切削力测量技术

切削力测量技术（通用5篇）

切削力测量技术 篇1

车削加工切削力测量实验报告书

学号 ___________

姓名 傅亥杰 小组 11 _________

时间 2015 年 12 月 17 日 成绩 _____________________

上海大学 生产工程实验中心 2015-11

•实验概述 切削过程中，会产生一系列物理现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具 磨损等。对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量，是研究切削机理的基本实验 手段和主要研究方法。通过对实测的切削力、进行分析处理，可以推断切削过程中的切削变 形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。在此基础上，可进一步为切削用量优化，提高零 件加工精度等提供实验数据支持。

通过本实验可使同学熟悉制造技术工程中的基础实验技术和方法，理解设计手册中的设 计参数的来由，在处理实际工程问题中能合理应用经验数据。

二•实验目的与要求 1.掌握车削用量 U c、f、a p ,对切削力及变形的影响。

2.了解刀具角度对切削力及变形的影响。

3.理解切削力测量方法的基本原理、了解所使用的设备和仪器。

4.理解切削力经验公式推导的基本方法，掌握实验数据处理方法。

三•实验系统组成 实验系统由下列设备仪器组成 1、微型数控车床 KC0628S 2、车床测力刀架系统(图 1),包括(1)车削测力刀架(2)动态应变仪(3)USB 数据采集卡(4)台式计算机

四、实验数据记录与数据处理 1.切削力测量记录表 1 实 验 条 件 工件材料 铝 工件直径 30 刀 具 /、结构 材料 规格 前角 后角 副后 角 主偏 角 副偏 角 刃倾 角 外圆车刀 :硬质合金

序 号 转 速(rpm)切削速度(m/mi n)切削深度(mm)进给量(mm/r)主切削力 Fz(N)背向力 Fx(N)1 ******00

主切削力 背向力切削深度 主切削力 背向力 切削深度

整理采集点并运用 MATLAB 寸数据处理如下:

2.请按指数规律拟合主切削力或背刀力和切削深度、进给量的关系，建立切削 力的经验公式。

答：对已有数据运用最小二乘法进行拟合，得出主（背）切削力关于进给量的双 对数 y=ax+b曲线及参数 , 其中 1、2 为主切削力，3、4 为背向力：

k1= b1= k2= b2= k3= b3= k4= b4= 对已有数据运用最小二乘法进行拟合（由于只有两个数据，故直接取直线求解），得出主（背）切削力关于切削深度的双对数 y=ax+b 的参数，其中 1、2 为主切削 力，3、4 为背向力：

k1= b1= k2= b2= k3= b3= k4= b4= 经上述数据可以计算得 , 其中 1 为主切削力，2 为背向力：

X Fc1 = Y Fc1 = X Fc2 = Y Fc2 = C ap1 = C ap2 = C f 1 = C f 2 = Y C fz2y = C ap1 / f 0 Fc1 =A= C fcy =(C fc1y + C fc2y)/2=+/2=

C fz2x = C ap2 / f 0 Fc2 =A= C fcy =(C fc1y + C fc2x)/2=+/2= 所以：

F cx = C fcx *a p A X Fc2 *f A 综上所述 , 整理得主切削力与背向力的经验公式分别为：

F cy = **f F cx = **f F cy = C fcy *a p A X Fc1 *f A Y Fc1 =**f C fc1x = C f2 / a p0 X Fc2 =A= C fc1y = C f1 / a p0 X Fc1 = A

= Y Fc2 =**f

切削力测量技术 篇2

在机床加工时切削力与切削温度是金属切削过程中两个最重要的状态参数变量。测量切削力与切削温度, 可以优化切削用量和刀具几何参数, 还可以研究切削机理, 计算功率消耗, 并且校核切削力与切削温度理论计算的准确性。最为关键的是, 通过切削力与切削温度的变化, 可以监控切削过程, 监控切削用量合理与否, 以及刀具磨损或破损、颤振、机床故障等切削状态, 以便及时修正切削条件, 提高效率, 降低废品率[1]。

常用的测量切削温度的方法有人工热电偶法和自然热电偶法两种, 切削测力仪有压电式和电阻应变片式。利用计算机采集和处理测量数据在切削实验和生产实践中已很普及。输入计算机的测力仪测三个切削分力并转化为电模拟信号, 热电动势也被转化为电模拟信号, 通过A/D卡转换为数字信号, 进行各种分析处理。

基于Lab VIEW的虚拟仪器软件技术的出现, 为切削过程参数的计算机辅助测量注入了更强的可操作性、功能性和灵活性。而且Lab VIEW是一种真正意义上的编译器, 允许用户创建能够脱离开发环境独立运行的可执行文件。所以利用虚拟仪器的技术完成切削全过程监控, 具有很大的优越性和必要性。本研究力求通过Lab VIEW软件, 构建切削状态监控系统。

2 实验装置的构成

实验研究方法:主要以车削加工为例, 工件材料选用磨削硬度为HRC62-64的GCr15淬硬钢, 机床为CA6140, 配有变频调速装置, 用转速表进行切削的检测。切削力的测量采用瑞士KISTLER9257B型压电式测力仪, 输出的电荷信号经配套的电荷放大器 (KISTLER-5070A) 放大, 并转换为直流电压信号。温度测量采用人工热电偶法, 同时辅助有美国FLIR系统的Themo Vison A40-M系列非接触红外热像仪进行验证研究。选用PCL-8225A进行数据采集和A/D转换。

测力仪接收力信号通过连接电缆传送到多通道电荷放大器中, 电荷放大器输出电压信号, 量程为-10V~+10V, 输出端的前3个通道分别对应于切削分力Fc、F、Ff将这三个切削力的电压信号与PCL-8225A的三个通道相连, 凡是不用于测量的输出信号线均保持悬空状态。为确保测量精度, KISTLER-5070A型电荷放大器内设有标定模块, 通过直流参考电压电源和校准电容器实现多通道放大器的校准, 给出各种测量状态下的标度系数, 从而大大提高了测量结果的可靠性。

