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自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現新材料。出現了不少用這些新材料製成的車架。關於金屬合金材料的書很多，但是不是專門介紹自行車的材料，在此簡單介紹自行車的材料，供車友們參考。
(此內容是一位元海外的自行車運動愛好者于2000年所寫的內容的摘要)。
材料的常用知識
首先瞭解一下金屬材料的常用語。
應力以及變形
(1).應力的定義=σ=負荷/斷面積 (即：單位面積上所能承受的重量)
雖然負荷大，但是可以增加厚度來降低斷面積上的應力。從這裏也可知為什麼鉻鉬鋼、鋁、鈦管的厚度不同。
(2).受應力之後，用於車架的材料會變形。其變形可分為彈性變形和塑性變形。
彈性變形：雖然變形，但是除去應力後恢復原狀。
塑性變形：變形後除去應力也無法恢復原狀。
(3 .彈性率：彈性率所指的是像彈簧一樣變形的材料的低抗程度。彈性率高的材料硬，承受負荷後變形也少；彈性率低的材料較軟，承受負荷後變形較多。作為自行車的材料，有些部位需要變形多些，有些部位需要變形少些。
彈性率以楊氏彈性模量來表示。資料越大彈性率越高。下表為自行車的各種材料的楊氏彈性模量。
楊氏彈性模量
用在自行車上的材料
楊氏彈性模量(GNm^-2)
鉻鉬鋼 (低合金鋼) 200-207
鋁合金 69-79
鈦 116
鈦合金 80-130
碳纖 70-200
鎂合金 41-45
從上表可知鉻鉬鋼的彈性率最高，鎂合金的彈性率最低。彈性率將決定材料剛性的強弱，對自行車來說該資料是很重要的。
屈服強度、拉伸強度
屈服強度：是彈性變形的極限，也叫屈服點。增加應力到一定程度時成為塑性變形，也就是變彎了。
拉伸強度：指的是增加應力到一定程度時不單是成為塑性變形，還被拉斷。
自行車材料的拉伸強度
用在自行車上的材料
拉伸強度(（MPa，N/mm︿２）
SCM415 (鉻鉬鋼) 834以上
6061 (6000系鋁合金)
無熱處理的場合 100以上
有熱處理的場合(T6) 246以上
7005 (7000系鋁合金)
有熱處理的場合(T6) 345以上
7075 (特超硬鋁，飛機合金)
無熱處理的場合 230以上
有熱處理的場合(T6) 597以上
CPTi (純鈦)
有熱處理的場合(T6) 597以上
用的較多的純鈦為如下：
PTT800 800
Grade4 588～753
UTT75 753
3-2.5Ti （３％Al－2.5V Ti合金）
685以上
6-4Ti （６％Al－４V Ti合金）
有熱處理的場合 (時效)1160
無熱處理的場合 980
密度
密度是單位體積的重量。密度是決定車架的重量時重要因素之一。設計輕的車架時不可勿視的資料。但是密度小不等於車架輕。
用在自行車上的材料 密度（g/cm︿3）
鉻鉬鋼(低合金鋼) 7.9
鋁合金 2.6-2.9
鈦 4.5
鈦合金 4.3-5.1
碳纖 (CFRP) 1.5-1.6
鎂合金 1.7
從上表可知鉻鉬鋼密度最高，鎂合金最低。密度低的話，可以製作輕車架，假若這樣認為的話只講對了一半。還要老慮拉伸強度、彈性率等因素。雖然密度低，但是強度不夠的話也不行，密度低1/3不等於重量也輕1/3。
增強材料
重排：所指的是在金屬結晶中會產生的移動現象(原子間存在間隙，使結晶移來移去)。發生重排現象時金屬會變形。強化材料也就是想辦法製造出不要發生重排現象的結構。在此介紹4種強化材料的方法。固溶體強化、析出強化、通過硬化加工來增強、結晶體的微細化來增強。
固溶體強化
在鐵等母體材料中熔入鉻、鉬等，使母體材料變成不同半徑的結晶構造。此時的原子稱為固溶體。在此舉個例來說明這種現象。比母體的原子半徑小的原子進來時發生的現象。
「在電梯裏已有9位大漢子已相當擁齊，此時進來了小孩，為了防止小孩被擠壞，漢子們開始靠向四周」。
比母體的原子半徑大的原子進來時
「在電梯裏已有9位大漢子已相當擁齊，其中有一個人下了電梯，但是又進來了肥胖的大娘，此時漢子們又開始靠向四周」。如上述現象在結晶體四周發生了應力，使得重排現象變小了。利用這個方法的是鉻鉬鋼。
析出強化
當前，自行車材料中的鋁合金製品普遍受到歡迎。增強鋁的方法將在鋁項目中記述，在此只講強化的原理。固溶在金屬中的添加物，會產生飽和狀態(不完全溶解)，添加的量超過飽和狀態時，因未能完全溶解而析出。
具體地說，提高溫度時飽和量也增加，完全溶解的瞬間開始慢慢冷卻時，能析出大的結晶。用食鹽來做實驗會看到這個現象，食鹽的場合，急速冷卻時析出細小的鹽結晶，但是金屬一般不會析出，若冷卻速度快時，不會析出而強迫使它固溶。
對處於此狀態下的金屬，逐漸提高它的溫度時慢慢析出。在此需要注意的是過於析出不可，析出不夠也不行，溫度過高、過低也不可以，該溫度叫作熱處理溫度(也稱作人工時效處理)。最理想的是析出的結晶細而均一，從而阻止重排，材料不容易變形。舉個例子：「走在森林裏，若大樹較多時容易走路(大的析出物)，密密麻麻小樹多的話不容易走(細小的析出物)」，和這個道理一樣細小的析出物較難重排。
硬度加工來增強的方法
對材料進行加工就產生重排現象，也就產生材料的變形。各種材料的重排現象是極為複雜，不在此記述，簡單地說：重排後不是整齊地排隊，而複雜地齧在一起的話，材料的變形就困難了。如馬路上走路時，走路的人不斷增加(重排的增殖)，就難於前進(重排移動變得困難，從而不容易變形)。利用此方法的有管道拉拔和噴丸硬化(SHOT PEENING)。
結晶體的微細化來增強
結晶在高溫下完全溶解後，急冷時得到微細的組織。這個過程叫作淬火。結晶變微細後，重排移動的連續性就難於保持，結果材料得到了增強。(比方：人能活動的範圍變小了)。
鉻鉬鋼 （Fe-Cr-Mo）
在自行車的100年歷史當中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。鐵制車架的最大特徵是可在各種成份，各種粗細厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進行加快。因此可以選擇最適合於的尺寸、剛性、騎感的車架，這對於數毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點是比起其他的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會輸給輕的合金。
鉻鉬鋼是鉻、鉬的合金。它的性能如下：
○淬火性好。
○對回火處理的抵抗性大。
○回火脆性傾向少。
○高溫加工性好，加工後美觀。
○熔接性好。
(右圖)BRIDGESTONE ANCHOR的鉻鉬鋼車架，該公司的宣傳用語是"與鋁合金制一樣輕"，價格約(左)6,700多元，(右)5,000多元。
●鉻鉬鋼車架的優點
(1).加工性好
鉻鉬鋼的車架是歷史最久的車架，因此對它的研究時間也最長。現在能做到車架所需強度的極薄的管道。
(2).衝擊的吸收性能好
騎感極好，如「像彈簧般的騎感」。構成車架的鉻鉬鋼管道有優異的吸收衝擊的性能。
(3).焊接容易
鉻鉬鋼比起鈦、鋁焊接容易。可以設計成名種形狀。另外，焊接後也不需要熱處理，因此不需要大型的熱處理設備，成本低。
(4).價格便宜
雖然有些高擋次的鉻鉬鋼車架價格貴，但一般價格便宜。也可以說，用便宜的價格買到高擋次的車架。
●鉻鉬鋼車架的缺點
(1).容易生銹
車架用的鉻鉬鋼含有鉻，但是添加量少(不銹鋼含有12%的鉻)的鐵系合金。若沒有施有表面處理的話，有傷口時容易生銹。但是一般都有進行防銹加工。自行車的場合，管道的肉壓薄，生銹後的影響將會非常大。生銹→肉壓減少→強度下降(應力集中)。
(2).金屬的疲勞顯著(應力集中引起的金屬疲勞)
若使用肉薄的鉻鉬鋼車架時需要注意！當然金屬疲勞這個現象任何金屬都會產生包括鋁等在內。金屬疲勞現象簡單地說：金屬雖然具有防止塑性變形的小小的力量，但是反復施加應力時，金屬可能被破壞(被稱為微細的應力集中)。飛機出事時，有時候也是某部分的金屬疲勞引起。對自行車來說，由於金屬疲勞的原故，可能出現強度不能保持。例如，進行DH時產生的衝擊縮短了自行車的壽命。若感覺到踩踏時不那麼順利前進時很有可能是金屬已發生疲勞。
焊接部位，如從管道側(母體)到溶融的部位(溶接部)，結晶的特性都會顯著變化。為使這些組織均一化，本來應該再次結晶化(詳細內容後述)。但是車架加工廠不一定有這種大型爐，另一方面，這種加工使已經冷卻過的再次硬化，使得變增強的管道的強度降低。
由於存在上述原因，焊接時採用各種方法來加工。如利用低溫焊接等方法製造車架。不管是任何優秀的焊接，，焊接部位(1000°C以上)和另管道側(室溫)之間的溫度差，冷卻時收縮而發生殘留應力。該部位受到應力集中時，可能會產生裂縫。結果自行車騎的時間長時可能會引起金屬疲勞，微觀的硬化加工也使衝擊的吸收性也變得差。
鋁合金 （Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-(Cu)）
很久以前就有用鋁合金製作的車架。輕而價格低是它的優點。但是從「輕」來說，當前與鐵素材比較相差並不大。老車手對它的反應是「雖輕但易彎曲 」。雖然經過多次改進，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進行熱處理等，製造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛性。
鋁合金是純鋁中加入Mg，Zn，Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優點，加入其他金屬後顯著提高了機械性能。自行車所使用的鋁合金多數為6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)兩種，經過熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質)可以製成名種各樣的材料。
6000系被認為是耐腐蝕、強度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的機械強度。
7000系是鋁合金中最強的材料。尤其是7075是特超硬鋁(製造飛機的材料)，但是它的焊接難度大，耐腐蝕性差(會發白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的機械特性。表中的有關熱處理以如下數字來表示：
-0：完全退火
-T5：人工時效(無溶體化處理)
-T6：溶體化處理後人工時效
-T7：溶體化處理後穩定化處理
-T8：溶體化、硬化加工、人工時效
(右圖)i-DRIVE車隊用在XC比賽時的鋁制輕量型車架，價格約2萬元。
6061合金的機械特性
熱處理
伸長強度 (MPa)
耐力
(MPa）
伸長
（％）
剪斷強度(MPa）
布氏硬度
疲勞強度(MPa）
T5
190
148
12
119
60
67
T6
246
218
12
155
73
67
T83
260
246
11
155
82
-
7005，7075合金的機械特性
合金名稱 熱處理 伸長強度(MPa） 耐力
(MPa） 疲勞強度(MPa） 伸長
（％） E
(GPa）
7005 T53 345 305 130
(7003) 10 74
(7003)
7075 0 230 107 163 17 74
T6,T651 597 526 163 11 74
●鋁合金車架的優點
(1).可以製作重量輕的車架
鋁的比重輕但不夠硬，為了增強強度把它製成合金並施予熱處理。熱處理採用時效析出增強法，簡單地說，在金屬內形成一種妨礙金屬變形的物質。在某種高溫下進行熱處理時，會引起時效析出，若沒有經過這個程式的車架，也會引起常溫時效。就是說把車架放置在房間內也會逐漸變強。
許多鋁合金制車架用6061T6材料來製造。T6標誌表示經過熱處理、時效。若沒有熱處理的話強度只能達到1/2，或者1/5的程度。
有7075標誌的自行車零件(如XTR曲柄等)，嚴格來講沒有經過熱處理。也就是說因沒有時效，因此是常溫時效。7075合金本來就必要進行熱處理，通過熱處理其強度可以增加5倍。
