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　　原型零件快速制造

　　随着汽车市场的繁荣，汽车的更新换代越来越快，要求新产品研制周期尽可能缩短。而高速铣削加工效率高，可切削复杂的型面型腔，尤其与立卧转换5轴联动等柔性加工方式相结合，是原型零件快速制造的极佳解决方案。

　　汽车零件模具加工

　　一辆汽车所需模具上千副，模具的制造周期和质量直接影响到汽车的生产周期和质量。高速铣削在汽车复杂零件模具制造方面具有独特的优势。例如：高速铣削中心在加工安全门锁的注塑模时，所加工材料的硬度为54HRC，使用的最小的刀具为0.6mm，最大切深 4.8mm，表面粗糙度达Ra0.4mm。而且不再需要钳工工序，缩短了加工时间。又如在加工车窗自动升降系统齿轮箱的注塑模时，所加工材料的硬度为 58HRC，工件直接铣削部分达85%，其余15%通过电加工完成，总加工时间为16h，缩短了加工时间的50%。

　　汽车内饰件模具加工

　　汽车的更新换代不仅仅体现在性能的提高上，更体现在汽车外观及内饰件的更新上。汽车内饰件多为注塑件，模具的消耗量大，高速铣削能提高模具的制造精度，延长模具的使用寿命，从而提高注塑件的质量。

　　由此可见，高速铣削在汽车零件模具及内饰件模具的加工上体现出了巨大的技术优势。在加工工艺方面，高速铣削在汽车模具加工中主要应用在以下几个环节中。

　　（1）加工电极

　　放电加工工艺基本上需要两个电极来加工一个工件。若要更好地进行放电加工，需要复制相同的电极，通过表面质量来统一区分粗加工和精加工的电极。一致性好的电极会减少放电加工的时间。传统铣削的电极需手工抛光，一致性差，且手工抛光后的电极总带有尖角，而尖端放电会影响电加工的质量。高速铣削的电极无需人工抛光，粗加工和精加工电极之间的几近完美的一致性会优化放电加工的效率。同时，由于高速铣削可加工薄壁，因而可以加工带肋的整体电极，这就消除了传统铣削中多次装夹产生的位置累积误差，相应地节省了时间并提高了质量。

传统加工与高速加工的效果对比

加工方式
   

总工序数
   

总时间(h)
   

型槽加工(h)
   

加工精度(mm)
   

表面粗糙度

传统加工
   

22
   

256
   

179
   

±0.2～±0.5
   

Ra1.6

高速加工
   

17
   

120
   

44
   

±0.10
   

Ra0.4

　　（2）模具的粗加工和半精加工

　　由于高速铣削可以在淬硬钢上直接加工，理论上它可以直接铣削出模具。但当模具型腔有特殊要求时，还需要电加工的配合。因此，可以在材料热处理后，利用高速铣床进行模具型腔的粗加工和半精加工，而留下较小的余量，由电加工来完成模具最后的精加工。

　　（3）直接加工完成淬硬钢模具

　　这种方式是模具加工中高速铣削优势的最大体现。以东风汽车有限公司商用车锻造厂运用米克朗的高速铣加工曲轴和连杆锻模为例，传统的加工工序为：外形粗加工→仿形铣粗加工型槽→热处理→外形精加工→数控电火花粗、精加工型槽→钳工打磨抛光型槽→表面强化处理。而采用高速加工后的工序为：外形粗加工→热处理→外形精加工→高速铣加工型槽→表面强化处理。利用高速铣削直接加工完成淬硬钢模具具有明显的加工优势，它使总加工成本从传统加工的27000多元降到22000元。
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PMMA镜片虽然具有优越的光学特性，又能矫正角膜性散光，然而由于其不透氧往往导致角膜缺氧水肿。配戴不舒适，时间不能持久，目前基本已补淘汰。 1960年捷克学者利用十年的时间发明了软性隐形眼镜的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羟乙酯，简称HEMA。1971年软式隐形眼镜的正式生产和应用改善了传统硬式隐形眼镜的不透氧及异物感的缺点，又因其装配容易，且无适应期，因此产品一上市即受到广泛的欢迎，迅速占领了PMMA的市场，迄今为止它的配戴者在全世界也是占主流地位。然而它也有一些缺点如：容易吸附沉淀物、矫正角膜散光欠佳、镜片保养较复杂、镜片易破等。针对这些缺点世界上的高分子科学家又开始研究一种新的隐形眼镜材质，1974年，为了改善镜片的透氧性能，以达到使镜片能够安全地配戴过夜的目的，一种透气硬镜材料（硅酮丙烯酸酯， SMA）诞生了，由于硅成份的介入，使镜片的透氧性能进一步提高，其后又在此基础上衍生出多种透气硬镜材料，具有代表性的有氟硅丙烯酸酯（fluorosilicone acrylates，FSA）和氟多聚体（fluoropolymers）等。有机氟成分则使材料有更为良好的透氧性能。

美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员公布的最新研究结果表明，他们利用一种新型硅树脂水凝胶材料制成的隐形眼镜镜片，能够减少眼睛受细菌感染的几率。这是隐形眼镜研制的一个重大突破，美国食品与药品管理局已经批准将这种新材料应用于月抛型隐形眼镜的生产。有人看作是半硬性或半软性隐形眼镜，但它实际是更接近硬性，所以叫做透气性硬镜，简称RGP（Rigid Gas Permeable）。这种隐形眼镜的缺点是开始配戴时适应时间稍长，但由于它透氧性非常好，对角膜的影响也极小，所以可以过夜配戴。这种RGP镜片在少数国家，如日本在隐形眼镜销量中占有主导地位。可以预见这种镜片的发展前景是美好的。

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阻 燃PC,特别是透明阻燃PC这一块,在很多人的眼中是属于高科技的行业,一般来说加了阻燃的要求之后,阻燃料的物理性能,透明度,色变等参数都会变的比较 差,可是阻燃PC呢?是不是也是这样子的呢?其实PC我觉得是阻燃料之中非常好做的一个材料,只是需求量比较少,很少有人有机会去做而已.还有就是拿到的 原料怎么样,能不能拿到性价比高的阻燃剂也是一个关键.

PC的物理性能中对水气的要求比较高,一定要保证挤出之前PC的干燥性.然后选择 合适的阻燃剂,目前最常用的是无卤阻燃剂,添加比例一般也只有 0.3~0.4%(仅仅是纯PC,如果添加了钛白粉和碳黑或者增韧剂的话另当别论),然后加上一部分1010和168,选择合适的双螺杆,在保证可以让阻 燃剂分散均匀的情况下直接挤出造粒就OK了.

这个样子可以做到3.2mmV0,透明度可以达到87左右的PC,而且冲击强度基本上不影响.

如果你要求1.6mmV0,透明度料,目前只要选择好合适的阻燃剂,也不是一件难事.

市场上面PC阻燃剂目前是以磺酸盐类和硅类为主.
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目前市场上面的无卤阻燃ABS还没有工业化,大部分的企业阻燃是采用四溴或者十溴来阻燃的.然而这些阻燃剂的添加量太大,同时锑的添加量也不低,大大的影响了阻燃ABS的物理性能,那怎么样才能提高这些材料的物理性能呢?

我们在测试过程中发现,添加适量的抗滴落剂,可以降低四溴(十溴)的添加比例,同时降低锑的添加量,可以最终的提高ABS的冲击强度,拉伸模量,而且还可以降低一部分的成本下来.

查阅文献发现,国外的很多资料上面都提到阻燃体系中，添加一部分的滴落剂.他们是这样解释的:PTFE可以和SB203作用所产生的氟化锑可催化聚合物交 联,从而改善了材料的阻燃行为.SbF5也具有与PTFE相似的作用.另外,ABS中PTFE或者SbF3的用量应适当,只有在某一用量范围内,他们对材 料的阻燃才有明显的阻燃效果.

