左框架三維造型、數(shù)控工藝及編程畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） （課程設(shè)計(jì)） 課題名稱：左 框 架三維造型、數(shù)控工藝及編程 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　

2、　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師

3、的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本

4、學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 目 錄 一、 數(shù)控專業(yè)的調(diào)研報(bào)告……………………………………1 二、 數(shù)控編程及其發(fā)展………………………………………4 三、 什么是不銹鋼？…………………………………………10 四、 有色金屬及合金…………………………………………31 五、 金屬熱處理基本知識(shí)……………………………………43 六、 熱處理應(yīng)力及其影響……………………………………45 七、 硬度對(duì)照表…………………………………………

5、……51 加工階段的劃分…………………………………………54一、數(shù)控專業(yè)的調(diào)研報(bào)告 在經(jīng)濟(jì)全球化浪潮的沖擊下，以數(shù)字化為核心的先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)正促使我國(guó)傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)發(fā)生深刻的變革，在這場(chǎng)不以人的意志為轉(zhuǎn)移的變革中，上海，廣東、浙江和蘇南一帶已遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了前面，這與他們相對(duì)完善的職業(yè)培訓(xùn)機(jī)制是分不開(kāi)的，如何找準(zhǔn)切入點(diǎn)，逐步縮小差距迎頭趕上,這是我們職業(yè)教育必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。 數(shù)控加工精度好、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)基本取代了普通加工，正在向高速、高精發(fā)展。在我國(guó)的發(fā)展也非常迅速，但因?yàn)閿?shù)控設(shè)備投資較大，運(yùn)行成本比較高，目前主要應(yīng)用在一些高附加值的行業(yè)，如高精度復(fù)雜零件的加工和模具

6、加工。前者主要集中在一些大中型企業(yè)（以軍工企業(yè)和外資企業(yè)為代表），而后者則集中了為數(shù)眾多的中小企業(yè)（模具以單件加工為主，非常適合中小企業(yè)），他們以模具設(shè)計(jì)和加工為主，同時(shí)也兼搞零件的加工。相對(duì)而言，后者對(duì)數(shù)控人才的需求量最大,是學(xué)生就業(yè)的主要方向。然而作為“機(jī)械工業(yè)的皇后”，模具行業(yè)技術(shù)含量很高，除軍工行業(yè)外，模具行業(yè)是最早應(yīng)用并普及數(shù)控機(jī)床的民用行業(yè)，不僅如此，在高端三維軟件應(yīng)用方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了其它行業(yè)的前面，如廣東，浙江，上海，蘇南等地?cái)?shù)控加工和模具企業(yè)幾年前就完成了模具由手工設(shè)計(jì)加工向軟件設(shè)計(jì)和數(shù)控加工的轉(zhuǎn)變，特別是PROE，UG等高端三維軟件的應(yīng)用，革命性地提高了模具的設(shè)計(jì)效率和加工效

7、率，這也是以上地區(qū)模具和數(shù)控加工業(yè)高速發(fā)展的主要原因。除了非常簡(jiǎn)單的零件加工，在大部分情況下，無(wú)論是加工模具還是加工高精度復(fù)雜零件，軟件編程在效率和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)手工編程, 軟件編程水平的高低己成為數(shù)控專業(yè)人才競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。這種革命性變化的產(chǎn)生一方面是因?yàn)椤巴庖颉?原來(lái)UG 等大型CAM（計(jì)算機(jī)輔助加工）軟件只能使用計(jì)算機(jī)圖形工作站，但在幾年前已經(jīng)推出微機(jī)版本，加上盜版軟件的推出和計(jì)算機(jī)價(jià)格的大幅下降，大大加快了軟件編程的推廣進(jìn)程。另一方面存在著“內(nèi)因”：企業(yè)內(nèi)部單一品種大批量生產(chǎn)的情況越來(lái)越少，取而代之的是“小批量，多品種”的“短平快”生產(chǎn)，這對(duì)企業(yè)的應(yīng)變能力是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，在此背景

8、下，盡管“手工編程”在數(shù)控加工早期廣泛應(yīng)用，有著“輝煌”的歷史，但已經(jīng)很難適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際中“又快又好”的要求，只能作為一種輔助手段。事實(shí)上隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控行業(yè)已經(jīng)完成了由手工編程向軟件編程的飛躍，這對(duì)傳統(tǒng)思維是一種顛覆性的挑戰(zhàn)，市場(chǎng)對(duì)專業(yè)人才的要求也發(fā)生了深刻的變化：幾年前的要求是“懂編程會(huì)操作”，操作和編程由操作工一人完成，要求和待遇都比較高。目前的情況是操作工可以不會(huì)軟件和編程，他們只需負(fù)責(zé)工件的裝夾、對(duì)刀換刀等技術(shù)含量相對(duì)較低的操作，數(shù)控工藝和軟件編程由專業(yè)人員完成，即出現(xiàn)了明顯的“二極分化”趨勢(shì)：對(duì)操作工要求越來(lái)越低的同時(shí),對(duì)工藝編程人員的綜合要求越來(lái)越高，待遇上的差距也越來(lái)

9、越大。這在就業(yè)市場(chǎng)上也明顯地反映出來(lái)：數(shù)控操作工的培養(yǎng)難度不大（其難度甚至低于普通機(jī)加工，一般技校學(xué)生也完全可以勝任），人員開(kāi)始飽和；而合格的工藝編程人員則供不應(yīng)求，顯然目前所謂的“數(shù)控緊缺型高技能人才”不是也不可能是普通操作工，而是既懂工藝、工裝又會(huì)軟件編程的復(fù)合型人才，他們必須對(duì)圖紙有深刻的理解（如設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的掌握），根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的裝夾方式和工裝,確定合理的工藝流程，編制數(shù)控加工程序并進(jìn)行首件的試加工，試件完全符合圖紙要求后才能交給操作工批量生產(chǎn);必須能夠進(jìn)行三維曲面造型，能夠進(jìn)行模具的分模和數(shù)控軟件編程，當(dāng)然可以有所側(cè)重，但不管是模具設(shè)計(jì)還是加工都建立在軟件平臺(tái)上

10、，以往只要會(huì)一些簡(jiǎn)單的手工編程就可以輕松就業(yè)的情況已經(jīng)一去不返。需要特別注意的是：相當(dāng)部分職業(yè)院校的數(shù)控專業(yè)都在強(qiáng)調(diào)“懂編程，會(huì)操作”,但由于種種原因,對(duì)“懂編程”的概念還停留在幾年前的“懂手工編程”上，很難適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)向高素質(zhì)人才的要求。 因此數(shù)控專業(yè)必須克服戀舊情結(jié)和畏維情緒，積極適應(yīng)市場(chǎng)變化和需求，真正做到“以就業(yè)為導(dǎo)向”， 通過(guò)和用人單位直接溝通以及在網(wǎng)上查詢用人單位的要求來(lái)把握市場(chǎng)信息，將工藝能力和軟件能力作為教學(xué)重點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)方向。不但要將教學(xué)重心由手工編程向軟件編程轉(zhuǎn)變，而且還要將軟件編程向廣度和深度發(fā)展，在目前CAD/CAM的基礎(chǔ)上增加復(fù)雜曲面造型的設(shè)計(jì)和加工，同時(shí)另外增加

