材料加工工艺及设备

材料加工工艺及设备（精选8篇）

材料加工工艺及设备 篇1

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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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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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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。

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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

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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

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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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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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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

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容 的自动化加工。

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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

《数控加工工艺及设备》教案

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

材料加工工艺及设备 篇2

棉花种子是棉花生产最基本的生产资料, 棉种质量的好坏直接影响着棉花产量的高低和纤维品质的优劣, 选用品质优良的棉种可以实现农业增产、农民增收, 研究表明, 粮食增产中, 优质良种所起的作用大约占1/3以上[1]。

种子经过机械加工, 精度可提高到9 7%以上, 发芽率可相对提高一个百分点, 千粒重可提高0.5 g, 大大提高作物的播种品质, 提高种子的科技含量和商品价值。实践表明, 用机械方式对种子进行加工, 是提高种子整体品质的重要手段, 是种子商品化的关键环节。

本文以新疆石河子开发区天佐种子机械有限责任公司的棉种分选加工生产线以及石河子大学机械电气工程学院种子精选分级实验室中的相关棉种加工设备为例, 就目前棉种分选工艺和各工序所涉及到原理进行阐述, 并对其相应的机械设备进行介绍, 以期能为相关企业制定棉种加工工艺以及选择棉种加工设备提供参考。

1 棉种加工工艺

从棉花加工生产线获得的棉种毛子表面附着大量的棉绒, 棉绒的存在降低了棉种质量, 影响棉种的发芽率。同时, 棉种成熟度及纯度等因素均影响棉种的质量。为确保棉种的高品质, 必须对棉种进行分选加工。通常物料的分选加工主要包括初选和精选。受各棉种加工企业的加工工艺及设备的制约, 目前新疆棉种的加工质量参差不齐, 石河子天佐种子机械有限责任公司是目前石河子地区棉种分选加工水平相对较高、棉种加工质量较好的企业, 其棉种分选加工工艺见图1。

2 棉种分选加工工艺涉及的分选原理

种子分选主要目的是剔除混入的异作物或异品种种子, 不饱满的、虫蛀或劣变的种子, 以提高种子的精度级别和利用率。

目前常用的种子分选技术主要根据种子外形尺寸、种子密度、空气动力学特性、种子表面特性、种子颜色和种子电特性等一种或几种物料特性的差异进行分离, 以清除掺杂物和不合格品。棉种分选加工工艺综合利用了棉种和掺杂物之间的尺寸、密度、空气动力学特性、表面颜色特性和电特性等物料特性的差异, 依次完成棉种的初选和精选过程。

3 棉种分选加工工艺涉及的装备

根据上述棉种分选加工工艺要求, 主要涉及的棉种加工设备包括:风筛选设备、磨光或者抛光设备、比重清选设备、色选设备、介电分选设备、包衣设备等。各设备主要工作过程及主要特点如下:

3.1 风筛选设备

风筛选是利用种子的空气动力学特性和种子尺寸特性, 将空气流和筛子作用结合起来的种子清选分选装置。5XF-3.0棉种风筛式清选机示意图见图2。

5XF-3.0风筛式清选机主要由喂入搅动器、弹力喂入挡板、前后吸风道、木质筛箱、偏心驱动机构、下吹风机、沉降机、二级回收出口、机架等部分组成。棉种依靠自重自行流入喂入搅动器, 振动器定时地把喂入的棉种和掺杂物送入气流中, 依靠空气流吸力将进入的物料分离, 气流先除去轻的棉绒等掺杂物, 剩下的棉种散布在第一级筛板上, 通过此筛将大杂质除去, 而棉种则进入下层筛子上, 在此筛上种子按大小进行粗精选, 棉种流过尾筛后, 再受气流作用, 重的、好的种子掉落下来, 而轻的种子及杂物被升举而除去。

该设备主要特点有: (1) 喂入调节机构能够控制喂入量大小, 保证喂入均匀流畅及筛面宽度方向上的物料厚度一致; (2) 筛箱采用木质, 可承受较大的振动冲击, 吸收机器产生的共振, 使机器工作更加平稳; (3) 下吹风机的等分导流槽使分布在尾筛上的风压均匀, 风机转速无级调节, 保证清选不同物料都能得到满意的效果; (4) 根据不同生产率、作物及所分等级需要可变换不同的加工流程; (5) 通过橡胶球自动清理筛面, 保证有效的清筛效果。

3.2 抛光设备

磨光机主要由2个圆柱体的刷棍组成, 通过对棉种种皮的磨刷和种子表皮间相互磨擦可除去种子表面上的残绒、残酸和磨掉一些秕子、破子。

磨光机的应用[2], 解决了棉种加工烘干温度过高, 硫酸配制用量过大, 残酸、残绒含量严重超标的问题, 有效地降低了棉种残绒、残酸的含量, 提高了棉种的商品质量。同时, 经磨光机处理过的棉种, 色泽光亮, 色差明显, 大大减少了棉种中的杂质, 降低了棉种中的残绒指数, 降低了红子、秕子和空壳的数量, 有利于密度式选种机的精选, 更有利于棉种色选机准确无误地把红子、黄子和白子 (包括残绒指数在1～4级的种子视同白子) 选掉, 提高了后续精选加工的质量。

3.3 比重清选机*

比重 (密度) 清选机是依靠种子与掺杂物之间比重 (密度) 的差异实现物料分离的设备, 5XZ-3.0型比重清选机见图3, 是新疆石河子天佐种子机械公司的专利产品, 其工作过程如下:

清选作业时, 待加工种子经过喂入装置 (在喂入装置处对种子进行一次除尘) , 在喂入装置上的调节阀作用下均匀落到一级振动台面上 (台面可调) , 种子经过一级振动台面均匀的布满二级台面。在二级台面上方装有一个大型的吸尘器, 对种子进行二次除尘。种子在振动台面往复运动及风机气流共同作用下, 由于种子中各成分的密度不同而在振动台面上开始分层, 本实用新型采用的是波浪状台面, 确保前移分层的种子不会来回滑动, 达到良好的分层效果, 同时台面良种输出口两侧分别设置自平衡气囊和卸风阀, 用以控制台面料层的厚度。最上层为轻种子 (秕子、不成熟种子等) , 在振动及气流作用下逐渐向振动台面低端移动, 根据种子中轻种子的密度可以设置各排杂口的开口大小, 最后轻种子由设置好的排杂口排出。下层为好种子, 在波浪形台面的振动及摩擦推动作用下移向振动台面的高端 (即好种子出口方向) , 最后由排种口排出。

1.喂入装置;2.喂入量调节装置;3.吸尘装置;4.排杂口;5.机架;6.电机;7.皮带轮;8.风机;9.配重块;1 0.防振缓冲装置;1 1.出料口;1 2.二级台面;1 3.自平衡调节装置;1 4.平衡气囊;1 5.一级台面

该系列比重清选机主要优点为台面旁边设置自动调节装置, 可根据台面上种子的多少自动调节排种口的大小, 从而达到平衡;设置了二级台面, 更好地保证了清选质量;采用波浪形台面不仅可以提高种子处理量, 而且也可以降低机器的振动频率。

3.4 色选机

颜色分选机是根据种子籽粒颜色不同, 对光的反射也不相同, 剔除籽粒中因发霉而变色的或受到病虫害的籽粒。色选机由喂料系统、检测系统、控制系统、辅助部件等部分组成, 其结构示意图见图4。

棉种经过进料口的振动喂料器, 使棉种呈单层排列, 滑向溜槽, 在溜槽的出口处装有高稳定光源。当物料经由振动喂料系统均匀地通向选别区域时, 光电探测器测得反射光和投射光的光量, 并与基准色板的反射光量相比较, 将其差值信号放大处理, 当信号大于预定值时, 信号经内部控制电路给控制系统一工作指令, 以驱动电磁阀动作, 进而控制喷气嘴的动作, 喷气嘴将异色种子和掺杂物吹出, 从而达到颜色选别的目的, 实现棉种精选的目的。

1.滑槽;2.振动喂料器;3.进料斗;4.机架;5.喷气嘴;6.喷气驱动器;7.信号处理控制器;8.气压机构;9.成品种接种口;1 0.红种接种口;1 1.光接收器;12.高稳光源;1 3.背景板

色选机的主要优点为:基于成熟棉种和不成熟种子以及掺杂物之间表面颜色特性的差异, 采用先进的光电检测和光电控制技术技术, 实现种子的无损检测和自动化、智能化分选;根据棉种原料的差别, 通过调节背景板, 可实现不同棉种原料的分选。

