第一篇：金屬材料及加工工藝.

本文由frankgyq貢獻

ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。金屬加工工藝 金屬加工工藝

第一篇 變形加工 第二篇 切削加工 第三篇 磨削加工 第四篇 焊接 第五篇 熱處理 第六篇 表面處理 第一篇 變形加工

一、塑性成型

二、固體成型

三、壓力加工

四、粉末冶金

一、塑性成型加工

塑性(成型)塑性(成型)加工是指高溫加熱下利用模具使金 屬在應力下塑性變形。分類： 分類： 鍛造： 鍛造： 在冷加工或者高溫作業的條件下用捶打和擠壓的 方式給金屬造型，是最簡單最古老的金屬造型工 方式給金屬造型，藝之一。藝之一。扎制： 扎制： 高溫金屬坯段經過了若干連續的圓柱型輥子，高溫金屬坯段經過了若干連續的圓柱型輥子，輥 子將金屬扎入型模中以獲得預設的造型。子將金屬扎入型模中以獲得預設的造型。

擠壓：用于連續加工的，擠壓：用于連續加工的，具有相同橫截面形 狀的實心或者空心金屬造型的工藝，狀的實心或者空心金屬造型的工藝，既可以 高溫作業又可以進行冷加工。高溫作業又可以進行冷加工。沖擊擠壓：用于加工沒有煙囪錐度要求的小 沖擊擠壓： 型到中型規格的零件的工藝。生產快捷，型到中型規格的零件的工藝。生產快捷，可 以加工各種壁厚的零件，加工成本低。以加工各種壁厚的零件，加工成本低。拉制鋼絲： 拉制鋼絲：利用一系列規格逐漸變小的拉絲 模將金屬條拉制成細絲狀的工藝。模將金屬條拉制成細絲狀的工藝。

二、固體成型加工

固體成型加工：是指所使用的 固體成型加工： 原料是一些在常溫條件下可以進行 造型的金屬條、造型的金屬條、片以及其他固體形 態。加工成本投入可以相對低廉一 些。

固體成型加工分類： 固體成型加工分類： 旋壓： 旋壓：一種非常常見的用于生產圓形對 稱部件的加工方法。加工時，稱部件的加工方法。加工時，將高速旋轉的 金屬板推近同樣告訴旋轉的，金屬板推近同樣告訴旋轉的，固定的車床上 的模型，以獲得預先設定好的造型。的模型，以獲得預先設定好的造型。該工藝 適合各種批量形式的生產。適合各種批量形式的生產。彎曲：一種用于加工任何形式的片狀，彎曲：一種用于加工任何形式的片狀，桿 狀以及管狀材料的經濟型生產工藝。狀以及管狀材料的經濟型生產工藝。

沖壓成型： 沖壓成型：金屬片置于陽模與陰模之間經過 壓制成型，用于加工中空造型，深度可深可淺。壓制成型，用于加工中空造型，深度可深可淺。沖孔： 沖孔：利用特殊工具在金屬片上沖剪出一定 造型的工藝，小批量生產都可以適用。造型的工藝，大，小批量生產都可以適用。沖切：與沖孔工藝基本類似，不同之處在于 沖切：與沖孔工藝基本類似，前者利用沖下部分，前者利用沖下部分，而后者利用沖切之后金屬 片剩余部分。片剩余部分。切屑成型： 切屑成型：當對金屬進行切割的時候有切 屑生產的切割方式統稱為切屑成型，屑生產的切割方式統稱為切屑成型，包括銑 鉆孔，車床加工以及磨，鋸等工藝。磨，鉆孔，車床加工以及磨，鋸等工藝。無切屑成型： 無切屑成型：利用現有的金屬條或者金屬 片等進行造型。沒有切屑產生。片等進行造型。沒有切屑產生。這類工藝包 括化學加工，腐蝕，放電加工，噴砂加工，括化學加工，腐蝕，放電加工，噴砂加工，激光切割，噴水切割以及熱切割等。激光切割，噴水切割以及熱切割等。

三、壓力加工

利用金屬在外力作用下所產生的 塑性變形，來獲得具有一定形狀、塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺 寸和機械性能的原材料、寸和機械性能的原材料、毛坯或零件 的生產方法，稱為壓力加工。的生產方法，稱為壓力加工。壓力加工的基本方式：鍛造、壓力加工的基本方式：鍛造、板 料沖壓、軋制、擠壓、料沖壓、軋制、擠壓、拉拔。鍛造

鍛造是利用鍛錘的往復沖擊力 或壓力機的壓力是坯料改變成我 們所需要的形狀和尺寸的一種壓 力加工方法。力加工方法。一般分為自由鍛和模鍛。一般分為自由鍛和模鍛。常用于生產大型材、開坯等。常用于生產大型材、開坯等。

一、自由鍛

利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個 抵鐵之間產生變形，抵鐵之間產生變形，從而得到所需形狀 及尺寸的鍛件。分手工鍛造、及尺寸的鍛件。分手工鍛造、機械鍛造 兩種。兩種。工具簡單，通用性強，應用廣泛。工具簡單，通用性強，應用廣泛。

二、模鍛

按設備不同分為： 按設備不同分為： 錘上模端、胎膜鍛、壓力機上模鍛 錘上模端、胎膜鍛、錘上模鍛設備有： 錘上模鍛設備有： 蒸汽空氣錘、五砧座錘、蒸汽空氣錘、五砧座錘、高速錘 板料沖壓

板料沖壓是利用沖模使板料產生 分離或變形的加工方法。分離或變形的加工方法。這種方法 通常是在冷態下進行的,所以又叫冷 通常是在冷態下進行的 所以又叫冷 沖壓。只有在板料超過8-10mm時，沖壓。只有在板料超過 時 才采用熱沖壓。才采用熱沖壓。特點

可以沖壓出形狀復雜的零件，廢料較少。可以沖壓出形狀復雜的零件，廢料較少。產品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，產品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，互換性能較好。互換性能較好。能獲得質量輕、材料消耗少、能獲得質量輕、材料消耗少、強度和剛度較 高的零件。高的零件。沖壓操作簡單，沖壓操作簡單，工藝過程便于機械化和自動 生產效率高，故零件成本低。化，生產效率高，故零件成本低。

板料沖壓常用金屬材料： 低碳鋼、銅合金、鋁合金、鎂 合金、及塑性高的合金鋼。從形狀分：板料、條料、帶料。基本工序： 常用設備：剪床和沖床。常用設備：剪床和沖床。

剪床用來把板料剪切成一定寬度的條料，剪床用來把板料剪切成一定寬度的條料，以供下一步的沖壓程序用。以供下一步的沖壓程序用。沖床用來實現沖壓工序，沖床用來實現沖壓工序，制成所需形狀和 尺寸的成品零件。尺寸的成品零件。

沖壓生產基本工序： 沖壓生產基本工序： 分離工序：落料、沖孔、切斷、修整等。分離工序：落料、沖孔、切斷、修整等。變形工序：拉深、彎曲、翻邊、成型等。變形工序：拉深、彎曲、翻邊、成型等。

四、粉末冶金

粉末冶金一種可以加工黑色金屬元件也 可以加工有色金屬元件的工藝。可以加工有色金屬元件的工藝。包括將合 金粉末混合以及將混合物，金粉末混合以及將混合物，壓入模具兩項 基本工序。基本工序。金屬顆粒經過高溫加熱燒結成 這種工藝不需要機器加工，型。這種工藝不需要機器加工，原材料利 用率可以達到97% 97%。用率可以達到97%。不同的金屬粉末可以 用于填充模具的不同部分。用于填充模具的不同部分。第二篇 切削加工 切削加工

制造尺寸、形狀、制造尺寸、形狀、位置精度要求較 表面粗糙度較細的零件，高，表面粗糙度較細的零件，通常采 用切削加工方法。用切削加工方法。金屬切削機床就是利用刀具對金 屬毛坯進行切削加工的設備，屬毛坯進行切削加工的設備，通常簡 稱為機床。稱為機床。分類

車床 銑床 鉆床 鏜床 電火花線切割加工 車 床

車床主要用于加工各 種回轉表面（種回轉表面（內外圓 柱面、圓錐面、柱面、圓錐面、成型 回轉面等）回轉面等）以及回轉 體的端面。體的端面。車床主要使用的刀具 為各種車刀，為各種車刀，也可用 鉆頭、擴孔鉆、鉆頭、擴孔鉆、絞刀 進行孔加工，用絲錐、進行孔加工，用絲錐、板牙加工內外螺紋表 面。銑

銑床可以加工水平面、銑床可以加工水平面、垂直面、形槽 鍵槽、形槽、垂直面、T形槽、鍵槽、燕尾槽、螺紋、螺旋槽、燕尾槽、螺紋、螺旋槽、分齒零件（齒輪、鏈輪、分齒零件（齒輪、鏈輪、棘輪、花鍵軸）棘輪、花鍵軸）以及成 形面等。此外，形面等。此外，銑床還 可以使用鋸刀銑片進行 切斷工作。切斷工作。種類：臥式升降臺銑床、種類：臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、立式升降臺銑床、工具 銑床、龍門銑床、銑床、龍門銑床、成形 銑床等。銑床等。床 鉆

鉆床可以用鉆頭直接 加工出精度不太高的 孔，也可以通過鉆 擴孔—鉸孔的工 孔—擴孔 鉸孔的工 擴孔 藝手段加工精細度要 求較高的孔，求較高的孔，利用夾 具還可加工要求一定 位置精度的孔系。位置精度的孔系。另 外，鉆床還可進行攻 螺紋。螺紋。鉆床的主要類型有： 鉆床的主要類型有： 臺式鉆床、臺式鉆床、立式鉆 搖臂鉆床、床、搖臂鉆床、銑鉆 中心孔鉆床等。床、中心孔鉆床等。床 鏜 床

鏜床主要用于加工尺寸 較大、較大、精度要求較高的 孔，特別適用于加工分 布在不同位置上，布在不同位置上，孔距 精度、精度、相互位置精度要 求很嚴格的孔系。求很嚴格的孔系。除鏜 孔外，孔外，鏜床還可以完成 鉆孔、擴孔、鉆孔、擴孔、鉸孔等工 作，大部分鏜床還具有 銑削的功能。銑削的功能。鏜床的主要類型有： 鏜床的主要類型有： 立式鏜床、臥式鏜床、立式鏜床、臥式鏜床、坐標鏜床、精鏜床等。坐標鏜床、精鏜床等。電火花線切割加工

電火花加工是一種利用電火花放 電時產生的腐蝕現象對材料進行加 工的方法。工的方法。電火花線切割加工是指在工具電 電極絲)和工件間施加脈沖電壓, 極(電極絲)和工件間施加脈沖電壓, 使電壓擊穿間隙產生火花放電的一 種加工方式。種加工方式。電火花線切割機床加工

電火花線切割機床加工是在電火花 成形加工的基礎上發展起來的,最初的 成形加工的基礎上發展起來的,最初的 名稱為線狀電極電火花切割機床加工，名稱為線狀電極電火花切割機床加工，是一種不用事先制備專用工具電極而 采用通用電極的電火花加工方法。采用通用電極的電火花加工方法。

電火花線切割機機床 有多種分類方法，有多種分類方法，一 般可以按 機床的控制方式、機床的控制方式、脈沖電源的形式、脈沖電源的形式、工件臺尺寸與行程、工件臺尺寸與行程、走絲速度、走絲速度、加工精度及 工作液方式 進行分類。進行分類。

數控電火花線切割加工的 用途廣泛，隨著它的發展和普及，用途廣泛，隨著它的發展和普及，電火花線切割機床已經逐漸從單 一的沖裁模具加工向各種類模具 及復雜精密模具甚至零件加工方 向轉移，譬如： 向轉移，譬如： 1.最早的模具加工 2.新產品試制的零件加工制 作 3.難加工零件 4.貴重金屬下料 第三篇 磨削加工 磨削加工

