金属材料及加工工艺.（精选5篇）

第一篇：金属材料及加工工艺.

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第一篇 变形加工 第二篇 切削加工 第三篇 磨削加工 第四篇 焊接 第五篇 热处理 第六篇 表面处理 第一篇 变形加工

一、塑性成型

二、固体成型

三、压力加工

四、粉末冶金

一、塑性成型加工

塑性(成型)塑性(成型)加工是指高温加热下利用模具使金 属在应力下塑性变形。分类： 分类： 锻造： 锻造： 在冷加工或者高温作业的条件下用捶打和挤压的 方式给金属造型，是最简单最古老的金属造型工 方式给金属造型，艺之一。艺之一。扎制： 扎制： 高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子，高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子，辊 子将金属扎入型模中以获得预设的造型。子将金属扎入型模中以获得预设的造型。

挤压：用于连续加工的，挤压：用于连续加工的，具有相同横截面形 状的实心或者空心金属造型的工艺，状的实心或者空心金属造型的工艺，既可以 高温作业又可以进行冷加工。高温作业又可以进行冷加工。冲击挤压：用于加工没有烟囱锥度要求的小 冲击挤压： 型到中型规格的零件的工艺。生产快捷，型到中型规格的零件的工艺。生产快捷，可 以加工各种壁厚的零件，加工成本低。以加工各种壁厚的零件，加工成本低。拉制钢丝： 拉制钢丝：利用一系列规格逐渐变小的拉丝 模将金属条拉制成细丝状的工艺。模将金属条拉制成细丝状的工艺。

二、固体成型加工

固体成型加工：是指所使用的 固体成型加工： 原料是一些在常温条件下可以进行 造型的金属条、造型的金属条、片以及其他固体形 态。加工成本投入可以相对低廉一 些。

固体成型加工分类： 固体成型加工分类： 旋压： 旋压：一种非常常见的用于生产圆形对 称部件的加工方法。加工时，称部件的加工方法。加工时，将高速旋转的 金属板推近同样告诉旋转的，金属板推近同样告诉旋转的，固定的车床上 的模型，以获得预先设定好的造型。的模型，以获得预先设定好的造型。该工艺 适合各种批量形式的生产。适合各种批量形式的生产。弯曲：一种用于加工任何形式的片状，弯曲：一种用于加工任何形式的片状，杆 状以及管状材料的经济型生产工艺。状以及管状材料的经济型生产工艺。

冲压成型： 冲压成型：金属片置于阳模与阴模之间经过 压制成型，用于加工中空造型，深度可深可浅。压制成型，用于加工中空造型，深度可深可浅。冲孔： 冲孔：利用特殊工具在金属片上冲剪出一定 造型的工艺，小批量生产都可以适用。造型的工艺，大，小批量生产都可以适用。冲切：与冲孔工艺基本类似，不同之处在于 冲切：与冲孔工艺基本类似，前者利用冲下部分，前者利用冲下部分，而后者利用冲切之后金属 片剩余部分。片剩余部分。切屑成型： 切屑成型：当对金属进行切割的时候有切 屑生产的切割方式统称为切屑成型，屑生产的切割方式统称为切屑成型，包括铣 钻孔，车床加工以及磨，锯等工艺。磨，钻孔，车床加工以及磨，锯等工艺。无切屑成型： 无切屑成型：利用现有的金属条或者金属 片等进行造型。没有切屑产生。片等进行造型。没有切屑产生。这类工艺包 括化学加工，腐蚀，放电加工，喷砂加工，括化学加工，腐蚀，放电加工，喷砂加工，激光切割，喷水切割以及热切割等。激光切割，喷水切割以及热切割等。

三、压力加工

利用金属在外力作用下所产生的 塑性变形，来获得具有一定形状、塑性变形，来获得具有一定形状、尺 寸和机械性能的原材料、寸和机械性能的原材料、毛坯或零件 的生产方法，称为压力加工。的生产方法，称为压力加工。压力加工的基本方式：锻造、压力加工的基本方式：锻造、板 料冲压、轧制、挤压、料冲压、轧制、挤压、拉拔。锻造

锻造是利用锻锤的往复冲击力 或压力机的压力是坯料改变成我 们所需要的形状和尺寸的一种压 力加工方法。力加工方法。一般分为自由锻和模锻。一般分为自由锻和模锻。常用于生产大型材、开坯等。常用于生产大型材、开坯等。

一、自由锻

利用冲击力或压力使金属在上下两个 抵铁之间产生变形，抵铁之间产生变形，从而得到所需形状 及尺寸的锻件。分手工锻造、及尺寸的锻件。分手工锻造、机械锻造 两种。两种。工具简单，通用性强，应用广泛。工具简单，通用性强，应用广泛。

二、模锻

按设备不同分为： 按设备不同分为： 锤上模端、胎膜锻、压力机上模锻 锤上模端、胎膜锻、锤上模锻设备有： 锤上模锻设备有： 蒸汽空气锤、五砧座锤、蒸汽空气锤、五砧座锤、高速锤 板料冲压

板料冲压是利用冲模使板料产生 分离或变形的加工方法。分离或变形的加工方法。这种方法 通常是在冷态下进行的,所以又叫冷 通常是在冷态下进行的 所以又叫冷 冲压。只有在板料超过8-10mm时，冲压。只有在板料超过 时 才采用热冲压。才采用热冲压。特点

可以冲压出形状复杂的零件，废料较少。可以冲压出形状复杂的零件，废料较少。产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性能较好。互换性能较好。能获得质量轻、材料消耗少、能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较 高的零件。高的零件。冲压操作简单，冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动 生产效率高，故零件成本低。化，生产效率高，故零件成本低。

板料冲压常用金属材料： 低碳钢、铜合金、铝合金、镁 合金、及塑性高的合金钢。从形状分：板料、条料、带料。基本工序： 常用设备：剪床和冲床。常用设备：剪床和冲床。

剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，以供下一步的冲压程序用。以供下一步的冲压程序用。冲床用来实现冲压工序，冲床用来实现冲压工序，制成所需形状和 尺寸的成品零件。尺寸的成品零件。

冲压生产基本工序： 冲压生产基本工序： 分离工序：落料、冲孔、切断、修整等。分离工序：落料、冲孔、切断、修整等。变形工序：拉深、弯曲、翻边、成型等。变形工序：拉深、弯曲、翻边、成型等。

四、粉末冶金

粉末冶金一种可以加工黑色金属元件也 可以加工有色金属元件的工艺。可以加工有色金属元件的工艺。包括将合 金粉末混合以及将混合物，金粉末混合以及将混合物，压入模具两项 基本工序。基本工序。金属颗粒经过高温加热烧结成 这种工艺不需要机器加工，型。这种工艺不需要机器加工，原材料利 用率可以达到97% 97%。用率可以达到97%。不同的金属粉末可以 用于填充模具的不同部分。用于填充模具的不同部分。第二篇 切削加工 切削加工

制造尺寸、形状、制造尺寸、形状、位置精度要求较 表面粗糙度较细的零件，高，表面粗糙度较细的零件，通常采 用切削加工方法。用切削加工方法。金属切削机床就是利用刀具对金 属毛坯进行切削加工的设备，属毛坯进行切削加工的设备，通常简 称为机床。称为机床。分类

车床 铣床 钻床 镗床 电火花线切割加工 车 床

车床主要用于加工各 种回转表面（种回转表面（内外圆 柱面、圆锥面、柱面、圆锥面、成型 回转面等）回转面等）以及回转 体的端面。体的端面。车床主要使用的刀具 为各种车刀，为各种车刀，也可用 钻头、扩孔钻、钻头、扩孔钻、绞刀 进行孔加工，用丝锥、进行孔加工，用丝锥、板牙加工内外螺纹表 面。铣

铣床可以加工水平面、铣床可以加工水平面、垂直面、形槽 键槽、形槽、垂直面、T形槽、键槽、燕尾槽、螺纹、螺旋槽、燕尾槽、螺纹、螺旋槽、分齿零件（齿轮、链轮、分齿零件（齿轮、链轮、棘轮、花键轴）棘轮、花键轴）以及成 形面等。此外，形面等。此外，铣床还 可以使用锯刀铣片进行 切断工作。切断工作。种类：卧式升降台铣床、种类：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、立式升降台铣床、工具 铣床、龙门铣床、铣床、龙门铣床、成形 铣床等。铣床等。床 钻

钻床可以用钻头直接 加工出精度不太高的 孔，也可以通过钻 扩孔—铰孔的工 孔—扩孔 铰孔的工 扩孔 艺手段加工精细度要 求较高的孔，求较高的孔，利用夹 具还可加工要求一定 位置精度的孔系。位置精度的孔系。另 外，钻床还可进行攻 螺纹。螺纹。钻床的主要类型有： 钻床的主要类型有： 台式钻床、台式钻床、立式钻 摇臂钻床、床、摇臂钻床、铣钻 中心孔钻床等。床、中心孔钻床等。床 镗 床

镗床主要用于加工尺寸 较大、较大、精度要求较高的 孔，特别适用于加工分 布在不同位置上，布在不同位置上，孔距 精度、精度、相互位置精度要 求很严格的孔系。求很严格的孔系。除镗 孔外，孔外，镗床还可以完成 钻孔、扩孔、钻孔、扩孔、铰孔等工 作，大部分镗床还具有 铣削的功能。铣削的功能。镗床的主要类型有： 镗床的主要类型有： 立式镗床、卧式镗床、立式镗床、卧式镗床、坐标镗床、精镗床等。坐标镗床、精镗床等。电火花线切割加工

电火花加工是一种利用电火花放 电时产生的腐蚀现象对材料进行加 工的方法。工的方法。电火花线切割加工是指在工具电 电极丝)和工件间施加脉冲电压, 极(电极丝)和工件间施加脉冲电压, 使电压击穿间隙产生火花放电的一 种加工方式。种加工方式。电火花线切割机床加工

电火花线切割机床加工是在电火花 成形加工的基础上发展起来的,最初的 成形加工的基础上发展起来的,最初的 名称为线状电极电火花切割机床加工，名称为线状电极电火花切割机床加工，是一种不用事先制备专用工具电极而 采用通用电极的电火花加工方法。采用通用电极的电火花加工方法。