3.5 介电选种机

介电种子分选机[3]是利用不同质量种子之间的电特性的差异, 实现种子的精选分级。滚筒式介电选种机主要由进料斗、进料滚筒、分选滚筒、接料槽、传动系统和调速电机等构成, 示意图见图5。

1.进料斗;2.进料滚筒;3.分选滚筒;4.盛种槽;5.种刷;6.传动系统;7.调速电机

机器工作时, 喂料斗内种子经进料滚筒排出后, 受喂料挡扳作用, 使种子呈单层状态进入旋转的分选滚筒, 并在滚筒上被极化。极化后的种子与分选滚筒一起旋转, 此时种子在重力、极化力、惯性力和摩擦力的共同作用下, 由于不同种子之间的极化力的不同, 种子将沿不同的运动轨迹脱离分选滚筒。好种子和较大粒的种子较早脱离分选滚筒落入Ⅰ号盛种槽。而坏种子由于所受极化力较大, 且通常质量较小, 被紧紧地吸附在滚筒的表面上, 落入Ⅱ号盛种槽, 当分选滚筒转过最低点时, 仍不能脱离分选滚筒的种子则由旋转种刷把它从分选滚筒上强制刷落, 进入Ⅱ号盛种槽。Ⅰ、Ⅱ各级种子所占比例由调节隔板调节。

介电分选主要优点:利用种子在电特性上的差异, 结合物理机械特性, 使活力不同的种子分开, 从而提高种子质量;介电分选过程中所产生的强大静电场能刺激种子胚芽, 使蛋白质发生凝聚, 从而可以改善植物的遗传特性, 增强种子的吸水能力, 促使营养物质迅速分解, 强化输送、促进发芽, 提高种子的呼吸作用和光合作用。

3.6 包衣机

大量研究证明[4], 由于种衣剂在土壤中只吸水膨胀而不被溶解, 随着种子的发芽, 活性组分通过成膜剂空间网状结构中的孔道向胚乳或根部缓慢释放, 被植物内吸传导到植株各部分使药膜、肥膜等缓慢释放, 从而使种子周围形成防治病虫和供给营养的屏障, 因此, 种子包衣后能够提高发芽率, 有效防治苗期病虫害, 促进生长, 提高作物产量等作用。

5GB100A型种子包衣机主要由动力部分、传动部分、转动搅拌滚筒以及机架等组成, 示意图见图6。该机利用转动的滚筒实现包衣, 即棉种及种衣剂在滚筒内, 通过滚筒的搅拌作用, 充分混合, 实现包衣;同时, 采用全封闭结构, 无污染, 移动方便, 操作简单。

4 结语

随着精量播种技术的推广实施, 对棉种的质量和发芽率的要求越来越高。尤其随着精准农业战略的提出, 棉花精密播种技术的日益推广, 对高品质棉花种子的需求显得更加迫切。也只有这样, 才能适应现代精准农业发展的要求。种子是先进技术的载体, 针对目前棉种加工行业面临的种种问题, 必然会寻求先进的科学技术来解决。本文介绍的棉种分选加工工艺将先进的种子分选技术与传统的分选技术有机结合, 极大地提高了棉种的质量和发芽率, 适应了精准种子工程发展的技术要求。整个分选加工工艺过程中还存在一些不足之处, 通过对相关设备进一步研究, 对相关配套设备技术进一步熟化, 可进一步提高棉种质量和商品性。

*5 X Z-3.0型比重清选机为申报专利时的名称, 是专利产品, 因此本文沿用该产品专利名称中的“比重”。

参考文献

[1]朱江丽, 李景彬, 坎杂等.新疆兵团棉种分选现状及发展趋势[J].农机化研究, 2008 (1) :216-219.

[2]胡慧, 李举文, 陈军.磨光机与棉种加工质量的关系[J].中国棉花, 2005 (10) :30.

[3]坎杂, 王丽红, 张晓海等.介电特性的研究与应用[J].中国农机化, 2004 (4) :39-41.

材料加工工艺及设备 篇3

关键词：马铃薯淀粉加工 加工工艺 加工原理 加工设备；

中图分类号：TS235.2 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2013）20-0014-02

1 引言

我国淀粉工业现代化建设虽然起步比较晚，但是伴随着我国经济的发展和科技的不断提高，对国外先进工艺技术的吸收和引进，使马铃薯加工工艺和设备不断的得到改善和提高，现如今我国马铃薯加工的产品质量、品种和生产规模都趋向于国际发展的水平。但是由于受我国市场工艺化推行的制约，使我国马铃薯淀粉加工工艺中出现了多张不同设置的工艺技术，使马铃薯工艺缺乏统一性的认识和了解。

2 马铃薯淀粉加工工艺原理

马铃薯淀粉加工工艺程序复杂，每个环节都需要精心的操作和控制，确保马铃薯在加工过程中符合一定的标准，提高淀粉加工工艺的质量和效率。一般而言，先接收原料然后卸载储存，马铃薯储存时间应该适当，时间越长，淀粉生产越不利。注意在收购的时候不能让马铃薯破损，防止马铃薯的腐烂，影响淀粉质量。然后根据马铃薯淀粉加工工艺原理的基本步骤进行具体的加工，主要表现在以下几个方面：

2.1 输送设备

将马铃薯由水流输送入螺旋提升螺旋输送机中，在由流槽输送除石机。这个环节主要是运用水流输送的作用，清洁马铃薯。通过调节阀门开度控制整个流送槽中马铃薯与水的比例，均匀的送入除石机中，保持马铃薯的正常流送，引用循环水池用泵援引一股水来冲送马铃薯，以保证马铃薯不会堵塞。

2.2 除石清洗

马铃薯在除石机后随水流送入滚筒清洗机，滚筒清洗机在低液位下工作，彻底清洗马铃薯，由转鼓摩擦进一步清洁马铃薯，由清水机喂入清水，洗去马铃薯上的污水。清洗水由循环泵输送到流送槽作为冲送水，达到循环使用。然后将从滚筒中洗完后的马铃薯流入带喷淋的螺旋输送机，这样就能全面的清晰马铃薯上面的脏水。最后对清洗后的马铃薯进行专门的储存。

2.3 锉磨

马铃薯净化以后，由可调速的喂料螺旋将去皮的马铃薯送入锉磨机，锉磨机通过锯条状的刀片，安装螺旋旋转原理，破碎马铃薯。锉磨的效率直接决定了马铃薯淀粉加工的质量，所以应该有效的加强对锉磨机效率的提高。

2.4 提取细胞液

马铃薯进一步破损后，浆液通过纤维泵泵送进入除砂旋流器。通过离心提取，将马铃薯的淀粉提取出来。

离心提取包括三次离心筛，第一，先把马铃薯浆料放入提取筛中，将马铃薯薯渣中的淀粉充分的分离出来。第二，洗涤淀粉乳，薯渣由纤维泵送入第二次离心筛。第三，再一次提取淀粉，薯渣送入机器中。通过层层提取，确保淀粉提取的质量。

2.5 浓缩精制

浓缩精制主要是把淀粉中的杂质彻底的排除出来，进一步的确保淀粉的质量。旋流除砂站分离淀粉乳中的泥沙，然后由离心机进行洗涤，提高淀粉的浓缩度。

2.6 真空脱水

淀粉乳水分含量大，需要进行脱水。由真空脱水机脱水，然后输送至淀粉干燥程序，通过气流干燥机进行干燥，最后得到优质的淀粉。

3 马铃薯加工主要设备特点

马铃薯的加工设备复杂多样化，下面主要介绍生产线中几种设备装置的特点。

3.1 锉磨机

在马铃薯淀粉加工中锉磨机被广泛的应用，主要作用是对马铃薯进行破损。锉磨机的效率影响整个马铃薯在破损后后续淀粉脱离情况，锉磨机主要采用的是不锈钢，锉磨机经过特殊的设计，安装有几百把锉刀，锉刀之间相互固定又相互分离，有利于锉刀之间旋转，替换。随着技术的发展，目前对锉磨机的要求也不断的提高，现如今的锉磨机主要满足的特点是，成本小、噪音小、安装方便、便于操作、能源损耗小、使用时间长等。

3.2 离心筛

目前我国离心筛技术发达，通过不断的加以改进和设计，离心筛结构平衡度高、高精度的传动部件。离心筛根本厂家的特点分为几组几套，整个离心筛运转过程都是系统操作的，分离效率高、设备转数高、故障率小、稳定性好。

