数控线切割机床加工解决了很多传统加工难以解决的难题
数控线切割机床加工解决了很多传统加工难以解决的难题，尤其是在锐角、小R及锥度切割的产品加工过程中更具优势，已广泛应用于机械模具、航空、航天等工业领域。凸凹模拔模面的精度对于模具的开模和使用寿命有着重要的影响，因些，拔模角锥度加工尤为重要。
一、大厚工件及锥度切割的加工要点
大厚工件及锥度产品加工一直是线切割的重点加工对象，也是难点之一，提高大厚工件的垂直精度及加工效率，一直是线切割加工追求的目标之一。大厚工件切割常呈现如图1所示的凹模形和拱形。产生拱形或凹模形的原因一般是由于加工液的电阻比过低、切割丝的张力过小、导头间的距离过大等原因综合造成的。对于出现凹形的情况，可以通过降低二次切削时的平均加工电压(伺服基准电压)来解决，而对于出现拱形的情况，则要提高二次切削时的平均加工电压。
1(切割大厚工件时的加工要点
在加工大厚工件时，可通过以下手段来提高大厚工件的垂直度和切割精度。
(1)加大切割丝的张力、减小喷头导头间的距离;
(2)采用直径较粗的切割丝进行加工，并增加加工次数;
(3)采用专用的喷嘴改善切削液的冷却效果。
2(锥度切割的加工要点
对于锥度切割，其尺寸往往难以控制，且切割效率与无锥度切割相比低很多，尤其是在锥度很大的情况下，差别更大。这主要是由于锥度加工时排屑困难、切削液的环境不理想及电参数不合理等多方面的原因造成的。下面是笔者从实践中，针对锥度切割时的具体情形总结出的一些加工要点。
(1)由于锥度切割时排屑困难，导丝模导头部的切割丝拖动力较大，容易断丝，因此必须降低加工能量，增大放电间隔时间，增加加工过程中的平均电压;
(2)改善喷流状况，使用专用喷嘴，采取大开口朝上增加喷流流量，采用闭合加工法，减小Z轴高度，尽量使两喷嘴之间的距离最小;
(3)由于在锥度的加工过程中，各个断面层上的加工周长不同，放电间隙也不同，因此精加工时应采用比无锥度加工更多的切削量;
(4)由于切割丝自身的刚性等原因，上下导丝模导头与切割丝的倾斜会产生误差，改硬丝为软丝进行加工可减小因切割丝刚性引起的误差;
(5)由于线切割加工其数控程序补偿是在xy平面内进行的，对于锥度加工，其补偿量与实际的补偿值会产生误差，如图1c所示。当程序的补偿量是A时，在锥角为α的情况下锥度表面实际的补偿量只有Acosα，由此产生的误差双边为2A(1,cosα)。所以在大锥度切割时，对程序补偿进行修正也是提高其切割精度的有效措施之一。
a 凹模型 b 拱形 c 锥度补偿
图1 切割大厚度工件时产生的误差形式
二、锥度数控加工编程实例
锥度切割的数控编程可以根据实际情况采取相对灵活的方式进行。
1(固定锥度加工编程
对于上下形状相同的固定锥度，只需按对应的基准参考平面编制二维的轮廓加工程序，然后利用数控线切割系统本身固有的固定锥度切割加工功能即可进行锥度的切割。图2 所示的是某凹模零件的数控加工与程序代码。这种方法直观，程序简洁，容易发现出程序中的错误，是常用的固定锥度切割加工编程手段。
图2 固定锥度加工编程
2(变锥度切割加工编程
在实际产品的加工中，经常碰到产品的上下形状各异或形状大致相似而锥度不等的变锥度切割加工。针对这类产品常采用上下异形的编程方法，即将工件上下平面的轮廓按实际产品进行三维造型，然后利用CAM软件的四轴联动锥度切割的刀具轨迹进行编程，这种方式产生的程序量较大。图3是某上圆下方的产品及其加工的程序。
图3 变锥度加工编程
3(固定锥度换向编程
图4为某薄壁零件产品。该产品的内表面和外表面的锥度方向一致，如采用固定锥度，不能一次将轮廓全部加工出来，若采用上下异形的变锥度法进行编程，产生的程序量很大，为此笔者结合固定锥度的编程方法，将内表面和外表面采用锥度换向的方法在一个程序中同时完成内外表面的加工，在保证了产品质量的同时提高了加工的效率。
图4 固定锥度换向编程
三、结束语
数控线切割加工是一件实践性很强的工作，需要在实践中不断探索，才能找到最佳的加工参数。本文只讨论了大厚工件及锥度产品的线切割加工策略，重点阐述了锥度线切割加工
的一些加工要点，可能挂一漏万，欢迎广大读者商榷。
目前，我国数控线切割机床常用3B程序格式编程，其格式如表所示。
表——无间隙补偿的程序格式(三B型)
B X B Y B J G Z
分隔符号 X坐标值 分隔符号 Y坐标值 分隔符号 计数长度 计数方向 加工指令 1、分隔符号 B
因为X、Y、J均为数字，用分隔符号(B)将其隔开，以免混淆。
2、坐标值(X、Y)
一般规定只输入坐标的绝对值，其单位为μm，μm以下应四舍五入。
对于圆弧，坐标原点移至圆心，X、Y为圆弧起点的坐标值。
对于直线(斜线)，坐标原点移至直线起点，X、Y为终点坐标值。允许将X和Y的值按相同的比例放大或缩小。
对于平行于X轴或Y轴的直线，即当X或Y为零时，X或Y值均可不写，但分隔符号必须保留。
图6.13 斜线的计数方向 图6.14 圆弧的计数方向 选取X方向进给总长度进行计数，称为计X，用Gx表示;选取Y方向进给总长度进行计数，称为计Y，用Gy表示。 (1)加工直线 可按图6.13选取:
|Ye|>|Xe|时，取Gy;
|Xe|>|Ye|时，取Gx;
|Xe|=|Ye|时，取Gx或Gy均可。
(2)对于圆弧，当圆弧终点坐标在图6.14所示的各个区域时，若:
|Xe|>|Ye|时，取Gy;
|Ye|>|Xe|时，取Gx;
|Xe|=|Ye|时，取Gx或Gy均可。
4、计数长度J
计数长度是指被加工图形在计数方向上的投影长度(即绝对值)的总和，以μm为单位。
例1，加工图6.15所示斜线OA，其终点为A(Xe,Ye),且Ye>Xe,试确定G和J。
因为|Ye|>|Xe|,OA斜线与X轴夹角大于45?时，计数方向取Gy,斜线OA在Y轴上的投影长度为Ye，故J=Ye。
例2，加工图6.16所示圆弧，加工起点A在第四象限，终点B(Xe,Ye)在第一象限，试确定G和J。
因为加工终点靠近Y轴，|Ye|>|Xe|,计数方向取Gx; 计数长度为各象限中的圆弧段在X轴上投影长度的总和，即J=J+J。 X1X2
例3，加工图6.17所示圆弧，加工终点B(Xe,Ye),试确定G和J。
因加工终点B靠近X轴，|Xe|>|Ye|,故计数方向取Gy，J为各象限的圆弧段在Y轴上投影长度的总和,即J=J+J+J。 y1y2y3
图6.15 例1斜线的G和J 图6.16 例2圆弧的G和J 图6.17 例3圆弧的G和J
5、加工指令Z
加工指令Z是用来表达被加工图形的形状、所在象限和加工方向等信息的。控制系统根据这些指令，正确选择偏差公式，进行偏差计算，控制工作台的进给方向，从而实现机床的自
动化加工。加工指令共12种，如图6.18所示。
a)直线加工指令 b)坐标轴上直线加工指令
c)顺时针圆弧指令 d)逆时针圆弧指令
图6.18 加工指令
位于四个象限中的直线段称为斜线。加工斜线的加工指令分别用L、L、L、L表示，如图6.18a所示。与坐标轴相重合的直线，根据进给方向，其加工指令可按图6.18b选取。 1234
加工圆弧时，若被加工圆弧的加工起点分别在坐标系的四个象限中，并按顺时针插补，如图6.18c所示,加工指令分别用SR、SR、SR、SR表示;按逆时针方向插补时，分别用NR、12341
NR、NR、NR表示，如图6.18d所示 。如加工起点刚好在坐标轴上，其指令可选相邻两象限中的任何一个。 234
例1，加工图所示斜线OA,终点A的坐标为Xe=17mm,Ye=5mm,写出加工程序。
其程序为:
B17000 B5000 B017000GxL 1
加工斜线
例2，加工图所示直线，其长度为21.5mm,写出其程序。
相应的程序为:
BBB021500GyL2
加工与,轴正方向重合的直线
加工如图所示圆弧，加工起点的坐标为A(-5,0),试编制程序。
其程序为:
B5000 BB010000GySR 2
图 加工半圆弧
加工如图所示的1/4圆弧，加工起点A(0.707,0.707)，终点为 B(-0.707,0.707)，试编制程序。
相应的程序为:
B707 B707 B001414GxNR1
由于终点恰好在45?线上，故也可取Gy，则
B707 B707 B000586GyNR 1
图 加0工1/4圆弧
加工图所示圆弧，加工起点为A(-2，9)，终点为B(9，-2)，编制加工程序。
圆弧半径:R=μm =9220μm
计数长度:J=9000μm YAC
J=9220μm YCD
J=R-2000μm =7200μm YDB
则J= J+ J+ J=(9000+9220+7220)μm =25440μm YYACYCDYDB
其程序为:
B2000 B9000 B025440GyNR2
图 加工圆弧段
数控电火花线切割加工工艺参数的选择
发布时间:2007-01-15 关键字: 参数 选择 工艺 加工 火花 数控 切割 电极 工作 距离
(1)脉冲参数的选择
线切割加工一般都采用晶体管高频脉冲电源，用单个脉冲能量小、脉宽窄、频率高的脉冲参数进行正极性加工。加工时，可改变的脉冲参数主要有电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流。要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小;若要求获得较高的切割速度，脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的电流易引起断丝。
(2)工艺尺寸的确定
丝切割加工时，为了获得所要求的加工尺寸，电极丝和加工图形之间必须保持一定的距离，如下图所示。图中双点划线表示电极丝中心的轨迹，实线表示型孔或凸模轮廓。编程时首先要求出电极丝中心轨迹与加工图形之间的垂直距离?R(间隙补偿距离)，并将电极丝中心轨迹分割成单一的直线或圆弧段，求出各线段的交点坐标后，逐步进行编程。具体步骤如下:
i j
1)设置加工坐标系
根据工件的装夹情况和切割方向，确定加工坐标系。为简化计算，应尽量选取图形的对称轴线为坐标轴。
2)补偿计算
按选定的电极丝半径r，放电间隙δ和凸、凹模的单面配合间隙Z?2，则加工凹模的补偿距离?R,r，δ，如图i所示。加工凸模的补偿距离?R,r，δ,Z?2，如图j所示。 123) 将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧线，按型孔或凸模的平均尺寸计算出各线段交点的坐标值。
(3)工作液的选配
工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大影响，加工时必须正确选配。常用的工作液主要有乳化液和去离子水。
41)慢速走丝线切割加工，目前普遍使用去离子水。为了提高切割速度，在加工时还要加进有利于提高切割速度的导电液，以增加工作液的电阻率。加工淬火钢，使电阻率在2×10Ω.cm
4左右;加工硬质合金电阻率在30×10Ω.cm左右
2)对于快速走丝线切割加工,目前最常用的是乳化液. 乳化液是由乳化油和工作介质配制(浓度为5,,10,)而成的。工作介质可用自来水,也可用蒸馏水、高纯水和磁化水。 1、电极丝的选择
电极丝应具有良好的导电性和抗电蚀性,抗拉强度高、材质均匀。常用电极丝有钼丝、钨丝、黄铜丝和包芯丝等。钨丝抗拉强度高，直径在 (0.03,0.1mm)范围内，一般用于各种窄缝的精加工，但价格昂贵。黄铜丝适合于慢速加工，加工表面粗糙度和平直度较好，蚀屑附着少，但抗拉强度差，损耗大，直径在0.1,0.3mm范围内，一般用于慢速单向走丝加工。钼丝抗拉强度高，适于快速走丝加工，所以我国快速走丝机床大都选用钼丝作电极丝，直径在0.08,0.2mm范围内。
电极丝直径的选择应根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择。若加工带尖角、窄缝的小型模具宜选用较细的电极丝;若加工大厚度工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。 2、穿丝孔和电极丝切入位置的选择
穿丝孔是电极丝相对工件运动的起点，同时也是程序执行的起点，一般选在工件上的基准点处。为缩短开始切割时的切入长度，穿丝孔也可选在距离型孔边缘2~5mm处，如图d所示。加工凸模时，为减小变形，电极丝切割时的运动轨迹与边缘的距离应大于5mm，如图e所示。
d e
3、电极丝位置的调整
线切割加工之前，应将电极丝调整到切割的起始坐标位置上，其调整方法有以下几种:
(1)目测法
对于加工要求较低的工件，在确定电极丝与工件基准间的相对位置时，可以直接利用目测或借助2,8倍的放大镜来进行观察。图f是利用穿丝处划出的十字基准线，分别沿划线方向观察电极丝与基准线的相对位置，根据两者的偏离情况移动工作台，当电极丝中心分别与纵横方向基准线重合时，工作台纵、横方向上的读数就确定了电极丝中心的位置。
f
(2)火花法
如图g所示，移动工作台使工件的基准面逐渐靠近电极丝，在出现火花的瞬时，记下工作台的相应坐标值，再根据放电间隙推算电极丝中心的坐标。此法简单易行，但往往因电极丝靠近基准面时产生的放电间隙，与正常切割条件下的放电间隙不完全相同而产生误差。
(3)自动找中心
所谓自动找中心，就是让电极丝在工件孔的中心自动定位。此法是根据线电极与工件的短路信号，来确定电极丝的中心位置。数控功能较强的线切割机床常用这种方法。如图h所示，首先让线电极在X轴方向移动至与孔壁接触(使用半程移动指令G82)，则此时当前点X座标为X
1, 接着线电极往反方向移动与孔壁接触，此时当前点X座标为X2，然后系统自动计算X方向中点座标X0[X0=(X1+X2)/2]，并使线电极到达X方向中点X0;接着在Y轴方向进行上述过程，线电极到达Y方向中点座标Y0[Y0=(Y1+Y2)/2]。这样经过几次重复就可找到孔的中心位置。当精度达到所要求的允许值之后，就确定了孔的中心。
图g 火花法调整电极丝位置 图h 自动找中心
我国快走丝数控电火花切割机床常用的ISO代码指令，与国际上使用的标准基本一致。常用指令见表。
表——ISO代码
运动指令 坐标方式指令 坐标系指令 补偿指令 M代码 镜像指令 锥度指令 坐标指令 其他指令
例如，
G00 X60000 Y80000，
如图1所示。
(2)G01 直线插补指
令
编程格式:G01
X, Y,( U, V,)
用于线切割机床在
各个坐标平面内加工图1 快速定位 图2 直线插补 任意斜率的直线轮廓
和用直线逼近曲线轮廓。
例如:G92 X40000 Y20000
G01 X80000 Y60000，如图2所示。
(3)G02、G03 圆弧插补指令
G02-顺时针加工圆弧的插补指令。
G03-逆时针加工圆弧的插补指令。
编程格式:G02 X, Y
, I, J,
或G03 X, Y, I, J,
式中:
X、Y----表示圆弧终点坐标。
I、J-----表示圆心坐标，是圆心相对圆弧起点的增量值，I是X方向坐标值，J是Y方向坐标值，应用例如图6.26所示:加工程序为
G92 X10000 Y10000
G02 X30000 Y30000 I20000 J0
G03 X45000 Y15000 I15000 J0
数控线切割机床常用ISO程序坐标方式及坐标系指令实例
1、坐标方式指令
G90为绝对坐标指令。该指令表示程序段中的编程尺寸是按绝对坐标给定的。
G91为增量坐标指令。该指令表示程序段中的编程尺寸是按增量坐标给定的，即坐标值均以前一个坐标作为起点来计算下一点的位置值。
2、坐标系指令
表坐标系指令
G92 加工坐标系设置指令
G54 加工坐标系1
G55 加工坐标系2
G56 加工坐标系3
G57 加工坐标系4
G58 加工坐标系5
G59 加工坐标系6
常用G92加工坐标系设置指令。
编程格式:G92 X, Y,
例如，加工图1所示零件(电极丝直径与放电间隙忽略不计)。
1)用G90编程
P1 //程序名
N01 G92 X0 Y0 //确定加工程序起点，设置加工坐标系
图1插补例
N02 G01 X10000 Y0
N03 G01 X10000 Y20000
N04 G02 X40000 Y20000 I15000 J0
N05 G01 X40000 Y0
N06 G01 X0 Y0
N07 M02 //程序结束
2)用
G91编程:
P2 (程序名)
N01 G92 X0 Y0
NO2 G91 //表示以后的坐标值均为增量坐标
NO3 G01 X10000 Y0
N04 G01 X0 Y20000
N05 G02 X30000 Y0 I15000 J0
N06 G01 X0 Y-20000
N07 G01 X-40000 Y0
N08 M02
3.坐标指令
常用坐标指令见表，详情参见机床说明书。
表坐标指令
W 下导轮到工作台面高度
H 工件厚度
S 工作台面到上导轮高度
线切割加工工艺参数的选择
1、脉冲参数的选择
线切割加工一般都采用晶体管高频脉冲电源，用单个脉冲能量小、脉宽窄、频率高的脉冲参数进行正极性加工。加工时，可改变的脉冲参数主要有电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流。要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小;若要求获得较高的切割速度，脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的电流易引起断丝，快速走丝线切割加工脉冲参数的选择见表1。慢速走丝线切割加工脉冲参数的选择见表2。
表1 快速走丝线切割加工脉冲参数的选择
表2 慢速走丝线切割加工脉冲参数的选择
2、工艺尺寸的确定
丝切割加工时，为了获得所要求的加工尺寸，电极丝和加工图形之间必须保持一定的距离，如图6.12所示。图中双点划线表示电极丝中心的轨迹，实线表示型孔或凸模轮廓。编程时首先要求出电极丝中心轨迹与加工图形之间的垂直距离?R(间隙补偿距离)，并将电极丝中心轨迹分割成单一的直线或圆弧段，求出各线段的交点坐标后，逐步进行编程。具体步骤如下: (1)设置加工坐标系
根据工件的装夹情况和切割方向，确定加工坐标系。为简化计算，应尽量选取图形的对称轴线为坐标轴。
(2)补偿计算
,r，δ，如图6.12a所示。加工凸模的补偿距离?R,r，δ,Z?2，如图6.12b按选定的电极丝半径r，放电间隙δ和凸、凹模的单面配合间隙Z?2，则加工凹模的补偿距离?R12所示。
(3)将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧线，按型孔或凸模的平均尺寸计算出各线段交点的坐标值。
a) 凹模
b) 凸模
图6.1 2电极丝中心轨迹
3、工作液的选配
工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大影响，加工时必须正确选配。常用的工作液主要有乳化液和去离子水。
4 1)慢速走丝线切割加工，目前普遍使用去离子水。为了提高切割速度，在加工时还要加进有利于提高切割速度的导电液，以增加工作液的电阻率。加工淬火钢，使电阻率在2×10Ω.cm
4左右;加工硬质合金电阻率在30×10Ω.cm左右.
2)对于快速走丝线切割加工,目前最常用的是乳化液. 乳化液是由乳化油和工作介质配制(浓度为5,,10,)而成的。工作介质可用自来水,也可用蒸馏水、高纯水和磁化水。
数控线切割机床常用ISO程序补偿指令
表 补偿指令
G40 取消间隙补偿
G41 左偏间隙补偿，D表示偏移量
G42 右偏间隙补偿，D表示偏移量
G40、G41、G42 为间隙补偿指令。
G41--左偏间隙补偿指令。
编程格式: G41 D,
式中:D--表示偏移量(补偿距离)，确定方法与半径补偿方法相同，见图6.28a和图6.29a。一般数控线切割机床偏移量? R在0,0.5mm之间。
G42-右偏补偿指令。
编程格式
: G42 D,
式中:D--表示偏移量(补偿距离)，确定方法与半径补偿方法相同，见图6.28b和图6.29b。一般数控线切割机床偏移量? R在0,0.5mm之间。
G40-取消间隙补偿指令。
编程格式: G40 (单列一行)
数控线切割机床常用ISO程序M代码及调用子程序指令
1.M 为系统辅助功能指令，常用M功能指令见表。
M00 程序暂停
M02 程序结束
M05 接触感知解除
M96 主程序调用子程序
M97 主程序调用子程序结束
2.调用子程序编程格式:M96 程序名(程序名后加“.”)
镜像指令及锥度指令
1.镜像指令
常用镜像功能指令见表，详情参见机床说明书。
镜像指令
G05 X轴镜像
G06 Y轴镜像
G07 X、Y轴交换
G08 X轴镜像，Y轴镜像
G09 X轴镜像，X、Y轴交换
G10 Y轴镜像，X、Y轴交换
G11 Y轴镜像，X轴镜像，X、Y轴交换
G12 消除镜像
2.锥度指令
常用锥度功能指令见表，详情参见机床说明书。
锥度指令
G50 消除锥度
G51 锥度左偏, A为角度值
G52 锥度右偏, A为角度值
数控电火花线切割加工凸凹模工艺编程实例
编制加工图6.34所示凸凹模(图示尺寸是根据刃口尺寸公差及凸凹模配合间隙计算出的平均尺寸)的数控线切割程序。电极丝直径为φ0.1mm的钼丝，单面放电间隙为0.01mm。
下面主要就工艺计算和程序编制进行讲述。
1、确定计算坐标系
由于图形上、下对称，孔的圆心在图形对称轴上，圆心为坐标原点(如图6.35)。因为图形对称于X轴，所以只需求出X轴上半部(或下半部)钼丝中心轨迹上各段的交点
坐标值，从而使计算过程简化。
2、确定补偿距离
补偿距离为:
ΔR=(0.1/2+0.01)mm=0.06mm
图6.34 凸凹模
钼丝中心轨迹，如图6.35中双点划线所示。
3、计算交点坐标
将电极丝中心点轨迹划分成单一的直线或圆弧段。
上。直线OO的方程求E点的坐标值:因两圆弧的切点必定在两圆弧的连心线OO11
为Y=(2.75/3)X。故可求得E点的坐标值X、Y为
图6.35凸凹模编程示意图 X=-1.570mm Y=-1.493mm
其余各点坐标可直接从图形中求得到,见表6.11。
切割型孔时电极丝中心至圆心O的距离(半径)为
R=(1.1-0.06)mm=1.04mm
表6.11——凸凹模轨迹图形各段交点及圆心坐标
交点 X Y 交点 X Y 圆心 X Y
B -3.74 -2.11 G -3 0.81 O1 -3 -2.75
C -3.74 -0.81 H -3 0.81 O2 -3 -2.75
D -3 -0.81 I -3.74 2.11
E -1.57 -1.4393 K -6.96 2.11
4、编写程序单
切割凸凹模时，不仅要切割外表面，而且还要切割内表面，因此要在凸凹模型孔的中心O处钻穿丝孔。先切割型孔，然后再按B?C?D?E?F?G?H?I?K?A?B的顺序切割。 (1)3B格式切割程序单见表6.12所示。
表6.12——凸凹模线切割程序
序号 B X B Y B J G Z 说明 1 B B B 001040 Gx L3 穿丝切割 2 B 1040 B B 004160 Gy SR2 3 B B B 001040 Gx L1 4 D 拆卸钼丝 5 B B B 013000 Gy L4 空走 6 B B B 003740 Gx L3 空走 7 D 重新装上钼丝 8 B B B 012190 Gy L2 切入并加工BC段 9 B B B 000740 Gx L1 10 B B 1940 B 000629 Gy SR1 11 B 1570 B 1439 B 005641 Gy NR3 12 B 1430 B 1311 B 001430 Gx SR4 13 B B B 000740 Gx L3 14 B B B 001300 Gy L2 15 B B B 003220 Gx L3 16 B B B 004220 Gy L4 17 B B B 003220 Gx L1 18 B B B 008000 Gy L4 退出 19 D 加工结束
(2)ISO格式切割程序单如下:
H000=+00000000 H001=+00000110;
H005=+00000000;T84 T86 G54 G90 G92X+0Y+0U+0V+0;
C007;
G01X+100Y+0;G04X0.0+H005;
G41H000;
C007;
G41H000;
G01X+1100Y+0;G04X0.0+H005; G41H001;
G03X-1100Y+0I-1100J+0;G04X0.0+H005; X+1100Y+0I+1100J+0;G04X0.0+H005; G40H000G01X+100Y+0;
M00; //取废料
C007;
G01X+0Y+0;G04X0.0+H005;
T85 T87;
M00; //拆丝
M05G00X-3000; //空走
M05G00Y-2750;
M00; //穿丝
H000=+00000000 H001=+00000110; H005=+00000000;T84 T86 G54 G90 G92X-2500Y-2000U+0V+0;
C007;
G01X-2801Y-2012;G04X0.0+H005; G41H000;
C007;
G41H000;
G01X-3800Y-2050;G04X0.0+H005; G41H001;
X-3800Y-750;G04X0.0+H005; X-3000Y-750;G04X0.0+H005; G02X-1526Y-1399I+0J-2000;G04X0.0+H005;
G03X-1526Y+1399I+1526J+1399;G04X0.0+H005;
G02X-3000Y+750I-1474J+1351;G04X0.0+H005;
G01X-3800Y+750;G04X0.0+H005; X-3800Y+2050;G04X0.0+H005; X-6900Y+2050;G04X0.0+H005; X-6900Y-2050;G04X0.0+H005; X-3800Y-2050;G04X0.0+H005; G40H000G01X-2801Y-2012;
M00;
C007;
G01X-2500Y-2000;G04X0.0+H005;
T85 T87 M02; //程序结束
(:: The Cuting length= 37.062133 MM ); //切割总长
电火花编程ISO坐标系设定指令G92
指令格式:G92 X_ Y_ I_ J_ ;
其中X和Y值确定了线丝起始点的坐标值，也就是借助丝的当前坐标值确定了程序原点;I确定零件的厚度，J确定零件编程表面到工作台面之间的距离。如果零件在编程表面的上部I为正值，反之I为负值，如下图所示。I和J的具体应用参见G51、G52。
(a)I为正值J为正值 (b)I为负值J为正值
电火花编程ISO快速点定位指令G00
指令格式:G00 X, Y, U, V;
其中X和Y指定编程表面上的终点坐标;本机床除了工作台在XOY坐标平面内可以实现联动外，丝头也可以在其工作面内联动(该面与XOY平行)，U和V是指丝头在由G92的I指定的平面(与上述J指定的编程表面平行)上偏移一个距离(U和V对于G90和G91是一致的)。
G00在绝对坐标系时，指出运动的终点坐标，在相对坐标系中指出运动的距离。
电火花编程直线插补指令G01
指令格式:G01 X, Y, U, V, F,;
其中X和Y指定终点坐标，U和V同G00。在伺服模式，运动速度由机床条件决定，F不起作用;在常量模式，F指定运动速度。
电火花编程圆弧插补指令G02、G03
指令格式:G02 X, Y, I, J, U, V, K, L, F,;
G03 X, Y, I, J, U, V, K, L, F,;
其中G02指定顺时针圆弧，X和Y指定圆弧的终点，I和J指定圆弧的起点相对于圆心的增量值。U和V指定圆弧终点偏移向量，K和L指定圆弧中心偏移向量;G03指定逆时针圆
弧，其它字的内容与G02相同。
例:运动轨迹如下图所示，丝线的初始坐标为(170，30)，程序如下:
绝对坐标系:G92 X170.0 Y30.0;
G90 G03 X110.0 Y90.0 I-60.0 J0.0;
G02 X90.0 Y50.0 I-50.0 J0;
相对坐标系:G91G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 J0.0;
G03 X-20.0 Y-40.0 I-50.0 J0.0;
电火花编程插入圆角指令
插入圆角指令用来指定在本程序段下一个程序段之间加上一段半径值为R的过渡圆弧。在G01、G02和G03的程序段中都可以加入一个圆角半径R，指令格式为:
G01 X, Y, R_;
G02 X, Y, I, J, R,;
G03 X, Y, I, J, R,;
电火花编程切割速度设定指令G94、G95
G94指明切割速度由指令确定，单位mm/min或inch/min;
G95指明切割速度由伺服自动确定。
电火花编程暂停指令G04
指令格式:G04X_;或G04P_;
指令中X后跟的数字以秒为单位，P后跟的数字以万分之一秒为单位
电火花编程参考点G28、G30、G29、G32、G33
(1)返回参考点指令G28、G30
从当前点经由命令设置的中间点返回参考点。
G28X_Y_U_V_Z_;
从当前命令设置的第一中间点返回参考点，程序段中的X、Y、U、V、Z是中间点;G30 P2 X_ Y_ U_ V_ Z_;经由第二中间点返回参考点;
G30 P3 X_ Y_ U_ V_ Z_;经由第三中间点返回参考点;
G30 P4 X_ Y_ U_ V_ Z_;经由第四中间点返回参考点。返回过程如图a所示。
图a 从当前点返回参考点示意图 图
b 从参考点返回示意图
(2)从参考点返回G29
G29 X_ Y_ U_ V_ Z_;
用来从参考点经由中间点返回由X、Y、U、V、Z指定的坐标位置，其中间点与G28或G30的中间点相同。返回过程如图b所示。 (3)设置参考点G32、G33
G32 P_;把当前点设置为参考点，P后跟参考点号。
G33 P_ X_ Y_ U_ V_ Z_;把给定坐标点设置为参考点。
注:参考点命令不能用在子程序中。
锥度加工指令G50、G51、G52
G51 X_ Y_ T_;用于用来设置沿切割方向内倾斜，加工后的零件上小下大;
G52 X_ Y_ T_;用来设置沿切割方向外倾斜，上大下小;
G50取消倾斜。
其中T为倾斜角度，X和Y为沿坐标轴移动的距离。
例:如图所示左部是切出一个方形孔，孔的上面尺寸为20×20mm，斜度为5度。右部是切一个圆，上面的直径是Φ15，斜度为8度。
图左部图形的程序如下: O0009(方形例)
G92 X0 Y0 I15. J5.; G51 G41 Y10. T5.; X-10.0;
Y-10.0;
X10.0;
Y10.0;
X-10.0;
G50 G40 Y-10.0;
M30;
,
图右部图形的程序如下: O0010(圆形例)
G92 X40.0 Y0.0 I-20.0 J25.0
;
G51 G41 Y7.5 T8.0;
G03 J-7.5;
G50 G40.0 G01 Y-7.5;
M30;
,
电火花编程镜像及交换指令G05、G06、G07、G08、G09、G10、G11、G12
火花编程镜像及交换指令G05、G06、G07、G08、G09、G10、G11、G12
坐标平移G93
指令格式:G93 X_ Y_;其中X和Y指定坐标原点平移的坐标值。 G93 X0 Y0;取消坐标平移，坐标原点恢复到G92指定点
加工坐标系设置指令G54、G55、G56、G57、G58、G59
多型孔零件加工时，可以设定不同的程序零点。利用G54,G59建立不同的加工坐标系，其坐标系的原点(程序零点)可设在每个型孔便于编程的某一点上，可使尺寸计算简单，编程
方便。
手动操作指令G80、G82、G84
G80:接触感知指令，使电极丝从当前位置移动到接触工件后停止。
G82:半程移动指令，使加工位置沿着指定坐标轴返回一半的距离，即当前坐标系中坐标值一半的位置。
补偿指令G41、G42、G40
G41-左偏间隙补偿指令;G42-右偏补偿指令;G40-取消间隙补偿指令。
编程格式: G41 D,
编程格式: G42 D,
编程格式:G40(单列一行)
式中:D-表示偏移量(补偿距离)，确定方法与半径补偿方法相同。一般数控线切割机床偏移量?R在0,0.5mm之间。
坐标指令W、H、S
坐标指令W、H、S
W 下导轮到工作台面高度
H 工件厚度
S 工作台面到上导轮高度
原路返回指令M70及举例
沿加工路线返回G92指定的起点。如图所示，图中实线轮廓为切割路线，虚线表示M70沿原路返回起点。
例:上图的M70所的程序如下:
G92 X0.0 Y0.0;
G41 G91 G01 Y5.0;
X-2.5;
Y10.0;
X10.0;
Y-10.0;
X-2.5;
G40 Y-2.5;
M70;
M30;
,
电火花线切割机床编程应用实例
例:在一块270mm×165mm的方板上切割出如图所示的长方形、三解形和圆形。其中P1、P2和P3为穿丝点，电极丝的初始坐标为(80，40)。
这里设计三个子程序，每个子程序完成一个图形的加工，程序如下:
O0100(MAIN)
G92 X80.0 Y40.0; 设定坐标系
M98 P0101; 调用子程序P1
G93 X0.0 Y0.0; 坐标平移
M50; 切断丝
G90 G00 X100.0 Y120.0; 快速移动
M60; 穿丝
M98 P0102; 调用子程序P2
G93 X0.0 Y0.0; 坐标平移
M50; 切断丝
G90 G00 X200.0 Y80.0; 快速移动
M60; 穿丝
M98 P0103; 调用子程序P3
M30;
程序结束
子程序调用切割实例
O0101(P1) 子程序P1
G93 X120.0 Y60.0; 坐标原点平移到矩形的右上角处 G90 G01 Y0.0; 绝对坐标从矩形中心到矩形上边中心处 X0.0; 到矩形右上角处
Y-40.0; 到矩形右下角处
X-80.0; 到矩形左下角处
Y0.0; 到矩形左上角处
X-40.0; 到矩形上边中心处
Y-20.0; 回到矩形的穿丝点(矩形切割的起点) M99; 子程序结束返回主程序
O0102(P2) 子程序P2 G93 X100.0 Y80.0; 坐标平移三角形底边中间处 G90 G01 Y60.0; 到三角形顶点处
X40.0 Y0.0; 到三角形右下角处
Y-40.0; 到三角形左下角处 X0 Y60.0; 到三角形顶点处
Y40.0; 回到三角形的穿丝点(三角形切割的起点)
M99; 子程序结束返回主程序 O0103(P3) 子程序P3
G93 X200.0 Y80.0; 坐标平移到圆心处
G90 G01 Y40.0; 到圆以上圆上一点
G02 J-40.0; 顺时针切割圆
G01 Y0.0; 回到圆心处
M99; 子程序结束返回主程序
SF510F编程简介
数控电火花加工时要使用数控加工程序。这里以北京阿奇工业电子有限公司生产的SF510F为例，说明电火花数控加工编程指令。该机床的坐标轴规定如下:
左右方向为X轴，主轴头向工作台右方作相对运动时为正方向;
前后方向为Y轴，主轴头向工作台立柱侧作相对运动时为正方向;
上下方向为Z轴，主轴头向上运动时为正方向。
对于本系统支持的G00、G01、G02、G03、G04、G17、G18、G19等不再说明。
电火花成型机床镜像指令G05、G06、G07、G08、G09
G05为X轴镜像;
G06为Y轴镜像;