磨削加工是利用磨料去除材料的加工方 法。通常按工具類型進行分類，通常按工具類型進行分類，可分為使用 固定磨粒加工及使用自由磨粒加工兩大 類。通常所說磨削主要指用砂輪或砂帶進行 去除材料加工的工藝方法，去除材料加工的工藝方法，它是應用廣 泛的高效精密的終加工方法。泛的高效精密的終加工方法。分類

一般砂輪磨削根據加工對象、一般砂輪磨削根據加工對象、表面生成方法 不同，可分為外圓、內圓、不同，可分為外圓、內圓、平面及成型磨削 方法。方法。對旋轉表面按工件夾緊和驅動方法，對旋轉表面按工件夾緊和驅動方法，可分為 定心磨削與無心磨削。定心磨削與無心磨削。按砂輪進給方法相對于表面加工的關系，按砂輪進給方法相對于表面加工的關系，可 分為縱向進給與切入進給磨削。分為縱向進給與切入進給磨削。按磨削行程分為通磨與定程磨。按磨削行程分為通磨與定程磨。按砂輪表面工作類型分為周邊磨削、端面磨 按砂輪表面工作類型分為周邊磨削、以及周邊-端面磨削 端面磨削。削、以及周邊 端面磨削。

從磨削區的基本情況來看，從磨削區的基本情況來看，大致分為兩 類：（1）恒壓力磨削）所謂恒壓力磨削是指控制切入壓力 為定值的磨削，即通過控制磨頭重量、為定值的磨削，即通過控制磨頭重量、杠 人力、液壓、桿、人力、液壓、氣動及電器系統來控制 砂輪對工件的壓力。如砂輪架、砂輪對工件的壓力。如砂輪架、砂輪切割 鋼錠粗磨機等均采用這種形式。機、鋼錠粗磨機等均采用這種形式。（2）定進給磨削）所謂定進給磨削是指控制切入進給 速度為恒值的磨削。加工時，速度為恒值的磨削。加工時，砂輪以選定 的進給率垂直于磨削表面作切入進給。的進給率垂直于磨削表面作切入進給。現 在使用的磨床大多使用這種方式。在使用的磨床大多使用這種方式。第四篇 焊接

焊接是一種永久性連接金屬材料 的工藝方法。的工藝方法。焊接過程的實質是用 加熱或加壓力等手段，加熱或加壓力等手段，借助于金屬 原子的結合與擴散作用，原子的結合與擴散作用，是分離的 金屬材料牢固地連接起來。金屬材料牢固地連接起來。按焊接過程的特點分： 熔化焊、壓力焊、釬焊三大 類

一、熔化焊通過加熱，使被焊金屬自身熔 熔化焊通過加熱，通過加熱 化而相互連接，化而相互連接，也稱為自身焊 壓力焊在加熱的同時加壓 加熱的同時加壓，二、壓力焊在加熱的同時加壓，使被焊金 屬相互連接 焊料焊通過加熱 通過加熱，三、焊料焊通過加熱，利用焊接材料將被 焊金屬相互連接

熔化焊中的電弧焊應用極為普遍，包括： 手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體 保護焊

其他常用焊接方法： 其他常用焊接方法： 電渣焊、電渣焊、等離子弧焊接與切 真空電子束焊接、割、真空電子束焊接、激光焊 電阻焊、接、電阻焊、摩擦焊

埋弧自動焊（也稱溶劑層下自 動焊）

特點： 特點： 生產率高、焊接質量高且穩定、生產率高、焊接質量高且穩定、節 省金屬材料、勞動條件改善。省金屬材料、勞動條件改善。但設備費用高，工藝準備復雜，但設備費用高，工藝準備復雜，對 接頭加工與裝配要求嚴格，接頭加工與裝配要求嚴格，僅適用于批 量生產長直線焊縫與圓筒形工件的縱、量生產長直線焊縫與圓筒形工件的縱、環焊縫。環焊縫。氣體保護焊

一、氬弧焊 氬弧焊是以氬氣為保護氣體 的電弧焊，氬氣是惰性氣體，的電弧焊，氬氣是惰性氣體，可保護電極和熔化金屬不受空 氣的有害作用。高溫情況下，氣的有害作用。高溫情況下，氬氣不和金屬起化學反應，氬氣不和金屬起化學反應，也 不溶于金屬，不溶于金屬，因此氬弧焊的質 量較高。量較高。二、二氧化碳氣體保護焊 CO2保護焊是以 保護焊是以CO2作 保護焊是以 作 為保護氣體的電弧焊。為保護氣體的電弧焊。它用 焊絲做電極，焊絲做電極，靠焊絲和焊件 之間產生的電弧熔化工件金 屬與焊絲，屬與焊絲，以自動或半自動 方式進行焊接。方式進行焊接。

優點： 成本低，可用價廉易得的 CO2代替焊劑，焊接成本僅是埋弧 自動焊和手弧焊的40%左右。生產 效率高、操作性好、質量較好。缺點： CO2的氧化作用使溶滴飛濺 較為嚴重，因此焊縫成型不夠光滑，另外焊接煙霧較大，弧光強烈，如 果控制或操作不當，容易產生氣孔。特點(1)焊料熔化： 焊料焊接法 焊接時只有焊料熔化，而被焊金屬處于固態，對材料性能影響小。(2)焊料與焊件的成分不同形成接頭(3)金屬的連接 可以連接異質金屬，包括金屬與非金屬的連 接。爐內焊接法

特點(1)爐內焊接具有真空密閉的焊接條件，(1)爐內焊接具有真空密閉的焊接條件，金屬不易氧化。(2)焊件整體加熱均勻，溫度控制準確。(2)焊件整體加熱均勻，溫度控制準確。(3)主要應用于金屬一烤瓷基底橋的焊接。(3)主要應用于金屬一烤瓷基底橋的焊接。激光焊接法

某些物質原子中的粒子受光或電刺激，使 低能級的原子變成高能級原子，輻射出相位、頻率、方向完全相同的光，具有顏色單純、能 量高度集中、光束方向性好的特點。

特點：(1)焊接速度快，加工時間短暫(1)焊接速度快，加工時間短暫(2)準確性高，被焊金屬無需包埋固定，無變形(2)準確性高，被焊金屬無需包埋固定，無變形(3)不受電磁于擾，可直接在大氣中進行焊接，(3)不受電磁于擾，可直接在大氣中進行焊接，操作方便(4)熱影響區小，激光焊接加熱區域小、熱量集(4)熱影響區小，激光焊接加熱區域小、熱量集 中、受熱及冷卻快，對焊件影響小(5)無噪聲、污染小(5)無噪聲、污染小 激 光 點 焊 機 點焊法

特點：(1)屬于電阻焊接法。(1)屬于電阻焊接法。(2)利用電流通過焊件時產生的電阻(2)利用電流通過焊件時產生的電阻 熱作為熱源，加熱熔化焊件(熱作為熱源，加熱熔化焊件(不加焊 料)進行焊接。第五篇 熱處理

熱處理是在一定的條件下，熱處理是在一定的條件下，給金屬一定 的加熱與冷卻，的加熱與冷卻，使金屬獲得一定的機械 性能或化學性能的工藝方法。性能或化學性能的工藝方法。金屬零件進行熱處理的主要目的是： 金屬零件進行熱處理的主要目的是： 提高硬度、提高硬度、強度及增加耐磨性 降低硬度，降低硬度，便于機械加工 消除加工過程中所引起的內應力 提高表面耐磨、提高表面耐磨、耐蝕性能 普通熱處理

分類： 分類：

一、退火

二、正火

三、淬火

四、回火

一、退火

把工件加熱到一定溫度（把工件加熱到一定溫度（稍高于臨界溫），經過一定時間保溫后 經過一定時間保溫后，度），經過一定時間保溫后，緩慢冷卻 下來（一般隨爐冷卻)的過程叫退火 的過程叫退火。下來（一般隨爐冷卻 的過程叫退火。由于加熱溫度和冷卻速度不同，由于加熱溫度和冷卻速度不同，退火處 理對改變金屬組織和性能的作用也不同。理對改變金屬組織和性能的作用也不同。常用退火方法

一、完全退火，主要是細化顆粒、消除或減 完全退火，主要是細化顆粒、少組織的不均勻性、降低溫度、少組織的不均勻性、降低溫度、改善切削加 工性、提高韌性和塑性、消除內應力。工性、提高韌性和塑性、消除內應力。球化退火，二、球化退火，主要用于刀具和冷卻模具的 鍛造毛坯，效果同上，鍛造毛坯，效果同上，為淬火處理作組織準 備。消除加工硬化的退火，三、消除加工硬化的退火，主要用于消除工 件經冷拔、冷彎燈產生的硬化現象。件經冷拔、冷彎燈產生的硬化現象。去應力退火，主要用于消除鑄件、四、去應力退火，主要用于消除鑄件、焊接 件在加工過程中產生的內應力，以及精密零 件在加工過程中產生的內應力，件表面加工時留下的加工應力。件表面加工時留下的加工應力。

二、正火

正火是退火的一種變態，正火是退火的一種變態，正火與完全退火的 區別是：正火是使工件在空氣中冷卻，區別是：正火是使工件在空氣中冷卻，完全 退火是工件隨爐冷卻。退火是工件隨爐冷卻。正火的目的主要是細化晶粒、、、、改善切削加 正火的目的主要是細化晶粒、、改善切削加 工性、提高韌性和強度、工性、提高韌性和強度、為最后的熱處理做 好準備。好準備。對于不重要或不適于淬火處理的零件，正火 對于不重要或不適于淬火處理的零件，后可不必做其他處理。后可不必做其他處理。

三、淬火

把工件加熱到一定溫度（臨界溫度以上），把工件加熱到一定溫度（臨界溫度以上），經過一定時間保溫后，在水、經過一定時間保溫后，在水、油或鹽水中急 速冷卻的操作過程叫淬火。速冷卻的操作過程叫淬火。按加熱程度不同分為： 按加熱程度不同分為： 整體淬火和表面淬火。整體淬火和表面淬火。整體淬火

按照冷卻方法不同分為： 按照冷卻方法不同分為： 單液淬火 雙液淬火 分級淬火 等溫淬火 表面淬火

表面淬火時把工件表面加熱到淬火溫度后，表面淬火時把工件表面加熱到淬火溫度后，隨即用水或其他冷卻劑進行急速冷卻，隨即用水或其他冷卻劑進行急速冷卻，以此 時工件的表面得到很高的硬度，時工件的表面得到很高的硬度，內部卻保持 原來的韌性。原來的韌性。按加熱方法不同分為： 按加熱方法不同分為： 浸液淬火 乙炔—氧氣或煤氣 氧氣或煤氣—氧氣 火焰淬火 乙炔 氧氣或煤氣 氧氣 高頻淬火 高頻感應電流

四、回火

把淬火的零件加熱到723攝氏度以下某一溫 攝氏度以下某一溫 把淬火的零件加熱到 經過一定時間保溫后，在油、度，經過一定時間保溫后，在油、水或空 氣中冷卻的操作過程叫回火。氣中冷卻的操作過程叫回火。回火的目的是： 回火的目的是：消除或減少淬火零件的內 應力、降低脆性、硬度、增加韌性、應力、降低脆性、硬度、增加韌性、穩定 淬火后的工件尺寸、防止使用中變形。淬火后的工件尺寸、防止使用中變形。分類

一、低溫回火 150-150攝氏度 攝氏度 可用于各種工具、滾動軸承及滲碳零件的 可用于各種工具、處理

二、中溫回火 350-500攝氏度 攝氏度 用于對彈簧、用于對彈簧、鍛模和沖擊工具的處理

三、高溫回火 500-650攝氏度 攝氏度 用于各種齒輪、連桿等零件的處理。用于各種齒輪、軸、連桿等零件的處理。化學熱處理

一、滲碳

1、固體滲碳法、2、液體滲碳法、3、氣體滲碳法、二、氮化

三、氰化

二、氮化處理

氮化是把放在含氮原子的介質中，氮化是把放在含氮原子的介質中，加熱到 500-600攝氏度，使工件表面增氮的一種化 攝氏度，攝氏度 學熱處理。學熱處理。目的在于： 目的在于： 提高硬度和耐磨性 提高疲勞強度 提高抗腐蝕能力 分為：液體氮化、氣體氮化、分為：液體氮化、氣體氮化、離子氮化