电火花线切割机机床 有多种分类方法，有多种分类方法，一 般可以按 机床的控制方式、机床的控制方式、脉冲电源的形式、脉冲电源的形式、工件台尺寸与行程、工件台尺寸与行程、走丝速度、走丝速度、加工精度及 工作液方式 进行分类。进行分类。

数控电火花线切割加工的 用途广泛，随着它的发展和普及，用途广泛，随着它的发展和普及，电火花线切割机床已经逐渐从单 一的冲裁模具加工向各种类模具 及复杂精密模具甚至零件加工方 向转移，譬如： 向转移，譬如： 1.最早的模具加工 2.新产品试制的零件加工制 作 3.难加工零件 4.贵重金属下料 第三篇 磨削加工 磨削加工

磨削加工是利用磨料去除材料的加工方 法。通常按工具类型进行分类，通常按工具类型进行分类，可分为使用 固定磨粒加工及使用自由磨粒加工两大 类。通常所说磨削主要指用砂轮或砂带进行 去除材料加工的工艺方法，去除材料加工的工艺方法，它是应用广 泛的高效精密的终加工方法。泛的高效精密的终加工方法。分类

一般砂轮磨削根据加工对象、一般砂轮磨削根据加工对象、表面生成方法 不同，可分为外圆、内圆、不同，可分为外圆、内圆、平面及成型磨削 方法。方法。对旋转表面按工件夹紧和驱动方法，对旋转表面按工件夹紧和驱动方法，可分为 定心磨削与无心磨削。定心磨削与无心磨削。按砂轮进给方法相对于表面加工的关系，按砂轮进给方法相对于表面加工的关系，可 分为纵向进给与切入进给磨削。分为纵向进给与切入进给磨削。按磨削行程分为通磨与定程磨。按磨削行程分为通磨与定程磨。按砂轮表面工作类型分为周边磨削、端面磨 按砂轮表面工作类型分为周边磨削、以及周边-端面磨削 端面磨削。削、以及周边 端面磨削。

从磨削区的基本情况来看，从磨削区的基本情况来看，大致分为两 类：（1）恒压力磨削）所谓恒压力磨削是指控制切入压力 为定值的磨削，即通过控制磨头重量、为定值的磨削，即通过控制磨头重量、杠 人力、液压、杆、人力、液压、气动及电器系统来控制 砂轮对工件的压力。如砂轮架、砂轮对工件的压力。如砂轮架、砂轮切割 钢锭粗磨机等均采用这种形式。机、钢锭粗磨机等均采用这种形式。（2）定进给磨削）所谓定进给磨削是指控制切入进给 速度为恒值的磨削。加工时，速度为恒值的磨削。加工时，砂轮以选定 的进给率垂直于磨削表面作切入进给。的进给率垂直于磨削表面作切入进给。现 在使用的磨床大多使用这种方式。在使用的磨床大多使用这种方式。第四篇 焊接

焊接是一种永久性连接金属材料 的工艺方法。的工艺方法。焊接过程的实质是用 加热或加压力等手段，加热或加压力等手段，借助于金属 原子的结合与扩散作用，原子的结合与扩散作用，是分离的 金属材料牢固地连接起来。金属材料牢固地连接起来。按焊接过程的特点分： 熔化焊、压力焊、钎焊三大 类

一、熔化焊通过加热，使被焊金属自身熔 熔化焊通过加热，通过加热 化而相互连接，化而相互连接，也称为自身焊 压力焊在加热的同时加压 加热的同时加压，二、压力焊在加热的同时加压，使被焊金 属相互连接 焊料焊通过加热 通过加热，三、焊料焊通过加热，利用焊接材料将被 焊金属相互连接

熔化焊中的电弧焊应用极为普遍，包括： 手工电弧焊、埋弧自动焊、气体 保护焊

其他常用焊接方法： 其他常用焊接方法： 电渣焊、电渣焊、等离子弧焊接与切 真空电子束焊接、割、真空电子束焊接、激光焊 电阻焊、接、电阻焊、摩擦焊

埋弧自动焊（也称溶剂层下自 动焊）

特点： 特点： 生产率高、焊接质量高且稳定、生产率高、焊接质量高且稳定、节 省金属材料、劳动条件改善。省金属材料、劳动条件改善。但设备费用高，工艺准备复杂，但设备费用高，工艺准备复杂，对 接头加工与装配要求严格，接头加工与装配要求严格，仅适用于批 量生产长直线焊缝与圆筒形工件的纵、量生产长直线焊缝与圆筒形工件的纵、环焊缝。环焊缝。气体保护焊

一、氩弧焊 氩弧焊是以氩气为保护气体 的电弧焊，氩气是惰性气体，的电弧焊，氩气是惰性气体，可保护电极和熔化金属不受空 气的有害作用。高温情况下，气的有害作用。高温情况下，氩气不和金属起化学反应，氩气不和金属起化学反应，也 不溶于金属，不溶于金属，因此氩弧焊的质 量较高。量较高。二、二氧化碳气体保护焊 CO2保护焊是以 保护焊是以CO2作 保护焊是以 作 为保护气体的电弧焊。为保护气体的电弧焊。它用 焊丝做电极，焊丝做电极，靠焊丝和焊件 之间产生的电弧熔化工件金 属与焊丝，属与焊丝，以自动或半自动 方式进行焊接。方式进行焊接。

优点： 成本低，可用价廉易得的 CO2代替焊剂，焊接成本仅是埋弧 自动焊和手弧焊的40%左右。生产 效率高、操作性好、质量较好。缺点： CO2的氧化作用使溶滴飞溅 较为严重，因此焊缝成型不够光滑，另外焊接烟雾较大，弧光强烈，如 果控制或操作不当，容易产生气孔。特点(1)焊料熔化： 焊料焊接法 焊接时只有焊料熔化，而被焊金属处于固态，对材料性能影响小。(2)焊料与焊件的成分不同形成接头(3)金属的连接 可以连接异质金属，包括金属与非金属的连 接。炉内焊接法

特点(1)炉内焊接具有真空密闭的焊接条件，(1)炉内焊接具有真空密闭的焊接条件，金属不易氧化。(2)焊件整体加热均匀，温度控制准确。(2)焊件整体加热均匀，温度控制准确。(3)主要应用于金属一烤瓷基底桥的焊接。(3)主要应用于金属一烤瓷基底桥的焊接。激光焊接法

某些物质原子中的粒子受光或电刺激，使 低能级的原子变成高能级原子，辐射出相位、频率、方向完全相同的光，具有颜色单纯、能 量高度集中、光束方向性好的特点。

特点：(1)焊接速度快，加工时间短暂(1)焊接速度快，加工时间短暂(2)准确性高，被焊金属无需包埋固定，无变形(2)准确性高，被焊金属无需包埋固定，无变形(3)不受电磁于扰，可直接在大气中进行焊接，(3)不受电磁于扰，可直接在大气中进行焊接，操作方便(4)热影响区小，激光焊接加热区域小、热量集(4)热影响区小，激光焊接加热区域小、热量集 中、受热及冷却快，对焊件影响小(5)无噪声、污染小(5)无噪声、污染小 激 光 点 焊 机 点焊法

特点：(1)属于电阻焊接法。(1)属于电阻焊接法。(2)利用电流通过焊件时产生的电阻(2)利用电流通过焊件时产生的电阻 热作为热源，加热熔化焊件(热作为热源，加热熔化焊件(不加焊 料)进行焊接。第五篇 热处理

热处理是在一定的条件下，热处理是在一定的条件下，给金属一定 的加热与冷却，的加热与冷却，使金属获得一定的机械 性能或化学性能的工艺方法。性能或化学性能的工艺方法。金属零件进行热处理的主要目的是： 金属零件进行热处理的主要目的是： 提高硬度、提高硬度、强度及增加耐磨性 降低硬度，降低硬度，便于机械加工 消除加工过程中所引起的内应力 提高表面耐磨、提高表面耐磨、耐蚀性能 普通热处理

分类： 分类：

一、退火

二、正火

三、淬火

四、回火

一、退火

把工件加热到一定温度（把工件加热到一定温度（稍高于临界温），经过一定时间保温后 经过一定时间保温后，度），经过一定时间保温后，缓慢冷却 下来（一般随炉冷却)的过程叫退火 的过程叫退火。下来（一般随炉冷却 的过程叫退火。由于加热温度和冷却速度不同，由于加热温度和冷却速度不同，退火处 理对改变金属组织和性能的作用也不同。理对改变金属组织和性能的作用也不同。常用退火方法

一、完全退火，主要是细化颗粒、消除或减 完全退火，主要是细化颗粒、少组织的不均匀性、降低温度、少组织的不均匀性、降低温度、改善切削加 工性、提高韧性和塑性、消除内应力。工性、提高韧性和塑性、消除内应力。球化退火，二、球化退火，主要用于刀具和冷却模具的 锻造毛坯，效果同上，锻造毛坯，效果同上，为淬火处理作组织准 备。消除加工硬化的退火，三、消除加工硬化的退火，主要用于消除工 件经冷拔、冷弯灯产生的硬化现象。件经冷拔、冷弯灯产生的硬化现象。去应力退火，主要用于消除铸件、四、去应力退火，主要用于消除铸件、焊接 件在加工过程中产生的内应力，以及精密零 件在加工过程中产生的内应力，件表面加工时留下的加工应力。件表面加工时留下的加工应力。

二、正火

正火是退火的一种变态，正火是退火的一种变态，正火与完全退火的 区别是：正火是使工件在空气中冷却，区别是：正火是使工件在空气中冷却，完全 退火是工件随炉冷却。退火是工件随炉冷却。正火的目的主要是细化晶粒、、、、改善切削加 正火的目的主要是细化晶粒、、改善切削加 工性、提高韧性和强度、工性、提高韧性和强度、为最后的热处理做 好准备。好准备。对于不重要或不适于淬火处理的零件，正火 对于不重要或不适于淬火处理的零件，后可不必做其他处理。后可不必做其他处理。