G07为Z轴镜像;
G08为X、Y轴交换指令，即交换X轴和Y轴;
G09为取消图形镜像。
说明:
?执行一个轴的镜像指令后，圆弧插补的方向将改变，即G02变为G03，G03变为G02，如果同时有两轴的镜像，则方向不变; ?执行轴交换指令，圆弧插补的方向将改变;
?两轴同时镜像，与代码的先后次序无关，即“G05G06;”与“G06G05;”的结果相同;
?使用这组代码时，程序中的轴坐标值不能省略，即使是程序中的Y0、X0也不能省略。
电火花成型机床尖角过渡指令G28、G29
G28为尖角圆弧过渡，在尖角处加一个过渡圆，缺省为G28;
G29为尖角直线过渡，在尖角处加三段直线，以避免尖角损伤。尖角和圆角过渡如图6-19所示(虚线为刀具中心轨迹)，如补偿值为0，尖角过渡策略无效。
a)尖角圆弧过渡 b)尖角直线过渡
电火花成型机床抬刀控制指令G30、G31、G32
G30为指定抬刀方向，后接轴向指定，如“G30 Z+”，即抬刀方向为Z轴正向;
G3l为指定按加工路径的反方向抬刀;
G32为伺服轴回平动中心点后抬刀
电火花成型机床电极半径补偿指令G40、G41、G42
G4l为电极半径左补偿;
G42为电极半径右补偿。它是在电极运行轨迹的前进方向上，向左或向右偏移一定量，偏移量由“H***”确定，如“G41H***“; G40为取消电极半径补偿。
电火花成型机床感知指令G80
G80指定轴沿指定方向前进，直到电极与工件接触为止。方向用“+”、“,”号表示(“+”、“,”号均不能省略)。如“G80X,;”使电极沿X轴负方向以感知速度前进，
接触到工件后，回退一小段距离，再接触工件，再回退，上述动作重复数次后停止，确认已找到了接触感知点，并显示“接触感知”。 接触感知可由三个参数设定:
? 感知速度，即电极接近工件的速度，从0~255，数值越大，速度越慢;
? 回退长度，即电极与工件脱离接触的距离，一般为250µm;
? 感知次数，即重复接触次数，从0~127，一般为4次。
电火花成型机床回极限位置指令G81
G81使指定的轴回到极限位置停止，如“G8lY,;”使机床Y轴快速移动到负极限后减速，有一定过冲，然后回退一段距离，再以低速到达极限位置停止。
电火花成型机床固化程序指令G53、G87
在固化的子程序中，用G53代码进入子程序坐标系;用G87代码退出子程序坐标系，回到原程序所设定的坐标系。
电火花成型机床跳段开关指令G11、G12
G11为“跳段ON”，跳过段首有“,”符号的程序段;
Gl2为“跳段OFF”，忽略段首的“,”符号，照常执行该程序段。
电火花成型机床编程单位选择指令G20、G21
这组代码应放在NC程序的开头用于选择单位制。G20表示英制，有小数点为英寸，否则为万分之一英寸，如0.5英寸可写作“0.5”或“5000”; G21表示公制，有小数点为毫米，否则为微米，如12mm可写作“12.”或“12000”。
电火花成型机床旋转指令G26、G27
格式:G26 RA
G26为旋转打开。RA给出旋转角度，加小数点为度，否则为千分之一度。如“G26 RA 60.0;”表示图形旋转60度。图形旋转功能仅在G17(XOY平面)和G54(坐标系1)条
件下有效，否则出错;
G27为旋转取消。
电火花成型机床补偿值(D，H
补偿值(D，H) 较常用的是H代码，从H000~H099共有100个补偿码，可通过赋值语句“H***,,,”赋值，范围为0~99999999。
电火花成型机床G82指令
G82使电极移到指定轴当前坐标的1/2处，假如电极当前位置的坐标是X100.Y60.，执行“G82X”命令后，电极将移动到X50.0处。
电火花成型机床读坐标值指令G83
G83把指定轴的当前坐标值读到指定的H寄存器中，H寄存器地址范围为000~890。例如:“G83 X0l2;”把当前X坐标值读到寄存器H0l2中;“G83 Z053;”把当前Z坐标值
读到寄存器H053中。
火花成型机床G84为G85定义一个H寄存器的起始地址
1.定义寄存器起始地址指令G84
G84为G85定义一个H寄存器的起始地址。
2. G85
G85把当前坐标值读到由G84指定了起始地址的H寄存器中，同时H寄存器地址加一。 例:G90 G92 X0 Y0 Z0;
G84 X100;X坐标值放到由H100开始的地址中
G84 Y200;Y坐标值放到由H200开始的地址中
G84 Z300;Z坐标值放到由H300开始的地址中
G85 X;
G85 Y;
G85 Z;
执行上述指令后，H100,0，H200,0，H300,0。
电火花成型机床定时加工指令G86
G86为定时加工。地址为X或T，地址为X时，本段加工到指定的时间后结束(不管加工深度是否达到设定值);地址为T时，在加工到设定深度后，启动定时加工，再持续加
工指定的时间，但加工深度不会超过设定值。G86仅对其后的第一个加工代码有效。时分秒各2位，共6位数，不足补0。
例:G86 X001000;„„„„„加工10分钟，不管Z是否达到深度-20均结束
G01 Z-20;
坐标系设定指令G92
G92把当前点设置为指定的坐标值。如“G92 X0 Y0;”把当前点设置为(0，0);又如“G92 Xl0 Y0;”把当前点设置为(10，0)。
注意:
? 在补偿方式下，遇到G92代码，会暂时中断补偿功能;
? 每个程序的开头一定要有G92代码，否则可能发生不可预测的错误;
? G92只能定义当前点在当前坐标系中的坐标值，而不能定义该点在其它坐标系的坐标值
电火花成型机床M代码、C代码、T代码、R转角功能
1)M代码
1) M00 执行M00代码后，程序暂停运行，按Enter键后，程序接着运行下一段。
2) M02 执行M02代码后，整个程序结束运行，所有模态代码的状态都被复位，也就是说，上一个程序的模态代码不会影响下一个程序。
3) M05 执行M05代码后，脱离接触一次(M05代码只在本程序段有效)。当电极与工件接触时，要用此代码才能把电极移开。
4) M98
其格式为“M98P****L***”。M98指令使程序进入子程序，子程序号由“P****”给出，子程序的循环次数则由“L***”确定。
5) M99 表示子程序结束，返回主程序，继续执行下一程序段。
(2)C代码
在程序中，C代码用于选择加工条件，格式为C***，C和数字间不能有别的字符，数字也不能省略，不够三位要补“0”，如C005。各参数显示在加工条件显示区中，加工中可随时更改。
系统可以存储1000种加工条件，其中0~99为用户自定义加工条件，其余为系统内定加工条件。
(3)T代码
T代码有T84和T85。T84为打开液泵指令，T85为关闭液泵指令。
(4)R转角功能
R转角功能，是在两条曲线的连接处加一段过渡圆弧，圆弧的半径由R指定，圆弧与两条曲线均相切。程序指定R转角功能的格式有:
G01X,Y,R,;
G02X,Y,I,J,R,;
G03X,Y,I,J,R,;。
几点说明:
? R及半径值必须和第一段曲线的运动代码在同一程序段内;
? R转角功能仅在有补偿的状态下(G4l，G42)才有效;
? 当用G40取消补偿后，程序中R转角指定无效;
? 在G00代码后加R转角功能无效。
电火花成型机床加工冲模实例 模具加工实例
冲模零件如图所示，其外形已加工，余量均为0.50mm，粗线为需要加工部位，要求编制其加工程序，工件的编程原点设在Ø30 mm孔的中心上方。
参考程序:
T84; 打开液泵
G90; 绝对坐标指令
G54; 工件坐标系G54
冲模零件示意图
图5-2 电极加工路线示意图
G00 X0.0 Y55.0; 快速定位 X0.0 Y55.0
H097=5000; 电极补偿半径值
G00 Z-12.0; 快速定位Z-12.0 M98 P0107; 调用子程序107 M98 P0106; 调用子程序106 M98 P0105; 调用子程序105 M98 P0104; 调用子程序104 G00 Z5.0; 快速定位Z5.0 G00 X0.0 Y0.0; 返回工件零点 T85 M02; 关闭液泵及程序结束 ;
N0107; 子程序107 C107 OBT000; 执行条件号107 G32; 指定抬刀方式为按加工路径的反向进行
G00 X0.0 Y55.0; 快速定位X0.0 Y55.0 G41 H000=0.40+ H097; 电极左补偿 5.4 G01 X25.0 Y50.0; 加工 G01 X50.0 Y50.0;
G03 X90.0 Y50.0 I20.0 J0.0;
G01 X100.0 Y50.0 R5.0;
G01 X100.0 Y-25.0 R5.0;
G01 X0.0 Y-25.0;
G02 X-15.0 Y20.0 I0.0 J25.0;
G01 X25.0 Y50.0;
G40 G00 X0.0 Y55.0; 取消电极补偿及快速定位X0.0 Y55.0
M99; 子程序结束
;
N0106; 子程序106 C106 OBT000; 执行条件号106 G32; 指定抬刀方式为按加工路径的反向进行
G00 X0.0 Y55.0; 快速定位X0.0 Y55.0 G41 H000=0.20+ H097; 电极左补偿 5.2 G01 X25.0 Y50.0; 加工
G01 X50.0 Y50.0;
G03 X90.0 Y50.0 I20.0 J0.0;
G01 X100.0 Y50.0 R5.0;
G01 X100.0 Y-25.0 R5.0;
G01 X0.0 Y-25.0;
G02 X-15.0 Y20.0 I0.0 J25.0;
G01 X25.0 Y50.0;
G40 G00 X0.0 Y55.0; 取消电极补偿及快速定位X0.0 Y55.0
M99; 子程序结束 ;
N0105; 子程序105 C105 OBT000; 执行条件号105 G32; 指定抬刀方式为按加工路径的反向进行
G00 X0.0 Y55.0; 快速定位X0.0 Y55.0 G41 H000=0.10+ H097; 电极左补偿 5.1 G01 X25.0 Y50.0; 加工
G01 X50.0 Y50.0;
G03 X90.0 Y50.0 I20.0 J0.0;
G01 X100.0 Y50.0 R5.0;
G01 X100.0 Y-25.0 R5.0;
G01 X0.0 Y-25.0;
G02 X-15.0 Y20.0 I0.0 J25.0;
G01 X25.0 Y50.0;
G40 G00 X0.0 Y55.0; 取消电极补偿及快速定位X0.0 Y55.0
M99; 子程序结束 ;
N0104; 子程序104 C104 OBT000; 执行条件号104 G32; 指定抬刀方式为按加工路径的反向进行
G00 X0.0 Y55.0; 快速定位X0.0 Y55.0 G41 H000=0.05+ H097; 电极左补偿 5.1 G01 X25.0 Y50.0; 加工 G01 X50.0 Y50.0;
G03 X90.0 Y50.0 I20.0 J0.0;
G01 X100.0 Y50.0 R5.0;
G01 X100.0 Y-25.0 R5.0;
G01 X0.0 Y-25.0;
G02 X-15.0 Y20.0 I0.0 J25.0;
G01 X25.0 Y50.0;
G40 G00 X0.0 Y55.0; 取消电极补偿及快速定位X0.0 Y55.0
M99; 子程序结束
线切割加工的工件的装夹与调整
1、工件的装夹
装夹工件时，必须保证工件的切割部位位于机床工作台纵向、横向进给的允许范围之内，避免超出极限。同时应考虑切割时电极丝运动空间。夹具应尽可能选择通用(或标准)件，所选夹具应便于装夹，便于协调工件和机床的尺寸关系。在加工大型模具时，要特别注意工件的定位方式，尤其在加工快结束时，工件的变形、重力的作用会使电极丝被夹紧，影响加工。 (1)悬臂式装夹
如图6.2所示是悬臂方式装夹工件，这种方式装夹方便、通用性强。但由于工件一端悬伸，易出现切割表面与工件上、下平面间的垂直度误差。仅用于加工要求不高或悬臂较短的情况。
(2)两端支撑方式装夹
如图6.3所示是两端支撑方式装夹工件，这种方式装夹方便、稳定，定位精度高，但不适于装夹较大的零件。
(3)桥式支撑方式装夹
这种方式是在通用夹具上放置垫铁后再装夹工件，如图6.4所示。这种方式装夹方便，对大、中、小型工件都能采用。
图6.2 悬臂式装夹 图6.3 两端支撑方式装夹 图6.4 桥式去撑方式装夹
(4) 板式支撑方式装夹
如图6.5所示是板式支撑方式装夹工件。根据常用的工件形状和尺寸，采用有通孔的支撑板装夹工件。这种方式装夹精度高，但通用性差。 2、工件的调整
采用以上方式装夹工件，还必须配合找正法进行调整，方能使工件的定位基准面分别与机床的工作台面和工作台的进给方向x、y保持平行，以保证所切割的表面与基准面之间的相对位置精度。常用的找正方法有:
(1)用百分表找正
如图6.6所示，用磁力表架将百分表固定在丝架或其它位置上，百分表的测量头与工件基面接触，往复移动工作台，按百分表指示值调整工件的位置，直至百分表指针的偏摆范围达到所要求的数值。找正应在相互垂直的三个方向上进行。
(2)划线法找正
工件的切割图形与定位基准之间的相互位置精度要求不高时，可采用划线法找正，如图6.7所示。利用固定在丝架上的划针对准工件上划出的基准线，往复移动工作台，目测划针、基准间的偏离情况，将工件调整到正确位置。
图6.5 板式支撑方式装夹 图6.6 用百分表找正 图6 .7划线法找正
模具制造的25个问题
在模具制造领域的25个常见问题解答
1) 选择模具钢时什么是最重要的和最具有决定性意义的因素,
成形方法 , 可从两种基本材料类型中选择。
A) 热加工工具钢，它能承受模铸、锻造和挤压时的相对高的温度。
B) 冷加工工具钢，它用于下料和剪切、冷成形、冷挤压、冷锻和粉末加压成形。
塑料-一些塑料会产生腐蚀性副产品，例如PVC塑料。长时间的停工引起的冷凝、腐蚀性气体、酸、冷却/加热、水或储存条件等因素也会产生腐蚀。 在这些情况下，推荐使用不锈钢材料的模具钢。
模具尺寸 , 大尺寸模具常常使用预硬钢。 整体淬硬钢常常用于小尺寸模具。
模具使用次数 , 长期使用(> 1 000 000次)的模具应使用高硬度钢，其硬度为48,65 HRC。 中等长时间使用(100 000到1 000 000次)的模具应使用预硬钢，其硬度为30,45 HRC。 短时间使用(<100 000次)的模具应使用软钢，其硬度为160,250 HB。
表面粗糙度 , 许多塑料模具制造商对好的表面粗糙度感兴趣。 当添加硫改善金属切削性能时，表面质量会因此下降。 硫含量高的钢也变得更脆。 2) 影响材料可切削性的首要因素是什么,
钢的化学成分很重要。 钢的合金成分越高，就越难加工。 当碳含量增加时，金属切削性能就下降。
钢的结构对金属切削性能也非常重要。 不同的结构包括: 锻造的、铸造的、挤压的、轧制的和已切削加工过的。 锻件和铸件有非常难于加工的表面。 硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。 一般规律是钢越硬，就越难加工。 高速钢(HSS)可用于加工硬度最高为330-400 HB的材料;高速钢 钛化氮(TiN)涂层，可加工硬度最高为45 HRC的材料; 而对于硬度为65-70 HRC的材料，则必须使用硬质合金、陶瓷、金属陶瓷和立方氮化硼(CBN)。
非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。 例如Al2O3 (氧化铝)，它是纯陶瓷，有很强的磨蚀性。
最后一个是残余应力，它能引起金属切削性能问题。 常常推荐在粗加工后进行应力释放工序。
3) 模具制造的生产成本由哪些部分组成,
粗略地说，成本的分布情况如下:
切削 65,
工件材料 20,
热处理 5,
装配/调整 10,
这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决
方案
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对模具的经济生产的重要性。 4) 铸铁的切削特性是什么,
一般来说，它是:
铸铁的硬度和强度越高，金属切削性能越低，从刀片和刀具可预期的寿命越低。 用于金属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。 金属切削性能与结构有 请参
见模具制造应用指南 C-1120:2。
21) 高速切削的目标是什么,
高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本。它主要应用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。另一个目标是通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力。
达到这些目标的主要因素为:
• 一次(更少此数)装夹的模具加工。
• 通过切削改善模具的几何精度，同时可减少手工劳动和缩短试模时间。
• 使用CAM系统和面向车间的编程来帮助制定工艺
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
，通过工艺计划提高机床和车间的利用率。
请参见模具制造应用指南 C-1120:2。
22) 高速切削的实际优点是什么,
刀具和工件可保持低温度，这在许多情况下延长了刀具的寿命。另一方面，在高速切削应用中，切削量是浅的，切削刃的吃刀时间特别短。这就是说，进给比热传播的时间快。 低切削力得到小而一致的刀具弯曲。这与每种刀具和工序所需的恒定的加工余量相结合，是高效和安全加工的先决条件之一。
由于高速切削中典型的切削深度是浅的，刀具和主轴上的径向力低。这减少了主轴轴承、导轨和滚珠丝杠的磨损。高速切削和轴向铣削也是良好的组合，它对主轴轴承的冲击小，使用这种方法可以使用悬伸较长的刀具而振动的风险不大。
小尺寸零件的高生产率切削，如粗加工、半精加工和精加工，在总的材料去除率相对低时有很好的经济性。
高速切削可在一般精加工中获得高生产率，可获得杰出的表面质量。表面质量常低于Ra 0.2 um。
采用高速切削，使对薄壁零件的切削成为可能。使用高速切削，吃刀时间短，冲击和弯曲减小了。
模具的几何精度提高了，组装就容易和更快了。无论是什么人，技能如何，都能获得CAM/CNC生产的表面纹理和几何精度。如果花在切削上的时间稍多一些，费时的人工抛光工作可显著减少。常常可减少达60-100%
一些加工，如淬火、电解加工和电火花加工(EDM)，可以大大减少。这就可降低投资成本和简化后勤供应。用切削代替电火花加工(EDM)，模具使用寿命和质量也得到提高。 采用高速切削，可通过CAD/CAM很快改变设计，特别是在不需要生产新电极的情况下。
请参见模具制造应用指南C-1120:2。
23) 高速切削有风险或缺点吗,
• 由于起始过程有高的加速度和减速度以及停止，导轨、滚珠丝杠和主轴轴承产生相对快的磨损。这常常导致较高的维护成本。
• 需要专门的工艺知识、编程设备和快速传送数据的接口。
• 可能很难找到和挑选高级技术员工。
• 常有相当长的调试和出故障时间。
• 加工中无需紧急停止，导致人为错误和软件或硬件故障会产生许多严重后果。 • 必须有良好的加工计划——“向饥饿的机床提供食物”。
• 必须有安全保护措施:使用带安全外罩及防碎片盖的机床。避免刀具的大悬伸。不要使用“重”刀具和接杆。定期检查刀具、接杆和螺栓是否有疲劳裂纹。 仅使用注明最高主轴速
度的刀具。不要使用整体高速钢(HSS)刀具～
请参见模具制造应用指南C-1120:2。
24) 高速切削对机床有哪些要求,
对ISO/BT 40号机床的典型要求如下:
• 主轴速度范围 < 40 000 转/分
• 主轴功率 > 22 kW • 可编程进给率 40-60 m/分
• 快速横向进给 < 90 m/分
• 轴向减速度/加速度 > 1 G • 块处理速度 1-20 毫秒
• 数据传递速度 250 Kbit/s (1 毫秒) • 增量(线性) 5-20 微米
• 或 NURBS 插补
• 主轴具有高热稳定性和刚性，主轴轴承具有高的预张力和冷却能力。
• 通过主轴的送风/冷却液
• 具有高的吸收振动能力的刚性机床框架 • 各种误差补偿——温度、象限、滚珠丝杠是最重要的。
• CNC中的高级预见功能。
请参见模具制造应用指南C-1120:2。
25) 高速切削对切削刀具的典型特性或要求有哪些,
整体硬质合金:
• 高精度磨削，径向跳动低于3微米。
• 尽可能小的凸出和悬伸，最大的刚性，尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。 • 为了使振动的风险、切削力和弯曲尽可能小，切削刃和接触长度应尽可能短。 • 超尺寸、锥度刀柄，这在小直径时特别重要。
• 细晶粒基体和为了得到高耐磨性的TiAlN 涂层。
• 用于风冷或冷却液的内冷却孔。
• 适合淬硬钢高速切削要求的坚固微槽形。
• 对称刀具，最好是设计保证平衡。
使用可转位刀片的刀具:
• 设计保证的平衡。
• 在刀片座和刀片上的保证跳动量小的高精度，主刀片的最大径向跳动为10微米。 • 适合淬硬钢高速切削要求的牌号和槽形。
• 刀具体上有适当的间隙，以避免刀具弯曲(切削力)消失时产生摩擦。
• 送风或冷却液的冷却孔(立铣刀)。
• 刀具体上标明允许的最大转速.
激光加工在模具行业的应用
随着科学技术的发展和社会需求的多样化，产品的竞争越来越激烈，更新换代的周期也越来越短。为此，要求不但能根据市场的要求尽快设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出原型，从而进行性能测试和修改，最终形成定型产品。而在传统制造系统中，需要大量的模具设计、制造和调试等工作，成本高，周期长，已不能适应日新月异的市场变化。为了提高研发和生产速度，快速而精确地制作出高质量、低成本的模具和产品，能对市场变化做出敏捷响应，人们作了大量的研究和探索工作。随着工业激光器价格的不断下降和工业激光加工技术的日益成熟，给模具制造和产品生产工艺带来了重大变革。本文首先介绍了工业加工激光器，然后在模具激光制造、模具表面激光强化和替代、模具激光修复、模具激光清洗等几个方面进行了介绍和分析。
工业加工激光器
目前，用于激光加工的工业激光器主要有两大类:固体激光器和气体激光器。其中，固体激光器以Nd:YAG激光器为代表;而气体激光器则以CO2激光器为代表。随着激光技术的发展，目前人们也开始在某些加工应用场合使用大功率光纤激光器和大功率半导体激光器。
1) Nd:YAG激光器
Nd:YAG激光器的激光工作物质为固态的Nd:YAG棒，其激光波长为1.06μm。由于该种激光器的激光转换效率较低，同时受到YAG棒体积和导热率的限制，其激光输出平均功率不高。但由于Nd:YAG激光器可以通过Q开关压缩激光输出的脉冲宽度，在以脉冲方式工作时可获得很高的峰值功率(108W)，适用于需要高峰值功率的激光加工应用;其另一大优点是可以通过光纤传输，避免了复杂传输光路的设计制作，在三维加工中非常有用。此外，还可以通过三倍频技术将激光波长转换为355nm(紫外)，在激光立体造形技术中得到应用。 2) CO2激光器
CO2激光器的激光工作物质为CO2混合气体，其主要应用的激光波长为10.6μm。由于该种激光器的激光转换效率较高，同时激光器工作产生的热量可以通过对流或扩散迅速传递到激光增益区之外，其激光输出平均功率可以做到很高的水平(万瓦以上)，满足大功率激光加工的要求。
国内外用于激光加工的大功率CO2激光器，主要是横流、轴流激光器。?横流激光器:横流激光器的光束质量不太好，为多模输出，主要用于热处理和焊接。我国目前已能生产各种大功率横流CO2激光器系列，可满足了国内激光热处理和焊接的需求。?轴流激光器:轴流激光器的光束质量较好，为基模或准基模输出，主要用于激光切割和焊接，我国激光切割设备市场主要由国外轴流激光器所占领。尽管国内激光器厂商在国外轴流激光器上做了许多工作，但由于主要配件还需进口，产品价格难以大幅度下降，普及率低。 武汉博莱科技发展有限公司研制了一种旋流CO2激光器，如图1所示，以新型的旋转气体流动方式，使旋流CO2激光器同时具有了轴流CO2激光器光束质量好和横流CO2激光器造价低、体积小的优点。该种工业加工激光器的推广应用，将对我国激光加工产业的发展和普及起到积极的促进作用。
图1.武汉博莱科技发展有限公司
500W旋流CO2激光器
模具激光制造
1) 激光间接成模工艺
?立体光造形(Stereo Lithography Apparatus，简称SLA)工艺是利用紫外激光束逐层扫描光固化胶的方法形成三维实体工件的。1986年美国3D Systems公司推出了商品化样机SLA-1。SLA工艺的最高加工精度能达到0.05mm。?薄层叠片制造(Laminated Object Manufacturing，简称LOM)工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，由美国Helisys公司于1986年研制成功。通过反复CO2激光器切割和材料粘贴，得到分层制造的实体工件。LOM工艺的特点是适合制造大型工件，其精度达到0.1mm。?选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)工艺是利用粉末状材料成形的，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的于1989年研制成功，通过用高强度的CO2激光器逐层有选择地扫描烧结材料粉末而形成三维工件，SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛。
上述三种激光快速成形技术由于发展时间长，技术相对比较成熟，在国内外都得到了较为广泛的应用。但上述方法形成的三维工件都不能直接作为模具使用，需要进行后续的处理，所以称之为激光间接成模工艺。主要的处理方法有:?快速成形工件处理后用作模具。LOM制作的纸模经表面处理直接代替砂型铸造木模;或者用LOM制作的纸模具经表面处理直接用作低熔点合金铸模、注塑模;或失蜡铸造中蜡模的成形模。SLS制作的工件经渗铜后，作为金属模具使用。?用快速成形件作母模浇注硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等材料制作软模具。?用快速成形件翻制硬模具。一种是直接用LOM制作纸基模具，经表面金属电弧喷镀和抛光后研成金属模;另一种是金属面硬背衬模具。上述硬模具可用于砂型铸造、消失模的压型制作、注塑模以及简易非钢质拉伸模。
用上述激光间接成模工艺制作模具，既避开了复杂的机械切削加工，又可以保证模具的精度，还可以大大缩短制模时间、节省制模费用，对于形状复杂的精度模具，其优点尤为突出。但是，目前还存在着模具寿命相对较短的缺点，所以上述激光间接成形模具较适合于小批量生产。
2) 激光直接成模工艺
选择性激光熔化(Selective Laser Melting，简称SLM)技术是在选择性激光烧结(SLS)技术的基础上发展起来的。SLM的特点为:(1)使用高功率密度，小光斑的激光束加工金属，使得金属零件具有0.1毫米的尺寸精度;(2)熔化金属制造出来的零件具有冶金结合的实体，相对密度几乎能达到100,，大大改善了金属零件的性能;(3)由于激光光斑直径很小，因此能以较低的功率熔化高熔点的金属，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能。图2所示为德国EOS GmbH公司利用选择性激光熔化(SLM)工艺制造的全金属零件。
图2 德国EOS GmbH公司用选择性激光熔化
(SLM)工艺制造的全金属零件
激光多层(或称三维/立体)熔覆直接快速成形技术是在快速原型技术的基础上结
合同
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步送料激光熔覆技术所发展起来的一项高新制造技术，其实质是计算机控制下的三维激光熔覆。由于激光熔覆的快速凝固特征，所制造出的金属零件具有均匀细密的枝晶组织和优良的质量，其密度和性能与常规金属零件相当。激光多层熔覆发展出了多种方法，其中最具代表性的是美国Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories)研发的称作激光工程化净成形技术(Laser Engineered Net Shaping，简称LENS)的金属件快速成形技术。采用该方法已成功制造了不锈钢，马氏体时效钢，镍基高温合金，工具钢，钛合金，磁性材料以及镍铝金属间化合物工件，零件致密度达到近乎100%。图3为美国Sandia国家实验室以LENS技术制造的金属模具。
图3 美国Sandia National Laboratories用激光
工程化净成形工艺(LENS)制造的全金属模具
选择性激光熔化(SLM)技术和激光工程化净成形(LENS)技术由于成形件致密性好，且具有冶金结合组织及精度高，制成的模具寿命长的特点，已得到了工业界和学术界的普遍重视，在国外已推出了多种设备样机，有的甚至开始商品化了;而国内目前的研究和应用还处于起步阶段。
另外，还有一种基于激光精细切割的金属零件分层制造技术(LOM)，具有可快速、低成本制造大型、复杂形状的模具的特点。日本中川威雄研究室早在80年代就应用金属薄板LOM技术实现了金属模具的分层快速制造。经过发展，金属薄板LOM技术已逐渐应用于诸如汽车等大型内外饰件模具及具有复杂流道注塑模的制造。
模具表面激光改性
模具表面处理一直是机械加工领域中所重视的问题。随着新技术新工艺的发展，有许多传统的处理方式已不太适用。对形状复杂的模具，最理想的表面处理方式是用激光进行，它几乎不变形，表面硬度比常规处理方式的硬度高，并且更耐磨，使用寿命更长。
1) 激光相变硬化
激光相变硬化又称激光淬火。由于激光淬火时冷却速度远远超过常规淬火冷却速度，从而可以获得极细的马氏体组织。激光相变硬化的优点为硬度较常规淬火高、变形小、可实现表面薄层和局部淬火，不影响基材的机械性能等。
2) 激光冲击强化
激光冲击强化是高功率密度、短脉冲的激光束与物质相互作用产生的强冲击波来改变材料表面物理及机械性能的技术。在激光冲击过程中，由于激光诱导产生的冲击波峰值应力大于材料的动态屈服应力，从而使材料产生密集、均匀以及稳定的位错结构，使金属表面发生塑性变形，并形成较深残余压应力，从而提高金属零件的强度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳寿命。其主要优点为:冲击压力高，强化深度达到传统的喷丸强化深度4,8倍;能够加工传统工艺不能处理的部位，如小槽、小孔以及轮廓线之类;激光冲击强化后的金属表面不产生畸变和机械损伤，无热应力损伤，不会引起相变等。
3) 激光合金化和激光熔覆
激光合金化和激光熔覆是将一层与模具基体成分不同而具有一定性能的材料涂覆在模具基体，同时用高能激光束照射涂覆区域。激光合金化通过调节激光输出功率使涂覆材料与部分基体一起熔化并发生合金化过程;而激光熔覆是涂覆层在激光作用下与基体表面通过融合迅速结合再一起，它与激光合金化的主要区别在于经激光作用后涂层的化学成分基本不变化，基体的成分基本上不进入涂层内。基于快速凝固新材料合成与制备的激光表面合金化及激光熔覆表面改性新技术，是提高模具材料在高温下耐磨耐蚀等高温性能的最有效方法之一。
模具激光修复
模具的失效事实上均因其表层局部材料磨损等原因而报废，而且金属模具的加工周期长、加工费用高。模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。目前常采用的维修技术有电镀、堆焊和热喷涂等。电镀层较薄，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复;在堆焊、喷涂时，热量注入大，模具热影响区大。而应用激光进行模具维修，由于激光束的高能量密度所产生的近似绝热的快速加热，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略。模具的激光修复可采用的方法主要有两种: 1) 激光熔覆模具修复
利用激光熔覆的方法实现对模具的修复。用高功率CO2激光束以恒定功率与金属粉流同时入射到模具表面上，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。此方法一般采用大功率CO2激光器作为热源，适用于体积较大、磨损面积较大的模具修复，以及象钢铁轧辊一类的大型工件的修复。
2) 激光沉积焊接模具修复
激光沉积焊接模具修复采用中小功率脉冲Nd:YAG激光器，模具的缺陷用激光束和丝状填充材料来填补。激光束使焊丝和工件的表面同时熔化，所需沉积物的高度是通过多层焊接的方法来达到的;焊接完毕，模具部件再加工成最终尺寸。此方法适用于体积较小的精密模具。Rofin-Sinar公司制造的StarWeld焊接机是比较具有代表性的此类设备，如图4所示。
图4 Rofin-Sinar公司生产的StarWeld激光焊接机
模具激光清洗
应用高能激光脉冲去除模具在使用过程中产生的表面污物是激光技术在模具行业中的又一用途。其清洗机理有两个:一是直接利用激光加热污物，使之气化挥发、或瞬间受热膨胀并被蒸汽带离模具基体表面;还有就是在高能量密度、高频率的脉冲激光作用下，污物层内产生分裂应力，而与模具基体脱离。与传统的喷沙清洗方法相比，激光清洗具有清洗速度快、不损伤模具表面、在线清洗(可节约大量拆卸、安装、调试时间)的优点。目前，德国JET激光系统公司生产的激光清洗设备相对较为先进。
结束语
激光的高亮度、高方向性和高单色性使激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其能加工几乎所有的材料。激光加工在国外各个制造领域和行业已得到了广泛的应用;而国内也一直在激光加工设备和激光加工工艺两个方面投入大量的人力物力进行研究和发展。模具是工业产品成型的重要工业装备之一，在很大程度上决定企业在市场竞争中的应变能力，模具成型已成为现代工业产品重要的手段和工艺发展方向。激光加工应用于模具制造和在某些场合取代模具(如激光切割取代钣金件中的冲切模具、激光打标取代冲模打标)方面具有很大优势。如何在实际生产中应用激光加工技术来缩短模具制造周期(T)、保证模具制造质量(Q)和降低模具制造成本(C)，需要进行不断的深入研究和探索。
基本数控编程指令
模块二
1.外圆切削循环
指令:G90X(U)_Z(W)_F_;
例:G90X40.Z40.F0.3;
X30.;
X20.;
2.端面切削循环
指令:G94X(U)_Z(W)_F_;
例如:G90X40.Z-3.5.F0.3;
Z-7.;
Z-10.;
3.外圆粗车循环
指令:G71U_R_;
G71P_Q_U_W_F_;
精车:G70P_Q_F_;
U每次进给量，
R每次退刀量，
P循环起始行号，
Q循环结束行号，
U精加工径向余量，
W精加工轴向余量。
4.端面粗车循环
指令:G72W_R_;
G72P_Q_U_W_F_;
精车:G70P_Q_F_;
(字母含义同3)
5.固定形式粗车循环
指令:G73P_Q_I_K_U_W_D_F_;
I粗车是径向切除的总余量(半径值)，
K粗车是轴向切除的总余量，
D循环次数,(其余字母含义同3).