目前市场上面常用的四溴和三氧化二锑的比例通常为18:5,如果添加比例适当,可以降低到16:4,或者更低,冲击强度却有明天的提高.
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聚合物加工性能的助剂PPA
由 氟聚合物构成的塑料加工助剂PPA，是一种可适用于多种树脂挤出工艺的助剂。PPA可以用于吹塑薄膜、挤出丝、膜、板、管、型材、电线电缆，也适用于 BOPP和CPP薄膜生产工艺，适用于聚乙烯（包括LLDPE、HDPE、HMW-HDPE、 LDPE、VLDPE）、乙烯一醋酸乙烯酯（EVA）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、尼龙、聚酯（PET）等树脂作原料的挤出 加工。PPA通常用量在400－1000PPm（wt），一般用含有PPA 2－3％的母料形式加入。其当初开发的主要应用点是LLDPE，后来才发现由于有机氟的特殊性能，在很多塑料上面都有一定的应用。其在LLDPE的应用主 要效能如下：
1、 提高产量、降低能耗、降低加工温度、加速颜料转换

2、 减少表面缺陷，如常见的熔体破裂现象

3、 减少或消除模口积料现象

4、 允许挤出温度敏感型树脂或需低温挤出的树脂
5、 减少挤出过程中凝胶现象

6、 延长连续加工时间

7、 提高LLDPE的混合树脂中LLDPE的比例，甚至全部采用LLDPE，以及充分发挥LLDPE优异的物理机械性能

PPA作用的原理：
聚合物的物理性能对挤出加工影响较大。氟聚合物的表面张力比常用聚烯烃的表面张力要低。塑料聚四氟乙烯PTFE的表面张力低，PTFE制品表面象蜡一样的光滑，耐热性好，不容易粘连熔融态的聚烯烃，曾经有报道用PIFE做口模以提高挤出产品质量。

今 天，工业上广泛采用的是添加含氟聚合物的聚合物加工助剂。当氟聚合物加工助剂在挤出机中混入熔体后，在表面张力的作用下，氟聚合物有向熔体表面移动并附着 在挤出机金属表面上的趋势，在塑料熔体流动时，提供一个润滑层，这里必须指出：金属表面的含氟润滑层是动态的：PPA不断被带走同时又不断地补充。最低的 添加量要保证在挤出机头的金属表面上形成连续的润滑层。当过程达到动态平衡以后，挤出机的背压、扭矩和熔体的表观粘度将下降。此时如果提高挤出机的转速， 使背压达到原始值时，挤出机的产量将提高。（当然，产量还与其他因素有关）。
)
简介：

PPA加工助剂在聚烯烃及其它聚合物加工设备的金属表面形成一个薄膜，起着润滑作用，降低主体树脂的表观粘度。表观粘度的降低有利于降低背压及扭矩、减少凝胶、减少口模积料、减少模头磨损、提高产量。

通过试用可以了解PPA加工助剂对聚合物加工的特殊贡献。这里介绍一些原则，帮助您准确评估微量(50~1000ppm，0.005~0.1%) PPA加工助剂的作用。

设备准备：

PPA加工助剂在聚合物加工中的作用，常用挤出设备来评估：可以用实验室的毛细管流变仪、或工业挤出设备。这些设备无需改造。

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试用的设备必须先清洗干净。金属表面上的碳化聚合物积料会损害添加剂的性能，使评价结果不可靠。可以先用PPA加工助剂通过设备，洗掉挤出机中的黑点、凝胶及残余颜料，约清洗1小时，或直至系统清洗干净为止。具有清洗作用，是PPA加工助剂的优点。


为了获得准确的结果，再从试验设备中除去PPA加工助剂也是重要的。如果不清洗，PPA加工助剂会粘在金属表面，使对照树脂的加工性能变好。


可以用含有5~10%的SiO2无机磨擦填料的低MI树脂除去PPA加工助剂。如果试用设备容易拆卸，也可以用少量磨擦料、或粉擦磨。某些表面可以用浸有甲基乙基酮、或丙酮的布擦洗（请注意：这两种溶剂是可燃的，要注意它们的使用安全及工业卫生）。

用没有PPA加工助剂的试用设备，挤出对照树脂，控制操作参数达到给定数值。


添加PPA 加工助剂：
可以用母料或直接加入一定量的PPA加工助剂进行熔融混合。应当充分分散PPA加工助剂。通常用单螺杆挤出机充分混合做含有2~3%的PPA加工助剂母料。PPA直接加入树脂需要更精密的熔融混合机，如Banbury密炼机或双螺杆挤出机。

加工中如果使用PPA母料，排除母料载体树脂对加工的影响是重要的。应当用同样数量的载体树脂（不含PPA加工助剂）做对照。
如果PPA加工助剂直接加入树脂熔融混合，重要的是与有同样加热历史的树脂体系做对照。建议对照试验要用同样的混合操作过程。
基准：

为了便于比较PPA加工助剂对加工的贡献，要确定对照树脂体系的加工极限，如：开始发生熔体破裂时。通常，生产能力取决于挤出压力、对产品质量要求。

对照树脂运行时加工系统的操作条件，作为评估初始条件。设备在评估中真正清理干净，试验结果比较可靠。

PPA加工助剂比较：

当PPA加工助剂涂复到设备的金属表面之后，其作用就表现出来了。这个比较必须在稍高于对照试验加工极限的条件下进行，看到该产率下产品不完美表面。运行15~60分钟，完成涂复PPA过程，看到表面缺陷减少、电流降低、挤出压力降低。这个滞后时间与设备及加工条件有关。

这时，要通过提高产率至产品表面性能允许的程度，或提高其它速率，检测含有PPA加工助剂树脂与对照树脂之间的操作性能差异。检查PPA加工助剂贡献的效果，要用不同量的PPA加工助剂进行评估，以便确定使用PPA加工助剂贡献的确切数值。
通 常高剪切速率缩短滞后时间、而低剪切速率延长滞后时间。用2%的母料预处理设备，在低剪切速率下，可以迅速看出PPA加工助剂的作用。然而，这只是组略 的，并会产生螺杆打滑和口模积料。另外，这样挤出得产品可能超出允许接触食品规定的PPA加工助剂量。不推荐用此方法比较PPA加工助剂或将其定为适用 量。
确定添加量：

在决定加工参数以后，接着要确定“适用量”，即：PPA加工助剂对给定树脂的适用添加量，以保证加工设备部件的涂层达到动态平衡，能提供良好的加工性能，达到既定目标。一旦PPA加工助剂的适用量确定，在系统中将不用高含量。


用同样的或类似的工业生产设备加工指定的树脂，为了确定“适用量”，开始要用十分清洁的设备，以得到可靠的结果。在小设备（如毛细管流变仪）上确定的适用量，没有必要完全照搬到大设备上。


PPA加工助剂用量由低（200~400ppm）开始，然后，每过30~60分钟增加100~200ppm，或者直至加工指标稳定并达到，这将是“适用量”。
用这个程序，在不同对比试验之间，必须将设备清理干净。
其它添加剂：
评估的树脂必须含有足够的抗氧剂，这样，在评估期间的热分解，将不引起流变学变化。树脂的大多数其它添加剂，如：抗氧剂、滑爽剂、除酸剂等，与PPA加工助剂相容，一般不影响其性能。
然而，有些添加剂会稍稍干扰PPA加工助剂的作用。当这些添加剂含量高时，会影响PPA加工助剂的预期性能。这些添加剂有：硬酯酸盐、抗粘剂、无机颜料和受阻胺类光稳定剂。
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材料简介
Cr12Mo1V1是国际上较广泛应用的高碳高铬冷作模具钢，属莱氏体钢，具有高的淬透性、淬硬性和高的耐磨性；高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗锈蚀能 力好，热处理变形小。Cr12Mo1V1宜制造各种高精度、长寿命的冷作模具、刃具和量具，例如:形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚丝轮、搓丝轮、冷剪切 刀和精密量具等。
化学成分
Cr12Mo1V1钢的化学成分见表2-2-1。
表2-2-1 Cr12Mo1V1钢的化学成分（GB/T 1299—2000）ω/%
C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

V

其他
1.40~
1.60

≤0.60

≤0.60

≤0.030

≤0.030

11.00~
13.00

0.70~
1.20

≤1.10

Co≤1.00
物理性能
Cr12Mo1V1钢的物理性能如表2-2-1和表2-2-2所示，弹性模量为207000MPa，质量定压热容Cp为461J/(kg·K)。
表2-2-1Cr12Mo1V1 钢的临界温度
临界点