11、模具設(shè)計(jì)課程，課程內(nèi)容應(yīng)符合模具行業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，以軟件設(shè)計(jì)課程為主，重點(diǎn)講述模具行業(yè)人才應(yīng)該具備的一些主要技能，如分模和拆電極等，如果能夠完成這一轉(zhuǎn)型，那么學(xué)生就會(huì)具有用高端三維軟件進(jìn)行機(jī)械零件和工裝設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)，數(shù)控編程等高端的和通用的能力，會(huì)極大提高他們?cè)诰蜆I(yè)市場(chǎng)（特別是上海，浙江和蘇南等發(fā)達(dá)地區(qū)就業(yè)市場(chǎng)）的競(jìng)爭(zhēng)力，不但拓寬了就業(yè)面（即使不搞數(shù)控加工，也可以搞軟件三維設(shè)計(jì)和造型，適應(yīng)面很廣），也提高了就業(yè)層次（不再局限于操作工，還能成為工藝編程人員），可喜的是，與兄弟院校相比，我們?cè)谲浖幊谭矫嬉呀?jīng)走在了前面，2002年我們就選定了UG 作為教學(xué)軟件。UG是世界一流的高端CAD\CAM\

12、CAE（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，加工，分析）三維軟件，是數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造的領(lǐng)軍軟件，原來(lái)主要用于航空，航天，汽車(chē)，模具等高端領(lǐng)域大型企業(yè)，但目前在發(fā)達(dá)地區(qū)如上海，浙江，廣東和蘇南的中小企業(yè)中，由于大量承接國(guó)外大公司的外包產(chǎn)品，因此必須在軟件上與其保持同步，紛紛花大力氣引進(jìn)UG軟件，“機(jī)械工程師必須面對(duì)UG”已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，對(duì)這方面人才的需求也大幅增加，如果學(xué)生能在學(xué)校里打下良好的基礎(chǔ)并在工作中靈活運(yùn)用，那么他們的就業(yè)前景就非常廣闊，我們的專業(yè)就能辦出自己的特色和水平，就能在數(shù)控職業(yè)教育中具有較強(qiáng)的比較優(yōu)勢(shì)。如何圍繞教學(xué)這個(gè)中心,做到產(chǎn),學(xué),研相結(jié)合,在打好手工編程基礎(chǔ)的同時(shí)，著力強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和

13、軟件編程能力,這是我們的工作重點(diǎn)也是工作難點(diǎn),我們的采取的措施是： 1，通過(guò)增加數(shù)控機(jī)床利用率，增加學(xué)生的上機(jī)時(shí)間 由于數(shù)控機(jī)床數(shù)量有限， 始終存在人多機(jī)少的矛盾，我們?yōu)槊颗_(tái)數(shù)控機(jī)床特別是數(shù)控加工中心和數(shù)控銑床各配置一臺(tái)電腦(配置無(wú)需太高，二手機(jī)也可)。在部分學(xué)生上機(jī)床實(shí)際操作的同時(shí)，其余學(xué)生可通過(guò)電腦上的數(shù)控模擬軟件編制，檢查,修改并傳輸自己的程序，不但大幅度減少因手工輸入程序?qū)е碌耐C(jī)時(shí)間， 提高機(jī)床利用率,還能明顯減少撞機(jī)事故和高昂的機(jī)床維修費(fèi)用，盡可能保持貴重設(shè)備的精度。采取這一措施后，學(xué)生對(duì)生產(chǎn)中常用的編程,調(diào)試和傳輸有了一個(gè)全面的，系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。 2，建立數(shù)控專業(yè)實(shí)驗(yàn)室 科

14、研要服務(wù)于教學(xué)但要高于教學(xué)，數(shù)控專業(yè)實(shí)驗(yàn)室主要研究一些企業(yè)里難以解決的具體課題，如一些復(fù)雜的，易變形零件的加工，這樣不但可以提高教師的實(shí)戰(zhàn)水平，還可以對(duì)生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)并穿插到教學(xué)中去，將對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)抽象難懂的問(wèn)題具體化，實(shí)施案例教學(xué)；同時(shí)還承接部分中低難度的零件，學(xué)生可以在教師指導(dǎo)下進(jìn)行全過(guò)程的包括工藝，工裝和編程在內(nèi)的實(shí)際零件的加工，使學(xué)生將原來(lái)相對(duì)分散的機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械工藝，機(jī)械零件，熱處理等專業(yè)基礎(chǔ)課有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，最大限度地符合實(shí)戰(zhàn)的要求。 數(shù)控專業(yè)只有走市場(chǎng)化之路，才能不斷適應(yīng)市場(chǎng)變化和需求，才能夠形成自己的教學(xué)特色和核心競(jìng)爭(zhēng)力，與時(shí)俱進(jìn)不斷提高教學(xué)水平，對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)、對(duì)學(xué)校負(fù)責(zé)、

15、對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)！ 二、數(shù)控編程及其發(fā)展 數(shù)控編程是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，其在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。在諸如航空工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用。由于生產(chǎn)實(shí)際的強(qiáng)烈需求，國(guó)內(nèi)外都對(duì)數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了豐碩成果下面就對(duì)數(shù)控編程及其發(fā)展作一些介紹。 數(shù)控編程的基本概念 數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過(guò)程。它的主要任

16、務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)（cutterlocationpoint簡(jiǎn)稱CL點(diǎn)）。刀位點(diǎn)一般取為刀具軸線與刀具表面的交點(diǎn)，多軸加工中還要給出刀軸矢量。 1、數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展概況 為了解決數(shù)控加工中的程序編制問(wèn)題，50年代，MIT設(shè)計(jì)了一種專門(mén)用于機(jī)械零件數(shù)控加工程序編制的語(yǔ)言，稱為APT：AutomaticallyProgrammedTool其后，APT幾經(jīng)發(fā)展，形成了諸如APTII、APTIII（立體切削用）、APT（算法改進(jìn)，增加多坐標(biāo)曲面加工編程功能）、APT-AC（Advancedcontouring）(增加切削數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))和APT-/SS（Sculptur