模块三
1.刀尖半径补偿指令
指令:G41
G01
G42 X(U)_Z(w)_;
G00
G40
注意(1).G41,G42,G40指令不能与圆弧切削指令写在同一程序段内。
(2).在调用新刀具前或更改刀具补偿方向时，必须取消前一个刀具补偿。
(3).在G41或G42程序段后面加G40程序段，便可以取消刀尖半径补偿。
2.锥面循环加工
指令:G90X(U)_Z(W)_I_F_;
例如:G90X40.Z-40.I-5.F0.3;
X35.
X30.
I切削始点与圆锥面切削终点的半径差。
2.带锥度的端面切削循环指令
指令:G94X(U)_Z(W)_K_F_;
K端面切削始点至终点位移在Z方向的坐标值增量值。
3.简单圆弧加工
指令:G02 I_K_
X(U)_Z(W)_ F_;
G03 R_
模块四
1.深空加工
指令:G74R_;
G74Z(W)_Q_;
R每次加工退刀量，
Z钻削总深度，
Q每次钻削深度，
模块五
1.G75指令格式
指令:G75R_;
G75X(U)_Z(W)_P_Q_R_F_;
R切槽过程中径向(X)的退刀量，
X最大切深点的X轴绝对坐标，
Z最大切深点的Z轴绝对坐标,
P切槽过程中径向(X)的退刀量(半径值)，
Q径向切完一个刀宽后，在Z的移动量，
R刀具切完槽后，在槽底沿-Z方向的退刀量。
2.子程序调的用
指令:M98P**** ****;
例如:M98P42000;
表明调用子程序2000两次。
M98P2;
表明调用2号程序一次。
3.等螺距螺纹切削指令
指令:G32(U)_Z(W)_F_;
X,Z为螺纹终点的绝对坐标，
例如:G32X29.Z-35.F2.;
G00X40.;
Z5.;
X28.2;
G32Z-35.F0.2;
G00X40.;
Z5.;
X28.2;
4.螺纹切削固定循环指令
指令:G92X(U)_Z(W)_R_F_;
R=0时切削圆柱螺纹。
例如:G92X29.Z-35.F0.2;
X28.2;
X27.6;
X27.4;
5.多线螺纹切削指令
指令:X(U)_Z(W)_F_P_;
F长轴方向的导程。
P螺纹线数和起始角。
例如:G33X34.Z-26.F6.P2=0;
G01X28.F0.2;
G00Z8.;
G01X34.F0.2;
G33Z-26.F6.P2=18000;
G01X28.F0.2;
G00Z8.;
6.G76指令格式
指令:G76GmraQ_R_;
G76X(U)_Z(W)_R_P_Q_F_;
m精加工重复次数，
r倒角量，
a螺纹刀尖角度，
Q最小被吃刀量(半径值)，单位为微米。
R精加工余量(半径值)，单位为毫米。
G76X(U)_Z(W)_R_P_Q_F_;
R螺纹半径值(半径值)，
P螺纹牙深(半径值)，单位为微米。
Q第一次切削深度(半径值)，单位为微米。
F螺纹导程。单位为毫米。
7.变导程螺纹加工(G34)
指令:G34 X(U)_Z(W)_F_K_;
F长轴方向导程，单位为毫米
K主轴每转导程的增量或减量，单位为毫米每转
高速切削加工应用的关键技术
数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，以级数级提高，切削机理也发生了根本的变化。与传统切削加工相比，切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%,40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，切削时间减少，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45,65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，避免了电极的制造和费时的电加工时间，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削可顺利完成。而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。这些优点在资金回转要求快、交货时间紧急、产品竞争激烈的模具等行业是非常适宜的。
高速切削加工
高速加工切削系统主要由可满足高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、安全可靠的高速切削CAM软件系统等构成，因此，高速加工实质上是一项大的系统工程。随着切削刀具技术的进步，高速加工已可以应用于加工合金钢(HRC>30)，广泛地应用于汽车和电子元件产品中的冲压模、注塑模具等零件的加工。高速加工的定义依赖于被加工的工件材料的类型。图1是采用高速加工时对不同材料普遍采用的切削速度。例如，高速加工合金钢采用的切削速度为500m/min，而这一速度在加工铝合金时为常规采用的顺铣速度。
随着高速加工的应用范围扩大，对新型刀具材料的研究、刀具设计结构的改进、数控刀具路径新策略的产生和切削条件的改善等也有所提高。而且，切削过程的计算机辅助模拟技术也出现了，这项技术对预测刀具温度、应力、延长刀具使用寿命很有意义。铸造、冲模、热压模和注塑模加工的应用代表了铸铁、铸钢和合金钢的高速切削应用范围的扩大。工业领先的国家在冲模和铸模制造方面，研制时间大部分耗费在机械加工和抛光加工工序上，如图1所示。冲模或铸模的机械加工和抛光加工约占整个加工费用的2/3，而高速铣可正好用来缩短研制周期，降低加工费用。
高速铣削加工机床
超高速切削技术是切削加工的发展方向，也是时代发展的产物。高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。然而，高速切削技术自身也存在着一些急待解决的问题，如高硬度材料的切削机理、刀具在载荷变化过程中的破损、建立高速切削数据库、开发适用于高速切削加工状态的监控技术和绿色制造技术等。高速切削所用的CNC机床、刀具和CAD/CAM软件等，技术含量高，价格昂贵，使得高速切削投资很大，这在一定程度上制约了高速切削技术的推广应用。高速切削的高效应用要求机床系统中的部件都必须先进，主要表现在以下几个方面:
机床结构的刚性
要求提供高速进给的驱动器(快进速度约40m/min,3D轮廓加工速度为10m/min),能够提供0.4m/s?到10m/s?的加速度和减速度。
主轴和刀柄的刚性
要求满足10000r/min到50000r/min的转速，通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.0002英寸。
控制单元
要求32或64位并行处理器，具有高的数据传输率，能够自动加减速。
可靠性与加工工艺
能够提高机床的利用率(6000h/y)和无人操作的可靠性，工艺模型有助于对切削条件和刀具寿命之间关系的理解。
常见国内外高速加工中心的代表如表1所示。与传统普通数控机床相比，其机床结构、加工速度和性能表现更加优秀，如德国的DMC85高速加工中心，采用直线电机和电主轴，其主轴转速达到30000r/min，进给速度达到120m/min，加速度超过1g(重力加速度)。高速机床要求高性能的主轴单元和冷却系统、高刚性的机床结构、安全装置和监控系统以及优良的静动力特性等，具有技术含量高、机床制造难度大等特点。目前国内的高速机床，其性能与国外相比还存在一定的差距。
高速切削加工的刀柄和刀具
由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度，很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点，传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄的加热系统，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加热系统比较昂贵，在初期时采用HSK类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。
刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，因此其硬度和耐磨性、强度和韧性、耐热性、工艺性能和经济性等基本性能是实现高速加工的关键因素之一。同时不同的材料的工件高速切削在刀具的选用上要注意其与工件材料的匹配性，表2为常用高速刀具对不同工件材料切削加工的适应性能力。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。目前由于高速机床和刀具材料价格比较昂贵是影响高速加工在国内普及的重要原因之一。其中涂层硬质合金在高速加工中应用最为广泛，可用于耐热合金、钛合金、高温合金、铸铁、纯钢、铝合金及复合材料的高速切削。
主轴转速 最大进给速度 快移速度 序号 机床型号 制造商(国家) r/min m/min m/min
1 DMC85 18000-30000 120 120 DECKEL MAHO(德国)
2 HSM700 42000 20 40 MIKRON(瑞士)
3 K211/214 40000 24 24 FIDIA SPA(意大利)
4 HYPERMARK 60000 60 100 CINCINATI(美国)
5 FF510 15000 40 60 MAZAK(日本)
6 DIGIT165 40000 30 30 沈阳机床厂
7 KT1400-VB 15000 48 48 北京机床研究所
DHSC500 18000 62 62 大连机床集团
VMC1250 10000 48 48 北京机电研究院
在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，硬质合金刀具采用硬的涂层材料进行涂层，如氮化钛、氮化钛铝和碳氮化钛等。直径在10,40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料;而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42甚至更高的材料。可根据使用要求，选用不同的刀具材料和涂层材料。表3给出了硬质合金刀具加工铝合金材料的切削参数。
应用于高速切削的刀具和涂层材料可分为:加工铸铁的立方氮化硼和氮化硅刀具，加工洛氏硬度达42的合金钢的氮化钛和碳氮化钛涂层的合金刀具，加工洛氏硬度为42甚至更高的合金钢的氮化钛铝和铝氮化钛涂层合金刀具等。经过实践验证，在复合材料的铣削加工过程中由于切屑呈现粉末状，因此要求切削刃比较锋利耐磨，采用金刚石材料的刀具其效率和精度比普通硬质合金要好。钛合金的切削采用涂层硬质合金和YG8的普通硬质合金比较理想。
工件材料 刀具材料 高硬钢 耐热合金 钛合金 高温合金 铸铁 纯钢 铝合金 复合材料 PCD × × ? × × × ? ?
PCBN ? ? ? ? ? ? ? ?
陶瓷刀具 ? ? × ? ? ? × ×
车削细轴常见的工件缺陷和产生原因 涂层硬质合金 ? ? ? ? ? ? ? ?
TICN硬质合金 ? × × × ? ? × ×
?——优 ?——良 ?——一般 ×——差
一.椭圆形
1)坯料自重和本身弯曲。应经校直和热外省处理。
2)工件装夹不良，尾座顶尖与工件中心孔顶得过紧。
3)刀具几何参数和切削用量选择不当，造成切削力过大。可减小切削深度，增加进给次数。
4)切削时产生热变形。应采用冷却润滑液。
5)刀尖与支承块间距离过大。应不超过2mm为宜。
二.竹节形
1)在调整和修磨跟刀架支承块后，接刀不良，使第二次和第一次进给的径向尺寸不一致，引起工作全长上出现与支承块宽度一致的击期性直径变化。当削中出现轻度竹节形时，
可调节上侧支承块的压紧力，也可调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大拖板和中拖板间的间隙。
2)跟刀架外侧支承块调整过紧，易在工件中段出现周期性直径变化，应调整压紧，使支承块与工件保持良好接触。
三.多边形
1)跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，使工件中心偏离旋转中心。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面，使其与工件良好接触。
2)因装夹、发热等各种因素造成的工件偏摆，导致切削深度变化。可利用托架、并改善托架与工件的接触状态。
四.锥度班
1)尾座顶尖与主轴中心线对床身导轨的不平行。
2)刀具磨损。可采用0?后角，磨出刀尖圆弧半径。
五.表面粗糙
1)车削时的振动。
2)跟刀架支承块材料选用不当，与工件接触和磨擦不良。
3)刀具几何参数选择不当。可磨出刀尖圆弧半径，当工件长度与直径比较大时亦可采用宽刃低速光车。
尖半径与进给量、表面粗糙度的关系
车削时，刀尖半径与进给量、表面粗糙度的理论值存在一定关系，我们选择进给量时一般不应超过此值。
0.5h=r-(r-(0.5×f)) ,,
h为残留高度，而:
Ra=(0.25~0.33)h
因此:
=(R×r/50) fmaxa,
Ra/Rz 祄 刀尖圆角 圆刀片 0.4/1.6 1.6/6.3 3.2/12.5 6.3/25 8/32 32/100 mm mm 进给量 mm
0.2 0.05 0.08 0.13
0.4 0.07 0.11 0.17 0.22
0.8 0.10 0.15 0.24 0.30 0.38
1.2 0.19 0.29 0.37 0.47
1.6 0.34 0.43 0.54 1.08
2.4 0.42 0.53 0.66 1.32
6 0.20 0.31 0.49 0.62
8 0.30 0.36 0.56 0.72
10 0.25 0.40 0.63 0.80 1.00
12 0.44 0.69 0.88 1.10
16 0.51 0.80 1.01 1.26 2.54 20 0.89 1.13 1.42 2.94 25 1.26 1.58 3.33
车削加工常遇到的问题
1(如何选取刀杆的压紧方式呢,
答:刀具的压紧方式有以下几种:P是用刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方 式，因此选用时要查阅产品样本。各夹紧方式适用不同形式的刀片，如无孔刀片常用上压式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夹紧方式。D和M型夹紧可 靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑的加工等。P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。S型结构简单紧凑， 无阻排屑，是沉孔刀片的夹紧方式，可用正前面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。
2。 那种压紧方式最合理,
答:其实没有说那种压紧方式最合理的，这要看加工材质与或场合，而且结合自己的公司的库存的，满足图纸要求和节省刀具成本才是最重要
3。怎样才能很快了解车刀,,
答:车刀是易学难精的，要了解车刀就是先要了解车床的加工性能(也就是说车主要车圆轴与盘类零件为主的)及其走刀路线(主要有外圆、内孔、外槽、内槽、端 面槽、切断和螺纹加工)，了解刀具资料对车刀的相关表示方式如:刀杆与刀片的表示方法，刀具的加工路线等。最好是能到工厂里看看，了解车刀的各角度的相应 的关系。书中很多资料是用箭头或用粗实线表示的加工路线的。也就是后指的加工工艺了
4。刀具资料获取的途径是什么?
答:我们可以在网上找和借助各家的刀具生产商出的刀具目录，也可以到书店里去买相关的资料书，
5。如果要选取一个合适的车刀，首先应该向客户了解哪些信息,
答:一、首选要了解用在什么机床厂上，也就是了解其刀方和最高转速还就是机床的稳定性。
二、加工的零件图纸，那些是要加工,是粗还是精加工,有没有特殊要求,精度是多少,加工的是什么材质,
三、客户能接受到的是什么档次的刀具。
6(加工钛合金需注意哪些呢,
答;钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施:
刀具几何参数:合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 较低的切削速度，适中的进给量，较深的切削深度，充分冷却。 车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀，精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大，一般为75,90?。钛合金应该考虑断削还是考虑刀片的耐磨。
钛合金是属于有色金属类的，一定要在刀肯断削与刀片的耐磨。最好是用刀尖角比较小的，后角较大的刀片
7。在只有样品的情况下如何配刀
答:我们可以根据样品，用卡尺或千分尺量到相关尺寸，但是内孔和线比较大的或是内孔槽及里面的尺寸，是很难测量的，只有问工厂的工程师或是自己的经验来 判断了。然后再画个图来作参考的，而配出相应的刀具的。不过样品可以让我们更直观的了解产品的真实性的，这样我们更容易了解刀具的工艺路线的 8。外圆车刀杆如何选型，应该注意哪些问题
选外圆刀很重要就是他的刀方和主偏角还有就是其安装的刀片，刀方是根据机床配的。刀杆头部形式的选择刀杆头部形式按主偏角和直头、偏头分有15,18种， 各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都-一列出，可以根据实际情况选择。有直角台阶的工件，可选大于或等于叨往偏角的刀杆。一般粗车，可选主偏 角45?,90?的;精车，可选45?,75?的;中间切入、仿形，可选45?,107.5?的;工艺系统刚性好时可选较小值，工艺系统刚性差时，可选较 大值。刀片就要看其加工的图纸要求了。 9。 切断刀杆的如何选取,
答:要注意以下几点:(1)工件材料和形状;(2)机床;(3)与零件中心轴线相关的切削刃;(4)刀片和断屑器的类型;(5)硬质合金牌号和涂层;(6)影响刀具寿命的其他切削条件。 10。 如果根据刀片选合适的刀杆,
答;刀片配刀杆有几个共同的条件的
如:
PCLNR2020K-12应选的刀片是CNMG120408
反向定理也是如此的
在只知刀片而选刀杆如:DNMG150408
先的刀杆一定
()D()N()()()()()()15的
P J R 2 0 2 0 K
S L L 2 5 2 5 M
: : : : : : : :
一、选那种压紧方式就要看车是什么样的工件，一般选P，精加选S，粗车选C，M，D。
二、主偏角就要看图纸要求了，只是外员好选，如果要仿型加工就是看图纸了。一般选J，L。。。。。
三、选左、右手刀，或是无方向的，一般选用R，而L与N比较少选的，选择时要考虑机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等，表示了左右手螺纹刀在不同的情况下所得到的不同结果。
11。对于切断刀杆的选取,可否讲讲 ,
答:(1)工件材料和形状;(2)机床;(3)与零件中心轴线相关的切削刃
切断时要了解加工的直径与加工的材质的，目前一般有两种
一是一体式的
一是刀板式的
在刀片的钢性允许下，尽量用小一点宽度的刀片
12。TNMG160308-**与DNMG150608的刀片该配哪种刀杆?
答:这些的刀片的厚度与我们常见的不一样的,要装夹成对准中心高就可改变刀垫或是垫片来保证
13。刀杆的高和宽是根据什么而定的
答:高度是根据机床的中心高而定的，宽是以习惯性及保证装夹刀体而定的，但一定也是与高相等的，一般来说是20x20;25x25，32x32的, 但有时也是32X25，这个就是用机床所决定的，但一定要满足中心高的
14。切槽刀如何去选取,
答:要知道图纸的宽度和深度以及切削方向，切削方向有:外圆槽刀，内孔槽刀，端面槽刀等。加工端面槽也要知道其加工的直径，因端面槽刀有加工最小直径和最大直径的限制。当工件直径小时可以当切断刀用，但要注意其加工要求
15(搪孔的深度与刀杆直径的倍数比,
答:这个主要是看刀杆的材质来决定的，一般来说
一般工具钢是刀杆伸长的三倍
一般抗振是是刀杆伸长的五倍
全硬质合金是刀杆伸长的七倍
特殊处理除外的
比如说，三菱与山持的除外的.
选内孔刀时候要了解客户图纸的直径和深度，同时要了解该厂现有的刀套，根据刀具设计中得知:一般钢结构车只能伸出其刀体直径的3倍(其代号则为无特殊代号 表示);一般抗振的车刀可以伸出刀体直径的5倍(其代号为E表示)，而全硬质合金的内孔车刀则能伸出其刀体7倍(其代号为W表示);在加工深孔且需要较好 的表面光洁度，一定要选刀具带油孔的刀体
16。怎样多使客户用S型刀片而取得更高性价比?
答:S型的刀片是众多刀片形状中使用的使用率最大的，与后角用0度配合更能体其性价比的，而将其加工的寿命会更好的，在而且在槽型上选取稳固一点 如果工艺路线的能满足的情况下,改可选用S型的刀片.
17。S型刀片即然切削刃多，为什么用的人不多?
答:还有人就是在综合考虑的，很多S型刀片的刀杆是比较适合于重切削的，而很多客户要求是可能全能的，也就是能走仿型之类的是工件限制,加工条件不许可 18。切断刀座和切断刀板的选取?
答:切断刀板是看图纸要求先多大的刀片而决定的;
而切断刀座是根据刀板与机床的紧固刀方决定的
19。切削的前角对加工表面粗糙度的关系,
答:前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减少，影响刀具使用寿命。前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些
所以前角会直接影响到表面粗糙度的
20。正角刀片和负角刀片使用上有什么区别
答:用M级有断屑槽的负角可转位刀片最适宜加工P类(钢)材料,用M级有断屑槽的负角可转位刀片最适宜加工M类(不锈钢)材料,带有断屑槽的负角可转位刀 片最适宜加工K类(铸铁)材料,带有断屑槽的负角可转位刀片最适宜加工S类(耐热合金)材料,带有断屑槽的负角可转位刀片最适宜加工种S类(钛合金)材料 ,用有断屑槽7?正后角可转位刀角最适宜加工P种(钢)材料,用有断屑槽11?正后角可转位刀片最适宜加工P种(钢)材料,
刀片的后角不能过大，过大的后角将会降低刀片的强度;无后角刀片有足够的强度，但必须
安装在负前角的刀杆上以形成足够的后角。使用一个有正前角槽形的无后角刀片可保证需要
的刀片强度，又可形成正前角的切削。
21。内孔加工用外圆车刀的注意事项>
答:一,刀具的避空(也就是逃避开与工件的接触)
二,刀体的钢性，也就是可伸长的加工长度
三,排屑与冷却
22。车刀片断屑槽分左右手在加工中及配刀杆时该注意事项?