Ac1

Acm

Ar1

Arcm

Ms
温度（近似值）/℃

810

875

750

695

190
表2-2-2 Cr12Mo1V1钢的线（膨）胀系数
温度/℃

20~100

20~200

20~300

20~400
线（膨）胀系数/℃－1

10.5×10－6

11.5×10－6

11.9×10－6

12.2×10－6


热加工
Cr12Mo1V1钢的热加工工艺列于表2-2-4。
表2-2-4 Cr12Mo1V1钢的热加工工艺
　
项 目

加热温度/℃

开锻温度/℃

终锻温度/℃

冷却方式
钢 锭
钢 坯

1120~1160
1120~1140

1050~1090
1050~1070

≥850℃
≥850℃

红送退火
红送退火或坑冷或砂冷

预备热处理
Cr12Mo1V1钢的钢锭、钢坯退火工艺示于图2-2-1，等温退火工艺示于图2-2-2。
图2-2-1 钢锭、钢坯退火工艺
图2-2-2 钢材等温退火工艺



淬火
Cr12Mo1V1的淬火曲线示于图2-2-3~图2-2-10，显微组织组成与奥氏体温度的关系示于表2-2-5，推荐的淬火规范示于表2-2-6。
图2-2-3 Cr12Mo1V1空淬高碳高铬钢奥氏体等温转变曲线
（实验钢化学成分（%）1.58C，12.04Cr，1.08Mo，1.06V，0.40Mn，0.56Si，
0.007P，0.009S，0.007A1；原始状态：退火，奥氏体温度：1000℃）
图2-2-4 Cr12Mo1V1钢的奥氏体连续冷却转变曲线

图2-2-5 淬火温度与材料硬度关系曲线

图2-2-6 淬火介质、渗碳介质中装箱淬火和奥氏体化温度对含1.50% C的Cr12Mo1V1高碳高铬钢硬度的影响

图2-2-7 Cr12Mo1V1钢奥氏体晶粒度
与淬火温度的关系

（从982℃及其以下温度预先淬火将导致以后淬火时晶粒的显著细化）
图2-2-8 Cr12Mo1V1钢从图示温度预先淬火后
再次奥氏体化的温度对晶粒度的影响

图2-2-9 Cr12Mo1V1钢残余奥氏体量与
淬火温度的关系

（钢的成分（%）：1.60C，0.33Mn，0.32Si，11.95Cr，0.25V，0.79Mo，
0.010S和0.018P；冷却方式见图示）
图2-2-10 Cr12Mo1V1高碳高铬钢的奥氏体化温度与残余奥氏体量的关系
表 2-2-5 Cr12Mo1V1钢的显微组成与奥氏体化温度的关系
奥氏体化温度/℃

体积百分比/%
马 氏 体

奥 氏 体

碳 化 物
1038
1066
1093
1121
1135
1149

79
65
33
5
2
2

7
22
55
85
88
88

14
13
12
10
10
10
注：实验钢成分为（%）：1.60C，11.95Cr，0.33Si，0.79Mo，0.25V，0.018P，0.010S；试样在奥氏体
化温度保温分，然后淬火。
表2-2-6 Cr12Mo1V1钢推荐的淬火规范示
方案

加热温度/℃

冷却

硬度（HRC）
一次预热

二次预热

最后加热
Ⅰ
Ⅱ

500~600
500~600

820~860
820~860

980~1040
1060~1110

空冷或油冷
空冷或油冷

60~65
60~65


回火 回火温度对Cr12Mo1V钢性能和尺寸变化的影响示于图2-2-11图2-2-15，推荐的回火规范列于表2-2-7。


图2-2-11 回火温度对油淬和空冷的
Cr12Mo1V1钢硬度的影响

图2-2-12 Cr12Mo1V1钢抗弯强度
与回火温度的关系

图2-2-13 Cr12Mo1V1钢冲击韧性
与回火温度的关系

图2-2-14 回火温度对Cr12Mo1V1钢
扭转冲击功的影响
（试样尺寸为25.4㎜×50.8㎜×152.4㎜，图中尺寸变化是指三个方向尺寸变化的平均值）
图2-2-15 回火温度对Cr12Mo1V1钢尺寸变化的影响
表2-2-7 Cr12Mo1V1钢推荐的回火规范
方 案

回火温度/℃

回火次数

硬度（HRC）
Ⅰ
Ⅱ

180~230
510~540

1
2

60~64
60~64

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淬 火是将金属零件加热到相变温度以上，保温后在淬火介质中急剧冷却得到马氏体组织；从而达到提高或调整零件硬度和耐磨性的目的。在这个过程中要求淬火介质 （淬火液）有良好的低变形性，低烧裂性，耐热性，洗净性，脱脂性，防锈性，冷却性，光亮性，等等一系列性能要求，通常淬火液按组成分为油基型和水基型两大 类。

油基淬火液

最早采用的油是 动植物油，其冷却能力较弱，但仍具有足够的冷却能力 ，且油温度升高时对淬火能力影响不大，时较为理想的淬火介质。由于价格及原料来源的限制，工业上多采用矿物油，如0＃柴油，15～32＃粘度等级的机械油 等。矿物油随黏度、闪点不同其冷却能力不同，使用温度也不同。由于其冷却速度较缓慢，对截面较大的碳钢及低合金钢不易淬硬，而且材料表面易玷污，使用油一 定的局限性。为改善油的冷却能力，可采用适当提高油温（通常在80℃以下的范围内调节）、强烈搅拌循环及加入添加剂等方法。在油中加入如磺酸钠、磺酸钡、 磺酸钙、环烷酸钙等添加剂，在淬火冷却时，添加剂粘在工件表面成为次女国货曾蒸汽泡的质点，使稳定蒸汽膜不易形成，提高了高温区的冷却能力，这种油称为 “快速淬火油”。此外，在轻油及用溶剂精炼法提取的淬火油中加入热稳定剂、无灰分的表面活性剂国务常用1％的米唑啉油酸钠和0.3％的T501，可以使工 件淬火后表面迅速被油膜包覆浸润而不致在表面沉积炭黑，从而使工件淬火后表面光亮洁净，这种油称为“光亮淬火油”。另外，矿物油中加入表面活性剂可使金属 淬火均匀，并有利于淬火后矿物油的清洗。例如，在淬火用矿物油中添加2％～5％非离子乳化剂如壬基酚聚氧乙烯（6）醚，金属制品淬火后用水冲洗即可除掉矿 物油。

水基淬火液

水是最经济的淬火介质。其化学稳定性很高，热容量较大。但纯水在高温区的冷却能力并不强，而在300℃ 附近冷却能力却很大，因此，纯水的冷却特性恰恰与我们要求的理想淬火介质的特性相反，这正是纯水极少使用的原因。常用的水基淬火液有盐水、碱水、饱和氯化 钙、三硝水溶液（NaNO3、NaNO2、KNO3）、有机高分子水溶液等。

20世纪50年代末期美国提出了无毒、无臭、不燃和冷却性能 在水油之间、可调的聚乙烯醇（PVA）、水溶液淬火介质，以后又发展为聚亚烷基乙二醇（PAG）、聚氧乙烯二醇（GLY）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等有 机高分子聚合物水基淬火液。70年代末期又研制出适用于贝氏体淬火的非马氏体淬火液—碱性聚丙烯酸酯（ACR），其特点氏黏度较高，适用于等温淬火、锻件 热锻淬火、高速钢及马氏体不锈钢的淬火。此外，还有聚丙烯酰胺（PAM）、甲基纤维素（CMC）及高相对分子质量聚皂水溶液等新的淬火液品种。