三、淬火

把工件加热到一定温度（临界温度以上），把工件加热到一定温度（临界温度以上），经过一定时间保温后，在水、经过一定时间保温后，在水、油或盐水中急 速冷却的操作过程叫淬火。速冷却的操作过程叫淬火。按加热程度不同分为： 按加热程度不同分为： 整体淬火和表面淬火。整体淬火和表面淬火。整体淬火

按照冷却方法不同分为： 按照冷却方法不同分为： 单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火 表面淬火

表面淬火时把工件表面加热到淬火温度后，表面淬火时把工件表面加热到淬火温度后，随即用水或其他冷却剂进行急速冷却，随即用水或其他冷却剂进行急速冷却，以此 时工件的表面得到很高的硬度，时工件的表面得到很高的硬度，内部却保持 原来的韧性。原来的韧性。按加热方法不同分为： 按加热方法不同分为： 浸液淬火 乙炔—氧气或煤气 氧气或煤气—氧气 火焰淬火 乙炔 氧气或煤气 氧气 高频淬火 高频感应电流

四、回火

把淬火的零件加热到723摄氏度以下某一温 摄氏度以下某一温 把淬火的零件加热到 经过一定时间保温后，在油、度，经过一定时间保温后，在油、水或空 气中冷却的操作过程叫回火。气中冷却的操作过程叫回火。回火的目的是： 回火的目的是：消除或减少淬火零件的内 应力、降低脆性、硬度、增加韧性、应力、降低脆性、硬度、增加韧性、稳定 淬火后的工件尺寸、防止使用中变形。淬火后的工件尺寸、防止使用中变形。分类

一、低温回火 150-150摄氏度 摄氏度 可用于各种工具、滚动轴承及渗碳零件的 可用于各种工具、处理

二、中温回火 350-500摄氏度 摄氏度 用于对弹簧、用于对弹簧、锻模和冲击工具的处理

三、高温回火 500-650摄氏度 摄氏度 用于各种齿轮、连杆等零件的处理。用于各种齿轮、轴、连杆等零件的处理。化学热处理

一、渗碳

1、固体渗碳法、2、液体渗碳法、3、气体渗碳法、二、氮化

三、氰化

二、氮化处理

氮化是把放在含氮原子的介质中，氮化是把放在含氮原子的介质中，加热到 500-600摄氏度，使工件表面增氮的一种化 摄氏度，摄氏度 学热处理。学热处理。目的在于： 目的在于： 提高硬度和耐磨性 提高疲劳强度 提高抗腐蚀能力 分为：液体氮化、气体氮化、分为：液体氮化、气体氮化、离子氮化

三、氰化

又叫碳氮共渗。又叫碳氮共渗。特点：时间短、效率高、但是所用氰盐（特点：时间短、效率高、但是所用氰盐（氰 化钾、氰化钠有剧毒）成本高。化钾、氰化钠有剧毒）成本高。分为气体和液体两种： 分为气体和液体两种： 有可按温度分为： 有可按温度分为： 高温氰化 900-940摄氏度 深度氰化 摄氏度 中温氰化 820-880摄氏度 摄氏度 低温氰化 520-580摄氏度 摄氏度 第六篇 表面加工 表面处理

一、黑色金属的氧化处理 将工件放入含苛性钠、硝酸钠溶液中，将工件放入含苛性钠、硝酸钠溶液中，使工 件表面生成一层很薄的黑色氧化膜的过程，件表面生成一层很薄的黑色氧化膜的过程，简称发黑。简称发黑。

二、黑色金属的磷化处理 将工件浸如磷酸盐溶液中，将工件浸如磷酸盐溶液中，使表面生成一层 磷酸盐薄膜的过程，叫磷化处理。磷酸盐薄膜的过程，叫磷化处理。一般不改 变金属的机械性能、磁性和零件外形尺寸。变金属的机械性能、磁性和零件外形尺寸。分为：冷磷化、高温磷化、中温磷化。分为：冷磷化、高温磷化、中温磷化。碳钢表面处理 电镀 热镀 发黑 喷漆 电镀

利用电解的方法是金属或合金沉积在工件表 以形成均匀、致密、面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属 层的过程叫电镀。层的过程叫电镀。

热镀 电镀与热镀比较

1.电镀层均匀，厚度很薄；热镀层较厚，电镀层均匀，厚度很薄；热镀层较厚，电镀层均匀 厚度不均匀。厚度不均匀。2.电镀外观光亮，热镀颜色较暗。电镀外观光亮，电镀外观光亮 热镀颜色较暗。3.电镀层较薄，耐蚀性较差。热镀层较厚，电镀层较薄，电镀层较薄 耐蚀性较差。热镀层较厚，而且与基体金属形成渗入层，耐蚀性好。而且与基体金属形成渗入层，耐蚀性好。热镀锌

热镀锌是使熔融金属与铁基体反应而产生 合金层，从而使基体和镀层二者相结合。合金层，从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将工件进行酸洗，热镀锌是先将工件进行酸洗，去除工件表 面的氧化铁。酸洗后，面的氧化铁。酸洗后，通过氯化铵或氯化 锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽 中进行清洗，最后送入热浸镀槽中。中进行清洗，最后送入热浸镀槽中。热镀锌具有镀层均匀，附着力强，热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿 命长等优点。命长等优点。发黑

黑色金属的氧化处理 将工件放入含苛性钠、硝酸钠溶液中，将工件放入含苛性钠、硝酸钠溶液中，使 工件表面生成一层很薄的黑色氧化膜的过 简称发黑。程，简称发黑。氧化膜的厚度约为0.5 1.5微米 0.5微米。氧化膜的厚度约为0.5-1.5微米。氧化处理后的工件外表美观，氧化处理后的工件外表美观，同时具有一 定的抗腐蚀能力，常用于各中武器、定的抗腐蚀能力，常用于各中武器、精密 仪器零件的装饰防护处理，以及细钢丝、仪器零件的装饰防护处理，以及细钢丝、薄钢片制零件的防护处理。薄钢片制零件的防护处理。不锈钢表面处理

拉丝 手工抛光 机器抛光 串光 震动研磨机 塑料电镀

塑料电镀的特点： 塑料电镀的特点： 塑料电镀制品具有塑料和金属两者的 特性。比重小，耐腐蚀性能良好，特性。比重小，耐腐蚀性能良好，成型简 具有金属光泽和金属的质感，便，具有金属光泽和金属的质感，还有导 导磁和焊接等特性。电、导磁和焊接等特性。它可以节省繁杂 的机械加工工序、节省金属材料，的机械加工工序、节省金属材料，而且美 装饰性强，同时，观，装饰性强，同时，它还提高了塑料的 机械强度。机械强度。

第二篇：金属热处理原理及工艺 期末总结

正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺

固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。Al-4Cu合金在时效过程中，过饱和固溶体的各个沉淀阶段，其顺序可概括为： 过饱和G.P.区过渡相过渡相(CuAl2)稳定相 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度时效处理有自然时效和人工时效两种。

淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺

回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺

调质处理：将钢件淬火，随之进行高温回火，这种复合工艺称调质处理。表面热处理：改变钢件表面组织或化学成分，以其改面表面性能的热处理工艺。表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用于中碳钢。化学热处理：是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺 渗碳：向钢的表面渗入碳原子，提高表面含碳量，提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性。

渗氮：在工件表面渗入氮原子，形成一个富氮硬化层的过程。提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，且渗氮性能优于渗碳。碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点

完全退火和等温退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。

球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。铁素体(F)1.组织: 碳在α-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体2.特性: 呈体心立方晶格.溶碳能力最小,最大为0.02%;硬度和强度很低,HB=80-120,σb=250N/mm^2;而塑性和韧性很好,δ=50%,ψ=70-80%.因此,含铁素体多的钢材(软钢)中用来做可压、挤、冲板与耐冲击震动的机件.这类钢有超低碳钢,如 0Cr13,1Cr13、硅钢片等

奥氏体1.组织: 碳在γ-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。2.特性:呈面心立方晶格.最高溶碳量为2.06%,在一般情况下,具有高的塑性,但强度和硬度低,HB=170-220,奥氏体组织除了在高温转变时产生以外,在常温时亦存在于不锈钢、高铬钢和高锰钢中,如奥氏体不锈钢等 渗碳体(C)1.组织: 铁和碳的稳定化合物(Fe3C)2.特性: 呈复杂的八面体晶格.含碳量为6.67%,硬度很高,HRC70-75,耐磨,但脆性很大,因此,渗碳体不能单独应用,而总是与铁素体混合在一起.碳在铁中溶解度很小,所以在常温下,钢铁组织内大部分的碳都是

以渗碳体或其他碳化物形式出现

珠光体(P)1.组织;铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）铁素体片和渗碳体

片交替排列的层状显微组织, 2.特性: 是过冷奥氏体进行共析反应的直接产物.其片层组织的粗细随奥氏体过冷程度不同,过冷程度越大,片层组织越细性质也不同.奥氏体在约600℃分解成的组织称为细珠光体(有的叫一次索氏体),在500-600℃分解转变成用光学显微镜不能分辨其片层状的组织称为极细珠光体(有的一次屈氏体),它们的硬度较铁素体和奥氏体高,而较渗碳体低,其塑性较铁素体和奥氏体低而较渗碳体高.正火后的珠光体比退火后的珠光体组织细密,弥散度大,故其力学性能较好,但其片状渗碳体在钢材承受负荷时会引起应力集中,故不如索氏体 莱氏体(L)1.组织: 渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）2.特性: 铁合金溶液含碳量在2.06%以上时,缓慢冷到1130℃便凝固出莱氏体.当温度到达共析温度莱氏体中的奥氏转变为珠光体.因此,在723℃以下莱氏体是珠光体与渗碳体机械混合物(共晶混合).莱氏体硬而脆(＞HB700),是一种较粗的组织,不能进行压力加工,如白口铁.在铸态含有莱氏体组织的钢有高速工具钢和Cr12型高合金工具钢等.这类钢一般有较大有耐磨性和较好的切削性