测量切削温度之前, 在刀具被测点处钻一个直径小于0.45mm的小孔, 孔内插入一对标准热电偶使之与孔壁之间必须保持绝缘。在加工时, 热电偶接处点能测出加工时的点温度, 因此产生热电动势[2,3,4]。由于热电偶产生的是毫伏级的微弱信号, 而为适应电荷放大器的需要, 数据采集的量程已选为-10V~+10V, 所以必须先对热电势信号进行放大, 然后输入计算机, 通过A/D卡转换为数字信号。本课题采用集成运算放大器芯片AD524, 该芯片在不使用任何外部元件的情况下, 便可获得1、10、100和1000的增益, 当串联一个电位器时, 可得到任意的放大倍数, 且其具有5/μs的输出摆率, 增益为1~100时, 在15μs内, 可稳定在0.01%, 故适用于高速数据采集系统。最后参照热电偶标定曲线, 得出被测点的温度, 并将测得结果与Themo Vison A40-M系列非接触红外热像仪进行比对验证。

PCL-8225A是一种内插式的DAQ板卡, 输入精度为16bit, 最大采样频率为250k Hz, 具有32个模拟信号输入的端口和32个单端输入, 并且用多路选择开关对各路信号间的相互切换。由于切削温度与切削力信号都是属于浮动信号源, 所以采用单端输入连接法。

3 软件设计

当我们配置了相应的硬件模块, 主要就是编制相应的软件, 完成数据的预处理、分析、采集和数据库存储。基于Lab VIEW的仪器是计算机辅助测控领域中的一项重要技术。以计算机统一的硬件平台, 在配以具有测试功能并实现数据交换的模块化硬件接口卡, 具有测试仪器功能的软件模块, 通过系统管理软件的统一指挥调度来实现传统测控仪器的功能。

在程序设计中, 首先根据需要对系统总体框架和系统功能模块划分, 完成单个模块独立的开发、测试, 最后应用Lab VIEW VI Server技术实现系统合成, 减小模块间的重叠, 可增强软件的扩展、移植性和维护性。Lab VIEW的独有的一项技术是VI Server技术, 利用这项技术可以本地动态调用VIs, 将VIs加载到内存中, 然后更改属性, 为应用程序创建一个内插结构来实现增加其功能。

3.1 数据采集模块

本系统采用的是中泰公司的PCI-8335A数据采集卡, 生产商提供了动态链接库 (DLL) 函数形式的驱动程序。由于Lab VIEW具备和第三方数据采集卡的接口功能, 使用其Functions模板内Advanced子模板中Call Library Function Node图标, 可以动态链接数据采集卡的DLL库函数, 这样就非常好地解决了非NI卡的驱动和数据采用问题[5]。本系统采集卡采用单端输入, 定时触发, 硬件缓冲区半满中断, 多通道循环扫描方式实现数据采样。采集到的数据放入预先设置好的Buffer数组内, 存储的方式是交叉存储, 此处采集通道个数为4, 分别是1、2、3、4, 则Buffer数组存放的数据首先应来自通道1, 然后依次是通道2、3和4。在本模块中, 还要注意的是根据采集需要, 控制采集卡扫描频率和每一通道扫描次数到实际的切削力值和切削温度的电压值, 在前面板中进行动态显示并在按钮开关控制下决定是否存储。

3.2 数据预处理模块

数据预处理模块的功能主要包括数据回放、滤波、截取、数值计算、截取部分数据的显示和保存。采集到的数据已经被保存为txt文件形式, 对其进行回放, 以观察信号的时域波形, 监测其变化趋势。同时在数据采集过程中, 实验环境往往夹杂着许多不可避免的干扰信号。数据采集的开始和结束时, 机床处于退刀和空行程过程, 系统始终处于采集状态, 形成某段信号不可用的情况, 因此需要依赖于滤波和信号截取。它提供了多种数字滤波器, 其中包括Chebyshev滤波器、Butterworth滤波器、Inverse Chebyshev滤波器。信号的截取可以采用手动交互式或输入坐标的形式来实现, 然后对截取后的信号进行时域的统计分析, 实现信号稳态量和波动量的表征。最后可以通过按钮选择是否以弹出窗口的形式显示和保存截取部分的数据。

3.3 数据分析模块

数据分析模块主要包括直方图统计分析、频域分析和相关分析。直方图是对时域波形进行统计分析的一种方法, 横坐标是幅值大小, 纵坐标是每个幅值间隔内出现的频次, 研究的信号历程某些量出现的次数。频域分析包括FFT变换和功率谱分析, FFT变换将时域信号换为频域信号, 目的在于了解信号的频率成分及每种成分的强度大小, 此处采用的是单边FFL频谱显示。功率谱分析体现了信号在频率上的能量分布, 突出信号频谱图中的主频率, 为减少功率泄露, 加速频域收敛, 本系统提供了9种窗函数, 分别为Hamming、Hanning、Low Sidelobe、Low Sidelobe、7Tewm B-Harris、4Term B-Harris、Flat To、Blackman和Blackman-Harris。从随机信号中或相关分析用于测试信号的周期性提取被淹没的周期信号, 以实现信号的提取与识别, 主要包括自相关分析和互相关分析。

3.4 数据库存储

通过切削温度和切削力等状态参量变化, 我们可以判定刀具的颤振、积屑瘤磨损、破损以及切削参数的合理性等切削的过程状态, 而这些刀具状态的正确判断, 必须通过大量数据的分析、推理才可能实现, 所以有必要以数据库模式存储每次实验所得数据。该系统利用Lab VIEW中数据为访问工具包Lab SQL来实现系统软件和数据库之间的交换, 数据库系统采用Microsoft ADQ及SQL语言来实现对数据库的访问, 执行各种操作, 包括建表、查询、插入、删除数据等。切削状态参量数据库的建立, 有利于实现数据共享, 为实现网络化切削监控和建立虚拟实验室提供条件。