由 环氧乙烷、环氧丙烷开环聚合制得的聚醚具有逆溶性，这乙性质使它在水基金属加工液（如切削液、磨制液、淬火液）中发挥了优良的润滑作用。当聚醚溶液被带入 切削区域，遇到热的金属表面时，液体温度很快升到高于聚醚的浊点。这时，聚醚即从水中析出，形成油一样的微小液滴，这些液滴在金属表面形成薄的润滑油膜， 起到流体润滑作用。试验证明，当温度高于浊点时，5％的聚醚溶液的浓缩液具有相同的润滑性能。在常温下，聚醚易溶于水，其水溶液具有许多淬火液所要求的优 良性能，故在淬火液中得到广泛应用。制备“传统聚醚”所用单体必须包括环氧乙烷，其质量分数在整个分子中的含量最好在70％～90％，至少占10％。也可 以只用环氧乙烷一种单体。其他单体时含C3~4的低级环氧化物，如环氧丙烷、四氧呋喃及磺氧丁烷的2种异构体等。“传统聚醚”的相对分子质量多为2万左 右，属于中高相对分子质量范畴。它的制备多采用“分步合成法”即先按一般方法用环氧丙烷、环氧乙烷合成相对分子质量为几百至几千的聚醚，然后用这种聚合物 作起始剂与单体继续聚合制得较高相对分子质量的聚醚。重复上述步骤几次就可以得到所需相对分子质量的产物。环氧乙烷与另一种单体的杂聚共聚物和镶嵌共聚物 都可以称作“传统聚醚”。制备“传统聚醚”的起始剂时常用的醇类、胺类。国外已经报道了大量关于水基淬火液用聚醚的合成及其应用的专利，而且已进入工业化 生产和应用阶段。我国在这方面的研究起步较晚，许多产品仍需以来进口。近年来，研究较多的时改性聚醚。

PAG淬火液是工业上应用较多的一 种水及淬火液，是以特定的聚醚类非离子型高分子聚合物（PAG）加上能获得其他辅助性能的复合添加剂和矢量的水配置而成的。特别对于寻求水－油之间冷速的 中低淬透性钢，PAG是较理想的淬火液。使用PAG淬火剂的目的就是调节水的冷却特性。在淬火过程中，PAG成膜迅速，冷却能力可随浓度的调整而变化，淬 火硬度均匀，淬火后无需清洗即可直接回火。淬火液的冷却特性决定于其中PAG组分的特性和数量。其他提供辅助性能的添加剂对淬火液的冷却性能几乎没有影 响。但在淬火生产中，工件带出及受高温氧化分解都会使PAG聚合物的量减少。淬火过程中，工件周围液温升高，PAG聚合物从溶液中脱溶出来并靠其润湿性以 富水的包膜形式黏在工件表面上，从而调整工件的冷却速度。工件冷却下来后，黏附在工件表面的聚合物又会溶到淬火液中。回溶需要一定时间，而生产中往往等步 到聚合物回溶干净就将工件从淬火液中取走。因为工件带出的液体中PAG含量往往高于所有淬火液中PAG的 平均浓度。长期、大量淬火后，淬火液中PAG的相对浓度必然逐渐降低。另外，PAG具有很高的化学稳定性，在室温下与一般的酸碱不发生反应，只有在 250℃的高温且又有氧存在的条件下才被氧化分解。淬火过程中，黏附在工件表面的PAG聚合物膜大部分可以因为其中及其周围的水肥被气化而保持在不高于水 沸点的温度。但紧接工件表面的部分仍然可能升到更高的温度而发生氧化分解，导致PAG含量降低。这样淬火液中其他添加剂组分的相对含量将随之升高，最终影 响淬火效率。

PAG淬火液用于铝合金淬火有显著的优越性，对于铝板的淬火效率比热水淬火的效率减少60％。然而PAG淬火液在多数钢件马氏体转变区的冷速比油快，因此对高合金钢的调质有一定的局限性。

PVP、 ACR淬火液是为弥补PAG的上述不足而开发的，但这两种聚合物无逆溶性，淬火后粘在工件表面的聚合物需清洗，加上其工艺性和稳定性步及PAG，应用也有 限。PEO（聚乙烯基噁唑啉）淬火液AQ3610氏好富顿国际公司的专利产品，具有逆溶性，黏度大大低于PAG淬火液，从而减少了工件淬火后带出聚合物的 量。而且具有独特的冷却性能，在300℃的冷速与油基淬火液一样慢，而在高温区冷速又比油快。5％～25％的 AQ3610淬火液可以满足从感应淬火到大锻件、铸件调质处理的冷速要求，淬火后无需清洗即可直接回火。

近年来，随着石油资源的日益紧缺 以及人类共同对环保强调，大量的水基淬火液被广泛地用于热处理加工过程中，由上述聚乙烯醇(PVA)、聚亚烷基乙二醇(PAG)、聚氧乙烯乙二醇 (GLY)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、碱性聚丙烯酸酯(ACR)、聚丙烯酰胺(PAM)、甲基纤维素(CMC)等含强极性基团的高分子聚合物为基础增稠 剂组成的水基淬火液已成为今后的发展方向。
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公制 英美制常衡 英美制金衡或药衡 中国市制
公斤 克 磅 磅 两
1 1000 2.2046 35.2736 2.679 31.1507 20
0.001 1 0.0022 0.03527 0.00268 0.0321 0.02
0.4536 453.59 1 16 1.2135 14.5833 9.072
0.02835 28.35 0.0625 1 0.07595 0.9114 0.567
0.3732 373.24 0.82286 13.1657 1 12 7.465
0.0311 31.10 0.06857 1.0971 0.08333 1 0.622
0.05 50 0.1102 1.76368 0.13396 1.6075 1

宝石：1克拉=0.2克 1金衡=155.5克拉

容（体）积换算（一）
公制 中国市制 英制 美制
升 升 英加仑 美加仑
1 1 0.22 0.264
4.546 4.546 1 1.201
3.785 3.785 0.833 1

1000升=1立方米 1升=1000毫升=1000立方厘米（C.C.)
英制1加仑=277.42立方英寸 英制1加仑=231立方英寸

容（体）积换算（一）
公制 英美制 中国市制
立方米 立方厘米 立方码 立方英尺 立方英寸 立方尺
1 1000000 1.303 35.3147 61024 27
0.000001 1 0.0000013 0.00004 0.06102 0.000027
0.7636 764555 1 27 46656 20.643
0.02832 28317 0.037 1 1728 0.7646
0.000016 16.317 0.00002 0.00058 1 0.00044
0.037 37037 0.0484 1.308 2260 1

木材体积单位换算
板（BOARD FOOT MEASURE,BFM）：指厚一英寸面积一平方英尺的木材
板材的换算：100板=2.36立方米
原木的换算：100板=5立方米（近似值）

功率换算表
1千瓦（KW）=1034英制马力（HP）1.36公制马力(HP)
1英制马力=0.746千瓦(KW)
1公制马力=0.735千瓦(KW)
1千伏安（K.V.A）=千瓦（K.W.）/0.80

粮谷重量容积换算
品名 1公吨折合蒲式耳 1蒲式耳折合
磅 公斤
小麦,大豆 36.743 60 27.216
玉米 39.368 56 25.402
大麦(英制) 44.092 50 22.68
大麦(美制) 45.931 48 21.773

1英制蒲式耳(-1.0321美制蒲式耳)合36.3677升

石(原)油重量,容积换算
国别 1公吨折合
千升 美制桶 英制加仑 美制加仑
美国,印度尼西亚 1.18 7.4 259.1 310.6
伊朗,沙特阿拉伯 1.19 7.49 261.8 314.5
日本 1.11 6.99 244.5 293.3
英国,科威特 1.16 7.31 255.8 306.7
委内瑞拉 1.09 6.84 239.2 287.4

注:世界平均比重的原油通常以1公吨=7.35桶(每桶为42美制加仑)或1174升计

常用度量衡英文名称和简写
名称 英文名称 简写 名称 英文名称 简写
克 gram g. 码 yard yd.
公斤 kilogram kg. 英尺 foot ft.
公担 quintal q. 英寸 inch in.
公吨 metric ton m.t. 平方米 square metre sq.m.
长吨 long ton l.t. 平方英尺 square foot sq.ft
短吨 short ton sh.t. 平方码 square yard sq.yd.
英担 hundredweight cwt. 立方米 cubic metre cu.m.
美担 hundredweight cwt. 立方英尺 cudic metre cu.ft.
磅 pound lb. 升 litre l.
(常衡) ounce oz. 毫升 millilitre ml.
(金衡) ounce oz.t 加仑 gallon gal.
司马担 picul 　 蒲式耳 bushel bu.
米 metre m. 克拉 carat car.
公里 kilometre km. 马力 horse power h.p.
厘米 centimetre cm. 千瓦 kilowatt kw.
毫米 millimetre mm. 公吨度 metric ton unit m.t.u.