3.3 淀粉旋流器

旋流器主要是为了将固液进行反复的浓缩和洗涤，结构紧凑、分离精度高、密封效果好。

3.4 真空脱水机

真空脱水机随着技术的提高和应用的普及逐步的取代了离心式刮刀离心机，由不锈钢制造，采用高精度传动部件，传动稳定、操作方便、脱水效率高。

4 马铃薯淀粉加工工艺的基本步骤

马铃薯淀粉加工工艺的基本步骤主要首先是对运送过来的马铃薯进行卸载，防止人为的损伤马铃薯，然后储存后的马铃薯在淀粉加工时依次要做的是清洗、破碎、分离、除沙、浓缩精制、真空脱水、烘干、包装。

在马铃薯淀粉加工工艺中所运用的基本设备依次是：专门的马铃薯存储库、皮带输送机、单螺杆泵、锉磨机、淀粉提取机、旋转过滤器、离心机、离心泵、真空旋转脱水机、淀粉气流干燥机、成品包装。

5 工艺自动化控制描述

碎了技术的不断的发展，工艺难度的不断提升，为了满足现如今对淀粉加工的要求，在马铃薯淀粉加工工艺中积极的引进先进的管理控制技术，为马铃薯淀粉加工创造了更多的有利条件。

（1）工艺自动化控制为了提高加工效率，减轻人为的损坏。（2）在设备出现异常的时候能够及时的作出反应将设备故障损失降低到最低，具有高度的精准度和准确性。（3）合理的控制设备的开停，加强了对机器设备的有效的利用，能够根据工艺操作情况对工艺控制点进行自动化的控制调整，方便操作。（4）采用自动化控制，工作人员不需要做去现场做参数的调整，只需要通过自动化的设备进行控制，方便工作人员的操作，在整个工艺中，贯穿使用自动化的控制，提高系统操作的整体的效率，具有高效率、高精准度、高标准、易操作、灵活、方便等特点。

6 结语

马铃薯淀粉加工工艺随着技术的提高而不断的得到改善和发展，马铃薯加工工艺程序复杂多样，每一个环节的操作都影响着淀粉的质量，为了能够更好的保证马铃薯淀粉的质量，在工艺发展中需要我们不断的吸收先进的技术和加工设备，大力的发展马铃薯工艺自动化的控制，进一步的提高马铃薯的工艺效率和产品质量，使马铃薯淀粉加工满足国家的需求，建设具有中国特色的马铃薯淀粉产品。

参考文献

[1]瑞典拉尔森公司加工说明.科技创新导报.Scienceand TechnologyInnovationHerald83.

材料加工工艺及设备 篇4

ii.涡流扩散

iii.体积扩散

体积扩散为主, 因为他主要是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动, 或两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均布.对流混合通过两种机理发生, 一种体积对流,另一种层流对流混合, 前者通过塞流对物料进行体积重新排列, 而不需要物料连续变形, 这种重复的重新排列可以是无规的, 也可以是有序的.在固体掺混机中混合式无规的, 而在静态混合机的混合则是有序的.而层流对流混合是通过层流而使物料变形, 它发生在熔体之间的混合, 在固体粒子之间的混合不会发生层流混合.层流混合中, 物料要受到剪切、伸长(拉伸)和挤压(捏合).分子扩散主要在与低分子的混合.在浓度梯度驱使下，各组分自发地由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域从而达到各处组分均化的一种扩散形式。分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。在固体与固体间，分子扩散作用是很小的。在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散极慢，无实际意义。但若参与混合的组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是一个重要因素。

涡流扩散主要会造成聚合物的黏度提高导致混合时施予聚合物的剪切力要上升, 容易导致聚合物降解.由系统内产生的紊流而实现的一种扩散形式。在聚合物加工中粘度高,而且要实现紊流，熔体的速度必须很高，势必使熔体发生破裂，也会造成聚合物的降解，故很少发生涡旋扩散。

2.什么是”非分散混合”, 什么是”分散混合”, 两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现? Page 154 非分散均匀的定义在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小尺寸的过程称为非分散均匀或简单混合。主要通过对流方式来实现的,可以通过塞流和不需要物料连续变形便发生简单的体积重排和置换来达到混合。

分散混合的定义: 将呈现出屈服点的物料混合在一起时,要将它们分散开来，使结块和液滴破裂。这种混合为分散混合。分散混合的目的是把少组分的固体颗粒和液相滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或滴，并均匀地分布到多组分中。涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题。这是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的。对固体结块来说，当剪切对其形成的粘性拖曳在结块内产生的应力超过某个临界值时，结块就破裂。

图：分散混合时，发生的主要机械现象和流变现象示意图 Ⅰ-使聚合物和添加剂粉碎

Ⅱ-使粒状和粉粒状固体添加剂渗入聚合物中 Ⅲ-分散

Ⅳ-分布均化

1-聚合物

2，3-任何粒状和粉状固体添加剂

3.为什么评定固体物料的混合状态时不仅要比较取样中各组分的比率与总体比率的差异大小而且还要考察混合料的分散程度? Page 156~158 混合状态的判定，有直接描述和间接描述两种方法。

直接描述法:该法是直接对混合物取样，对其混合状态进行检验，观察混合物形态结构、各组分微粒的大小及分布情形。常用的检测分析方法可以是视觉观察法、聚团计算法、光学显微镜法和电子显微镜法以及光电法。1.均匀程度指混得匀不匀，浓度变化大小如何，即分散相浓度分布是否均匀。

2.分散程度是指被分散物质的破碎程度如何。破碎程度大，粒径小，其分散度就高；反之，粒径大，破碎度小，则分散得不好。

间接描述法:是指不检查混合物各组分的混合状态，而是检测与混合物的混合状态密切相关的制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，间接地判断多组分体系的混合状态。

4.温度对生胶塑炼有何影响?为什么橡胶在115℃时塑炼效果最差? Page 167 随着温度升高, 生胶黏度下降, 塑炼时受到的作用力较小, 因而塑炼效果降低.在高温塑炼时(110度以上), 虽然受到机械作用力下降, 但由于热和氧的自动催化氧化破坏作用随着温度升高而集剧增大, 大大加快了橡胶大分子的氧化降解速度, 塑炼效果也迅速增大.6.何谓橡胶的混炼? 用开炼机和密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有哪些? 有何影响? 将塑炼后的生胶和配合剂混合均匀的过程。Page171~173 在橡胶工业中，最常用的塑炼方法有机械塑炼法和化学塑炼法。机械塑炼法所用的主要设备是开放式炼胶机、密闭式炼胶机和螺杆塑炼机。化学塑炼法是在机械塑炼过程中加入化学药品来提高塑炼效果的方法。开炼机塑炼时温度一般在80℃以下，属于低温机械混炼方法。密炼机和螺杆混炼机的排胶温度在120℃以上，甚至高达160-180℃，属于高温机械混炼。

几种胶的塑炼特性：

天然橡胶用开炼机塑炼时，辊筒温度为30-40℃，时间约为15-20min；采用密炼机塑炼当温度达到120℃以上时，时间约为3-5min。

丁苯橡胶的门尼粘度多在35-60之间，因此，丁苯橡胶也可不用塑炼，但是经过塑炼后可以提高配合机的分散性

顺丁橡胶具有冷流性，缺乏塑炼效果。顺丁胶的门尼粘度较低，可不用塑炼。氯丁橡胶得塑性大，塑炼前可薄通3-5次，薄通温度在30-40℃。乙丙橡胶的分子主链是饱和结构，塑炼难以引起分子的裂解，因此要选择门尼粘度低的品种而不用塑炼。

丁腈橡胶可塑度小，韧性大，塑炼时生热大。开炼时要采用低温40℃以下、小辊距、低容量以及分段塑炼，这样可以收到较好的效果。

7.何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶? 生胶在塑炼时橡胶的大分子断链生成自由基，这种情况在混炼时同样会发生。在混炼过程中，橡胶分子断链生成大分子自由基可以与炭黑粒子表面的活性部位结合，也可以与炭黑聚集体在混炼时被搓开所产生的具有较高活性的新生面结合，或者已与炭黑结合的橡胶又通过缠结或交联结合更多的橡胶，形成一种不溶于橡胶溶剂的的产物(结合橡胶)。

11.塑料的塑化与橡胶的塑炼两者的目的和原理有何异同? 塑料的塑化: 是使物料在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，使各组分的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料，是分散混合过程。