三、氰化

又叫碳氮共滲。又叫碳氮共滲。特點：時間短、效率高、但是所用氰鹽（特點：時間短、效率高、但是所用氰鹽（氰 化鉀、氰化鈉有劇毒）成本高。化鉀、氰化鈉有劇毒）成本高。分為氣體和液體兩種： 分為氣體和液體兩種： 有可按溫度分為： 有可按溫度分為： 高溫氰化 900-940攝氏度 深度氰化 攝氏度 中溫氰化 820-880攝氏度 攝氏度 低溫氰化 520-580攝氏度 攝氏度 第六篇 表面加工 表面處理

一、黑色金屬的氧化處理 將工件放入含苛性鈉、硝酸鈉溶液中，將工件放入含苛性鈉、硝酸鈉溶液中，使工 件表面生成一層很薄的黑色氧化膜的過程，件表面生成一層很薄的黑色氧化膜的過程，簡稱發黑。簡稱發黑。

二、黑色金屬的磷化處理 將工件浸如磷酸鹽溶液中，將工件浸如磷酸鹽溶液中，使表面生成一層 磷酸鹽薄膜的過程，叫磷化處理。磷酸鹽薄膜的過程，叫磷化處理。一般不改 變金屬的機械性能、磁性和零件外形尺寸。變金屬的機械性能、磁性和零件外形尺寸。分為：冷磷化、高溫磷化、中溫磷化。分為：冷磷化、高溫磷化、中溫磷化。碳鋼表面處理 電鍍 熱鍍 發黑 噴漆 電鍍

利用電解的方法是金屬或合金沉積在工件表 以形成均勻、致密、面，以形成均勻、致密、結合力良好的金屬 層的過程叫電鍍。層的過程叫電鍍。

熱鍍 電鍍與熱鍍比較

1.電鍍層均勻，厚度很薄；熱鍍層較厚，電鍍層均勻，厚度很薄；熱鍍層較厚，電鍍層均勻 厚度不均勻。厚度不均勻。2.電鍍外觀光亮，熱鍍顏色較暗。電鍍外觀光亮，電鍍外觀光亮 熱鍍顏色較暗。3.電鍍層較薄，耐蝕性較差。熱鍍層較厚，電鍍層較薄，電鍍層較薄 耐蝕性較差。熱鍍層較厚，而且與基體金屬形成滲入層，耐蝕性好。而且與基體金屬形成滲入層，耐蝕性好。熱鍍鋅

熱鍍鋅是使熔融金屬與鐵基體反應而產生 合金層，從而使基體和鍍層二者相結合。合金層，從而使基體和鍍層二者相結合。熱鍍鋅是先將工件進行酸洗，熱鍍鋅是先將工件進行酸洗，去除工件表 面的氧化鐵。酸洗后，面的氧化鐵。酸洗后，通過氯化銨或氯化 鋅水溶液或氯化銨和氯化鋅混合水溶液槽 中進行清洗，最后送入熱浸鍍槽中。中進行清洗，最后送入熱浸鍍槽中。熱鍍鋅具有鍍層均勻，附著力強，熱鍍鋅具有鍍層均勻，附著力強，使用壽 命長等優點。命長等優點。發黑

黑色金屬的氧化處理 將工件放入含苛性鈉、硝酸鈉溶液中，將工件放入含苛性鈉、硝酸鈉溶液中，使 工件表面生成一層很薄的黑色氧化膜的過 簡稱發黑。程，簡稱發黑。氧化膜的厚度約為0.5 1.5微米 0.5微米。氧化膜的厚度約為0.5-1.5微米。氧化處理后的工件外表美觀，氧化處理后的工件外表美觀，同時具有一 定的抗腐蝕能力，常用于各中武器、定的抗腐蝕能力，常用于各中武器、精密 儀器零件的裝飾防護處理，以及細鋼絲、儀器零件的裝飾防護處理，以及細鋼絲、薄鋼片制零件的防護處理。薄鋼片制零件的防護處理。不銹鋼表面處理

拉絲 手工拋光 機器拋光 串光 震動研磨機 塑料電鍍

塑料電鍍的特點： 塑料電鍍的特點： 塑料電鍍制品具有塑料和金屬兩者的 特性。比重小，耐腐蝕性能良好，特性。比重小，耐腐蝕性能良好，成型簡 具有金屬光澤和金屬的質感，便，具有金屬光澤和金屬的質感，還有導 導磁和焊接等特性。電、導磁和焊接等特性。它可以節省繁雜 的機械加工工序、節省金屬材料，的機械加工工序、節省金屬材料，而且美 裝飾性強，同時，觀，裝飾性強，同時，它還提高了塑料的 機械強度。機械強度。

第二篇：金屬熱處理原理及工藝 期末總結

正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點AC3或ACM以上的適當溫度保持一定時間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。

退火：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時間后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝

固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝 時效：合金經固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現象。Al-4Cu合金在時效過程中，過飽和固溶體的各個沉淀階段，其順序可概括為： ?過飽和?G.P.區????過渡相???過渡相??(CuAl2)穩定相 固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工成型 時效處理：在強化相析出的溫度加熱并保溫，使強化相沉淀析出，得以硬化，提高強度時效處理有自然時效和人工時效兩種。

淬火：將鋼奧氏體化后以適當的冷卻速度冷卻，使工件在橫截面內全部或一定的范圍內發生馬氏體等不穩定組織結構轉變的熱處理工藝

回火：將經過淬火的工件加熱到臨界點AC1以下的適當溫度保持一定時間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝

調質處理：將鋼件淬火，隨之進行高溫回火，這種復合工藝稱調質處理。表面熱處理：改變鋼件表面組織或化學成分，以其改面表面性能的熱處理工藝。表面淬火：是將鋼件的表面通過快速加熱到臨界溫度以上，但熱量還未來得及傳到心部之前迅速冷卻，這樣就可以把表面層被淬在馬氏體組織，而心部沒有發生相變，這就實現了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。化學熱處理：是指將化學元素的原子，借助高溫時原子擴散的能力，把它滲入到工件的表面層去，來改變工件表面層的化學成分和結構，從而達到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝 滲碳：向鋼的表面滲入碳原子，提高表面含碳量，提高材料表面硬度、抗疲勞性和耐磨性。

滲氮：在工件表面滲入氮原子，形成一個富氮硬化層的過程。提高材料表面硬度、抗疲勞性和耐磨性，且滲氮性能優于滲碳。碳氮共滲：碳氮同時滲入工件表層。提高表面硬度、抗疲勞性和耐磨性，并兼具滲碳和滲氮的優點

完全退火和等溫退火又稱重結晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結構。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預先熱處理。

球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。

去應力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產生變形或裂紋。鐵素體(F)1.組織: 碳在α-Fe（體心立方結構的鐵）中的間隙固溶體2.特性: 呈體心立方晶格.溶碳能力最小,最大為0.02%;硬度和強度很低,HB=80-120,σb=250N/mm^2;而塑性和韌性很好,δ=50%,ψ=70-80%.因此,含鐵素體多的鋼材(軟鋼)中用來做可壓、擠、沖板與耐沖擊震動的機件.這類鋼有超低碳鋼,如 0Cr13,1Cr13、硅鋼片等

奧氏體1.組織: 碳在γ-Fe（面心立方結構的鐵）中的間隙固溶體。2.特性:呈面心立方晶格.最高溶碳量為2.06%,在一般情況下,具有高的塑性,但強度和硬度低,HB=170-220,奧氏體組織除了在高溫轉變時產生以外,在常溫時亦存在于不銹鋼、高鉻鋼和高錳鋼中,如奧氏體不銹鋼等 滲碳體(C)1.組織: 鐵和碳的穩定化合物(Fe3C)2.特性: 呈復雜的八面體晶格.含碳量為6.67%,硬度很高,HRC70-75,耐磨,但脆性很大,因此,滲碳體不能單獨應用,而總是與鐵素體混合在一起.碳在鐵中溶解度很小,所以在常溫下,鋼鐵組織內大部分的碳都是

以滲碳體或其他碳化物形式出現

珠光體(P)1.組織;鐵素體和滲碳體組成的機械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）鐵素體片和滲碳體

片交替排列的層狀顯微組織, 2.特性: 是過冷奧氏體進行共析反應的直接產物.其片層組織的粗細隨奧氏體過冷程度不同,過冷程度越大,片層組織越細性質也不同.奧氏體在約600℃分解成的組織稱為細珠光體(有的叫一次索氏體),在500-600℃分解轉變成用光學顯微鏡不能分辨其片層狀的組織稱為極細珠光體(有的一次屈氏體),它們的硬度較鐵素體和奧氏體高,而較滲碳體低,其塑性較鐵素體和奧氏體低而較滲碳體高.正火后的珠光體比退火后的珠光體組織細密,彌散度大,故其力學性能較好,但其片狀滲碳體在鋼材承受負荷時會引起應力集中,故不如索氏體 萊氏體(L)1.組織: 滲碳體和奧氏體組成的機械混合物（含碳4.3%）2.特性: 鐵合金溶液含碳量在2.06%以上時,緩慢冷到1130℃便凝固出萊氏體.當溫度到達共析溫度萊氏體中的奧氏轉變為珠光體.因此,在723℃以下萊氏體是珠光體與滲碳體機械混合物(共晶混合).萊氏體硬而脆(＞HB700),是一種較粗的組織,不能進行壓力加工,如白口鐵.在鑄態含有萊氏體組織的鋼有高速工具鋼和Cr12型高合金工具鋼等.這類鋼一般有較大有耐磨性和較好的切削性

淬火與馬氏體1.組織: 碳在α-Fe中的過飽和固溶體,顯微組織呈針葉狀2.特性:淬火后獲得的不穩定組織.具有很高的硬度,而且隨含碳量增加而提高,但含碳量超過0.6%后的硬度值基本不變,如含C0.8%的馬氏體,硬度約為HRC65,沖擊韌性很低,脆性

很大,延伸率和斷面收縮率幾乎等于零.奧氏體晶粒愈大,馬氏體針葉愈粗大,則沖擊韌性愈低;淬火溫度愈低,奧氏體晶粒愈細,得到的馬氏體針葉非常細小,即無針狀馬氏組織,其韌性最高 回火馬氏體(S)1.組織: 與淬火馬氏體硬度相近,而脆性略低的黑色針葉狀組織

2.特性:淬火鋼重新加熱到150-250℃回火獲得的組織.硬度一般只比淬火馬氏體低HRC1-3格,但內應力比淬火馬氏體小

索氏體(S)1.組織: 鐵索體和較細的粒狀滲碳體組成的組織2.特性:淬火鋼重新加熱到500-680℃回火后獲得的組織.與細珠光體相比,在強度相同情沖下塑性及韌性都高,隨回火溫度提高,硬度和強度降低,沖擊韌性提高.硬度約為HRC23-35.綜合機械性能比較好.索氏體有的叫二次索氏體或回火索氏體

屈氏體屈氏體(T)組織或特性

1.組織: 鐵索體和更細的粒狀滲碳體組成的組織2.特性:淬火鋼重新加熱到350-450℃回火后獲得的組織.它的硬度和強度雖然比馬氏體低,但因其組織很致密,仍具有較高的強度和硬度,并有比馬氏體好的韌性和塑性,硬度約為