4 结论

本系统实现了切削力和切削温度的综合测量, 将数据采集、数据预处理、数据分析、数据库存储和经验公式创建有机集成, 大大提高了实验效率;研究了在Lab VIEW环境下, 非NI数据采集卡的驱动力方式及Windows系统动态连接库应用技术, 开发了中泰PCI-8335A应用程序;利用Lab SQL实现了对Microsoft Access 2003的访问, 建立了切削状态参量数据库, 为实现网络化切削监控并建立虚拟实验室提供条件。

摘要：介绍了以LabVIEW7.1为软件开发平台, 利用PCI-8335A卡采集压电式测力仪和人工热电偶实现切削力与切削温度采集的综合测量系统, 实现了三向切削力与切削温度数据的采集、预处理、分析和数据库存储。实现了切削过程的的实时监控, 以反映刀具在切削状态下磨损或破损及切削用量选取的合理性。

大型零件切削温度测量技术探讨 篇3

摘 要：随着国家经济的快速发展，对大型零件的需求日益剧增，重载切削占据着越来越重要的地位.大型零件加工时产生的切削温度不仅直接影响刀具的磨损及使用寿命，而且影响工件的加工表面质量和精确度，因此探讨大型零件切削温度测量技术，尤其铣削温度的测量是研究重载切削过程的重要方面.为了探讨大型零件铣削过程温度测量技术，首先对大型零件材料温度特性及影响进行分析；进而对常用的切削温度测量方法及应用进行阐述；最后通过对各种测温方法的对比分析并结合大型零件材料特性提出了适合于大型零件铣削温度的测量技术一夹丝半人工热电偶法，并通过铣削试验对切削温度进行采集，获得了可靠的热电势信号，为重载切削及刀具技术研究提供技术基础，

关键词：铣削温度；测量技术；热电偶；大型零件

DOI： 10.15938/j.jhust.2015.02.003

中图分类号：TG501

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）02-0012-07

0 引 言

国家“十二五”规划提出重点发展重型装备、工程机械等装备制造业，形成一批竞争力较强的重大装备制造业基地，实现大型零件的全部国产化是提升国家装备水平的重要保障.与普通零件相比，大型零件的特点是零件的尺寸和重量都很大（最大可达几百吨），其切削加工过程材料去除量和切削力都较大，切削温度较高.在刀具的切削作用下，切削层金属发生塑性变形和弹性变形；工件与后刀而、切屑与前刀面的摩擦是大型零件加工过程中切削热的两个主要来源，随着大型零件加工过程切削热的增多，切削温度升高，切削区域温度可达1000℃以上高温易使刀具发生粘结失效、产生残余应力与加T变质层、降低工件的表面质量、影响积屑瘤的消长等，这些都是切削过程中不利的一面.日前对大型零件切削温度分布和测量技术的研究比较少，因此有必要对大型零件切削温度进行探析，为重载切削及刀具技术研究提供技术支持.

存切削温度试验研究方面，M.Armendia采用具有高带宽特性的微热成像系统研究了Ti6A14V钛合金和AISI4140钢断续铣削时刀具上温度的分布情况；针对难加工材料，南京航空航天大学的王珉等应用数学方法——有限差分法对铣削时产生的非稳定三维温度场进行了计算，并采用金相结构法对铣削所用高速钢刀具进行温度测量；西北工业大学的张明贤等采用红外热像仪对铝合金进行了铣削温度测量，研究了铝合金高速铣削温度变化规律，

以上学者只是在试验的基础上对切削温度进行研究，为了准确的掌握切削温度分布，目前在理论研究上，国内外学者主要在Jaeger的移动热源基础上来研究切削温度.S.C.Kapoor把铣削力作为唯一输入，并假设剪切面是一个强度均匀分布、相对刀屑移动的空问无限长面热源，针对平前刀面刀片，通过对以上建立的数学模型简化、整理、计算出了刀具前刀而的平均温度；东北大学的张东通过有限元法对所建立的铣削温度数学模型进行了理论分析；重庆大学的刘飞建立和求解了带圆弧型卷屑槽刀具在千式切削过程中切屑动态传热模型，得到该槽型刀具刀—屑摩擦热分配比，为切屑、刀具动态温度场的求解打下基础；哈尔滨理工大学的谭光宇、王玉斌等利用Jaeger的动热源方法并结合已有的平前刀面铣刀片刀一屑摩擦温度数学模型，建立了波形刃铣刀片前刀面摩擦温度数学模型.

在切削温度测量技术和理论分析方面，尽管目前国内外许多学者进行了大量研究，但绝大多数针对普通切削，也仅限于对钛合金TC4和TC11、铝合金LF5和6063T6及高温合金GH4169等材料铣削温度分布特点的研究，切削温度分布特点作为试验研究和理论分析的基础还不够完善，尤其在重载铣削SA508Ⅲ钢、2.25Cr-lMo-0.25V钢等大型零件材料的温度方面.因此对大型零件切削温度的研究还需要做大量的工作.

本文以加氢反应器筒节和核岛蒸发器水室封头为典型零件分析大型零件材料温度特性及其影响，通过对各种切削温度测量方法的优缺点和适用范围进行对比分析，并结合大型零件材料温度特性及其加工过程的各种影响，对大型零件切削温度测量技术进行研究时采用夹丝半人工热电偶法可达到预期效果，为大型零件切削温度测量的研究提供参考.

1 大型零件材料温度特性及影响分析

1.1 石油、化工领域大型零件材料温度特性及其影响

加氢反应器（如图1所示）是石油炼制、煤化工、有机化工生产中的核心装备，大型加氢反应器重达数百吨乃至上千吨，是由几段筒节经加工后拼焊而成.以加氢反应器的筒节为典型零件，介绍其材料特性，加氢反应器在高温、高压、临氢条件下操作，尺寸大、质量重、壁厚，材料采用耐热、抗托强度又特别高的2.25Cr-IMo-0.25V特种钢，这种钢被广泛应用于炼油化T行业的临氢设备上

2.25Cr-1Mo-0.25V钢是一种低合金贝氏体耐热钢，具有较高的强度，较好的塑性，较强的耐高温性，硬度和塑性是影响材料切削加工性的物理力学性能，强度、韧性越高，切削力越大，切削温度越高，同时，塑性越大，越难加工；调质处理后，材料具有热韧性、红硬性，导致切削过程中的切削力较大，切削区域产生的切削热较多；另外此种材料的导热性差，被加工材料的导热系数越小，由切屑带走和工件传出的热量越少，越不利于降低温度，重载条件下切削SA508Ⅲ钢等难加丁材料时，产生的切削温度高达1000℃，工件材料中合金元素在较高的温度下金相组织发生变化，渗碳体、珠光体等含量增加，进一步提高了工件材料表面强度和硬度，这将加速刀片表层涂层的磨损，使暴露的刀片基体材料与切屑直接接触，产生粘结破损，另外，高温使刀具表层变得脆弱，加剧了刀具失效.