材料加工工艺及设备 篇5

中国航空工业第一集团公司科技发展部 郝建伟

中国航空工业发展研究中心 陈亚莉

先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、成型工艺性好和成本低等特点，是理想的航空结构材料，在航空产品上得到了广泛应用，已成为新一代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些大的飞机制造商在飞机设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。本文旨在介绍在复合材料制造过程中所涉及到的主要工艺和先进专用设备。复合材料在飞机上的应用

随着复合材料制造技术的发展，复合材料在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。复合材料在飞机上的应用趋势有如下几点：（1）复合材料在飞机上的用量日益增多。

复合材料的用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比来表示，世界上各大航空制造公司在复合材料用量方面都呈现增长的趋势。最有代表性的是空客公司的A380客机和后续的A350飞机以及波音公司的B787飞机。A380上复合材料用量约30t。B787复合材料用量达到50%。而A350飞机复合材料用量更是达到了创纪录的52%。复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势，近几年得到迅速发展的无人机更是将复合材料用量推向更高水平。

（2）应用部位由次承力结构向主承力结构发展。

最初采用复合材料制造的是飞机的舱门、整流罩、安定面等次承力结构。目前，复合材料已经广泛应用于机身、机翼等主承力结构。主承载部位大量应用复合材料使飞机的性能得到大幅度提升，由此带来的经济效益非常显著，也推动了复合材料的发展。（3）在复杂外形结构上的应用愈来愈广泛。

飞机上用复合材料制造的复杂曲面制件也越来越多，如A380和B787飞机上的机身段，球面后压力隔框等，均采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。（4）复合材料构件的复杂性大幅度增加，大型整体、共固化成型成为主流。

在飞机上大量采用复合材料的最直接的效果是减重，复合材料制件采用共固化、整体成型技术，能够成型大型整体部件，明显减少零件、紧固件和模具的数量，减少零件装配，从而有效地降低制造成本。

（5）复合材料的制造手段和先进专用设备得到迅速发展和广泛应用。

传统的复合材料制造技术自动化程度低，复合材料制件的质量不稳定，分散性大，可靠性差，生产成本居高不下，无法生产大型和复杂的复合材料制件。飞机结构尺寸的不断增加使大尺寸复合材料制件的制造工艺变得极为重要。

近年来，出现了各种各样的自动化程度较高的制造技术，如纤维铺放、树脂膜转移成型/渗透成型、电子束固化等技术。随之研制并得以工业化应用的先进、高效、低成本专用设备也层出不穷，如三维编织机、全自动铺带设备和丝束铺放设备等。这些高效自动化设备显著提高了复合材料生产效率和制件内部质量，降低了成本，使复合材料性能最优化和低成本并存成为可能。

复合材料制造工艺及主要设备 复合材料成型是一个比较复杂的过程。随着各种新工艺、新技术的涌现，复合材料制造工艺已成为复合材料加工制造的关键，涵盖的技术面广、技术含量高，涉及的成本份额占总成本的80%以上。

根据用途、批量、市场等要求的不同，航空航天用复合材料产品的成型工艺采用了手工铺层、半自动成型、全自动成型以及液体成型等技术。下面就生产中主要涉及的工艺方法和主要设备加以重点说明。

（1）手工铺层。

目前，手工铺层仍是被广泛使用的传统成型方法，甚至像B-2轰炸机以及一些通用飞机的制造也采用了大量的手工铺层工序。因为这些产品的定货量往往是一位数，而质量要求很高。手工铺贴方法的优点是可使蒙皮厚度有大的变化，进行局部加强，嵌入接头用的金属加强片，形成加强筋和蜂窝夹芯区等。

目前，手工铺层使用了许多专用设备来控制和保证铺层的质量，如复合材料预浸料自动剪裁下料系统和铺层激光定位系统等，即采用专门的数控切割设备来进行预浸料和辅助材料的平面切割，从而将依赖于样板的制造过程转变为可根据复合材料设计软件产生的数据文件进行全面运作的制造过程。

手工铺层的缺点是要求铺层人员有很高的技艺和施工经验，手工铺贴费工费时，因此效率低、成本高（占总成本的1/4），难以适应大批量生产和大型复杂复合材料制件的生产要求。因此，在60年代初，在手工铺层复合材料实施几年之后，就开发了自动铺带（ATL）技术。

即使在美国,人工铺带也仍然采用,这是美国 Liberty Aerospace的工人正在操作

（2）自动铺带（ATL）。

自动铺带技术采用有隔离衬纸的单向预浸带，其裁剪、定位、铺叠、辊压均采用数控技术自动完成，由自动铺带机实现。多轴龙门式机械臂完成铺带位置的自动控制，铺带头上装有预浸带输送和切割系统，根据待铺放工件边界轮廓自动完成预浸带的铺放和特定形状位置的切割。预浸带在加热状态时，在压辊的压力作用下铺叠到模具表面。

自动铺带机根据铺放制件的几何特征可分为平面铺带和曲面铺带两类。随着自动铺带设备、编程、计算机软件、铺带技术以及材料的进一步发展，自动铺带的效率变得更高，性能更可靠，操作性更友好。与手工相比，先进铺带技术可降低制造成本的30%～50％，可成型超大尺寸和形状复杂的复合材料制件，而且质量稳定，缩短了铺层及装配时间，工件近净成型，切削加工及原材料耗费减少。目前，最先进的第五代铺带机是带有双超声切割刀和缝隙光学探测器的十轴铺带机，铺带宽度最大可达到300mm，生产效率可达到手工铺叠的数十倍。

自动铺带机要成型复杂双曲率型面，需采用窄带，工作效率会降低，而一台铺带机的价格需要3～5百万美元，成本太高。由此，Hercules率先开发了自动丝束铺放（ATP）设备。（3）自动丝束铺放（ATP）。

自动丝束铺放技术结合了自动铺带和纤维缠绕技术的优点，铺束头把缠绕技术所用的不同预浸纱束独立输送和铺带技术所用的压实、切割、重送功能结合在一起，由铺束头将数根预浸纱束在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带，然后铺放在芯模表面，铺放过程中加热软化预浸纱束并压实定型。

与自动铺带相比，自动铺丝束技术可以成型更复杂的结构件，材料消耗率低，是自动化制造技术的顶峰，ATP设备对复合材料的重要性相当于铣床对金属材料结构的重要性。它是介于自动缠绕与自动铺带之间的一种铺层方法，特别适于复杂构件的制造。自动铺放技术的基础是铺放机的设计与开发。

以美国辛辛那提机床公司Viper纤维铺放机系统为例。Viper纤维铺放系统将缠绕、特型铺带及计算机控制结合起来，自动生产需要大量手工铺层的复杂零件，从而缩短铺层及装配时间，由于工件近净成型，切削加工及原材料耗费减少。

沃特公司制造波音787的23%的机身，其中包括5.8m×7m的47段及4.3m×4.6m的48段，采用了来自辛辛那提公司的自动铺放机Viper6000。制造时，将东丽的3900系碳/环氧无纬带铺叠在大的筒形旋转模具上，模具由互锁的芯轴组成，筒形件铺成后放在23.2m×9.1m的、世界上体积最大的热压罐中固化。目前，自动丝束铺放机已可铺放窄带及宽带丝束。预浸丝束/带的机器人自动铺放已成为高性能纤维增强复合材料结构的一种强力高效技术。它是机电装备技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术的综合集成，包括：自动铺放装备技术、预浸丝束/带切割技术、铺放CAD技术、铺放CAM技术、预浸丝束/带技术、自动铺放工艺技术、铺放质量控制、模具技术、成本分析及控制和一体化协同数字化设计技术等，具有高效率、高质量、高重复性和低成本等优点。

Viper6000大型ATP机,代表了当今自动丝束铺放最高水平

（4）热压罐固化成型。

热压罐固化成型是航空航天复合材料结构件传统的制造工艺，它有产品重复性好、纤维体积含量高、孔隙率低或无孔隙、力学性能可靠等优点。热压罐固化的缺点主要是耗能高以及运行成本高等。而目前大型复合材料构件必需在大型或超大型热压罐内固化，以保证制件的内部质量，因此热压罐的三维尺寸也在不断加大，以适应大尺寸复合材料制件的加工要求。目前，热压罐都采用先进的加热控温系统和计算机控制系统，能够有效地保证在罐内工作区域的温度分布均匀，保证复合材料制件的内部质量和批次稳定性，如准确的树脂含量、低或无空隙率和无内部其他缺陷。这也是热压罐一直沿用至今的主要原因。