HRC35-45.屈氏體有的叫二次屈氏體或回火屈氏體

下貝氏體(B)1.組織: 顯微組織呈黑色針狀形態,其中的鐵素體呈現針狀,而碳化物呈現極小的質點以彌散狀分布在針狀鐵素體內2.特性:過冷奧氏體在400-240℃等溫度轉變后的產物.具有較高的硬度,約為HRC40-55,良好的塑性和很高的沖擊韌性,其綜合機械性能比索氏體更好;因此,在要求較大的、韌性和高強度相配合時,常以含有適當合金元素的中碳結構鋼等溫淬火,獲得貝氏體以改善鋼的機械性能,并減小內應力和變形 低碳馬氏體具有高強度與良好的塑性、韌性相結合的特點(σb=1200-1600N/mm^2，σ0.2=1000-1300N/mm^2,δ5≥10%,ψ≥40%αk≥60J/cm^2);同時還有低的冷脆轉化溫度(≤-60℃);在靜載荷、疲勞及多次沖擊載荷下,其缺口敏感度和過載敏感性都較低.低碳馬氏體狀態的20SiMn2MoVA綜合力學性能,比中碳合金鋼等溫淬火獲得的下貝氏體更好.保持了低碳鋼的工藝性能,但切削加工較難.工藝

1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具 例如，20，20Cr，20CrMnTi等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

2.高合金滲碳鋼制模具 例如12CrNi3A，12CrNi4A鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。3.調質鋼制模具 例如，45，40Cr等鋼的工藝路線為：下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、拋光→裝配。

4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具 例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等鋼的工藝路線為：下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。

5.預硬鋼制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等鋼。對于直接使用棒料加工的，因供貨狀態已進行了預硬化處理，可直接加工成形后拋光、裝配。對于要改鍛成坯料后再加工成形的，其工藝路線為：下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理（34～42HRC）→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光→裝配。氮化工件工藝路線：鍛造－退火－粗加工－調質－精加工－除應力－粗磨－氮化－精磨或研磨。適用于各種高速傳動精密齒輪、機床主軸（如鏜桿、磨床主軸），高速柴油機曲軸、閥門等。由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強度的心部組織，所以要先進行調質熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機械性能和氮化層質量。論述鋼材在熱處理過程中出現脆化現象的主要原因及解決方法。答：①過共析鋼奧氏體化后冷卻速度較慢出現網狀二次滲碳體時，使鋼的脆性增加，脆性的網狀二次滲碳體在空間上把塑性相分割開，使其變形能力無從發揮。解決方法，重新加熱正火，增加冷卻速度，抑制脆性相的析出。②淬火馬氏體在低溫回火時會出現第一類回火脆性，高溫回火時有第二類回火脆性，第一類回火脆性不可避免，第二類回火脆性，可重新加熱到原來的回火溫度，然后快冷恢復韌性。③工件等溫淬火時出現上貝氏體時韌性降低，重新奧氏體化后降低等溫溫度得到下貝氏體可以解解。④奧氏體化溫度過高，晶粒粗大韌性降低。如：過共析鋼淬火溫度偏高，晶粒粗大，獲得粗大的片狀馬氏體時，韌性降低；奧氏體晶粒粗大，出現魏氏組織時脆性增加。通過細化晶粒可以解決。

20CrMnTi、40CrNiMo、60Si2Mn、T12屬于哪類鋼？含碳量為多少？鋼中合金元素的主要作用是什么？淬火加熱溫度范圍是多少？常采用的熱處理工藝是什么？最終的組織是什么？性能如何？

20CrMnTi為滲碳鋼，含碳量為0.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體，表面為高碳馬氏體（滲碳后），強度、硬度高，耐磨性好；心部低碳馬氏體（淬透）強韌性好。Mn與Cr 提高淬透性，強化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒。

40CrNiMo為調質鋼，含碳量為0.4%，最終

熱處理工藝是淬火加高溫回火，得到回火索氏

體，具有良好的綜合機械性能，Cr、Ni提高淬透性，強化基體，Ni提高鋼的韌性，Mo細化晶粒，抑制第二類回火脆性。

60Si2Mn為彈簧鋼，含碳量為0.6%，最終熱處理工藝是淬火加中溫回火，得到回火托氏體（或回火屈氏體），具有很高的彈性極限，Si、Mn提高淬透性，強化基體，Si提高回火穩定性。

T12鋼為碳素工具鋼鋼，含碳量為1.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體＋粒狀Fe3C＋殘余奧氏體（γ'），強度硬度高、耐磨性高，塑性、韌性差。

用T12鋼（鍛后緩冷）做一切削工具，工藝過程為：正火→球化退火→機加工成形→淬火→低溫回火。各熱處理工藝的目的是什么？得到什么組織？各種組織具有什么性能。

① 正火：消除網狀的二次滲碳體，同時改善鍛

造組織、消除鍛造應力，得到片狀的珠光體，片狀的珠光體硬度較高，塑性韌性較差。② 球化退火：將片狀的珠光體變成粒狀珠光

體，降低硬度，便于機械加工；組織為粒狀珠光體，這種組織塑性韌性較好，強度硬度較低。

③ 淬火：提高硬度、強度和耐磨性；組織為馬

氏體＋粒狀碳化物＋殘余奧氏體；這種組織具有高強度高硬度，塑性韌性差。

④ 低溫回火：減少或消除淬火應力，提高塑形

和韌性；組織為回火馬氏體＋粒狀碳化物＋殘余奧氏體。回火組織有一定的塑性韌性，強度、硬度高，耐磨性高。

什么是淬火？目的是什么？具體工藝有哪些？簡述淬火加熱溫度的確定原則。

把鋼加熱到臨界點（Ac1或Ac3）以上保溫并隨之以大于臨界冷卻速度（Vc)冷卻，以得到介穩狀態的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。

淬火目的：提高工具、滲碳零件和其它高強度耐磨機器零件等的硬度、強度和耐磨性；結構鋼通過淬火和回火之后獲得良好的綜合機械性能；此外，還有很少數的一部分工件是為了改善鋼的物理和化學性能。如提高磁鋼的磁性，不銹鋼淬火以消除第二相，從而改善其耐蝕性等。

具體工藝有：單液淬火法；中斷淬火法(雙淬火介質淬火法)；噴射淬火法；分級淬火法；等

溫淬火法。

淬火加熱溫度，主要根據鋼的相變點來確定。對亞共析鋼，一般選用淬火加熱溫度為Ac3＋(30～50℃)，過共析鋼則為Ac1＋(30～50℃)，合金鋼一般比碳鋼加熱溫度高。確定淬火加熱溫度時，尚應考慮工件的形狀、尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質和冷卻方式等因素。在工件尺寸大、加熱速度快的情況下，淬火溫度可選得高一些。另外，加熱速度快，起始晶粒細，也允許采用較高加熱溫度。

某車床主軸（45鋼）加工路線為： 下料→鍛造→正火→機械加工→淬火（淬透）→高溫回火→花鍵高頻表面淬火→低溫回火→半精磨→人工時效→精磨。正火、淬火、高溫回火、人工時效的目的是什么？花鍵高頻表面淬火、低溫回火的目的是什么？表面和心部的組織是什么？

正火處理是為了得到合適的硬度，以便切削加工，同時改善鍛造組織，消除鍛造應力。淬火是為了得到高強度的馬氏體組織，高溫回火是為了得到回火索氏體，淬火＋高溫回火稱為調質，目的是為使主軸得到良好的綜合力學性能。人工時效主要是為了消除粗磨削加工時產生的殘余應力。花鍵部分用高頻淬火后低溫回火是為了得到回火馬氏體，增加耐磨性。表面為回火馬氏體，心部為回火索氏體組織。

低碳鋼（15、20）、中碳鋼（40、45）、共析鋼（T8）獲得良好綜合力學性能的最終熱處理工藝及組織。

低碳鋼：淬火加低溫回火，組織為回火馬氏體。中碳鋼：淬火加高溫回火，組織為回火索氏體。共析鋼：等溫淬火，組織為下貝氏體。三

十九、正火、退火工藝選用的原則是什么？ 含0．25％C以下的鋼，在沒有其它熱處理工序時，可用正火來提高強度。對滲碳鋼，用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工性能。對含碳0．25～0．50％的鋼，一般采用正火。對含碳0．50～0．75％的鋼，一般采用完全退火。含碳0．75～1．0％的鋼，用來制造彈簧時采用完全退火作預備熱處理，用來制造刀具時則采用球化退火。含碳大于1．0％的鋼用于制造工具，均采用球化退火作預備熱處理。珠光體、貝氏體、馬氏體的特征、性能特點是什么？

片狀P體，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，Fe3C顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高。第二相的數量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結構為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結構為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結構為位錯，具有良好的綜合機械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結構為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差。

常用的熱處理方法

一、退火目的：

1、降低硬度，便于切削加工；

2、細化晶粒，均勻組織，以改善鋼件毛坯的機械性能，或者為下一步淬火做好準備；

3、消除內應力具體工藝有：擴散退火、完全退火、不完全退火、球化退火、再結晶退火和消除應力退火。

二、正火目的是使低碳和中碳鋼件及滲碳機件的組織細化，增加強度與韌性，減少內應力，改善切削性能。正火實質上是退火的一種特殊形式具有與退火相似的目的所不同的是冷卻速度比退火快，可以縮短生產周期，比較經濟。

三、淬火目的是提高鋼件的硬度和強度。對于工具剛來說，淬火的主要目的是提高它的硬度，以保證刀具的切削性能和沖模工具及量具的耐磨性。有很多零件如齒輪、曲軸等，他們在工作時一方面要受磨，另一方面又要受到沖擊作用，因此要求零件表面有很高的硬度，而中心有較好的韌性。這時可以利用表面淬火的方法來達到上述要求。表面淬火是應用將工件的表面迅速加熱到淬火溫度（這時金屬內部的溫度仍比較低），隨后立即用水噴到工件表面上，進行急速冷卻。這樣就能獲得表面硬、中心韌的要求。表面加熱時，可用氧炔焰、高頻電流或中頻電流加熱。

四、回火目的是消除淬火后的脆性和內應力，調整組織，提高鋼件的塑性和沖擊韌性。對于工具來說，是為了盡可能減少脆性保留硬度。對于零件來說是為了提高韌性，但不可避免的會使硬度降低。

五、調質淬火后高溫回火，叫做調質。

目的是使鋼件獲得很高的韌性和足夠的強度，使其具有良好的綜合機械性能。很多重要零件如主軸、絲杠、齒輪等都是經過調質處理的。調質一般是在零件機械加工后進行的，也可把鍛坯或經過粗加工的光坯調質后再進行機械加工。

第三篇：高速磨削加工工藝及應用

高速磨削加工工藝及應用

班級：測控技術與儀器 1122240 姓名：葉成權

指導教室：趙世萍

摘要

高速磨削加工屬于先進制造方法。與普通磨削比，它有很多優點，且集粗精加工于一身，能達到與車、銑、刨等切削加工相媲美的金屬磨除率，能實現對難磨材料的高性能加工。闡述了高速磨削加工工藝的確定，高速磨削加工在工業中的具體應用，以及進一步提高磨削速度的設想。

關鍵詞：高速磨削；加工工藝；應用 高速磨削概述

高速磨削是通過提高砂輪線速度來達到提高磨削效率和磨削質量的工藝方法。它與普通磨削的區別在于很高的磨削速度和進給速度，而高速磨削的定義隨時間的不同在不斷推進。20 世紀60年代以前，磨削速度在50 m/ s 時。即被稱為高速磨削；而20世紀90 年代磨削速度最高已達500 m/s。在實際應用中，磨削速度在100 m/ s 以上即被稱為高速磨削。高速磨削可大幅度提高磨削生產效率、延長砂輪使用壽命、降低磨削表面粗糙度值、減小磨削力和工件受力變形、提高工件加工精度、降低磨削溫度，能實現對難磨材料的高性能加工。隨著砂輪速度的提高，目前比磨削去除率已猛增到了3 000 mm3/mm·s 以上，可達到與車、銑、刨等切削加工相媲美的金屬磨除率。近年來各種新興硬脆材料（如陶瓷、光學玻璃、光學晶體、單晶硅等）的廣泛應用，更推動了高速磨削技術的迅猛發展。高速磨削技術是適應現代高科技需要而發展起來的一項新興綜合技術，集現代機械、電子、光學、計算機、液壓、計量及材料等先進技術于一體。日本先進技術研究會把高速加工列為五大現代制造技術之一。國際生產工程學會（CIRP）將高速磨削技術確定為面向21 世紀的中心研究技術之一。高速磨削加工工藝