附表八：

计量单位换算表

面（地）积换算
公制 英美制 　
平方米 平方厘米 平方码 平方英尺 平方英寸 平方尺
1 10000 1.1960 10.7639 1550 9
0.0001 1 0.00012 0.00108 0.155 0.0009
0.8361 8361 1 9 1296 7.525
0.0929 929 0.1111 1 144 0.836
0.00065 6.45 0.00077 0.00694 1 0.0058
0.111 1111 0.133 1.196 172.2 1

长度换算
公制 中国市制 英美制
米 厘米 尺 码 英尺 英寸
1 100 3 1.094 3.2808 39.37
0.01 1 0.03 0.01094 0.03281 0.3937
0.3333 33.33 1 0.3646 1.094 13.123
0.9144 91.44 2.743 1 3 36
0.3048 30.48 0.9144 0.3334 1 12
0.0254 2.54 0.0762 0.0278 0.833 1

1米=100厘米=1000毫米

重量换算（一）
公制 英制 美制 港制
公吨 长吨 短吨 司马担
1 0.9842 1.1023 16.535
1.016 1 1.12 16.8
0.9072 0.8929 1 15
0.05 0.04921 0.0551 0.8267
0.0508 0.05 0.056 0.8402
0.0605 0.0594 0.0667 1

　
公制 中国市制 英美制
公斤 斤 磅
1000 2000 2204.6
1016 2032 2242
907 1814 2000
50 100 110.23
50.8 101.6 112
60.48 120.96 133.33
1 2 2.2046
0.5 1 1.1023
0.4536 0.9072 1

港制1司马担=100司马斤 公制1公吨=10公担 英制1长吨=20英担（CWT)
1英担=50.8024公斤 美制1短吨=20短担（CWT) 1短吨=100磅=45.36公斤
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镁及其合金对氧具有很高的化学亲和力，特别是在熔化和碎屑、粉尘状态下，更增加了与氧接触表面，当加热温度达到400℃~430℃以上就有产生燃烧爆炸的危险。所以：

（1）镁及镁合金机械加工主要防火安全要求：加工时最好与黑色金属加工分开，设在单独的隔离内：为了避免摩擦发热，避免碎硝粉尘，应尽量选用大前、后角、 大排屑槽的锋利刀具，选用大走刀量和大切削深度，切削进给结束要立即退刀；不得使用含水份的冷却液，切屑时应及时清除并存放在指定地点，不得与其它切屑混 在一起；切屑起火可用干砂扑灭，切不可用水。

（2）镁合金熔化防火安全要求：镁合金熔化不仅容易引起燃烧，而且使用氟化物作熔剂腐蚀相当严重。因此镁合金的熔化，浇铸应在一、二级耐火等级具有特殊抗 腐蚀措施的单独厂房，熔化和浇铸地方不准敷设蒸气和水管，用水浸润坩锅应在有防火隔墙的单独房间；熔化镁合金是在溶剂层下进行的。熔剂形成熔融状隔膜，使 熔融的镁合金与空气隔离，防止氧化燃烧；在砌炉衬或修炉时，不要使用水玻璃或其它硅酸盐和硅砖，因为万一发生坩锅烧穿时，熔融的镁合金与其作用可能发生爆 炸，应保证坩锅制造质量，定期检查和清除氧化皮，如底部厚度减薄超过原有50%应予报废，发现坩锅外壁有干枯熔剂，即表明已有渗漏，应报废；坩锅开始有渗 漏现象，即发现炉膛内产生白烟，应立即停止加温查明原因，如烟雾急剧增加、应立即将镁合金熔液掏出或将坩锅吊起，注入干燥并经过予热的槽子或镁模内；在扑 灭熔融或坩锅烧穿流入炉膛内的镁合金必须用镁合金专用灭火剂，如发生小型燃烧，也可用镁合金型砂扑灭。注意切不可用砂子，因为砂中的二氧化硅与燃烧的镁起 反应，会放出大量的热，反而促使镁的燃烧。

（3） 镁合金焊接、热处理的防火安全要求：镁合金焊接、热处理在预热和加热前应除去零件上的毛边和镁合金碎硝，零件不得和加热炉的电阻丝直接接触，在盐炉内进行热处理时严格控制温度，一般不应超过430℃。

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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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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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　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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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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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。



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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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保护地球环境是21世纪最优先考虑的课题。在机械加工领域，一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。其中，对节约能源和减少废物的主要加工方式，即干式、半干式加削加工技术的研究，正在加速进行。在铣削加工、齿轮的切齿加工等方面已实用化，并取得令人满意的效果。但在铝件特别是铝件的孔加工方面，由于产生铝屑粘刀而导致刀具折断、加工精度恶化，这一问题有待于进一步研究解决，目前铝件的孔加工采用干式加工的实例还不多。

　　环保技术的发展动向

　　在机械加工领域，有各种各样的环保技术，大体上可分为节约能源、减少废弃物、确保工作环境安全、舒适性三大类(见图1)。

图1 环保技术的分类

　　在节约能源方面有：减少液压管路的阻力而使切削液泵的规格减小和无液压化等。通常情况下，工作中即使泵的额定功率很小，但它消耗的功率一般都很大，特别是切削液所消耗的功率要占总功率的60%以上(见图2)，因此，前述技术对节约能源是切实有效的。

图2 机械加工能源消耗内部构成比

　　减少废弃物主要是指减少切削液的废液量。各公司都在致力于切削液的长效化和重复循环使用等技术的开发与应用。在切削液长效化(长寿命化)方面，切削液的合成化是开发的项目之一。由于合成切削液是以化学合成的油剂为基液来使用的，因此，应充分注意它和水的亲和性，能够人为地设计分子量等。由于钙等的金属离子与其它油的混合而导致界面活性剂的恶化，所以油水分离等都是可控制的有利一面；同时也应充分注意对设备的不利影响(如滑动部分润滑液被洗掉及泄漏对电气系统的影响)和废水可处理性。

　　在确保工作环境安全及舒适性方面，该公司最近正致力于切削液的氯游离化的研究。氯系化合物作为高压润滑油添加剂含在高负荷用切削液中，在高温切削和废油燃烧处理时，可产生剧毒物，因此，氯系切削液已从JIS标准中废除。目前各切削液生产厂家正在进行氯游离化的研究开发，以不断完善与原有切削油性能相同的新型切削液。

　　干式切削加工技术开发的主要思路

　　该公司考虑到铝制工件较多，一些孔加工刀具制造厂家和科研机构对干式切削加工技术的开发实例很少，从而决定自行研究开发，把铝件的钻削、攻丝、铰削和镗削加工方法作为研究开发的目标。

　　在干式切削加工中，选择了润滑、冷却和排屑性能优良的半干式切削加工，雾状切削剂供给方式把外部混合内部供给方式作为研究开发的主要内容(见图3)。外部混合方式与赫克斯公司等提倡的内部混合方式比较，其可供给的喷雾量少。但作为技术核心的喷雾生成部分开发的自由度大、主轴内部结构不需做大的改动，因此，可在所有制造厂家生产的设备上采用。

图3 半干式切削加工系统

　　关于切削加工效率(进给速度F)和加工精度，目前还处于研究阶段，最终结果是效率和精度应优于湿式切削。该公司是以国内外的标准检查程序为基准来设定目标值。

　　技术开发

　　喷雾的生成及供给技术

　　通过对所有切削加工方法的分析表明，喷雾的生成和供给技术十分重要。该技术的相关课题见下表。

表 喷雾生成供给的课题

分类
   

项目

喷雾生成
   

不受刀具规格影响的稳定的喷雾生成；

提高喷雾生成量；

控制喷雾量和喷雾压力

喷雾供给
   

控制管道内喷雾的凝结；

降低喷雾压力损失

维修保养和管理
   

喷雾生成状态监控、异常状态检测

　　一般情况下，喷雾是在文丘里(Venturi)喷管部分借助空气压力把油吹散而生成的。喷雾的生成能力主要与文丘里喷管前后的空气压力差(以下称差压)有关。但由于小直径刀具的油孔(以下为O/H)直径小而不能确保充足的差压，喷雾量下降很大。为克服这一缺点，有时将部分喷雾(只限空气部分)排放，以确保足够的差压，但要浪费空气。此外，由于是离散控制，不能进行每种刀具的准确控制，由于O/H断面积不同而导致差压发生变化，喷雾量就很不稳定。为解决这一问题，开发出靠从横向吹散油剂的结构，以确保即便在较小差压条件下，也能获得大喷雾能力的特殊的文丘里和即便在不同O/H断面积条件下，也能保持差压恒定(稳定)的新技术(见图4)，该技术的特点是不受刀具规格的限制，能稳定地确保喷雾润滑剂的供给。此外，该技术在废除弯管接头配管后，采用空气增加器和中间缓冲措施，实现了最大限度地减少喷雾润滑剂的压力损失及润滑剂的凝结，提高了排屑性能。