（5）复合材料液体成型。

复合材料液体成型已是十分普及的工艺，它是以树脂转移成型（RTM）为主体，包括各种派生的RTM技术，大约有25～30种之多，其中，RTM、真空辅助RTM（VARTM）、真空辅助树脂注射成型（VARI）、树脂膜熔浸成型（RFI）和树脂浸渍成形（SCRIMP）被称为RTM的5大主要成型工艺，也是目前应用最多的RTM工艺。

RTM的优点是成品的损伤容限高，可成型精度高、孔隙率小的复杂构件及大型整体件。RTM成型的关键是，要有适当的增强预形件以及适当黏度的树脂或树脂膜。RTM要求树脂在注射温度下的黏度值低，第一代环氧树脂的粘度要求在500cps（0.5Pa·s）以下，以前对于较大尺寸的构件要求树脂黏度低于250cps（0.25Pa·s），RTM工艺的主要设备是各种树脂注射机和整体密闭型模具。

随着新型增强材料结构的不断创新，编织技术和预成形体技术与RTM技术相结合，形成了新的工艺发展和应用方向。如采用三维编织技术将增强材料预制成3D结构，然后再与RTM工艺复合，也可将纤维织物通过缝纫或粘结的方法，直接预制成制件形状，再采用RTM工艺成型复合材料。

例如，EADS军用飞机公司为B787后机身段制造的后压力隔框，它是一个半球形的整体隔框，插在增压的机身47段及非增压的48段及尾段之间，它是用VARTM制造的，尺寸大约为4.3m×4.6m，波音787是首架具有复合材料后压力隔框的飞机。该隔框的制造得益于Cytec公司的树脂熔渗膜系统。韧化的复合材料有顶级阻燃/烟/毒性能，可以取消防火层，从而比传统的树脂熔渗法制得的结构轻。而波音787机身的大部分隔框则采用了碳纤维树脂膜熔渗RFI技术制造，复合材料隔框用碳纤维复合材料抗剪箍连接在机身蒙皮上，由于设计及成本上的原因，少数部位仍采用钛合金及铝合金隔框。

（6）隔膜成型。

隔膜成型原是一种为热塑性复合材料开发的成型工艺，后发现用于热固性复合材料具有很广泛的用途。它具有成型过程中纤维不易滑动、不易产生皱褶的特殊功效，非常适用于加工大型飞机机翼前梁的C形截面。在近年推出的A400M等大型飞机前梁C形截面中，已广泛采用了这种工艺方法。

为成型出C形截面，预形件从铺带机上卸下送到由英国Aeroform公司提供的热包膜成型机设备上成型。为便于抽真空，预形件应夹在两个由俄亥俄州的杜邦电子技术公司提供的Kapton聚酰亚胺薄膜之间。薄膜之间抽真空，然后从零件上面进行红外加热，直到1h内将温度升到60℃。这样可以保证即使在梁根部的最厚截面中心，也可均匀加热到同一温度。然后缓缓对两薄膜间层合板加压，而在轻质模具上形成梁的内表面。这个C形截面可在30min内缓慢成型之后，去掉Kapton薄膜。

在欧洲推出的ALCAS计划中，这种成型方法已成为加工飞机前梁的一种典型工艺方法。（7）复合材料制件加工、装配及无损检测。

复合材料制件成型后，需要进行机械加工，包括外形尺寸加工、钻孔等，要求具有很高的加工质量。复合材料制件属于脆性各向异性材料，常规的加工方法不能满足复合材料加工质量要求。传统切割方式在加工纤维材料时具有以下缺点：切割速度慢、效率低；复合材料制件属于易变形材料，切割精度难以保证；在切割高韧性材料时，刀具和钻头等磨损快、损耗大；加工复合材料层合板时易发生分层破坏等。因此要求复合材料生产需配备大型自动化高压水切割机、超声切割设备和数控自动化钻孔系统等专用设备，以满足复合材料制件经加工后无分层磨损且符合装配尺寸精度的要求。

大型机翼蒙皮层合板一般采用大型高压水切割机进行净形切割，世界上最大切割机的床身为36m×6.5m，由Flow International公司制造。这种磨粒喷水切割机可以快速切割厚的层合板而不致产生层合板过热，25mm厚的层合板可以0.67m/min速度切割，对6mm薄的层合板，切割速度可以高达3m/min，厚的蒙皮可以0.39m/min速度切割。

超声切割设备将超声振动能量加载在切割刀具上，可有效地分离纤维材料的边界，从而有效解决上述传统切割方法带来的问题。超声切割技术的切割质量优良，具有无毛刺、无刀具磨损、无碳化材料、切割力小、不易造成分层，切割速度快、精度高等特点。已经在国外航空企业内得到广泛的应用。

随着飞机的金属结构逐渐向复合材料结构转移，复合材料制造的自动化显得日益重要。而自动化程度较高的装配技术尤其显得重要。复合材料的使用使飞机机体有可能采用大型整体结构件制造，如787最后总装只进行六大部件的对接，即前机身、中机身、后机身、机翼、水平安定面和垂直尾翼。这些整体大部件使装配过程中避免使用传统巨型工装，而更多地采用便携式工具。飞机结构件的移动不采用龙门吊车。

柔性装配、自动钻铆等先进技术集成应用于复合材料大型部件的自动装配中。飞机柔性装配技术考虑作为装配对象的航空产品本身特征，基于飞机产品数字化定义，通过飞机柔性装配流程、数字化装配技术、装配工装设计、装配工艺优化、自动定位与控制技术、测量、精密钻孔、伺服控制、夹持等实现飞机零部件快速精确的定位和装配，可减少装配工装的种类和数量，提高装配效率和装配准确度，提高快速响应能力，缩短飞机装配周期，增强飞机快速研制能力。它是一种能适应快速研制、生产及低成本制造要求、满足设备和工装模块化可重组的先进装配技术。如B787的复合材料机翼结构件的移动采用了自动化导引车等柔性装配技术。

自动钻铆机广泛应用于复合材料大型部件的自动装配，如A380机翼装配采用了自动化可移动钻孔设备。这些钻削设备与传统金属材料钻削设备的本质区别在于，为保持铆钉孔周围的结构完整性，要求钻孔时无分层，因此制孔一般要用硬质切削刀具，采用多步钻孔法。鉴于复合材料的制造方法不同，其可切削加工性也各异。例如，编织结构为“十”字形花样的织物，比单向排列的织物带易切削，后者的磨损力更大且易产生分层、钻孔时有纤维未切到的问题。因此，根据复合材料构件不同的成型方式，应选择不同的钻削参数、材料及形状的钻头。

意大利自动钻铆机

复合材料制件无损检测设备主要需要配置大型超声C扫描设备和X光无损检测设备。此外，激光剪切摄影及激光超声检测也是主要发展方向。在超声检验技术方面最重要的进展之一是相控阵检验的开发。相控阵超声检验与传统超声检验相比，改进了探测的概率，并明显加快了检验速度。

传统的超声检验要用许多个不同的探头来作综合性的体积分析，而相控阵检验用一个多元探头即可完成同样的结果。这是由于每一个元素探头可以进行电子扫描和电子聚焦，每一元素探头的启动有一个时间上的延迟。其结果是合成的超声束的入射角可加以变化，焦点深度也可以变化，这就是说体积检验的速度可以比传统法快得多。因为用传统法时，探头必须适时更换，而且必需多路传输才能得出不同的入射角和焦点深度。此外，相控阵探头可提供更宽的覆盖范围，从而比传统探头有更高的生产效率。（8）复合材料数字化设计制造一体化。

复合材料零件成型独特的工艺特点决定了它在设计制造方面与金属零件有很大差异，而且更加复杂。

复合材料构件数字化设计制造以复合材料设计/制造平台和附和材料数字化制造设备为软硬件基础。改变了传统复合材料的设计/制造方式，采用数字量形式对产品进行全面描述和数据传递，实现了设计与制造之间的无缝集成。

复合材料设计软件与现有CAD系统的集成为设计/制造复合材料构件提供了有力平台。包括初步设计、工程详细设计、制造详细设计和制造输出4个阶段。

复合材料构件数字化制造过程包括预浸料下料、铺层铺放、固化等工序，目前复合材料构件数字化制造主要体现在预浸料自动下料、激光铺层定位和纤维自动铺放等方面。

例如，在B787项目中复合材料构件均采用了FiberSIM软件进行数字化设计，将设计数据向全球伙伴发放，从而保证了复合材料构件数据的唯一性和准确性。由于B787大量采用数字化设计，因此其研发周期比B777缩短了3年。