17、edSurface）(增加雕塑曲面加工編程功能)等先進(jìn)版。 采用APT語(yǔ)言編制數(shù)控程序具有程序簡(jiǎn)煉，走刀控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)控加工編程從面向機(jī)床指令的“匯編語(yǔ)言”級(jí)，上升到面向幾何元素.APT仍有許多不便之處：采用語(yǔ)言定義零件幾何形狀，難以描述復(fù)雜的幾何形狀，缺乏幾何直觀性；缺少對(duì)零件形狀、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗(yàn)證手段；難以和CAD數(shù)據(jù)庫(kù)和CAPP系統(tǒng)有效連接；不容易作到高度的自動(dòng)化，集成化。 針對(duì)APT語(yǔ)言的缺點(diǎn)，1978年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)集三維設(shè)計(jì)、分析、NC加工一體化的系統(tǒng)，稱為為CATIA。隨后很快出現(xiàn)了象EUCLID，UGII，INT

18、ERGRAPH，Pro/Engineering，MasterCAM及NPU/GNCP等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都有效的解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示，交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成，走刀過(guò)程的仿真顯示、驗(yàn)證等問(wèn)題，推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。到了80年代，在CAD/CAM一體化概念的基礎(chǔ)上，逐步形成了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及并行工程（CE）的概念。目前，為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要，數(shù)控編程系統(tǒng)正向集成化和智能化方向發(fā)展。 在集成化方面，以開(kāi)發(fā)符合STE（StandardForTheExchangeofProduct ModelData）標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)為主

19、，目前已進(jìn)行了大量卓有成效的工作，是國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)；在智能化方面，工作剛剛開(kāi)始，還有待我們?nèi)ヅΑ? 2、NC刀具軌跡生成方法研究發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)控編程的核心工作是生成刀具軌跡，然后將其離散成刀位點(diǎn)，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序。下面就刀具軌跡產(chǎn)生方法作一些介紹。 （1）基于點(diǎn)、線、面和體的NC刀軌生成方法 CAD技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以點(diǎn)、線為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，如孔加工，輪廓加工，平面區(qū)域加工等。這種加工要求操作人員的水平較高，交互復(fù)雜。在曲面和實(shí)體造型發(fā)展

20、階段，出現(xiàn)了基于實(shí)體的加工。實(shí)體加工的加工對(duì)象是一個(gè)實(shí)體（一般為CSG和B-REP混合表示的），它由一些基本體素經(jīng)集合運(yùn)算（并、交、差運(yùn)算）而得。實(shí)體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，是特征加工的基礎(chǔ)。 實(shí)體加工一般有實(shí)體輪廓加工和實(shí)體區(qū)域加工兩種。實(shí)體加工的實(shí)現(xiàn)方法為層切法（SLICE），即用一組水平面去切被加工實(shí)體，然后對(duì)得到的交線產(chǎn)生等距線作為走刀軌跡。本文從系統(tǒng)需要角度出發(fā)，在ACIS幾何造型平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了這種基于點(diǎn)、線、面和實(shí)體的數(shù)控加工。 （2）基于特征的NC刀軌生成方法 參數(shù)

21、化特征造型已有了一定的發(fā)展時(shí)期，但基于特征的刀具軌跡生成方法的研究才剛剛開(kāi)始。特征加工使數(shù)控編程人員不在對(duì)那些低層次的幾何信息（如：點(diǎn)、線、面、實(shí)體）進(jìn)行操作，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉?duì)符合工程技術(shù)人員習(xí)慣的特征進(jìn)行數(shù)控編程，大大提高了編程效率。 W.R.Mail和A.J.Mcleod在他們的研究中給出了一個(gè)基于特征的NC代碼生成子系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：零件的每個(gè)加工過(guò)程都可以看成對(duì)組成該零件的形狀特征組進(jìn)行加工的總和。那么對(duì)整個(gè)形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每一形狀特征或形狀特征組的NC代碼可自動(dòng)生成。目前開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)只適用于2.5D零件的加工。 LeeandC

22、hang開(kāi)發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動(dòng)產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具軌跡的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面內(nèi)嵌入一個(gè)最小的長(zhǎng)方塊，這樣凸自由曲面特征就被轉(zhuǎn)換成一個(gè)凹特征。最小的長(zhǎng)方塊與最終產(chǎn)品模型的合并就構(gòu)成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型。刀具軌跡的生成方法分成三步完成：（1）、切削多面體特征；（2）、切削自由曲面特征；（3）、切削相交特征。 Jong-YunJung研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問(wèn)題。文章把基于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內(nèi)區(qū)域加工兩類，并定義了這兩類加工的切削方向，通過(guò)減少切削刀具軌跡達(dá)到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的。文章主要針對(duì)幾種基本特征（孔、內(nèi)凹、臺(tái)階、槽）

23、，討論了這些基本特征的典型走刀路徑、刀具選擇和加工順序等，并通過(guò)IP（InterProgramming）技術(shù)避免重復(fù)走刀，以優(yōu)化非切削刀具軌跡。另外，Jong-YunJong還在他1991年的博士論文中研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路徑。特征加工的基礎(chǔ)是實(shí)體加工，當(dāng)然也可認(rèn)為是更高級(jí)的實(shí)體加工。但特征加工不同于實(shí)體加工，實(shí)體加工有它自身的局限性。特征加工與實(shí)體加工主要有以下幾點(diǎn)不同： 從概念上講，特征是組成零件的功能要素，符合工程技術(shù)人員的操作習(xí)慣，為工程技術(shù)人員所熟知；實(shí)體是低層的幾何對(duì)象，是經(jīng)過(guò)一系列布爾運(yùn)算而得到的一個(gè)幾何體，不帶有任何功能語(yǔ)義信息；實(shí)體加工往往是對(duì)整

24、個(gè)零件（實(shí)體）的一次性加工。但實(shí)際上一個(gè)零件不太可能僅用一把刀一次加工完，往往要經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工等一系列工步，零件不同的部位一般要用不同的刀具進(jìn)行加工；有時(shí)一個(gè)零件既要用到車(chē)削，也要用到銑削。因此實(shí)體加工主要用于零件的粗加工及半精加工。而特征加工則從本質(zhì)上解決了上述問(wèn)題；特征加工具有更多的智能。對(duì)于特定的特征可規(guī)定某幾種固定的加工方法，特別是那些已在STEP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特征更是如此。如果我們對(duì)所有的標(biāo)準(zhǔn)特征都制定了特定的加工方法，那么對(duì)那些由標(biāo)準(zhǔn)特征夠成的零件的加工其方便性就可想而知了。倘若CAPP系統(tǒng)能提供相應(yīng)的工藝特征，那么NCP系統(tǒng)就可以大大減少交互輸入，具有更多的智能。而這些