答:右手外圆刀配右手刀片，左手外圆刀配左右刀片，内孔刀则相反
有内外园带端面不可用
超高压水切割技术起源及其发展评测
(以下 Q表示 问题 A 表示 回答)
Q:什么叫超高压水切割,
A:超高压水切割又称水刀和水射流，它是将普通的水经过多级增压后所产生的高能量(380MPa)水流，再通过一个极细的红宝石喷嘴(Φ0.1-0.35mm)，以每秒近千米的速度喷射切割，这种切割方式称为超高压水切割。
Q:超高压水切割起源于何时、何地,
A:高压水切割的“发现”起源于苏格兰，经过100年的试验研究，才出现了工业高压水切割系统。
1936年美国和苏联的采矿工程师成功地利用高压水射流方式进行采煤和采矿，到1956年，前苏联利用2000bar压力的水切割岩石。实际上高压水切割不是专利，直到1968年被美国的哥伦比亚大学的教授在高压水中加入磨料，通过水的高压喷射和磨料的磨削作用，加速了切割过程的完成。
Q:目前水切割的现状如何,
A:目前，国际上像美国、德国、前苏联、意大利都攻破了超高压水切割的技术，国际上代表性的企业有福禄、英格索兰、百超，最高切割压力可达550MPa，并广泛地应用于石材、金属、玻璃、陶瓷、水泥制成品、纸类、食物、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶、弹药等各种材料的切割。中国开展这项工作的研究有近四十年的时间，机械部、航空航天部、国家船舶工业总公司都先后立项研究，但超高压水切割一直处在实验室阶段，尚未用于稳定的商业运行。为此法因数控与乌克兰合作生产超高压水切割设备，稳定运行压力可达380MPa，主要元器件采用进口件。合作产品先后用于瑞典阿仁科公司不锈钢板的切割，美国HP打印机墨轮的切割，总装备部废弹药的切割，并且这项技术合作被科技部列为国家级重点国际科技合作项目。
国内其它企业也有生产水切割设备的厂家，实际运行压力仅在220MPa左右，属中低压水平。压力愈高，切割的工艺性愈好，切割速度愈快，尤其在厚板切割时，中低压(200MPa)的水切割机，不能保证被切割材料顶部和底部的切割曲线一致性，甚至切不透，切割速度很慢。法因合作的超高压水切割机，最大的钢板切割厚度为70mm，此时的切割速度约为15mm/min;最大的石材切割厚度为80mm，此时的切割速度为20-50mm/min。其切割的速度与切割厚度、被切割材料、粗糙度和磨料的选择有关;切割的粗糙度也与被切割材料、切割速度及磨料的选择有关。
显而易见，超高压水切割有许多优点，但也从技术角度提出更高的要求，如材料的耐磨性、超高压的密封问题、超高压的安全问题、超高压的可靠性等都是同业关注的焦点。法因公司现已成功地解决了380MPa的超高压切割问题，目前正着力解决600MPa更高压力的技术攻关，以推动超高压水切割技术的发展，更好地为客户服务。 Q:超高压水切割是一种万能的切割方式吗,
A:虽然说超高压水切割可以切割任何材料，但在应用上还是有所侧重的。
水切割的用途主要有三个，一是切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料;二是切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、机械性能不发生改变，这也是水切割的一大优点;三是切割易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。
一般情况下，能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时，则不宜采用水切割加工，毕竟水切割的运行成本较高，喷嘴、导流套、高压密封件都是进口的耗材，价格较贵。但当您感到激光和等离子所能切割的厚度太薄，所产生的毛刺太大，所产生的热影响区不利时，您可以考虑选用水切割;当您感到火焰切割的毛刺太大、粗糙度太差、热影响区太大时，您可以考虑选用水切割;当您感到线切割的速度太慢，并且不能切割非导电材料时，您可以考虑选用水切割;当您感到铣削的方法产生了许多废屑，造成了很大的浪费时，您也可以考虑选用水切割，因为水切割不会产生废屑，而是整片切割，水切割加工割分开的材料大多是可利用的;当您感到使用圆锯和带锯太慢，而又不能进行非直线切割时，您照样可以考虑选用水切割;当您切割易燃易爆材料或在易燃易爆的环境下切割时，更必须考虑选用水切割;当您切割时不想产生毒副气体、不需二次加工、不想产生热效应或变形或微裂缝、又想产生良好的切边品质并能同时切割细小的孔时，您更要考虑选用水切割。总之，水切割是一种万能的切割方式，但某些场合下的使用并不是最佳的，所以选择时要做具体分析。
Q:超高压水切割的形式有哪些种类,
A:从水质上分，超高压水切割有两种形式，一是纯水切割，其割缝约为0.1-1.1mm;其二是加磨料切割，其割缝约为0.8-1.8mm。
从结构形式上分，可有多种形式，如:二至三个数控轴的龙门式结构和悬臂式结构，这种结构多用于切割板材;五至六个数控轴的机器人结构，这种结构多用于切割汽车内饰件和轿车的内衬等。
Q:被切割材料顶部和底部的切割曲线一致性是如何要求的,
A:这种一致性的差异也称为水切割斜边，与切割速度有很大的关系，带有高能量的射流，切割做功后一定会产生能量的衰减，所以产生斜边是很正常的。一般情况下，单侧斜边控制在0.08mm至0.15mm为宜。
Q:超高压水切割可以切割复杂的曲线吗,
A:最简单的超高压水切割机具备两个数控轴，由CNC控制X-Y做数控移动，并能实现CAD/CAM直接转换，真正做到免键盘输入，无图加工，只要在CAD画出的任意复杂曲线，都可以直接切割成形。
Q:水切割所能达到的切割精度是多少,
A:水切割的切割精度介于0.1mm至0.25mm之间，其切割精度取决于机器的精度、切割工件的尺寸范围及切割工件的厚度和材质，通常机器的系统定位精度为0.01mm至0.03mm。 Q:水切割所用的磨料有哪些,粒径是多少,
A:水切割所用的磨料为石英砂、石榴石、河砂、金刚砂等。
磨料的粒径一般为40-70目，磨料的硬度越高粒径越大，切割能力也越强，我公司水射流磨料采用的是60目石榴石。
Q:法因公司水射流的高压水流量是多少,
A:3.8L/min
干式切削及所用刀具材料的选用(一)
干切削是切削加工的发展方向
就在二十年前，切削液曾是非常便宜，在大多数加工过程的成本中，其所占比例不到3%。以至没有谁会对此多加注意。可是，现在不一样了，切削液在车间生产成本中所占
比例上升为15%，这就不得不引起生产经营者的极大关注。
特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。更重要的是它的排放污染环境，国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。而且，许多国家和地区也把它们划归为危险废
物，如果其中含有油和某些合金，还要采取更为严厉的控制措施。再有，许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾，环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内，职
业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值，正在考虑一项咨询委员会的建议。其中包括制定比较高的切削液的价格政策。因此，越来越多的厂家开始采用
干切，以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。
以前，金属加工行业使用切削液已形成"习惯"，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为
变湿切为干切，费用可能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件，干切应该是"标准加工环境"。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。关键是要知
道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明:由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。新的硬质合金牌
号特别是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。
先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产生温度的
激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。温度急剧变化在
刀片中产生应力，会导致裂纹的产生。
类似的情况在车削中也会出现，例如用非涂层硬质合金，在速度高于130m/min时，车削中碳钢，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷却液中，就能很明显地表现出热冲击
的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损，从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工，干切通常能延长刀具寿命。
然而，对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的，因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液，切屑可能粘在孔内，并且表面粗糙度平均值(Ra)可能达到湿钻
时的两倍。在这种情况下，切屑液也能减少所需的机床扭矩，因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效果，涂层还能减少切
削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看，目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况，润滑性切削液用于低速加工难加工材料以及表面粗糙
度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液，可以增强易切削材料高速加工性能，可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的情况下。
可是许多时候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的额外费用，也带来非常有害的环境污染，这是不值得的。应该看到，现代的切削刀具能承受更高的切削热，具备高速
切削所需的性能。必要时可以用压缩空气从切削区吹走热的切屑，以取代切削液。
在干式切削中刀具材料的选用
1高速干式切削最好的涂层是氮铝钛
现今，切削液通常不再必要的重要原因是有了涂层。它们通过抑制从切削区到刀片(刀具)的热传导来减缓温度的冲击。涂层的作用就象一层热屏障，因为它有比刀具基体和工件
材料低得多的热传导系数。因此，这些刀具吸收的热量较少，能承受较高的切削温度。无论是车削还是铣削，涂层刀具都允许采用更高效的切削参数，而不会降低刀具寿命。
涂层厚度在2到18微米之间，它在刀具性能方面起着重要的作用。较薄的涂层比厚的涂层在冲击切削时，经受温度变化的性能要好，这是因为较薄的涂层应力较小，不易产
生裂纹。在快速冷却和加热时，厚的涂层就象玻璃杯极快地加热冷却一样，容易碎掉。用薄涂层刀片进行干式切削可以延长刀具寿命高达40%，这就是物理涂层常用来涂圆
形刀具和铣刀片的原因。PVD涂层往往涂得比化学涂层要薄，与轮廓结合得较牢固。另外，PVD涂层可以在低得多的温度下沉积在硬质合金上，因此，它们更多地应用于非
常锋利的刃口及大的正前角铣刀、车刀。
虽然涂层材料氮化钛，在所有涂层刀具中占有80%。然而在高速干式切削的情况下，最好的PVD涂层是氮铝钛(TiAlN)，它的性能在高温连续切削时，优于氮化钛四倍，例如
用于高速车削。TiAlN涂层对于处在较高的热应力条件下的刀具，也胜过其它涂层。象干式铣削及那些小直径孔的深孔钻削切削液难以到达的部位。
TiAlN在切削温度下比TiN更硬，且具有热稳定性，PVD涂层利用了它的抗化学磨损性能，它的硬度高达维氏3500度，它的工作温度高达1470?F。材料科学家推测:这些性
质可归功于非结晶的氧化铝薄膜，它是当高温时涂层表面中的一些铝氧化后，在切屑/刀具界面上形成的。
这项研究特意选用超薄多层PVD涂层，这种沉积过程产生的涂层由上百层组成，每一层仅有几个纳米厚。而一般的PVD涂层的沉积物只有几层微米级厚度的涂层。
尽管PVD涂层有很多优点，但是对于加工大多数黑色金属，CVD涂层仍然是更受欢迎。在CVD加工过程中，沉积温度比较高有助于提高结合强度，并且允许基体中有较高
的钴含量，这样刀刃的韧性好，提高抗塑性变形的能力。由于CVD涂层比PVD涂层厚，就要求在它们的刃口处进行钝化，以防止涂层剥落，同时也能有助于提高刀具的抗
磨损性能。允许采用进给量可达0.035英寸/转。
CVD是在刀具上沉积一层有用的氧化铝的过程，这是人们熟知的最耐热和抗氧化的涂层。氧化铝是不良导体，它把刀具与切削变形而生成的热量隔开，促使热量流到切屑中。
这是一种极好的CVD涂层材料，主要用于在干切时使用的硬质合金车刀。它在高速切削时还能保护基体，是最好的抗磨料磨损和月牙洼磨损的涂层。
涂层刀片有较长的刀具寿命，它在干式铣削比湿式铣削更稳定。更高切削速度会使切削温度进一步升高。例如，在14000转/分和1575英寸/分的切削速度下干式切削加工铸铁，
能把刀具前面的切削区加热到600?,700?。其金属切除率就类似于铣削铝，这时在铸铁上产生的温度就高于常规刀具。
2金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD的选用
切削速度越高就要求刀具材料更耐磨，还要求具有较高的热硬性。金属陶瓷、立方氮化硼以及两种适合精细加工需要的陶瓷--氧化铝和氮化硅(现代术语"陶瓷"包含氧化铝和氮
化硅，而不象过去单指氧化铝。)，它们的应用日渐普及。聚晶金刚石是另一种干式切削情况下使用的刀具材料。在所有这些材料中，它们都有较高的红硬性和耐磨性，需要
权衡考虑的是脆性较大。
(1)金属陶瓷
是一种先进的硬质合金。金属陶瓷比常规硬质合金能承受更高的切削温度，但是缺乏硬质合金的耐冲击性、在中型到重型加工时的韧性、以及在低速大进给时的强度。金属陶
瓷在小的和不变的负荷时，也象常规硬质合金那样，有差不多的刀刃强度。但是它在高切削速度下的耐高温和耐磨性能更好，持续时间更长，加工的工件表面更光洁。当用
于加工软的和粘性的材料时，它也有较好的抗积屑瘤性能，表面质量很好。
较好的高温硬度来自配料时加入的钛的化合物。金属陶瓷是硬质合金的一种型式，它含有坚硬的钛基化合物(碳化钛、碳氮化钛和氮化钛)，粘结剂是镍或镍钼。由于金属型粘结剂
的温度局限性，典型的金属陶瓷牌号，在加工的材料硬度超过HRC40时，不具备足够高的热硬性。
金属陶瓷比起涂层和非涂层硬质合金，对断裂和进给引起的压力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面质量要求较高时。理想的加工工序是切削那些连续的表面。
车削碳钢时，进给量的上限通常是0.025英寸/转。一般用途的铣削，可以在高的主轴速度、中等进给量的条件下进行。如果满足这些条件，在大量生产时金属陶瓷能长时间地保
持锋利的切削刃。如果金属陶瓷是在传统的切削速度和进给量下使用，比起硬质合金刀具能改善了刀具寿命和表面质量，也能提高生产率，对于切削合金钢时其提高幅度为
20%，对于切削碳钢、不锈钢和软铁时为50%。
(2)陶瓷
陶瓷刀具类似于金属陶瓷，它比硬质合金有更高的化学稳定性，可在高的切削速度下进行加工并持续较长的时间。纯氧化铝可以耐非常高的温度，但是它的强度和韧性很低，工
作条件如果不好，容易破碎。
为了减低陶瓷对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷的韧性比硬质合金还
是低得多。
另一个提高氧化铝陶瓷韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相当程度地增加了陶瓷的韧性、
强度和抗热冲击性能。在组成上，晶须可高达30%。
象氧化铝一样，氮化硅比硬质合金有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好。与氧化铝陶瓷相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不很好。可是，用氮化硅陶瓷
可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰铸铁。
虽然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是应用必须正确。例如，陶瓷刀具不能用于加工铝，而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。可是对这些
材料而言，应用得成功还有赖于开始切削之前刀具刃口外观的准备、机器和装备的稳定性和选用最佳的加工参数。
(3)CBN
CBN是一种非常硬的刀具材料，通常最好用来加工硬度高于RC48的材料，它有极好的高温硬度--高达2000?，尽管比硬质合金要脆得多，比陶瓷耐热性和化学的稳定性要差，
但是它比陶瓷刀具有较高的冲击强度和抗破碎性能。对于切削淬硬金属时，机床刚性可以稍差。此外，一些特制的CBN刀具能抵御高功率粗加工的切屑负荷，间断切削的冲
击以及精加工时的磨损和切削热。
对于要求严格的零件，应对设备进行适当的调整，以提高机器和装备的刚性。刃口倒钝应足够大以防止微观剥落和使刀具基体上有一定厚度的CBN层，这就能使刀具在高速、
重负荷、剧烈的间断负荷下工作。这些特点使CBN成为粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁所选用的刀具材料。
刀具带有一薄层CBN是比较脆弱的，但是它用于加工淬硬的铁合金又是比较好的刀具材料。CBN具有低的导热系数和高的压缩强度，经受得了由于高切削速度和负前角产生
的切削热。在切削区内由于较高的温度使工件材料软化，有助于切屑的形成。负的几何角度加强了刀具，稳定了切削刃，改善了刀具寿命和允许在小于0.010″的浅切深下进
行加工。
在干式车削淬硬工件的情况下，由于CBN刀具可以加工出小于16微英寸的表面质量，并能控制?0.0005″的精度，因此常用它取代磨削工序。CBN刀具很适合淬硬车削和高速
铣削加工。而对于这个应用范围，陶瓷和CBN是重叠的。因此，进行成本效益分析是非常必要的，以确定哪一种材料将提供最好的效果。
(4)PCD刀具
聚晶金刚石作为最硬的刀具材料，它是最耐磨的。它的硬度和耐磨性来自各金刚石晶体间无一定方位的粘结，这种晶体方位各异的排列抑制了裂纹的扩展。使用时，将PCD小
片粘结到硬质合金刀片上，这可增加它的强度和抗冲击性能，其刀具寿命是硬质合金的100倍。
然而，某些性能限制了它在很多加工工序的使用。其一是PCD对黑色金属中铁的亲和力，引起化学反应，这种刀具材料只能用于加工非铁零件。其二是PCD不能经受切削区超
过600?的高温。因此，它不能切韧性、高延展性材料。
PCD刀具特别适于加工有色金属，特别是对摩擦很厉害的高硅铝合金。采用锋利的切削刃和大正前角高效切削这些材料，使切削压力和积屑瘤达到最小。
刃口强化、刀具几何参数与排屑
尽管近几年物理的进步与应用开发，用金属陶瓷、陶瓷、CBN和PCD制造的刀具仍然是比硬质合金要脆得多，不能经受太多的压力，因此用这些材料制造的刀具必须结合其
特点进行设计，即对它加强支撑、分散压力。
这一点很重要。例如，为了要改变磨削力的方向，使力从切削刃往里向着刀体，切削刃必须经过加工--刃口准备。有这样三种刃口准备而且其大小还要适当:T型刃带、强化、
T型刃带强化。
T型刃带
就是一个倒棱--在刃口上磨出的窄的平面，以取代较脆弱而锋利的刀刃。刀具设计者的一个重要任务就是要找出最小的平面宽度和能赋予刀刃适当强度和寿命的角度;因为大
的宽度和加强刀片的角度无疑会增切削力。
强化
就是圆整一下锋利的刃口。虽然强化不象T型刃带那们有棱有角，但是强化对用于精加工的先进的刀片材料效果很好。这些强化刀具应该用于浅切深、低速进给、并保持切削
压力最小。
T型刃带强化
当强化用于倒棱的前面与后面相交处时，也能加强T型刃带。在应用中，微小的剥落发生时(就象用陶瓷刀粗车钢)，强化能分散这些点上的压力，没有使倒棱变大而加强了刀
具刃口。
刀具设计者除了针对工件确定最适合的刀具刃口外，还必须优化刀具的几何角度和排除切屑能力。通过增加后角来减小切削力和对刀具的压力，也降低了切削区的温度。要使
正前角尽可能地大，这样由于较好的剪切作用能减少切削力。宽阔的容屑槽有助于切屑的排除，尤其是对钻削和螺纹加工。
另一个使切削力降低的方法是在高速下切削。为了提高效率，宁可在很高的主轴速度下，把大的进给量减小，而不用增加进给量的方式。此外，现在的铣刀比五年前要精确得
多，铣床和车床的机械稳定性、刚性也更高了，因而排除了可能的振动。所有这些都有利于脆的、较硬和耐磨的刀具材料的应用。
应用能抗高温刀具的另一个有利因素是切屑形成有极高的效率。例如切削铸铁，热量使切削区的材料成为可塑体，这样就降低了切削区工件材料的强度。其结果是比普通粗加
工金属切除率增加三倍。因为进给速度很高，刀具对金属材料切除得非常快，以至大量的热量停留在切屑中，没有时间传到工件和使它变形。尽管切削温度很高，工件温升
却很小，比起在常规用量下切削所得到的工件精度也要高。
用低轴向力精加工也能使工件、夹具、机床静变形最小化。这样的工序要求利用粗齿铣刀，低进给和铣刀高转速。由于夹持工件所需夹紧力小，工装夹具可以简单。对于棱形
工件有较宽敞的铣刀通道。
干式切削需要考虑的事项
采用干式切削加工时，选定正确的机床和恰当的装备是很重要的。因为速度特别快，材料又常常较硬，干式切削加工时切削温度很高，机床必须刚性足、马力大。
在加工中心上进行干式切削之前，操作者应该尽量保持其工具伸出长度较短，主轴是处在刚度最佳的情况下，还要考虑机床的速度、额定功率。
谈到车床工近净成型(nearnet shape)的和淬硬的零件，刀具转塔可以对着机床刚性强的方向进行加工，因为这个方向的长导轨能把切削力分散。设计得好的机床，能直接在短导
轨上分散这些切削力，并且刀架由最少的零件组成，却能移动和支撑刀具。在相对于柔性更重视精度时，则应该考虑用螺栓将一组刀具直接固定在横拖板上避免回转分度机
构。
热稳定性对精度是非常关键的。一些制造商采用软件提高了他们的加工中心的精度，这些软件补偿了温度的影响。然而，控制温度应该从有效地排除热切屑开始，因此要排除
密封的工作区内部重要的热源。
优秀的机床设计，机床里没有那些能聚集切屑的洼坑和高台。用排屑螺旋与传送器尽快将切屑排出机床外，而不用切削液协助冲走。如果排屑出了问题，用压缩空气取代液体。
为了保护滚珠丝杠、导轨，伸缩套管，防护罩、密封条和灰尘收集器还是需要的。如果需要一台干切削的机床，可以把原来设计好的机床从湿式切削操作转变为干式切削操作，
通常也是比较便宜。需要添加的灰尘收集器和空气传送系统，比湿式切削加工相应的油雾收集器和冷却泵稍微贵些。
用干式切削加工操作成本也是比较低的，因为它避免了冷却液的管理和处理费用，其次是压缩空气耗电比冷却泵要少。因此，干式切削的应用会越来越广泛。 高速走丝线切割机床断丝的解决方法
高速走丝线切割机床适合加工各种复杂形状的冲模及单件齿轮、花键、尖角窄缝类零件，具有速度快、周期短等优点，应用非常普及。高速走丝的线切割机床的电极丝主要是采用钼丝，电极丝运动速度快通常为8~12米/秒，而且是双向往返循环运行，在加工过程中很容易发生断丝。如果在切割工件过程中多次断丝，不仅会造成一定的经济损失，而且会带来重新绕丝的麻烦;不仅耽误时间，而且会在工件上产生断丝痕迹，影响加工质量，严重的会造成工件报废。本文详细的总结了高速走丝线切割机床在工作中经常出现的断丝原因及解决办法:
钼丝
钼丝的松紧程度。如果钼丝安装太松，则钼丝抖动厉害，不仅会造成断丝，而且由于钼丝的抖动直接影响工件表面粗糙度。但钼丝也不能安装得太紧，太紧内应力增大，也会造成断丝，因此钼丝在切割过程中，其松紧程度要适当，新安装的钼丝，要先紧丝再加工，紧丝时用力不要太大。钼丝在加工一段时间后，由于自身的拉伸而变松。当伸长量较大时，会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠。使走丝不稳而引起断丝。应经常检查钼丝的松紧程度，如果存在松弛现象，要及时拉紧。
钼丝安装。钼丝要按规定的走向绕在贮丝筒上，同时固定两端。绕丝时，一般贮丝筒两端各留10mm，中间绕满不重叠，宽度不少于贮丝筒长度的一半，以免电机换向频繁而使机件加速损坏，也防止钼丝频繁参与切割而断丝。
机床上钼丝引出处有挡丝棒，挡丝棒是由两根红宝石制成的导向立柱，挡丝棒不像导轮那样作滚动运动，他们直接与钼丝接触，作滑动摩擦。因此磨损很快，使用不久柱体与钼丝接触的地方就会形成深沟，必须及时检查并进行翻转和更换，否则会出现叠丝断丝。
运丝机构
线切割机的运丝机构主要是由贮丝筒、线架和导轮组成。当运丝机构的精度下降时(主要是传动轴承)，会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电极丝的张力减小，造成丝松，严重时会使钼丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动会使排丝不匀，产生叠丝现象。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙，也容易引起丝抖动而断丝，因此必须及时更换磨损的轴和轴承等零件。贮丝筒换向时，如没有切断高频电源，会导致钼丝在短时间内温度过高而烧断钼丝，因此必须检查贮丝筒后端的行程开关是否失灵。要保持贮丝筒、导轮转动灵活，否则在往返运动时会引起运丝系统振动而断丝。绕丝后空载走丝检验钼丝是否抖动，若发生抖动要分析原因。贮丝筒后端的限位挡块必须调整好，避免贮丝筒冲出限位行程而断丝。挡丝装置中挡块与快速运动的钼丝接触、摩擦，易产生沟槽并造成夹丝拉断，因此也需及时更换。导轮轴承的磨损将直接影响导丝精度，此外，当导轮的V型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生的沟槽，也会使电极丝的摩擦力过大，易将钼丝拉断。这种现象一般发生在机床使用时间较长、加工工件较厚、运丝机构不易清理的情况下。因此在机床使用中应定期检查运丝机构的精度，及时更换易磨损件。
工件
工件材料:对不经锻打、不淬火材料，在线切割加工前最好采用低温回火消除内应力，因为如果工件的内应力没有得到消除，在切割时，有的工件会开裂，把钼丝碰断;有的会使
间隙变形，把钼丝夹断或弹断。如淬火后T8钢在线切割加工中及易引起断丝尽量少用。切割厚铝材料时，由于排屑困难，导电块磨损较大，注意及时更换。
工件装夹:虽然线切割加工过程中工件受力极小，但仍需牢固夹紧工件，防止加工过程中因工件位置变动造成断丝。同时要避免由于工件的自重和工件材料的弹性变形造成的断丝。在加工厚重工件时，可在加工快要结束时，用磁铁吸住将要下落的工件，或者人工保护下落的工件，使其平行缓慢下落从而防止断丝。
电参数
电参数选择不当也是引起断丝的一个重要原因，所以要根据工件厚度选择合理的电参数，将脉冲间隔拉开一些，有利于熔化金属微粒的排出，同时峰值电流和空载电压不宜过高，否则使单个脉冲能量变大，切割速度加快，容易产生集中放电和拉弧，引起断丝。一般空载电压为100V左右。在电火花加工中，电弧放电是造成负极腐蚀损坏的主要因素，再加上间隙不合适，容易使某一脉冲形成电弧放电，只要电弧放电集中于某一段，就会引起断丝。
根据工件厚度选择合适的放电间隙:放电间隙不能太小，否则容易产生短路，也不利于冷却和电蚀物的排出;放电间隙过大，将影响表面粗糙度及加工速度。当切割厚度较大的工件时，应尽量选用大脉宽电流，同时放电间隙也要大一点，长而增强排屑效果，提高切割的稳定性。
结束语:
以上对高速走丝线切割机断丝原因的分析以及提到的解决办法，是根据长期工作经验总结出来的。在实际操作过程中，由于设备、加工工艺、材料造成断丝的原因还会有很多，需要在工作中不断的总结和提高。
CBN刀具在汽车变速器制造中的应用
目前，PCBN刀具的应用相当普遍，而CBN成形磨削由于设备、刀具的经济性，普及面不广。如何提高生产效率、降低制造成本，以具有竞争力的价格向客户提供高质量的产品，通过不断的努力，杭齿实现了满足产品零件精度要求的CBN成形磨削工业应用，在设备投资、CBN磨轮制造成本和刀具使用寿命等方面均具有较好的经济性。
CBN是立方氮化硼英文名称(CubicBoronNitride)的缩写，它是硬度仅次于金刚石的一种人工合成无机晶体材料，广泛地用于机械加工工业。各工业发达国家都把CBN作为达到高效率、节约能源、超精密和操作自动化加工等目的的重要材料加以发展。
专家研究表明:当温度达到700?左右时，金刚石的硬度会有较明显的下降趋势，而CBN材料仍能保持相当的硬度。这说明CBN的热稳定性(红硬性)明显优于金刚石。由于铁系金属高温时对碳元素有着很强的亲和作用，因此，由纯碳元素组成的金刚石不宜用作加工铁系金属的刀具材料。而CBN由硼、氮两种元素组成，高温时不容易和铁系金属发生化学反应，CBN刀具的出现使得对淬火钢的切削成为了可能。
我公司从1996年开始批量生产重型汽车变速器，涉及的部分典型零件经过渗碳淬火，表面硬度为HRC58,63。为了达到零件设计要求，迫切需要应用CBN刀具来解决传统工艺方法中遇到的加工难题。
在工作实践中，我公司对CBN刀具的应用主要体现在两方面:一是采用PCBN刀具车削淬硬钢实现“以车代磨”工艺;二是采用自制CBN磨轮实现CBN成形磨削的工业应用。
应用PCBN刀具实现“以车代磨”
PCBN是聚晶立方氮化硼英文名称(PolycrystallineCubicBoronNitride)的缩写。由PCBN刀具坯料经过切割、焊接和刃磨制成的PCBN刀具具有良好的切削性能，主要表现在以下几个方面:
高硬度和耐磨性
CBN的硬度仅次于金刚石，对于可切削黑色金属的刀具材料来说，PCBN刀具的硬度最高。PCBN刀具的耐磨性可以达到涂层刀具和陶瓷刀具的5,10倍，因此，使用PCBN刀具能够明显减少生产加工中的换刀次数，提高被加工工件的精度与互换性，缩短产品生产周期。
良好的导热性和热稳定性
PCBN刀具在800?时的硬度仍高于硬质合金刀具和陶瓷刀具的常温硬度，在1200?时仍能保持较高的硬度，而且随着温度的升高，其导热系数也随之升高。因此，PCBN刀具能
够很好地满足硬态切削、高速切削和干切削时的恶劣加工条件对刀具材料的要求。
高的化学稳定性
由于CBN的化学惰性特别大，在1200,1300?时也不会与Fe、Ni、Co等元素发生化学反应，所以PCBN刀具在切削加工时的化学磨损相对于其它刀具材料较小，可用于加工各种材料的工件。
较低的摩擦系数
CBN与不同材料间的摩擦系数为0.1,0.3，而且随着切削速度的提高，PCBN的摩擦系数呈减小趋势，从而使切削力减小，减少切削时的刀屑粘结现象，有利于提高加工精度以及表面质量。
我公司重型汽车变速器中的二轴部件因功能、结构的需要，二轴的多档花键沉割槽、各挡圈槽侧面轴向尺寸精度高，公差范围为plusmn;0.03,?0.10mm，且均有较苛刻的端面跳动和表面粗糙度要求。零件采用20CrMnTiHA3材料，渗碳淬火，表面硬度为HRC58,63。由于材料稳定性、热处理技术水平等方面原因，零件在热后往往有较大的变形量。为了达到设计要求，传统工艺方法往往通过磨削来实现零件热后的精加工工序。该轴形状较复杂，普通磨削设备难以满足加工要求，必须引进专用磨床。但此类设备在国内外较少生产，而且价格高昂，适用性方面也不理想。
经技术资料检索、设备调研和经济技术分析，我们认为硬切削工艺的综合经济指标优于磨削工艺。于是，最终决定采用PCBN刀具硬切削(如图2所示)，实现“以车代磨”。
由于硬切削要求加工机床的刚性好、基础稳定、工作轴运动精度高，我们选用了长城机床厂的CK7820数控车床。