图4 喷雾装置

材料:ADC12，f5×15，p=0.4MPa，q=30ml/h
v=157m/min，f=0.2mm/r，F=2000mm/min
图5 即将折断前刀尖的磨损情况

图6 刀尖温度和能否加工的关系

图7 钻头折断过程的推测

　　钻削加工

　　由于钻削加工单位时间内切屑的切除体积大，所以散热性很差。现以M6的底孔为例，其目标值进给速度设定为6000mm/min。在开始基础试验中，由于切屑粘刀造成切屑在钻沟中堵塞而导致钻头折断(见图5)。在提高转数度试验时发现，钻削能否正常进行与钻尖的温度密切相关(见图6)，根据图7所示，为此对钻尖折断的过程进行推测，把钻头温度作为评价的项目之一进行了研究。

图8 喷雾冷却剂供给方式

材料:ADC12，f5×15，p=0.4MPa
q=30ml/h，v=157m/min
f=0.4mm/r，F=4000mm/min
图9 不同喷雾冷却方式对刀尖温度影响的比较

图10 钻头参数对钻头温度的影响

材料:ADC12，f5×15，p=0.6MPa
q=18ml/h，v=157m/min
f=0.35mm/r，F=3500mm/min
图11 合理修磨横刃的效果供给方式

材料:ADC12，f5×15，p=0.6MPa
q=18ml/h，v=57m/min
f=1mm/r，F=3000mm/min
图12 刀具磨损量比较

　　通常，喷雾冷却剂是从钻头部分喷出，但实际钻削时间很短，只有在这段时间，喷雾冷却剂才起作用。此外，冷却剂喷射到钻头沟槽内可抑制粘刀，但切屑的不利影响依然存在。因此，把冷却剂供给的结构做成也可从钻头外周喷射冷却剂的结构形成 (见图8)，我们把这种模式称作“通过钻头排屑沟模式”，其弹簧夹头孔部形成沟道，钻头柄部形成沟道、孔等的结构形式，根据不同的切削加工方法，其结构形式也有所不同。采用这样的结构形式，利用接近、轴移动等非切削时间可使雾状冷却剂粘附在钻沟上，可获得雾状冷却剂的冷却效果(见图9)。但应注意的是，如设计不当，就不能获得充分的冷却润滑效果，相反还会出现阻碍切屑的排出。

　　为了确定合理的刀具形状，对不同的刀具几何参数形状对刀尖温度的影响进行了调查 (见图10)，调查结果表明，横刃修磨、芯厚和油孔(O/H直径)对钻尖温度影响大，其中横刃修磨的影响最大。尽管横刃部分的切削性能不好，但修磨成3个前倾面可使切屑排出通畅(见图11)。由此可知，充分注意切屑的流动性至关重要。

　　对钻头进行涂层处理可改善切屑粘刀。涂层材料有很多，但效果好的涂层是DLC (Diamond Like Carbon)涂层和超微细结晶金刚石涂层(晶粒直径1µm左右，比普通金刚石涂层表面更光滑)。特别是超微细结晶金刚石涂层的效果更佳，即使F=10000mm/min，也不会产生粘刀。然而这两种涂层在结合强度、成本等方面还存在一些需解决的难题，有待以后加以解决。

　　由于新增了以上技术(涂层除外)，能够达到F=6000mm/min的进给速度。由大量生产中钻头磨损的评价结果见图12(在此例中因工件刚性小，钻头长，进给速度有所降低)，由图可知，半干式钻削磨损小，可实现良好的钻削效果。

材料:ADC12，M6，深度12mm，p=0.6MPa
q=18ml/h，v=157m/min
f=0.35mm/r，F=3500mm/min
图13 丝锥形状引起小崩损量的变化

材料:ADC12，M6，深度12mm，p=0.6MPa
q=18ml/h，v=157m/min
f=0.35mm/r，F=3500mm/min
图14 喷雾冷却剂供给方式对形状误差的影响

图15 丝锥磨损量和牙型

　　螺纹加工

　　在螺纹加工中，有切削加工法、搓制法和铣制法。下面介绍的是关于螺纹加工的研究开发实例，其目标是使螺纹加工精度达到JIS2级、牙形优于湿式加工的牙形、进给速度F=3000mm/min。

　　螺纹加工的技术课题是控制由于切削性能低下而产生挤裂切削，把挤裂切削将发生前的牙形放大后观察，右牙形面的小崩损量比湿式切削大。高速螺纹加工采用螺旋丝锥，其切削刃的工作前角为负前角，切削性能差，在湿式攻丝时没有问题，但在半干式切削时就有很大影响。因此，用试验方法对不同螺旋角和前角导致小崩损量的变化情况进行了评价，其结果是螺旋角小、前角大，可大幅度减少崩损量(见图 13)。另外，采用前节所述的合理的刀具内外同时供给喷雾冷却剂的方法，在盲孔和通孔攻丝时都能得到良好的螺纹牙形(见图14)。由大量生产加工刀具磨损的评价结果见图15，由图可知，其磨损量比湿式攻丝还小，且螺纹牙形也很好。

材料:ADC12，f18.4×12，p=0.4MPa，q=30ml/h
v=178m/min，f=0.1mm/r，F=300mm/min
图16 基础试验中产生的粘屑状况

图17 刀具开发

　　铰削加工

　　下面介绍的是关于一次将大加工余量孔完成铰削加工的研究开发实例(f2mm左右)，其目标是使孔的表面粗糙度达到3.2Rz，圆度为0.05，进给速度为F=2000mm/min。铰削加工的技术课题是抑制刀尖和深孔铰刀导向块的粘屑。将硬质合金抛光铰刀进行基础试验后的刀具磨损状况示于图16。铰削加工要求获得高精度的加工质量，因此，即使是极小的粘刀，也会影响铰孔的质量。为了抑制切削刃产生粘刀，对铰刀的螺旋角、涂层和切削刃的材质等进行了试验，结果表明，切削刃材料采用合成金刚石的效果最佳。

　　过去，深孔钻的导向块和已加工面接触能确保良好的圆度和表面粗糙度，因此，硬质合金部分和已加工表面接触能抑制粘屑，把切削刃做成有刃带的结构而形成台阶式多刃表面，让只有刃带部分接触已加工面，这样可降低形成已加工面的切削刃负荷，确保良好的导向性和提高加工精度(见图17)。

　　设备

　　在干式切削加工中，设备、切屑处理很重要。在干式切削加工中，由于没有切削液冲洗排屑，切屑易在夹具、床身上产生堆积及粘附在刀具基准面上而发生支承异常。为解决这些问题，从设备制定标准规格阶段就应考虑到干式切削加工，应设计相应的床身、导轨、夹具及防护罩等。具体来说就是要进行在产生切屑的正下方设置切屑回收中心槽、设置工件装卸时吹去基准面上切屑的空气喷射装置及对夹具、切屑防护罩进行润滑性涂层处理等。但在自动传送线方面，还有开发机内清洗装置的课题。

　　干式切削加工技术开发是包括喷雾冷却剂生成供给技术、刀具技术及设备的综合性技术。今后在推进所谓一次性切削加工及只用一把刀具加工的更高效加工技术开发的同时，还应致力于切屑处理技术的研究。
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1.一般概念

　　粗加工

　　粗加工是以快速切除毛坯余量为目的，在粗加工时应选用大的进给量和尽可能大的切削深度，以便在较短的时间内切除尽可能多的切屑。粗加工对表面质量的要求不高，刀具的磨钝标准一般是切削力的明显增大，即以后刀面的磨损宽度VB为标准。

　　精加工

　　在精加工时最主要考虑的是工件表面质量而不是切屑的多少，精加工时通常采用小的切削深度，刀具的副切削刃经常会有专门的形状，比如修光刃。根据所使用的机床、切削方式、工件材料以及所采用的刀具，可使表面粗糙度达到Ra1.6µm的水平，在极好的条件下甚至可以达到Ra0.4µm。
在精加工时刀具后刀面的磨损量不再是主要标准，它将让位于工件的表面质量。