25、實(shí)體加工是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；特征加工有利于實(shí)現(xiàn)從CAD、CAPP、NCP及CNC系統(tǒng)的全面集成，實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動(dòng)，為CIMS乃至并行工程（CE）奠定良好的基礎(chǔ)；而實(shí)體加工對(duì)這些是無(wú)能為力的。 3、現(xiàn)役幾個(gè)主要CAD/CAM系統(tǒng)中的NC刀軌生成方法分析 （1）現(xiàn)役CAM的構(gòu)成及主要功能 目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成：一體化的CAD/CAM系統(tǒng)（如：UGII、Euclid、Pro/ENGINEER等）和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)（如：Mastercam、Surfcam等）。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主

26、要通過(guò)中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無(wú)論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個(gè)模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。下面僅就一些著名的CAD/CAM系統(tǒng)的NC加工方法進(jìn)行討論。 （2）UGII加工方法分析 一般認(rèn)為UGII是業(yè)界中最好，最具代表性的數(shù)控軟件。其最具特點(diǎn)的是其功能強(qiáng)大的刀具軌跡生成方法。包括車(chē)削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能： PointtoPoint：完成各種孔加工； PanarMill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環(huán)切

27、以及輪廓加工等； FixedContour：固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或 多張曲面上的移動(dòng)，控制刀具移動(dòng)的可以是已生成的刀具 軌跡，一系列點(diǎn)或一組曲線； VariableContour：可變軸投影加工； Parameterline：等參數(shù)線加工。可對(duì)單張曲面或多張曲面連續(xù)加工； Zig-ZagSurface：裁剪面加工； RoughtoDepth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度； CavityMill：多級(jí)深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工； SequentialSurface：曲面交加工。按

28、照零件面、導(dǎo)動(dòng)面和檢查面的思路對(duì) 刀具的移動(dòng)提供最大程度的控制。 EDSUnigraphics還包括大量的其它方面的功能，這里就不一一列舉了。 （3）STRATA加工方法分析 STRATA是一個(gè)數(shù)控編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，它是建立在ACIS幾何建模平臺(tái) 上的。它為用戶提供兩種編程開(kāi)發(fā)環(huán)境，即NC命令語(yǔ)言接口和NC操作C++類庫(kù)。它可支持三軸銑削，車(chē)削和線切割NC加工，并可支持線框、曲面和實(shí)體幾何建模。其N(xiāo)C刀具軌跡生成方法是基于實(shí)體模型。STRATA基于實(shí)體的NC刀具軌跡生成類庫(kù)提供的加工方法包括： ProfileToolpath：輪廓加工； AreaClear

29、Toolpath：平面區(qū)域加工； SolidProfileToolpath：實(shí)體輪廓加工； SolidAreaClearToolpath：實(shí)體平面區(qū)域加工； SolidFaceToolPath：實(shí)體表面加工； SolidSliceToolPath：實(shí)體截平面加工； Language-basedToolpath：基于語(yǔ)言的刀具軌跡生成。 其它的CAD/CAM軟件，如Euclid,Cimitron,CV,CATIA等的NC功能各有千秋，但其基本內(nèi)容大同小異，沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。 現(xiàn)役CAM系統(tǒng)刀軌生成方法的主要問(wèn)題

30、 按照傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)的工作方式，CAM系統(tǒng)以直接或間接（通過(guò)中性文件）的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)、線、面、或?qū)嶓w為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機(jī)床，在整個(gè)CAD/CAM及CNC系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中存在以下幾方面的問(wèn)題： CAM系統(tǒng)只能從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的低層幾何信息，無(wú)法自動(dòng)捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語(yǔ)義信息。因此，整個(gè)CAM過(guò)程必須在經(jīng)驗(yàn)豐富的制造工程師的參與下，通過(guò)圖形交互來(lái)完成。如：制造工程師必須選擇加工對(duì)象（點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w）、

31、約束條件（裝夾、干涉和碰撞等）、刀具、加工參數(shù)（切削方向、切深、進(jìn)給量、進(jìn)給速度等）。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低。 在CAM系統(tǒng)生成的刀具軌跡中，同樣也只包含低層的幾何信息（直線和圓弧的幾何定位信息），以及少量的過(guò)程控制信息（如進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、換刀等）。因此，下游的CNC系統(tǒng)既無(wú)法獲取更高層的設(shè)計(jì)要求（如公差、表面光潔度等），也無(wú)法得到與生成刀具軌跡有關(guān)的加工工藝參數(shù)。 CAM系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，各模塊相對(duì)獨(dú)立。例如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，三維動(dòng)態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對(duì)象及相關(guān)的加工

32、工藝參數(shù)。 CAM系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)之間沒(méi)有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，即使是在一體化的集成CAD/CAM系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關(guān)的特征信息，同樣CAD系統(tǒng)也無(wú)法獲取CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息。這就給并行工程的實(shí)施帶來(lái)了困難。 4數(shù)控仿真技術(shù) （1）計(jì)算機(jī)仿真的概念及應(yīng)用 從工程的角度來(lái)看，仿真就是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已有的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。分析復(fù)雜的動(dòng)態(tài)對(duì)象，仿真是一種有效的方法，可以減少風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)和制造的周期，并節(jié)約投資。計(jì)算機(jī)仿

33、真就是借助計(jì)算機(jī)，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程。它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速地發(fā)展，在仿真中占有越來(lái)越重要的地位。計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程可通過(guò)圖1所示的要素間的三個(gè)基本活動(dòng)來(lái)描述：建?；顒?dòng)是通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的觀測(cè)或檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化近似模型。這里的模型同實(shí)際系統(tǒng)的功能與參數(shù)之間應(yīng)具有相似性和對(duì)應(yīng)性。 仿真模型是對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（簡(jiǎn)化模型）進(jìn)行一定的算法處理，使其成為合適的形式（如將數(shù)值積分變?yōu)榈\(yùn)算模型）之后，成為能被計(jì)算機(jī)接受的“可計(jì)算模型”。仿真模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來(lái)講是一個(gè)二次簡(jiǎn)化的模型。 仿真實(shí)

34、驗(yàn)是指將系統(tǒng)的仿真模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的過(guò)程。仿真是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究實(shí)際系統(tǒng)的一種技術(shù)，通過(guò)仿真技術(shù)可以弄清系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)變量和環(huán)境條件的影響。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和仿真計(jì)算機(jī)的智能化。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴(kuò)大到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物等許多非工程領(lǐng)域，此外，并行處理、人工智能、知識(shí)庫(kù)和專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展正影響著仿真計(jì)算機(jī)的發(fā)展。 數(shù)控加工仿真利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬實(shí)際的加工過(guò)程，是驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測(cè)切削過(guò)程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。 （2）數(shù)控仿真技術(shù)的研究