另外，7005合金也常用來製造車架，它的強度比不上7075，但是它在常溫下也能夠進行足夠的時效的材料。這種材料也可用Padded加工製成薄料。但是材料本身的強度及楊氏彈性模量低，因此加粗管道直徑來提高剛性。通常被稱作鋁制粗管道的是這種類型。
(2)長時間使用外觀不怎麼變化
鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什麼不生銹呢？原因是該氧化膜達到一定的程度時防止繼續生銹。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發現變化(有時會發白)。
另一方面，騎這種材料製造的自行車時，騎的次數越多，應力發生的次數也高，強度也顯著引起變化。近來為了謀求輕量，許多車架使用薄料來製作(薄的程度已達到極限)。這些都是使用沒有疲勞極限的鋁合金來製作車架，到底長時間使用後強度變化將是如何呢！Dedacciai公司製作的SC61-10A等是表面施有噴丸硬化加工(KET處理)的管道，這種加工的目的是延長疲勞的壽命。根據公開的資料，能提高140%。，KET處理是：疲勞破壞是在金屬表面上所發生的裂縫為起因，因此用硬化加工技術來提高金屬表面的硬度。
●鋁合金車架的缺點
1).鋁是彈性率及剛性低的材料。因此採用粗的管道，或者改變形狀如cross-over管、padded管等。
(2).需要進行熱處理
必需進行熱處理，否則強度不夠。因此一般的規模不大的工廠無能力購買熱處理設備。尤其是6000系的鋁合金管，多數情況是管道廠家指定熱處理條件。
鈦、鈦合金（Ti,Ti-Al-V)
美國在60年代首次使用鈦合金來製作自行車車架。鈦合金給人的印象是「輕而硬」。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合於長距離賽車，也不是適用於所有的比賽，只適合用在山嶽，或者Big reces, Time traial等需要輕型車的特定的場合。開始時鈦合金使一些人著迷，曾經有些熱中於輕量化的騎手，把所有的螺絲都換成鈦合金制的才滿意。鈦金屬給一些人錯覺，貴而稀有，實際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由於合金的製作成本高，價格才較貴。
金屬鈦比重輕、強度大，同時耐腐蝕性高的材料，一般用在特殊的環境裏。在金屬鈦裏添加鋁、釩(Li.V)時強度顯著提高，熱處理也和鋁合金一樣通過時效處理可以提高強度。
鈦合金的機械性能
合金名稱
區分
拉伸強度(MPa）
耐力（MPa）
伸長（％）
E(GPa）
純鈦
JIS 3種
480～620
345
18
105
Grade 4
550
480
15
PTT800
800
─
─
UTT75
750
─
─
3-2.5Ti
退火
685
590
20
─
6-4Ti
退火
980
920
14
110
時效處理
1160
1100
10
●鈦合金車架的優點
(1).可以製作輕量而強度大的車架
純鈦金屬的強度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利於設計。
(2).不生銹：鈦在一般的環境下幾乎不會被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時，成為電極狀態，電位差使局部通電引起腐蝕。對此現象採取的措施是用脂膏等來絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失後也用來防止緊密接觸。這種金屬粉末有導電性也不要緊，接觸後被較小的荷重破壞掉。這種現象稱為「粘住」，它和「烘焙」是不同的。
「粘住、咬合」：金屬之間通過腐蝕來接合的現象。
「烘焙接合」：加工金屬時所產生的熱量來溶融接合。
(3).騎感好
鈦也用在避震器的彈簧上。現在用鈦製成的車架適合於長時間的騎行。有些車手酷愛鈦制車架，認為騎感極佳。但是個人各異，有人和鉻鉬鋼比較後認為，鉻鉬鋼的車架衝擊吸收性比鈦車架好，騎感也比鈦車架好(這和鉻鉬鋼車架的形狀以及用薄的管的結果應力得到增大也有關)。假若鈦管的加工技術得到進一步改進，也許會有和鉻鉬鋼同樣的騎感。
有些鈦制車架使人感到搖擺，這也許是使用plane管(沒有加padded的，厚薄不能變化的管)有關。或者雖使用高強度的鈦合金，但沒有用薄的管等也有關係。
●鈦合金車架的缺點
價格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態存在，提練及加工過程複雜，技術要求高，並花時間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因為鈦和氧的親和力極強，和空氣接觸後馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語)用鎢電極及氬氣體進行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進行。由於以上原因鈦車架價格很貴。
近來有些鋁合金車架比鈦合金車架價格貴，這說明鈦合金車架的價格下降了。其因是冷戰結束後軍費縮小，鈦的用量少了；優秀的技術員開始用鈦來製作車架；製作鈦車架的成本降低等原因。
碳纖維 （CERP)
碳纖維車架的特徵是「輕、不彎曲、衝擊吸收性好」，但是，充分發揮碳纖維的優異性能，在技術上看起來不是那麼容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。自行車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來製作車架。雖然存在上述的現實問題，但是碳纖維車架還是具有其他素材所沒有的優點，可以製造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現其優點，登坡順利而爽快。而不會像一些輕的鋁合金車架，登坡時感到有一種向後拉的力量。
碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西。非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強但容易斷)，因此採用把薄料層層重疊的方法來解決缺點。(右圖)COLNAGO牌的碳纖維車架，2萬多元)
●碳纖維車架的優點
(1).可以製作重量輕的車架
碳纖維車架是把碳纖維對著發生應力的方向層層疊而得到強度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強的拉伸強度構成的。
捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號1.2kg重
(2).衝擊吸收性好
碳纖維用來製作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領域。利用它的吸收衝擊力優異的性能，製作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的 ELEVATED車架是著名的。但是各個廠家之間的品質差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎後才能知道好或者不好。
(3).可以製造各種形狀的車架
碳纖維的基本成型方法是，在模具上鋪上纖維片然後流入樹脂並燒固。可以製成各種形狀的車架。如TREK的Y車架是著名的。
●碳纖維車架的缺點
(1).複雜的應力計算
構成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點是拉伸強度強，但剪斷強度弱，加工時需要進行複雜的應力計算(縱剛性、橫剛性)，根據計算把碳纖維片重疊成型。加工技術各廠家各異，應選擇有經驗而可靠廠家的製品是很重要的。
(2).難於更改尺寸
由於作好模具後成型，難於更改尺寸。無法相應多尺寸多款式的訂單。
(3).老化？
使用樹脂因此會不會老化？這是一個存在的課題，它放置在陽光下時會逐漸變白。當然這種現象關係到廠家的技術。最好不要放置在陽光下。
金屬為基體的混合物（M2，MMC)
金屬為基體的混合物是在鋁素材中混入陶瓷粉末或者纖維等物體，使它析出增強，製造出強度大的材料。它的強度比鋁合金強許多，是一個新的素材。有的混入氧化鋁粉末。M4指的是再多加入兩種合金，用這種材料製成的車架衝擊吸收性更好。
●金屬為基體的混合物車架的優點
(1).可以製作重量輕的車架
它和鋁合金比較，拉伸強度大，極薄的管也能保持強度，因此車架很輕。這種輕是有剛性的輕。
(2).剛性高
如SPECIALIZD的M2車架使人感到很結實，管的直徑也大，剛性也好。
●金屬為基體的混合物車架的缺點
(1).焊接
關於這方面的資料很少，看實物焊珠部分正常，但是GUSSET就年年大型化。補強的目的是什麼？尚未清楚。陶瓷粉末在鋁母體中均衡地存在，進行焊接時陶瓷粉末能否均衡分散是個非常困難的事，能獲得何等程度的機械強度是大家所關心的事，總之，由GUSSET補強已達到相當的水平。
(2).衝擊吸收性差
關於這一點很多人有同樣的感覺，前部有避震器因此個人的感覺會有差異，但是後部非常明顯，衝擊力太大，會腰痛的。該材料的車架不適合於長途騎行。但是在時間短的比賽中能發揮威力。
鎂合金
鎂的比重很輕(1.74)，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領域裏，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過合金化耐腐蝕性也得到進一步提高。
●鎂合金車架的優點
(1).可以製造重量輕的車架
它比鋁密度低，可以製造輕的車架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢園化等方法來解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來可能會被鎂合金取代？？鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今後仍然會活躍下去。
(2).加工性好
鎂制車架加工不會差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過合金元素來回避的話，剪斷、溶接性可能不會差。和鈦比較起來加工性好。
●鎂合金車架的缺點
(1).耐腐蝕性如何？
生產鎂車架的廠商都說耐腐蝕性好。但是這方面的資料當前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難於判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)製成合金來使用，製成的鎂合金強度、機械性能都得到提高。有些人曾經使用過鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說：「雖然用了很久，但是很好，不會象鋁般發白。
(2).鎂的楊氏彈性模量(決定剛性的因素)比鋁低許多，要增加其剛性管的直徑要大，這可能會影響對空氣的阻抗？。
(3).成本如何？鎂已經用在筆記本電腦的框體上，用它來製作車架成本將是如何？現在尚未知。
鍛造和鑄造
製造自行車的部件要經過鍛造、鑄造、切削、研磨等加工過程，在此簡單介紹鍛造和鑄造。
鍛造：鍛造是把棒狀、板狀等的鐵錠加熱，然後用錘子打，或者用油壓等加壓成形。用這個方法加工的比起鑄造在拉伸強度、粘性強等方面好許多，可以製成非常好的製品。強度大而薄，材料的浪費也少。是一個很好的加工方法。如劍是用這種方法加工的。缺點是價格貴，不適合於大量生產，加工複雜形狀的困難等。
鑄造：鑄造是把金屬溶融後注入模具中冷卻成形。它的優點是可以製造複雜形狀的物體，適合於大量生產，價格便宜。如壓鑄加工可以製造強而複雜形狀的製品(照相器的機體、鋁制車圈等等。但是強度遠遠比不上鍛造。不能進入模具部分的材料浪費(當然這些材料以迴圈使用)。
鍛造
鑄造
單件的成本
高
便宜
強度
比較強
比較弱
用在自行車上的製品
高級曲柄
廉價配件
材料和環境
