后同系列数控机床的PLC 控制软件的设计打下了良好的基础。

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