高速磨削的加工工藝涉及磨削用量、磨削液及砂輪修整等方面，下面將分別進行闡述。

2.1 磨削用量選擇

在應用高速磨削工藝時，磨削用量的選擇對磨削效率、工件表面質量以及避免磨削燒傷和裂紋十分重要。表1 給出了磨削用量與砂輪速度的關系。除了砂輪速度以外，決定磨削用量的因素還有很多，因此應用中需綜合考慮加工條件、工件材料、砂輪材料、冷卻方式等因素，以選擇最優的磨削用量。

2.2 磨削液

在高速磨削過程中，所采用的冷卻系統的優劣常常能決定整個磨削過程的成敗。冷卻潤滑液的功能是提高磨削的材料去除率，延長砂輪的使用壽命，降低工件表面粗糙度值。它在磨削過程中必須完成潤滑、冷卻、清洗砂輪和傳送切削屑四大任務，與普通磨削液要求類似。

2.3 砂輪的修整

目前應用較為成熟的砂輪修整技術有：（1）ELID在線電解修整技術在線電解修整（electrolytic in—process dressing，簡稱ELID）是專門應用于金屬結合劑砂輪的修整方法，與普通的電解修整方法相比，具有修整效率高、工藝過程簡單、修整質量好等特點，同時它采用普通磨削液作為電解修整液，很好地解決了機床腐蝕問題。經ELID修整的4000 號鑄鐵結合劑金剛石砂輪成功地實現了工程陶瓷、硬質合金、單晶硅、光學玻璃等多種材料的精密鏡面磨削，表面粗糙度Ra 可達2～4 nm。（2）電火花砂輪修整技術

利用電火花修整可對任何以導電材料為結合劑的砂輪進行在線、在位修整，易于保證磨削精度，不會腐蝕設備，修整力小，對小直徑及極薄砂輪的修整較為方便，同時整形效率高、修銳質量好；磨料周圍不殘留結合劑，修銳強度易于控制。（3）杯形砂輪修整技術

采用杯形砂輪修整器修整超硬磨料成形砂輪，其修整效率及修整精度都比傳統的成形砂輪修整方法要高，可達到零誤差的砂輪表面。砂輪修整后的磨削性能實驗表明磨削力明顯減小，磨削性能良好，且砂輪使用壽命長。

（4）電解—機械復合整形技術

運用此法可在短時間內將砂輪修整到較高的表面質量及形狀精度，為砂輪的精密修整提供了良好的條件。高速磨削的應用

高速磨削的應用技術有高速深切磨削、高速精密磨削、難磨材料及硬脆材料的高速磨削。

3.1 高速深切磨削

以砂輪高速、高進給速度和大切深為主要特點的高效深磨（high efficiencydeep grinding，簡稱HEDG）技術是高速磨削在高效加工方面的應用之一。高效深磨技術起源于德國。1979年德國P.G.Werner博士預言了高效深磨區的存在合理性，開創了高效深磨的概念，并在1983 年由德國Guhring Automation公司創造了當時世界上最具威力的60 kW強力磨床，轉速397 0 0 1 為10000 r/min，砂輪直徑為400 mm，砂輪圓周速度達到100～180 m/s，標志著磨削技術進入了一個新紀元。1996 年由德國Schaudt 公司生產的高速數控曲軸磨床，是具有 高效深磨特性的典型產品，它能把曲軸坯件直接由磨削加工到最終尺寸。德國Aachen工業大學宣稱，該校已采用了圓周速度達到500 m/s的超高速砂輪，此速度已突破了當前機床與砂輪的工作極限。高速深切磨削可直觀地看成是緩進給磨削和高速磨削的結合。與普通磨削不同的是高效深磨可通過一個磨削行程，完成過去由車、銑、磨等多個工序組成的粗精加工過程，獲得遠高于普通磨削加工的金屬去除率（磨除率比普通磨削高100～1 000 倍），表面質量也可達到普通磨削水平。例如，采用陶瓷結合劑砂輪以120m/s 的速度磨削，比磨削率可達500～1000 mm3/mm·s，比車削和銑削高5倍以上。英國用盤形CBN砂輪對低合金鋼51CrV4進行了146 m/s 的高效深磨試驗研究，材料去除率超過400 mm3/mm·s。高效成形磨削作為高效深磨的一種也得到廣泛應用，并可借助CNC系統完成更復雜型面的加工。此項技術已成功地用于絲杠、螺桿、齒輪、轉子槽、工具溝槽等以磨代銑加工。日本豐田工機、三菱重工等公司均能生產CBN高速磨床。GP-33 型高速磨床采用CBN砂輪以120 m/s 磨削速度實現對工件不同部位的自動磨削。美國Edgetrk Machine公司也生產高效深磨 機床，該公司主要發展小型3 軸、4軸和5 軸CNC成型砂輪，可實現對淬硬鋼的高效深磨，表面質量可與普通磨削媲美。高速深切磨削具有加工時間短（一般為0.1～10 s）、磨削力大、磨削速度高的特點，除了應具備高速磨削的技術要求外，還要求機床具有高的剛度。

3.2 高速精密磨削

高速精密磨削（precision high speed grinding）是采用高速精密磨床，并通過精密修整微細磨料磨具，采用亞微米級切深和潔凈加工環境獲得亞微米級以下的尺寸精度。高速精密磨削主要是高速外圓磨削。即使用150～200 m/s的砂輪周速和CBN 砂輪，配以高性能CNC 系統和高精度微進給機構，對凸輪軸、曲軸等零件外圓回轉面進行高速精密磨削加工的方法。它既能保證高的加工精度，又可獲得高的加工效率。這一技術在日本應用最為廣泛。例如，使用豐田工機株式會社GCH63B型CNC高速外圓磨床來磨削加工余量達5 mm的球墨鑄鐵凸輪軸，比磨削率可達174 mm3/mm·s，砂輪磨削比可達33500。以表面粗糙度Rz3 μm為上限，砂輪經過一次修整可連續磨削60 個工件，磨后表面呈現殘余壓應力，并可從毛坯直接磨為成品，省去了車工序及工序間的周轉。豐田工機GZ50 型CNC高速外圓磨床上裝備了其最新研制的Toyoda State Bearing 軸承，使用轉速在200 m/s 的薄片陶瓷結合劑立方氮化硼砂輪對軸類零件進行一次性縱磨來完成整個工件的柔性加工過程，并首先在曲軸銷加工中應用成功。在M104CNS/CBN 高速外圓磨床上安裝了帶有神經網絡自學習功能的數控系統，使得磨床的加工性能更加完善。德國Guhring Automation 公司RB625高速外圓磨床上，使用CBN 砂輪可將毛坯一次磨成主軸，每分鐘可磨除2 kg金屬。高速磨削技術的研究

高速磨削技術正為世界工業發達國家所重視，并已開始進入實用化階段。我國在高速磨削技術研究利用方面和國外相比有較大差距，大力加強高速磨削技術的研究、推廣和應用，對提高我國機械制造業的加工水平和加快新產品開發具有十分重要的意義。

高速磨削技術的研究，主要從制約切削速度的各個方面進行研究。（1）發展高功率高速主軸。

（2）研制適應高速磨削的新穎砂輪，這樣才能提高磨削速度。（3）磨床結構的改進。

為了盡可能降低機床在高速時由于砂輪不平衡引起的振動，應配置在線自動平衡系統，以使機床在不同轉速時，始終處于最佳的運行狀態。為了提高生產效率和工件的加工精度，則應采用高速、高效和高精度進給驅動系統。比如在平面磨床上采用直線電機替代絲杠螺母傳動；在進行偏心磨削時，外圓磨床除了須具備高速滑臺系統外，還要配備高速數控系統，以保證工件的精度及較高的生產率。（4）優化冷卻潤滑系統。除了要注意冷卻潤滑液本身的化學構成外，其供給系統也十分重要。因此，在研制高速磨床時，必須配置高壓的冷卻潤滑供給系統。（5）磨削速度向超音速邁進。

高速磨削應用研究的下一個目標將是沖破音速大關，把磨削速度提高到350 m/s 以上，進而使500 m/s 的磨削速度在工業應用上成為可能。當然，單就磨削速度一個參數并不能全面評價磨削過程的優劣，最佳的磨削速度應是磨削過程經濟效益最好時的速度。這一最佳速度，必須經過改進機床設計，優化切削條件和配套系統等深入研究才能達到。

第四篇：各種皮革加工工藝及介紹

深圳市九泰新世紀皮具有限公司http://

各種皮革加工工藝及介紹

各種經過皮面加工的皮革：

水染皮：指用牛、羊、豬、馬、鹿等頭層皮漂染各種顏色，上鼓摔松，并上光加工而成的各種軟皮。開邊珠皮：又稱為巾膜皮革，是沿著脊梁拋成兩半，并修去松皺的肚腩和四肢部分的頭層皮或二層的開邊牛皮，在其表面巾合各種凈色、金屬色、瑩光珍珠色、幻彩雙色或多色的pvc薄膜加工而成。漆皮：用二層皮坯噴涂各色化工原料后壓光或消光加工而成的皮革。

修面皮：是較差的頭層皮坯，表面進行拋光處理，磨去表面的疤痕和血筋痕，用各種滸色皮漿噴涂后，壓成粒面或光面效果的皮。

壓花皮：一般選用修面皮或開邊珠皮來壓制各自花紋或圖案而成。比如，仿鱷魚紋、晰蜴紋、鴕鳥皮紋、蟒蛇皮紋、水波紋、美觀的樹皮紋、荔枝紋、仿鹿紋等，還有各種條紋、花格、立體圖案或反映各種品牌形象的創意圖案等。

印花或烙花皮：選料同壓花皮一樣，只是加工工藝不同，是印刷或燙烙成有各種花紋或圖案的頭層或二層皮。

磨砂皮：將皮革表面進行拋光處理，并將粒面疤痕或粗糙的纖維磨蝕，露出整齊均勻的皮革纖維組織后再染成各種流行顏色而成的頭層或二層皮。

反絨皮：也叫猄皮，是將皮坯表面打磨成絨狀，再染出各種流行顏色而成的頭層皮。激光皮：也叫鐳射皮，引用激光技術在皮革表面蝕刻各種花紋圖案的新皮革品種。

再生皮：將各種動物的廢皮及真皮下腳料粉碎后，調配化工原料加工制作而成。其表面加工工藝同真皮的修面皮、壓花皮一樣，其特點是皮張邊緣較整齊，利用率高，價格便宜。但皮身一般較厚，強度較差，只適宜制作平價公文箱、拉桿套等定型工藝產品和平價皮帶，其縱切面纖維組織均勻一致，可辨認出流質物混合纖維的凝固效果。

人造革：也叫仿皮或膠料，是pvc和pu等人造材料的總稱。它是在紡織布基或無紡布基上，由各種不同配方的pvc和pu等發泡或覆膜加工制作而成，可以根據不同強度、耐磨度、耐寒度和色彩、光澤、花紋圖案等要求加工制成，具有花色品種繁多、防水性能好、邊幅整齊、利用率高和價格對真皮便宜的特點，但絕大部分的人造革，其手感和彈性無法達到真皮的效果；它的縱切面，可看到細微的氣泡孔、布基或表層的薄膜和干干巴巴的人造纖維。它是早期一直到現在都極為滸的一類材料，被普遍用來制作各種皮革制品，或部分的真皮材料。它日益制作工藝，正被二層皮的加工制作廣泛采用。如今，極似真皮特性的人造革以有生產面市，它的表面工藝極其基料的纖維組織，幾乎達到真皮的效果，其價格與國產頭層皮的價格不相上下。

第五篇：《數控加工工藝及設備》教案

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

備

注

第一章

數控加工工藝及設備基礎

第一節

機床數控技術與數控加工設備概述

一、機床中有關數控的基本概念

1．數字控制（數控）及數控技術

一般意義的數字控制是指用數字化信息對過程進行的控制，是相對模擬控制而言的。機床中的數字控制是專指用數字化信號對機床的工作過程進行的可編程自動控制，簡稱為數控（NC）。這種用數字化信息進行自動控制的技術就叫數控技術。