何謂腐蝕：腐蝕是金屬和環境之間科學地相作用的結果改變了金屬的性質，金屬與環境，或者構成它們的一部分實用體系機能受到了損傷。簡單地說金屬表面變質了。對自行車來說金屬表面受損傷時會引起生銹，其中鉻鉬鋼車架最為明顯。腐蝕自行車的最大原因是下雨，尤其是酸雨的腐蝕性最勵害。
鉻鉬鋼和環境的關係
塗漆加工粗糙以及沒有防銹加工的車架，鉻鉬鋼管表面和塗漆之間開始腐蝕，塗漆部分彭脹起來，或者局部受到腐蝕。若發現自行車受傷，建議把受傷部位擦乾淨並用錘刀搞平傷口，防銹加工後塗漆。總之傷口是腐蝕的最大原因。
另外，發生應力多的部位也容易生銹，如焊接周圍，彎曲部位等。廉價的自行車，焊接後沒有熱處理(消除應力退火)就出貨，這種自行車若發生生銹，局部或整體不斷地腐蝕下去。
鋁和環境的關係
鋁從外觀上看起來是相當耐腐蝕的材料。尤其是經過鋁表面鈍化處理的強度更大。這種處理是除了美化表面外，在鋁的表面形成的多孔質地Υ-A1203(氧化鋁)，用滾水或蒸氣處理，封住其孔(如禧碼諾XT.XTR)。氧化鋁非常耐腐蝕，不被一般的酸溶解(如鹽酸、硝酸等)，只能溶在氟酸等強酸。它也使用在研磨劑裏，不可見它的耐腐蝕性極強。
碳纖維和環境的關係
碳纖維含有樹脂因此也可以說耐酸。但是對碳纖維來說應多考慮內在因素，它用樹脂因此樹脂老化的可能性是存在的。碳纖維制自行車不使用時應該避開陽光，日光和環境的溫度對它的影響最大。
鈦和環境的關係
耐腐蝕性極佳(被使用在和原子能有關的部門)，不怕雨水、不怕受傷、沾上水滴也不用抹乾淨。用這種材料製作自行車實在浪費？？但是鈦也有缺點如前述(異種金屬腐蝕)，如鋁制配件和鈦制配件接合在一起時逐漸被腐蝕掉。
除了鈦之外，其他金屬之間也會發生異種金屬腐蝕，尤其是坐管部位，例如，把鋁制坐管和鉻鉬鋼車架接合在一起而不管它時，接觸面變成褐色，甚至於無法把它們解脫下來。
金屬的疲勞度
自行車和疲勞
製作自行車車架的材料有鉻鉬鋼、鋁、鈦、碳纖等。其中用最薄的管來製作的是鉻鉬鋼車架。它的加工性好，材料便宜，騎感好，但它必需製成薄壁管，這種薄壁的管會有較高的拉伸強度和加工性。
鉻鉬鋼的強度較容易逐漸減弱，也就是較容易疲勞的現象表現在如下。
(1).同樣的衝擊力加在各種材料上，鉻鉬鋼薄管所發生的應力最大(容易發生疲勞而引起的破壞)。
(2).對鉻鉬鋼的研究的歷史較長，最大限制地利用它的特性製成極薄壁的管，應力雖然發生的各個局部部位，但是對整個管來說會發生較高的應力。
(3).由生銹引起的全面腐蝕將會引起管壁的變化，結果這個現象又提高了應力，引起疲勞破壞。
(4).應力集中在局部而生銹、或者外傷引起的凹處，從該處引起疲勞破壞。
(5).參加比賽時產生的衝擊，使車架發生較高的應力，使用的次數越多，疲勞破壞也逐漸增多。
以上主要是針對鉻鉬鋼，但是近來鋁合金制的車架發展迅速，有許多用薄壁的鋁管制作的車架，它們是否上述的鉻鉬鋼制車架一樣，發生疲勞破壞呢？尤其是鋁沒有耐疲勞限度，很小的應力也必定會產生破壞。其應力越大破壞所需時間越短。現在所出售的極薄壁管的鋁制車架，廠家都未明確注明其壽命。
焊接和疲勞
鉻鉬鋼車架的焊接使用銀焊料的焊片焊接較多。鉻鉬鋼管是在再結晶溫度下焊接，因此管的強度不會降低，也不會變質。但是所使用焊片加重了管的重量。
鈦管是使用前述的Tig溶接，焊接時所使用的不活性氣體的水蒸氣、或者不純物體在溶接時混入的可能性是存在的，這些事可能將成為引起疲勞破壞的原因。溶接不良使得應力集中在溶接部位，也會引起疲勞破壞。
剛性
曾經多次提過決定剛性的重要因素是楊氏彈性模量，但是管的外徑也會影響剛性。
最大剪斷應力
車手騎在自行車上面時，複雜的應力加在車架上面。尤其是轉向握把，或者站立騎行而使車子搖擺時，假若車子的剛性不足時，騎起來很不舒服的。車架的剛性夠不夠往往是在這種場合被議論。在此著重講一講複雜的應力中，在管道上施於扭等動作時的轉矩的情況。在轉矩存在的狀下，最大剪斷應力發生在管的外周，它的公式加下。
在此τmax是最大剪斷應力，M是給管道的外來荷重，Do是外徑，Di是內徑。所發生的最大剪斷應力由外來的荷重和管的外徑、內徑所決定。從這個公式可以設想：材料本身固有的資料之外，改變外徑、內徑來得到所能承受的最大荷重。
下述公式表示管道所能承受的外來荷重。
剛性比、重量比
在此簡單說明加倍外徑、內徑時的剛性及重量的變化。重量比的計算結果為4倍。2φ表示外徑、內徑為2倍。
剛性比的計算結果如下所述8倍。
從上述計算結果可知，改變外徑時重量加大到4倍，強度增加到8倍，效果還是很大的。利用這種方法也有限度的，外徑過於大時對於外來的壓力會增加面法線的壓力成分，如金屬表面容易凹進去(象啤酒的罐般)。
車架的壽命
車架強度的探索
車友們，希望你的自行車能用多久？除非有經濟條件許可者追求新款式自行車之外，一般都希望能使用越久越好。在此主要記述影響車架強度的金屬疲勞問題。
在前面已講過自行車的金屬疲勞是不可避免的現象。具體地說：影響最大的是，加在管上的應力、管的材料、疲勞極限。
設計自行車管道時，增加應力的話，不得不增加管壁的厚度。疲勞極限高而薄管壁的加工方法，目前主要採用Padded加工方法，這種方法是：發生集中應力的部位如接合部位，按理應增加該部位的厚度，但是不增加厚度，代替它的方法是，減少應力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此舉幾個薄壁管道的例子。
高級鉻鉬鋼管：中央部位的管壁厚度為0.5mm。Dedacciai公司的最高級鉻鉬鋼管的管壁厚度為0.4mm。
鋁制車架：Dedacciai公司的最高級鋁管SC61-10A的管壁中央的厚度為0.8mm。最便宜的鋁制車架的管道的厚度為1.8～1.3mm，可見Dedacciai公司的最高級鋁管的厚度多麼薄！這種薄的管使人感到強度行不行呀！
鈦制車架：關於鈦制車架有Panasonic的0.6mm厚度。另外，在鈦制車架方面最著名的美國Litespeed公司，該公司的廣告用語是：我們的鈦合金的疲勞壽命可達到鋁、鐵的5倍。
作為自行車運動愛好者來說，能夠騎上把管壁加工至極限的薄而輕的車子是可以接受的，但是乘騎的次數越多，強度越下降，年年要換新的車子的話，薄料的車子有什麼用呢，當然專業選手就不同了，他們有練習用車及比賽用車。是否能夠維持性能特性的車架應成為選擇車架的條件？
車架的外觀
容易生銹的自行車讓人討厭，雖然小心愛護自行車，但是總是會生銹，愛護車的人看到這種現象很心痛的。因此人們尋找不會生銹的自行車如鋁或鈦制自行車。
筆者心目中的理想的自行車
●材料的選擇
已經介紹了幾種自行車材料，總地來說，騎感好的是鉻鉬鋼制的、要輕的是鋁制的，衝擊吸收性最好的是碳纖。鈦合金制的上述各種性能都不是最好的，但是為什麼對它感興趣呢？因為它是有前途的金屬。
●鉻鉬鋼已經使用了很久，對它的研究也最多，除非有什麼突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。使用適正厚度的管道時重量是會增加，但是不容易引起金屬疲勞，這種車能帶給車手極佳的騎感。有些自行車競技必需用鉻鉬鋼制的車子，因為它很結實，容易操作。這種車子才是鉻鉬鋼本來的面貌。有些薄壁的鉻鉬鋼車子，金屬表面很容易凹進去，那種車子是不行的。單純地追求薄壁的管道的現在，鉻鉬鋼應該走自己的道路，充分發揮其優勢，否則很可能被其他材料淘汰。
●自行車用鋁管，當前的設計方針很危險，鋁是沒有疲勞極限，為了降低應力應該增加厚度。但是為了單純地謀求薄壁，使用強勒的新合金來製作車架。從外觀來看這些製品使人引起很不錯的錯覺，但是疲勞壽命將是如何呢？鋁管的薄壁程度已經到了極限，不可能再薄下去。結果它的命運將和鉻鉬鋼一樣。進一步來說，騎車摔倒時，因它塑性變形量少，破斷時很可能發生一口氣的脆性破壞。今後鋁制自行車向那一個方向發展呢？我認為可能會成為比賽專用自行車的素材。若用鋁制自行車來練習，一定會感覺到性能的降低顯著。
●碳纖維制自行車是有前途的，通過應力計算會找到最適合的加工條件。另外是信心問題，假若廠家應該提供可信賴的割裂、耐用等資料時，需要量會增加。當前尚存在各種問題。
●鈦管還有發展的餘地，強度可能會超過鉻鉬鋼，現在已能製造1.5kg的車架，將來一定會出現1kg的車架，鈦必定會奪去鋁的"輕量王"的寶座。另外，鈦不需要塗漆，可減少這部分的重量(20～40g)。將來最理想的是鈦制自行車？這只是紙上談兵，和車友們一起探討。筆者所選擇的鈦合金是下述的β合金Ti -15Mo-5Zr-3Al (在TI中添加15%的Mo，5%的Zr，3%Al)。
其他材料如鎂、不銹鋼等不在此記述。這些材料也許將來會有新的突破也說不定。
在此例出各素材的拉伸強度，從下表可知筆者所選的鈦合金是多麼優秀。
合金名稱
拉伸強度（MPa）
伸長（％）
PTT800(純Ti)
800（通常純Ti為550）
＞18
Ti-3Al-2.5V
685
＞20
Ti-6Al-4V
1160
10
SCM415
＞830
＞16
Ti-15Mo-5Zr-3Al
1470
14
筆者所挑選的車架的構造
車架的構造正統的鑽石型(有前三角的車架)的最適宜。因為這種正統款式下訂單時可變性大。其他款式的無法解決各種樣求。chine stay和seat stay不採用碳纖的混合體。我最關心的是接合部位，該部位長期使用時其強度如何變下去，因為我要求自行車的壽命要長。
下管選擇Panasonic的cobura管，中心厚度要求0.45mm，接合部位1.2mm。上管用double badded，向橫方向壓採取縱oval。坐管採用high seat30mm，seat徑26.8mm，因為筆者已有的pillar為27.mm和26.8mm。車頭是過大形的車把立。seat stay要S形彎曲，由此吸收衝擊性。chine stay增加厚度，採用肉厚的薄管。
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2007年2月2日 星期五
硬质合金www.tool-tool.com
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刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以＂刀具＂一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
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刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以＂刀具＂一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
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鋁合金的析出硬化處理www.tool-tool.com
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鋁合金的析出硬化處理
陳克昌教授編撰
一. 實驗目的
1. 瞭解析出硬化的機制。
2. 學習鋁合金析出硬化處理之適當作業步驟。
3. 學習析出硬化效果之量測。
二. 實驗設備
中溫加熱爐、低溫加熱爐、淬火槽、硬度試驗計及金相觀察設備。
三. 實驗原理
1.析出硬化簡介【1~8】：
二十世紀初德國人Alfred Wilm 把含有4%Cu及微量Mg和Mn之鋁合金，經高溫淬火後，室溫放置或於稍高溫下恆溫處理一段時間，發現此合金有時效硬化現象；即其硬度和強度會隨放置（或處理）時間之增長逐漸增加。1930年代Guinier和Preston利用X-Ray繞射法量測出微細析出物的存在，1950年代TEM發明而可直接觀察析出粒子，使析出硬化之理論快速進展而逐漸建立。目前已可使某些鋁、鈦、鎂和銅之合金、不銹鋼、超合金及麻時效鋼等結構材料，利用析出硬化處理大幅提高它們之強硬度。
析出硬化處理的最基本程序至少須包含三個步驟：溶體化處理（solution treatment）、快速淬火（quenching）及時效處理（aging treatment）。溶體化處理是將材料加熱至固溶線以上之單相區，持溫一適當時間使合金元素全部溶入基地而形成單相固溶體。快速淬火至低溫，則材料形成過飽和固溶體。時效處理是要把過飽和固溶體放置於室溫或在稍高溫恆溫加熱，使超過溶解度的合金元素或金屬間化合物逐漸析出，來產生強硬化的效應。因此，能析出硬化的材料必需具備兩項基本的特性：（1）主要合金元素的溶解度須隨溫度之升高而增加，亦即能在淬火後形成過飽和固溶體。（2）能在室溫或稍高溫析出微細又密集的非平衡相析出物。