1.2 核电领域大型零件材料特性分析

水室封头（如图2所示）是APIOOO核岛核电站中蒸汽发生器的重要零件，是典型的难加工核电大型异形件.

蒸汽发生器运行过程中，承受着复杂的热力、应力或水力，安全问题十分重要，为了包容放射性物质，任何工况下都必须要保持结构完整性，这就要求水室封头材料具有较好的抗射线、热等各种辐射性能，高承压性，良好的低温冲击韧性以及较低的无延性转变温度，所以选用难加工材料SA508Ⅲ钢作为水窒封头的加工材料.SA508Ⅲ钢作为低碳合金钢，其具有较高的强度、良好的低温冲击韧性和较低的无延性转变温度等特点，因此加工过程中易产生韧性较高难以折断的切屑，切屑缠绕在刀具上致使切削区域温度升高，从而引起刀一屑粘结，水室封头与其它蒸汽发牛器零件之问是通过焊接连接在一起的，为了达到强化基体、提高淬透性以及降低焊缝敏感性等目的，通常在SA508Ⅲ钢中添加Mn、Ni、Mo等亲铁性铁族元素，而硬质合金刀具中的Co，元素也为铁族元素，在高温环境下同族元素亲和性较强，同时由于切削时材料去除量和切削力较大，容易引起刀具磨损甚至出现刀一屑粘结而最终导致刀具失效.

切削温度的分布特点理论上虽然可以通过有限元仿真来体现，但是由于有限元仿真在大型零件应用方面的局限性，与获得实际刀具/丁件温度分布还有一定的差距，因此，有必要根据大型零件的特点进行实用的切削温度测量技术研究.

2 切削温度测量技术对比分析

对切削温度进行测量的方法有很多，但热电偶法、光热辐射法、间接测量法等是较常用的主要测温方法.

2.1 热电偶法

切削温度进行测量时由于热电偶法的优越性和实用性，得到了较广泛的应用，该方法的测温原理为：当两种材质成分不同的导体组成闭合回路时，回路中就会有电流流过，当两端存在温度梯度时，就会存在Seebeck电动势——热电动势.根据切削材料和机床自身特点等的不同，热电偶法又可细分为以下几种：

1）自然热电偶法：如图3所示，热电偶的两极由化学成分不同的材料组成，根据切削加工要求，工件和刀具材料不同，凶此工件与刀具便成为热电偶的两极，热端由工件与刀具切削区接触产生，工件的引出端和刀具的末端处于室温，构成冷端，切削时由于切削变形及摩擦产生大量的热，使切削区形成高温，这样在刀具与工件的回路中便产生了温差电动势，利用毫伏表可将数据记录下来，自然热电偶法测到的切削温度是刀一屑和刀一丁摩擦咏的平均温度，得不到切削区选定点的温度，而且每次更换工件材料或刀具材料都需要重新标定.

2）人工热电偶法：如图4所示，组成热电偶的金属丝已标定，金属丝的一端焊接在刀具或工件温度要测量的点上形成热端，另一端串接毫伏表成为冷端，即可测得焊接点的温度.变换热电偶材料时不需要重新标定即可测量，另外可根据试验需要灵活选择金属丝.

但该方法也有一定的局限性，首先由于焊接技术的条件限制，焊接在刀具或工件的点有一定的质量，影响温度测量的及时性；其次，根据该方法的测温原理，需要将热电偶丝埋入要测的工件或刀具中，似要埋入PCBN、PCD、陶瓷等超硬刀具材料有一定的难度；最后，该方法所测温度只是距离前刀面一定距离的温度，测量结果与实际值有差距.

3）半人工热电偶法：如图5所示，国内外学者根据自然热电偶和人工.热电偶的优缺点，对其进行综合分析判断，取其测温方法的优点，提出了半人工热电偶法.

由于该方法综合了以上两种测温方法的有利方而，并采用单线连接，因此得到了广泛应用.

2.2光、热辐射法

与热电偶法相比，光热辐射法是一种无损测量方法，其测温原理为：切削过程中产生的切削热使工件、刀具和切屑产生一定强度的光热辐射，温度越高，短波辐射越强，辐射总量越大，因此可以通过检测光热辐射的强度来测量切削温度，根据采集辐射信号的装置小同义可分为：1）红外热像仪测温法是利用斯蒂芬一波尔兹曼定律来进行温度测量的，采川红外热像仪测温时由于仪器数据的缓存及分辨率的影响，所测温度滞后于实际温度，且只是温度的相对值.2）辆射高温计测温法：如图6所示，所用仪器为红外辐射高温计，具体为利用红外探测器将切削热产生的红外线信号接收，然后通过A/D转换为电信号，为了获得相应的温度值，需要对电信号进行线性化处理.由于该装置接收的红外线信号是工件或刀具表面的信号，所以该测温法测得的足工件或刀具表面的温度.

3）红外照相测温法：所用仪器为红外照相机，即在切削过程对刀具或工件进行拍照来研究其温度分布情况，适用于连续切削.

2.3间接测温法

1）金相结构测温法：由光学显微镜可以看出工件或刀具材料的金相结构在切削前后随着温度的改变发生一定的变化，可以通过观测金属材料金相组织的变化来研究切削温度.由于该方法要求在温度的影响下金属材料的金相组织发生显著变化从而来测量切削温度的，所以用来测量高速钢刀具的温度变化比较适宜，因为该刀具温度超过600℃时，金杆组织变化比较明显，对金相磨片进行抛光、磨蚀便呵达到温度测量的目的.该方法的不足是适用面窄，工序较繁琐.