淬火与马氏体1.组织: 碳在α-Fe中的过饱和固溶体,显微组织呈针叶状2.特性:淬火后获得的不稳定组织.具有很高的硬度,而且随含碳量增加而提高,但含碳量超过0.6%后的硬度值基本不变,如含C0.8%的马氏体,硬度约为HRC65,冲击韧性很低,脆性

很大,延伸率和断面收缩率几乎等于零.奥氏体晶粒愈大,马氏体针叶愈粗大,则冲击韧性愈低;淬火温度愈低,奥氏体晶粒愈细,得到的马氏体针叶非常细小,即无针状马氏组织,其韧性最高 回火马氏体(S)1.组织: 与淬火马氏体硬度相近,而脆性略低的黑色针叶状组织

2.特性:淬火钢重新加热到150-250℃回火获得的组织.硬度一般只比淬火马氏体低HRC1-3格,但内应力比淬火马氏体小

索氏体(S)1.组织: 铁索体和较细的粒状渗碳体组成的组织2.特性:淬火钢重新加热到500-680℃回火后获得的组织.与细珠光体相比,在强度相同情冲下塑性及韧性都高,随回火温度提高,硬度和强度降低,冲击韧性提高.硬度约为HRC23-35.综合机械性能比较好.索氏体有的叫二次索氏体或回火索氏体

屈氏体屈氏体(T)组织或特性

1.组织: 铁索体和更细的粒状渗碳体组成的组织2.特性:淬火钢重新加热到350-450℃回火后获得的组织.它的硬度和强度虽然比马氏体低,但因其组织很致密,仍具有较高的强度和硬度,并有比马氏体好的韧性和塑性,硬度约为

HRC35-45.屈氏体有的叫二次屈氏体或回火屈氏体

下贝氏体(B)1.组织: 显微组织呈黑色针状形态,其中的铁素体呈现针状,而碳化物呈现极小的质点以弥散状分布在针状铁素体内2.特性:过冷奥氏体在400-240℃等温度转变后的产物.具有较高的硬度,约为HRC40-55,良好的塑性和很高的冲击韧性,其综合机械性能比索氏体更好;因此,在要求较大的、韧性和高强度相配合时,常以含有适当合金元素的中碳结构钢等温淬火,获得贝氏体以改善钢的机械性能,并减小内应力和变形 低碳马氏体具有高强度与良好的塑性、韧性相结合的特点(σb=1200-1600N/mm^2，σ0.2=1000-1300N/mm^2,δ5≥10%,ψ≥40%αk≥60J/cm^2);同时还有低的冷脆转化温度(≤-60℃);在静载荷、疲劳及多次冲击载荷下,其缺口敏感度和过载敏感性都较低.低碳马氏体状态的20SiMn2MoVA综合力学性能,比中碳合金钢等温淬火获得的下贝氏体更好.保持了低碳钢的工艺性能,但切削加工较难.工艺

1.低碳钢及低碳合金钢制模具 例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

2.高合金渗碳钢制模具 例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。3.调质钢制模具 例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。

4.碳素工具钢及合金工具钢制模具 例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。

5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。论述钢材在热处理过程中出现脆化现象的主要原因及解决方法。答：①过共析钢奥氏体化后冷却速度较慢出现网状二次渗碳体时，使钢的脆性增加，脆性的网状二次渗碳体在空间上把塑性相分割开，使其变形能力无从发挥。解决方法，重新加热正火，增加冷却速度，抑制脆性相的析出。②淬火马氏体在低温回火时会出现第一类回火脆性，高温回火时有第二类回火脆性，第一类回火脆性不可避免，第二类回火脆性，可重新加热到原来的回火温度，然后快冷恢复韧性。③工件等温淬火时出现上贝氏体时韧性降低，重新奥氏体化后降低等温温度得到下贝氏体可以解解。④奥氏体化温度过高，晶粒粗大韧性降低。如：过共析钢淬火温度偏高，晶粒粗大，获得粗大的片状马氏体时，韧性降低；奥氏体晶粒粗大，出现魏氏组织时脆性增加。通过细化晶粒可以解决。

20CrMnTi、40CrNiMo、60Si2Mn、T12属于哪类钢？含碳量为多少？钢中合金元素的主要作用是什么？淬火加热温度范围是多少？常采用的热处理工艺是什么？最终的组织是什么？性能如何？

20CrMnTi为渗碳钢，含碳量为0.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体，表面为高碳马氏体（渗碳后），强度、硬度高，耐磨性好；心部低碳马氏体（淬透）强韧性好。Mn与Cr 提高淬透性，强化基体，Ti阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

40CrNiMo为调质钢，含碳量为0.4%，最终

热处理工艺是淬火加高温回火，得到回火索氏

体，具有良好的综合机械性能，Cr、Ni提高淬透性，强化基体，Ni提高钢的韧性，Mo细化晶粒，抑制第二类回火脆性。

60Si2Mn为弹簧钢，含碳量为0.6%，最终热处理工艺是淬火加中温回火，得到回火托氏体（或回火屈氏体），具有很高的弹性极限，Si、Mn提高淬透性，强化基体，Si提高回火稳定性。

T12钢为碳素工具钢钢，含碳量为1.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体＋粒状Fe3C＋残余奥氏体（γ'），强度硬度高、耐磨性高，塑性、韧性差。

用T12钢（锻后缓冷）做一切削工具，工艺过程为：正火→球化退火→机加工成形→淬火→低温回火。各热处理工艺的目的是什么？得到什么组织？各种组织具有什么性能。

① 正火：消除网状的二次渗碳体，同时改善锻

造组织、消除锻造应力，得到片状的珠光体，片状的珠光体硬度较高，塑性韧性较差。② 球化退火：将片状的珠光体变成粒状珠光

体，降低硬度，便于机械加工；组织为粒状珠光体，这种组织塑性韧性较好，强度硬度较低。

③ 淬火：提高硬度、强度和耐磨性；组织为马

氏体＋粒状碳化物＋残余奥氏体；这种组织具有高强度高硬度，塑性韧性差。

④ 低温回火：减少或消除淬火应力，提高塑形

和韧性；组织为回火马氏体＋粒状碳化物＋残余奥氏体。回火组织有一定的塑性韧性，强度、硬度高，耐磨性高。

什么是淬火？目的是什么？具体工艺有哪些？简述淬火加热温度的确定原则。

把钢加热到临界点（Ac1或Ac3）以上保温并随之以大于临界冷却速度（Vc)冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。

淬火目的：提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；此外，还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性等。

具体工艺有：单液淬火法；中断淬火法(双淬火介质淬火法)；喷射淬火法；分级淬火法；等

温淬火法。

淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为Ac3＋(30～50℃)，过共析钢则为Ac1＋(30～50℃)，合金钢一般比碳钢加热温度高。确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。

某车床主轴（45钢）加工路线为： 下料→锻造→正火→机械加工→淬火（淬透）→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么？花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么？表面和心部的组织是什么？

正火处理是为了得到合适的硬度，以便切削加工，同时改善锻造组织，消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织，高温回火是为了得到回火索氏体，淬火＋高温回火称为调质，目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体，增加耐磨性。表面为回火马氏体，心部为回火索氏体组织。

低碳钢（15、20）、中碳钢（40、45）、共析钢（T8）获得良好综合力学性能的最终热处理工艺及组织。

低碳钢：淬火加低温回火，组织为回火马氏体。中碳钢：淬火加高温回火，组织为回火索氏体。共析钢：等温淬火，组织为下贝氏体。三

十九、正火、退火工艺选用的原则是什么？ 含0．25％C以下的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高强度。对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。对含碳0．25～0．50％的钢，一般采用正火。对含碳0．50～0．75％的钢，一般采用完全退火。含碳0．75～1．0％的钢，用来制造弹簧时采用完全退火作预备热处理，用来制造刀具时则采用球化退火。含碳大于1．0％的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？

片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3C颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。

常用的热处理方法

一、退火目的：

1、降低硬度，便于切削加工；

2、细化晶粒，均匀组织，以改善钢件毛坯的机械性能，或者为下一步淬火做好准备；

3、消除内应力具体工艺有：扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火和消除应力退火。

二、正火目的是使低碳和中碳钢件及渗碳机件的组织细化，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能。正火实质上是退火的一种特殊形式具有与退火相似的目的所不同的是冷却速度比退火快，可以缩短生产周期，比较经济。

三、淬火目的是提高钢件的硬度和强度。对于工具刚来说，淬火的主要目的是提高它的硬度，以保证刀具的切削性能和冲模工具及量具的耐磨性。有很多零件如齿轮、曲轴等，他们在工作时一方面要受磨，另一方面又要受到冲击作用，因此要求零件表面有很高的硬度，而中心有较好的韧性。这时可以利用表面淬火的方法来达到上述要求。表面淬火是应用将工件的表面迅速加热到淬火温度（这时金属内部的温度仍比较低），随后立即用水喷到工件表面上，进行急速冷却。这样就能获得表面硬、中心韧的要求。表面加热时，可用氧炔焰、高频电流或中频电流加热。

四、回火目的是消除淬火后的脆性和内应力，调整组织，提高钢件的塑性和冲击韧性。对于工具来说，是为了尽可能减少脆性保留硬度。对于零件来说是为了提高韧性，但不可避免的会使硬度降低。

五、调质淬火后高温回火，叫做调质。

目的是使钢件获得很高的韧性和足够的强度，使其具有良好的综合机械性能。很多重要零件如主轴、丝杠、齿轮等都是经过调质处理的。调质一般是在零件机械加工后进行的，也可把锻坯或经过粗加工的光坯调质后再进行机械加工。

第三篇：高速磨削加工工艺及应用

高速磨削加工工艺及应用

班级：测控技术与仪器 1122240 姓名：叶成权

指导教室：赵世萍

摘要

高速磨削加工属于先进制造方法。与普通磨削比，它有很多优点，且集粗精加工于一身，能达到与车、铣、刨等切削加工相媲美的金属磨除率，能实现对难磨材料的高性能加工。阐述了高速磨削加工工艺的确定，高速磨削加工在工业中的具体应用，以及进一步提高磨削速度的设想。