2.熱處理型鋁合金【3】
鋁合金因所含的合金元素及產生的組成結構對熱處理的反應不同，一般可粗分成兩種類型，熱處理型與不能熱處理型鋁合金；前者是指鋁合金之強硬度主要可藉熱處理（析出硬化）來增大，後者之強硬度只有利用固溶硬化或加工硬化來增大。屬於熱處理型之商用鋁合金有2000系之Al-Cu-(Mg)，6000系之Al-Mg-Si及7000系之Al-Zn-Mg-(Cu)；其他1000系之純鋁，3000系之Ai-Mn，4000系之Al-Si及5000系之Al-Mg等合金雖亦具有析出硬化所需的第一項特性，但因析出物為粗大之平衡相，而不適合用為析出硬化型鋁合金。
3.鋁合金析出硬化的機制【3~6】
茲以Al-Cu合金為例，圖1【3，6】顯示此合金平衡圖靠富鋁之部份。在548℃以下Cu在Al內之溶解度由5.7%降至0.5%，因此，如把Al-5%Cu之鋁合金在545℃固溶體處理一星期後，合金元素Cu或金屬間化合物CuAl2粒子就完全溶入固溶體之內而成單相固溶體。此時若緩慢冷卻，則降至525℃左右將開始析出AlCu2，隨溫度持續的緩慢下降至室溫，AlCu2會長成沒有析出硬化作用的粗大析出物，如圖2【6】所示。如果固溶體處理後快速淬火至室溫水中，則高溫之析出被抑制而形成過飽和固溶體，如圖3【6】所示，大部份之溶質仍留在基地內。把此過飽和固溶體放置在室溫下（自然時效）或在稍高溫度中（人工時效）保持一段適當時間，使合金中過量的合金原子或金屬間化合物粒子於低溫中析出，此種微細之析出物在溶體內會產生應力場，對差排之滑移產生阻力而達到使合金硬化的效果，材料最後的性質就依析出粒子的大小和粒子在晶粒內的分佈而定。進行人工時效的溫度愈高，析出粒子的粒徑愈大、顆粒數愈少及分佈愈疏鬆，此種析出粒子對變形的阻力愈小，亦即對硬化之效益愈少；圖4【6】顯示出Al-4%Cu鋁合金在不同時效溫度下的時效硬化曲線，可清楚的看出在每一特定的溫度時效，其硬度均隨時效時間之增加先逐漸上升至最大硬度再逐漸下降，而溫度在110℃~130℃之間可獲得最大之硬化效益，溫和度太高或太低，其最高硬度都較小。
鋁合金在固溶體處理及淬火後的質地為一相當軟、常溫時狀態不安定的過飽和固溶體。欲安定，乃析出第二相，如G.P.一區和G.P.二區等中間相，這些相的晶粒和基地晶粒具有完全整合性（fully coherency），這種整合性使兩種晶粒間產生具有「鏈」與「鎖」的作用之應力場，在材料承受外力時阻止差排的滑移，如圖5【6】所示，亦即可阻止基材內部結構的滑動和變形，達到硬化鋁合金的目的。
由於析出需要時間，所以其硬度會隨時效時間的增加而增大。在常溫下進行即可獲得所需硬度者稱為自然時效（natural aging），一般以T4表示其鍊度（temper）。需要在稍高於室溫的條件下進行者稱為人工時效（artificial aging），一般以T6表示其鍊度。人工時效主要是要使析出硬化作用能在合理的期間內完成，因為時效溫度愈高達到最大硬度的時間愈短，唯所穫得的硬度愈低，如圖4所示。時效時間太長時，硬度會從最高點逐漸下降，即產生過時效（overaging）現象，這是因為析出粒子和基地間之整合性，將因析出粒子的成長而逐漸消失，先成為部份整合性（partially coherency），最後變成不整合性（noncoherency），亦即逐漸失去晶粒間的應力場，而失去硬化基地的功能，如圖6所示。
四. 實驗方法與步驟
1. 材料及試片準備
（1） 材料：AA2024，AA6061或AA7075鋁合金之板材。
（2） 試片尺寸：60㎜ ×30㎜ ×2㎜。
（3） 試片之邊緣須去除毛邊並用砂紙研磨。
2. 析出硬化處理
（1） 把三組試片放入中溫爐內、加熱至固溶體化溫度；各種鋁合金的固溶溫度參考表一。
（2）在固溶溫度保持1小時後，急速從爐中取出試片淬火於室溫之水中；容許之淬火延遲時間參考表二。
（3a）第一組試片淬火後，放置於室溫自然時效；時效時間分別為0.5、1、2、5、10、20、50及100小時。
（3b）第二組試片淬火後，放入低溫爐內作人工時效；人工時效溫度參考表一，時效時間同第一組試片。
（3c）第三組試片淬火後，先室溫自然時效1天（24小時），再人工時效，時效溫度及時間同第二組試片。
（4）對不同的時效處理型式及時效時間的試片作硬度量測、拉伸試驗及衝擊試驗。
（5）觀察並攝取各試片的光學顯微鏡組織。
五. 實驗結果
1. 分別繪製硬度、抗拉強度、伸長率和衝擊值與時效時間之變化曲線。
2.分析各試片金相組織的變化與時效溫度和時效時間的關係。
六. 問題與討論
1. 如何計算淬火延遲時間？為什麼淬火時須注意淬火延遲？
2. 為什麼2024鋁合金一般以自然時效進行硬化，而7075常以人工時效來進行硬化？
3. 討論人工時效時、溫度與時間對顯微組織(析出物)及機械性質的影響。
4. 比較三組試片的硬化效益。
七. 補充資料
1. 析出過程的說明示意圖如圖7所示。
2. 淬火延遲對時效後鋁合金機械性質的影響。
八. 參考文獻
1. J. W. Martin, "Micromechanisms in Particle-hardened Alloys", Cambridge University Press, 1980, pp1~78.
2. A. Kelly and R.B. Nicholson, "Precipitation Hardening", Progress in Metals Physics vol. 10, The MacMillan Company, New York, 1963, pp151~292.
3. 陳克昌，"非鐵金屬材料的熱處理"，材料科技，逢甲大學材料科學系，1983，第71~78頁。
4. 金重勳，"熱處理"，復文書局，1991，第463~475頁。
5. 葉均蔚，"鋁合金之析出硬化"、工程材料實驗（I）－金屬材料實驗，洪敏雄主編，中國材料科學學會，1999，第181~203頁。
6. C.R. Brooks, "Heat Treatment, Structure and Properties of Nonferrous Alloys", ASM , 1992, pp18 and 106~114.
7. R.E. Reed-Hill and R. Abbaschian, “Physical Metallurgy Principles”3rd. Ed.PWS Publishing Company, 1994, pp515~534.
8. P. Haasen, “Mechanical Properties of Solid Solution and Intermetallic Compounds”, Physical Metallurgy, Part II, R. W. Cahn and P. Haasen Ed., Elsevier Science Publishers, B. V., 1983, pp1376~1381.
圖1：Al－Cu平衡圖及富Al之部份平衡圖【3，6】
圖2：Al－5%Cu合金在545℃固溶處理一週後，緩慢冷卻至20℃之顯微組織【6】
圖3：Al－5%Cu合金在545℃固溶處理一週後，快速冷卻（水淬）至20℃之顯微組織【6】
表一：鍛鋁的熱處理條件[3] 表二：最小保溫時間及容許的淬火延遲[3]
合金名 固溶處理溫度 人工時效
AAA ℃ 溫度(℃) 時間(hr)
2014 495~505 約175 約8
2017 495~505 － －
2117 495~510 － －
2108 500~520 約170 約10
2024 490~500 約190 8-16
2025 510~520 約170 約12
4032 505~520 約170 約12
6151 510~525 約170 約12
6061 515~530 約175 6-10
7075 460~490 約120 約24
材料厚度 最小保溫時間(min) 容許延遲
(mm) 鹽浴爐 空熱爐 (sec)
<0.5 10 20 5
0.5~0.8 15 25 7
0.8~1.6 20 30 10
1.6~2.3 25 35 10
2.3~3.2 30 40 15
3.2~6.4 35 55 15
6.4~13 45 65 15
13~25 60 90 15
每再增13 +20 +30 －
圖4：Al－4%Cu合金在520℃固溶處理至少48小時後，快速冷卻至20℃，再進行不同溫度的時效處理之時效硬化曲線【6】
圖5：差排受硬粒子阻礙，再滑移切過二個硬粒子的說明圖【6~8】
圖6：（a）析出原子與基地完全整合，顯出界面的局部應變，（b）部份整合，顯出界面生成差排來舒緩應變，（c）不整合析出物【1】
圖8：淬火延遲時間對2024鋁合金時效後機械性質的影響【3】
圖7：時效處理時原子析出過程的說明示意圖【6】
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鋁合金的析出硬化處理
陳克昌教授編撰
一. 實驗目的
1. 瞭解析出硬化的機制。
2. 學習鋁合金析出硬化處理之適當作業步驟。
3. 學習析出硬化效果之量測。
二. 實驗設備
中溫加熱爐、低溫加熱爐、淬火槽、硬度試驗計及金相觀察設備。
三. 實驗原理
1.析出硬化簡介【1~8】：
二十世紀初德國人Alfred Wilm 把含有4%Cu及微量Mg和Mn之鋁合金，經高溫淬火後，室溫放置或於稍高溫下恆溫處理一段時間，發現此合金有時效硬化現象；即其硬度和強度會隨放置（或處理）時間之增長逐漸增加。1930年代Guinier和Preston利用X-Ray繞射法量測出微細析出物的存在，1950年代TEM發明而可直接觀察析出粒子，使析出硬化之理論快速進展而逐漸建立。目前已可使某些鋁、鈦、鎂和銅之合金、不銹鋼、超合金及麻時效鋼等結構材料，利用析出硬化處理大幅提高它們之強硬度。
析出硬化處理的最基本程序至少須包含三個步驟：溶體化處理（solution treatment）、快速淬火（quenching）及時效處理（aging treatment）。溶體化處理是將材料加熱至固溶線以上之單相區，持溫一適當時間使合金元素全部溶入基地而形成單相固溶體。快速淬火至低溫，則材料形成過飽和固溶體。時效處理是要把過飽和固溶體放置於室溫或在稍高溫恆溫加熱，使超過溶解度的合金元素或金屬間化合物逐漸析出，來產生強硬化的效應。因此，能析出硬化的材料必需具備兩項基本的特性：（1）主要合金元素的溶解度須隨溫度之升高而增加，亦即能在淬火後形成過飽和固溶體。（2）能在室溫或稍高溫析出微細又密集的非平衡相析出物。
2.熱處理型鋁合金【3】
鋁合金因所含的合金元素及產生的組成結構對熱處理的反應不同，一般可粗分成兩種類型，熱處理型與不能熱處理型鋁合金；前者是指鋁合金之強硬度主要可藉熱處理（析出硬化）來增大，後者之強硬度只有利用固溶硬化或加工硬化來增大。屬於熱處理型之商用鋁合金有2000系之Al-Cu-(Mg)，6000系之Al-Mg-Si及7000系之Al-Zn-Mg-(Cu)；其他1000系之純鋁，3000系之Ai-Mn，4000系之Al-Si及5000系之Al-Mg等合金雖亦具有析出硬化所需的第一項特性，但因析出物為粗大之平衡相，而不適合用為析出硬化型鋁合金。
3.鋁合金析出硬化的機制【3~6】