2．數控系統

是實現數控技術相關功能的軟硬件模塊的有機集成系統，是數控技術的載體，它能自動閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機床運動并加工零件。

在其發展過程中有硬件數控系統和計算機數控系統兩類。

早期的數控系統主要由數控裝置、主軸驅動及進給驅動裝置等部分組成，數字信息由數字邏輯電路來處理，數控系統的所有功能都由硬件實現，故又稱為硬件數控系統（NC系統）。

3．計算機數控系統

是以計算機為核心的數控系統，由裝有數控系統程序的專用計算機、輸入輸出設備、可編程邏輯控制器（PLC）、存儲器、主軸驅動及進給驅動裝置等部分組成，習慣上又稱為CNC系統。CNC系統已基本取代硬件數控系統（NC系統）。

4．開放式CNC系統

國際電子與電氣工程師協會提出的開放式CNC系統的定義是：一個開放式CNC系統應保證使開發的應用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺上運行，且能與其它應用軟件系統協調工作。

根據這一定義，開放式CNC系統至少包括以下五個特征：

（1）對使用者是開放的：應可以采用先進的圖形交互方式支持下的簡易編程方法，使得數控機床的操作更加容易；

（2）對機床制造商是開放的：應允許機床制造商在開放式CNC系統軟件的基礎上開發專用的功能模塊及用戶操作界面；

（3）對硬件的選擇是開放的：即一個開放式CNC系統應能在不同的硬件平臺上運行；

（4）對主軸及進給驅動系統是開放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進給驅動系統；

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

（5）對數據傳輸及交換等是開放的。

開放式CNC系統是數控系統未來發展的方向。5．數控機床

是指應用數控技術對其加工過程進行自動控制的機床。國際信息處理聯盟第五技術委員會對數控機床作了如下定義：數控機床是一種裝有程序控制系統的機床，該系統能邏輯地處理具有特定代碼或其它符號編碼指令規定的程序。

備

注

二、數控機床的組成

1．計算機數控裝置（CNC裝置）

計算機數控裝置是計算機數控系統的核心。其主要作用是根據輸入的零件加工程序或操作命令進行相應的處理，然后輸出控制命令到相應的執行部件（伺服單元、驅動裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由計算機系統、位置控制板、PLC接口板、通訊接口板、擴展功能模塊以及相應的控制軟件等模塊組成。

2．伺服單元、驅動裝置和測量裝置

伺服單元和驅動裝置包括主軸伺服驅動裝置及主軸電機和進給伺服驅動裝置及進給電機。測量裝置是指位置和速度測量裝置，它是實現主軸、進給速度閉環控制和進給位置閉環控制的必要裝置。主軸伺服系統的主要作用是實現零件加工的切削運動，其控制量為速度。進給伺服系統的主要作用是實現零件加工的成形運動，其控制量為速度和位置，特點是能靈敏、準確地跟蹤CNC裝置的位置和速度指令。

3．控制面板

控制面板又稱操作面板，是操作人員與數控機床（系統）進行信息交互的工具。操作人員可以通過它對數控機床（系統）進行操作、編程、調試或對機床參數進行設定和修改，也可以通過它了解或查詢數控機床（系統）的運行狀態。它是數控機床的一個輸入輸出部件，主要由按鈕站、狀態燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器等部分組成。

4．控制介質與程序輸入輸出設備

控制介質是記錄零件加工程序的媒介，是人與機床建立聯系的介質。程序輸入輸出設備是CNC系統與外部設備進行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質上的零件加工程序輸入CNC系統，或將已調試好的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的介質上。目前數控機床常用的控制介質和程序輸入輸出設備是磁盤和磁盤驅動器等。

此外，現代數控系統一般可利用通訊方式進行信息交換。這種方式是實現CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系統）和CIMS（計算機集成制造系統）的基本技術。目前在數控機床上常用的通訊方式有：

（1）串行通訊；（2）自動控制專用接口；（3）網絡技術。

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

5．PLC、機床I/O電路和裝置

PLC是用于進行與邏輯運算、順序動作有關的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置是用于實現I/O控制的執行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務：

（1）接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作；

（2）接受操作面板和機床側的I/O信號，送給CNC裝置，經其處理后，輸出指令控制CNC系統的工作狀態和機床的動作。

6．機床本體

機床本體是數控系統的控制對象，是實現加工零件的執行部件。它主要由主運動部件（主軸、主運動傳動機構）、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動工件交換（APC）系統、自動刀具交換（ATC）系統和輔助裝置（如冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊裝置等）組成。

備

注

三、數控機床的分類

1．按控制功能分類（1）點位控制數控機床

這類數控機床僅能控制兩個坐標軸帶動刀具或工作臺，從一個點（坐標位置）準確地快速移動到下一個點（坐標位置），然后控制第三個坐標軸進行鉆、鏜等切削加工。它具有較高的位置定位精度，在移動過程中不進行切削加工，因此對運動軌跡沒有要求。點位控制的數控機床主要用于加工平面內的孔系，主要有數控鉆床、數控鏜床、數控沖床、三坐標測量機等。

（2）直線控制數控機床

這類數控機床可控制刀具或工作臺以適當的進給速度，從一個點以一條直線準確地移動到下一個點，移動過程中能進行切削加工，進給速度根據切削條件可在一定范圍內調節。現代組合機床采用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶著多軸箱軸向進給進行鉆、鏜等切削加工，它可以算作一種直線控制的數控機床。

（3）輪廓控制數控機床

這類數控機床具有控制幾個坐標軸同時協調運動，即多坐標軸聯動的能力，使刀具相對于工件按程序規定的軌跡和速度運動，能在運動過程中進行連續切削加工。這類數控機床有用于加工曲線和曲面形狀零件的數控車床、數控銑床、加工中心等。現代的數控機床基本上都是這種類型。若根據其聯動軸數還可細分為2軸（X、Z軸聯動或X、Y軸聯動）、2.5軸（任意2軸聯動，第3軸周期進給）、3軸（X、Y、Z3軸聯動）、4軸（X、Y、Z和A或B4軸聯動）、5軸（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5軸聯動）聯動數控機床，聯動坐標軸數越多，則加工程序的編制越難，通常3軸聯動以上的零件加工程序只能采用自動編程系統編制。

2．按進給伺服系統類型分類

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

按數控系統的進給伺服子系統有無位置測量反饋裝置可分為開環數控機床和閉環數控機床，在閉環數控系統中根據位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環和半閉環兩種。

（1）開環數控機床

開環數控機床采用開環進給伺服系統。開環進給伺服系統沒有位置測量反饋裝置，信號流是單向的（數控裝置→進給系統），故系統穩定性好。但由于無位置反饋，精度相對閉環系統來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統和機械傳動機構的性能和精度。該系統一般以步進電機作為伺服驅動元件。它具有結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。

（2）半閉環數控機床

半閉環數控系統的位置檢測點是從驅動電機（常用交、直流伺服電機）或絲杠端引出，通過檢測電機和絲杠旋轉角度來間接檢測工作臺的位移量，而不是直接檢測工作臺的實際位置。由于在半閉環環路內不包括或只包括少量機械傳動環節，可獲得較穩定的控制性能，其系統穩定性雖不如開環系統，但比閉環要好。另外，在位置環內各組成環節的誤差可得到某種程度的糾正，位置環外不能直接消除的如絲杠螺距誤差、齒輪間隙引起的運動誤差等，可通過軟件補償這類誤差來提高運動精度，因此在現代CNC機床中得到了廣泛應用。

（3）閉環數控機床

閉環進給伺服系統的位置檢測點是工作臺，它直接對工作臺的實際位置進行檢測。理論上講，可以消除整個驅動和傳動環節的誤差、間隙和失動量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環內的許多機械傳動環節的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統不穩定。因此閉環系統的設計、安裝和調試都有相當的難度，對其組成環節的精度、剛性和動態特性等都有較高的要求，價格昂貴。這類系統主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。

3．按工藝用途（機床類型）分類

（1）切削加工類

即具有切削加工功能的數控機床。在金屬切削機床常用的車床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鏜床、插床、拉床、切斷機床、齒輪加工機床等中，國內外都開發了數控機床，而且品種越來越細。比如，在數控磨床中不僅有數控外圓磨床，數控內圓磨床，集可磨外圓、內圓于一機的數控萬能磨床，數控平面磨床，數控坐標磨床，數控工具磨床，數控無心磨床，數控齒輪磨床，還有專用或專門化的數控軸承磨床，數控外螺紋磨床，數控內螺紋磨床，數控雙端面磨床，數控凸輪軸磨床，數控曲軸磨床，能自動換砂輪的數控導軌磨床（又稱導軌磨削中心）等等，還有工藝范圍更寬的車削中心、加工中心、柔性制造單元（FMC）等。

（2）成型加工類

是具有通過物理方法改變工件形狀功能的數控機床。如數控折彎機、數控沖床、數控彎管機、數控旋壓機等。

備

注

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

（3）特種加工類

是具有特種加工功能的數控機床。如數控電火花線切割機床，數控電火花成型機床，帶有自動換電極功能的“電加工中心”，數控激光切割機床，數控激光熱處理機床，數控激光板料成型機床，數控等離子切割機等。

（4）其它類型

一些廣義上的數控設備。如數控裝配機、數控測量機、機器人等。

備

注

四、數控機床的基本結構特征和主要輔助裝置

1．數控機床的基本結構特征

（1）機床剛性提高，抗振性能大為改善；（2）機床熱變形降低；（3）機床中間傳動環節減少；

（4）機床各個運動副間的摩擦系數較小；（5）機床功能部件增多。2．數控機床的主要輔助裝置

數控機床的輔助裝置是一個完整的機器或裝置，其作用是完成配合機床對零件加工的輔助工作。諸如切削液或油液處理系統中的冷卻過濾裝置，油液分離裝置，吸塵吸霧裝置，潤滑裝置及輔助主機實現傳動和控制的氣、液動裝置等，雖然這些裝置在某些自動化或精密型非數控機床上已配備使用，但是，數控機床要求配備的裝置的質量、性能更為精化。

除上述通用輔助裝置外，還有對刀儀、自動排屑器、物料儲運及上下料裝置等。

五、數控機床的規格、性能和可靠性指標

1．規格指標

規格指標是指數控機床的基本能力指標，主要有以下幾方面：

（1）行程范圍和擺角范圍

行程范圍是指坐標軸可控的運動區間，它反映該機床允許的加工空間，一般情況下工件輪廓尺寸應在加工空間的范圍之內。擺角范圍是指擺角坐標軸可控的擺角區間，也反映該機床的加工空間。

（2）工作臺面尺寸

它反映該機床安裝工件的最大范圍，通常應選擇比最大加工工件稍大一點的面積，這是因為要預留夾具所需的空間。

（3）承載能力

它反映該機床能加工零件的最大重量。

（4）主軸功率和進給軸扭矩

它反映該機床的加工能力，同時也可間接反映機床的剛度和強度。

（5）控制軸數和聯動軸數

數控機床的控制軸數通常是指機床數控裝置能夠控制的進給軸數。數控機床控制軸數與數控裝置的運算處理能力、運算速度及內存容量等有關。聯動軸數是指數控機床同時控制多個進給軸，使它們按規定的路線和進給速度所確定的規律運動的進給軸數目。它反映數控機床的曲面加工能力。

（6）刀庫容量

是指刀庫能存放加工所需刀具的數量，它反映該機床能加工工序內容的多少。目前常見的中小型加工中心多為16~60把，大型加工中心達

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

100把以上。

2．性能指標

（1）分辨率與脈沖當量

分辨率是指兩個相鄰的分散細節之間可以分辨的最小間隔。對測量系統而言，分辨率是可以測量的最小增量；對控制系統而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。數控裝置每發出一個脈沖信號，反映到機床移動部件上的移動量，通常稱為脈沖當量。脈沖當量是設計數控機床的原始數據之一，其數值的大小決定數控機床的加工精度和表面質量。脈沖當量越小，數控機床的加工精度和加工表面質量越高。