关键词：高速磨削；加工工艺；应用 高速磨削概述

高速磨削是通过提高砂轮线速度来达到提高磨削效率和磨削质量的工艺方法。它与普通磨削的区别在于很高的磨削速度和进给速度，而高速磨削的定义随时间的不同在不断推进。20 世纪60年代以前，磨削速度在50 m/ s 时。即被称为高速磨削；而20世纪90 年代磨削速度最高已达500 m/s。在实际应用中，磨削速度在100 m/ s 以上即被称为高速磨削。高速磨削可大幅度提高磨削生产效率、延长砂轮使用寿命、降低磨削表面粗糙度值、减小磨削力和工件受力变形、提高工件加工精度、降低磨削温度，能实现对难磨材料的高性能加工。随着砂轮速度的提高，目前比磨削去除率已猛增到了3 000 mm3/mm·s 以上，可达到与车、铣、刨等切削加工相媲美的金属磨除率。近年来各种新兴硬脆材料（如陶瓷、光学玻璃、光学晶体、单晶硅等）的广泛应用，更推动了高速磨削技术的迅猛发展。高速磨削技术是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术，集现代机械、电子、光学、计算机、液压、计量及材料等先进技术于一体。日本先进技术研究会把高速加工列为五大现代制造技术之一。国际生产工程学会（CIRP）将高速磨削技术确定为面向21 世纪的中心研究技术之一。高速磨削加工工艺

高速磨削的加工工艺涉及磨削用量、磨削液及砂轮修整等方面，下面将分别进行阐述。

2.1 磨削用量选择

在应用高速磨削工艺时，磨削用量的选择对磨削效率、工件表面质量以及避免磨削烧伤和裂纹十分重要。表1 给出了磨削用量与砂轮速度的关系。除了砂轮速度以外，决定磨削用量的因素还有很多，因此应用中需综合考虑加工条件、工件材料、砂轮材料、冷却方式等因素，以选择最优的磨削用量。

2.2 磨削液

在高速磨削过程中，所采用的冷却系统的优劣常常能决定整个磨削过程的成败。冷却润滑液的功能是提高磨削的材料去除率，延长砂轮的使用寿命，降低工件表面粗糙度值。它在磨削过程中必须完成润滑、冷却、清洗砂轮和传送切削屑四大任务，与普通磨削液要求类似。

2.3 砂轮的修整

目前应用较为成熟的砂轮修整技术有：（1）ELID在线电解修整技术在线电解修整（electrolytic in—process dressing，简称ELID）是专门应用于金属结合剂砂轮的修整方法，与普通的电解修整方法相比，具有修整效率高、工艺过程简单、修整质量好等特点，同时它采用普通磨削液作为电解修整液，很好地解决了机床腐蚀问题。经ELID修整的4000 号铸铁结合剂金刚石砂轮成功地实现了工程陶瓷、硬质合金、单晶硅、光学玻璃等多种材料的精密镜面磨削，表面粗糙度Ra 可达2～4 nm。（2）电火花砂轮修整技术

利用电火花修整可对任何以导电材料为结合剂的砂轮进行在线、在位修整，易于保证磨削精度，不会腐蚀设备，修整力小，对小直径及极薄砂轮的修整较为方便，同时整形效率高、修锐质量好；磨料周围不残留结合剂，修锐强度易于控制。（3）杯形砂轮修整技术

采用杯形砂轮修整器修整超硬磨料成形砂轮，其修整效率及修整精度都比传统的成形砂轮修整方法要高，可达到零误差的砂轮表面。砂轮修整后的磨削性能实验表明磨削力明显减小，磨削性能良好，且砂轮使用寿命长。

（4）电解—机械复合整形技术

运用此法可在短时间内将砂轮修整到较高的表面质量及形状精度，为砂轮的精密修整提供了良好的条件。高速磨削的应用

高速磨削的应用技术有高速深切磨削、高速精密磨削、难磨材料及硬脆材料的高速磨削。

3.1 高速深切磨削

以砂轮高速、高进给速度和大切深为主要特点的高效深磨（high efficiencydeep grinding，简称HEDG）技术是高速磨削在高效加工方面的应用之一。高效深磨技术起源于德国。1979年德国P.G.Werner博士预言了高效深磨区的存在合理性，开创了高效深磨的概念，并在1983 年由德国Guhring Automation公司创造了当时世界上最具威力的60 kW强力磨床，转速397 0 0 1 为10000 r/min，砂轮直径为400 mm，砂轮圆周速度达到100～180 m/s，标志着磨削技术进入了一个新纪元。1996 年由德国Schaudt 公司生产的高速数控曲轴磨床，是具有 高效深磨特性的典型产品，它能把曲轴坯件直接由磨削加工到最终尺寸。德国Aachen工业大学宣称，该校已采用了圆周速度达到500 m/s的超高速砂轮，此速度已突破了当前机床与砂轮的工作极限。高速深切磨削可直观地看成是缓进给磨削和高速磨削的结合。与普通磨削不同的是高效深磨可通过一个磨削行程，完成过去由车、铣、磨等多个工序组成的粗精加工过程，获得远高于普通磨削加工的金属去除率（磨除率比普通磨削高100～1 000 倍），表面质量也可达到普通磨削水平。例如，采用陶瓷结合剂砂轮以120m/s 的速度磨削，比磨削率可达500～1000 mm3/mm·s，比车削和铣削高5倍以上。英国用盘形CBN砂轮对低合金钢51CrV4进行了146 m/s 的高效深磨试验研究，材料去除率超过400 mm3/mm·s。高效成形磨削作为高效深磨的一种也得到广泛应用，并可借助CNC系统完成更复杂型面的加工。此项技术已成功地用于丝杠、螺杆、齿轮、转子槽、工具沟槽等以磨代铣加工。日本丰田工机、三菱重工等公司均能生产CBN高速磨床。GP-33 型高速磨床采用CBN砂轮以120 m/s 磨削速度实现对工件不同部位的自动磨削。美国Edgetrk Machine公司也生产高效深磨 机床，该公司主要发展小型3 轴、4轴和5 轴CNC成型砂轮，可实现对淬硬钢的高效深磨，表面质量可与普通磨削媲美。高速深切磨削具有加工时间短（一般为0.1～10 s）、磨削力大、磨削速度高的特点，除了应具备高速磨削的技术要求外，还要求机床具有高的刚度。

3.2 高速精密磨削

高速精密磨削（precision high speed grinding）是采用高速精密磨床，并通过精密修整微细磨料磨具，采用亚微米级切深和洁净加工环境获得亚微米级以下的尺寸精度。高速精密磨削主要是高速外圆磨削。即使用150～200 m/s的砂轮周速和CBN 砂轮，配以高性能CNC 系统和高精度微进给机构，对凸轮轴、曲轴等零件外圆回转面进行高速精密磨削加工的方法。它既能保证高的加工精度，又可获得高的加工效率。这一技术在日本应用最为广泛。例如，使用丰田工机株式会社GCH63B型CNC高速外圆磨床来磨削加工余量达5 mm的球墨铸铁凸轮轴，比磨削率可达174 mm3/mm·s，砂轮磨削比可达33500。以表面粗糙度Rz3 μm为上限，砂轮经过一次修整可连续磨削60 个工件，磨后表面呈现残余压应力，并可从毛坯直接磨为成品，省去了车工序及工序间的周转。丰田工机GZ50 型CNC高速外圆磨床上装备了其最新研制的Toyoda State Bearing 轴承，使用转速在200 m/s 的薄片陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮对轴类零件进行一次性纵磨来完成整个工件的柔性加工过程，并首先在曲轴销加工中应用成功。在M104CNS/CBN 高速外圆磨床上安装了带有神经网络自学习功能的数控系统，使得磨床的加工性能更加完善。德国Guhring Automation 公司RB625高速外圆磨床上，使用CBN 砂轮可将毛坯一次磨成主轴，每分钟可磨除2 kg金属。高速磨削技术的研究

高速磨削技术正为世界工业发达国家所重视，并已开始进入实用化阶段。我国在高速磨削技术研究利用方面和国外相比有较大差距，大力加强高速磨削技术的研究、推广和应用，对提高我国机械制造业的加工水平和加快新产品开发具有十分重要的意义。

高速磨削技术的研究，主要从制约切削速度的各个方面进行研究。（1）发展高功率高速主轴。

（2）研制适应高速磨削的新颖砂轮，这样才能提高磨削速度。（3）磨床结构的改进。

为了尽可能降低机床在高速时由于砂轮不平衡引起的振动，应配置在线自动平衡系统，以使机床在不同转速时，始终处于最佳的运行状态。为了提高生产效率和工件的加工精度，则应采用高速、高效和高精度进给驱动系统。比如在平面磨床上采用直线电机替代丝杠螺母传动；在进行偏心磨削时，外圆磨床除了须具备高速滑台系统外，还要配备高速数控系统，以保证工件的精度及较高的生产率。（4）优化冷却润滑系统。除了要注意冷却润滑液本身的化学构成外，其供给系统也十分重要。因此，在研制高速磨床时，必须配置高压的冷却润滑供给系统。（5）磨削速度向超音速迈进。

高速磨削应用研究的下一个目标将是冲破音速大关，把磨削速度提高到350 m/s 以上，进而使500 m/s 的磨削速度在工业应用上成为可能。当然，单就磨削速度一个参数并不能全面评价磨削过程的优劣，最佳的磨削速度应是磨削过程经济效益最好时的速度。这一最佳速度，必须经过改进机床设计，优化切削条件和配套系统等深入研究才能达到。

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各种皮革加工工艺及介绍

各种经过皮面加工的皮革：

水染皮：指用牛、羊、猪、马、鹿等头层皮漂染各种颜色，上鼓摔松，并上光加工而成的各种软皮。开边珠皮：又称为巾膜皮革，是沿着脊梁抛成两半，并修去松皱的肚腩和四肢部分的头层皮或二层的开边牛皮，在其表面巾合各种净色、金属色、莹光珍珠色、幻彩双色或多色的pvc薄膜加工而成。漆皮：用二层皮坯喷涂各色化工原料后压光或消光加工而成的皮革。