茲以Al-Cu合金為例，圖1【3，6】顯示此合金平衡圖靠富鋁之部份。在548℃以下Cu在Al內之溶解度由5.7%降至0.5%，因此，如把Al-5%Cu之鋁合金在545℃固溶體處理一星期後，合金元素Cu或金屬間化合物CuAl2粒子就完全溶入固溶體之內而成單相固溶體。此時若緩慢冷卻，則降至525℃左右將開始析出AlCu2，隨溫度持續的緩慢下降至室溫，AlCu2會長成沒有析出硬化作用的粗大析出物，如圖2【6】所示。如果固溶體處理後快速淬火至室溫水中，則高溫之析出被抑制而形成過飽和固溶體，如圖3【6】所示，大部份之溶質仍留在基地內。把此過飽和固溶體放置在室溫下（自然時效）或在稍高溫度中（人工時效）保持一段適當時間，使合金中過量的合金原子或金屬間化合物粒子於低溫中析出，此種微細之析出物在溶體內會產生應力場，對差排之滑移產生阻力而達到使合金硬化的效果，材料最後的性質就依析出粒子的大小和粒子在晶粒內的分佈而定。進行人工時效的溫度愈高，析出粒子的粒徑愈大、顆粒數愈少及分佈愈疏鬆，此種析出粒子對變形的阻力愈小，亦即對硬化之效益愈少；圖4【6】顯示出Al-4%Cu鋁合金在不同時效溫度下的時效硬化曲線，可清楚的看出在每一特定的溫度時效，其硬度均隨時效時間之增加先逐漸上升至最大硬度再逐漸下降，而溫度在110℃~130℃之間可獲得最大之硬化效益，溫和度太高或太低，其最高硬度都較小。
鋁合金在固溶體處理及淬火後的質地為一相當軟、常溫時狀態不安定的過飽和固溶體。欲安定，乃析出第二相，如G.P.一區和G.P.二區等中間相，這些相的晶粒和基地晶粒具有完全整合性（fully coherency），這種整合性使兩種晶粒間產生具有「鏈」與「鎖」的作用之應力場，在材料承受外力時阻止差排的滑移，如圖5【6】所示，亦即可阻止基材內部結構的滑動和變形，達到硬化鋁合金的目的。
由於析出需要時間，所以其硬度會隨時效時間的增加而增大。在常溫下進行即可獲得所需硬度者稱為自然時效（natural aging），一般以T4表示其鍊度（temper）。需要在稍高於室溫的條件下進行者稱為人工時效（artificial aging），一般以T6表示其鍊度。人工時效主要是要使析出硬化作用能在合理的期間內完成，因為時效溫度愈高達到最大硬度的時間愈短，唯所穫得的硬度愈低，如圖4所示。時效時間太長時，硬度會從最高點逐漸下降，即產生過時效（overaging）現象，這是因為析出粒子和基地間之整合性，將因析出粒子的成長而逐漸消失，先成為部份整合性（partially coherency），最後變成不整合性（noncoherency），亦即逐漸失去晶粒間的應力場，而失去硬化基地的功能，如圖6所示。
四. 實驗方法與步驟
1. 材料及試片準備
（1） 材料：AA2024，AA6061或AA7075鋁合金之板材。
（2） 試片尺寸：60㎜ ×30㎜ ×2㎜。
（3） 試片之邊緣須去除毛邊並用砂紙研磨。
2. 析出硬化處理
（1） 把三組試片放入中溫爐內、加熱至固溶體化溫度；各種鋁合金的固溶溫度參考表一。
（2）在固溶溫度保持1小時後，急速從爐中取出試片淬火於室溫之水中；容許之淬火延遲時間參考表二。
（3a）第一組試片淬火後，放置於室溫自然時效；時效時間分別為0.5、1、2、5、10、20、50及100小時。
（3b）第二組試片淬火後，放入低溫爐內作人工時效；人工時效溫度參考表一，時效時間同第一組試片。
（3c）第三組試片淬火後，先室溫自然時效1天（24小時），再人工時效，時效溫度及時間同第二組試片。
（4）對不同的時效處理型式及時效時間的試片作硬度量測、拉伸試驗及衝擊試驗。
（5）觀察並攝取各試片的光學顯微鏡組織。
五. 實驗結果
1. 分別繪製硬度、抗拉強度、伸長率和衝擊值與時效時間之變化曲線。
2.分析各試片金相組織的變化與時效溫度和時效時間的關係。
六. 問題與討論
1. 如何計算淬火延遲時間？為什麼淬火時須注意淬火延遲？
2. 為什麼2024鋁合金一般以自然時效進行硬化，而7075常以人工時效來進行硬化？
3. 討論人工時效時、溫度與時間對顯微組織(析出物)及機械性質的影響。
4. 比較三組試片的硬化效益。
七. 補充資料
1. 析出過程的說明示意圖如圖7所示。
2. 淬火延遲對時效後鋁合金機械性質的影響。
八. 參考文獻
1. J. W. Martin, "Micromechanisms in Particle-hardened Alloys", Cambridge University Press, 1980, pp1~78.
2. A. Kelly and R.B. Nicholson, "Precipitation Hardening", Progress in Metals Physics vol. 10, The MacMillan Company, New York, 1963, pp151~292.
3. 陳克昌，"非鐵金屬材料的熱處理"，材料科技，逢甲大學材料科學系，1983，第71~78頁。
4. 金重勳，"熱處理"，復文書局，1991，第463~475頁。
5. 葉均蔚，"鋁合金之析出硬化"、工程材料實驗（I）－金屬材料實驗，洪敏雄主編，中國材料科學學會，1999，第181~203頁。
6. C.R. Brooks, "Heat Treatment, Structure and Properties of Nonferrous Alloys", ASM , 1992, pp18 and 106~114.
7. R.E. Reed-Hill and R. Abbaschian, “Physical Metallurgy Principles”3rd. Ed.PWS Publishing Company, 1994, pp515~534.
8. P. Haasen, “Mechanical Properties of Solid Solution and Intermetallic Compounds”, Physical Metallurgy, Part II, R. W. Cahn and P. Haasen Ed., Elsevier Science Publishers, B. V., 1983, pp1376~1381.
圖1：Al－Cu平衡圖及富Al之部份平衡圖【3，6】
圖2：Al－5%Cu合金在545℃固溶處理一週後，緩慢冷卻至20℃之顯微組織【6】
圖3：Al－5%Cu合金在545℃固溶處理一週後，快速冷卻（水淬）至20℃之顯微組織【6】
表一：鍛鋁的熱處理條件[3] 表二：最小保溫時間及容許的淬火延遲[3]
合金名 固溶處理溫度 人工時效
AAA ℃ 溫度(℃) 時間(hr)
2014 495~505 約175 約8
2017 495~505 － －
2117 495~510 － －
2108 500~520 約170 約10
2024 490~500 約190 8-16
2025 510~520 約170 約12
4032 505~520 約170 約12
6151 510~525 約170 約12
6061 515~530 約175 6-10
7075 460~490 約120 約24
材料厚度 最小保溫時間(min) 容許延遲
(mm) 鹽浴爐 空熱爐 (sec)
<0.5 10 20 5
0.5~0.8 15 25 7
0.8~1.6 20 30 10
1.6~2.3 25 35 10
2.3~3.2 30 40 15
3.2~6.4 35 55 15
6.4~13 45 65 15
13~25 60 90 15
每再增13 +20 +30 －
圖4：Al－4%Cu合金在520℃固溶處理至少48小時後，快速冷卻至20℃，再進行不同溫度的時效處理之時效硬化曲線【6】
圖5：差排受硬粒子阻礙，再滑移切過二個硬粒子的說明圖【6~8】
圖6：（a）析出原子與基地完全整合，顯出界面的局部應變，（b）部份整合，顯出界面生成差排來舒緩應變，（c）不整合析出物【1】
圖8：淬火延遲時間對2024鋁合金時效後機械性質的影響【3】
圖7：時效處理時原子析出過程的說明示意圖【6】
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《数控加工技术》实践课思考题
一． 是非题
（一） 职业道德
1.1.1（√）安全管理是综合考虑“物”的生产管理功能和“人”的管理，目的是生产更好的产品
1.1.2（√） 通常车间生产过程仅仅包含以下四个组成部分：基本生产过程、辅助生产过程、生产技术准备过程、生产服务过程。
1.1.3（√） 车间生产作业的主要管理内容是统计、考核和分析。
1.1.4（√） 车间日常工艺管理中首要任务是组织职工学习工艺文件，进行遵守工艺纪律的宣传教育，并例行工艺纪律的检查。
（二） 基础知识
1.2.1（×）当数控加工程序编制完成后即可进行正式加工。
1.2.2（×）数控机床是在普通机床的基础上将普通电气装置更换成CNC控制装置。
1.2.3（√）圆弧插补中，对于整圆，其起点和终点相重合，用R编程无法定义，所以只能用圆心坐标编程。
1.2.4（√）插补运动的实际插补轨迹始终不可能与理想轨迹完全相同。
1.2.5（×）数控机床编程有绝对值和增量值编程，使用时不能将它们放在同一程序段中。
1.2.6（×）用数显技术改造后的机床就是数控机床。
1.2.7（√）G代码可以分为模态G代码和非模态G代码。
1.2.8（×）G00、G01指令都能使机床坐标轴准确到位，因此它们都是插补指令。
1.2.9（√）圆弧插补用半径编程时，当圆弧所对应的圆心角大于180o时半径取负值。
1.2.10（×）不同的数控机床可能选用不同的数控系统，但数控加工程序指令都是相同的。
1.2.11（×）数控机床按控制系统的特点可分为开环、闭环和半闭环系统。
1.2.12（√）在开环和半闭环数控机床上，定位精度主要取决于进给丝杠的精度。
1.2.13（×）点位控制系统不仅要控制从一点到另一点的准确定位，还要控制从一点到另一点的路径。
1.2.14（√）常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。
1.2.15（√）通常在命名或编程时，不论何种机床，都一律假定工件静止刀具移动。
1.2.16（×）数控机床适用于单品种，大批量的生产。
1.2.17（×）一个主程序中只能有一个子程序。
1.2.18（×）子程序的编写方式必须是增量方式。
1.2.19（×）数控机床的常用控制介质就是穿孔纸带。
1.2.20（√）程序段的顺序号，根据数控系统的不同，在某些系统中可以省略的。
1.2.21（×）绝对编程和增量编程不能在同一程序中混合使用。
1.2.22（×）数控机床在输入程序时，不论何种系统座标值不论是整数和小数都不必加入小数点。
1.2.23（√）RS232主要作用是用于程序的自动输入。
1.2.24（√）车削中心必须配备动力刀架。
1.2.25（×）Y坐标的圆心坐标符号一般用K表示。
1.2.26（√）非模态指令只能在本程序段内有效。
1.2.27（×）X坐标的圆心坐标符号一般用K表示。
1.2.28（×）数控铣床属于直线控制系统。
1.2.29（√）采用滚珠丝杠作为X轴和Z轴传动的数控车床机械间隙一般可忽略不计。
1.2.30（√）旧机床改造的数控车床，常采用梯形螺纹丝杠作为传动副，其反向间隙需事先测量出来进行补偿。
1.2.31（√）顺时针圆弧插补（G02）和逆时针圆弧插补（G03）的判别方向是：沿着不在圆弧平面内的坐标轴正方向向负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。
1.2.32（×）顺时针圆弧插补（G02）和逆时针圆弧插补（G03）的判别方向是：沿着不在圆弧平面内的坐标轴负方向向正方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。
1.2.33（√）伺服系统的执行机构常采用直流或交流伺服电动机。
1.2.34（√）直线控制的特点只允许在机床的各个自然坐标轴上移动，在运动过程中进行加工。
1.2.35（×）数控车床的特点是Z轴进给1mm，零件的直径减小2mm。
1.2.36（×）只有采用CNC技术的机床才叫数控机床。
1.2.37（√）数控机床按工艺用途分类，可分为数控切削机床、数控电加工机床、数控测量机等。
1.2.38（×）数控机床按控制坐标轴数分类，可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床、多坐标数控机床和五面加工数控机床等。
1.2.39（×）数控车床刀架的定位精度和垂直精度中影响加工精度的主要是前者。
1.2.39（×）最常见的2轴半坐标控制的数控铣床，实际上就是一台三轴联动的数控铣床。
1.2.40（√）四坐标数控铣床是在三坐标数控铣床上增加一个数控回转工作台。
1.2.41（√）液压系统的输出功率就是液压缸等执行元件的工作功率。