硬切削的切削力较大，切削温度较高，为保证加工精度、表面质量及刀具寿命，通过多次切削试验，我们选择了合适的PCBN刀具和冷却润滑液，确定了合适的切削参数，积累了实用的加工经验。
“以车代磨”工艺在我公司重型汽车变速器批量生产中的应用，解决了传统工艺难以实现的加工难题，生产效益显著。另外，“以车代磨”工艺产生的切屑可回收处理，不象传统磨削
工艺产生的特殊垃圾难以处理。因此，新工艺的应用对保护环境也是十分有利的。
CBN成形磨削工业应用
CBN砂轮可以高效高质量地高速磨削金属工件，在德国乃至欧洲的磨床上已得到了广泛的应用。应用CBN砂轮的磨削速度已接近于声速，从而大大提高了生产效率。由于CBN砂轮的损耗非常小，其成型磨削的精度极易保证。但是，CBN砂轮的制作技术却制约着高速磨削技术的发展。因此，如何高精度地制作CBN砂轮成为了高速磨削技术的关键。
我公司近年来引进的HOFFLERHELIX400、Gleason?245TWGThreadedWheelGrinder等高端数控磨床均能很好地实现CBN砂轮成形磨削工艺，但由于综合成本高昂，同类设备的总体数量又不多，难以形成经济的规模加工能力。
我公司自1996年开始批量生产重型汽车变速器时，其中的中间轴由于结构限制，一端齿宽125mm的直齿无法使用普通磨齿设备磨削。为此，我们分析了该零件的精度要求和现有设备的可用性，提出了一种比较经济的CBN砂轮成形磨削工艺(如图3、4所示)。首先，我们利用公司内部现有的高精度CNC车床、CNC磨床突破了CBN砂轮基体的加工难题。然后，工艺部门的工程师通过技术文献检索和技术试验，较好地掌握了CBN镀覆技术(TheElectroplatingProcess)。此外，CBN砂轮的重镀与翻新技术(TheReplatingandRefurbishment)在保持砂轮重复使用精度的条件下，也保证了砂轮基体的高利用率，降低刀具制造成本。第三，我们通过改造M8612A花键轴磨床作为专用磨床，节省了高昂的设备投资。第四，通过工艺实验，选用适当的矿物油作为冷却润滑液，并确定了合适的切削参数。
通过上述工作，我们实现了满足产品零件精度要求的CBN成形磨削工业应用。在设备投资、CBN磨轮制造成本和刀具使用寿命等方面，我们现有的工艺均具有较好的经济性。
结论
PCBN刀具应用目前是相当普遍的，CBN成形磨削由于设备、刀具的经济性，普及面不广。我公司的CBN成形磨削虽然是因陋就简的“土办法”，却具有较好的经济性。国外进口CBN磨轮、CNC设备的优越性当然是无法回避的，所以我在本文中的叙述更多地强调了“满足产品零件精度要求”的“实用”型工业应用。
尽管我们在实践中取得了进步，但实际生产中仍然存在许多不足，主要表现在以下四方面。
合理使用PCBN刀具，准确判断PCBN刀具的耐用度是关键。
有关文献要求在PCBN刀具后刀面磨损标准达0.3,0.5mm(精车时取小值)时，进行定期重磨为好。但是重磨需要一定的设备和技巧，最好是能引进多功能工具磨床。由于条件所限，
我公司目前仍在普通工具磨床上刃磨，就设备、人员技术素质而言，难以保证刀具的重磨质量;
PCBN刀具焊接技术仍需提高，目前仍有10,,30,的刀具损坏是由焊接质量不好所引起;
CBN磨轮使用寿命仍有待于提高，其中CBN镀覆技术的切实提高是关键;
CBN磨轮基体的制造精度仍不能令人十分满意。
俄罗斯研究出金刚石生产新方法
日前,俄罗斯圣彼得堡材料科技研究中心研制出生产金刚石复合材料的新方法:无需高压便能获得大尺寸和所需形状的金刚石复合材料:
通常,工业上超硬和高强材料由金刚石复合材料组成,也就是将金刚石镶嵌在某一种基底材料上用人工合成的方法获得:因此,对这种基底材料的性能要求很高:首先要求该材料具有硬度大,强度高和耐磨性好等特点:其次,该材料的化学结构要完整,在化学作用下能够牢固地与金刚石结合:同时,基底材料的物理性质要与金刚石相似,否则在外界压力下合成的材料会断裂:碳化物的性质最符合充当这种材料:它们具有很强的硬度,耐磨性,热稳定性和良好的热传导性能:热传导性越高,温差变化大的情况下制件断裂的可能性就越小:但采用传统烧结的方法对金刚石与碳化硅烧结无法获取金刚石复合材料,,因为在这一过程中需要很高的温度,而在高温下金刚石会转化成石墨:当然,也可以用高压的方法将金刚石与碳化硅合成以获得复合材料,但这一过程需要8.5吉帕斯卡的压强:因此,用高压的方法在高压舱里研制生产大尺寸和所需形状的金刚石复合材料是不可行的,花费将非常昂贵:
俄专家在研制金刚石复合材料采用的新方法是,首先将金刚石加工成微米级大小的颗粒,并挤压成所需的形状和大小,然后将其放在真空中加热,同时用液态硅浸泡:此时,金刚石的表面转化成类似石墨的碳,并与液态硅发生作用:由此获得的制件将是由藏在碳化硅之间的金刚石粉末组成的完整复合材料,尺寸可以很大,形状也可任选,是其他方法无法取得的:
自锁防盗螺纹连接副简介
一、概述
螺纹紧固件的防松及自锁性能，在机械制造业、铁道、汽车、电力、矿山机械等各方面起着非常重要的作用。螺纹紧固件工作在高速振动、高温、低温及承受多方面的力的恶劣条件
下，螺纹连接件之间是否能够自锁防松、经受起振动疲劳考验，是紧固件设计、制造专家们多年一直探讨的问题。目前国际、国内普遍采用的自锁防松螺纹紧固件主要有:
1、使用各种自锁螺母实现螺纹自锁;
2、使用各种自锁螺栓或环槽铆钉实现自锁;
3、在螺纹连接副中加装各种弹簧垫圈实现螺纹自锁; 4、在螺纹上涂胶实现自锁。
而目前防盗螺纹连接的方法主要有:
1、将螺栓头或螺母外形做成各种特殊形状以防止盗拧; 2、使用环槽铆钉紧固工件;
3、在螺纹连接副上涂各种胶状物以防止盗拧; 4、用钢丝绳穿入螺栓螺母体中再加以紧固等等。
而以上各种自锁防盗螺纹连接副紧固件存在的不足是: 1、自锁和防盗没有有机的结合在一起;
2、防松的可靠性有的不是很高;
3、需要使用专用的紧固工具;
4、个别方法加工工艺复杂;
5、个别方法加工成本较高。
本人自主设计开发的“自锁防盗螺纹连接副”产品，通过螺栓、螺母的结构变化组合，使螺纹连接副连接紧固具有高可靠的锁紧性能，可在振动等恶劣环境下使用，有效的解决了大规格螺纹连接副的自锁防松问题，并具有防盗功能。可广泛应用在各种铁道、汽车、电力、厂矿、公益设施等领域中。而且可以实现大批量生产，具有极为广阔的市场前景及非常可观的经济效益。该设计申报国家专利，于2005年10月26日得到了国家专利局的授权公告，(请访问国家知识产权局专利检索网站)并颁发了专利证书,专利号为ZL200320131108.1。该产品已做过工艺试验，各项试验参数稳定，可以进入大批量推广阶段。
二、项目产品的结构特征和原理
自锁防盗螺纹连接副的结构由自锁防盗螺栓1、自锁防盗螺母2和锥形销3组成。在自锁防盗螺栓螺尾端面中心钻一个直径为0.3d,0.8d，深度为5P,15 P的盲圆孔，再在螺纹尾部端面开有槽深为3P,6 P十字槽。锥形销由两段组成，前面一段为圆柱体，后面一段为圆锥体。自锁防盗螺母一端为盲孔，其孔内有内螺纹，在内螺纹里侧靠近盲端有一个直径大于内螺纹大径的内光孔。
使用时，通过自锁防盗螺母的拧入，自锁防盗螺母逐渐紧压锥形端面推动锥形销向盲圆孔内移动。由于十字槽的存在，圆锥体使自锁防盗螺栓螺纹尾部直径产生局部弹性或塑性变形，伸入内光孔内的部分的螺纹尾部端口外涨，螺母拧紧后形成连环锁紧现象，使螺母不能再从螺栓中拧出。
采用了这样的结构后，使螺纹连接副连接紧固具有高可靠的锁紧性能，可在振动等恶劣环境下使用，有效的解决了大规格螺纹连接副的自锁防松问题，并具有防盗功能。
制造螺栓、螺母、锥形销的材料为碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金、铜合金等能通过热处理提高其强度的金属材料。螺栓杆所适用的螺纹种类可以为机制螺纹类的公制、英制、美标、MJ螺纹等;螺栓杆的螺纹直径在M6-M30之间。
三、
实施方案
关于机房搬迁实施方案高中班级自主管理实施方案公交公司安全生产实施方案成立校园管乐队的实施方案中层管理人员竞聘上岗实施方案
1、产品标准制订起草阶段:因该产品在国内属于空白产品，所以必须要根据不同的用户需求，制订出供用户所选用的不同产品标准，例如:国内机械行业等产品用的自锁防盗紧固件必须要制订出碳钢、不锈钢等材料用的自锁防盗螺栓、螺母标准。出口产品用的自锁防盗紧固件必须要制订出英制、美标等螺纹形式的自锁防盗螺栓、螺母标准。
2、生产线购建规划阶段:加工本自锁防盗螺纹连接副需要配置的设备与普通紧固件制造企业所需设备相同:冷镦机数台;搓丝机、滚丝机数台;六角车床数台;铣床数台;模具加工、热处理、电镀可外协加工。对于小型企业如不想投资过大，也可采取螺栓、螺母外购后改制加工成型。
四、项目产品预计的经济效益及社会效益分析
投资效益
该自锁防盗螺纹连接副适用于任何螺纹连接需要防松自锁的地方，广泛应用于各种机械制造业、铁道、汽车、电力、厂矿、公益设施等领域中。由于加工工艺简单，可以在短时间内进行大批量加工生产。不但提高了螺栓、螺母自身的价值和性能，而且比起其它自锁方式和环槽铆钉的制造更加简单，特别适合于现有的紧固件生产厂家接产，在原有生产紧固件的基础上，只需要添加一台六角冲床，一台普通铣床在普通螺栓的基础上只需增加二道工序，即可生产出价值高于原产品50%以上的自锁产品，普通工人培训几天即可达到熟练操作水平，可以解决大量的工人就业问题。投入与产出比非常之大。具有极为广阔的市场前景及非常可观的经济效益。若能占领5%的国内紧固件市场，就能获得几千万元以上的利润，市场发展潜力巨大。
社会效益
螺纹紧固件虽小，但它的应用面极为广泛，涉及到国民经济的各个方面。为了保证螺纹紧固件的高可靠性能，螺纹锁紧主要还是在螺纹紧固时使用弹性垫圈和在螺栓头部、螺纹杆部打孔穿入钢丝等方法实现自锁。目前我国尚没有制订出一项自锁螺栓或自锁螺纹连接副产品的国家标准。加入世贸后我国的绝大多数产品都面临着升级换代时期，对高可靠性的螺纹自锁紧固件产品需求量极大。随着生活水平的提高，国内公益事业也在不断发展，目前我国各大城市电力设备、铁路设施、市区路灯、高速公路设施等被盗的情况愈来愈严重，国家用于被盗设施恢复、维修的费用逐年增高，市场非常需要即能快速安装又能防盗的紧固件产品。另外目前世界上发达国家由于劳动力升值，其紧固件市场纷纷转向发展中国家生产，世界紧固件市场需求量更大。由美国Nylok公司开发世界首创的世界性专利---全扭力型防松螺丝:在外螺纹上涂专用工程胶的螺纹自锁紧固件，在全世界有20多个分厂专门生产Nylok防松螺丝，产品覆盖全世界大多数国家，但它的缺点是不耐高温、抗腐蚀性差。
调质和渗碳的区别
渗碳:表面硬度提高,心部硬度变化不大
调质:整体硬度提高,需高温淬火,回火
调质是对于一类钢材料(调质钢)的一种热处理方式，也就是先淬火，再高温回火，达到一种既有一定的硬度又有一定的韧性，至于芯部的硬度要看什么材料了，象45钢淬透性不到15mm，如果直径在40以上调质后芯部的组织也不会有太大的改善，但对于38CrMoAl这样的材料就完全不同了，它的淬透性就要好的多了。
再谈渗碳，它是通过在热处理过程中对钢材料本身进行曾加碳(补进去一定量)的一个过程，渗碳层达到要求后再淬火和适当的回火，使渗碳钢这类材料具有较高的表面硬度和较适中的芯部硬度，也就是所说的“面硬度芯软”。
热处理名词解释
热处理名词解释
热处理方法
解 释
应 用
退火
?退火是将钢件 ( 或钢坯 ) 加热到临界温度 以上 30 ?— 50 ? 保温一段时间 , 然后再缓慢地冷下来( 一般用炉冷 ) 。
用来消除铸锻件的内应力和组织不均匀及晶料粗大等现象，消除冷轧坯件的冷硬现象和内应力，降低硬度，以便切削。
正火
正火也是将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间，然后用空气冷却，冷却速度比退火快。
用来处理低碳和中碳结构钢件及渗碳机件，使其组织细化，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能。
淬火
淬火是将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间，然后在水、盐水或油中(个别材料在空气中)急冷下来，使其得到高硬度。
用来提高钢的硬度和强度极限。但淬火时会引起内应力使钢变脆，所以淬火后必须回火。
回火
回火是将淬硬的钢件加热到临界点以下的温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却下来。
用来消除淬火后的脆性和内应力，提高钢的塑性和冲击韧性。
调质
用来使钢获得高的韧性和足够的强度，很多重要零件都是经过调质处理的。
表面淬火、
渗碳、渗氮
基本上都是使零件表层有高的硬度和耐磨性而心部保持原有的强度和韧性的热处理方法。
? 不同的钢号临界温度是不相同的 , 一般为 710~ 750 ? , 个别合金钢到 800 ? 或 900 ? 。
CO2激光切割工业应用及其关键技术
一、引言
CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中:对于中厚板采用氧乙炔火焰切割;对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。 CO2激光切割技术比其他方法的明显优点是:
(1)切割质量好。切口宽度窄(一般为0.1--0.5mm)、精度高(一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra为12.5--25μm)，切缝一般不需要再加工即可焊接。
(2)切割速度快。例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min;2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。 (3)清洁、安全、无污染。大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工;就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以
证明
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:CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。 九十年代以来，由于我国社会主义市场经济的发展，企业间竞争激烈，每个企业必须根据自身条件正确选择某些先进制造技术以提高产品质量和生产效率。因此CO2激光切割技术在我国获得了较快的发展。
二、CO2激光切割的工业应用
世界第一台CO2激光切割机是二十世纪七十年代的诞生的。三十多年来，由于应用领域的不断扩大，CO2激光切割机不断改进，目前国际国内已有多家企业从事生产各种CO2激光切割机以满足市场的需求，有二维平板切割机、三维空间曲线切割机、管子切割机等。国外知名企业有德国Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本Amada公司、MAZAK公司、NTC公司、澳大利亚HG Laser Lab公司等。目前国内能提供平板切割机的企业有上海团结普瑞玛公司、沈阳普瑞玛公司、济南捷迈公司、武汉楚天公司等。根据美国激光工业应用权威杂志“Industrial Laser Solution”2000年度报告统计:1999年全世界共销售的激光切割系统(主要是CO2激光切割系统)为3325台，共11.74亿美元。据不完全统计我国目前每年生产CO2激光切割机近100台，共1.5亿元人民币。虽然激光切割的发展趋势较快，但应用水平与发达国家相比差距较大。至2003年我国已在工业生产中使用的CO2激光切割系统累计已达500台左右，约占全世界正运行系统总量的1.5%。
CO2激光切割系统的购置着主要是两类单位:一类是大中型制造企业，这些企业生产的产品中有大量板材需要下料、切料，并且具有较强的经济和技术实力;另一类单位是加工站(国外称Job Shop)，加工站是专门对外承接激光加工业务的，自身无主导产品。它的存在一方面可满足一些中小企业加工的需要;一方面在初期对推广应用激光切割技术起到宣传示范的作用。1999年美国全国共有激光加工站2700家，其中51%从事激光切割工作。八十年代我国激光加工站主要从事激光热处理工作，九十年代后，激光切割及攻站逐步增加。在此基础上随着我国大中型企业体制改革的深入和经济实力的增强，越来越多的企业将采用CO2激光切割技术。
从目前国内应用情况分析，CO2激光切割广泛应用于<12mm厚的低碳钢板、<6mm厚的不锈钢板及<20mm厚的非金属材料。对于三维空间曲线的切割，在汽车、航空工业中也开始获得了应用。目前适合采用CO2激光切割的产品大体上可归纳为三类:
第一类:从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大，一般厚度<12mm的低碳钢、<6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有:自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。
第二类:装饰、广告、服务行业用的不锈钢(一般厚度<3mm)或非金属材料(一般厚度<20mm)的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。
第三类:要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出<0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能>0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。
国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。
(1)采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。
(2)为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，目前切割系统的切割速度已超过100m/min。
(3)为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在我国扩大CO2激光切割的工业应用领域，解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。
三、CO2激光切割的几项关键技术
CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件，必须掌握和解决以下几项关键技术:
1、焦点位置控制技术:
激光切割的优点之一是光束的能量密度高，一般>10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比，所以焦点光斑直径尽可能的小，以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小，焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅，透镜离工件太近容易将透镜损坏，因此一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割，有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢，焦深为焦距的+2%范围内，即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素，原则上<6mm的金属材料，焦点在表面上;>6mm的碳钢，焦点在表面之上;>6mm的不锈钢，焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:
(1)打印法:使切割头从上往下运动，在塑料板上进行激光束打印，打印直径最小处为焦点。
(2)斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动，寻找激光束的最小处为焦点。
(3)蓝色火花法:去掉喷嘴，吹空气，将脉冲激光打在不锈钢板上，使切割头从上往下运动，直至蓝色火花最大处为焦点。
对于飞行光路的切割机，由于光束发散角，切割近端和远端时光程长短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大，焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化，国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的装置供用户选用:
(1)平行光管。这是一种常用的方法，即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理，扩束后的光束直径变大，发散角变小，使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
(2)在切割头上增加一独立的移动透镜的下轴，它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的Z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时，光束从近端到远端F轴也同时移动，使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。如图所示。
(3)控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时，自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。 (4)飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时，使补偿光路增加，以保持光程长度一致。 2.切割穿孔技术:
任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法:
(1)爆破穿孔:(Blast drilling)
材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小与板厚有关，爆破穿孔平均直径为板厚的一半，因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大，且不圆，不宜在要求较高的零件上使用(如石油筛缝管)，只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。 (2)脉冲穿孔:(Pulse drilling)
采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率;更重要的时光束的时间和空间特性，因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。
在采用脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件:如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实，具体方法有以下三种: (1)改变脉冲宽度;
(2)改变脉冲频率;
(3)同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明，第(3)种效果最好。
3.喷嘴设计及气流控制技术:
激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应;同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此除光束的质量及其控制直接影响切割质量外，喷嘴的设计及气流的控制(如喷嘴压力、工件在气流中的位置等)也是十分重要的因素。
目前激光切割用的喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小圆孔(如图)。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换，因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn(表压为Pg)的气体，称喷嘴压力，从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力Pc，最后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加，气流流速增加，Pc也不断增加。可用下列公式计算:
V=8.2d2(Pg+1)
V-气体流速 L/min
d-喷嘴直径mm
Pg-喷嘴压力(表压)bar
对于不同的气体有不同的压力阈值，当喷嘴压力超过此值时，气流为正常斜激波，气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度(n)两因素有关:如氧
气、空气的n=5，因此其阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2时(Pn>4bar)，气流正常斜激波封变为正激波，切割压力Pc下降，气流速度减低，并在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴，其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。
为进一步提高激光切割速度，可根据空气动力学原理，在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波，设计制造一种缩放型喷嘴，即拉伐尔(Laval)喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500WCO2激光器，透镜焦距2.5〃，采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验，见图4。试验结果如图5所示:分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下，切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。从图中可以看出NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa(或4bar)时切割速度只能达到2.75m/min(碳钢板厚为2mm)。NO4、NO5二种拉伐尔喷嘴在Pn为500Kpa到600Kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。
应指出的是切割压力Pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射，使切割压力呈周期性的变化。
第一高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力Pc大而稳定，是目前工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力Pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与聚焦光束难以匹配而无法采用。
综上所述，CO2激光器切割技术正在我国工业生产中得到越来越多的应用，国外正研究开发更高切割速度和更厚钢板的切割技术与装置。为了满足工业生产对质量和生产效率越来越高的要求，必须重视解决各种关键技术及执行质量标准，以使这一新技术在我国获得更广泛的应用。
单晶金刚石刀具研磨工艺及影响因素
1 金刚石刀具的研磨方法
单晶金刚石刀具的制造工序一般包括选料、定向、锯割、开坯、装卡、粗磨、精磨和检验。将选定的金刚石原石经定向后沿最大平面锯割开，可得到两把刀具的坯料，这样既能提高金刚石材料的利用率，又可减少总研磨量。通过开坯可使刀具形状达到装卡(镶嵌或钎焊)要求。开坯和粗、精磨加工均采用研磨的方法。
金刚石的研磨加工在铸铁研磨盘上进行。研磨盘的直径约为300mm，由材料组织中孔隙的形状、大小和比例均经过优化的研磨金刚石专用高磷铸铁制成。研磨盘的表面镶嵌有金刚石研磨粉，其颗粒尺寸可从小于1µm直到40µm。粗颗粒的金刚石粉具有较高的研磨速率，但研磨质量较差，因此粗磨时一般采用粗粉，而精磨时则采用尺寸小于1µm的细粉。研磨前，首先将金刚石粉与橄榄油或其它类似物质混合成研磨膏，然后涂敷在研磨盘表面，放置一段时间使研磨膏充分渗入研磨盘的铸铁孔隙中，再用一较大的金刚石在研磨盘表面进行来回预研磨，以进一步强化金刚石粉在铸铁孔隙中的镶嵌作用。研磨时，一般将被研磨的金刚石包埋在锡斗中，只露出需研磨的面。研磨时的研磨盘转速约为2500r/min，研磨压力约为1kg/mm2。
金刚石的研磨与其它刀具材料的加工有很大区别，其研磨机理至今尚未得到令人信服的阐释，影响研磨质量的因素也是多方面的。下面就金刚石刀具研磨的一些工艺问题进行讨论。
2 磨削量的影响因素
通过实验发现，磨削量与研磨条件的关系为 V=kv式中 V——研磨体积 k——磨削率 v——磨削速度 p——研磨压力此外，金刚石的磨向、磨料的粒度、磨粒在铸铁孔隙中的镶嵌状况等因素也会改变磨削率的大小，从而影响磨削量。
3 研磨质量的影响因素
金刚石硬度高、脆性大，研磨时虽然刀具表面粗糙度较易保证，但刀刃容易出现崩口，刀刃锯齿度不易降低。超精密加工要求刀具刃口在500倍显微镜下观察无崩口，因此需要从各方面优化研磨过程，以获得平直完美的刀刃
研磨粉粒度和研磨盘表面状态对研磨质量的影响
可以看出，由于粗粉对刀刃的冲击性较大，研磨后刀刃锯齿度也较大，基本上难以研磨出无崩口的刀刃;而采用细粉时，经过几分钟的研磨后刀刃即变得平直，锯齿度趋向于零。
新制造的研磨盘因加工精度的限制，其盘面不平度较大，对于研磨的稳定性有一定影响。此外，刚涂敷在盘面上的磨粒本身的等高性也较差。经过一段时间的研磨后，盘面上的高点被研平，磨粒中的较大颗粒也被打碎或铲离盘面，从而使磨粒的等高性得到改善，刀刃锯齿度稳定减小。所以对于金刚石刀具的开刃或精磨等关键工序，必须在稳定的研磨盘盘面上进行。
由于研磨过程中磨粒会被不断打碎或损失，若不及时加以补充，将导致因盘面磨粒密度不够而使金刚石直接与铸铁接触，不但会影响刀具研磨质量，还会因金刚石的挤刮作用破坏或堵塞盘面上的孔隙，从而降低研磨盘的使用寿命。因此，在研磨过程中需要经常向盘面添加新的研磨膏。
此外，在涂粉之前对研磨盘盘面的预处理也至关重要，一般需用油石或较粗的SiC研磨粉对盘面进行推磨，以去除车削沟纹，提高盘面的平整性。通过用各种油石和SiC粉研磨盘面的比较试验，发现用TL280ZY1油石推磨盘面1小时后再涂以W1细金刚石粉，可获得最理想的研磨盘面，此时盘面达到稳定的时间最短，研磨后的刀刃锯齿度最小。而采用游离的SiC研磨粉则容易堵塞盘面上的孔隙，使金刚石粉难以大量而牢固地镶嵌于研磨盘上。
刃磨角对研磨质量的影响
刃磨角q是研磨的线速度方向与刀刃的夹角。当q>0?时，研磨方向从刀体指向刀刃，称为顺磨;当q<0?时，研磨方向从刀刃指向刀体，称为逆磨。图2所示为刀刃锯齿度与刃磨角的关系。由于金刚石的抗拉强度极高，顺磨时，刀刃承受拉应力，因此磨后锯齿度较小;逆磨时，刀刃承受压应力，因此磨后锯齿度较大。从图2可看出，当q大于且接近于0?时刀刃可获得最小的锯齿度，此时刃口处的应力方向与刀刃基本平行,而刀刃在此方向上有最高的抗拉应力强度。平行于刀刃研磨的另一个好处是刀面的磨痕也与刀刃平行，在切削加工中不会复映到已加工表面，有助于提高切削加工质量。
盘面端跳和机床振动对研磨质量的影响
研磨盘面的端跳和机床的振动会引起研磨时盘面对刀刃的冲击，从而破坏刀刃的平直性，其中尤以盘面端跳的影响更为直接，这是因为由端跳引起的冲击方向垂直于盘面。图3和图4分别为刀刃锯齿度与盘面端跳和机床振动的关系。从图中可见，盘面端跳和机床振动对刀刃锯齿度的影响都分别存在一个临界值，当小于临界值时，刀刃锯齿度趋向于零;而当大于临界值时，刀刃锯齿度急剧上升。