复合材料构件数字化设计制造使实施并行工程成为可能，在设计早期阶段解决制造问题，大大减少了车间修改和重复工作。设 计和制造数据的无缝集成缩短了制造时间，减少了人工编程带来的误差，提高了构件质量。结束语

各种皮革加工工艺及介绍 篇6

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。

材料加工工艺及设备 篇7

关键词：调研与采购,需求,设备费用,技术能力,服务与技术支持,商务模式,采购规格书

引言

半导体及集成电路工业作为一种高科技产业,其作用与影响早已深深融入人们日常生活之中。从日常生活中使用的消费品如大屏幕彩色电视、智能手机、触摸电脑到国防工业中的导弹、雷达、火箭、飞船等各种高端武器装备,集成电路的身影无所不在。鉴于此,作为集成电路生产的半导体制造工业即成为涉及国计民生及国家安全不可缺少的支柱性产业,是一个国家综合实力的集中体现。然而,无论是功能超强的计算机中央处理器还是领先于世界的半导体微电子领域的科学研究成果,都是由诸如扩散、成膜、光刻、刻蚀等基本半导体工艺步骤按预先设计好流程反复进行工艺加工的结果,可以说是完美的加工工艺成就了最终完美的结果。丙此,作为半导体及集成电路工艺的实现工具-半导体及集成电路工艺专用加工设备在整个半导体及集成电路工业的生产及科研领域里起着十分关键的作用。作为支撑半导体及集成电路产业发展的专用装备制造业被国际上称之为战略工业,是半导体和集成电路产业链中的重要环节,它融合了约50个学科的高新技术,是基础研究和应用研究共同发展的产物和科学技术水平的集中体现,也是半导体生产工艺得以实现的物质基础。事实上,正是由于专用设备的不断发展进步才使得半导体集成电路工艺特征加工尺寸遵循摩尔定律以平均每18个月的时间前进一代,为此业界存在着“一代设备一代工艺”的普遍说法。

众所周知,半导体集成电路行业作为高科技产业是名符其实的吞金兽,无论是进行大规模生产的工业界还是从事科学研究的学术界都需要有大量的资金投入。一条8inch、0.13μm技术、月生产25000枚晶片的集成电路生产线,其建设成本约为20亿美元。其中,用于工艺加工设备采购的费用约占总投入的70%,达14亿美元(用于前工序设备投入为10亿,后工序设备采购为4亿)。同样技术水平及月生产量的12inch集成电路生产线的建设成本高达29亿美元,其中用于工艺加工设备采购费用约为21亿美元(前工序设备投入为15亿,后工序设备采购为4亿)。如以单台设备来看,用于量产的8inch、0.13μm技术的薄膜淀积设备根据不同的配置,销售价格在200万～300万美元之间,12inch类似设备销售价格则在400万美元之上,而用于同样技术水平、12inch光刻机售价更是高达1000万美元以上,不亚于F-16战斗机单台销售价格。至于用在科研领域的半导体加工专用设备,同样以薄膜淀积设备为例,平均单台售价也在30万～40万美元之间。而用于纳米研究的必备利器-电子束光刻机的售价则是徘徊在200万美元左右。综合上述例子可以看出,半导体集成电路工艺专用加工设备采购费用不论在以量产为目的的工业界还是以科研结果为目的的学术界都是主要的支出部分,占有很高支出比例。刚刚迈进的十二五期间,国家计划继续加大半导体集成电路产业的各项投入,专家学者们将有机会获得更多的国家重大专项资金支持,面临着更多的专用设备调研、选择和采购机会。

基于上述原因,如何使用有限资金,面对不同设备生产厂家众多陌生产品及销售人员富有技巧性的产品介绍,从中发现并得到自己真正所需就显得十分重要。本文基于自己过去在工业界及高等院校工作经历,试图在探讨半导体及集成电路加工工艺专项设备调研与采购过程当中,分析影响采购结果的诸多因素如价格、性能、服务与技术支持等,并区别不同情况,介绍不同付款模式。

1 了解“自己”

1.1 明确自己的实际需求是成功采购的第一步

1.1.1 建设新的生产线

对于计划投资几十亿美元建设大型先进半导体集成电路生产线的管理者来说,未来的市场决定了所要从事产品的种类及相应的技术水平,从而也就决定了拟购设备的主要生产厂家、晶片加工尺寸及工艺加工技术能力。

国内某些合资集成电路生产线因市场为外方管理,所从事产品种类相对单一,成品完成后由外方负责消化吸收,这种情况下仪器设备的调研及采购过程相对简单,常采用完全照抄国外合资方选择的设备生产厂家、设备种类及配置的照抄模式(copy exactly)。同样情况也会发生在已拥有潜在客户、建厂目的明确、工艺技术完全由合作工厂输入(technology transfer)的从事代工生产的独资集成电路生产线上。为保证工艺结果的稳定性、尽快取得满意的成品率,所购设备不仅在生产厂家、型号上,甚至包括硬件基本配置也要求与合作工厂完全一致。对于生产产品种类较多、很多先进工艺制造技术完全由自主开发且需大量实验研究的集成电路生产的厂家来讲,面对不同的设备生产厂家所提供的相同设备、不同销售价格及售后服务技术支持能力,则要花费一定的时间和精力去比较去论证。

1.1.2 扩大生产

除建设新的生产线之外,往往还要考虑到现有集成电路生产企业的扩大生产、新材料新工艺的研发。用于扩大生产购置的设备只要符合生产要求,一般不必费太多的周折,采用重复购置即可。至于研发的设备则需要对自己未来产品的技术走向(technology road map)有明确的认识。

1.1.3 设备更新

设备更新则意味着现有设备的技术指标远低于正常值,厂商的售后维修能力已不可恢复,严重影响了正常的生产能力。

1.2 购置计划

购置计划是顺利完成采购工作的关键。半导体集成电路产业作为一种高投入、高风险、高竞争的行业,对速度、时间有着严格要求。设备采购过程中通常针对调研、订购、安装、到验收、试产各环节设定有明确的时间表。以此来监督供求双方应尽的职责,按时完成各阶段的工作确保试车成功。需要注意的一点是设备通常在订购之后有4～6个月的供货期,此时间段一般是无法改变的,因此在制定时间表时应将其考虑在内。

1.3 技术能力

用户(应用企业或研究单位)的技术能力包括设备工程师对设备的维护维修能力。如:定期保养、校准、常见软件、硬件故障的解决;工艺工程师对工艺技术问题的判断解决能力、如何稳定工艺参数;工艺集成工程师对工艺之间集成问题及其对最终产品参数影响的判断能力;科研部门对下一代先进工艺制造技术的研发能力等。所有这些都直接影响仪器设备的选型及功能配置(系统结构要留有拓展空间)。

1.4 资金使用

资金包括设备前期的购置费及后期的运行费。后者包含了易损易耗品、工艺所需特种气体、定期保养所需备件及动力消耗(气、水、电)等支出。采购者需根据自己的财务状况全盘考虑后,再决定拟购设备的选型以及功能指标的配置水平。此外,也可根据不同情况采取不同采购策略:如,对于同一设备生产厂家的不同设备采取捆绑式购置以降低整体采购费用;利用设备生产厂家追求市场占有率或急于完成季度、年度财务目标的时机来争取最低销售价格;利用品牌效应(自身是名企、名校、在本行业及相关领域占有主导地位…)争取更的多优惠等等。

对于科研院所及大学研究机构来讲,所获重大专项经费中都包含有专门的仪器设备购置费,应用于项目研究:工作。确定拟购设备的使用方向(是单纯用于科学研究或是兼容小批量加工生产)是设备选型、功能配置的重要因素,关系到经费的投入与分配计划。

在采购公用的工艺加工实验仪器设备时,容易产生一个误区,即片面追求工艺加工设备的全能性,追求面面俱到。如:刻蚀设备中同一腔体进行不同材料加工,淀积设备从事不同材料成模等。想法很好,但倘若照此思路进行操作会存在2个问题:(1)很难得到最佳的工艺结果,这是因为不同的工艺要求决定设备硬件基本配置(configuration)的不同,所以同一种配置不可能满足所有工艺要求;(2)造成工艺之间交叉污染(cross contamination),损失工艺结果的稳定性,增加工艺腔体的清洗时间及频率。