35、現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床加工零件是靠數(shù)控指令程序控制完成的。為確保數(shù)控程序的正確性，防止加工過(guò)程中干涉和碰撞的發(fā)生，在實(shí)際生產(chǎn)中，常采用試切的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。但這種方法費(fèi)工費(fèi)料，代價(jià)昂貴，使生產(chǎn)成本上升，增加了產(chǎn)品加工時(shí)間和生產(chǎn)周期。后來(lái)又采用軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替工件來(lái)仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），有相當(dāng)大的局限性。對(duì)于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蠟、木料、改性樹(shù)脂和塑料等）來(lái)檢驗(yàn)加工的切削軌跡。但是，試切要占用數(shù)控機(jī)床和加工現(xiàn)場(chǎng)。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計(jì)算機(jī)仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、仿真

36、計(jì)算和圖形顯示等方面取得了重要的進(jìn)展，目前正向提高模型的精確度、仿真計(jì)算實(shí)時(shí)化和改善圖形顯示的真實(shí)感等方向發(fā)展。 從試切環(huán)境的模型特點(diǎn)來(lái)看，目前NC切削過(guò)程仿真分幾何仿真和力學(xué)仿真兩個(gè)方面。幾何仿真不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具-工件幾何體的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證NC程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的機(jī)床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報(bào)廢等問(wèn)題；同時(shí)可以減少?gòu)漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。切削過(guò)程的力學(xué)仿真屬于物理仿真范疇，它通過(guò)仿真切削過(guò)程的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性來(lái)預(yù)測(cè)刀具破損、刀具振動(dòng)、控制切削參數(shù)，從而達(dá)到優(yōu)化切削過(guò)程的目的。 幾何仿真技術(shù)

37、的發(fā)展是隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，包括定性圖形顯示和定量干涉驗(yàn)證兩方面。目前常用的方法有直接實(shí)體造型法，基于圖像空間的方法和離散矢量求交法。 （3）直接實(shí)體造型法 這種方法是指工件體與刀具運(yùn)動(dòng)所形成的包絡(luò)體進(jìn)行實(shí)體布爾差運(yùn)算，工件體的三維模型隨著切削過(guò)程被不斷更新。 Sungurtekin和Velcker開(kāi)發(fā)了一個(gè)銑床的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用CSG法來(lái)記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長(zhǎng)方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運(yùn)算，特別是并運(yùn)算，將毛坯和一系列刀具掃描過(guò)的區(qū)域記錄下來(lái)，然后應(yīng)用集合差運(yùn)算從毛坯中順序除去掃描過(guò)的區(qū)域。所謂被掃過(guò)的區(qū)域是指切削刀具

38、沿某一軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過(guò)的區(qū)域。在掃描了每段NC代碼后顯示變化了的毛坯形狀。 Kawashima等的接合樹(shù)法將毛坯和切削區(qū)域用接合樹(shù)（graftree）表示，即除了空和滿兩種結(jié)點(diǎn)，邊界結(jié)點(diǎn)也作為八叉樹(shù)（oct-tree）的葉結(jié)點(diǎn)，接合樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2。邊界結(jié)點(diǎn)包含半空間，結(jié)點(diǎn)物體利用在這些半空間上的CSG操作來(lái)表示。接合樹(shù)細(xì)分的層次由邊界結(jié)點(diǎn)允許的半空間個(gè)數(shù)決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區(qū)域的差運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。毛坯的顯示采用了深度緩沖區(qū)算法，將毛坯劃分為多邊形實(shí)現(xiàn)毛坯的可視化。用基于實(shí)體造型的方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)更新的毛坯的實(shí)時(shí)可視化，耗時(shí)太長(zhǎng)，于是一些基于觀察的方法被提出來(lái)。 （4）基于

39、圖像空間的方法 這種方法用圖像空間的消隱算法來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)體布爾運(yùn)算。VanHook采用圖象空間離散法實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)圖形仿真。他使用類似圖形消隱的z_buffer思想，沿視線方向?qū)⒚骱偷毒唠x散，在每個(gè)屏幕象素上毛坯和刀具表示為沿z軸的一個(gè)長(zhǎng)方體，稱為Dexel結(jié)構(gòu)。刀具切削毛坯的過(guò)程簡(jiǎn)化為沿視線方向上的一維布爾運(yùn)算，見(jiàn)圖3，切削過(guò)程就變成兩者Dexel結(jié)構(gòu)的比較： CASE1：只有毛坯，顯示毛坯，break； CASE2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具，break； CASE3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break； CASE4：刀具切削

40、毛坯內(nèi)部，刪除毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break； CASE5：刀具切削毛坯內(nèi)部，創(chuàng)建新的毛坯dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break； CASE6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break； CASE7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯，break； CASE8：只有刀具，顯示刀具，break。 這種方法將實(shí)體布爾運(yùn)算和圖形顯示過(guò)程合為一體，使仿真圖形顯示有很好的實(shí)時(shí)性。Hsu和Yang提出了一種有效的三軸銑削的實(shí)時(shí)仿真方法。他們使用z_map作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄一個(gè)二維網(wǎng)格的每個(gè)方塊處的毛坯高度，即z向值。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只適用于刀軸z向的

41、三軸銑削仿真。對(duì)每個(gè)銑削操作通過(guò)改變刀具運(yùn)動(dòng)每一點(diǎn)的深度值，很容易更新z_map值，并更新工件的圖形顯示。 離散矢量求交法 由于現(xiàn)有的實(shí)體造型技術(shù)未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空間布爾運(yùn)算并不精確，使仿真驗(yàn)證有很大的局限性。為此Chappel提出了一種基于曲面技術(shù)的“點(diǎn)-矢量”(point-vector)法。這種方法將曲面按一定精度離散，用這些離散點(diǎn)來(lái)表示該曲面。以每個(gè)離散點(diǎn)的法矢為該點(diǎn)的矢量方向，延長(zhǎng)與工件的外表面相交。通過(guò)仿真刀具的切削過(guò)程，計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)沿法矢到刀具的距離s。設(shè)sg和sm分別為曲面加工的內(nèi)、外偏差，如果sgsm則漏切。該方法分為被切削曲面的離散(dis

42、cretization)、檢測(cè)點(diǎn)的定位（location）和離散點(diǎn)矢量與工件實(shí)體的求交(intersection)三個(gè)過(guò)程。采用圖像映射的方法顯示加工誤差圖形；零件表面的加工誤差可以精確地描寫(xiě)出來(lái)。 總體來(lái)說(shuō)，基于實(shí)體造型的方法中幾何模型的表達(dá)與實(shí)際加工過(guò)程相一致，使得仿真的最終結(jié)果與設(shè)計(jì)產(chǎn)品間的精確比較成為可能；但實(shí)體造型的技術(shù)要求高，計(jì)算量大，在目前的計(jì)算機(jī)實(shí)用環(huán)境下較難應(yīng)用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)模擬?；趫D像空間的方法速度快得多，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，但由于原始數(shù)據(jù)都已轉(zhuǎn)化為像素值，不易進(jìn)行精確的檢測(cè)。離散矢量求交法基于零件的表面處理，能精確描述零件面的加工誤差，主要用于曲面加工的誤差檢