修面皮：是较差的头层皮坯，表面进行抛光处理，磨去表面的疤痕和血筋痕，用各种浒色皮浆喷涂后，压成粒面或光面效果的皮。

压花皮：一般选用修面皮或开边珠皮来压制各自花纹或图案而成。比如，仿鳄鱼纹、晰蜴纹、鸵鸟皮纹、蟒蛇皮纹、水波纹、美观的树皮纹、荔枝纹、仿鹿纹等，还有各种条纹、花格、立体图案或反映各种品牌形象的创意图案等。

印花或烙花皮：选料同压花皮一样，只是加工工艺不同，是印刷或烫烙成有各种花纹或图案的头层或二层皮。

磨砂皮：将皮革表面进行抛光处理，并将粒面疤痕或粗糙的纤维磨蚀，露出整齐均匀的皮革纤维组织后再染成各种流行颜色而成的头层或二层皮。

反绒皮：也叫猄皮，是将皮坯表面打磨成绒状，再染出各种流行颜色而成的头层皮。激光皮：也叫镭射皮，引用激光技术在皮革表面蚀刻各种花纹图案的新皮革品种。

再生皮：将各种动物的废皮及真皮下脚料粉碎后，调配化工原料加工制作而成。其表面加工工艺同真皮的修面皮、压花皮一样，其特点是皮张边缘较整齐，利用率高，价格便宜。但皮身一般较厚，强度较差，只适宜制作平价公文箱、拉杆套等定型工艺产品和平价皮带，其纵切面纤维组织均匀一致，可辨认出流质物混合纤维的凝固效果。

人造革：也叫仿皮或胶料，是pvc和pu等人造材料的总称。它是在纺织布基或无纺布基上，由各种不同配方的pvc和pu等发泡或覆膜加工制作而成，可以根据不同强度、耐磨度、耐寒度和色彩、光泽、花纹图案等要求加工制成，具有花色品种繁多、防水性能好、边幅整齐、利用率高和价格对真皮便宜的特点，但绝大部分的人造革，其手感和弹性无法达到真皮的效果；它的纵切面，可看到细微的气泡孔、布基或表层的薄膜和干干巴巴的人造纤维。它是早期一直到现在都极为浒的一类材料，被普遍用来制作各种皮革制品，或部分的真皮材料。它日益制作工艺，正被二层皮的加工制作广泛采用。如今，极似真皮特性的人造革以有生产面市，它的表面工艺极其基料的纤维组织，几乎达到真皮的效果，其价格与国产头层皮的价格不相上下。

第五篇：《数控加工工艺及设备》教案

《数控加工工艺及设备》教案

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第一章

数控加工工艺及设备基础

第一节

机床数控技术与数控加工设备概述

一、机床中有关数控的基本概念

1．数字控制（数控）及数控技术

一般意义的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制而言的。机床中的数字控制是专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程自动控制，简称为数控（NC）。这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控技术。

2．数控系统

是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载体，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件。

在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。

早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬件数控系统（NC系统）。

3．计算机数控系统

是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程逻辑控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，习惯上又称为CNC系统。CNC系统已基本取代硬件数控系统（NC系统）。

4．开放式CNC系统

国际电子与电气工程师协会提出的开放式CNC系统的定义是：一个开放式CNC系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运行，且能与其它应用软件系统协调工作。

根据这一定义，开放式CNC系统至少包括以下五个特征：

（1）对使用者是开放的：应可以采用先进的图形交互方式支持下的简易编程方法，使得数控机床的操作更加容易；

（2）对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式CNC系统软件的基础上开发专用的功能模块及用户操作界面；

（3）对硬件的选择是开放的：即一个开放式CNC系统应能在不同的硬件平台上运行；

（4）对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进给驱动系统；

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（5）对数据传输及交换等是开放的。

开放式CNC系统是数控系统未来发展的方向。5．数控机床

是指应用数控技术对其加工过程进行自动控制的机床。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其它符号编码指令规定的程序。

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注

二、数控机床的组成

1．计算机数控装置（CNC装置）

计算机数控装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板、通讯接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。

2．伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置及主轴电机和进给伺服驱动装置及进给电机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动，其控制量为速度和位置，特点是能灵敏、准确地跟踪CNC装置的位置和速度指令。

3．控制面板

控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床（系统）进行信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床（系统）进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床（系统）的运行状态。它是数控机床的一个输入输出部件，主要由按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器等部分组成。

4．控制介质与程序输入输出设备

控制介质是记录零件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互的装置，其作用是将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统，或将已调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等。

此外，现代数控系统一般可利用通讯方式进行信息交换。这种方式是实现CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）的基本技术。目前在数控机床上常用的通讯方式有：

（1）串行通讯；（2）自动控制专用接口；（3）网络技术。

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5．PLC、机床I/O电路和装置

PLC是用于进行与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置是用于实现I/O控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务：

（1）接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；

（2）接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。

6．机床本体

机床本体是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。它主要由主运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置、自动工件交换（APC）系统、自动刀具交换（ATC）系统和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。

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注

三、数控机床的分类

1．按控制功能分类（1）点位控制数控机床

这类数控机床仅能控制两个坐标轴带动刀具或工作台，从一个点（坐标位置）准确地快速移动到下一个点（坐标位置），然后控制第三个坐标轴进行钻、镗等切削加工。它具有较高的位置定位精度，在移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有要求。点位控制的数控机床主要用于加工平面内的孔系，主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。

（2）直线控制数控机床

这类数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，从一个点以一条直线准确地移动到下一个点，移动过程中能进行切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内调节。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带着多轴箱轴向进给进行钻、镗等切削加工，它可以算作一种直线控制的数控机床。

（3）轮廓控制数控机床

这类数控机床具有控制几个坐标轴同时协调运动，即多坐标轴联动的能力，使刀具相对于工件按程序规定的轨迹和速度运动，能在运动过程中进行连续切削加工。这类数控机床有用于加工曲线和曲面形状零件的数控车床、数控铣床、加工中心等。现代的数控机床基本上都是这种类型。若根据其联动轴数还可细分为2轴（X、Z轴联动或X、Y轴联动）、2.5轴（任意2轴联动，第3轴周期进给）、3轴（X、Y、Z3轴联动）、4轴（X、Y、Z和A或B4轴联动）、5轴（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5轴联动）联动数控机床，联动坐标轴数越多，则加工程序的编制越难，通常3轴联动以上的零件加工程序只能采用自动编程系统编制。

2．按进给伺服系统类型分类

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按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量反馈装置可分为开环数控机床和闭环数控机床，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。

（1）开环数控机床

开环数控机床采用开环进给伺服系统。开环进给伺服系统没有位置测量反馈装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。但由于无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。该系统一般以步进电机作为伺服驱动元件。它具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。

（2）半闭环数控机床

半闭环数控系统的位置检测点是从驱动电机（常用交、直流伺服电机）或丝杠端引出，通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，可获得较稳定的控制性能，其系统稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。另外，在位置环内各组成环节的误差可得到某种程度的纠正，位置环外不能直接消除的如丝杠螺距误差、齿轮间隙引起的运动误差等，可通过软件补偿这类误差来提高运动精度，因此在现代CNC机床中得到了广泛应用。

（3）闭环数控机床

闭环进给伺服系统的位置检测点是工作台，它直接对工作台的实际位置进行检测。理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量，具有很高的位置控制精度。但由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，很容易造成系统不稳定。因此闭环系统的设计、安装和调试都有相当的难度，对其组成环节的精度、刚性和动态特性等都有较高的要求，价格昂贵。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。

3．按工艺用途（机床类型）分类

（1）切削加工类

即具有切削加工功能的数控机床。在金属切削机床常用的车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床、插床、拉床、切断机床、齿轮加工机床等中，国内外都开发了数控机床，而且品种越来越细。比如，在数控磨床中不仅有数控外圆磨床，数控内圆磨床，集可磨外圆、内圆于一机的数控万能磨床，数控平面磨床，数控坐标磨床，数控工具磨床，数控无心磨床，数控齿轮磨床，还有专用或专门化的数控轴承磨床，数控外螺纹磨床，数控内螺纹磨床，数控双端面磨床，数控凸轮轴磨床，数控曲轴磨床，能自动换砂轮的数控导轨磨床（又称导轨磨削中心）等等，还有工艺范围更宽的车削中心、加工中心、柔性制造单元（FMC）等。

（2）成型加工类

是具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床。如数控折弯机、数控冲床、数控弯管机、数控旋压机等。

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（3）特种加工类

是具有特种加工功能的数控机床。如数控电火花线切割机床，数控电火花成型机床，带有自动换电极功能的“电加工中心”，数控激光切割机床，数控激光热处理机床，数控激光板料成型机床，数控等离子切割机等。

（4）其它类型

一些广义上的数控设备。如数控装配机、数控测量机、机器人等。

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注

四、数控机床的基本结构特征和主要辅助装置

1．数控机床的基本结构特征

（1）机床刚性提高，抗振性能大为改善；（2）机床热变形降低；（3）机床中间传动环节减少；

（4）机床各个运动副间的摩擦系数较小；（5）机床功能部件增多。2．数控机床的主要辅助装置

数控机床的辅助装置是一个完整的机器或装置，其作用是完成配合机床对零件加工的辅助工作。诸如切削液或油液处理系统中的冷却过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置，润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气、液动装置等，虽然这些装置在某些自动化或精密型非数控机床上已配备使用，但是，数控机床要求配备的装置的质量、性能更为精化。

除上述通用辅助装置外，还有对刀仪、自动排屑器、物料储运及上下料装置等。

五、数控机床的规格、性能和可靠性指标

1．规格指标

规格指标是指数控机床的基本能力指标，主要有以下几方面：

（1）行程范围和摆角范围

行程范围是指坐标轴可控的运动区间，它反映该机床允许的加工空间，一般情况下工件轮廓尺寸应在加工空间的范围之内。摆角范围是指摆角坐标轴可控的摆角区间，也反映该机床的加工空间。