为了减小盘面端跳，在用油石研磨盘面时，应同时检测盘面的端跳情况，并尽可能通过研磨消除端跳。然后还需进行研磨盘的在线动平衡，以减小运转时因机构不平衡而产生的振动。
端跳和振动还与研磨机的精度及减振性能有关。传统的木制顶尖研磨机因顶尖与转轴之间需要垫以纤维衬垫，同时由于木材刚性的限制，会导致研磨盘在高速旋转时产生0.05,0.1mm的动态跳动;此外，木材和纤维物质的耐热性差，在高速滑动条件下很容易磨损而使转轴与顶尖之间产生间隙，因此需要经常调整间隙、更换衬垫或木制顶尖。由于使用此类设备时不稳定因素较多，只有在设备状态最佳的某些不长的时间段内才能研磨出基本合格的天然金刚石刀具，即使是技术熟练的操作人员，也只能达到30%,50%的加工合格率。
静压空气轴承的精度高于0.5µm，旋转平稳，且承托主轴的高压空气具有较强的吸振能力。所以采用静压空气轴承的研磨机即使研磨刀刃楔角只有45?的金刚石刀具，也能获得完美无缺的刀刃。对于一般的民用金刚石刀具，基本上可以达到100%的加工合格率。
偏向角对研磨质量的影响
偏向角w是在金刚石的被研磨面上实际研磨方向与最好磨方向之间的夹角。对于(110)面，当在最好磨方向(w=0?)研磨时，金刚石表面非常光洁，且表面有较大起伏，这是因为在最好磨方向上，研磨盘面的不平度在金刚石表面得到了充分复映;当w=45?时，金刚石表面仍然相当光洁，但起伏程度变小，并出现细小沟痕;当w=60?时，金刚石表面产生密集的深沟，研磨速率变得很低;在最难磨方向，金刚石表面充满一个个凹坑，研磨速率基本为零。w<45?的区域均可认为是好磨方向，可以获得光洁的表面。对于(100)面，其好磨区域为w<15?。在好磨区域内锯齿度趋向于零，当w>45?后，刀刃上迅速出现较大崩口。对于(100)面同样可得到类似结果。
偏向角对表面质量的影响规律还可用于判断金刚石的最好磨方向，因为在最好磨方向研磨时，金刚石表面光亮且有较大起伏。
综上所述，金刚石刀具的研磨质量对各种加工条件都相当敏感，特别在研磨小刀刃楔角的金刚石刀具(如眼科手术刀、光纤切割刀和生物切片刀等)时尤其如此。因此，在研磨时必须仔细处理研磨盘表面，使用极细的金刚石研磨粉，找到最好磨方向，并采用精度高、运转平稳且振动小的研磨机床(如空气静压轴承研磨机)，在保证各种加工条件处于较理想状态时，即可研磨出无崩口、刀刃锯齿度小的高质量金刚石刀具。
车切基本知识
一、车刀材料
在切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度。因此，刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性，还需具有高的耐热性(红硬性)，即在高温下仍能保持足够硬度的性能。
常用车刀材料主要有高速钢和硬质合金。
1.高速钢
高速钢又称锋钢、是以钨、铬、钒、钼为主要合金元素的高合金工具钢。高速钢淬火后的硬度为HRC63,67，其红硬温度550?,600?,允许的切削速度为25,30m/min。
高速钢有较高的抗弯强度和冲击韧性，可以进行铸造、锻造、焊接、热处理和切削加工，有良好的磨削性能，刃磨质量较高，故多用来制造形状复杂的刀具，如钻头、铰刀、铣刀等，亦常用作低速精加工车刀和成形车刀。
常用的高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2两种。
2.硬质合金
硬质合金是用高耐磨性和高耐热性的WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)和Co(钴)的粉末经高压成形后再进行高温烧结而制成的，其中Co起粘结作用，硬质合金的硬度为HRA89,94(约相当于HRC74,82)，有很高的红硬温度。在800,1000?的高温下仍能保持切削所需的硬度，硬质合金刀具切削一般钢件的切削速度可达100,300m/min，可用这种刀具进行高速切削，其缺点是韧性较差，较脆，不耐冲击，硬质合金一般制成各种形状的刀片，焊接或夹固在刀体上使用。
常用的硬质合金有钨钴和钨钛钴两大类:
(1)钨钴类(YG)
由碳化钨和钴组成，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。
常用牌号有YG3、YG6、YG8等，后面的数字表示含钴量的百分比，含钴量愈高，其承受冲击的性能就愈好。因此，YG8常用于粗加工，YG6和YG3常用于半精加工和精加工。
(2)钨钛钴类(YT)
由碳化钨、碳化钛和钴组成，加入碳化钛可以增加合金的耐磨性，可以提高合金与塑性材料的粘结温度，减少刀具磨损，也可以提高硬度;但韧性差，更脆、承受冲击的性能也较差，一般用来加工塑性材料，如各种钢材。
常用牌号有YT5、YT15、YT30等，后面数字是碳化钛含量的百分数，碳化钛的含量愈高，红硬性愈好;但钴的含量相应愈低，韧性愈差，愈不耐冲击，所以YT5常用于粗加工，YT15和YT30常用于半精加工和精加工。
二、车刀的组成及结构形式
1.车刀的组成
车刀由刀头和刀体两部分组成。刀头用于切削，刀体用于安装。刀头一般由三面，两刃、一尖组成。
前刀面 是切屑流经过的表面。
主后刀面 是与工件切削表面相对的表面。
副后刀面 是与工件已加工表面相对的表面。
主切削刃 是前刀面与主后刀面的交线，担负主要的切削工作。
副切削刃 是前刀面与副后刀面的交线，担负少量的切削工作，起一定的修光作用。
刀尖 是主切削刃与副切削刃的相交部分，一般为一小段过渡圆弧。
2.车刀的结构形式
最常用的车刀结构形式有以下两种:
(1)整体车刀 刀头的切削部分是靠刃磨得到的，整体车刀的材料多用高速钢制成，一般用于低速切削。
(2)焊接车刀 将硬质合金刀片焊在刀头部位，不同种类的车刀可使用不同形状的刀片。焊接的硬质合金车刀，可用于高速切削。
三、车刀的主要角度及其作用
车刀的主要角度有前角(γ0)、后角(α0)、主编角(Kr)、副偏角(Kr’)和刃倾角(λs)。
为了确定车刀的角度，要建立三个坐标平面:切削平面、基面和主剖面。对车削而言，如果不考虑车刀安装和切削运动的影响，切削平面可以认为是铅垂面;基面是水平面;
当主切削刃水平时，垂直于主切削刃所作的剖面为主剖面。
(1)前角γ0在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利，便于切削。但前角不能太大，否则会削弱刀刃的强度，容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时，
前角可选大些，如用硬质合金车刀切削钢件可取γ0=10,20，加工脆性材料，车刀的前角γ0应比粗加工大，以利于刀刃锋利，工件的粗糙度小。 (2)后角α0在主剖面中测量，是主后面与切削平面之间的夹角。其作用是减小车削时主后面与工件的摩擦，一般取α0=6,12?，粗车时取小值，精车时取大值。 (3)主偏角Kr在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。其作用是:
1)可改变主切削刃参加切削的长度，影响刀具寿命。
2)影响径向切削力的大小。
小的主偏角可增加主切削刃参加切削的长度，因而散热较好，对延长刀具使用寿命有利。但在加工细长轴时，工件刚度不足，小的主偏角会使刀具作用在工件上的径向力增大，易
产生弯曲和振动，因此，主偏角应选大些。
车刀常用的主偏角有45?、60?、75?、90?等几种，其中45?多。
(4)副偏角Kr’在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。其主要作用是减小副切削刃与已加工表面之间的摩擦，以改善已加工表面的精糙度。 在切削深度ap、进给量f、主偏角Kr相等的条件下，减小副偏角Kr’，可减小车削后的残留面积，从而减小表面粗糙度，一般选取Kr′=5,15?。 (5)刃倾角入λs 在切削平面中测量，是主切削刃与基面的夹角。其作用主要是控制切屑的流动方向。主切削刃与基面平行，λs=0;刀尖处于主切削刃的最低点，λs为负值，刀尖
强度增大，切屑流向已加工表面，用于粗加工;刀尖处于主切削刃的最高点，λs为正值，刀尖强度削弱，切屑流向待加工表面，用于精加工。车刀刃倾角λs，一般在-5-+5?之间选取。 四、车刀的刃磨
车刀用钝后，必须刃磨，以便恢复它的合理形状和角度。车刀一般在砂轮机上刃磨。磨高速钢车刀用白色氧化铝砂轮，磨硬质合金车刀用绿色碳化硅砂轮。
车刀重磨时，往往根据车刀的磨损情况，磨削有关的刀面即可。车刀刃磨的一般顺序是:磨后刀面?磨副后刀面?磨前刀面?磨刀尖圆弧。车刀刃磨后，还应用油石细磨各个
刀面。这样，可有效地提高车刀的使用寿命和减小工件表面的粗糙度。
刃磨车刀时要注意以下事项:
(1)刃磨时，两手握稳车刀，刀杆靠于支架，使受靡面轻贴砂轮。切勿用力过猛，以免挤碎砂轮，造成事故。
(2)应将刃磨的车刀在砂轮圆周面上左右移动，使砂轮磨耗均匀，不出沟槽。避免在砂轮两侧面用力粗磨车刀，以至砂轮受力偏摆，跳动，甚至破碎。 (3)刀头磨热时，即应沾水冷却，以免刀头因温升过高而退火软化。磨硬质合金车刀时，刀头不应沾水，避免刀片沾水急冷而产生裂纹。 (4)不要站在砂轮的正面刃磨车刀，以防砂轮破碎时使操作者受伤。
超硬刀具的刀刃知识
聚晶金刚石和立方氮化硼切削材料由于硬度非常高，因此使用它们的刀具的刀刃需要经过特殊处理。刀刃的结构要与选用的切削材料以及被切削材料相适应，这对于刀具的稳定性
和延长使用寿命都是至关重要的。
一般的，我们推荐使用我们的标准刀刃结构:聚晶金刚石为尖锐角结构 (F)，立方氮化硼为倒棱钝圆结构 (S)。
当然，不同的切削加工工艺对刀具的要求也会不同，通常需要进行一定的技术测试才能获得符合相应加工工艺的刀具。这一方面您可以和我们的技术服务部门取得联系，他们会为
您提供最佳的解决方案。
标准聚晶金刚石尖锐角结构 (F)
使用聚晶金刚石切削加工铝和其他非铁金属时，推荐使用尖锐角结构的刀刃。这样可显著减小切削加工时刀具受到的压力。
钝圆结构 (E)
钝圆可减小刀刃折断的危险。在特定的情况如切削深度较浅进刀较小时，应首选钝圆结构。
倒棱结构 (T)
倒棱增大了刀刃的棱角，使得立方氮化硼刀刃变得更为稳固。但切削加工时刀刃受到的压力也会增大。
标准立方氮化硼倒棱钝圆结构 (S)
如果切削加工工艺对刀刃要求相当高，且加工条件要求非常稳定，那么倒棱和钝圆这对组合就是最佳的选择:在不增大刀刃棱角的情况下，钝圆结构可以进一步防止刀刃折断。 圆角半径
要获得刀具刃角较好的稳定性，可靠的进刀和良好的工件表面光洁度，刀刃圆角半径的选择至关重要。在稳定性和加工工件允许的前提下，刀刃圆角半径原则上越大越好。 预加工
根据不同的进刀，预加工时建议保证如下的刀刃圆角半径:
半径 r > 1,6 x 进刀 f
针对C型和S型刀片
半径 r > 2,5 x 进刀 f
针对D 型和 T型刀片
主偏角为75 - 105?时，最大进刀的参考值。
( 提示:如果加工条件允许可以选用较大的进刀值，否则应选用较小的进刀值和刀刃圆角半径，特别是在出现震动的时候。大的圆角半径一半用于切削铸铁，冷硬铸铁和不连续切面。) 精加工
精加工对工件的精度和表面光洁度都有特殊要求。车削时，要近似计算期望的表面光洁度，按进刀为f> 0,1毫米，使用下列公式，可获得每次切削产生的工件表面理论峰谷高度: Rth=125xf2/r[my] 半径 进刀f下的理论峰谷高度 Rth (my)
0.05 0.10 0.12 0.16 0.20 0.25 0.32
0.4 0.8 3.2 4.5 8.0 12.5 20.0 -
0.8 0.4 1.6 2.2 4.0 6.3 10.0 16.0
1.2 0.3 1.0 1.5 2.8 4.2 6.3 10.7
1.6 0.2 0.8 1.1 2.0 3.2 5.0 8.0
Pinnacle系列超硬(PCD&PCBN)刀具磨床，主要适用于生产、修磨超硬(聚晶金刚石或钻石PCD、立方氮化硼PCBN)刀具，同时也适用于生产修磨高精度硬质合金刀具;产品
的用户涉及刀具制造与修磨、航空航天、军工、汽车摩托车制造、精密仪器、设备制造、科研院所等行业。
磨床采用高强度铸铁一体成型，可承受高压负荷，稳定性优良，气动式进给，横压磨削，工作台及砂轮采用强力滑轨，适用于重力切削与精密研磨;砂轮心轴采用大型斜角滚珠轴
承，使用时旋转快速平稳，保障了刀具刃口和刀尖圆弧的精度。并且不停机可测量精度。
Pinnacle系列超硬(PCD&PCBN)刀具磨床， 6种不同配置的型号，以满足不同客户的需求。
配置光学投影仪;CCD摄像监控系统;旋转编码器;伺服电机。投影仪屏直径150mm，放大倍数为20,50倍，加工与测量一体化， 可满足超硬刀具生产商和超硬刀具的修磨服务
商的使用。
快速识别丝锥的优、劣的方法
现市场上的丝锥牌号很多很多,因使用材质的不同，同规格的价格也相差很多,让购买者犹如雾里看花,不知买哪个好,以下教你几个简单的方法:
购买时(因无检测设备，无槽丝锥除外)可以简单检测(M6为例):
1;看丝锥槽前端螺纹铲磨(倒角)是否均匀，切削槽刀口是否有快口,好的呈正7字型，不好的呈倒7字或U字形(退出丝攻时会造成两次切削，易断裂而且影响螺纹的精度);
2;检测热处理情况:拔丝锥向空中呈抛物线(5米左右) 平落下是否断裂,断说明脆性大;
3;敲断丝锥，看它断口是斜长，断口里的分子颗粒(金相组织10.5#)细结，说明热处理及材质是好的，平的或斜得短,分子颗粒(金相组织)粗则不好。
对于丝锥的好坏主要取决于它的原始材质，热处理，槽型，精度，设备，转速及被加工材质，硬度，操作员工的素质等等，多有关系的～选用丝锥时，对丝锥的原始材质，热处
理，槽型要特别留意，针对不同的加工孔，建议选择不同类型的丝锥～
补充几点，从外观上看:
1.有否发黑，发黄，烧伤的痕迹
2.刃口前角是否平直，有无负道棱或者台阶
3.标志是否清析，符合有关规定
另外丝锥加工不同的材料，不同的机床还要区分丝锥的精度，角度等，另外其他参数都要适合工件要求(
整体自动平衡系统 刀具平衡新方法
随着高速切削加工的不断普及，刀具的平衡越来越成为一个关键的问题，它关系到加工的效率、运行的安全性和机床主轴的寿命。
现在常用的刀具平衡方法有:从结构设计上避免不平衡;用钻(铣)的方法在刀柄上去重;附加一个配重;设置径向可调的平衡螺钉;还有通过转动一对可调的平衡环来平衡刀具。
所有这些方法都存在一个共同的问题，即必须与平衡仪配套使用，这就增加了购置设备的费用，需要相当长的平衡时间;而且平衡的对象只局限于刀具和刀柄的组件，没有考虑机床主轴
存在的不平衡以及刀具装入机床主轴时由于安装的不同心引起的不平衡.为了克服上述平衡方法存在的问题，必须提出新的平衡概念并开发新的平衡方法。为此，Kennametal ;Hertel公司推出了一种整体自动平衡系统，即用电磁技术把切削刀具与机床主轴作为整体进行自动平衡(称为整体自动平衡系统 ;TABS-Total ;Automatic ;Balancing ;System。它能实现刀具在装入机床主轴后，与主轴一起在机床上自动进行平衡。平衡时刀具与主轴一起以工作的转速旋转，整个平衡过程不超过2秒。这种机上平衡方法实现了包括由刀具、刀柄和机床主轴组成的整个旋转系统的平衡。
这种平衡方法只要在现有的机床上配置kennametal/Baadyne电磁平衡系统，并采用Kennametal;Hertel公司的电磁平衡刀柄就可实现整个旋转系统的平衡。
系统的原理和构成
工作时，两个测量振动的传感器安装在机床主轴的外壳上，测量机床主轴在两个平面上的振动。控制器处理来自主轴外壳上振动传感器和来自刀柄上平衡环位置的信号，借助这三个信号，控制器能测出主轴的转速，相位角和平衡环的位置，并将它们的值显示出来。
为了减少振动，控制器首先执行一个自动平衡程序:用一个允许的额定值去比较从机床主轴上测得的振动值，然后，控制器发出传输能量的脉冲信号，帮助调平衡的转子(平衡环)转动到经控制器计算后的位置;最后通过反复的测量、比较与调整，逐渐逼近并最终达到允许的额定值。
刀柄上可转动的平衡环是两个配重的转子，改变两者的相对位置可使整个不平衡得到校正。通常状态下这两个转子由永久磁铁保持在某一位置上，既使非常大的转速变化或剧烈振动也不能改变它们的位置，只有在相应的程序指令下才改变其位置。
在这个系统里还有一个调节架，内部装有与刀柄平衡环位置相对应的线圈环，相当于定子。使用时，它被装在机床工作台上，处于机床主轴行程可达到的范围内，但又不妨碍加工过程和换刀。
平衡过程
为了达到平衡，装有平衡环的刀柄(具)进入调节架里，控制器进行主轴的转速、相位角、平衡环初始位置的非接触式测量。然后，控制器执行一个自动平衡程序，计算刀柄上平衡环的位置。接着控制器发出传输能量的脉冲，从固定的调节架线圈上无接触地把能量传到配重的平衡环上，利用所产生的磁力改变两平衡环的相对位置，达到平衡的效果。
平衡调整可在2秒内完成，而主轴仍以工作速度旋转着。控制器重复执行测量和调整循环，直至达到所要控制的平衡值。
控制器通过标准的切削参数输出/入口或RS232串行口与机床数控系统进行通讯，借助在线识别和自适应控制参数，能使机床主轴—刀具很快达到一个合理的平衡质量。控制器能通过改变参数精确地设置系统的工作方 控制器可以与控制加工的软件同时应用，实时显示有关的数据和图形，如主轴的转速、振动的大小、配重的角位置、平衡修正向量、振动报警和故障信号。此外，该系统还具有用鼠标控制平衡系统以及用手调节平衡重量的位置的功能。
实际效果
采用电磁方法平衡刀具和主轴实现了在机床上按转速大小和主轴——刀具的重量，以0.4,1的级差进行等级为G的平衡调节。这个平衡方法由于减少了高速下刀具的不平衡量，从而提高了加工的精度及表面质量，延长了刀具寿命和保持了机床主轴的精度，它与现有的平衡方法相比是一个创新。
高精度磨削 CBN砂轮的选择和实际范例
1 引言
磨削加工是人类最古老加工手段之一，随着工业的发展，特别是硬金属的加工，它是不可缺少的加工手段。在上世纪八十年代，发达的西方国家CN机床和机床加工中心高速发展，高速主轴和硬质刀具的应用，磨床加工与其相比也就显得加工成本昂贵了。但是随着磨削技术的发展，磨具也进一步得到改进。通过创新可供使用的磨料质量、改进组织结构以及采用新结合剂系统使磨具从根本上提高生产效率。超硬材料CBN发明，作为磨料用于砂轮的制造，不但能有效率的加工较硬的钢材(HRc 45-65)，并使砂轮的耐用度成倍的提高。特别是以德国Krebs & Riedel公司(珂萡石•雷德乐)为代表的，在上世纪八十年代中期，研发出的陶瓷结合剂的CBN砂轮，尤其是在修正修锐上的技术突破，可以说它是磨削模具的一次革命。陶瓷结合剂的CBN砂轮的研发成功，反过来对生产磨床的厂家提出了技术参数，生产适应CBN砂轮性质的磨床。这样磨床生产厂商和砂轮生产厂商共同开发的数控多轴磨床，大大的提高了加工生产效率和降低了生产成本，使这古老加工工艺又发挥了新的光彩。
2 CBN砂轮的分类
CBN磨料制作的砂轮，根据不同的加工工艺和所用不同成分的结合剂可分以下四种。它们的性质和用途(指的机械加工用途)也有所不同。
(1)电镀CBN/金刚石砂轮
砂轮的生产工艺简单，生产成本低。成型简单但是只有一层镀层，不能修正，在加工过程中，较难知道，何时磨层受损。适用于小批量的机械加工和几何图形复杂成型磨加工用和作为修正滚轮用。
(2)烧结式CBN/金刚石砂轮
硬度大和密度高，加工成高精度的修正滚轮，成本高。主要用于作砂轮的修正滚轮和大批量的超硬材料的加工。
(3)树脂CBN/金刚石砂轮
砂轮的生产工艺简单，生产成本低。成型简单但是不好修正整型。用于多型状小批量的加工。如工具磨和刀具的加工，和玻璃的加工。
(4)陶瓷结合剂的CBN/金刚石砂轮
加工工艺和结合剂的配方被少数外国厂家掌握，如刚进入中国市场的德国Krebs & Riedel公司，世界最大的磨料模具集团圣戈班手下的WINTER公司，奥地利的TYROLIT公司，德国的Wendt公司和瑞士的WINTERTHUR。国产的陶瓷结合剂的CBN/金刚石砂轮近期也有所突破。陶瓷结合剂的CBN/金刚石砂轮具有磨削力强，高速加工不烧伤工件，可修正和并且耐用等优点，是目前最理想的高速，高效和高精度的磨削工具。用以下工作的实例作为范例，与同行同事共同讨论砂轮的应用。
3 应用实例
采用CBN砂轮磨削轿车凸轮轴 在Hauser磨床上进行坐标磨削 采用CBN砂轮进行强力切槽磨削
任务:给定的调节参数下提高
耐用度
描述:用户在使用比较中指出
CBN砂轮耐用时间太短。
技术数据:
工件: R4柴油发动机轿车凸轮轴，材质为灰铸铁，加工余量约0.25mm
磨床:Fortuna FNH2 D350
冷却液: 矿物油组分乳浊液
砂轮:KREBS&RIEDEL
CBN砂轮两件一组，
250×19×127mm
特性:4B 126/9 X13VP6340-150
修整器:金刚石辊
参数:
砂轮速度Vc:60m/s
最大横向进给ae:0.05mm
最大相应单位时间切削量Qw’:10mm3/mm*s
循环次数ia:13，1周期
接触时间/凸轮tkn:15s
结论:
修整间隔为, 加工300个轴
表面粗糙度均衡的保持在3.5,4.5µm之间,
耐用度比竞争产品高3倍,
接到长期订购合同单 任务:提高每单位时间切削, 加工量
描述: 在较小的切削压力下，来提高金属磨削量。
技术数据:
工件: 切削罩128x100x49mm
磨床:Hauser S35 CNC
冷却液: 喷枪切割油
砂轮:KREBS&RIEDEL
形式1A8W 硬质合金把柄10x10x6mm
特性:4B 151X26V8118-150
修整器:旋转叶片式修整器MK0
参数:
砂轮速度vc:30m/s
进给速度 Vw:120mm/min
横向进给ae:0.1mm
结论:
节省时间20,, 工件质量保持不变，,
任务:给定的调节参数下优化砂轮
磨损性能
描述: 目前与所有竞争产品进行比较试验。耐用度为每套砂轮组加工约17000个零件。
技术数据:
工件: HSS1.3343, 64Hrc开槽 削，圆形零件加工4个槽每个90º槽:b=8.75mm;t=6.5mm;l=28mm以分度头夹紧。
磨床:Blohm Profimat
CNC-专用磨床
冷却液: 矿物油组分浓缩乳浊液;通过优化的冷却液喷嘴供给(pe 10bar，Q200 l/min)
砂轮:KREBS&RIEDEL
CBN砂轮两件一组，
形式14A1 400x15x127mm
X=5mm，U=8.75m
特性:4B 126/3X22VP7336-125
修整器:电镀涂层金刚石型辊，半径5mm
参数:
砂轮速度vc:80m/s
进给速度 Vw:200mm/min
横向进给ae:6.5mm
最大相应单位时间切削量Qw’:22mm3/mm*s
结论:
提高耐用度, >100,
用户评价最好的砂轮,
接到长期订购合同单,
由此看见，对于耗材产品一定要用性价比而不能只看价格。作为大批量，质量稳定的生产，不可忽略的参数――时间:即效率的提高和废品率降低，所带来的经济效益。由此说
明其磨削生产的成本低。
4 结论
在发达的工业国家，对于大批量，高精度的磨削加工，其加工件硬度HRc大于45，基本上都用陶瓷CBN砂轮磨削。它被广泛的用在汽车的主要零件上如凸轮轴，曲轴，变速箱
的齿轮轴和齿轮，轴承和刹车片。用在机床的精密加工件如导轨，丝杠和电机轴的磨削。印刷机零件的磨削，使其精度达到尺寸的0,3-0,5微米。CBN陶瓷砂轮用于轧钢辊轮的磨削加工
和在航空(
由于CBN陶瓷砂轮的生产周期较长，所以用者一定要有计划定购。好的生产厂商是根据用户的生产工艺和工件的技术参数来配制砂轮。 不锈钢难加工的原因及解决方案
众所周知，不锈钢也有很多的分类，大多数的加工厂家都有一致的同感:不锈钢难以加工。 其实其原因不外乎以下几点:
1:加工硬度致使刀具磨损较快，又很难排屑。
2:低热传导性引起切销刃的塑性变形和刀具磨损较快。
3:积屑瘤容易造成徽小块粉屑留在切销刃上，并引起不良加工表面。
4:刀具与被加工材料之间化学关系造成加工硬化和被加工材料的低热传导性，不但容易造成不寻常的磨损，而且会刀具崩刃和不正常的破裂。 现有以上加工难题的解决方案如下:
A:使用具有高热传导性的刀具。
B:锋利的切削刃边线:断屑槽刃带较宽，可减少切削压力，这样就能很好地控制排屑。
C:最佳的切削条件:不适当的加工条件会降低刀具使用寿命。
D:选择适当的刀具:不锈钢用刀具应该具有很优秀的韧性，切削刃强度和涂层膜的结合力也要比较高 。 不锈钢的编号和表示方法
? 用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量，如:中国、俄国 12CrNi3A ? ?用固定位数数字来表示钢类系列或数字;如:美国、日本、300系、400系、200系; ? ?用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。
? 我国的编号规则
? ?采用元素符号
? ?用途、汉语拼音，平炉钢:P、 沸腾钢:F、 镇静钢:B、甲类钢:A、T8:特8、GCr15:滚珠 ? ?合结钢、弹簧钢，如:20CrMnTi 60SiMn、(用万分之几表示C含量)
? ?不锈钢、合金工具钢(用千分之几表示C含量)，如:1Cr18Ni9 千分之一(即0.1%C),不锈 C?0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C?0.03% 如0Cr17Ni13Mo
? 国际不锈钢标示方法
? 美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中:
? ?奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，
? ?铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、 304、 316以及310为标记， ? ?铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢 是以410、420以及440C为标记，双相(奥氏体,铁素体)，
? ?不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。
磨削加工中砂轮堵塞过程及机理的研究
? 磨削加工是一种历史悠久、应用广泛的金属切削方法。在国内，目前主要应用在传统刀具难以切削的硬质材料以及精度、表面质量要求高的零件的加工。随着大量新材
料的出现和应用 以及科学技术发展所带来的对零件精度、质量的新要求，磨削加工应用的增长幅度远超过其他传统加工方法。在国外，磨削加工已广泛地应用在毛坯直
接加工，在很多方面取代了传统 的切削方法，磨床的数量也达到机床总数的60,左右。磨削加工中，不仅磨粒的尺寸、形状和分布对加工起着重要作用，往往在加工韧
性金属时，出现砂轮的急剧堵塞钝化，导致砂轮 寿命过早结束，要避免砂轮堵塞钝化和由此产生的不利影响，研究砂轮的堵塞机理、过程十分有必要。 ? 一、磨屑的形成磨削过程是一个复杂的多因素、多变量共同作用的过程，其目的是通过切除一定量的工件材料获得较高表面质量和精度。砂轮是一个由磨料、结合剂
经压坯、干燥、烧结而成的疏松体 ，其中的单个磨粒就是一把微小的切削刃，有很大的负前角和刃口钝圆半径。高速运动的磨粒经过滑擦、耕犁后切入工件。切削层材
料有明显的沿剪切面滑移后形成的短而薄的切屑， 这些磨屑在磨削区内被加热到很高的温度(如中碳钢材料可达到1200K以上)，然后被氧化和熔化，随后固化成微粒球
体，在球体面上还有某些叉枝，这种球状磨屑是一种主要磨屑形式 。磨削不锈钢Cr20Ni24Si4Ti时，通过扫描电子显微镜，发现大量球状磨屑，当然还伴随着带状、节
状磨屑以及灰烬，这些磨屑有不少部分将会填充到砂轮气孔中，依附在磨料的四周 ，引起砂轮的堵塞，导致磨削精度下降，烧伤工件，缩短砂轮寿命。 ? 二、砂轮堵塞的类型和机理砂轮堵塞的类型有嵌入型、依附型、粘着型、混合型。嵌入型堵塞是磨屑嵌在砂轮工作表面气孔处的堵塞状态。依附型堵塞是磨粒靠暂时
的力量依附在磨粒切削刃的后刀面上的一种堵塞状况。粘着型堵塞是指磨削熔化后粘附在磨粒凸出切削刃的四周或粘结剂上。混合型堵塞是以上三种类型在某一微小部
位的集合或层集。 嵌入型和依附型堵塞的机理嵌入型和依附型堵塞属于磨屑机械性地填充在砂轮空隙中产生的堵塞现象。填充的动力来自两个方面，一个是外来的，一
个是内在的，涉及到物理、电、热等方面的因素。外来因素:磨削加工有一个很重要的特点，径向磨削分力Fy大于切向分力Fz，Fy/Fz?2,10，工件材料愈硬，塑性愈
小，Fy/Fz比值愈大，这样磨削区的磨屑在强大的正压力作用下， 被机械地挤进砂轮表面的空隙里。从微观上分析，磨屑是沿磨粒前面滑出，磨粒前面的局部区域堆积
着数层磨屑，在磨粒的后面，由于砂轮高速旋转的作用，形成一个气流旋涡区，旋涡区的空气压力显著减小，在负压作用下，使部分磨屑依附在磨粒的后面，形成磨粒
后刀面的依附性堵塞，依附物多数是灰烬和微粒。 静电场的作用:砂轮与工件的相对速度是V砂远大于V工，普通磨床的V秒=3,50m/s， 我国高速磨床磨削速度的
成熟数值为50,80/s，国外的试验速度达200m/s,250m/s，工件 的速度在1.5m/s以下。砂轮与工作相对运动时，在磨削区内，砂轮与工件表面将会因电子逸出的原因出
现按一定规律排布的电荷。同时，磨削区内的气体也会因高温作用导致被激放 电，使中性气体电离成正离子和电子。在磨削区某些小区域内形成了由砂轮和工件组成的
小电场，在电场内，有中性原子、正离子、电子、杂质、粉尘，不仅有中性原子被电离的过程 ，还有正离子与电子复合的过程。在电场的作用下，部分磨屑将呈现极性，
根据异性相吸原理，与砂轮极性相反的磨屑就被吸附在砂轮工作表面。由于电场强度很小，所以吸附力也很弱，磨屑在砂轮表面是不牢靠的，但借助于砂轮与工件之间
较大的机械压力，使已吸附在砂轮表面的磨屑能稳定地嵌入砂轮表面的空隙之间。粘着型堵塞的机理磨削过程中的绝大部分输入功率转化为磨削热，使磨削点温度高达
1200K以上，在如此高温作用下，磨削首先遇空气迅速氧化，形成低熔点的金属氧化物，接着这些金属氧化物在磨削 区高温加热呈融化状态，覆盖在砂轮表面，当砂轮
上的这部分表面再次参与磨削时，在磨削力的作用下，有的被挤开，有的强化，增加了与砂轮的亲和力和附着力，还有的被挤压粘附 在工件表面隆起的沟槽表面中。通
过多次随机磨削，磨粒四周将粘附许多磨屑，使磨削力增大，温度升高，由此形成恶性循环，加剧堵塞，直至磨粒破碎或脱落，这是熔化性粘结。不同元素之间的化学
亲和力是粘结性堵塞的又一重要原因。磨粒和被磨削材料在高温下接触，温度因素使它们活动能力增强，亲和力加剧，当具备一定条件时，就导致化学反映，使磨粒和
磨屑在砂轮表面生成一种丧失切削能力的晶体。如刚玉类砂轮磨削钛合金时，磨屑很快地粘附在磨粒上，并有向四周蔓延和长大的趋势，清除磨屑后，仍有一些残留物
粘附在磨粒 周围，他们是氧、钛、铝的复杂化合物，这个过程说明发生了化学反应，方程式为3Ti+2Al2O3=3TiO2+4Al，生成物以TiO2为主，一些游离的铝分子，如改
用碳化硅砂轮，堵塞会减轻，被磨削的工件表面质量也有所提高，这是因为钛和碳化硅的亲和力小，磨粒表面不仅零散分布着一些粘附物，这些粘附物再次进入磨削区
时，大部分在摩擦、挤压作用下脱落。
? 三、砂轮自身对堵塞的影响磨料不同的磨料与工件材料的化学亲和力不同，磨削温度不同，磨削力不同，为了减少堵塞程度 ，不同的工件材料，应选用不同的磨料
种类。用刚玉类磨料磨削铁碳合金，碳在空气中与氧 气生成一层很薄的氧化膜，能有效地阻止工件与磨料之间的化学亲和作用，但磨削钛合金， 堵塞则严重多了。磨料
的热稳定性对堵塞也有举足轻重的影响，热稳定性好的磨料比热稳定 性差的堵塞轻的多。如用立方氮化硼磨料磨削钛合金时，磨削效率比用白玉刚磨料砂轮提高 几十倍。
磨料粒度在组织相同的前提下，磨料愈细，砂轮单位周长内磨粒粒度数愈多，愈均匀，气孔的数目也 愈多，但单个气孔的体积就愈小，在相同磨削参数下，细砂轮容易
堵塞。在半精磨和精磨时，切入次数多，切入量小，温度低，堵塞轻，常选择细砂轮。在粗磨时， 切入量大，磨削温度高，堵塞在孔隙的磨屑、熔结物多，应选择粗砂
轮。粘结剂与硬度砂轮的硬度指磨粒脱落的难易程度，由粘结剂的强度予以保证，它们对砂轮堵塞影响较大。 粘结剂强度愈高，砂轮硬度愈大，磨粒磨钝量就愈多，磨
粒脱落前对工件的划擦、挤压愈加 严重，磨屑更容易机械地填充到砂轮孔隙中去，砂轮空隙中的磨屑加剧了砂轮对工件材料的 摩擦、挤压，同时磨屑在这个过程中得以