1.2.42（×）液压系统的效率是由液阻和泄漏来确定的。
1.2.43（√）调速阀是一个节流阀和一个减压阀串联而成的组合阀。
1.2.44（×）液压缸的功能是将液压能转化为机械能。
1.2.45（×）数控铣床加工时保持工件切削点的线速度不变的功能称为恒线速度控制。
1.2.46（√）由存储单元在加工前存放最大允许加工范围，而当加工到约定尺寸时数控系统能够自动停止，这种功能称为软件形行程限位。
1.2.47（√）点位控制的特点是，可以以任意途径达到要计算的点，因为在定位过程中不进行加工。
1.2.48（√）数控车床加工球面工件是按照数控系统编程的格式要求，写出相应的圆弧插补程序段。
1.2.49（√）伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。
1.2.50（√）不同结构布局的数控机床有不同的运动方式，但无论何种形式，编程时都认为刀具相对于工件运动。
1.2.51（×）不同结构布局的数控机床有不同的运动方式，但无论何种形式，编程时都认为工件相对于刀具运动。
1.2.52（×）一个主程序调用另一个主程序称为主程序嵌套。
1.2.53（×）数控车床的刀具功能字T既指定了刀具数，又指定了刀具号。
1.2.54（×）数控机床的编程方式是绝对编程或增量编程。
1.2.55（√）数控机床用恒线速度控制加工端面、锥度和圆弧时，必须限制主轴的最高转速。
1.2.56（×）螺纹指令G32 X41.0 W-43.0 F1.5是以每分钟1.5mm的速度加工螺纹。
1.2.57（×）经试加工验证的数控加工程序就能保证零件加工合格。
1.2.58（√）数控机床的镜象功能适用于数控铣床和加工中心。
1.2.59（×）数控机床加工时选择刀具的切削角度与普通机床加工时是不同的。
1.2.60（×）数控铣床加工时保持工件切削点的线速度不变的功能称为恒线速度控制。
1.2.61（×）在数控加工中，如果圆弧指令后的半径遗漏，则圆弧指令作直线指令执行。
1.2.62（√）车床的进给方式分每分钟进给和每转进给两种，一般可用G94和G95区分。
（三） 数控加工实施
1.3.1（√）在数控机床上加工零件，应尽量选用组合夹具和通用夹具装夹工件。避免采用专用夹具。
1.3.2（×）保证数控机床各运动部件间的良好润滑就能提高机床寿命。
1.3.3（√）数控机床加工过程中可以根据需要改变主轴速度和进给速度。
1.3.4（√）车床主轴编码器的作用是防止切削螺纹时乱扣。
1.3.5（×）跟刀架是固定在机床导轨上来抵消车削时的径向切削力的。
1.3.6（×）切削速度增大时，切削温度升高，刀具耐用度大。
1.3.7（×）数控机床进给传动机构中采用滚珠丝杠的原因主要是为了提高丝杠精度。
1.3.8（×）数控车床可以车削直线、斜线、圆弧、公制和英制螺纹、圆柱管螺纹、圆锥螺纹，但是不能车削多头螺纹。
1.3.9（×）平行度的符号是 //，垂直度的符号是 ┸ , 圆度的符号是 〇。
1.3.10（√）数控机床为了避免运动件运动时出现爬行现象，可以通过减少运动件的摩擦
来实现。
1.3.11（×）切削中，对切削力影响较小的是前角和主偏角。
1.3.12（×）同一工件，无论用数控机床加工还是用普通机床加工，其工序都一样。
1.3.13（×）数控机床的定位精度与数控机床的分辨率精度是一致的。
（四） 编制数控程序
1.4.1（√）刀具半径补偿是一种平面补偿，而不是轴的补偿。
1.4.2（√）固定循环是预先给定一系列操作，用来控制机床的位移或主轴运转。
1.4.3（√）数控车床的刀具补偿功能有刀尖半径补偿与刀具位置补偿。
1.4.4（×）刀具补偿寄存器内只允许存入正值。
1.4.5（×）数控机床的机床坐标原点和机床参考点是重合的。
1.4.6（×）机床参考点在机床上是一个浮动的点。
1.4.7（√）外圆粗车循环方式适合于加工棒料毛坯除去较大余量的切削。
1.4.8（√）固定形状粗车循环方式适合于加工已基本铸造或锻造成型的工件。
1.4.9（×）外圆粗车循环方式适合于加工已基本铸造或锻造成型的工件。
1.4.10（√）刀具补偿功能包括刀补的建立、刀补的执行和刀补的取消三个阶段。
1.4.11（×）刀具补偿功能包括刀补的建立和刀补的执行二个阶段。
1.4.12（×）数控机床配备的固定循环功能主要用于孔加工。
1.4.13（√）数控铣削机床配备的固定循环功能主要用于钻孔、镗孔、攻螺纹等。
1.4.14（×）编制数控加工程序时一般以机床坐标系作为编程的坐标系。
1.4.15（√）机床参考点是数控机床上固有的机械原点，该点到机床坐标原点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定。
（五） 操作数控机床
1.5.1（√）因为毛坯表面的重复定位精度差，所以粗基准一般只能使用一次。
1.5.2（×）表面粗糙度高度参数Ra值愈大，表示表面粗糙度要求愈高；Ra值愈小，表示表面粗糙度要求愈低。
1.5.3（√）标准麻花钻的横刃斜角为50°～55°。
1.5.4（√）数控机床的位移检测装置主要有直线型和旋转型。
1.5.5（×）基本型群钻是群钻的一种，即在标准麻花钻的基础上进行修磨，形成“六尖一七刃的结构特征。
1.5.6（√）陶瓷的主要成分是氧化铝，其硬度、耐热性和耐磨性均比硬质合金高。
1.5.7（×）车削外圆柱面和车削套类工件时，它们的切削深度和进给量通常是相同的。
1.5.8（√）热处理调质工序一般安排在粗加工之后,半精加工之前进行。
1.5.9（√）为了保证工件达到图样所规定的精度和技术要求，夹具上的定位基准应与工件上设计基准、测量基准尽可能重合。
1.5.10（√）为了防止工件变形，夹紧部位要与支承对应，不能在工件悬空处夹紧。
1.5.11（×）在批量生产的情况下，用直接找正装夹工件比较合适。
1.5.12（√）刀具切削部位材料的硬度必须大于工件材料的硬度。
1.5.13（×）加工零件在数控编程时，首先应确定数控机床，然后分析加工零件的工艺特性。
1.5.14（×）数控切削加工程序时一般应选用轴向进刀。
1.5.15（×）因为试切法的加工精度较高，所以主要用于大批、大量生产。
1.5.16（×）具有独立的定位作用且能限制工件的自由度的支承称为辅助支承。
1.5.17（√）切削用量中，影响切削温度最大的因素是切削速度。
1.5.18（√）积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。
1.5.19（×）硬质合金是一种耐磨性好。耐热性高，抗弯强度和冲击韧性都较高的一种刀具材料。
1.5.20（×）在切削时，车刀出现溅火星属正常现象，可以继续切削。
1.5.21（×）刃磨车削右旋丝杠的螺纹车刀时，左侧工作后角应大于右侧工作后角。
1.5.22（√）套类工件因受刀体强度、排屑状况的影响，所以每次切削深度要少一点，进给量要慢一点。
1.5.23（√）切断实心工件时，工件半径应小于切断刀刀头长度。
1.5.24（√）切断空心工件时，工件壁厚应小于切断刀刀头长度。
1.5.25（×）数控机床对刀具的要求是能适合切削各种材料、能耐高温且有较长的使用寿命。
1.5.26（√）数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度、高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度7和韧性。
1.5.27（√）工件定位时，被消除的自由度少于六个，但完全能满足加工要求的定位称不完全定位。
1.5.28（×）定位误差包括工艺误差和设计误差。
1.5.29（×）数控机床中MDI是机床诊断智能化的英文缩写。
1.5.30（×）数控机床中CCW代表顺时针方向旋转，CW代表逆时针方向旋转。
1.5.31（×）一个完整尺寸包含的四要素为尺寸线、尺寸数字、尺寸公差和箭头等四项要素。
1.5.32（√）高速钢刀具具有良好的淬透性、较高的强度、韧性和耐磨性。
1.5.33（×）长V形块可消除五个自由度。短的V形块可消除二个自由度。
1.5.34（√）长的V形块可消除四个自由度。短的V形块可消除二个自由度。
1.5.35（×）高速钢是一种含合金元素较多的工具钢，由硬度和熔点很高的碳化物和金属粘结剂组成。
1.5.36（√）零件图中的尺寸标注要求是完整、正确、清晰、合理。
1.5.37（√）硬质合金是用粉末冶金法制造的合金材料，由硬度和熔点很高的碳化物和
金属粘结剂组成。
1.5.38（√）工艺尺寸链中，组成环可分为增环与减环。
1.5.39（√）尺寸链按其功能可分为设计尺寸链和工艺尺寸链。按其尺寸性质可分为线性尺寸链和角度尺寸链。
1.5.40（×）直线型检测装置有感应同步器、光栅、旋转变压器。
1.5.41（×）常用的间接测量元件有光电编码器和感应同步器。
1.5.42（√）直线型检测元件有感应同步器、光栅、磁栅、激光干涉仪。
1.5.43（√）旋转型检测元件有旋转变压器、脉冲编码器、测速发电机。
1.5.44（√）开环进给伺服系统的数控机床，其定位精度主要取决于伺服驱动元件和机床传动机构精度、刚度和动态特性。
1.5.45（×）按数控系统操作面板上的RESET键后就能消除报警信息。
1.5.46（√）若普通机床上的一把刀只能加工一个尺寸的孔，而在数控机床这把刀可加工尺寸不同的无数个孔。
1.5.47（×）数控机床的反向间隙可用补偿来消除，因此对顺铣无明显影响。
1.5.48（×）公差就是加工零件实际尺寸与图纸尺寸的差值。
1.5.49（√）国家规定上偏差为零，下偏差为负值的配合称基轴制配合。
1.5.50（×）配合可以分为间隙配合和过盈配合两种。
1.5.51（×）在基轴制中，经常用钻头、铰刀、量规等定植刀具和量具，有利于生产和降低成本。
1.5.52（×）公差是零件允许的最大偏差。
1.5.53（×）量块通常可以用于测量零件的长度尺寸。
1.5.54（×）检查加工零件尺寸时应选精度高的测量器具。
1.5.55（√）过盈配合的结合零件加工时表面粗糙度应该选小为好。
1.5.56（×）加工零件的表面粗糙度小要比大好。
1.5.57（×）用一个精密的塞规可以检查加工孔的质量。
（六） 数控机床作业管理
1.6.1（×）更换系统的后备电池时，必须在关机断电情况下进行。
1.6.2（×）炎热的夏季车间温度高达35°C以上，因此要将数控柜的门打开，以增加通风散热。
1.6.3（√）当数控机床失去对机床参考点的记忆时，必须进行返回参考点的操作。
1.6.4（×）数控机床在手动和自动运行中，一旦发现异常情况，应立即使用紧急停止按钮。
二． 单项选择题
（一） 职业道德
2.1.1 安全管理可以保证操作者在工作时的安全或提供便于工作的（B）。
A．生产场地 B．生产环境 C．生产空间
（二） 基础知识
2.2.2 加工（B）零件，宜采用数控加工设备。
A． 大批量 B 多品种中小批量 C 单件
2.2.3 通常数控系统除了直线插补外，还有（B）。
A．正弦插补 B 圆弧插补 C 抛物线插补
2.2.4 数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（C）。
A．传动精度 B. 运动精度和刚度 C.快速响应性能和运动精度 D. 传动精度和刚度
2.2.5 为了保证数控机床能满足不同的工艺要求，并能够获得最佳切削速度，主传动系统的要求是（C）。
A．无级调速 B.变速范围宽 C.分段无级变速 D.变速范围宽且能无级变速
2.2.6 圆弧插补指令G03 X Y R 中，X、Y后的值表示圆弧的（B）。
A．起点坐标值 B. 终点坐标值 C. 圆心坐标相对于起点的值
2.2.7 （B）使用专用机床比较合适。
A．复杂型面加工 B. 大批量加工 C. 齿轮齿形加工
2.2.8 车床上，刀尖圆弧只有在加工（ C ）时才产生加工误差。
A. 端面 B. 圆柱 C. 圆弧
2.2.9 数控系统所规定的最小设定单位就是（C）。
A. 数控机床的运动精度 B. 机床的加工精度 C. 脉冲当量 D. 数控机床的传动精度
2.2.10 步进电机的转速是否通过改变电机的（ A ）而实现。
A. 脉冲频率 B. 脉冲速度 C. 通电顺序
2.2.11 目前第四代计算机采用元件为（ C ）。