（2）工作台面尺寸

它反映该机床安装工件的最大范围，通常应选择比最大加工工件稍大一点的面积，这是因为要预留夹具所需的空间。

（3）承载能力

它反映该机床能加工零件的最大重量。

（4）主轴功率和进给轴扭矩

它反映该机床的加工能力，同时也可间接反映机床的刚度和强度。

（5）控制轴数和联动轴数

数控机床的控制轴数通常是指机床数控装置能够控制的进给轴数。数控机床控制轴数与数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。联动轴数是指数控机床同时控制多个进给轴，使它们按规定的路线和进给速度所确定的规律运动的进给轴数目。它反映数控机床的曲面加工能力。

（6）刀库容量

是指刀库能存放加工所需刀具的数量，它反映该机床能加工工序内容的多少。目前常见的中小型加工中心多为16~60把，大型加工中心达

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100把以上。

2．性能指标

（1）分辨率与脉冲当量

分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小增量；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，通常称为脉冲当量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。

（2）最高主轴转速和最大加速度

最高主轴转速是指主轴所能达到的最高转速，它是影响零件表面加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素之一。最大加速度是反映主轴速度提速能力的性能指标，也是加工效率的重要指标。

（3）最高快移速度和最高进给速度

最高快移速度是指进给轴在非加工状态下的最高移动速度，最高进给速度是指进给轴在加工状态下的最高移动速度，它们也是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。

另外，还有换刀速度和工作台交换速度，它们也是影响生产效率的性能指标。3．可靠性指标

（1）平均无故障时间MTBF（Mean time between failures）

它是指一台数控机床在使用中平均两次故障间隔的时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即

MTBF总工作时间

总故障次数备

注

很显然，这段时间越长越好。

（2）平均修复时间MTTR（Mean time to restore。）

它是指一台数控机床从开始出现故障直到能正常工作所用的平均修复时间，即

MTTR总故障停机时间

总故障次数考虑到实际系统出现故障总是难免的，故对于可维修的系统，总希望一旦出现故障，修复的时间越短越好，即希望MTTR越短越好。

（3）平均有效度A 如果把MTBF看作设备正常工作的时间，把MTTR看作设备不能工作的时间，那么正常工作时间与总时间之比称为设备的平均有效度A，即

A平均无故障时间MTBF 平均无故障时间故障平均修复时间MTBFMTTR平均有效度反映了设备提供正确使用的能力，是衡量设备可靠性的一个重要指标。

六、数控机床的精度项目及检验

数控机床的精度项目主要包括几何精度、定位精度和切削精度。1．主要几何精度项目及检验

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数控机床的几何精度

是综合反映机床的关键零部件及其组装后的几何形位误差的指标。该指标可分为两类：一类是对机床的基础件和运动大件（如床身、立柱、工作台、主轴箱等）的直线度、平面度、垂直度等的要求，如工作台面的平面度，各坐标方向移动的直线度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（卧式）坐标方向移动时工作台面的平行度，X坐标方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度等；另一类是对机床主轴的要求，如主轴的轴向窜动，主轴孔的径向跳动，主轴箱移动时主轴轴线的平行度，主轴轴线与工作台面的垂直度（立式）或平行度（卧式）等。

以卧式加工中心为例，主要有以下各项：（1）X、Y、Z坐标的相互垂直度；（2）工作台面的平面度；

（3）X轴和Z轴移动工作台面的平行度；（4）主轴回转轴心线对工作台面的平行度；（5）主轴在X、Y、Z各轴方向移动的直线度；（6）X轴移动工作台边界定位基准面的平行度；

（7）工作台中心线到边界定位器基准面之间的距离精度；（8）主轴轴向跳动；（9）主轴孔径向跳动。

几何精度常用检测工具有精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、测微仪、高精度主轴心棒等。

2．定位精度的项目及检验

数控机床定位精度是指机床各运动部件在数控装置的控制下空载运动所能达到的位置准确程度。根据各轴能达到的位置精度就能判断出加工时零件所能达到的精度。

（l）直线运动定位精度

是指数控机床的移动部件沿某一坐标轴运动时实际值与给定值的接近程度，其误差称为直线运动定位误差。

XijPijPj

（1-1）

XijPijPj

（1-2）i=1，2，3„„n

代表向每一目标趋近的次数；

j=1，2，3„„m

代表目标位置。

备

注

n次单向趋近目标位置Pj时，可得到单向平均位置偏差Xj和Xj的值。Xjn XjnXi1nnij

（1-3）

Xi1ij

（1-4）

这样可得到从正、负方向趋近目标位置Pj时的反向差值Bj。

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BjXjXj

（1-5）n次单向趋近目标位置Pj时的标准偏差Sj和Sj为

备

注

Sj1n11n1Xi1nnijXj

2（1-6）

SjXi1ijXj2

（1-7）

定位精度A可分为单向定位精度Au和双向定位精度Ab二种。单向定位精度Au是取正、负方向趋近目标位置时定位误差中的最大值。正、负方向趋近目标位置时的定位精度如下：



A3S3S

（1-9）双向定位精度A为X3S、X3S中的最大值与X3S、X3S中的最小值之差值，即

AX3SX3S

（1-10）

AuXj3SjmaxXj3Sjmin

（1-8）

ujjmaxjjminbXXjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情况下，实际加工的某一坐标轴任意两点间的距离误差大约为该轴双向定位精度的2倍。

（2）直线运动的重复定位精度

是指在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到结果的一致程度。一般情况下，重复定位精度是正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。

重复定位精度R为标准偏差Sj和Sj中最大值的6倍，即

R6Sjmax

（1-11）（3）直线运动的反向误差B

直线运动的反向误差也叫失动量，是该坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区及各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。误差越大，则定位精度和重复定位精度也越差。

BBjmax

（1-12）

（4）直线运动的原点返回精度（回零精度）

是指数控机床各坐标轴达到规定零点的准确程度，其误差称为回零误差。实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度。

（5）分度精度A

是指分度工作台在分度时指令要求回转的角度值与实际回转的角度值的差值。

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AQj3Sj备

注

maxQj3Sjmin

（1-13）

3．切削精度的项目及检验

机床的切削精度是一项综合精度指标，它不仅反映了机床的几何精度和定位精度，同时还反映了试件的材料、环境温度、刀具性能以及切削条件等各种因素造成的误差。

（1）镗孔精度检查

（2）端铣刀铣削平面精度检查

（3）直线铣削精度检查

（4）斜线铣削精度检查（5）圆弧铣削精度检查

七、数控机床的主要功能

1．多轴控制功能

是指CNC系统能控制和能联动控制数控机床各坐标轴的进给运动的功能。CNC系统的控制进给轴有：移动轴和回转轴，基本轴和附加轴。

2．准备功能

即G功能——指令机床运动方式的功能。3．多种函数插补功能和固定循环功能

插补功能是指数控系统进行零件表面（平面或空间曲面）加工轨迹插补运算的功能。一般CNC系统仅具有直线和圆弧插补，较为高档的数控系统还具有抛物线、椭圆、极坐标、正弦线、螺旋线以及样条曲线等插补功能。

在数控加工中，有些加工内容如钻孔、镗孔、攻螺纹等，所做的动作需要循环且十分典型，数控系统预先将这些循环动作用G代码进行定义，在加工时使用这类G代码，可大大简化编程工作量，此即固定循环功能。

4．补偿功能

（1）刀具半径和长度补偿功能

该功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化（如刀具更换、刀具磨损）时，可对刀具半径或长度作相应的补偿。该功能由G指令或T指令实现。

（2）传动链误差、反向间隙误差补偿功能

螺距误差补偿可预先测量出螺距误差和反向间隙，然后按要求输入CNC装置相应的储存单元内，在加工过程中进行实时补偿。

（3）智能补偿功能

外界干扰产生的随机误差，可采用人工智能、专家系统等方法建立模型，实施智能补偿。如热变形引起的误差，装置将会在相应地方自动进行补偿。

5．主轴功能

是指数控系统对切削速度的控制功能。主要有以下五种控制功能：（1）主轴转速（切削速度）——实现刀具切削点切削速度的控制功能，单位为r／min（m／min）。

（2）恒线速度控制——实现刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。

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（3）主轴定向控制——实现主轴周向定位于特定点的控制功能。（4）C轴控制——实现主轴周向任意位置的控制功能。

（5）切削倍率——实现人工实时修调切削速度，即通过面板的倍率开关在0％~200％之间对其进行实时修调。

6．进给功能

是指数控系统对进给速度的控制功能。主要有以下三种控制功能：（1）进给速度——控制刀具或工作台的运动速度，单位为mm／min；（2）同步进给速度——实现切削速度和进给速度的同步，单位为mm／r，用于加工螺纹；

（3）进给倍率——实现人工实时修调进给速度，即通过面板的倍率开关在0％~200％之间对其进行实时修调。

7．宏程序功能

通过编辑子程序中的变量来改变刀具路径和刀具位置的功能。8．辅助功能

即M功能——规定主轴的起、停、转向，工件的夹紧和松开，冷却泵的接通和断开等机床辅助动作的功能。

9．刀具管理功能

是实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理及刀具选择功能。刀具几何尺寸是指刀具的半径和长度，这些参数供刀具补偿功能使用。刀具寿命是指总计切削时间，当某刀具的时间寿命到期时，CNC系统将提示用户更换刀具。另外，CNC系统都具有T功能即刀具号管理功能，它用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。

10．人机对话功能

在CNC装置中配有单色或彩色阴极射线管，俗称显示器（CRT），通过软件可实现字符和图形的显示，以方便用户操作和使用。主要功能有：菜单结构的操作界面；数据及零件加工程序的输入及环境编辑；系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询等。

11．自诊断功能

是指CNC系统防止故障发生及故障诊断、故障定位和防止故障扩大的功能。12．通讯功能

通讯功能是指CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能。

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注

第二节

数控加工原理与数控加工工艺概述

数控加工

是根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。

数控加工技术

是将普通金属切削加工、计算机数控、计算机辅助制造等技

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术综合的一门先进加工技术。在以上各个领域的进步推动下，尤其是计算机技术的飞速发展下，数控加工技术正从深度、广度上对机械加工技术进行革命性的变革。

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注

一、数控加工原理

1．数控加工的过程

首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，都按规定的代码和格式编成加工程序，然后将该程序送入数控系统。数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。