2）扫描电镜测温法的优点：准确的确定工件或刀具的温度分布；切削温度测量分辨率高.缺点：破坏性测量；试样制作过程复杂；只是定量的分析了切削温度分布特点；测温范围有限；设备安装渊试难度大.

2.4示温涂料法

示温涂料法由于变色后颜色稳定性的不同义又可分为可逆示温涂料法和不可逆示温涂料法.可逆示温涂料法的颜色在冷却后会恢复到原来的颜包，其变色原理有氧化、升华、热分解、同相反应等，具体为切削加T时产生热量，示温涂料中的热敏涂料在一定的温度下被氧化、升华、热分解、产生固相反应而产生一定的变化，从而达到温度测量的日的；不可逆示温涂料法是在一定的温度下通过观测涂料中PH值、晶型、电子转移的变化来测量切削温度.该测温方法主要应用于飞机仪表温度分布的测量，

另外量热计测温法、显微硬度分析测温法等往切削温度测量方面也较常见，

综上所述，无论是热电偶测温法、光热辐射测温法、金相结构测温法还是示温涂料测温法都有其优劣和适用范围，因此，在实际应用中应根据具体情况优选最合适的切削温度测试方法.大型零件切削时由于加工环境的影响，对切削区温度进行测量有一定的条件性，故很难得到切削区的实际温度，为了测得小误差、高精度、大范围的大型零件切削温度，仍需对切削温度测量方法作进一步深入研究和改进完善.

3 大型零件切削温度测量技术

大型零件铣削过程需要用切削液，对于要求工件和刀具组成热电偶副的自然热电偶法无法适用，另外针对铣削加工为断续切削这一特点，很难用自然热电偶法对其进行温度测量，而且测得只是刀/屑界面的平均温度而非瞬时温度；人工热电偶法需要在相应的安装位置处钻孔来放置热电偶，但对于大型零部件所用2.25Cr-IMo-0.25V钢和SA508Ⅲ钢等难加工材料，孔比较难打，且小孔的存在及小孔和热电偶间的空气不仅削弱了零件强度而且对于某些特定场合测量误差达到50%；由红外辐射高温计测温法的测温原理可知，无法得到工件或刀具基体内温度；红外热像仪法所测温度为相对温度，与实际切削温度有一定差距；用于研究切削温度的分布情况时一般采用红外照相法和示温涂料法；金相结构法只适用于高速钢刀具且该方法观测和分析的工作量都较大，而且大型零部件加工所用刀具大都为硬质合金，所以不适合用金相结构法；扫描电镜法虽然具有温度分布的准确性和分辨率高等优点但属于破坏性测量，所以不能用该方法测量大型零件切削温度.

通过对热电偶法、红外辐射法、金相组织法等测温方法进行对比分析，并针对实际应用中大型零件加工的特点，本文采用夹丝半人工热电偶法对大型零件铣削温度进行测量.

3.1 测温原理及装置

夹丝半人工热电偶法即通过特种加工将工件分成两部分，将带有绝缘层的镍铬丝夹于工件中间，用卡具将分开的两部分工件卡紧，铣削时工件与热电偶丝之问的绝缘层被破坏，与工件形成短路，从而产生热电势，通过放大器对电压信号的放大、数据采集卡对数据的采集及热电偶的标定，可测得刀具/工件之间的界面温度.夹丝半人工热电偶法装置示意图如图7所示.

用半人工热电偶法测量大型零件切削温度时，产生一般为几十毫伏的较小热电动势，而普通的万用表（量程一般为200mV）无法测量，为了得到大型零件加工的温度信号，本文设计闭环放大倍数为100倍的放大电路，选用OP07AH型运算放大器，通过Multisim仿真，可得到放大100倍的电动势，放大电路设计及仿真如图8所示.

试验进行数据采集和A/D转换时采用同步高速数据采集卡PCI-8002A.PCI-8002A卡是一种基于32位PCI总线、可直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中的数据采集卡，集AD模拟输入、DI数字量输入和计DO数字量输出为一身的多功能数据采集卡，该数据采集卡的AD模拟输入通道为单端4通道模拟输入，DI数字量输入通道数为8路，输出通道为8路.相应的硬件模块配置后在计算机上利用程序开发环境Labview编制相应的软件，对输入的数据进行分析和处理，显示铣削热电势波形.

3.2热电偶的标定

由于大型零件的材料大都为非标准热电偶，因此在对切削温度进行测量时其输出热电势与温度之间的对应关系无现成资料可查，所以需要标定热电特性，得到其温度与电势的关系数据.标定试验所得数据的精确性直接影响切削温度测量的准确性.热电偶的标定方法有比较法、固定法、黑体空腔法等，其中比较法是利用高一级的标准热电偶与被测热电偶进行直接比较，其设备简单，操作简便，比较适合标定热电偶，得到大型零件材料与镍硅丝的温度电势关系方程.

标定原理：使大型零件材料一镍铬和镍硅在连续升降温的每个瞬态都严格处于同一温度，这样才能保证测得同一温度下两者的电势值，装置原理示意图如图9所示.标准热电偶镍硅一镍铬可以通过文查得其电势值对应的温度，然后将这个温度与大型零件材料一镍铬测出的电势对应，从而得出大型零件材料一镍铬的热电特性数据，

采崩电阻炉对大型零件材料试样的端部加热得到热端，使另一端处于冰水混合物中得到冷端.然后用HP3562动态信号分析仪同步采集两对热电偶在加热过程中的原始数据，再对原始数据进行处理可以得到大型零件材料镍铬热电偶的热电特性曲线.