（2）最高主軸轉速和最大加速度

最高主軸轉速是指主軸所能達到的最高轉速，它是影響零件表面加工質量、生產效率以及刀具壽命的主要因素之一。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標，也是加工效率的重要指標。

（3）最高快移速度和最高進給速度

最高快移速度是指進給軸在非加工狀態下的最高移動速度，最高進給速度是指進給軸在加工狀態下的最高移動速度，它們也是影響零件加工質量、生產效率以及刀具壽命的主要因素。

另外，還有換刀速度和工作臺交換速度，它們也是影響生產效率的性能指標。3．可靠性指標

（1）平均無故障時間MTBF（Mean time between failures）

它是指一臺數控機床在使用中平均兩次故障間隔的時間，即數控機床在壽命范圍內總工作時間和總故障次數之比，即

MTBF?總工作時間

總故障次數備

注

很顯然，這段時間越長越好。

（2）平均修復時間MTTR（Mean time to restore。）

它是指一臺數控機床從開始出現故障直到能正常工作所用的平均修復時間，即

MTTR?總故障停機時間

總故障次數考慮到實際系統出現故障總是難免的，故對于可維修的系統，總希望一旦出現故障，修復的時間越短越好，即希望MTTR越短越好。

（3）平均有效度A 如果把MTBF看作設備正常工作的時間，把MTTR看作設備不能工作的時間，那么正常工作時間與總時間之比稱為設備的平均有效度A，即

A?平均無故障時間MTBF ?平均無故障時間?故障平均修復時間MTBF?MTTR平均有效度反映了設備提供正確使用的能力，是衡量設備可靠性的一個重要指標。

六、數控機床的精度項目及檢驗

數控機床的精度項目主要包括幾何精度、定位精度和切削精度。1．主要幾何精度項目及檢驗

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

數控機床的幾何精度

是綜合反映機床的關鍵零部件及其組裝后的幾何形位誤差的指標。該指標可分為兩類：一類是對機床的基礎件和運動大件（如床身、立柱、工作臺、主軸箱等）的直線度、平面度、垂直度等的要求，如工作臺面的平面度，各坐標方向移動的直線度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（臥式）坐標方向移動時工作臺面的平行度，X坐標方向移動時工作臺面T形槽側面的平行度等；另一類是對機床主軸的要求，如主軸的軸向竄動，主軸孔的徑向跳動，主軸箱移動時主軸軸線的平行度，主軸軸線與工作臺面的垂直度（立式）或平行度（臥式）等。

以臥式加工中心為例，主要有以下各項：（1）X、Y、Z坐標的相互垂直度；（2）工作臺面的平面度；

（3）X軸和Z軸移動工作臺面的平行度；（4）主軸回轉軸心線對工作臺面的平行度；（5）主軸在X、Y、Z各軸方向移動的直線度；（6）X軸移動工作臺邊界定位基準面的平行度；

（7）工作臺中心線到邊界定位器基準面之間的距離精度；（8）主軸軸向跳動；（9）主軸孔徑向跳動。

幾何精度常用檢測工具有精密水平儀、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、測微儀、高精度主軸心棒等。

2．定位精度的項目及檢驗

數控機床定位精度是指機床各運動部件在數控裝置的控制下空載運動所能達到的位置準確程度。根據各軸能達到的位置精度就能判斷出加工時零件所能達到的精度。

（l）直線運動定位精度

是指數控機床的移動部件沿某一坐標軸運動時實際值與給定值的接近程度，其誤差稱為直線運動定位誤差。

Xij??Pij??Pj

（1-1）

Xij??Pij??Pj

（1-2）i=1，2，3??n

代表向每一目標趨近的次數；

j=1，2，3??m

代表目標位置。

備

注

n次單向趨近目標位置Pj時，可得到單向平均位置偏差Xj?和Xj?的值。Xj??n Xj??n?Xi?1nnij?

（1-3）

?Xi?1ij?

（1-4）

這樣可得到從正、負方向趨近目標位置Pj時的反向差值Bj。

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

Bj?Xj??Xj?

（1-5）n次單向趨近目標位置Pj時的標準偏差Sj?和Sj?為

備

注

Sj??1n?11n?1??Xi?1nnij??Xj???

2（1-6）

Sj????Xi?1ij??Xj?2

（1-7）

定位精度A可分為單向定位精度Au和雙向定位精度Ab二種。單向定位精度Au是取正、負方向趨近目標位置時定位誤差中的最大值。正、負方向趨近目標位置時的定位精度如下：

?

A??3S??3S??

（1-9）雙向定位精度A為?X??3S??、?X??3S??中的最大值與?X??3S??、?X??3S??中的最小值之差值，即

A??X?3S???X?3S?

（1-10）

Au??Xj??3Sj?max?Xj??3Sj?min

（1-8）

ujjmaxjjminb????X??????Xjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情況下，實際加工的某一坐標軸任意兩點間的距離誤差大約為該軸雙向定位精度的2倍。

（2）直線運動的重復定位精度

是指在同一臺數控機床上，應用相同程序、相同代碼加工一批零件，所得到結果的一致程度。一般情況下，重復定位精度是正態分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是反映軸運動精度穩定性的最基本指標。

重復定位精度R為標準偏差Sj?和Sj?中最大值的6倍，即

R?6?Sj?max

（1-11）（3）直線運動的反向誤差B

直線運動的反向誤差也叫失動量，是該坐標軸進給傳動鏈上驅動部件（如伺服電動機、伺服液壓馬達和步進電動機等）的反向死區及各機械運動傳動副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。誤差越大，則定位精度和重復定位精度也越差。

B?Bjmax

（1-12）

（4）直線運動的原點返回精度（回零精度）

是指數控機床各坐標軸達到規定零點的準確程度，其誤差稱為回零誤差。實質上是該坐標軸上一個特殊點的重復定位精度。

（5）分度精度A

是指分度工作臺在分度時指令要求回轉的角度值與實際回轉的角度值的差值。

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

A?Qj?3Sj備

注

??max?Qj?3Sj??min

（1-13）

3．切削精度的項目及檢驗

機床的切削精度是一項綜合精度指標，它不僅反映了機床的幾何精度和定位精度，同時還反映了試件的材料、環境溫度、刀具性能以及切削條件等各種因素造成的誤差。

（1）鏜孔精度檢查

（2）端銑刀銑削平面精度檢查

（3）直線銑削精度檢查

（4）斜線銑削精度檢查（5）圓弧銑削精度檢查

七、數控機床的主要功能

1．多軸控制功能

是指CNC系統能控制和能聯動控制數控機床各坐標軸的進給運動的功能。CNC系統的控制進給軸有：移動軸和回轉軸，基本軸和附加軸。

2．準備功能

即G功能——指令機床運動方式的功能。3．多種函數插補功能和固定循環功能

插補功能是指數控系統進行零件表面（平面或空間曲面）加工軌跡插補運算的功能。一般CNC系統僅具有直線和圓弧插補，較為高檔的數控系統還具有拋物線、橢圓、極坐標、正弦線、螺旋線以及樣條曲線等插補功能。

在數控加工中，有些加工內容如鉆孔、鏜孔、攻螺紋等，所做的動作需要循環且十分典型，數控系統預先將這些循環動作用G代碼進行定義，在加工時使用這類G代碼，可大大簡化編程工作量，此即固定循環功能。

4．補償功能

（1）刀具半徑和長度補償功能

該功能能實現按零件輪廓編制的程序控制刀具中心的軌跡，以及在刀具半徑和長度發生變化（如刀具更換、刀具磨損）時，可對刀具半徑或長度作相應的補償。該功能由G指令或T指令實現。

（2）傳動鏈誤差、反向間隙誤差補償功能

螺距誤差補償可預先測量出螺距誤差和反向間隙，然后按要求輸入CNC裝置相應的儲存單元內，在加工過程中進行實時補償。

（3）智能補償功能

外界干擾產生的隨機誤差，可采用人工智能、專家系統等方法建立模型，實施智能補償。如熱變形引起的誤差，裝置將會在相應地方自動進行補償。

5．主軸功能

是指數控系統對切削速度的控制功能。主要有以下五種控制功能：（1）主軸轉速（切削速度）——實現刀具切削點切削速度的控制功能，單位為r／min（m／min）。

（2）恒線速度控制——實現刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

（3）主軸定向控制——實現主軸周向定位于特定點的控制功能。（4）C軸控制——實現主軸周向任意位置的控制功能。

（5）切削倍率——實現人工實時修調切削速度，即通過面板的倍率開關在0％~200％之間對其進行實時修調。

6．進給功能

是指數控系統對進給速度的控制功能。主要有以下三種控制功能：（1）進給速度——控制刀具或工作臺的運動速度，單位為mm／min；（2）同步進給速度——實現切削速度和進給速度的同步，單位為mm／r，用于加工螺紋；

（3）進給倍率——實現人工實時修調進給速度，即通過面板的倍率開關在0％~200％之間對其進行實時修調。

7．宏程序功能

通過編輯子程序中的變量來改變刀具路徑和刀具位置的功能。8．輔助功能

即M功能——規定主軸的起、停、轉向，工件的夾緊和松開，冷卻泵的接通和斷開等機床輔助動作的功能。

9．刀具管理功能

是實現對刀具幾何尺寸和刀具壽命的管理及刀具選擇功能。刀具幾何尺寸是指刀具的半徑和長度，這些參數供刀具補償功能使用。刀具壽命是指總計切削時間，當某刀具的時間壽命到期時，CNC系統將提示用戶更換刀具。另外，CNC系統都具有T功能即刀具號管理功能，它用于標識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。

10．人機對話功能

在CNC裝置中配有單色或彩色陰極射線管，俗稱顯示器（CRT），通過軟件可實現字符和圖形的顯示，以方便用戶操作和使用。主要功能有：菜單結構的操作界面；數據及零件加工程序的輸入及環境編輯；系統和機床參數、狀態、故障信息的顯示、查詢等。

11．自診斷功能

是指CNC系統防止故障發生及故障診斷、故障定位和防止故障擴大的功能。12．通訊功能

通訊功能是指CNC裝置與外界進行信息和數據交換的功能。

備

注

第二節

數控加工原理與數控加工工藝概述

數控加工

是根據零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數控加工程序（簡稱為數控程序），輸入數控系統，控制數控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。

數控加工技術

是將普通金屬切削加工、計算機數控、計算機輔助制造等技

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

術綜合的一門先進加工技術。在以上各個領域的進步推動下，尤其是計算機技術的飛速發展下，數控加工技術正從深度、廣度上對機械加工技術進行革命性的變革。

備

注

一、數控加工原理

1．數控加工的過程

首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數字化，即將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程中主軸速度和進給速度的變換、冷卻液的開關、工件和刀具的交換等控制和操作，都按規定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數控系統。數控系統則按照程序的要求，先進行相應的運算、處理，然后發出控制命令，使各坐標軸、主軸以及輔助動作相互協調，實現刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。

2．數控加工中的數據轉換過程（1）譯碼

譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCⅡ碼）表達的零件加工程序，以程序段為單位轉換成刀補處理程序所要求的數據結構（格式），該數據結構用來描述一個程序段解釋后的數據信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標值，進給速度，主軸轉速，G代碼，M代碼，刀具號，子程序處理和循環調用處理等數據或標志的存放順序和格式。

（2）刀補處理（計算刀具中心軌跡）

為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設計的進給路線編制的，而數控機床在加工過程中控制的是刀具中心（準確說是刀位點）軌跡，因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補處理就是完成這種轉換的處理程序。

（3）插補計算

數控編程提供了刀具運動的起點、終點和運動軌跡，而刀具怎么從起點沿運動軌跡走向終點則由數控系統的插補裝置或插補軟件來控制。該程序以系統規定的插補周期?T定時運行，它將由各種線形（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進給速度F，實時計算出各個進給軸在?T內的位移指令（?X1、?Y1、?），并送給進給伺服系統，實現成形運動。