　　2.铣削方式

　　顺铣

　　顺铣时切削点的切削速度方向在进给方向上的分量与进给速度方向一致。

　　顺铣是为获得良好的表面质量而经常采用的加工方法。它具有较小的后刀面磨损、机床运行平稳等优点，适用于在较好的切削条件下加工高合金钢。

　　使用说明：

　　不宜加工表面具有硬化层的工件(如铸件)，因为这时的刀刃必须从外部通过工件的硬化表层，从而产生较强的磨损。

　　如采用普通机床加工，应设法消除进给机构的间隙。

　　逆铣

　　逆铣时切削点的切削速度方向在进给方向上的分量与进给速度方向相反。

　　鉴于采用这种方式会产生一些副作用，诸如后刀面磨损加快从而降低刀片耐用度，在加工高合金钢时产生表面硬化，表面质量不理想等，所以的加工中不常使用。

　　使用说明：必须将工件完全夹紧，否则有抬起工作台的危险。


  
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　1　程序结构

　　程序段是可作为一个单位来处理的连续的字组，它实际是数控加工程序中的一段程序。零件加工程序的主体由若干个程序段组成。多数程序段是用来指令机床完成或执行某一动作。程序段是由尺寸字、非尺寸字和程序段结束指令构成。在书写和打印时，每个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如此。

　　2　程序格式

　　常规加工程序由开始符(单列一段)、程序名(单列一段)、程序主体和程序结束指令(一般单列一段)组成。程序的最后还有一个程序结束符。程序开始符与程序结束符是同一个字符：在ISO代码中是%，在EIA代码中是ER。程序结束指令可用M02(程序结来)或M30（纸带结束）。现在的数控机床一般都使用存储式的程序运行，此时M02与M30的共同点是:在完成了所在程序段其它所有指令之后，用以停止主轴、冷却液和进给，并使控制系统复位。M02与M30 在有些机床(系统)上使用时是完全等效的，而在另一些机床(系统)上使用有如下不同：用M02结束程序场合，自动运行结束后光标停在程序结束处；而用 M3O结束程序运行场合，自动运行结束后光标和屏幕显示能自动返回到程序开头处，一按启动钮就可以再次运行程序。虽然M02与M30允许与其它程序字合用一个程序段，但最好还是将其单列一段，或者只与顺序号共用一个程序段。

　　程序名位于程序主体之前、程序开始符之后，它一般独占一行。程序名有两种形式:一种是以规定的英文字(多用O)打头、后面紧跟若干位数字组成。数字的最多允许位数由说明书规定，常见的是两位和四位两种。这种形式的程序名也可称作程序号。另一种形式是，程序名由英文字、数字或英文、数字混合组成，中间还可以加入“—”号。这种形式使用户命名程序比较灵活，例如在 LC30型数控车床上加工零件图号为215的法兰第三道工序的程序，可命名为LC30-FIANGE-215-3，这就给使用、存储和检索等带来很大方便。程序名用哪种形式是由数控系统决定的。

　　%
　
　　O1001
　
　　N0   G92 X0 Y0 Z0

　　N5   G91 G00  X50  Y35  S500  MO3

　　N10  G43 Z-25 T01.01

　　N15  G01 G007 Z-12

　　N20  G00   Z12

　　N25        X40

　　N30  G01   Z-17

　　N35  G00  G44  Z42  M05

　　N40  G90  X0  Y0

　　N45  M30

　　%

　　3　程序段格式

　　程序段中字、字符和数据的安排形式的规则称为程序段格式(block format)。数控历史上曾经用过固定顺序格式和分隔符(HT或TAB)程序段格式。这两种程序段格式己经过时，目前国内外都广泛采用字地址可变程序段格式，又称为字地址格式。在这种格式中，程序字长是不固定的，程序字的个数也是可变的，绝大多数数控系统允许程序字的顺序是任意排列的，故属于可变程序段格式。但是，在大多数场合，为了书写、输入、检查和校对的方便，程序字在程序段中习惯按一定的顺序排列。

　　数控机床的编程说明书中用详细格式来分类规定程序编制的细节：程序编制所用字符、程序段中程序字的顺序及字长等。例如:

　　/  NO3   G02   X+053   Y+053  I0  J+053 F031  S04   T04   M03   LF

　　上例详细格式分类说明如下：N03为程序段序号；G02表示加工的轨迹为顺时针圆弧；X+053、Y+053表示所加工圆弧的终点坐标；I0、 J+053表示所加工圆弧的圆心坐标；F031为加工进给速度；S04为主轴转速；T04为所使用刀具的刀号；M03为辅助功能指令；LF程序段结束指令；/为跳步选择指令。跳步选择指令的作用是:在程序不变的前提下，操作者可以对程序中的有跳步选择指令的程序段作出执行或不执行的选择。选择的方法，通常是通过操作面板上的跳步选择开关扳向ON或OFF，来实现不执行或执行有“/”的程序段。

　　4　主程序与子程序
　
　　编制加工程序有时会遇到这种情况：一组程序段在一个程序中多次出现，或者在几个程序要使用它。我们可以把这组程序段摘出来，命名后单独储存，这组程序段就是子程序。子程序是可由适当的机床控制指令调用的一段加工程序，它在加工中一般具有独立意义。调用第一层子程序的指令所在的加工程序叫做主程序。调子程序的指令也是一个程序段，它一般由子程序调用指令、子程序名称和调用次数等组成，具体规则和格式随系统而别，例如同样是“调用55号子程序一次”， FANUC系统用“M98 P55。”，而美国A-B公司系统用“P55x”。

　　子程序可以嵌套，即一层套一层。上一层与下一层的关系，跟主程序与第一层子程序的关系相同。最多可以套多少层，由具体的数控系统决定。子程序的形式和组成与主程序大体相同：第一行是子程序号(名)，最后一行则是“子程序结束”指令，它们之间是子程序主体。不过，主程序结束指令作用是结束主程序、让数控系统复位，其指令已经标准化，各系统都用M02或 M30；而子程序结束指令作用是结束子程序、返回主程序或上一层子程序，其指令各系统不统一，如FANUC系统用M99、西门子系统用M17，美国A—B 公司的系统用M02等。

　　在数控加工程序中可以使用用户宏(程序)。所谓宏程序就是含有变量的子程序，在程序中调用宏程序的指令称为用户宏指令，系统可以使用用户宏程序的功能叫做用户宏功能。执行时只需写出用户宏命令，就可以执行其用户宏功能。

　　用户宏的最大特征是：

　　●可以在用户宏中使用变量；

　　●可以使用演算式、转向语句及多种函数

　　●可以用用户宏命令对变量进行赋值。

　　数控机床采用成组技术进行零件的加工，可扩大批量、减少编程量、提高经济效益。在成组加工中，将零件进行分类，对这一类零件编制加工程序，而不需要对每一个零件都编一个程序。在加工同一类零件只是尺寸不同时，使用用户宏的主要方便之处是可以用变量代替具体数值，到实际加工时，只需将此零件的实际尺寸数值用用户宏命令赋与变量即可。
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　1 引言

　　SiCp/Al是一种新型的陶瓷/金属系多相材料，由于它的比刚度和比强度高，膨胀系数小，耐热性和尺寸稳定性好，因此在航空航天、汽车制造等行业得到日益广泛的应用。在汽车制造业中，SiCpAl材料最具潜力的应用前景之一是用于制造发动机活塞。采用SiCp/Al制造发动机活塞可减小活塞销孔的磨损，避免因热膨胀引起的“咬死”现象，提高装配精度，减少能耗，提高发动机功率。SiCp/Al材料在德、日、英、美等工业发达国家汽车制造业中的应用已取得了良好效果。我国在这方面的研究开发工作也取得了一定成果。

　　在SiCp/Al材料中，引入了无机非金属颗粒作为补强第二相，从而大幅度提高了材料的强度、硬度和耐磨性能，但同时也使材料的机械加工性能变差。加工SiCp/Al材料时，刀具磨损严重，耐用度降低，工件尺寸精度和表面质量难以保证，这在一定程度上阻碍了这种新型材料的推广应用。为此，本文通过试验研究，利用常规硬质合金刀具材料设计出一种可采用常规工艺和设备加工SiCp/Al材料的新型刀具。使用证明，采用该刀具加工SiCp/Al材料，可提高刀具耐用度和工件表面质量，降低加工成本。