因此,上述情况应尽量避免。

另一个应该避免的问题,是采购二手仪器设备用于集成电路量产工艺加工。也就是采购曾经用于集成电路大规模生产的二手仪器设备来完成科研及教学工作。

此种设备的生产厂家一般都是国际上设备生产企业龙头老大,具有很强实力。其在所销售设备上开发出的工艺技术往往处于行业最前端,这也是十分吸引科研领域的地方。但是此等设备体型庞大,动力、备件、易耗品消耗都很高,更重要的是制造工艺技术发展如此之快、那时这套设备可能已经成为设备厂家的停产换代产品,甚至失去厂家的技术及备件支持。即使上述服务存在,其高额的运行费用也会使教学科研单位承受不起。

生产用于科研用途的半导体工艺加工仪器设备的厂家较多。规模大小、技术能力、专业水平参差不齐。有的是生产厂家直接销售,也有不少是通过中介公司代理。有的可以随着设备销售提供相应的工艺技术,部分国外厂家可以提供当地的技术服务。这些因素将会对日后拟购设备的使用与维护带来一定风险。因此,科研单位更要注重自己技术人员的培养,不断提高设备维护能力与工艺技术开发能力。

在调研与采购过程中,应该更多地关注计划实施的日程与过程,督促设备供货厂商兑现他们的承诺。

2 决定采购结果的关键因素

明确自己对设备的需求、购置计划、技术能力、资金的合理使用之后,下一步需要与不同设备生产厂商中的销售人员、设备技术人员、工艺技术人员进行广泛接触,针对以下几个关键因素对厂商进行详细比较,确定最佳购置方案。

2.1 设备技术能力

硬件指标、工艺指标及软件性能反映设备的主要技术能力,是设备考察的重点。

2.1.1 硬件指标

硬件指标包括:每小时晶片加工数量(throughput)、占地面积(footprint)、灵活性-是否易于升级换代(flexibility)、用于工艺加工所占时间比例(uptime)、平均故障发生间隔时间(MTBF)、平均故障恢复所需时间(MTTR)、需要操作人员协助以保持设备继续运转且无需备件更换的故障平均发生间隔时间(MTBA)、需要操作人员协助以保持设备继续运转且无需备件更换的故障平均恢复时间(MTTA)、2次清洗之间平均可加工晶片数量(MWBC)、自动模式、无报警状态下所能传输的最大晶片数量、晶片破损频率即两次晶片破损发生之间所加工的晶片数量。以上指标是用于评价集成电路芯片量产的工艺加工设备常用的关键参数,具有非常严格的定义。其中每小时晶片加工数量、用于工艺加工所占时间比例两个参数则是关键参数中的关键。

相对于科研领域使用的工艺加工设备来讲,因为没有紧张的生产任务,所以在购置仪器设备时对上述指标的要求没有工业界那样严格,但设备占地面积和平均故障发生间隔时间则是关注较多的2个方面。

2.2.2工艺指标

工艺指标包括:工艺结果、工艺结果稳定性、工艺技术先进性。工艺结果是设备基本工艺能力的表现。以物理蒸汽淀积(PVD).工艺为例,针对不同淀积薄膜工艺结果,包括:淀积速率;方块电阻数值及均匀性,后者包括晶片之内、晶片之间和不同加工批数之间;应力大小及性质;相对反射系数数值及均匀性;淀积前、后不同尺寸的颗粒污染多少、成膜保角性(step coverage)、反向溅射的刻蚀速率及均匀性等。

工艺结果稳定性则反映出在一段时间内或一定条件下工艺结果的变化趋势。大型的半导体集成电路工艺设备的生产厂家都会提供反映工艺结果稳定性的马拉松试验数据。同样,以物理蒸汽淀积工艺为例,厂家会提供诸如在一块靶材使用寿命之内上述所有工艺结果的走向趋势,用以证明设备、工艺结果的稳定程度。

工艺技术先进性是指设备所能取得的极限工艺技术水平,是工艺水平的最佳表现。

以上3个工艺指标不论是对用于量产的大型工艺加工设备还是用于科学研究的小型工艺加工设备都是至关重要的,必须进行认真比较与鉴别。除基本工艺需求外,有部分用户在工艺加工方面有自己的特殊要求,在这种情况下就需要设备生产厂商提供演示实验(demonstration)。具体做法是用户根据自己的要求为每位设备生产厂商提供实验样品,并用同种设备进行工艺演示实验,样品完成工艺并由设备生产厂商出具工艺演示报告,用户对返回样品进行测试比较。当各设备生产厂商提供的工艺结果不相上下,以致用户一时无法辨别的情况下也可采用上述方法做出抉择。

2.1.3 软件性能

对软件的基本要求是易于掌握与使用(interface friendly)。易于工艺加工程序编辑,易于工艺加工菜单编辑,具有工程师与操作员等不同等级人员的进入限制,使用界面通常采用图形界面模式(GUI)。除此之外还应具有如下特点:最新版本且经过完全测试并证明无误;具有协助操作工、工程师了解故障发生原因的诊断提示功能;具有晶片破碎、过压、过温保护(同时报警)功能;具有非正常状态下终止工艺运行程序,并提供retry(重试)及abort(放弃)选择的功能;具有存储操作人员操作信息、报警信息、错误信息、晶片加工历史、工艺加工参数等数据达6个月以上的存储能力。此外设备应具备内部硬盘存储驱动(HDD)、外部软盘驱动(FDD)或光驱(CDROM)等装置。

2.2 售后服务与技术支持能力

售后服务与技术支持能力反映出设备生产厂家实力,是设备调研与采购的重要内容之_,是所购仪器设备能否在生产和科研工作中高效发挥作用的保证。服务与技术支持包括高水平的技术队伍与备件支持。具体考察项目包括:设备厂家是否在当地、国内建有技术服务机构;服务机构中人员数量及素质构成;设备服务工程师、工艺服务工程师、备件服务工程师、软件工程师及销售人员从业经历、解决问题的能力及服务态度;公司总部负责技术支持的人员构成;工作日及假期技术人员的反应时间,即从接到设备保修通知到出现在设备现场所需的时间;厂家是否在当地建有海关监管的备件保税仓库;是否建立用于备件运输的快速渠道;工作日及假期的备件反应时间,即从接到备件要求的通知到备件出现在保修设备现场所需时间;保税仓库中的计划储存水平(TSL%)及实际储存水平(RSL%)。

集成电路制造产业作为一种高竞争、高效率行业,实行一个星期7天、一天24h高速运转模式,工艺生产设备的任何问题如不及时解决,都会造成生产线瘫痪,待生产晶片大量积压。闵此,要求设备生产厂家提供7 (天)×24 (小时)的高效高质技术服务。上述考察指标是设备生产厂家承诺并必须满足的。更是用户购置设备的前提条件,至关重要、不可缺少。

2.3 价格

价格在仪器设备调研与采购中所起作用显而易见,尤其体现在采购资金有限的、用于实验目的的设备购置上。除了销售价格,用于量产的大型设备常用如下2个参数来评价设备性价比:COO (cost of ownership)和COC (cost of consumable)。COO定义为在设备折旧年限内每加工一片晶片所花费用。一般生产设备折旧期以5年计算,则COO具体计算方法为:设备销售价格/5 (年)×3 6 5(天)×2 4 (h)×每小时设备可加工晶片数量(throughput)×用于工艺加工所占时间比例(uptime)×设备使用效率(utilization).D COC定义为除动力花费之外每完成一次工艺加工的所有花费即易耗品费用。以物理蒸汽淀积(PVD)工艺为例,可描述为每淀积一层金属层所使用靶材费用加J上工艺气体费用。有时COO也定义为每加:工一片晶片所花费用(即上面计算方法公式所得)加上COC。与3工业界生产设备不同,调研实验用设备虽然不必精确到计算COO及COC,但设备销售价格在决定采购结果上所起的决定性作用却是毫无置疑的,上述有关设备性价比的概念X对于科研实验所使用的仪器设备的调研与采购同样起着指导性作用。

然而,销售价格也不是越低越好。任何一个企业盈利是唯一目的,如果用户将销售价格压得过低又无后采购续订单,对于一个小规模的、不规范的设备生产厂家来说为赢得订单会承诺很多,但得到订单后却很多无法实现,最后损失的还是用户自己。因此,在这一点上需要十分注意。

2.4 其他影响因素

除上述3个主要影响因素之外,其他影响调研结果的因素有:设备生产厂商历史、规模、结构和声誉;拟购设备在全球的销售业绩、市场占有率及主要客户分布;设备现有客户对设备硬件工作的稳定性、工艺稳定性及先进性、售后服务支持力度及工作态度、对于承诺诚信程度的评价。除此之外,用户与生产厂商间的特殊关系或方式也会影响调研结果,具体如:双方协作、共同开发、过去历史影响、厂家的客户平衡策略等。捆绑式采购及产品对设备的指定采购(工业界采用较多)则是影响调研结果的另一方面。