3.3铣削试验

通过对大型零件材料SA508Ⅲ钢的铣削温度测量试验得到热电势信号如图10所示.切削参数为：切削速度νr=550r/min，切削深度为αp=0.8mm，进给量fx=120min/min，工件材料为SA508Ⅲ钢，TiAIN涂层RCMT1606M043M-TN6540硬质合金刀具.O、P、Q为铣刀刚好切到热电偶丝时产生的热电势信号，S是切削热电偶丝后，工件与热电偶丝之间产生的温度信号.O、P之问的采样点间隔为210，P、Q之问的采样点间隔为200，数据采集卡采样频率为每秒1818个，因此，O、P之间的采样点时间为0.1155s，P、Q之问的采样点时问为0.11s，机床每转需要时间为0.109ls，与信号相差不大，主要是由于测量响应等引起的延迟.

本次通过夹丝半人工热电偶法采集到的铣削温度试验信号的峰值电压均值为0.6V，根据标定的电压温度曲线，可得温度值为674℃.

通过对夹丝半人工热电偶法测量大型零件切削温度的原理及装置的研究以及热电偶标定方法的提出，可达到对大型零件铣削温度测量技术进行分析的目的.

4 结 论

大型零件加工过程铣削温度非常高，对刀具寿命、加工质量和生产效率产生很大的影响，本文进行大型零件加工铣削温度测量技术研究，为大型零件高效加工提供技术支持，得到如下结论：

1）以加氢反应器筒节和核电蒸发器水室封头为典型大型零件，对其材料特性进行了分析，发现火型零件材料一般为难加工材料，具有抗拉强度高、塑形好、高温力学性能好等特点，这些因素导致零件切削加工过程中切削阻力大、切削温度高，使重载切削刀具粘结失效严重；

2）对比分析了热电偶法、光热辐射法、问接测量法及示温涂料法等几种常用的切削温度测量技术，探析了其温度测量原理，对比分析了各测量方法的优缺点及使用范围，确定夹丝半人T热电偶法适合大型零件铣削温度的测量；

3）研究了夹丝半人工热电偶法应用于大型零件测温的装置和技术原理，设计了温度测量装置的放大电路，提出了温度测量热电偶的标定方法，并通过铣削试验获得铣削热电势信号，

银行柜员岗位胜任力及其测量 篇4

1、学习能力

目前银行大部分网点实行综合柜员制，一个人兼做多项业务，由原来的“专才”变成了“通才”，光会一门知识和技能是吃不开的。原来在学校里的专业知识是有限的，许多知识技能需要在 岗位上重新学习。目前，银行不断推陈出新，更要求银行柜员在短时间内尽快掌握新的金融 产品，学会如何熟练快捷地为客户办理业务，才不至于影响工作效率。而一个人的学习能力 的高低，跟一个人是否聪明有着直接的关系。在进行柜员招聘选拔时，应该把应聘者分析思 考能力和学习新知识的能力作为一个重要因素来考察。当前对银行柜员的考试，大多是一些 知识性的考试，而非能力的测试，往往不能有效筛选出学习能力最强的候选人。为了解决这 个问题，使用一些推理测验是很有效的做法。推理测验能够测出候选人的逻辑分析和思考能 力，而这正是学习能力的基础。

2、工作速度与准确性

为了减少银行排队现象，提高每一个柜员的工作效率是非常重要的。银行柜员的工作操作性 特别强，需要在短时间内快速处理业务，并避免在过程中不出现失误。其实人做事的速度和 准确性天生是有差异的，每个人各有所长。天生速度与准确性不高的人，即使经过相当长时 间的训练，也不太容易赶上那些天生素质好的人。从人岗匹配的角度，应该把那些在速度和 准确性上最适合做柜台业务的人员招聘进来。为了预测将来在岗位上是不是一位做事敏捷、出错率低的前台柜员，可以通过知觉速度与准确性测验进行测评。这一测验能够测评候选人 在短时间内处理文字或符号作业的速度和准确性。

3、沟通与表达

近些年，随着银行竞争的加剧，许多银行提倡全员营销的理念。前台柜员在为客户办事业务 的同时，应主动与客户沟通，了解客户的需求，建立良好的客户关系，适时合理地向客户推 介银行的产品。不善于沟通表达的人，或者想表达但条理性不强，极短的时间内，不能及时

准确传达信息，甚至造成误解，这些势必影响沟通的效果。为了适应银行营销的业务需要，提高银行前台人员的业务拓展能力，在银行柜员招聘工作中，除了通过面试，对柜员人际沟 通与表达能力进行测评之外，还应该使用专门的言语理解与表达测验来测评。言语理解与表 达测验主要考察候选人是否能够准确地理解言语，并用他人易于理解的方式进行表达的能 力。

4、吃苦耐劳和抗压力

当前银行柜员的工作稳定性问题非常突出，许多银行网点柜员的流失率达到 20-30%。主要 的原因有两个：一个原因是银行柜员的工作压

力非常大。柜员一到岗位上，就没有停下来的 时候，连上洗手间都要跑着去，因为有客户等着。在这种紧张的工作条件下，还要保证工作 的速度和准确性。出错了，按照银行的规定还要罚款，一些人员抵抗不了这种压力，只好跳 槽，更换工作内容。另一方面，许多新招聘的柜员缺少吃苦精神，入行前觉得在银行工作好，到了岗位上干一段时间，就跳槽了。在这种情况下，尽量招聘一些能够吃苦、抗压力能力强 的人，会减少银行柜员的流失率。一些有针对性的个性测验能够考察银行柜员的工作职业兴 趣和抗压能力。

5、服务意识

银行业是典型的服务业，银行柜员在较大的工作压力下，仍需要保持良好的精神面貌，体现 出银行的服务意识。现实当中，来到银行的客户复杂多样，常有一些非理性的言行。按照现 代心理学的观点，银行柜员不得不进行情绪劳动（指违心地做出积极情绪的努力），达到银 行文明优质服务的标准。要想考察候选人是否具备这种服务意识和能力，可以进行两方面的 测评，一是服务意识和态度测评，二是情绪稳定性测评。