A. 电子管 B. 晶体管 C. 大规模集成电路
2.2.12 确定数控机床坐标轴时，一般应先确定（ C ）。
A. X轴 B. Y轴 C. Z轴
2.2.13 数控铣床的默认加工平面是（ A ）。
A. XY平面 B. XZ平面 C. YZ平面
2.2.14 G00指令与下列的（ C ）指令不是同一组的。
A. G01 B. G02，G03 C. G04
2.2.15 开环控制系统用于（ A ）数控机床上。
A. 经济型 B. 中、高档 C. 精密
2.2.16 加工中心与数控铣床的主要区别是（ Ｃ ）。
A. 数控系统复杂程度不同 B. 机床精度不同
C. 有无自动换刀系统
2.2.17 采用数控机床加工的零件应该是（ B ）。
A. 单一零件 B. 中小批量、形状复杂、型号多变 C. 大批量
2.2.18 G02 X20 Y20 R-10 F100；所加工的一般是（ C ）。
A. 整圆 B. 夹角〈=180°的圆弧 C. 180°〈夹角〈360°的圆弧
2.2.19 数控车床中，转速功能字S可指定（ B ）
A. mm/r B. r/mm C. mm/min
2.2.20下列G指令中（ C ）是非模态指令。
A. G00 B. G01 C. G04
2.2.21 G17、G18、G19指令可用来选择（ C ）的平面。
A.曲线插补 B. 直线插补 C. 刀具半径补偿
2.2.22 数控机床自动选择刀具中任意选择的方法是采用（ C ）来选刀换刀。
A. 刀具编码 B. 刀座编码 C. 计算机跟踪记忆
2.2.23 数控机床加工依赖于各种（ D ）。
A. 位置数据 B. 模拟量信息 C. 准备功能 D. 数字化信息
2.2.24 数控机床的核心是（ B ）。
A．伺服系统 B. 数控系统 C. 反馈系统 D. 传动系统
2.2.25数控机床的主机（机械部件）包括：床身、主轴箱、刀架、尾座和（ A ）。
A. 进给机构 B. 液压系统 C.冷却系统
2.2.26 数控机床的F功能常用（ B ）单位。
A. m/min B. mm/min或 mm/r C. m/r
2.2.27 数控机床加工零件时是由（ A ）来控制的。
A．数控系统 B. 操作者 C. 伺服系统
2.2.28 圆弧插补方向（顺时针和逆时针）的规定与（ C ）有关。
A．X轴 B. Z轴 C. 不在圆弧平面内的坐标轴
2.2.29 数控铣床的基本控制轴数是（ C ）。
A．一轴 B. 二轴 C.三轴 D. 四轴
2.2.30 数控机床与普通机床的主机最大不同是数控机床的主机采用（ C ）。
A．数控装置 B. 滚动导轨 C.滚珠丝杠
2.2.31 在数控机床坐标系中平行机床主轴的直线运动为（ C ）。
A．X轴 B.Y轴 C.Z轴
2.2.32 绕X轴旋转的回转运动坐标轴是（ A ）。
A．A轴 B. B轴 C. Z轴
2.2.33 用于指令动作方式的准备功能的指令代码是（ B ）。
A．F代码 B. G 代码 C. T代码
2.2.34 用于机床开关指令的辅助功能的指令代码是（ C ）。
A．F代码 B. S 代码 C. M代码
2.2.35 用于机床刀具编号的指令代码是（ A ）。
A．F代码 B. T 代码 C. M代码
2.2.36 数控升降台铣床的升降台上下运动坐标轴是（ C ）。
A．X轴 B. Y轴 C. Z轴
2.2.37 数控升降台铣床的拖板前后运动坐标轴是（ B ）。
A．X轴 B. Y轴 C. Z轴
2.2.38 辅助功能中表示无条件程序暂停的指令是（ A ）。
A．M00 B. M01 C.M02 D.M30
2.2.39 辅助功能中表示程序计划停止的指令是（ B ）。
A．M00 B. M01 C.M02 D.M30
2.2.40 辅助功能中与主轴有关的M指令是（ D ）。
A．M06 B. M09 C.M08 D.M05
2.2.41 在管道中流动的油液，其流量的计算是 （ C ）。
A．压力*作用力 B.功率*面积 C.流速*截面积
2.2.42 液压回路主要由能源部分、控制部分和（ B ）部分构成。
A． 换向 B.执行机构 C. 调压
2.2.43 液压泵是液压系统中的动力部分，能将电动机输出的机械能转换为油液的（ A ）能。
A．压力 B.流量 C.速度
2.2.44 液压系统中的压力的大小取决于（ A ）。
A．外力 B.调压阀 C.液压泵
2.2.45 下列数控系统中（ B ）是数控铣床应用的控制系统。
A．FANUC-6T B.FANUC-6M C.FANUC-330D
2.2.46 下列型号中（ B ）是最大加工工件直径为φ400毫米的数控车床的型号。
A．CJK0620 B.CK6140 C.XK5040
2.2.47 下列型号中（ B ）是工作台宽为500毫米的数控铣床。
A．CK6150 B. XK715 C.TH6150
2.2.48 下列型号中（ B ）是一台加工中心。
A．XK754 B.XH764 C.XK8140
2.2.49 数控车床与普通车床相比在结构上差别最大的部件是（ C ）。
A．主轴箱 B. 床身 C.进给传动 D.刀架
2.2.50 数控机床的诞生是在（ A ）年代。
A．50年代 B. 60年代 C.70年代
2.2.51 数控机床是在（ B ）诞生的。
A．日本 B. 美国 C. 英国
2.2.52 数控机床利用插补功能加工的零件的表面粗糙度要比普通机床加工同样零件表面粗糙度（A）。
A．差 B.相同 C.好
2.2.53“NC”的含义是（A）。
A．数字控制 B. 计算机数字控制 C.网络控制
2.2.54“CNC”的含义是（ B ）。
A．数字控制 B. 计算机数字控制 C.网络控制
2.2.55 下列数控系统中（ A ）是数控车床应用的控制系统。
A．FANUC-0T B.FANUC-0M C.SIEMENS 820G
2.2.56 数控铣床与普通铣床相比，在结构上差别最大的部件是（D）
A．主轴箱 B.工作台 C.床身 D.进给传动
2.2.57 四坐标数控铣床的第四轴是垂直布置的，则该轴命名为（ B ）。
A．B轴 B. C轴 C. W轴
2.2.58 目前机床导轨中应用最普遍的导轨型式是（C）。
A．静压导轨 B.滚动导轨 C.滑动导轨
2.2.59 从工作性能上看液压传动的优点有（B）
A．比机械传动准确 B.速度、功率、转矩可无级调节 C.传动效率高
2.2.60 从工作性能上看液压传动的缺点有（C）
A．调速范围小 B.换向慢 C.传动效率低
2.2.61某直线控制数控机床加工的起始坐标为（0，0），接着分别是（0，5）;（5，5）;（5，0）;（0，0），则加工的零件形状是（B）。
A．边长为5的平行四边形 B. 边长为5的正方形 C. 边长为10的正方形形
2.2.62 机床上的卡盘，中心架等属于（A）夹具。
A．通用 B. 专用 C. 组合
2.2.63数控机床上有一个机械原点，该点到机床坐标零点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定。该点称（C）。
A．工件零点 B.机床零点 C.机床参考点
2.2.64 数控机床的种类很多，如果按加工轨迹分则可分为（B）。
A．二轴控制、三轴控制和连续控制 B.点位控制、直线控制和连续控制 C.二轴控制、三轴控制和多轴控制
2.2.65 数控机床能成为当前制造业最重要的加工设备是因为（B）。
A．自动化程度高 B.人对加工过程的影响减少到最低 C.柔性大，适应性强
2.2.66 加工中心选刀方式中常用的是（C）方式。
A．刀柄编码 B.刀座编码 C.记忆
2.2.67 数控机床主轴以800转/分转速正转时，其指令应是（A）。
A．M03 S800 B.M04 S800 C.M05 S800
（三） 数控加工实施
2.3.1 切削热主要是通过切屑和（C）进行传导的。
A．工件 B 刀具 C 周围介质
2.3.2 切削的三要素有进给量、切削深度和（ B ）。
A. 切削厚度 B. 切削速度 C. 进给速度
2.3.3 工件定位时，被消除的自由度少于六个，且不能满足加工要求的定位称为（ A ）。
A、欠定位 B、过定位 C、完全定位
2.3.4 重复限制自由度的定位现象称之为( C )。
A. 完全定位 B. 过定位 C. 不完全定位
2.3.5 工件定位时，仅限制四个或五个自由度，没有限制全部自由度的定位方式称为（ C ）。
A.完全定位 B. 欠定位 C. 不完全定位
2.3.6 工件定位时，下列哪一种定位是不允许存在的（ Ｂ ）。
A 完全定位 B. 欠定位 C. 不完全定位
2.3.7 切削过程中，工件与刀具的相对运动按其所起的作用可分为（ A ）。
A. 主运动和进给运动 B. 主运动和辅助运动 C. 辅助运动和进给运动
2.3.8 铰孔的切削速度比钻孔的切削速度（ B ）。
A．大 B. 小 C. 相等
2.3.9 同时承受径向力和轴向力的轴承是（ C ）。
A．向心轴承 B.推力轴承 C.角接触轴承
2.3.10 一个物体在空间如果不加任何约束限制，应有（C）自由度。
A．四个 B. 五个 C.六个
2.3.11 在夹具中，用一个平面对工件进行定位，可限制工件的（B）自由度。
A．两个 B. 三个 C. 四个
2.3.12 在夹具中，较长的V形架用于工件圆柱表面定位可以限制工件（C）自由度。
A．二个 B.三个 C.四个
2.3.13 夹紧中确定夹紧力大小时，最好状况是力（B）。
A．尽可能的大 B.尽可能的小 C.大小应适应
2.3.14 数控车床加工钢件时希望的切屑是（C）。
A．带状切屑 B.挤裂切屑 C. 单元切屑 D.崩碎切屑
2.3.15 影响数控加工切屑形状的切削用量三要素中（B）影响最大。
A．切削速度 B.进给量 C.进给量
2.3.16 在数控机床上使用的夹具最重要的是（C）。
A．夹具的刚性好 B.夹具的精度高 C. 夹具上有对刀基准
2.3.17 数控机床加工零件的程序编制不仅包括零件工艺过程，而且还包括切削用量、走刀路线和（C）。
A．机床工作台尺寸 B. 机床行程尺寸 C.刀具尺寸
2.3.18 编程人员对数控机床的性能、规格、刀具系统、（C）、工件的装夹都应非常熟悉才能编出好的程序。
A．自动换刀方式 B. 机床的操作 C.切削规范 D.测量方法
（四） 编制数控程序
2.4.1 数控加工中心的固定循环功能适用于（C）。
A．曲面形状加工 B 平面形状加工 C 孔系加工
2.4.2 刀尖半径左补偿方向的规定是（D）。
A. 沿刀具运动方向看，工件位于刀具左侧 B. 沿工件运动方向看，工件位于刀具左侧 C. 沿工件运动方向看，刀具位于工件左侧 D. 沿刀具运动方向看，刀具位于工件左侧
2.4.3 设G01 X30 Z6执行G91 G01 Z15后,正方向实际移动量（ C ）。
A. 9mm B. 21mm C. 15mm
2.4.4 各几何元素间的联结点称为（ A ）。
A. 基点 B. 节点 C. 交点
2.4.5 程序中指定了（ A ）时，刀具半径补偿被撤消。
A. G40 B. G41 C. G42
2.4.6 设H01=6mm，则G91 G43 G01 Z-15.0；执行后的实际移动量为（ A ）。
A. 9mm B. 21mm C. 15mm
2.4.7 用Φ12的刀具进行轮廓的粗、精加工，要求精加工余量为0.4，则粗加工
偏移量为（ C ）。
A. 12.4 B. 11.6 C. 6.4
2.4.8 数控机床的标准坐标系是以（ A ）来确定的。
A. 右手直角笛卡尔坐标系 B. 绝对坐标系 C. 相对坐标系
2.4.9 执行下列程序后，累计暂停进给时间是（A）。
N1 G91 G00 X120.0 Y80.0
N2 G43 Z-32.0 H01
N3 G01 Z-21.0 F120
N4 G04 P1000
N5 G00 Z21.0
N6 X30.0 Y-50.0
N7 G01 Z-41.0 F120
N8 G04 X2.0
N9 G49 G00 Z55.0
N10 M02
A．3秒 B. 2秒 C.1002秒 D. 1.002秒
2.4.10 在数控铣床上铣一个正方形零件(外轮廓),如果使用的铣刀直径比原来小1mm,则计算加工后的正方形尺寸差( C ).