43、測(cè)。 三、什么是不銹鋼？ 通常，人們把含鉻量大于12%或含鎳量大于8%的合金鋼叫不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質(zhì)中具有一定的耐蝕能力，并在較高溫度(>450℃)下具有較高的強(qiáng)度。含鉻量達(dá)16%～18%的鋼稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，習(xí)慣上通稱為不銹鋼。 鋼中含鉻量達(dá)12%以上時(shí)，在與氧化性介質(zhì)接觸中，由于電化學(xué)作用，表面很快形成一層富鉻的鈍化膜，保護(hù)金屬內(nèi)部不受腐蝕；但在非氧化性腐蝕介質(zhì)中，仍不易形成堅(jiān)固的鈍化膜。為了提高鋼的耐蝕能力，通常增大鉻的比例或添加可以促進(jìn)鈍化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、

44、Co等，這些元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時(shí)改變了鋼的內(nèi)部組織以及物理力學(xué)性能。這些合金元素在鋼中的含量不同，對(duì)不銹鋼的性能產(chǎn)生不同的影響，有的有磁性，有的無(wú)磁性，有的能夠進(jìn)行熱處理，有的則不能熱處理。 由于不銹鋼所具有的上述特性，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工業(yè)部門(mén)及日常生活中。所含的合金元素對(duì)切削加工性影響很大，有的甚至很難切削。 1、不銹鋼的分類？ 不銹鋼按其成分，可分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。 工業(yè)上常用的不銹鋼一般按金相組織分類，可分為以下五大類： （1） 馬氏體不銹鋼：含鉻量12%～18%，含碳量0.1%～0

45、.5%(有時(shí)達(dá)1%)，常見(jiàn)的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。 （2） 鐵素體不銹鋼：含鉻量12%～30%，常見(jiàn)的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。 （3） 奧氏體不銹鋼：含絡(luò)量12%～25%，含鎳量7%～20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常見(jiàn)的還有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr2

46、3Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。 （4） 奧氏體+鐵素體不銹鋼：與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量的鐵素體，常見(jiàn)的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。 （5） 沉淀硬化不銹鋼：含有較高的鉻、鎳和很低的碳，常見(jiàn)的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7M02Al等。 前兩類為鉻不銹鋼，后三類為鉻鎳不銹鋼。

47、 2、不銹鋼的物理、力學(xué)性能？ (1) 馬氏體不銹鋼：能進(jìn)行淬火，淬火后具有較高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但內(nèi)應(yīng)力大且脆。經(jīng)低溫回火后可消除其應(yīng)力，提高塑性，切削加工較困難，有切屑擦傷或粘結(jié)的明顯趨向，刀具易磨損。 當(dāng)鋼中含碳量低于0.3%時(shí)，組織不均勻，粘附性強(qiáng)，切削時(shí)容易產(chǎn)生積屑瘤，且斷屑困難，工件已加工表面質(zhì)量低。含碳量達(dá)0.4%～0.5%時(shí)，切削加工性較好。 馬氏體不銹鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，可獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其切削加工性比退火狀態(tài)有很大改善。 (2) 鐵素體不銹鋼：加熱冷卻時(shí)組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，故熱處理不能使其強(qiáng)化，只能靠變形強(qiáng)化，性能較脆

48、，切削加工性一般較好。切屑呈帶狀，切屑容易擦傷或粘結(jié)于切削刃上，從而增大切削力，切削溫度升高，同時(shí)可能使工件表面產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。 (3) 奧氏體不銹鋼：由于含有較多的鎳(或錳)，加熱時(shí)組織不變，故淬火不能使其強(qiáng)化，可略改善其加工性。通過(guò)冷加工硬化可大幅度提高強(qiáng)度，如果再經(jīng)時(shí)效處理，抗拉強(qiáng)度可達(dá)2550～2740 MPa。 奧氏體不銹鋼切削時(shí)的帶狀切屑連綿不斷，斷屑困難，極易產(chǎn)生加工硬化，硬化層給下一次切削帶來(lái)很大難度，使刀具急劇磨損，刀具耐用度大幅度下降。 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能，良好的耐蝕能力，較突出的是冷變形能力，無(wú)磁性。 (4) 奧氏體+鐵素體不銹鋼：有硬度極高的金

49、屬間化合物析出，強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高，其切削加工性更差。 (5) 沉淀硬化不銹鋼：含有能起沉淀硬化的鉈、鋁、鉬、鈦等合金元素，它們?cè)诨鼗饡r(shí)時(shí)效析出，產(chǎn)生沉淀硬化，使鋼具有很高的強(qiáng)度和硬度。由于含碳量低保證了足夠的含鉻量，因此具有良好的耐腐蝕性能。 3、不銹鋼的切削特點(diǎn)? 不銹鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45號(hào)鋼的切削加工性作為100%，奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的相對(duì)切削加工性為40%；鐵素體不銹鋼1Cr28為48%；馬氏體不銹鋼2Cr13為55%。其中，以?shī)W氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的切削加工性最差。不銹鋼在切削過(guò)程中有如下幾方面特點(diǎn)： (1) 加工硬化嚴(yán)重：在不銹

50、鋼中，以?shī)W氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強(qiáng)度sb達(dá)1470～1960MPa，而且隨sb的提高，屈服極限ss升高；退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼ss不超過(guò)的σb30%～45%，而加工硬化后達(dá)85%～95%。加工硬化層的深度可達(dá)切削深度的1/3或更大；硬化層的硬度比原來(lái)的提高1.4～2.2倍。因?yàn)椴讳P鋼的塑性大，塑性變形時(shí)品格歪扭，強(qiáng)化系數(shù)很大；且?jiàn)W氏體不夠穩(wěn)定，在切削應(yīng)力的作用下，部分奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下，易于分解呈彌散分布，使切削加工時(shí)產(chǎn)生硬化層。前一次進(jìn)給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重影響后續(xù)工序的順利進(jìn)行。 (2

51、) 切削力大：不銹鋼在切削過(guò)程中塑性變形大，尤其是奧氏體不銹鋼(其伸長(zhǎng)率超過(guò)45號(hào)鋼的1.5倍以上)，使切削力增加。同時(shí)，不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，熱強(qiáng)度高，進(jìn)一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。因此加工不銹鋼的切削力大，如車(chē)削1Cr18Ni9Ti的單位切削力為2450MPa，比45號(hào)鋼高25%。 (3) 切削溫度高：切削時(shí)塑性變形及與刀具間的摩擦都很大，產(chǎn)生的切削熱多；加上不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為45號(hào)鋼的～，大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀—屑接觸的界面上，散熱條件差。在相同的條件下，1Cr18Ni9Ti的切削溫度比45號(hào)鋼高200℃左右。 (4) 切屑不易折斷、易粘結(jié)：不銹鋼的塑性