（4）PLC控制

CNC系統對機床的控制分為對各坐標軸的速度和位置的“軌跡控制”和對機床動作的“順序控制” 或稱“邏輯控制”。后者是指在數控機床運行過程中，以CNC內部和機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關信號狀態為條件，并按預先規定的邏輯關系對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統的運行等進行的控制。PLC控制就是實現上述功能的功能模塊。

數控加工原理就是將預先編好的加工程序以數據的形式輸入數控系統，數控系統通過譯碼、刀補處理、插補計算等數據處理和PLC協調控制，最終實現零件

《數控加工工藝及設備》教案

內

容 的自動化加工。

備

注

二、數控加工工藝和數控加工工藝過程的概念、主要內容及特點

（一）數控加工工藝和數控加工工藝過程的概念

1．數控加工工藝

是采用數控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數控加工工藝過程。數控加工工藝是伴隨著數控機床的產生、發展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數控加工實踐的經驗總結。

2．數控加工工藝過程

是利用切削工具在數控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態等，使其成為成品或半成品的過程。

（二）數控加工工藝和數控加工工藝過程的主要內容（1）選擇并確定進行數控加工的內容；（2）對零件圖紙進行數控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數學處理及編程尺寸設定值的確定；（4）數控加工工藝方案的制定；（5）工步、進給路線的確定；（6）選擇數控機床的類型；

（7）刀具、夾具、量具的選擇和設計；（8）切削參數的確定；

（9）加工程序的編寫、校驗與修改；

（10）首件試加工與現場問題處理；（11）數控加工工藝技術文件的定型與歸檔。

（三）數控加工工藝的特點 1．數控加工工藝內容要求具體、詳細 2．數控加工工藝要求更嚴密、精確

3．制定數控加工工藝要進行零件圖形的數學處理和編程尺寸設定值的計算 4．制定數控加工工藝選擇切削用量時要考慮進給速度對加工零件形狀精度的影響

5．制定數控加工工藝時要特殊強調刀具選擇的重要性 6．數控加工工藝的特殊要求

7．數控加工程序的編寫、校驗與修改是數控加工工藝的一項特殊內容

三、數控加工工藝與數控編程的關系

1．數控程序

輸入數控機床，執行一個確定的加工任務的一系列指令，稱為數控程序或零件程序。

2．數控編程

即把零件的工藝過程、工藝參數及其它輔助動作，按動作順序和數控機床規定的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質即程序載體（磁盤等），輸入數控裝置，從而指揮機床加工并根據加工結果加以修正的過程。

3．數控加工工藝與數控編程的關系

數控加工工藝分析與處理是數控編程

《數控加工工藝及設備》教案

內

容 的前提和依據，沒有符合實際的、科學合理的數控加工工藝，就不可能有真正可行的數控加工程序。而數控編程就是將制定的數控加工工藝內容程序化。

備

注

第三節

數控機床的坐標系統一、數控機床的坐標系

1．標準坐標系和運動方向

標準坐標系采用右手直角笛卡兒定則。基本坐標軸為X、Y、Z并構成直角坐標系，相應每個坐標軸的旋轉坐標分別為A、B、C。

基本坐標軸X、Y、Z的關系及其正方向用右手直角定則判定，拇指為X軸，食指為Y軸，中指為Z軸，圍繞X、Y、Z各軸的回轉運動及其正方向?A、?B、?C分別用右手螺旋定則判定，拇指為X、Y、Z的正向，四指彎曲的方向為對應的A、B、C的正向。與?X、?Y、?Z、?A、?B、?C相反的方向相應用帶“′”的?X′、?Y′、?Z′、?A′、?B′、?C′表示。注意，?X′、?Y′、?Z′之間不符合右手直角笛卡兒定則。

由于數控機床各坐標軸既可以是刀具相對于工件運動，也可以是反之，所以ISO標準規定：

（l）不論機床的具體結構是工件靜止、刀具運動，或是工件運動、刀具靜止，在確定坐標系時，一律看作是刀具相對靜止的工件運動。

（2）機床的直線坐標軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判定Y軸。

（3）坐標軸名（X、Y、Z、A、B、C）不帶“′”的表示刀具運動；帶“′”的表示工件運動，如圖1-16所示。

（4）增大工件與刀具之間距離的方向為坐標軸正方向。2．坐標軸判定的方法和步驟（1）Z軸

規定平行于機床主軸軸線的坐標軸為Z軸。對于有多個主軸或沒有主軸的機床（如刨床），標準規定垂直于工件裝夾面的軸為Z軸。對于能擺動的主軸，若在擺動范圍內僅有一個坐標軸平行主軸軸線，則該軸即為Z軸，若在擺動范圍內有多個坐標軸平行主軸軸線，則規定其中垂直于工件裝夾面的坐標軸為Z軸。

規定刀具遠離工件的方向為Z軸的正方向（?Z）。（2）X軸

對于工件旋轉的機床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開工件旋轉中心的方向為X軸正方向；對于刀具旋轉的立式機床，規定水平方向為X軸方向，且當從刀具（主軸）向立柱看時，X正向在右邊；對于刀具旋轉的臥式機床，規定水平方向仍為X軸方向，且從刀具（主軸）尾端向工件看時，右手所在方向為X軸正方向。

（3）Y軸

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

Y軸垂直于X、Z坐標軸。Y軸的正方向根據X和Z坐標軸的正方向按照右

備

注

手直角笛卡兒定則來判斷。

（4）旋轉運動A、B和C

A、B和C表示其軸線分別平行于X、Y和Z坐標的旋轉運動。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。

（5）附加坐標軸的定義

如果在X、Y、Z坐標以外，還有平行于它們的坐標，可分別指定為U、V、W。若還有第三組運動，則分別指定為P、Q和R。

（6）主軸正旋轉方向與C軸正方向的關系

主軸正旋轉方向

從主軸尾端向前端（裝刀具或工件端）看順時針方向旋轉為主軸正旋轉方向。對于普通臥式數控車床，主軸的正旋轉方向與C軸正方向相同。對于鉆、鏜、銑、加工中心機床，主軸的正旋轉方向為右旋螺紋進入工件的方向，與C軸正方向相反。所以不能誤認為C軸正方向即為主軸正旋轉方向。

二、機床坐標系與工件坐標系

1．機床坐標系與機床原點、機床參考點

（1）機床坐標系

機床坐標系是機床上固有的坐標系，是用來確定工件坐標系的基本坐標系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺）位置的參考系，并建立在機床原點上。機床坐標系各坐標和運動正方向按前述標準坐標系規定設定。

（2）機床原點

現代數控機床都有一個基準位置，稱為機床原點，是機床制造商設置在機床上的一個物理位置，其作用是使機床與控制系統同步，建立測量機床運動坐標的起始點。

（3）機床參考點

與機床原點相對應的還有一個機床參考點，它也是機床上的一個固定點，通常不同于機床原點。一般來說，加工中心的參考點設在工作臺位于負極限位置時的一基準點上。

2．工件坐標系與工件坐標系原點（1）工件坐標系

編程人員在編程時設定的坐標系，也稱為編程坐標系。（2）工件坐標系原點

也稱為工件原點或編程原點，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐標系坐標軸的確定

坐標原點選定后，接著就是坐標軸的確定。工件坐標系坐標軸確定的原則為：根據工件在機床上的安放方向與位置決定Z軸方向，即工件安放在數控機床上時，工件坐標系的Z軸與機床坐標系Z軸平行，正方向一致，在工件上通常與工件主要定位支撐面垂直；然后，選擇零件尺寸較長方向或切削時的主要進給方向

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

為X軸方向，在機床上安放后，其方位與機床坐標系X軸方位平行，正向一致；過原點與X、Z軸垂直為Y軸，根據右手定則，確定Y軸的正方向。

3．裝夾原點

有的機床還有一個重要的原點，即裝夾原點，是工件在機床上安放時的一個重要參考點。

備

注

第四節

插補原理及與加工精度和加工效率的關系

一、數控加工軌跡控制原理——插補原理

插補的任務就是要根據進給速度的要求，完成在輪廓起點和終點之間的中間點的坐標值計算。目前常用的插補方法有兩類：脈沖增量插補法和數據采樣插補法。

（一）脈沖增量插補

脈沖增量插補是模擬硬件插補的原理，把計算機每次插補運算產生的指令輸出到伺服系統，伺服系統根據進給脈沖進給，以驅動工作臺運動。計算機每發出一個脈沖，工作臺移動一個基本長度單位（脈沖當量），并且每次插補的結果僅產生一個行程增量，每進給一步（一個脈沖當量），計算機就要進行一次插補運算，進給速度受計算機插補速度的限制，因此很難滿足現代數控機床高速度的要求。

（二）數據采樣插補法

數據采樣插補原理是將加工一段直線或圓弧的時間劃分為若干相等的插補周期，每經過一個插補周期就進行一次插補計算，算出在該插補周期內各坐標軸的進給量，邊計算邊加工，若干次插補周期后完成一個曲線段的加工，即從曲線段的起點走到終點。數據采樣插補是根據用戶程序的進給速度，將給定輪廓曲線分割為每一插補周期的進給段，即輪廓步長。每一個插補周期，執行一次插補運算，計算出下一個插補點（動點）坐標，從而計算出下一周期各個坐標的進給量，如?X、?Y等，進而得出下一插補點的指令位置。插補周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數。對于直線插補，動點在一個插補周期內運動的直線段與給定直線重合。對于圓弧插補，動點在一個插補周期內運動的直線段以弦線（或切線、割線）逼近圓弧。

圓弧插補常用弦線逼近的方法。如圖1-25所示，用弦線逼近圓弧，會產生逼近誤差er。設?為在一個插補周期內逼近弦所對應的圓心角、r為圓弧半徑，則

???

er?r?1?cos?

（1-14）

2?????將上式中的cos??用冪級數展開，得

?2?

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

???er?r?1?cos?

2??2?????2?4????2???r?1??1??????

2!4!????????備

注

??28r

（1-15）

設T為插補周期，F為刀具進給速度，則進給步長（或插補步長）l為 l?TF 用進給步長l代替弦長，有

??lr?TFr

將上式代入式（1-15），得

l21?TF? er???

（1-16）

8r8r

式（1-16）反映了逼近誤差er與插補周期T、進給速度F和圓弧半徑r的關系。

根據式1-16，可以得到一個關系式：

l?8er允r

（1-17）式中

er允——輪廓曲線允許的逼近誤差；

r——圓弧半徑；

l——輪廓步長，即單位時間（插補周期）內的進給量。

二、插補原理、進給速度與加工精度和加工效率的關系

從式1-16可以看出，逼近誤差與進給速度、插補周期的平方成正比，與圓弧半徑成反比。較小的插補周期，可以在小半徑圓弧插補時允許較大的進給速度。從另一角度講，進給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補周期越短，逼近誤差就越小。對于一個確定的數控系統，插補周期一般是固定的，插補周期確定之后，一定的圓弧半徑，應有與之對應的最大進給速度限定，以保證逼近誤差er不超過允許值。對脈沖增量插補，進給速度越快，則脈沖當量值越大，加工誤差也就越大，插補周期越短，插補精度越高；進給速度越快，插補精度越低，但效率越高。當加工精度要求很高（如微米級）時，在數控系統一定的情況下，進給速度的快慢將影響工件的形狀精度，同時自然影響加工效率。

第五節

當今國際數控加工技術的發展趨勢

1．高速切削 2．高精度加工 3．復合化加工 4．控制智能化

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

具體體現在以下幾個方面：（l）加工過程自適應控制技術（2）加工參數的智能優化與選擇（3）故障自診斷功能（4）智能化交流伺服驅動裝置 5．互聯網絡化

6．計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing System，縮寫為CIMS）

一般認為CIMS應由下列六個子系統組成：（1）計算機輔助經營和生產管理系統；

（2）計算機輔助產品設計／制造等開發工程系統；（3）自動化制造加工系統；（4）計算機輔助儲運系統；（5）全廠質量控制系統；（6）數據庫與通信系統。

計算機集成制造系統的發展可以實現整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工廠或無人化工廠，是自動化制造技術的發展方向。

備

注