强化，这个过程还伴随产生更多的摩擦热，摩擦热 为粘结性堵塞提供熔结物。因此砂轮硬度越高，堵塞越严重。所以在磨削难加工工件材料时 ，应选择软一点的砂轮。
砂轮组织砂轮组织反映了磨料、粘结剂、气孔之间的比例关系，组织愈密，气孔比例就愈小，切削刃 间隔距离也愈小，砂轮更容易堵塞。含有53%磨粒的砂轮比含49.2%
磨粒的平均堵塞量要高两倍，含45%磨粒的砂轮比含49.2%磨粒的平均堵塞量要少一半。在磨削难加工材料时应选 择组织号为7-8级的砂轮。四、磨削条件的影响砂轮
线速度砂轮线速度的影响比较复杂，当砂轮从28.8m/s提高到33.6m/s时速度只提高了16%，而堵塞 量增加了三倍。因为砂轮线速度的增加使磨粒的最大切深减小，切
屑截面积减小，同 时切削次数和磨削热增加，使得堵塞量增加。但是当砂轮线速度高到一定程度时(如达到50 m/s以上)，砂轮的堵塞量反而大大下降。因此磨削加工时
选择砂轮速度最好避开20m/s至50m/s这个速度。工件速度实验表明，工作速度提高一倍，砂轮堵塞量增加三倍。因为工件速度愈高，磨粒负荷愈大， 磨粒切入深度就
愈浅，切屑截面积变小，当磨削厚度增大，磨粒钝化加重，加大砂轮对工件 磨削层的挤压，相当于砂轮特性变硬，因而会加剧砂轮的堵塞。 ? 磨削方式在磨削方式上，凡是增大砂轮与工件接触面积的磨削均会加剧砂轮的堵塞。这是因为砂轮与工件接触面积大，磨粒切削刃会在同一磨痕上多次划擦，使工件
上磨削层强化加剧，冷却液 又难以进入磨削区，磨削热量多、温度高，为堵塞创造条件，易产生化学粘着性堵塞和嵌入 性堵塞。如端磨比周磨易堵塞，横向切入磨削比
纵向磨削堵塞严重。 径向切入量径向切入量对砂轮堵塞的影响呈驼峰趋势。当径向切入量较小时，(ap,0.01mm)产生堵塞现 象，随着切入量的增加，平均堵塞量也增加，
当切入量大到一定程度(ap=0.03mm)时，堵塞 量又呈减小趋势，之后随着切入量的继续增加(达ap=0.04mm)时，堵塞量又急剧上升。 磨削液不同的磨削液对磨削效果影
响很大，目前通用的乳化液含有大量矿物油和油性添加剂，稀释 后呈水包油乳白色液体，它的比热容和导热系数小，在剧烈摩擦过程中很容易造成砂轮与工 件间的粘附
磨损和扩散磨损，使砂轮堵塞，磨削力增大，最后引起磨料过早破碎和脱落，使 磨削比降低。因此，选用优良的磨削液对改善磨削性能有重要作用。 ? 总之，砂轮的粒度、硬度、组织、砂轮的速度、工件的速度、磨削方式、切削深度及磨削液 等是磨削过程中诸现象及磨削结果的重要参数。因此，对影响砂轮堵塞等
各种因素进行分析 研究，对磨削用量等参数进行单因素、多因素实验，建立优化合理的磨削参数并总结出规律 ，是指导生产的一种有效方法，也是磨削加工技术中应该
重点研究的内容之一。
数控手工编程的方法及步骤
21 编程的具体步骤说明如下:
22 1(分析图样、确定工艺过程
23 在数控机床上加工零件，工艺人员拿到的原始资料是零件图。根据零件图，可以对零件的形状、尺寸精度、表面粗糙度、工件材料、毛坯种类和热处理状况等进行分
析，然后选择机床、刀具，确定定位夹紧装置、加工方法、加工顺序及切削用量的大小。在确定工艺过程中，应充分考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效
能，做到加工路线合理、走刀次数少和加工工时短等。此外，还应填写有关的工艺技术文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、走刀路线图等。 24 2(计算刀具轨迹的坐标值
25 根据零件图的几何尺寸及设定的编程坐标系，计算出刀具中心的运动轨迹，得到全部刀位数据。一般数控系统具有直线插补和圆弧插补的功能，对于形状比较简单的
平面形零件(如直线和圆弧组成的零件)的轮廓加工，只需要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心(或圆弧的半径)、两几何元素的交点或切点的坐标值。如果数
控系统无刀具补偿功能，则要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。对于形状复杂的零件(如由非圆曲线、曲面组成的零件)，需要用直线段(或圆弧段)逼近实际的曲线或
曲面，根据所要求的加工精度计算出其节点的坐标值。
26 3(编写零件加工程序
27 根据加工路线计算出刀具运动轨迹数据和已确定的工艺参数及辅助动作，编程人员可以按照所用数控系统规定的功能指令及程序段格式，逐段编写出零件的加工程序。
编写时应注意:第一，程序书写的规范性，应便于表达和交流;第二，在对所用数控机床的性能与指令充分熟悉的基础上，各指令使用的技巧、程序段编写的技巧。 28 4(将程序输入数控机床
29 将加工程序输入数控机床的方式有:光电阅读机、键盘、磁盘、磁带、存储卡、连接上级计算机的DNC接口及网络等。目前常用的方法是通过键盘直接将加工程序
输入(MDI方式)到数控机床程序存储器中或通过计算机与数控系统的通讯接口将加工程序传送到数控机床的程序存储器中，由机床操作者根据零件加工需要进行调用。
现在一些新型数控机床已经配置大容量存储卡存储加工程序，当作数控机床程序存储器使用，因此数控程序可以事先存入存储卡中。 30 5(程序校验与首件试切
31 数控程序必须经过校验和试切才能正式加工。在有图形模拟功能的数控机床上，可以进行图形模拟加工，检查刀具轨迹的正确性，对无此功能的数控机床可进行空运
行检验。但这些方法只能检验出刀具运动轨迹是否正确，不能查出对刀误差、由于刀具调整不当或因某些计算误差引起的加工误差及零件的加工精度，所以有必要经过
零件加工的首件试切的这一重要步骤。当发现有加工误差或不符合图纸要求时，应分析误差产生的原因，以便修改加工程序或采取刀具尺寸补偿等措施，直到加工出合
乎图样要求的零件为止。随着数控加工技术的发展，可采用先进的数控加工仿真方法对数控加工程序进行校核。
硬车削时的注意事项
32 硬车削的突出优点是不用再进行磨削加工，但是，至今有些工厂仍然认为车削45HRC以上硬度的零件并达到磨削级精度的工艺不可行。 33 硬车削的目标是随切屑带走至少80%的热量，以保持零件的热稳定性。合理的硬车削系统可以减少甚至省去磨削以及与之相关的高昂的刀具成本和太长的加工时间。
采用合理的硬车削工艺可获得0.0028μm的表面光洁度、0.0002μm的圆度和?0.005μm的直径公差，这样的精度在对淬硬前工件进行“软车削”的相同机床上同样可以达到，
从而最大限度地提高了设备利用率。但有些工厂由于错误地选用了刀片(确切地说是比较便宜的刀片)，或不清楚所用机床是否具有足够的刚性以承受二倍于普通车削的
压力，从而使得硬车削工艺没有充分发挥出其高效应。哈挺公司(Hardinge)的应用工程师Tom Sheehy根据硬车削在该公司的具体应用情况，认为硬车削时须注重以下
8个方面。
34 1(工件
35 尽管45HRC硬度是硬车削的起始点，但硬车削经常在60HRC以上硬度的工件上进行。硬车削材料通常包括工具钢、轴承钢、渗碳钢以及铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基
合金、钨铬钴合金等特殊材料。根据冶金学，在切深范围内硬度偏差小(小于2个HRC)的材料可显示出最好的过程可预测性。最适合于硬车削的零件具有较小的长径
比(L/D)，一般说来，无支撑工件的L/D之比不大于4:1，有支撑工件的L/D之比不大于8:1。尽管细长零件有尾架支撑，但是由于切削压力过大仍有可能引起刀振。 36 为了最大限度地增加硬车削的系统刚性，应尽量减小悬伸。刀具伸出长度不得大于刀杆高度的1.5倍。
37 2(机床
38 机床刚度决定了硬车削的加工精度。近15,20年内制造的机床几乎都有很好的刚性，足以承受硬车削。在许多情况下，机床的总体状况很大程度上比使用年限更重要，
精心维护的普通车床也可以用于硬车削。
39 为了给硬车削机床增加刚性和阻尼特性，哈挺将许多先进机床的特性用于了车削中心，其中包括聚合物复合材料增强机座、带弹簧夹头(使主轴支撑靠近工件)的直接
配合式主轴和静压导轨。
40 系统刚性最大化意味着尽量减少悬空、刀具延伸和零件伸出，并取消调隙片和垫圈，其目标是保持所有零部件尽可能地接近转塔刀架。 41 3(刀片
42 尽管立方氮化硼(CBN)刀片的价格昂贵，但CBN刀片最适合于硬车削。CBN刀片能够在断续切削过程中保持定位不变，在连续切削过程中提供安全的刀具磨损率。
当采用合理的硬车削工艺时，CBN刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。
43 陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于?0.025mm的加工。陶瓷不适合于断续切削，而且不能加冷却液，因为热冲击可能造成刀片破裂。刀片的钝缘几何形状是
陶瓷材料的固有特点，这一特点使切削力增大而工件表面光洁度下降。另外，陶瓷刀片刃口断裂可能是灾难性的，它可能导致所有切削刃均不能使用。 44 金属陶瓷(立方碳化钛)对连续切削渗碳硬化材料很有效，尽管它不具备CBN那样的耐磨性，但刀片在大多数情况下会成比例地磨损而不断裂。 45 正前角刀片由于其切削力较小，通常用在刚性不高的机床上进行硬车削。关于刀片的最合理应用，建议与刀具供应商密切合作，特别是在最初阶段，以迅速达到最佳
切削速度。
46 4.冷却液
47 其最大问题是用还是不用冷却液。对于齿轮之类的断续切削零件来说，最好采用“干车削”，否则进刀和退刀时的热冲击很可能引起刀片破裂。至于连续切削，刀头在
干车削过程中产生的高温足以韧化(软化)预切削区域，从而降低材料硬度使之易于剪切。这个现象说明了干切削时增大速度是有益的。同时，无冷却液切削方式具有
明显的成本优势。
48 在连续切削中，冷却液可能有助于延长刀具寿命和提高表面光洁度。问题的关键是要使冷却液能够到达刀头，高压冷却液是解决这个问题的最好办法，因为它不容易在
高温下蒸发。此外，高压可以减少切屑堆积，从而减少因为切屑阻塞对冷却液流至刀头的影响。另一个办法是将冷却液同时释放到刀片的顶部和底部，以确保冷却液连
续到达刀头。
49 如果使用冷却液，必须是水基的。在完全匹配的硬车削过程中形成的切屑可以带走80%,90%的热量(切削区域最高温度可达1700?F)。如此炽热的切屑一旦接触低
燃点冷却油，整个工序将有可能遭到彻底破坏。如果在敞开式机床上进行硬车削，必须增加适当的保护装置，避免操作人员被切屑烫伤。 50 5.工艺
51 因为硬车削产生的热量大部分由切屑带走，加工前后对切屑进行检查可以发现整个过程是否协调。连续切削时，切屑应该呈炽燃的橙黄色，并象一根缎带似地飘逸而出。
如果切屑冷却后用手一压基本断裂，表明切屑带走的热量是正常的。
52 6.白化层
53 “白化层(热影响区)”可能令人讨厌地出现在硬车削和磨削操作中，即在材料表面形成一层肉眼看不见的非常薄(通常1μm)的硬壳。在硬车削过程中形成白化层，
一般是因为刀片钝化导致过多的热量传递到零件内。白化层经常在轴承钢上形成，而且对于轴承圈之类需要承受高接触压力的零件是非常有害的，随着时间的推移，白
化层可能剥离并导致轴承失效。
54 对于刚开始从事硬车削的工厂，建议在生产的头几周内进行随机抽查，以确定每个刀片能够车削多少零件而不形成白化层。另外，一个刀片即使可加工400个零件，也
有可能在加工300件后就变钝并且开始使零件产生白化层。
55 7.镗孔
56 镗削淬硬材料需要很大的切削压力，因此往往需成倍增加镗杆承受的扭力和切向力。采用正前角(35?或55?)、小刀尖半径刀片可以减小切削压力。在增加切削速度
的同时减小切深和进刀速度，也是减小切削压力的办法。
57 镗孔时，刀具必须与零件同心或略高于零件中心，因为切削引起的挠曲变形使实际中心线的位置降低了。最好的夹紧形式是全长度对开套筒，在镗削淬硬材料时，全长
度对开套筒夹头可提供最高的刀夹刚度。其次是弹簧夹头和单点螺丝夹头。
58 8.车螺纹
59 采用合适的刀片几何形状是在淬硬材料上车螺纹的关键，最好的螺纹刀片是类似于镗杆上安装的三角形刀片。在淬硬材料上车螺纹时，为了控制切削压力和延长刀片
寿命，有必要增加走刀次数并减小切深。另一种选择是采用交替式侧面切入方式，可改变切削力承受位置并延长刀具寿命。
线切割加工件表面质量的改善与提高
60 电火花线切割机按切割速度可分为高速走丝和低速走丝两种，低速走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度和加工精度比高速走丝线切割机稍好，但低速走丝线切割机床
的机床成本和使用成本都比较高，目前在国内还没有普及，而我国独创的高速走丝线切割机床它结构简单，机床成本和使用成本低，易加工大厚度工件，经近40年发展，
已成为我国产量最大，应用最广泛的机床种类之一，在模具制造、新产品试制和零件加工中得到了广泛应用。
61 由于高速丝线切割机是采取线电极高速往复供丝的方式，线电极的损耗均匀地分布在近300米电极丝上，虽然电极丝的损耗极小，但电火花线切割机工作时影响其
加工工件表面质量的因素很多，更需要对其有关加工工艺参数进行合理选配，才能保证所加工工件表面质量。
62 对线切割加工质量有直接影响的因素主要涉及人员、设备、材料等方面。为了改善加工工件表面质量，可以从影响最大的人为因素、机床因素和材料因素等三方面
来考虑对加工质量的控制方式和改进方法。笔者在教学、科研和生产实践中对影响线切割加工工件表面质量的相关因素方面做了一些探索和研究，积累了少许行之有效
的工作经验，现介绍如下。
63 一、影响线切割加工工件表面质量的人为因素的控制与改善
64 人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择，这可以通过以下几点来实现:
65 (1)合理安排切割路线。该措施的指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等的作用下，由于切割路线安排不
合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。例如:工件与其夹持部分的分离应安排在最后，使加工中刚性较好。如下图，其中a为错误的切割路线，b为正确的切
割路线。
66 (2)正确选择切割参数。对于不同的粗、精加工，其丝速和丝的张力应以参数表为基础作适当调整，为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，可以适当调高
线切割机的丝张力，虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影响，使得人们不能完全
照搬书本上介绍的切割条件，而应以这些条件为基础，根据实际需要作相应的调整。例如若要加工厚度为27mm的工件，则在加工条件表中找不到相当的情况，这种条
件下，必须根据厚度在20mm,30mm间的切割条件做出调整，主要办法是:加工工件的厚度接近哪一个标准厚度就选择其为应设定的加工厚度。 67 (3)采用近距离加工。为了使工件达到高精度和高表面质量，根据工件厚度及时调整丝架高度，使上喷嘴与工件的距离尽量靠近，这样就可以避免因上喷嘴离工件
较远而使线电极振幅过大影响加工工件的表面质量。
68 (4)注意加工工件的固定。当加工工件即将切割完毕时，其与母体材料的连接强度势必下降，此时要防止因加工液的冲击使得加工工件发生偏斜，因为一旦发生偏
斜，就会改变切割间隙，轻者影响工件表面质量，重者使工件切坏报废，所以要想办法固定好被加工工件。
69 二、影响线切割加工工件表面质量的机床因素的控制与改善
70 高速走丝电火花线切割机属于高精度机床，机床的维护保养非常重要，因为加工工件的高精度和高质量是直接建立在机床的高精度基础上的，因此在每次加工之前
必须检查机床的工作状态，才能为获得高质量的加工工件提供条件。需注意的环节和应采取的措施如下:
71 (1)在加工前，必须检查电极丝，电极丝的张力对加工工件的表面质量也有很大的影响，加工表面质量要求高的工件，应在不断丝的前提下尽可能提高电极丝的张
力。
72 (2)高速走丝线切割机一般采用乳化油与水配制而成的工作液。火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，工作液的绝缘性能可使击穿后的放电通道压
缩，从而局限在较小的通道半径内火花放电，形成瞬时和局部高温来熔化并气化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙成为绝缘状态。绝缘性能太低，则工作液成了导
电体，而不能形成火花放电;绝缘性能太高，则放电间隙小，排屑难，切割速度降低。加工前要根据不同的工艺条件选择不同型号的乳化液。再者必须检查与冷却液有
关的条件，检查加工液的液量及赃污程度，保证加工液的绝缘性能、洗涤性能、冷却性能达到要求。
73 (3)必须检查导电块的磨损情况。高速走丝线切割机一般在加工了50,80小时后就须考虑改变导电块的切割位置或者更换导电块，有脏污时需用洗涤液清洗。必
须注意的是:当变更导电块的位置或者更换导电块时，必须重新校正电极丝的垂直度，以保证加工工件的精度和表面质量。
74 (4)检查导轮的转动情况，若转动不好则应更换，还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度，用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查贮丝筒
内丝的情况，丝损耗过大就会影响加工精度及表面质量，需及时更换。此外，导电块、导轮和上、下喷嘴的不良状况也会引起线电极的振动，这时即使加工表面能进行
良好的放电，但因线电极振动，加工表面也很容易产生波峰或条纹，最终引起工件表面粗糙度变差。
75 (5)保持稳定的电源电压。电源电压不稳定会造成电极与工件两端不稳定，从而引起击穿放电过程不稳定而影响工件的表面质量。 76 三、影响线切割加工工件表面质量的材料因素的控制与改善
77 为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进行细致考虑:
78 (1)由于工件材料不同，熔点、气化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同，因此必须根据实际需要的表面质量对
工件材料作相应的选择。例如要达到高精度，就必须选择硬质合金类材料，而不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难达到所需要求。 79 (2)由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，
从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料。
80 (3)加工过程中应将各项参数调到最佳状态，以减少断丝现象。如果发生断丝势必会回到起始点，重新上丝再次进行加工，使加工工件表面质量和加工精度下降。在
加工过程中还应注意倾听机床发出的声音，正常加工的声音应为很光滑的“哧-哧”声。同时，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是振幅很小，处于稳定状态，
此时进给速度均匀而且平稳。
81 影响电火花线切割加工工件表面质量的因素很多，但只要对其进行系统的分析和科学的分类，就可以对这类复杂而且零乱的因素进行控制与调配，从而改善和提高
工件表面质量。
线切割“花丝”现象分析与解决
82 一段时间的切割后，钼丝会出现一段一段的黑斑，黑斑通常有几到十几毫米长，黑斑的间隔通常有几到几十厘米。黑斑是经过了一段时间的连续电弧放电，烧伤并碳化。
变细变脆和碳化后就很容易断。
83 黑斑在丝筒上形成一个个黑点，有时还按一定规率排列形成花纹，故称为“花丝”。
84 “花丝”现象的成因
85 因不能有效消电离造成连续电弧放电，电弧的电阻热析出大量碳结成炭精粒，钼丝自己也被碳化。工件较厚(放电间隙长)、水的介电系数低(恢复绝缘能力差)、
脉冲源带有一个延迟灭弧的直流分量(大于10mA)这三者之一是“花丝”现象的基本条件。放电间隙内带进(或工件内固有)一个影响火花放电的“杂质”是“花丝”现象的
诱因。 “花丝”与火花放电加工的拉弧烧伤是同一道理，间隙内的拉弧烧伤一旦形成，工件和电极同时会被烧出蚀坑并结成炭精粒，炭精粒不清除干净就无法继续加工。
细小的炭精粒粘到那里，那里就要拉弧烧伤，面积越来越大，决无自行消除的可能性。如果工件和电极发生位移，各自与对面都会导致新的拉弧烧伤，一处变两处。唯
一办法是人下手清理，而线切就无能为力了。
86 “花丝”的发生和发展
87 在放电间隙长、蚀除物排出困难、恢复绝缘能力差、火花爆炸无力时，“杂质”很容易产生，电阻热迅速变拉弧烧伤，炭精粒也相拌而成，这个拉弧点随丝运动，其
间每个脉冲能量都通过这个拉弧点释放，直到这个拉弧点走出工件，绝缘才有可能恢复，才有可能产生新的火花放电。钼丝这个点的烧伤炭化(即黑斑)就形成了。如
果间隙内刚才诱发拉弧烧伤的那个点仍顽强存在，极容易与现在接触的钼丝点重复电弧放电，第二个烧伤炭化(即黑斑)点就又形成了。所以那个点与工件出口的距离
往往等于两黑斑间的距离。自第一个烧伤炭化以后，丝上留了一个炭化点，工件间隙留了一串炭化点，极细的炭精粒播散到水里随时会进入间隙，它们都成了“花丝”的
诱发因素。成了“交叉感染”，到这时，丝、水、工件换了哪个都不管用，以至统统换了都无济于事。一段时间过后，“交叉感染”的那些诱发因素没了，同等条件，甚至
还是那块料，又能切了。
88 “花丝”的表象和观察
89 因电弧放电、短路、开路和碳精粒生成，脉冲源电流表会大幅摆动。放电火花会相间出现发红、发黄、发白。初形成的黑斑因热烧和碳化而变粗些，从间隙通过并
烧蚀几次后又变细。一段时间加热和张力作用当然也使黑斑处变细。变脆是因为烧红又冷却，严重炭化造成的。因“花丝”在丝筒上形成的花斑很容易规律排列，所以很
多人试图发现规律，结果与丝筒周长、导轮周长、导电块与谁的距离都不对。如果有规律，就是烧伤发生点到工件出口的距离。 90 “花丝”的解决和分析
91 “花丝”现象一旦发生，要从成因的三个要素入手。首先要确认脉冲发生器的质量，只要没有那个阻止灭弧的直流分量，通常不会导致花丝断丝。其次要注意水，污、
稀、有效成分少肯定不行;内含一定量的盐、碱等有碍介电绝缘的成分更不行。再次要注意料，薄怎么都好，即便出现拉弧烧伤的诱因，水的交换快，蚀除物和杂质排
除容易，瞬间“闯”过去了。厚了，拉弧烧伤的诱因则很容易产生而极不容易排出。特别带氧化黑皮、锻轧夹层、原料未经锻造调质就淬了火的，造成“花丝”的几率是很
高的。“花丝”后的料、丝、水只要保留其一，再次“花丝”的可能性仍很大。
92 如果无可奈何，只能还切这块料，那就彻底换丝、换水、擦机床;料的夹层、淬火已没办法，起码把表层氧化黑皮祛除干净;避开已切过的那个缝。用大脉间、大
脉宽、小电流、高电压开始，待加工稳定仅是慢时，可逐渐加大电流，但仍以2.5A为限。
93 “花丝”的最初会有一个主要因素，但因“交叉感染”，导致改变谁都不管用。急于换一样，试一次，再换一样，再试一次，都不灵了，败坏了心情，浪费了东西，没解决
问题。解决“花丝”的关键到是“冷静分析，找准产生第一处黑斑的原因，尽可能好的改变三个基本条件，尽可能好的避开诱因，不怕费事，不贪快，从头开始”。 94 “花丝”现象很多时侯并不是机床原因。确定脉冲源无毛病，间隙跟踪无异常后，应转按三个基本条件、一个诱因去找。一味去调床子，无助问题解决，还会误导用
户，失去思路，不知原由。
95 如上解释，希望能帮助“花丝”问题的解决。
切削加工高温合金的刀具材料
96 高温合金是最难加工的材料之一，如果45#钢的加工性为100%，则高温合金的相对加工性仅为5%,20%，其切削加工的特点有:?切削力大，是普通钢材的2,4倍。
高温合金含有许多高熔点金属元素，构成组织结构致密的奥氏体固溶体，合金的塑性好，原子结构十分稳定，需要很大能量才能使原子脱离平衡位置，因而变形抗力大。
?切削温度高，最高可达1000?左右。高温合金导热系数小，仅为45#钢的1/4,1/3，刀具与工件间摩擦强烈而导热性差，故切削温度高。?加工硬化严重，表面硬度
比基体硬度高50%,100%。?塑性变形大，在室温下的延伸率可达30%,50%。?刀具易磨损，常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。
由于这些特点，切削高温合金的刀具材料应具有高的强度、高的红硬性、良好的耐磨性和韧性、高的导热性和抗粘接能力等。 97 高速钢刀具材料是较早用于加工高温合金的刀具材料，现在由于加工效率等原因正被像硬质合金这样的刀具材料所替代。但在一些成形刀具以及工艺系统刚性差的
条件下，采用高速钢刀具材料加工高温合金仍是很好的选择。另一方面，加工效率是一种综合的评判，高速钢刀具切削速度低，在某些特定条件下其损失的效率可以通
过采用大的切削深度来弥补，因为高速钢刀具材料有更高的强度和韧性，且刃口可以更锋利，产生的切削热更低，加工硬化现象更轻。 98 用于加工高温合金的高速钢，常有钴高速钢、含钴超硬高速钢和粉末冶金高速钢等高性能高速钢。
99 在高速钢中加入适量的钴后，由于钴可促进奥氏体中碳化物的溶解作用，可以提高高速钢的热稳定性和二次硬度，高温硬度得到提高;同时钴还可促进高速钢回火
时从马氏体中析出钨或钼的碳化物，增加弥散硬化效果，因而能提高高速钢的回火硬度，从而提高高速钢的耐磨性。在高速钢中增加钴量可改善其导热性，特别是在高
温时更为明显，这有利于切削性能的提高，在相同条件下，刀刃温度可减小30,75?。同时钢中加入钴后，可降低刀具与工件间的摩擦系数，并改善其加工性。如车削
高温合金GH132，采用W2Mo9Cr4VCo8(M42)，工件D=33mm，n=180r/min，ap=2mm，f=0.15mm/r，油冷，切削长度300mm，后刀面磨损0.2,0.3。粉末冶金高速钢是
用细小而均匀的高速钢结晶粉末，在高温(1100?)、高压(100Mpa)下直接压制成的刀具。这种工艺完全避免了碳化物的偏析，在相同硬度条件下强度比熔炼钢提高20%,
80%，硬度则随着密度加大而提高，组织均匀，高温硬度比熔炼钢高0.5,1.0HRC，因此有较好的切削性能。如在其中加入适当的碳化物(如TiC、TiCN、NaC等)，可增
加耐磨性、耐热性，这更有利于高温合金的切削加工，如在加工航空发动机镍基合金GH37叶片上的孔时，粉末冶金高速钢FT15(FW12Cr4V5Co5)钻头可钻9孔，而
M42只能钻1,3孔。在镍基合金的火箭发动机零件上铣削螺纹，用9/2:的硬质合金螺纹铣刀能够加工5件，用粉末治金高速钢CPM76(美)螺纹铣刀则可以加工33件。 100 硬质合金刀具材料也已广泛应用于高温合金的加工。由于加工高温合金切削力大，切削温度高并集中在刀刃附近，容易产生崩刃和塑性变形现象，因而通常采用韧
性和导热性较好的K类和高温性能好的S类合金。碳化物晶粒的平均尺寸在0.5µm以下的WC-Co类硬质合金(超细颗粒硬质合金)，其硬度可达HRA90,93，抗弯强度
为2000,3500Mpa，由于其硬质相和钴高度分散，增加了粘结面积，提高了粘结强度，在高温合金的加工中表现出优异的切削性能。如用含WC89.5%、Co10%、Cr3C2 0.5%、
晶粒尺寸小于0.2µm、密度14.5、抗压强度为3700Mpa的超细晶粒合金(HRA91.5，sbb=2800Mpa)可以将镍基合金GH141方棒(152mm×152mm×7100mm)车成圆棒，在
Vc=42m/min，f=0,3.5mm/r条件下，一次走刀车完全长。
101 PVD涂层硬质合金已被证明可有效加工高温合金。经过PVD涂层工艺，能在刀具表面涂覆一层很薄的TiAlN层，所以特别适用于对锋利切削刃的涂覆，这一点对
高温合金加工尤为重要。PVD涂层刀片涂层温度低，保持了基体的高强度，而且能给刀具切削刃表面提供一个可防止高温合金切削中最容易产生裂纹的压应力，而没有
减少刀具韧性，所以它能提供一个密度高、金相组织均匀的涂覆表面，极好地延长了刀具寿命。如伊斯卡CNMG120408-TFIC908是一种细颗粒基体TiAlN PVD涂层刀
片，用于加工GH4169，Vc=50m/min，f=0.2mm/r，ap=2mm，寿命为40min。近来，“新型富铝涂层”也已应用于高温合金的加工，这种AlTiN涂层，“Al”分子 的含量增
加到65%,80%molAlN，涂层有更高的致密度和高温硬度。“Al”分子在AlTiN涂层中最为活泼，切削时，它与空气中的氧结合在刀具表面形成一层氧化铝保护膜，其结
果是在不牺牲韧性的前提下，极好地提高了涂层的红硬性。如伊斯卡的IC903为含钴量12%的超细颗粒合金，PVD TiAlN涂层，用于中高速加工镍基合金，而新型的富
铝涂层合金Al-IC903的寿命是IC903的1,2倍。目前，用于加工高温合金的涂层合金已发展为由几层组合而成，实践已证明了这种组合比其他任何一种单一涂层在很
宽范围的运用时更有效，因此，针对高温合金应用PVD复合涂层或许能成为加工高温合金的硬质合金新涂层材料的亮点。
102 陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性能好、耐热性和化学稳定性优良、不易与金属产生粘结的特点，已成为高速切削高温合金的主要刀具材料之一。氧化铝(Al2O3)
基陶瓷(如Al2O3)+TiC)在1200?时也能保持HRA80的硬度进行切削，所以可以用比硬质合金高4,5倍的切削速度加工高温合金，如加工因康镍718，Vc=200m/min，
f=0.2mm/r。氮化硅(Si3N4)基陶瓷有较高的强度和韧性(抗弯强度为900,1500Mpa)、较高的耐热性能(可达1300,1400?以上)、优良的耐热冲击能力(是Al2O3的2,3
倍)和高的导热系数，车削镍基合金时，切削速度可达300m/min以上。如加工因康镍901硬质合金Vc=310m/min，f=0.16mm/r，寿命4min，而硬质合金刀具的寿命非常
短，Al2O3)陶瓷刀具的寿命也约为2min。如加工因康镍D400mm工件的外圆，用K类硬质合金Vc=19m/min， ap=3.4mm，f=0.23mm/r,每刃可加工0.33件，用氧化硅基
陶瓷Vc=172m/min，ap=10.2mm f=0.18mm/r，每刃可加工1件，效率为硬质合金的21倍。
103 立方氮化硼CBN有高的硬度和耐磨性，其显微硬度为8000,9000HV，有很高的热稳定性(可达1400~1500?)，有抵抗周期性高温作用的能力。CBN还有优良的化
学稳定性、较好的导热性(是硬质合金的20倍)和较低的摩擦系数(系数值为0.1,0.3，硬质合金的摩擦系数为0.4,0.6)，低的摩擦系数和优良的抗粘能力使CBN刀具切
削时不易形成滞流和积屑瘤，故适于高速切削高温合金，如加工因康镍718，最佳切削速度为100,120m/min。
104 PCBN是在高温高压下将微细的CBN材料通过结合合金元素(TiC、TiN、Al、Ti等)烧结在一起的多晶材料，含85%,95% 的CBN、粒度为2,3µm的PCBN刀具
也可以用来高速切削镍基高温合金，切削速度一般为120,240m/min，进给量0.05,0.15mm/r，切削深度0.1,3.0mm。
105 金刚石有极高的硬度和耐磨性、很低的摩擦系数、很高的导热性能，并且切削刃非常锋利。因金刚石(碳)在钛中的溶解度比在铁中小得多，故其扩散磨损很小，可
以用于加工钛合金类高温合金，如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下加工TC4钛合金，切削速度可达200m/min(K类硬质合金切速20,50m/min)，而且切30min
后金刚石刀具几乎没有磨损，若不用切削液，允许的切削速度也有100m/min。
106 高温合金优良的性能把问题和费用显现在刀具上，这些难加工材料的切削，与切削普通钢件相比，需要消耗更多的能量，在切削区产生很高的切削温度，因此需要
使用能降低切削温度和耐高温的刀具。要实现高温合金的高效切削，刀具材料的正确选择是第一个重要问题，不同的刀具材料有不同的适用情况，如钛合金的铣削，K
类和S类硬质合金刀具可以是一种正确选择，较好的耐磨性的硬质合金刀具能在合理加工成本下实现较高的切削效率，但这一合理加工成本是以刀具必须有“很高韧性”
或抵抗冲击能力为前提的，而通常硬质合金的脆性远远大于高速钢，因此，在钛合金的加工中，有可能的是新一代的高速钢将是硬质合金的良好替代材料。另一方面，