52、、韌性都很大，車(chē)加工時(shí)切屑連綿不斷，不僅影響操作的順利進(jìn)行，切屑還會(huì)擠傷已加工表面。在高溫、高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強(qiáng)，易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，并形成積屑瘤，既加劇刀具磨損，又會(huì)出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點(diǎn)更為明顯。 (5) 刀具易磨損：切削不銹鋼過(guò)程中的親和作用，使刀—屑間產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散，從而使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損，致使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼，切削刃還會(huì)形成微小的剝落和缺口；加上不銹鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高，切削時(shí)直接與刀具接觸、摩擦，擦傷刀具，還有加工硬化現(xiàn)象，均會(huì)使刀具磨損加劇。 (6) 線膨脹系數(shù)大：不銹鋼的線膨脹系數(shù)約為碳

53、素鋼的1.5倍，在切削溫度作用下，工件容易產(chǎn)生熱變形，尺寸精度較難控制。 4、 切削不銹鋼時(shí)怎樣選擇刀具材料？ 合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不銹鋼的重要條件。根據(jù)不銹鋼的切削特點(diǎn)，要求刀具材料應(yīng)具有耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼的親和作用小等特點(diǎn)。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。 (1) 高速鋼的選擇：高速鋼主要用來(lái)制造銑刀、鉆頭、絲錐、拉刀等復(fù)雜多刃刀具。普通高速鋼W18Cr4V使用時(shí)刀具耐用度很低已不符合需要，采用新型高速鋼刀具切削不銹鋼可獲得較好的效果。 在相同的車(chē)削條件下，用W18Cr4V和95w18Cr4V兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件，刀具刃磨一次加

54、工的件數(shù)分別為2～3件和12件，用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍。這是由于提高了鋼的含碳量，從而增加了鋼中碳化物含量，常溫硬度提高2HRC紅硬性更好，600℃時(shí)由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC51～52，耐磨性比W18Cr4V提高2～3倍。 應(yīng)用高釩高速鋼W12Cr4V4Mo制作型面銑刀加工1Cr17Ni2可以獲得較高的刀具耐用度。因?yàn)楹C量增加，可在鋼中形成硬度很高的VC，細(xì)小的VC存在于晶介，可以阻止晶粒長(zhǎng)大，提高鋼的耐磨性；W12Cr4V4Mo的紅硬性很好，600℃時(shí)硬度可達(dá)HRC51.7，因此適合于制作切削不銹鋼的各種復(fù)雜刀具。但其強(qiáng)度(sb=3140 MPa

55、)及沖擊韌性(ak=2.5 J/cm3)略低于W18Cr4V，使用時(shí)要稍加注意。 隨著刀具制作技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于批量大的工件，采用硬質(zhì)合金多刃、復(fù)雜刀具進(jìn)行切削加工效果會(huì)更好。 (2) 硬質(zhì)合金的選擇：YG類硬質(zhì)合金的韌性較好，可采用較大的前角，刀刃也可以磨得鋒利些，使切削輕快，且切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，較適于加工不銹鋼。特別是在振動(dòng)的粗車(chē)和斷續(xù)切削時(shí)，YG類合金的這一優(yōu)點(diǎn)更為重要。另外，YG類合金的導(dǎo)熱性較好，其導(dǎo)熱系數(shù)比高速鋼高將近兩倍，比YT類合金高一倍。因此YG類合金在不銹鋼切削中應(yīng)用較多，特別是在粗車(chē)刀、切斷刀、擴(kuò)孔鉆及鉸刀等制造中應(yīng)用更為廣泛。 較長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，一般都采

56、用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號(hào)的硬質(zhì)合金作為切削不銹鋼的刀具材料，但均不能獲得較理想的效果；采用新牌號(hào)硬質(zhì)合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等，切削不銹鋼可獲得較好的效果。而用813牌號(hào)硬質(zhì)合金刀具切削奧氏體不銹鋼效果很好，因?yàn)?13合金既具有較高的硬度(≥HRA91)、強(qiáng)度(sb=1570MPa)，又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘結(jié)性，其組織致密耐磨性好。 5、 切削不銹鋼時(shí)怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？ (1) 前角g0：不銹鋼的硬度、強(qiáng)度并不高，但其塑性、韌性都較好，熱強(qiáng)性高，切削時(shí)切屑不易被切

57、離。在保證刀具有足夠強(qiáng)度的前提下，應(yīng)選用較大的前角，這樣不僅能夠減小被切削金屬的塑性變形，而且可以降低切削力和切削溫度，同時(shí)使硬化層深度減小。 車(chē)削各種不銹鋼的前角大致為12～30。對(duì)馬氏體不銹鋼(如2Cr13)，前角可取較大值；對(duì)奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼，前角應(yīng)取較小值；對(duì)未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或調(diào)質(zhì)后硬度較低的不銹鋼，可取較大前角；直徑較小或薄壁工件，宜采用較大的前角。 高速鋼銑刀取gn=10～20，硬質(zhì)合金銑刀取gn=5～10；鉸刀一般取g0=8～12；絲錐一般取g0=15～20(機(jī)用)或g0=20(手用)。 (2) 后角a0：加大后角能減小后刀面與加工表面的摩擦，但會(huì)使切削刃的強(qiáng)

58、度和散熱能力降低。后角的合理值取決于切削厚度，切削厚度小時(shí)，宜選較大后角。 不銹鋼車(chē)刀或鏜刀通常取a0=10～20(精加工)或a0=6～10(粗加工)；高速鋼端銑刀取a0=10～20，立銑刀取a0=15～20；硬度合金端銑刀取a0=5～10，立銑刀取a0=12～16；鉸刀和絲錐取a0=8～12。 圖1 雙刃傾角斷屑車(chē)刀 (3) 主偏角kr、副偏角k′r，和re：減小主偏角可增加刀刃工作長(zhǎng)度，有利于散熱，但在切削過(guò)程中使徑向力加大，容易產(chǎn)生振動(dòng)，常取kr=45～75，若機(jī)床剛性不足，可適當(dāng)加大。副偏角常取k′r=8～15。為了加強(qiáng)刀尖，一般應(yīng)磨出e=0.5～1.0 mm的刀尖圓弧