2．数控加工中的数据转换过程（1）译码

译码程序的主要功能是将用文本格式（通常用ASCⅡ码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构（格式），该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。它主要包括：X、Y、Z等坐标值，进给速度，主轴转速，G代码，M代码，刀具号，子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。

（2）刀补处理（计算刀具中心轨迹）

为方便编程，零件加工程序通常是按零件轮廓或按工艺要求设计的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心（准确说是刀位点）轨迹，因此在加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的处理程序。

（3）插补计算

数控编程提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。该程序以系统规定的插补周期T定时运行，它将由各种线形（直线、圆弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在T内的位移指令（X1、Y1、„），并送给进给伺服系统，实现成形运动。

（4）PLC控制

CNC系统对机床的控制分为对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”和对机床动作的“顺序控制” 或称“逻辑控制”。后者是指在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关信号状态为条件，并按预先规定的逻辑关系对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。PLC控制就是实现上述功能的功能模块。

数控加工原理就是将预先编好的加工程序以数据的形式输入数控系统，数控系统通过译码、刀补处理、插补计算等数据处理和PLC协调控制，最终实现零件

《数控加工工艺及设备》教案

内

容 的自动化加工。

备

注

二、数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念、主要内容及特点

（一）数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念

1．数控加工工艺

是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。

2．数控加工工艺过程

是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。

（二）数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容（1）选择并确定进行数控加工的内容；（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；（4）数控加工工艺方案的制定；（5）工步、进给路线的确定；（6）选择数控机床的类型；

（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；（8）切削参数的确定；

（9）加工程序的编写、校验与修改；

（10）首件试加工与现场问题处理；（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。

（三）数控加工工艺的特点 1．数控加工工艺内容要求具体、详细 2．数控加工工艺要求更严密、精确

3．制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 4．制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响

5．制定数控加工工艺时要特殊强调刀具选择的重要性 6．数控加工工艺的特殊要求

7．数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容

三、数控加工工艺与数控编程的关系

1．数控程序

输入数控机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。

2．数控编程

即把零件的工艺过程、工艺参数及其它辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、格式，编成加工程序，再记录于控制介质即程序载体（磁盘等），输入数控装置，从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。

3．数控加工工艺与数控编程的关系

数控加工工艺分析与处理是数控编程

《数控加工工艺及设备》教案

内

容 的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。

备

注

第三节

数控机床的坐标系统一、数控机床的坐标系

1．标准坐标系和运动方向

标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则。基本坐标轴为X、Y、Z并构成直角坐标系，相应每个坐标轴的旋转坐标分别为A、B、C。

基本坐标轴X、Y、Z的关系及其正方向用右手直角定则判定，拇指为X轴，食指为Y轴，中指为Z轴，围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向A、B、C分别用右手螺旋定则判定，拇指为X、Y、Z的正向，四指弯曲的方向为对应的A、B、C的正向。与X、Y、Z、A、B、C相反的方向相应用带“′”的X′、Y′、Z′、A′、B′、C′表示。注意，X′、Y′、Z′之间不符合右手直角笛卡儿定则。

由于数控机床各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以是反之，所以ISO标准规定：

（l）不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，或是工件运动、刀具静止，在确定坐标系时，一律看作是刀具相对静止的工件运动。

（2）机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。

（3）坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）不带“′”的表示刀具运动；带“′”的表示工件运动，如图1-16所示。

（4）增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向。2．坐标轴判定的方法和步骤（1）Z轴

规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴。对于有多个主轴或没有主轴的机床（如刨床），标准规定垂直于工件装夹面的轴为Z轴。对于能摆动的主轴，若在摆动范围内仅有一个坐标轴平行主轴轴线，则该轴即为Z轴，若在摆动范围内有多个坐标轴平行主轴轴线，则规定其中垂直于工件装夹面的坐标轴为Z轴。

规定刀具远离工件的方向为Z轴的正方向（Z）。（2）X轴

对于工件旋转的机床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向；对于刀具旋转的立式机床，规定水平方向为X轴方向，且当从刀具（主轴）向立柱看时，X正向在右边；对于刀具旋转的卧式机床，规定水平方向仍为X轴方向，且从刀具（主轴）尾端向工件看时，右手所在方向为X轴正方向。

（3）Y轴

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

Y轴垂直于X、Z坐标轴。Y轴的正方向根据X和Z坐标轴的正方向按照右

备

注

手直角笛卡儿定则来判断。

（4）旋转运动A、B和C

A、B和C表示其轴线分别平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向可按右手螺旋定则确定。

（5）附加坐标轴的定义

如果在X、Y、Z坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W。若还有第三组运动，则分别指定为P、Q和R。

（6）主轴正旋转方向与C轴正方向的关系

主轴正旋转方向

从主轴尾端向前端（装刀具或工件端）看顺时针方向旋转为主轴正旋转方向。对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同。对于钻、镗、铣、加工中心机床，主轴的正旋转方向为右旋螺纹进入工件的方向，与C轴正方向相反。所以不能误认为C轴正方向即为主轴正旋转方向。

二、机床坐标系与工件坐标系

1．机床坐标系与机床原点、机床参考点

（1）机床坐标系

机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）或工件（工作台）位置的参考系，并建立在机床原点上。机床坐标系各坐标和运动正方向按前述标准坐标系规定设定。

（2）机床原点

现代数控机床都有一个基准位置，称为机床原点，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。

（3）机床参考点

与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它也是机床上的一个固定点，通常不同于机床原点。一般来说，加工中心的参考点设在工作台位于负极限位置时的一基准点上。

2．工件坐标系与工件坐标系原点（1）工件坐标系

编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。（2）工件坐标系原点

也称为工件原点或编程原点，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐标系坐标轴的确定

坐标原点选定后，接着就是坐标轴的确定。工件坐标系坐标轴确定的原则为：根据工件在机床上的安放方向与位置决定Z轴方向，即工件安放在数控机床上时，工件坐标系的Z轴与机床坐标系Z轴平行，正方向一致，在工件上通常与工件主要定位支撑面垂直；然后，选择零件尺寸较长方向或切削时的主要进给方向

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

为X轴方向，在机床上安放后，其方位与机床坐标系X轴方位平行，正向一致；过原点与X、Z轴垂直为Y轴，根据右手定则，确定Y轴的正方向。

3．装夹原点

有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点，是工件在机床上安放时的一个重要参考点。

备

注

第四节

插补原理及与加工精度和加工效率的关系

一、数控加工轨迹控制原理——插补原理

插补的任务就是要根据进给速度的要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算。目前常用的插补方法有两类：脉冲增量插补法和数据采样插补法。

（一）脉冲增量插补

脉冲增量插补是模拟硬件插补的原理，把计算机每次插补运算产生的指令输出到伺服系统，伺服系统根据进给脉冲进给，以驱动工作台运动。计算机每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位（脉冲当量），并且每次插补的结果仅产生一个行程增量，每进给一步（一个脉冲当量），计算机就要进行一次插补运算，进给速度受计算机插补速度的限制，因此很难满足现代数控机床高速度的要求。

（二）数据采样插补法

数据采样插补原理是将加工一段直线或圆弧的时间划分为若干相等的插补周期，每经过一个插补周期就进行一次插补计算，算出在该插补周期内各坐标轴的进给量，边计算边加工，若干次插补周期后完成一个曲线段的加工，即从曲线段的起点走到终点。数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出下一个插补点（动点）坐标，从而计算出下一周期各个坐标的进给量，如X、Y等，进而得出下一插补点的指令位置。插补周期可以等于采样周期，也可以是采样周期的整倍数。对于直线插补，动点在一个插补周期内运动的直线段与给定直线重合。对于圆弧插补，动点在一个插补周期内运动的直线段以弦线（或切线、割线）逼近圆弧。

圆弧插补常用弦线逼近的方法。如图1-25所示，用弦线逼近圆弧，会产生逼近误差er。设为在一个插补周期内逼近弦所对应的圆心角、r为圆弧半径，则



err1cos

（1-14）

2将上式中的cos用幂级数展开，得

2

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

err1cos

22242r11

2!4!备

注

28r

（1-15）

设T为插补周期，F为刀具进给速度，则进给步长（或插补步长）l为 lTF 用进给步长l代替弦长，有

lrTFr

将上式代入式（1-15），得

l21TF er

（1-16）

8r8r

式（1-16）反映了逼近误差er与插补周期T、进给速度F和圆弧半径r的关系。

根据式1-16，可以得到一个关系式：

l8er允r

（1-17）式中

er允——轮廓曲线允许的逼近误差；

r——圆弧半径；

l——轮廓步长，即单位时间（插补周期）内的进给量。

二、插补原理、进给速度与加工精度和加工效率的关系

从式1-16可以看出，逼近误差与进给速度、插补周期的平方成正比，与圆弧半径成反比。较小的插补周期，可以在小半径圆弧插补时允许较大的进给速度。从另一角度讲，进给速度、圆弧半径一定的条件下，插补周期越短，逼近误差就越小。对于一个确定的数控系统，插补周期一般是固定的，插补周期确定之后，一定的圆弧半径，应有与之对应的最大进给速度限定，以保证逼近误差er不超过允许值。对脉冲增量插补，进给速度越快，则脉冲当量值越大，加工误差也就越大，插补周期越短，插补精度越高；进给速度越快，插补精度越低，但效率越高。当加工精度要求很高（如微米级）时，在数控系统一定的情况下，进给速度的快慢将影响工件的形状精度，同时自然影响加工效率。

第五节

当今国际数控加工技术的发展趋势

1．高速切削 2．高精度加工 3．复合化加工 4．控制智能化

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内

容

具体体现在以下几个方面：（l）加工过程自适应控制技术（2）加工参数的智能优化与选择（3）故障自诊断功能（4）智能化交流伺服驱动装置 5．互联网络化

6．计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，缩写为CIMS）

一般认为CIMS应由下列六个子系统组成：（1）计算机辅助经营和生产管理系统；

（2）计算机辅助产品设计／制造等开发工程系统；（3）自动化制造加工系统；（4）计算机辅助储运系统；（5）全厂质量控制系统；（6）数据库与通信系统。

计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化，成为自动化工厂或无人化工厂，是自动化制造技术的发展方向。

备

注