难切削材料切削加工技术 篇5

学 院： 机械工程学院

专 业： 机 械 工 程

2013年 1 月 5日

难切削材料切削加工技术

摘要：本文阐述了难切削加工材料的定义，简单地介绍了几类难加工材料，从切削力、切削温度、刀具磨损等方面介绍了难加工材料的加工特点，并对其产生原因进行了分析。针对难加工材料在加工过程中出现的问题，本文描述了改善难加工材料的切削加工性的方法及其机理，具体对改变材料本身特性、选择刀具材料、润滑冷却方式进行详细介绍。关键词：难加工；材料；加工性；加工技术

Difficult cutting material machining

technology

Wang Xuebin(Guizhou university mechanical engineering institute Guiyang guizhou 550025）

Abstract：This paper expounds the definition of material to cutting processing, and difficult-to-machine materials processing features was reviewed ,Simply introduce several kind of difficult processing materials, from the sides of cutting force, cutting temperature, tool wear , etc, and its reasons were analyzed.For these problems that exist in the process of machining difficult-to-machine materials , this paper describes the method that improve difficult-to-machine materials processing cutting features and its mechanism, the concrete is introduced about changing materials itself characteristics, choiceing of cutting tool materials and lubrication cooling way.Key words: difficult processing;Materials;Machining;Processing technology

从某种意义上说，它们对加工的特殊要求起引言 到了促进加工技术发展的作用。现在，人们然而长期以来难加工材料如钛合金、高已经掌握了很有效的难加工材料加工方法。

温合金、不锈钢等其切削加工性极差，给生产带来效率低、质量差、刀具损耗等问题，难加工材料的定义 一直是加工中的难题。随着制造业的发展，难加工材料是指难以进行切削加工的21世纪这些材料的用量迅速增加，加工的矛材料，即切削加工性差的材料。切削加工性盾将变得突出。与此同时，产品的材料构成等级代号5级以上的材料均属于难加工材也不断优化，新的工程材料也不断问世，而料。从材料的物理力学性能看，硬度高于每一种切削材料的采用都对切削加工提出

250HBS、强度b0.98GPa、延伸率大于了新的要求。如在切削加工比较集中的汽车工业，其发动机、传动器零件中硅铝合金的30%、冲击值ak9.8105J/m2、热比例在逐渐增加，并开始引入镁合金和新的高强度铸铁以减轻汽车重量，节省能耗。又o系数k41.9W/(mC)的均属于难加工如在航空航天工业，钛合金、镍合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工材料的应用比例和材料之列，如钛合金、高温合金、不锈钢、加工难度都将进一度的增加，能否高效加工高强度钢和超高强度钢、复合材料以及硬脆这些材料，直接关系到我国汽车、航空航天、材料。

难加工材料的分类： 能源等重要工业的发展速度和制造业整体（1）钛合金

o钛是同素异构体，熔点为1720C，在水平，也是对切削技术的最大挑战。但低于882oC时呈密排六方晶体结构，称为钛；在高于882oC时呈密排六方晶体结构，称为钛。利用钛的上述两种结构特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及其相分含量改变而得到不同类型的钛合金。

钛合金的性能特点如下：比强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性好、化学活性大、导热性差、弹性模量小。

（2）高温合金

高温合金又称耐热合金或热强合金，它是多组元的复杂合金，以铁、镍、钴、钛等为基础，能在600—1000度的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作，而且还可以在一定应力作用下长期工作，具有良好的热强行能热稳定性能和热疲劳性能。

（3）不锈钢

不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中具有一定的耐腐蚀能力的钢种。不锈钢种类很多，按其成分可分为钴不锈钢和钴镍不锈钢两大类。

（4）高强度钢与超高强度钢

高强度钢和超高强度钢为具有一定合金含量的合金钢。他们的原始强度、硬度并不高，但经过调质处理（一般为淬火和中温回火），可获得较高或很高的强度。

（5）复合材料

复合材料是指两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质人工制成的多相组成固体材料，是由增强相和基体相复合而成的，并形成界面相。增强相主要是承载相，基体相主要是连接相，界面相的主要作用是传递载荷，三者的不同成分和不同复合工艺使复合材料具有不同的性能。

（6）硬脆性材料

硬脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐腐蚀和腐蚀、隔热、低密度和膨胀系数及化学性能好等特点，是一般金属材料无法比拟的。硬脆性材料由于这些独特性能而广泛应用于光学、计算机、汽车、航空航天、化工、纺织、冶金、机械和军事等领域。

难加工材料的加工特点

难加工材料的切削加工性差一般有以下几个方面： 高强度： 2 高硬度； 高塑性和高韧性； 4 低塑性和脆性； 5 低导热性； 有大量微观硬质点或夹杂物； 7 化学性质活泼

这些性质一般都能使切削过程中切削力加大、切削温度升高，刀具磨损严重，刀具使用寿命缩短，加工表面质量恶化，切削难以控制，最终导致加工效率和加工质量降低，加工成本升高。下面详细介绍难加工材料的切削加工性及其产生机理。（1）切削力大

凡是硬度和强度高、塑性和韧性大、加工硬化严重、亲和力大的材料，切削功率消耗大，切削力大。这就要求加工设备功率大，刀具有较高的强度和硬度。表1.1是几种典型难加工材料的切削力的对比。（2）切削温度高

由于难加工材料呢往往加工硬化严重，强度高，塑性和韧性大，亲和力大而导热系数小，切削过程中会产生较大的热量，但散热性能差，因此切削温度较高。如钛合金的传导率只有45钢的1/6左右，且刀-屑接触长度短，切削热集中在切削刃附近，因此切削温度很高，往往是45钢的一倍以上。（3）刀具磨损严重，使用寿命短

凡是硬度高或有磨粒性质的硬质点多或加工硬化严重的材料，刀具的磨料磨损都很严重。另外，导热系数小或刀具材料易亲和、黏结也会造成切削温度高，从而使得黏结磨损和扩散磨损严重。因此难加工材料切削过程中使用寿命铰短。