59、。 (4) 刃傾角ls：為了增加刀尖強(qiáng)度，刃傾角一般取ls=-8～-3，斷續(xù)切削時(shí)取較大值ls=-15～-5。 生產(chǎn)實(shí)踐中，為了加大切屑變形，提高刀尖強(qiáng)度與散熱能力，采用雙刃傾角車(chē)刀，取得了良好的斷屑效果，也加寬了斷屑范圍，如圖1所示。第一刃傾角ls1≥0，第二刃傾角在接近刀尖部位，ls2≈-20，第二刃傾角的刀刃長(zhǎng)度lls2?！謅p/3。 當(dāng)雙刃傾角車(chē)刀的g0=20、a0=6～8、kr=90或75、倒棱前角g01=-10、re=0.15～0.2 mm時(shí)，在Vc=80～100 m/min、f=0.2～0.3 mm/r、ap=4～15 mm的條件下切削，斷屑效果良好，刀具耐用度高。

60、 要求刀具前后刀面的表面粗糙度值小，刀具磨鈍標(biāo)錐VB為加工一般材料的1/2。 圖2 切削不銹鋼的斷(卷)屑槽 6、切削不銹鋼時(shí)怎樣選擇刀具斷(卷)屑槽和刃口形式？ 切削不銹鋼時(shí)還應(yīng)選擇合適的刀具斷(卷)屑槽，以便控制連綿不斷的切屑，通常采用全圓弧形或直線圓弧形斷(卷)屑槽。斷(卷)屑槽的寬度Bn=3～5 mm，槽深h=0.5～1.3 mm，Rn=2～8 mm。一般情況下，粗車(chē)時(shí)ap、f大，斷(卷)屑槽宜寬而淺；精車(chē)時(shí)ap、f小，應(yīng)窄而深些。斷(卷)屑槽的形式見(jiàn)圖2。 切削加工過(guò)程中，如果發(fā)生切屑纏繞在工件或刀具上的現(xiàn)象，表示斷(卷)屑槽過(guò)寬過(guò)淺，可加大進(jìn)給量，使切屑折斷；如

61、果切屑擠軋?jiān)诓蹆?nèi)，發(fā)出吱吱叫聲，或切屑飛濺傷人，表示斷(卷)屑槽太窄太深，這時(shí)可減小進(jìn)給量。同時(shí)還要注意控制斷(卷)屑槽的位置。斷(卷)屑槽的尺寸見(jiàn)表3、表4和表5。 表3 外圓車(chē)刀斷(卷)屑槽尺寸 工件直徑(mm) 半徑Rn(mm) 寬度Bn(mm) 前角g0() 倒棱尺寸bg(mm) ≤20 1.5 2 42 精車(chē)：0.05～0.10 粗車(chē)：0.10～0.20 2.5 3 37 20～40 3 3 30 3.5 3.5 30 4 4 30 ＞40～80 4 4 30 4.5 4.5 30 5 5 30 ＞80～20

62、0 5.5 5 27 精車(chē)：0.10～0.20 粗車(chē)：0.15～0.30 6 5.5 27 6.5 6 27.5 ＞200 6.5 6 27.5 7 6.5 27.5 7.5 7 27.5 表4 鏜刀斷(卷)屑槽尺寸 鏜孔直徑 (mm) 半徑Rn(mm) 加工1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼及中等硬度2Cr13馬氏體不銹鋼 加工耐濃硝酸不銹鋼及較硬的2Cr13、3Cr13等馬氏體不銹鋼 寬度Bn (mm) 前角g0 () 寬度Bn (mm) 前角g0 () ≤20 1.6 2.0 39 1.6 30 2.0

63、 2.5 39 2.0 30 2.5 3.0 37 2.5 30 20～40 2.0 2.5 39 2.0 30 2.5 3.0 37 2.5 30 3.0 3.5 36 2.8 28 40～60 4.0 4.0 30 3.2 24 4.5 4.5 30 3.5 23 5.0 5.0 30 4.0 24 60～80 4.5 4.5 30 3.5 23 5.0 5.0 30 4.0 24 6.0 6.0 30 5.0 24.5 80 5.0 4.0 24 3.5 20.5

64、 6.0 5.0 24.5 4.5 22 7 6.0 25.5 5.0 21 表5 切斷刀斷(卷)屑槽尺寸 切斷直徑 (mm) ≤20 ＞20～50 ＞50～80 ＞80～120 半徑Rn (mm) 2.5 3.2 4.2 3.2 4.5 5.5 4.2 5.5 6.5 5.5 6.5 8 寬度Bn (mm) 3 4 5 4 5 6 5 6 7 6 7 8 前角g0 () 37 39 36.5 39 30.5 33 36.5 33 32.5 33 32.5 30 7 、切削不銹鋼

65、時(shí)怎樣選擇切削用量？ 切削用量對(duì)加工不銹鋼時(shí)的加工硬化、切削力、切削熱等有很大影響，特別是對(duì)刀具耐用度的影響較大。選擇的切削用量合理與否，將直接影響切削效果。 （1）切削速度Vc：加工不銹鋼時(shí)切削速度稍微提高一點(diǎn)，切削溫度就會(huì)高出許多，刀具磨損加劇，耐用度則大幅度下降。 為了保證合理的刀具耐用度，就要降低切削速度，一般按車(chē)削普通碳鋼的40%～60%選取。鏜孔和切斷時(shí)，由于刀具剛性、散熱條件、冷卻潤(rùn)滑效果及排屑情況都比車(chē)外圓差，切削速度還要適當(dāng)降低。 不同種類的不銹鋼的切削加工性各不相同，切削速度也需相應(yīng)調(diào)整。一般1Cr18Ni9Ti等奧氏體不銹鋼的切削速度校正系數(shù)Kv為1.0，硬度

66、在HRC28以下的2cr13等馬氏體不銹鋼的Kv為1.3～1.5，硬度為HRC28～35的2Cr13等馬氏體不銹鋼的Kv為0.9～1.1，硬度在HRC35以上的2Cr13等馬氏體不銹鋼的Kv為0.7～0.8，耐濃硝酸不銹鋼的Kv為0.6～0.7。 （2）切削深度ap：粗加工時(shí)余量較大，應(yīng)選用較大的切深，可減少走刀次數(shù)，同時(shí)可避免刀尖與毛坯表皮接觸，減輕刀具磨損。但加大切深應(yīng)注意不要因切削力過(guò)大而引起振動(dòng)，可選ap=2～5 mm。精加工時(shí)可選較小的切削深度，還要避開(kāi)硬化層，一般采用ap=0.2～0.5 mm。 （3）進(jìn)給量f：進(jìn)給量的增大不僅受到機(jī)床動(dòng)力的限制，而且切削殘留高度和積屑瘤高度都隨進(jìn)給量的增加而加大，因此進(jìn)給量不能過(guò)大。為提高加工表面質(zhì)量，精加工時(shí)應(yīng)采用較