　　2 SiCp/Al切削表面成形机理

　　作为补强第二相引入母体第一相铝合金中的SiC 颗粒是非连续、均匀、无方向性(各向同性)地分布于母体材料中，从而使SiCp/Al材料具有如下切削表面形成机理：在切削力作用下材料产生变形，首先在强度薄弱处和已有缺陷处形成微观裂纹核，然后裂纹根据最小能量原则以极快速度扩展，直至材料断裂，形成原始裂纹表面。切削刃分流点以上的材料经剪切区域成屑流出，分流点和待加工与已加工表面之间的(过渡)原始裂纹表面材料再经钝圆切削刃的推挤、修整和已磨损的副后刀面的熨压形成已加工表面。切削表面并非全部由切削刃直接切出，而是在很大程度上受到原始裂纹表面形成机理的影响。原始裂纹表面的形成具有很大随机性，由材料组织结构决定。因此，SiCp/Al材料的已加工表面分布有颗粒被拔出后留下的凹坑、切削时被压下复又弹起的凸粒、颗粒自然解理表面、挤压及摩擦导致的局部材料侧流扩展(或熔融)表面、晶粒细化和沿切削方向纤维化表面、磨(破)损不平的切削刃复制出的表面等多种结构。

　　3 刀具磨损与破损机理

　　由于SiCp/Al材料中SiC颗粒(显微硬度值HV=27GPa)的存在，切削时，常规硬质合金刀具(YG类刀具材料显微硬度值HV= 16～18GPa)会很快磨损或破损。切削刃分流点以下的剩切现象使第一相母体材料的弹性恢复顶起裹携着带有微刃的第二相补强颗粒与副后刀面发生剧烈摩擦，造成刀具的磨粒磨损，这是刀具的主要失效形式。这种现象在第二相的粒度及体积分数均较小(如粒度小于15µm，体积分数小于15%)的SiCp/Al 材料中，由于弹性恢复趋势强烈而显得尤为明显。

　　SiCp/Al材料结构中的局部不均匀性和非连续性造成对刀具的冲击，致使主切削刃处发生崩刃现象，崩刃处发现有沿切屑流出方向分布的沟纹，随着切削路径的延长，崩刃处呈钝圆槽形。接近材料外缘处的刀具崩刃程度较低。虽然也存在边界磨损，但发生概率较小。

　　4 SiCp/Al材料的切削试验

　　4.1 试验材料

　　1#材料：SiCpAl(粒度：14µm，体积分数10%)；2#材料：SiCpAl( 粒度40µm，体积分数20%)。两种材料的第一相母体合金均为ZL109。试件经160MPa挤压铸造，制备为中空圆柱体，经T6 热处理。

　　4.2 试验条

　　切削机床：CM6140 型精密卧式普通车床；进给量f=0.10mm/r，切削深度ap=0.10mm，切削1#材料切削速度vc1=19.3m/min，切削2#材料切削速度vc2=18.5m/min；采用干式纵向切削。

　　4.3 试验刀具

　　加工SiCp/Al多相材料时，磨粒磨损是刀具的主要失效形式，也是造成已加工表面质量恶化的主要原因。根据材料组织结构和加工表面微观形貌特征，笔者认为，只有针对SiCp/Al材料在加工中的弹、塑性变形特点，有效减轻刀具—工件的挤压滑擦，才能减轻刀具磨损，提高刀具耐用度和加工表面质量。

　　试验结果表明，采用主偏角小于90°(如45°和75°)的外圆车刀切削SiCp/Al材料时，由于切削径向分力和母体材料高弹性变形的作用，刀具—工件接触面发生剧烈挤压和滑擦，很快在副后刀面上磨出磨损带，磨损带挤压在已加工表面上，严重时可引起不规则的中频振颤，振颤“锤击”作用可使已加工表面质量进一步恶化，同时进一步加剧了刀具损坏。如刀具采用90°(或稍大于90°)的主偏角，切削时就能够有效卸去切削径向分力，减轻刀具对材料的挤压以及由此引起的材料弹性恢复。此外，针对材料弹性恢复的不利影响，在副后刀面与刀尖连接处刃磨出一定形状，不仅能够减轻刀具—工件的挤压、滑擦，提高刀具耐用度，还可对已加工表面起到熨平修整作用，提高加工表面质量。

　　根据上述思路设计了一种新型引导光整刀具。刀具几何形状为：前角γ0=6°，主后角α0=10°，主偏角kr=90°，刃倾角λs=0°，副后角α0’=5°，副偏角kr’=15°，刀尖圆弧半径rε≤0.20mm；在与rε圆弧相接的副切削刃上刃磨出长度b≤1mm 的大半径 ( R≈150mm)圆弧，平滑过渡到副切削刃；在副切削刃上刃磨出α01≤-2°、宽度br’≤0.20mm 的负倒棱；在与rε相连的大圆弧的负倒棱下刃磨出R’≈200mm、高度b’≤0.50mm 的外切圆柱面，向下与副后刀面平面圆滑过渡(如图1所示)。

图1 刀具引导光整面几何形状示意图

　　这种新型引导光整刀具的关键是刀尖圆弧半径与相连的由R 和R’组成的椭球面(即引导光整面)的形状和高度，该椭球面可引导修整已加工表面的弹性变形恢复和轮廓微观不平度。其它几何参数的设计主要应满足刀具强度和耐冲击性的要求。

　　试验刀具的材料选用YG8 硬质合金。

　　4.4 试验结果

　　试验刀具进入正常磨损阶段后，副后刀面上光滑的引导光整面对已加工表面的微观不平轮廓进行修整。经切削光整后，1#材料已加工表面粗糙度平均值 Ra=1.08µm，裸视观察呈无光泽银白色，在显微镜下观察，轮廓顶峰被部分修整，呈钝圆状，加工纹路清晰可见；2#材料已加工表面粗糙度平均值Ra= 0.52µm。由于2#材料的粒度和体积分数均大于1#材料，因此硬度和刚度有所提高，弹塑性变形减弱，表面呈有金属光泽的镜面。用Taylor- Hobson轮廓仪描绘出的使用普通刀具(未在副后刀面上刃磨出引导光整面)和新型引导光整刀具切削2#材料的表面微观轮廓形貌(两种刀具材料均为YG8 硬质合金，且几何参数基本相同)。

　　与普通刀具相比，新型引导光整刀具切削出的表面微观轮廓顶峰和峰谷变化平缓，微观不平度减小。

　　对新型引导光整刀具的检测显示，切削1#材料15分钟后，刀具上未发现明显的磨损带；继续切削2#材料，在开始的12.5 分钟里，引导光整面的长度b由原来的0.9mm扩展到1.0mm，高度b’由原来的0.4mm扩展到0.5mm，在随后37.5 分钟的切削过程中，未发现磨损带进一步扩大。切削试验中，工件表面粗糙度值基本保持稳定，Ra最大值未超过0.76µm。

　　5 结论

　　引导光整刀具是一种适用于切削SiCp/Al多相材料的新型刀具，能有效提高常规材料刀具的耐用度，降低工件表面粗糙度。

　　新型刀具的光整作用可使已加工表面延展和拉伸，产生塑性流动；挤压作用可弥合表面微观裂纹，减轻应力集中现象，使表面呈残余压应力状态，从而提高零件抗疲劳强度。

　　SiCp/Al材料的表面加工质量在很大程度上由引导光整面的高度和切削用量决定。其高度应小于轮廓微观不平度的平均高度，以减小母体材料的受压弹形变形；其宽度应大于进给量f，以实现重叠连续光整，使已加工表面获得良好的尺寸精度和表面质量。

　　对于不同粒度和体积分数的SiCp/Al材料，存在一个引导光整面优化值。可根据材料粒度和体积分数的不同适当修整引导光整面的几何尺寸。本文推荐的引导光整刀具几何尺寸较适合于切削中等粒度和体积分数的SiCp/Al材料，对于粒度和体积分数过大或过小的材料加工效果稍差。

　　新型引导光整刀具的几何形状较适合直线加工，对于复杂曲面的加工则有其局限性。


 
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