（4）加工表面粗糙，不以达到进度要求

加工表面硬化严重、亲和力大、塑性和韧性大的材料，其加工表面粗糙度大，表面质量和精度均不易达到要求。（5）切屑难于处理

强度高、塑性和韧性大的材料，切屑连绵不绝、难以处理。切削过程中，切削应得到很好地控制，不能任其缠绕在工件或刀具上，划伤已加工表面、损坏刀具，甚至伤人。

难加工材料切削加工性的改善 1.改变材料本身的切削加工性

改善材料本身的切削加工性首先可以采用适当的热处理方法。在被加工材料化学成分已定的情况下，经过不同的热处理工艺可得到不同的金相组织，材料的力学、物理性能机加工性将出现很大的差别。故应当采用适当的热处理方法，并合理安排热处理加工工序。如低碳钢的热塑性很大，可进行冷拔或正火以降低塑性，提高硬度，使切削加工性得到改善；马氏体不锈钢也经常进行调质处理，以降低塑性，减少以加工表面粗糙度，使其较易加工；高强度钢在退火、正火状态下，切削加工并不太困难，粗加工躲在这时进行；经过调质，高强度钢的硬度、强度大为提高，变得难加工，此时可进行精加工或半精加工。

其次是可以改变材料的化学成分。在保证材料力学、物理性能的前提下，在钢中适当添加一些元素，如S、Pb、Ca等，其加工性可得到显著改善，这样的钢称为“易切钢”。易切钢可以使刀具耐用度提高，切削力减小，容易断屑，提高以加工表面的质量。易切钢的添加元素几乎都不能与钢基体固溶，而已金属或非金属夹杂物的状态分布，从而改变了钢材的内部结构与加工时的变形状况，使其加工性得到改善。在奥氏体不锈钢中添加S元素会降低不锈钢的抗腐蚀性，可在奥氏体不锈钢中添加Se元素，所形成的硒化物可提高切削加工性而不影响抗腐蚀性。合理的选用刀具材料

刀具材料的切削性能对切削加工技术的水平影响很大。切削难加工材料时，必须尽可能采用高性能的刀具材料。由于难加工材料种类繁多，性质迥异，在选用刀具时，必须注意刀具材料与被加工材料在力学、物理性能和化学性能之间的合理匹配。

常用于难加工材料切削的刀具材料有高性能高速钢、粉末冶金高速钢、添加TaC和NbC的硬质合金、细晶粒和超细晶粒硬

质合金、TiC硬质合金、添加稀土元素的硬质合金、各种陶瓷材料以及CBN和金刚石等超硬材料。

在韧性较好的刀具基体上，进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层是提高刀具切削性能的有效途径。与未涂层刀具相比，刀具经过涂层后，可以采用更高的切削速度，或在同样的切削速度下大幅度地提高刀具使用寿命，也可以减少刀具与工件材料之间的摩擦系数，从而减少切削力，改善被加工材料的表面质量。

采用PVD方法在高速钢基体上可涂覆一层致密、坚硬、厚度为几微米的氮化物或碳化物，使高速钢刀具的寿命和切削性能得到大幅度地提高。这种加工方法适用于麻花钻、立铣刀、丝锥、齿轮滚刀和插齿刀等重磨前刀面的刀具。采用PVD和CVD的方法在韧性较好的硬质合金基体上涂覆一层或多层的高硬度和高耐磨性的材料，可获得高韧性又有高耐磨性的刀具材料。3.合理的适用润滑冷却方式

在难加工材料切削过程中，合理使用切削液尤为重要。切削液基本上分为三类：切削油、乳化液、合成切削液。切削油的组要成分是矿物油；乳化液系用乳化油加水稀释而成；而乳化油则由矿物质油、乳化剂及其他物质配成；合成切削液是水基，再加入其他成分构成。以上三类切削液均需加入各种添加剂。切削液具有冷却作用和润滑作用，能够有效的降低切削区刀具表面和工件表面的温度，改善刀具与切屑、工件表面之间的摩擦状态，从而减小刀具磨损并提高以加工表面质量；切削液有清洗作用，能将碎屑（如切铸铁）和粉屑（如磨削）冲走；切削液还能防锈，工作性能稳定，且不污染环境，并对人体无害。同时，在金属切削加工领域也可采用低温雾化切削、油雾冷却、低温冷风切削、MQL微量润滑等绿色切削技术。4.采用其他加工方法 1 热处理渗入可逆元素 对于某些材料还可以通过热处理渗入可逆元素来改善切削加工性，加工完成后去除可逆元素，保持工件的原有特性，如钛合金渗氢处理切削加工性显著改善，切削加工后在进行去氢处理。局部加热切削加工 在切削加工中，局部加热工件切削区域可使材料切削变形区的应力降低，切削力则相应降低，有利于提高刀具使用寿命，切削速度可提高。但加热切削法对被加工表面和表层的物理力学性能有影响，选用时应谨慎。低温切削加工 切削过程中通过一定的强制冷却手段使得工件保持低温状态，工件的力学性能向有利于切削加工的趋势变化，刀具则因低温环境切削加工性能更好，寿命提高。磁化切削加工 使工件和刀具两者之一被磁化，切削过程中带磁切削，切削加工性可得到改善。振动切削加工 低频振动切削具有很好的断屑效果，可不断用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时总功率消耗比带有断屑装置的普通切屑降低40%左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减少刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40%。

结束语：

难加工材料加工技术是机械加工工业的关键技术，它的发展体现着国家制造业的制造水平。目前难加工材料加工技术发展日趋成熟，已经实现了对钛合金、高温合金、不锈钢等多种难加工材料的加工。但随着科学技术的发展，必将对产品零部件的性能提出新的和特殊的要求，会有更多难加工材料需要加工，难加工材料加工技术也将会得到更加广泛的应用。

[1]张念淮.难加工金属材料的切削加工技术[J].郑州铁路职业技术学院学报.2008（7）[2]郑文虎，等.难切削材料加工技术问答[M].北京出版社，2001.55-73 [3]左敦稳，黎向峰，等.现代加工技术[M].北京航空航天大学出版社.2009（8）314-362 [4]邹西洋，难加工材料的特性及其应用前景.金属处理第28卷第4期：44-46 [5]吴成建，陈国良等.金属材料学[M].冶金工

业出版社，2009.18-53