针对不同情况可采用如下5种采购及付款方式:标准模式(standard term);有条件购买(condition sale);延期付款(defer payment);首期付款(down payment);免费评估(free evaluation),其中前2种模式为经常使用。

标准模式:适用于成熟设备采购。以信用证形式付款。设备离开厂商装配总厂后购买方支付设备销售总款的90%,设备完成客户现场安装调试并满足采购要求后,购买方支付余下的10%。

有条件购买:适用于性能有待进一步验证的设备采购。双方谈判产生协议,规定设备验收条件、销售价格、使用时间(通常为1年)。客户首先使用,使用期限到达时如设备各方面表现满足协议条款,采购方以电汇形式支付全款,否则设备将由生产厂商移出并自行处理。

延期付款:双方谈判产生协议规定付款时间,客户首先使用。使用期限到达时采购方以电汇或信用证形式支付全款。

首期付款:采购方在下定单时即付设备总款的;3 0%～60%,设备离开厂商的装配总厂后付总款的60%～30%,设备完成客户现场安装调试验收通过并签字后,购买方支付余下的10%。以上各阶段付款比例由商务谈判决定并以电汇方式付出。

免费评估:适用于刚刚推向市场且有待验证的设备,具有双方合作性质。设备厂家免费提供设备给用户使用,使用方则提供使用期间的所有设备参数,评估结束后由使用方决定设备的去留并决定是否付款及付款多少。

3 采购书

在充分了解自己、厂商、设备之后,下一步就是与厂商销售、技术人员一起确定设备的最终配置,随后撰写设备采购规格书。采购规格书中应包括如下基本内容。

3.1 综合要求

保养校准工具要求、设备防震要求、动力安装要求、备件号码及使用频率、设备尺寸及服务空间、设备环境要求、EMO、UPS等。.

3.2 工作条件

包括电源电压、环境温度、相对湿度是否长时间连续运行等。

3.3 详细的规格、技术要求及参数

包括提供技术文件、图纸、操作手册、功能介绍手册、保养校准手册、备件手册、线路图等、设备工作条件及环境要求、必要的零配件、消耗品等。

3.4 出厂前的预验收

出厂前检查与测试项目、设备安全要求、安全标识、互锁装置。

文件及手册要求(操作手册、功能介绍手册、保养校准手册、备件手册、线路图等)。

3.5 包装及运输要求

应使用崭新坚固之木箱(标准出口包装),适合于空运、海运或陆运等长途运输方式;适合气候变化;抗震、防潮、防雨、防锈、防冻。供应商应对任何由于不当包装或防护措施不利而导致的商品损坏、损失、锈蚀、费用增长等后果负责:。运输是采用空运、海运还是其他方式。

3.6 交货时间及交货地点

3.7 安装及验收要求

包含安装及验收时间、程序、注意事项等,设备硬件验收项目及验收标准、设备工艺验收项目及验收标准、软件性能及验收要求、培训要求(名额、费用、内容)、保修期内服务要求(服务内容、人员及备件反应时间等)、信号灯的设定及自动化要求等内容。

在有关技术方面的验收内容上,针对设备硬件指标应包括严格定义及验收标准以求验收的准确性。针对工艺结果的验收则需具体阐明验收时的各种工艺相关条件、所采用的测试设备、测量方式、具体计算方法及所需测试样品数量以保证验收的科学性。

4 结语

集成电路制造企业以盈利为目的,因此要求工艺加工设备具有高自动化、高产出率、高稳定性的特点,同时要求设备生产厂家能够提供高效的、高质量的专业技术服务与备件服务。科研院所及大专院校科研单位则以完成国家科研项目为己任,注重前沿的科学研究成果,这就注定要求实验型工艺加工设备:售价适中、操作灵活、应用范围广泛、工艺技术性能领先。

探析工程材料和热加工工艺的选择 篇8

材料选择的使用性

使用性是保证零部件完成指定功能的必要条件，它是选材的最主要依据。使用性主要是指零件在使用状态下应具有的力学性、物理性和化学性。对于机械零件，最重要的使用性是力学性。对零部件力学性的要求，一般是在分析零部件的工作条件和失效形式的基础上提出来的。根据使用性选材的步骤如下。

1.分析零部件的工作条件，确定使用性

零部件的丁作条件是复杂的。工作条件分析包括受力状态（如拉、压、弯、扭、剪切等）、载荷性质、载荷大小及分布、工作温度（低温、室温、高温、变温）、环境介质（润滑剂、酸、碱）、对零部件的特殊性要求（电、磁）等。在对工作条件进行全面分析的基础上确定零部件的使用性。

2.分析零部件的失效原因，确定主要使用性

对零部件使用性的要求往往是多项的。例如传动轴，要求其具有高的疲劳强度、韧性和轴颈的耐磨性，因此，需要通过对零部件失效原因的分析，找出导致失效的主导因素，准确确定出零部件所必需的主要使用性能。

材料的热加工工艺性能

工艺性能对大批量生产的零部件尤为重要，因为在大批量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产的关键。金属材料、高分子材料、陶瓷材料的工艺性能介绍概括如下。

1.金属材料的工艺性能

金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力。金属材料的加工工艺复杂，要求的工艺性能较多，主要有机械加工性能、材料成形性能。

机械加工性能是指材料接受切削或磨削加工的能力。一般用切削硬度、被加工表面的粗糙度、排除切屑的难易程度以及对刃具的磨损程度来衡量。硬度太高，刃具磨损严重，切削加工性下降；硬度太低，则不易断屑，切削加工性也差。铝及铝合金的机械加工性能较好，钢中以易切削钢的杌械加工性能最好，而奥氏体不锈钢及高碳高合金的高速钢的机械加工性能较差。

2.高分子材料的工艺性能

高分子材料的加工工艺比较简单，主要是成形加工，成形加工方法较多。高分子材料的切削加工性能尚好，但由于高分子材料的导热性差，在切削过程中易使工件温度急剧升高，使热塑性塑料变软：使热固性塑料烧焦。

3.陶瓷材料的工艺性能

陶瓷材料主要工艺也是成形加工。按零部件的形状、尺寸精度和性能要求的不同.可采用不同的成形加工方法（粉浆、热压、挤压、可塑）。陶瓷材料的切削加工性差，除了采用碳化硅或金刚石砂轮进行磨削加工外，几乎不能进行任何其他切削加工。

材料的热加工工艺

1.合金的流动性

液态金属本身流动的能力称为流动性。合金的流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件；不易产生浇不到、冷隔等缺陷；金属液中的非金属夹渣和气泡易于上浮排出，不易产生夹渣和气孔；流动性好的合金能很好地补充铸件凝固产生的收缩，不易产生缩孔和缩松。

2.铸造方法

首先根据零件图样制成适当的模样，并用模样和配制好的型砂制成砂型，然后将熔化的金属注入型腔，待金属液凝固冷却后，从砂型中取出铸件，最后清除铸件的附着物，经过检验获得所需铸件，造型方法有手工造型和机器造型两类。

（1）手工造型，手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活，适应范围广，大小铸件均可生产，可制作复杂的铸型，工艺装备简单，设备投资少，单件、小批量生产时成本低。但劳动强度大，对工人技术水平要求高，生产效率低，铸件质量不稳定。主要用于单件、小批生产和大型铸件的生产。

（2）机器造型，机器造型主要是利用机器代替人工完成填砂、紧实和起模等工作。砂箱放在紧砂机工作台上，工作台在压缩空气作用下上下振动，初步紧实型砂。然后工作台上升，与压头接触，将型砂压实。机械装置将砂箱顶起，使砂型与模样分离。漏模机构将砂箱及砂型托住，而使模样漏下与砂型分离。砂箱和模样一同翻转180°，然后使砂箱下降，砂型与模样分离。

结束语

任何工程材料的使用都要经过一定的成形过程，不同材料与结构的零件需采用不同的成形加工方法。不同成形加工方法对不同零件的材料与结构有着不同的适应性，对材料的性和零件的质量也会产生不同的影响。因此.成形方法的选择直接影响着零件的质量、成本和生产率。科学规范的加工工艺，能够有效提高加工效率，更加节俭加工材料。所以，在今后模具设计与生产中应该对加工工艺进行深层次思考。

（作者单位：宁波工程学院）