正如前所述，切削钛合金的复杂、多刃刀具选用高钴高速钢、粉末冶金高速钢等，同样可以高效切削钛合金，尤其在较小刚性的机床上加工钛合金，高韧性的高速钢刀
具可以通过大切深而不是提高切削速度来实现高效切削加工。
107 高速切削高温合金实际上是一种高温切削加工，硬质合金在高温下(例如1000?)与因康镍718等高温合金一样硬度会显著下降，刀具在很短的时间内失效，而在此
温度下CBN仍保持常温的硬度和强度，从而可较容易地加工已经变软的工件。陶瓷刀具也有同样的表现。但这些刀具的应用有一个前提:机床-工件-刀具工艺系统要有
足够的动力和刚性，而且工件以及机床要能承受高的切削热和大的切削力带来诸如变形的影响。
108 当然，刀具材料只有和合理的几何参数，好的刀具结构，合理的使用方法等因素完美结合才能充分发挥出其应有的性能。
木质复合材料加工刀具的研究及进展
109 1(引言
110 近年来，现代化木材加工工业发展迅猛，木质复合材料的加工因此得到了的高速发展。随着人们环保意识的增强，人造板工业得到了越来越多的发展空间。其中最主
要的产品是中密度纤维板(MDF)，我国目前是亚洲产量最大的国家。2001年强化木地板实际产量已增至6000万m2，如此大量增长的需求对切削加工工具提出了新的
要求。目前在切削人造板等木质复合材料时使用的刀具材料主要是硬质合金，硬质合金的耐磨性、耐热性和硬度很高。但由于木材本身具有很高的各向异性结构，使得
与刀具的摩擦系数很大，而且木质复合材料本身既含有造成刀具机械擦伤的硬质点(某些人造板表面还有难以加工的硬质涂层)，又有引发刀具发生化学腐蚀的酸性介质，
这些都会加剧刀具磨损和腐蚀，不仅大大缩短了使用寿命，而且严重降低了产品的质量，进而影响了产品的加工成本和生产效率。现有的硬质合金刀具在耐磨和耐腐蚀
性方面已经不能满足要求，为了达到良好的经济效益和社会效益，市场迫切需要高性能的、高质量的木工加工刀具。
111 我国现阶段不仅在木工刀具研究理论上还很贫乏，而且在其生产上更是非常落后，因此了解和掌握目前国内外木工刀具的发展状况和研究进展有着重要的意义。 112 2(磨损机理
113 2.1机械擦伤磨损
114 由于木质复合材料所具有的特殊的不同于金属材料的组成结构，因此对刀具在加工中的磨损机理要有特殊的研究，这对于刀具的材料选择和几何参数的选用等都是很
有必要的。木工刀具的磨损主要分为两类:机械擦伤磨损和腐蚀磨损。
115 机械擦伤磨损由木质复合材料中的硬质颗粒或凸出物使刀具材料迁移所造成。细胞壁、树脂、矿物质(如石英砂等)、节子、胶合材料等，都可能成为机械擦伤磨损的
硬质点。通常认为:机械擦伤磨损是磨料在刀具表面滑过，产生擦伤或微切削，结果在刀具表面形成擦痕或犁沟的过程。判断机械擦伤是否为刀具的主要磨损机理，除
了考虑刀具材料特性，还要考虑工件的化学性质和含水率。若工件含水率高，酸性较强，则刀具磨损往往还有另外不可忽略的原因——腐蚀磨损。 116 2.2腐蚀磨损
117 硬质合金刀片在切削某些木质材料时易生成挥发的氯化物。硬质合金刀具中的钴元素会被有机弱酸中的氢离子夺去电子形成金属离子，然后多元酚化合物会与离子发
生鳌合反应，生成疏松的鳌合物。可见，有机弱酸和多元酚化合物对刀具材料的腐蚀是逐步进行的，最后生成金属鳌合物覆盖在刀具表面。对于硬质合金刀具，钴是不
可缺少的粘结相，一旦钴被腐蚀，生成的鳌合物在机械擦伤磨损作用下很快被磨耗，造成刀具材料被严重磨损。另外，电化学腐蚀也是造成刀具磨损的重要原因。因此，
刀具的磨损其实质是刀具与工件材料发生机械、热和电化学腐蚀的综合作用，是使刀具前后面的金属材料不断损失的过程。对几种典型刀具来说，金刚石薄膜的磨耗机
理是“磨损变形—裂纹—磨屑形成”。高速钢刀片以磨料磨损为主，腐蚀磨损为辅。粘结剂(钴元素)丧失是硬质合金刀片磨损的根本原因，因此腐蚀磨损是硬质合金刀
片的主要磨损机理。
118 3(国内外现状与发展方向
119 近年来，随着一些新材料的使用，木工刀具走向了多元化的发展。这些新材料在某些力学、物理性能方面具有传统材料难以比拟的优势。 120 在木材加工这一行业，最早使用的刀具是高速钢，随着硬质合金与金刚石等超硬材料的使用，木工刀具的发展日渐成熟。涂层处理毫无疑问是当今研究和开发最多的
技术。美国、德国、波兰等国家在这方面的研究很多，主要是针对涂层结合力、磨损机理、涂层材料性能比较等等。多层涂层、多元复合涂层以及金刚石涂层、CBN、
CN涂层将是未来刀具涂层的发展方向。另外，PCD刀具的应用也非常多。德国的蓝帜(Leitz)公司是世界生产木工刀具最有名的公司之一，他们已经研究出比PCD刀
具耐磨性还要高数十倍的MCD单晶金刚石刀具。
121 目前国内外对木材加工刀具的研究都很重视，随着高效率、高环保意识的深入人心，木材加工这一传统的产业被赋予了新的发展方向，那就是在刀具磨损机理的研究、
刀具几何参数的计算优化以及表面处理等方面开拓新的前景，特别在刀具表面处理方面，国外已经有不少文章发表，国内也已经有部分专家在木工刀具的理论方面做了
大量的研究，比如南京林业大学的曹平祥教授就在木工刀具的磨损和金刚石膜刀具的研究方面取得了不小的成绩。哈尔滨工业大学也在刀具磨损和PCD木工刀具等方面
做了不少的研究。
122 4(研究动态
123 4.1涂层技术
124 涂层是一种适于木工刀具处理的新技术，通常是在硬质合金表面涂覆一层耐磨的TiC、TiN、TiCN3等材料。目前主要的涂覆方法有化学气相沉积涂层(CVD)和物理
气相沉积涂层(PVD)。未涂层的硬质合金材料，其刀具耐热性和耐磨性低于硬质相本身，而表面涂层硬质合金刀具的表面硬度和耐磨性，则几乎完全反映了涂层材料的
性能。由于涂层普遍具有较硬质合金高的硬度(如用CVD涂覆TiC，硬度达到HV3800)，而且保持了基体材料耐冲击的性能。在木工加工防腐蚀方面，由于涂层的存
在使硬质合金在加工中“脱钴”的现象得到了较好的控制，因此涂层处理能较好地提高刀具的使用寿命。
125 波兰科研人员PBeer等研究指出:刀具涂层和原木的摩擦系数仍然相对较高，这就对涂层的结合力提出了更高的要求。结合力好的涂层可以大大提高刀具的寿命，防
止刀具提前磨损的出现。但是，使用到一定程度后的涂层刀具会因为粗糙的刀具表面而较严重的降低木质板材的加工表面质量。因此，低摩擦系数、平稳的磨损及更长
的使用寿命成为涂层的研究方向。德国科研人员I.Endler等研究发现:涂层与刀体材料之间良好的结合力、低的表面粗糙度以及小的切削刃半径可以得到很好的切削效
果。当涂层厚度小于5μm时，切削刃半径可以增加很少或者不增加，这对于需要锋利刃部的木工刀具来说是很重要的。尽管有着优异的性能条件，涂层改良刀具却仍然
没有在木工加工方面得到非常好的应用，其中的困难在于机械的工艺性、木质材料的物理性和摩擦组织性等综合因素有着非常独特的性能参数。这使得刀具材料的选择
和确定刀具几何参数变得困难。
126 在涂层技术中，离子注入技术的研究也取得了重要进展。研究表明，离子注入提高刀具硬度是由于注入的原子进入位错附近或固溶体产生固溶强化的缘故。离子注入
还能形成致密的氧化膜，并且改变表面电化学性能，从而提高耐蚀性，这将对木工刀具的改良很有帮助。
127 (1)渗氮技术
128 碳钢因为其在木工加工领域性能和价格的高性价比而获得了广泛的应用，是传统的木工加工刀具。随着对加工质量的要求逐步提高，对碳钢木工刀具的改良改性也是
众多科研人员的努力方向。其中，渗碳、渗氮技术效果较好而且颇受关注。波兰科研人员J.Rudnicki等通过对木工刀具的渗氮研究得出结论:对于屈服温度较低的碳钢，
温度低于400?的离子渗氮可以取得良好的效果，虽然会增加刀具与木质工件的摩擦系数，但渗氮技术可以显著提高刀具强度，并提高刀具寿命1倍以上。 129 (2)金刚石薄膜处理
130 金刚石薄膜具有十分优异的特性，如最大的硬度(100GPa)最高的热导率,>12W/(cm?k),，对化学反应十分稳定，能耐各种温度下的非氧化性酸等，因此，金刚石
膜用于加工木质复合材料时具有很好的性能条件，其耐磨和耐蚀性可以得到充分发挥。目前，合成金刚石主要采用CVD方法。其中间层多采用TiC/TiN层以阻止钴的扩
散并承载金刚石膜。M.S.Raghuveer等人研究后指出:在用CVD方法制备金刚石膜时，钴通过晶界从基体向外的转移比金刚石晶粒的长大要明显得多，但可用氢离子化
学刻蚀结合TiC/TiN扩散阻层的方法使之显著降低。采用刃磨的方法得到较大的刀具刃口半径，并可在CVD沉积时保持刀具刃口的锋利，对于改善金刚石与刀具基体的
结合力可以起到重要的作用。
131 金刚石膜涂层刀具在木加工中至今应用有限，仍然存在一些问题有待解决。主要原因在于:金刚石膜与机体的结合力始终不足，而且木加工中，需要锋利的刃口和小
的切削刃——包括切削角度，这对于金刚石膜来说又是一个难以把握的工艺问题。尽管如此，金刚石膜由于其优异的性能使得其在木加工中有着很好的应用前景。 132 4.2聚晶金刚石PCD与PDC
133 PCD(PolycrystallineDiamond)是一种高性能的合成超硬材料。它有着很高的硬度，良好的抗磨损性以及热传导性，近年来被越来越多地应用到木质复合材料的加工
中。1979年，德国蓝帜公司首先制造出了PCD木工刀具，在加工PB(particleboard)时，其寿命是常规硬质合金刀具的125倍。由此可以看出PCD有着非常优异的性
能。
134 聚晶金刚石复合片(PolycrystallineDiamondCompact，简称PDC)刀具的研究是在PCD刀具研究的基础上发展起来的。它是将金刚石微粉在超高温高压下一次性烧结
在硬质合金机体上，从而将PCD与硬质合金复合成一个整体，由于它既有金刚石的硬度和耐磨性又具有硬质合金的韧性和可焊性等优点，因此它的出现具有划时代的意
义。
135 目前PDC刀具复合片材料正朝着大尺寸化、晶粒细化、质量优化、性能均匀化方面发展，其应用市场也逐年增长。我国木材加工工业今后发展的重点在于进一步提高
成材质量、合格率和出材率，发展涂层加工。因此，木工加工工业加速采用PCD、PDC刀具将是发展趋势。首先，由于PDC硬度高、耐磨性好、使用寿命为同类硬质
合金刀具的20,400倍，使更换刀具时间由原来的每几小时一次到每几个月一次。减少了换机换刀次数及刃磨工时，提高了设备利用率和木制品生产率。其次，刀尖后
退量小，可以提高切削速度。增加每次进给量，同样可以提高生产率，而且可获得较低的粗糙度和较高的精度。虽然刀具成本为同类硬质合金刀具的10,40倍，但如果
考虑终身成本分析，那么最终制品加工成本可下降20%,69%。
136 5(结语
137 在近年一次国际木工机械研讨会上，英国著名的木工机械专家Geoff.stainton先生预言:中国将成为世界上最大的木工机械生产基地。我国是硬质合金生产大国，硬质
合金是生产木工刀具的主要材料，所以如何利用我们的优势，在木工刀具这一市场尽快成熟，缩小与国外的差距将有着重大意义。 论述刀具材料的历史进展与未来展望
138 1 刀具材料的重要作用及其发展过程
139 刀具材料的发展与人类社会生活、生产的发展，有着极为密切的关系。对于古人类，“刀”和“火”的认识和应用，是两项最伟大的发明，是人类登上历史舞台的重要
标志刀具材料的改进推动着人类社会文化和物质文明的发展。例如在人类历史中，曾有过旧石器时代、新石器时代，青铜器时代和铁器时代等。与石器时代对应的是人
类的原始社会;与青铜器时代对应的是人类的奴隶社会;与铁器时代对应的是人类的封建社会及其以后的时代。
140 在传统的机械加工中，刀具材料、刀具结构和刀具几何形状是决定刀具切削性能的三大要求，其中刀具材料起着关键作用。在计算机集成先进制造系统出现后，在
刀具使用中还应考虑“刀具系统”问题。近年来，各种难加工材料的出现和应用，先进制造系统、高速切削和超高速切削、精密加工和超精密加工、“绿色制造”和“洁净制
造”的发展与付诸实用，都对刀具特别是对刀具材料提出了更高、更新的要求。
141 古人类仍能在大自然中寻用天然材料制作工具，如玉、石、天然金刚石甚至陨铁都曾得到过应用。在奴隶制社会，曾用青铜制作工具;在“春秋”、“战国”之交，特
别是到了秦朝的时代，进人封建社会的时候，钢、铁工具开始出现，碳素工具钢开始得到应用，那时的碳素工具钢与现代的T10、T12等钢种已十分接近。与石料、铜
料相比，碳素工具钢具有更高的硬度，切削刃能够磨得很锋利，故切削效率和加工质量相对较高。但碳素工具钢只能承受200-250?的切削温度，用以切削一般钢材只
能应用5-8 m/min的切削速度，不能满足更高切削效率的要求。1865年，英国的罗伯特?墨希特(Rohert Mushet)发明了合金工具钢，其牌号有CrWMn，9CrSi等，能承受
350?的切削温度，加工一般钢材时切削速度可提高到10-12m/min。为了适应加工效率进一步提高的要求，美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)
于1898年发明了高速钢，当时的成分为C0.67%, W18.91%，Cr5.47%，V0.29%，Mn0.11%，Fe为余量。它能够承受550-600?的切削温度，切削一般钢材可采用25-30m/min
的切削速度、从而使其加工效率比碳素工具钢洽金工具钢分别提高了4倍和2.5倍以上，从19世纪末到20世纪初，曾使美国、英国等主要资本主义国家的切削水平出
现了一个飞跃，从而获得了巨大的经济效益，机械制造工业也赖以迅速发展。
142 随着人类生话、生产水平的提高，高速钢刀具已不能满足高效率加工、高质量加工以及难加工材料切削的要求。20世纪20年代到30年代，人们发明了钨钴类和钨
钛钴类硬质合金，其常温硬度达89-93HRA,能承受800-900?以上的高温，切削速度可以是高速钢刀具的4-5倍以上，因而被迅速推广应用。在第二次世界大战期间，由
于兵工生产的需要，美、英、苏、德各国开始部分使用硬质合金刀具;二战结束后，逐步扩大使用。50年代初，我国从苏联少量引进硬质合金，替代高速钢刀具在生产中
应用。后来，在苏联援助下，我国建设了株洲硬质合金厂;又自力更生，用本国的技术和力量，建成了自贡硬质合金厂。经过40年的努力，中国硬质合金刀具材料的产
量已居世界各国的前列，成为生产硬质合金的大国，20世纪后半期，工件材料的品种不断增多，其机械性能不断提高，工件的批量和加工精度也不断加大和提高，因而
对刀具的使用性能不断提出更新、更高要求。硬质合金刀具材料为了适应新的要求，自身有了更新的发展，出现了许多新品种，其性能比之过去有了很大的提高。与高
速钢刀具相比，硬质合金刀具较脆，韧性不足，可加工性也不好，故开始时只用于一般车刀，后发展到用于面铣刀及其他刀具;但迄今为止，仍不能用于所有种类的刀
具。高速钢刀具也有了发展，出现了许多新品种。然而，半个世纪来，一半以上的高速钢刀具被硬质合金刀具所替代;高速钢刀具材料凭借其良好的韧性和可加毛性，
仍固守着切削刀其中不足一半的阵地。当代，硬质合金和高速钢是两种最主要的、用得最多的刀具材料。它们的总和当占全部刀具的95%以上。 143 硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材料和超精密加工的要求，于是更新的刀具材料相继出现。20世纪中期出现了氧化铝及氧化铝基复合陶瓷，稍后又出现了
氮化硅及氮化硅基复合陶瓷。20世纪中后期，又制造出人造立方氮化硼和人造金刚石两种超硬刀具材料，它们的硬度大幅度地高于硬质合金与陶瓷由于韧性和可加工性
的不足，以及价格等原因，陶瓷、氮化硼及金刚石刀具材料的应用尚受到更大的局限。
144 综上所述，刀具(工具)材料的发展，对人类社会的发展发挥了极其重要的作用。20世纪中，刀具(工具)材料的发展比过去几十世纪要快得多C刀具材料的品种、类
型、数量、性能都有了很大的发展和提高。“百花齐放，推陈出新”;20世纪特别是后平个世纪，刀具材料大发展，大提高，令人眼花缭乱，目不暇接，从而推动人类的
物质文明迅猛前进。
145 2 刀具材料的化学成分
146 在古代，人类所用的刀具材料多为天然物质，如石材、天然金刚石等。近代、现代所用的刀具材料绝大多数出于人造，以便保证大量供应，并使质地均匀、可靠。 147 纵观现代的各种刀具材料，除金刚石的原料为石墨(碳元素)外，其他品种都离不开碳化物、氮化物、氧化物和硼化物。如表1至表4所示，这些化合物都具有高硬
度、高熔点、高弹性模量等特性，这正是刀具材料所需要的性质。
148 从表可以看出，表中多为碳元素、氮元素、氧元素或硼元素与金属元素的化合物;但也有例外，如SiC,B4C和Si3N等，硅(Si)和硼(B)并不是金属，但结合后，硬度
也很高，可以作为刀具材料而被利用。而氮(N)与硼(B)的结合，更能形成超硬刀具材料CBN。
149 在刀具材料的成分中碳化物用得最多。人们对碳化物的研究较为透彻，所得到的测试数据也较多。各种金属碳化物分1型、2型、3型、6型、7型,23型等，即MC(如
WC,Tic,ZrC等)、M2C(如Mo2C等M3C(如Fe3C、Cr3C2等)、M6C(如Fe3(W,Mo)3C6等),M3C(如Cr7C3等),M23C(如Cr23C6)。各型碳化物的形成，均遵循一定规律，
也能形成复合碳化物，但其物理、力学性能测试还不够，难以查到确切的数据。
150 对于碳素工具钢，其主要成分是Fe3C，即渗碳体合金工具钢中有复合碳化物，如合金渗碳体(F,Cr)3C等。高速钢中有更多的复合碳化物。如钨系高速钢，
M6C(Fe3W3C, Fe4W2C)是主要的成分在钨钊系高速钢中，M6C也是主要成分，其形式为Fe3(W,Mo)3C和Fe4(W、Mo)2C。
151 硬质合金中的硬质相主要为MC (WC, TiC)等，但经常加人Ta,Nb等元素而形成复合的碳化物，且必须用Co,Ni等元素为粘结材料。陶瓷中常用Al2O3和Si3N4为基
体材料，但经常加人碳化物、其他氧化物、其他氮化物或硼化物形成复合陶瓷。非金属氮化物Si3N4在陶瓷中发挥了重要作用，形成了陶瓷刀具材料的一个重要分支。
立方氮化硼也是一种非金属氮化物。
152 化合物只是碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的一部分;而已被付诸应用并已为人们所熟知的只是表中的少数。因此，人们在研制新刀具材料时，在化学组成上尚有选择
余地和很大的潜力叮挖当然，表中所列的化合物并不是都能被应用，因为除了考虑它们的综合性能，还要顾及资源、价格、工艺等因素 153 3 刀其材料与工件材料的匹配
154 刀具、工件两方面材料的力学、物理、化学性能必须得到合理的匹配，切削过程方能正常进行，并获得正常的刀具寿命，否则，刀具就可能会急剧磨损，其寿命很
短。例如，硬度高的工件材料，就必须用更硬的刀具来加工;高速钢刀具硬度不够，不能用来切削淬硬钢和冷硬铸铁，硬质合金和陶瓷刀具则能胜任，CBN刀具更佳加
工硬脆材料，不仅要求刀具有很高的硬度，还要求有高的弹性模量，否则刃部难以支撑。用硬质合金刀具加工淬硬钢及其他硬脆材料，必须采用弹性模量较高、WC含
量较多的K类或M类牌号。以上是力学性能的匹配不仅应考虑刀具材料的常温力学性能，还应考虑其高温性能。在加工导热性差的工件时，应采用导热性较好的刀具，
以使切削热得以导出从而降低切削温度。这是物理性能匹配的例子。
155 工件、刀具双方材料中的化学元素如有容易化合、相互发生化学作用或扩散作用者，应设法回避。例如，含钛的金属材料——钛合金、高温合金、奥氏体不锈钢等，
不能用含钛元素的刀具进行切削。也就是说，P类硬质合金、TiC基与Ti(C,N)基硬质合金、涂层硬质合金(多数涂层材料含钦)均不能使用;应采用K类、M类硬质合金或
高速钢。凡加工塑性材料产生长切屑且与前刀面发生摩擦者，应特别注意刀一屑双方元素的相互扩散，故加工非淬硬钢材应当采用P类硬质合金或Al203基陶瓷，而不
能采用K类合金与Si3N4基陶瓷。金刚石在600-700?以上时将转化为石墨,Fe元素将起催化作用而加速这种转化，故金刚石刀具不能加工钢铁材料。CBN最适合加工
钢铁，但只能进行干切削，水基切削液在高温下将使CBN分解。这些是化学性能匹配的例子。化学作用在低温条件下一般进行缓慢，在高温下加剧力学、物理、化学
作用有时是产生综合影响而相互关联的，对它们的规律尤其是对化学作用的机理尚认识不够深人，有待进一步研究。
156 4 刀具材料发展和展望
157 工件与刀具双方交替进展、相互促进，成为切削技术不断向前发展的历史规律。20世纪前半、后半时期分别是高速钢、硬质合金大发展的年代。近50年中，硬质
合金不断提高自身的性能，发展了许多新品种，从高速钢的领域中占领了大片阵地，成为当前用量超过一半的刀具材料，这是当年人们所未能估计到的。预计在21世纪，
硬质合金的使用范围将进一步扩大;高速钢凭借其综合性能的优势，仍将占有一定的阵地。由于资源、价格和性能的原因，陶瓷材料亦将得到发展，代替一部分硬质合金
刀具。然而，陶瓷与硬质合金相比，由于其切削性能的差距不是那么巨大，加上其强度、韧性和可加工性的不足，未来陶瓷刀具的发展不会像过去硬质合金替代高速钢
那样迅猛。超硬材料将得到更多的应用。新刀具材料的研制周期会越来越短，新品种、新牌号的推出将越来越快:在刀具材料发展中，硬度、耐磨性与强度、韧性难以兼
顾仍是主要矛盾有可能在21世纪中研制出既具有高速钢、硬质合金的强度和韧性，又具有超硬材料的硬度和耐磨性的刀具材料。各种涂层刀具复合片都能在一定程度上
克服上述矛盾，故极有发展前景。在未来，刀具材料将接受工件一方及制造系统更新、更严峻的挑战。新品种的出现、各 自所占比重的变化以及它们相互竞争
和相互补充的局面，将成为未来刀具材料发展的特点。
158 目前，碳化物、氮化物、氧化物、硼化物是刀具材料的主体成分。用石墨合成为人造聚晶金刚石已跳出了这个圈子。当今常用的金刚石为C-12;美国CE公司已研制
出同位素C-13的金刚石，其硬度、强度等均高于现有的金刚石。近期在太空中对碳分子试验的结果，又发现了由60个碳原子组成的巴基球，即C-60，它比金刚石更坚
硬。或许C-13、C-60在未来能成为新的刀具材料。近年来，国内外有人采用RF-PECVD法在刀具上涂孤C3N4薄膜，膜的硬度达到超硬材料的硬度，使刀具的使用寿
命大为提高。
159 宇宙间物质的形成和变化，复杂而奇妙:人类对自然界的认识尚处于肤浅阶段。在未来，可能会发现和制成崭新的品种，具有优异的性能，适合用作刀具的新材料。
笔者期望，在21世纪中，刀具材料有出人意料的新的飞跃发展。
螺纹加工方法
在工件上加工出内)外螺纹的方法,主要有切削加工和滚压加工两类。
螺纹原理的应用可追溯到公元前 220年希腊学者阿基米德创造的螺旋提水工具。公元4世纪,地中海沿岸国家在酿酒用的压力机上开始应用螺栓和螺母的原理。当时的外螺纹都是用一条绳子缠绕到一根圆柱形棒料上,然后按此标记刻制而成的。而内螺纹则往往是用较软材料围裹在外螺纹上经锤打成形的。1500年左右,意大利人列奥纳多?达芬奇绘制的螺纹加工装置草图中,已有应用母丝杠和交换齿轮加工不同螺距螺纹的设想。此后,机械切削螺纹的方法在欧洲钟表制造业中有所发展。1760年,英国人J.怀亚特和W.怀亚特兄弟获得了用专门装置切制木螺钉的专利。1778年,英国人J.拉姆斯登曾制造一台用蜗轮副传动的螺纹切削装置,能加工出精度很高的长螺纹。1797年,英国人莫兹利,H.在由他改进的车床上,利用母丝杠和交换齿轮车削出不同螺距的金属螺纹,奠定了车削螺纹的基本方法。19世纪20年代,莫兹利制造出第一批加工螺纹用的丝锥和板牙。20世纪初,汽车工业的发展进一步促进了螺纹的标准化和各种精密)高效螺纹加工方法的发展,各种自动张开板牙头和自动收缩丝锥相继发明,螺纹铣削开始应用。30年代初,出现了螺纹磨削。螺纹滚压技术虽在19世纪初期就有专利,但因模具制造困难,发展很慢,直到第二次世界大战时期(1942,1945),由于军火生产的需要和螺纹磨削技术的发展解决了模具制造的精度问题,才获得迅速发展。
1) 螺纹切削 一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法,主要有车削)铣削)攻丝)套丝)磨削)研磨和旋风切削等。车削)铣削和磨削螺纹时,工件每转一转,机床的传动链保证车刀)铣刀或砂轮沿工件轴向准确而均匀地移动一个导程。在攻丝或套丝时,刀具(丝锥或板牙)与工件作相对旋转运动,并由先形成的螺纹沟槽引导着刀具(或工件)作轴向移动。
螺纹车削 (图1 螺纹车削
) 在车床上车削螺纹可采用成形车刀或螺纹梳刀(见螺纹加工工具)。用成形车刀车削螺纹,由于刀具结构简单,是单件和小批生产螺纹工件的常用方法,用螺纹梳刀车削螺纹,生产效率高,但刀具结构复杂,只适于中)大批量生产中车削细牙的短螺纹工件。普通车床车削梯形螺纹的螺距精度一般只能达到8,9级(JB2886-81,下同),在专门化的螺纹车床上加工螺纹,生产率或精度可显著提高。
2)螺纹铣削 (图 2 螺纹铣削
)在螺纹铣床上用盘形铣刀或梳形铣刀进行铣削。盘形铣刀主要用于铣削丝杆)蜗杆等工件上的梯形外螺纹。梳形铣刀用于铣削内)外普通螺纹和锥螺纹,由于是用多刃铣刀铣削)其工作部分的长度又大于被加工螺纹的长度,故工件只需要旋转1.25,1.5转就可加工完成,生产率很高。螺纹铣削的螺距精度一般能达 8,9级,表面粗糙度为R 5,0.63微米。这种方法适用于成批生产一般精度的螺纹工件或磨削前的粗加工。
3)螺纹磨削 主要用于在螺纹磨床上加工淬硬工件的精密螺纹(图3 螺纹磨削
),按砂轮截面形状不同分单线砂轮和多线砂轮磨削两种。单线砂轮磨削能达到的螺距精度为5,6级,表面粗糙度为R 1.25,0.08微米,砂轮修整较方便。这种方法适于磨削精密丝杠)螺纹量规)蜗杆)小批量的螺纹工件和铲磨精密滚刀。多线砂轮磨削又分纵磨法和切入磨法两种。纵磨法的砂轮宽度小于被磨螺纹长度,砂轮纵向移动一次或数次行程即可把螺纹磨到最后尺寸。切入磨法的砂轮宽度大于被磨螺纹长度,砂轮径向切入工件表面,工件约转1.25转就可磨好,生产率较高,但精度稍低,砂轮修整比较复杂。切入磨法适于铲磨批量较大的丝锥和磨削某些紧固用的螺纹。
4)螺纹研磨 用铸铁等较软材料制成螺母型或螺杆型的螺纹研具,对工件上已加工的螺纹存在螺距误差的部位进行正反向旋转研磨,以提高螺距精度。淬硬的内螺纹通常也用研磨的方法消除变形,提高精度。
5) 攻丝和套丝 攻丝(图4 用丝锥攻丝
)是用一定的扭距将丝锥旋入工件上预钻的底孔中加工出内螺纹。套丝(图5 用板牙套丝
)是用板牙在棒料(或管料)工件上切出外螺纹。攻丝或套丝的加工精度取决于丝锥或板牙的精度。加工内)外螺纹的方法虽然很多,但小直径的内螺纹只能依靠丝锥加工。攻丝和套丝可用手工操作,也可用车床)钻床)攻丝机和套丝机。
6) 螺纹滚压 用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。螺纹滚压一般在滚丝机。搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行,适用于大批量生产标准紧固件和其它螺纹联接件的外螺纹。滚压螺纹的外径一般不超过 25毫米,长度不大于100毫米,螺纹精度可达2级(GB197-63),所用坯件的直径大致与被加工螺纹的中径相等。滚压一般不能加工内螺纹,但对材质较软的工件可用无槽挤压丝锥冷挤内螺纹(最大直径可达30毫米左右),工作原理与攻丝类似。冷挤内螺纹时所需扭距约比攻丝大1倍,加工精度和表面质量比攻丝略高。
螺纹滚压的优点是:表面粗糙度小于车削)铣削和磨削,滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度,材料利用率高,生产率比切削加工成倍增长,且易于实现自动化,滚压模具寿命很长。但滚压螺纹要求工件材料的硬度不超过HRC40,对毛坯尺寸精度要求较高,对滚压模具的精度和硬度要求也高,制造模具比较困难,不适于滚压牙形不对称的螺纹。
按滚压模具的不同,螺纹滚压可分搓丝和滚丝两类。
搓丝 两块带螺纹牙形的搓丝板错开 1/2螺距相对布置,静板固定不动,动板作平行于静板的往复直线运动。当工件送入两板之间时,动板前进搓压工件,使其表面塑性变形而成螺纹(图6 搓丝
滚丝 有径向滚丝)切向滚丝和滚压头滚丝 3种。径向滚丝:2个(或3个)带螺纹牙形的滚丝轮安装在互相平行的轴上,工件放在两轮之间的支承上,两轮同向等速旋转(图7 径向滚丝
),其中一轮还作径向进给运动。工件在滚丝轮带动下旋转,表面受径向挤压形成螺纹。对某些精度要求不高的丝杠,也可采用类似的方法滚压成形。切向滚丝:又称行星式滚丝,滚压工具由1个旋转的中央滚丝轮和3块固定的弧形丝板组成(图8 切向滚丝
)。滚丝时,工件可以连续送进,故生产率比搓丝和径向滚丝高。滚丝头滚丝:在自动车床上进行,一般用于加工工件上的短螺纹。滚压头中有3,4个均布于工件外周的滚丝轮(图 9 滚丝头滚丝
)。滚丝时,工件旋转,滚压头轴向进给,将工件滚压出螺纹。
微小孔加工技术现状及存在的问题
160 概况
161 目前，制造业中微小孔加工钻头的直径一般为φ100,φ300μm，刀具材料为超细晶粒硬质合金，WC粒径大致在90,1000nm左右。过去由于硬质合金韧性不足，钻头
加工可靠性较差，现在这些缺陷已基本消除，工具的抗折断性能、刚性和耐磨性等均远比高速钢钻头优越。微型钻头主要用于印刷电路板、燃料喷嘴(内燃机)、化纤细
丝喷嘴等的微小孔加工。被加工材料为GFRP、合金钢、不锈钢、特殊陶瓷等。
162 趋势
163 随着移动电话功能的增多，印刷电路板线路分布日益向密集方向发展，电路板的微孔直径也更加细小，加工难度进一步增大。内燃机燃料喷嘴的发展趋势也大致如此。
化纤丝喷嘴的喷出孔最小直径约10μm，喷嘴材料为不锈钢，要求在不锈钢上加工出数百至数千个喷出孔，加工难度极大。
164 高精度制作微型钻头的技术要求很高，直径越小，制作越困难。目前，市场上可见到的硬质合金微型钻头中，经过研磨的麻花钻最小直径为φ30μm，扁钻为φ10μm。
据报道，在研究室里采用电解磨削方式，可制作出φ5μm的极小直径钻头。
165 工具材料
166 随着钻头最小直径的微细化，要求工具的抗弯强度、刚性、刃尖锋利度、硬度及断裂韧性均应较高，因此，工具厂商不断研究如何使硬质合金晶粒更加微细化，而且
已取得可喜的成果。最近，佳友电工公司已开发出粒径为90nm的超细晶粒硬质合金，ァラィト材料公司宣布，他们已试制出粒径为60nm的高级超细晶粒硬质合金。 167 存在的问题
168 目前市场上销售的φ100μm以下的微型钻头中，尺寸、形状的偏差极不均匀。例如，对市场上φ20μm的31支钻头进行测试的结果，直径的平均值为20.1μm，标准偏
差1.5μm;芯厚平均值为6.3μm，标准偏差为1.7μm，偏差值明显偏大。当然制造出这样的钻头已经很不容易，但进一步缩小偏差值，仍是微孔加工需要解决的问题。 169 超细晶粒硬质合金的机械性能
170 WC粒径:300nm;硬度:1902Hv;纵弹性模量E:570GPa
171 WC粒径:90nm;硬度:2361Hv;纵弹性模量E:600GPa
172 另外，在抑制加工孔出口处的毛刺方面，目前还没有非常理想的方法，特别是内燃机燃料喷嘴，要除去微孔出口处的毛刺极其困难，制造商只能在钻孔加工后，采用
电解磨削方式，将孔出口处周围的毛刺去掉，否则将严重影响喷射效果。
173 今后的课题
174 (1)进一步细化WC晶粒，以提高微型钻头的刚性、硬度和韧性。
175 (2)采用ELID磨削等新技术，使钻头表面达到镜面水平，从而使切削刃更加锋利，切削阻力进一步减小，工具寿命大幅度延长。 176 (3)采用超声波振动切削，提高加工效率。小孔加工，尤其是微孔加工，对钻头施以超声波振动，可减小切削力，实现高速回转，提高切削效率，并可取得排屑流畅
和提高钻入处孔精度的良好效果。目前的超声波振动技术，尚不能很好满足微孔加工要求，今后应开发新型声波振动技术，并使之在微孔加工中得到广泛应用。 177 (4)抑制毛刺的产生。孔出口处的毛刺和交叉孔加工的毛刺均极难去除，必须对钻头形状加以更大改进和调整加工孔出口处的切削条件，才能有效抑制毛刺的产生。 178 (5)开发减小钻头振动的夹持系统。钻头安装在机床主轴夹具上，应保证振摆精度在1μm以内。钻头直径越小，刚性越低，振摆失控将大幅度缩短工具寿命。因此，
必须开发减振性能良好的夹具，将其与微型钻头相配合，以提高微小孔加工的精度和延长工具寿命。
179
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