A．小1mm B. 小0.5mm C. 大1mm D.大0.5mm
2.4.11 执行下列程序后，钻孔深度是（A）。
G90 G01 G43 Z-50 H01 F100 （H01补偿值-2.00mm）
A．48mm B.52mm C.50mm
2.4.12 执行下列程序后，镗孔深度是（A）。
G90 G01 G44 Z-50 H02 F100 （H02补偿值2.00mm）
A．48mm B.52mm C.50mm
2.4.13 在数控铣床上用φ20铣刀执行下列程序后，其加工圆弧的直径尺寸是（A）。
N1 G90 G17 G41 X18.0 Y24.0 M03 H06
N2 G02 X74.0 Y32.0 R40.0 F180（刀具半径补偿偏置值是φ20.2）
A．φ80.2 B. φ80.4 C. φ79.8
2.4.14 数控车床在加工中为了实现对车刀刀尖磨损量的补偿，可沿假设的刀尖方向，在刀尖半径值上，附加一个刀具偏移量，这称为（B）。
A．刀具位置补偿 B.刀具半径补偿 C. 刀具长度补偿
（五） 操作数控机床
2.5.1 G00的指令移动速度值是（A）
A．机床参数指定 B 数控程序指定 C 操作面板指定
2.5.2 套的加工方法是：孔径较小的套一般采用（C）方法，孔径较大的套一般采用（B）方法。
A．钻、铰 B. 钻、半精镗、精镗 C. 钻、扩、铰 D. 钻、精镗
2.5.3 进行轮廓铣削时，应避免（B）和（C）工件轮廓。
A. 切向切入 B. 法向切入 C. 法向退出 D. 切向退出
2.5.4 数控机床的检测反馈装置的作用是：将其准确测得的（B）数据迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较和处理。
A．直线位移 B. 角位移或直线位移 C.角位移 D.直线位移和角位移
2.5.5 在“机床锁定”（FEED HOLD）方式下，进行自动运行，（A）功能被锁定。
A．进给 B. 刀架转位 C. 主轴
2.5.6 标准麻花钻的锋角为（ A ）。
A. 118° B. 35°～40° C. 50°～55°
2.5.7 硬质合金材料的硬度较高，耐磨性好，耐热性高，能耐（ B ）的高温。
A. 500℃～700℃ B. 800℃～1000℃ C. 1500℃～2000℃
2.5.8 一面两销定位中所用的定位销为（ C ）。
A. 圆柱销 B. 圆锥销 C. 菱形销
2.5.9 全闭环伺服系统与半闭环伺服系统的区别取决于运动部件上的（ C ）。
A．执行机构 B. 反馈信号 C.检测元件
2.5.10 数控机床每次接通电源后在运行前首先应做的是（ C ）。
A．给机床各部分加润滑油 B. 检查刀具安装是否正确 C. 机床各坐标轴回参考点 D. 工件是否安装正确
2.5.11 请找出下列数控屏幕上菜单词汇的对应英文词汇SPINDLE（ A ）、EMERGENCY STOP （ C ）、FEED （D ）、COOLANT （ B ）。
A．主轴 B.冷却液 C.紧停 D.进给
2.5.12 请找出下列数控机床操作名称的对应英文词汇BOTTON （ C ）、SOFT KEY （ A ）、HARD KEY （ B ）、SWITCH（ D ）。
A．软键 B. 硬键 C. 按钮 D. 开关
2.5.13 被加工工件强度、硬度、塑性愈大时，刀具寿命（ B ）。
A．愈高 B.愈低 C.不变
2.5.14 数控铣床一般采用半闭环控制方式，它的位置检测器是（ B ）。
A．光栅尺 B.脉冲编码器 C.感应同步器
2.5.15 在CRT/MDI面板的功能键中，显示机床现在位置的键是（ A ）。
A．POS B.PRGRM C.OFSET
2.5.16 在CRT/MDI面板的功能键中，用于程序编制的键是（ B ）。
A．POS B.PRGRM C.ALARM
2.5.17 在CRT/MDI面板的功能键中，用于刀具偏置数设置的键是（ B ）。
A．POS B. OFSET C. PRGRM
2.5.18 在CRT/MDI面板的功能键中，用于报警显示的键是（ B ）。
A．DGNOS B. ALARM C. PARAM
2.5.19 在CRT/MDI面板的功能键中参数显示，设定的键是（B）。
A．OFSET B.PARAM C. PRGAM
2.5.20 数控程序编制功能中常用的插入键是（A）。
A．INSRT B.ALTER C.DELET
2.5.21 数控程序编制功能中常用的删除键是（C）。
A．INSRT B.ALTER C.DELET
2.5.22 在CRT/MDI操作面板上页面变换键是（A）。
A．PAGA B. CURSOR C. EOB
2.5.23 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角，称为（C）。
A．前角 B. 后角 C.主偏角
2.5.24 刀具磨钝标准通常按照（B）的磨损值制定标准。
A．前面 B.后面 C. 前角 D.后角
2.5.25 钻小孔或长径比较大的孔时，应取（C）的转速钻削
A．较低 B.中等 C.较高
2.5.26 一般机床导轨的平行度误差为（B）/1000mm。
A．0.015～0.02 B. 0.02～0.047 C. 0.02～0.05
2.5.27 目前导轨材料中应用得最普遍的是（A）。
A．铸铁 B.黄铜 C.青铜
2.5.28 金属切削刀具切削部分的材料应具备（B）要求。
A．高硬度、高耐磨性、高耐热性 B.高硬度、高耐热性，足够的强度和韧性和良好的工艺性 C. 高耐磨性、高韧性、高强度
2.5.29 影响刀具寿命的因素有（A）。
A．工件材料、刀具材料、刀具几何参数、切削用量 B. 工件材料、刀具材料、刀具几何参数 C. 工件材料、刀具材料、切削速度
2.5.30 数控机床操作时，每起动一次，只进给一个设定单位的控制称为（A）。
A．单步进给 B.点动进给 C. 单段操作
2.5.31 闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统主要区别在于（B）。
A．位置控制器 B. 检测单元 C. 伺服单元 D. 控制对象
2.5.32 零件在加工过程中测量的方法称为（C）测量。
A．直接 B.接触 C.主动 D. 被动
2.5.33 可以用来制作切削工具的材料是（C）。
A低碳钢． B.中碳钢 C.高碳钢 D.镍铬钢
2.5.34 机械制造中常用的优先配合的基准孔是（A）。
A．H7 B. H2 C. D2 D. D7
2.5.35 几何形状误差包括宏观几何形状误差，微观几何形状误差和（A）。
A．表面波度 B.表面粗糙度 C. 表面不平度
2.5.36 数控铣床上进行手动换刀时最主要的注意事项是（B）。
A．对准键槽 B.檫干净连接锥柄 C.调整好拉钉 D.不要拿错刀具
2.5.37 设置零点偏置（G54-G59）是从（C）输入。
A． 程序段中 B. 机床操作面板 C. CNC控制面板
（六） 数控机床作业管理
2.6.1 数控机床工作时，当发生任何异常现象需要紧急处理时应启动（C）。
A．程序停止功能 B.暂停功能 C.紧停功能
2.6.2 热继电器在控制电路中起的作用是（B）。
A．短路保护 B. 过载保护 C. 失压保护 D. 过电压保护
2.6.3 数控机床加工调试中遇到问题想停机应先停止（C）。
A．冷却液 B.主运动 C.进给运动 D. 辅助运动
2.6.4 数控机床电气柜的空气交换部件应（B）清除积尘，以免温升过高产生故障。
A．每日 B. 每周 C.每季度 D. 每年
2.6.5 数控机床如长期不用时最重要的日常维护工作是（C）。
A．清洁 B. 干燥 C.通电
三． 多项选择题
（一） 职业道德
3.1.1 ．生产的安全管理活动包括（A、B、C、D）。
A．警示教育 B．安全教育 C．文明教育 D．环保教育 E．上、下班的交通安全教育
（二） 基础知识
（暂无）
（三） 数控加工实施
3.3.1 金属材料的热处理是用（C、D）的方法来调节和改善其材料的性质。
A．淬火、回火 B．退火、正火 C．加热 D．加热后冷却
3.3.2 数控加工编程前要对零件的几何特征如（A、B、D）等轮廓要素进行分析。
A．平面 B.直线 C.轴线 D. 曲线
（四） 编制数控程序
3.4.1 C功能刀具半径补偿自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转接，其转接的形式有（A、C、D）转接。
A．缩短型 B.圆弧过度型 C.伸长型 D.插入型
（五） 操作数控机床
3.5.1 在数控车床上加工时，如刀尖安装高度高时对工作角度的影响是（B、C）。
A．前角变大 B.前角变小 C.后角变大 D. 后角变小
（六） 数控机床作业管理
3.6.1 数控机床日常保养中，（B、C、D）部位需不定期检查。
A．各防护装置 B.废油池 C.排屑器 D.冷却油箱
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一． 是非题
（一） 职业道德
1.1.1（√）安全管理是综合考虑“物”的生产管理功能和“人”的管理，目的是生产更好的产品
1.1.2（√） 通常车间生产过程仅仅包含以下四个组成部分：基本生产过程、辅助生产过程、生产技术准备过程、生产服务过程。
1.1.3（√） 车间生产作业的主要管理内容是统计、考核和分析。
1.1.4（√） 车间日常工艺管理中首要任务是组织职工学习工艺文件，进行遵守工艺纪律的宣传教育，并例行工艺纪律的检查。
（二） 基础知识
1.2.1（×）当数控加工程序编制完成后即可进行正式加工。
1.2.2（×）数控机床是在普通机床的基础上将普通电气装置更换成CNC控制装置。
1.2.3（√）圆弧插补中，对于整圆，其起点和终点相重合，用R编程无法定义，所以只能用圆心坐标编程。
1.2.4（√）插补运动的实际插补轨迹始终不可能与理想轨迹完全相同。
1.2.5（×）数控机床编程有绝对值和增量值编程，使用时不能将它们放在同一程序段中。
1.2.6（×）用数显技术改造后的机床就是数控机床。
1.2.7（√）G代码可以分为模态G代码和非模态G代码。
1.2.8（×）G00、G01指令都能使机床坐标轴准确到位，因此它们都是插补指令。
1.2.9（√）圆弧插补用半径编程时，当圆弧所对应的圆心角大于180o时半径取负值。
1.2.10（×）不同的数控机床可能选用不同的数控系统，但数控加工程序指令都是相同的。
1.2.11（×）数控机床按控制系统的特点可分为开环、闭环和半闭环系统。
1.2.12（√）在开环和半闭环数控机床上，定位精度主要取决于进给丝杠的精度。
1.2.13（×）点位控制系统不仅要控制从一点到另一点的准确定位，还要控制从一点到另一点的路径。
1.2.14（√）常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。
1.2.15（√）通常在命名或编程时，不论何种机床，都一律假定工件静止刀具移动。
1.2.16（×）数控机床适用于单品种，大批量的生产。
1.2.17（×）一个主程序中只能有一个子程序。
1.2.18（×）子程序的编写方式必须是增量方式。
1.2.19（×）数控机床的常用控制介质就是穿孔纸带。
1.2.20（√）程序段的顺序号，根据数控系统的不同，在某些系统中可以省略的。
1.2.21（×）绝对编程和增量编程不能在同一程序中混合使用。
1.2.22（×）数控机床在输入程序时，不论何种系统座标值不论是整数和小数都不必加入小数点。
1.2.23（√）RS232主要作用是用于程序的自动输入。
1.2.24（√）车削中心必须配备动力刀架。
1.2.25（×）Y坐标的圆心坐标符号一般用K表示。
1.2.26（√）非模态指令只能在本程序段内有效。
1.2.27（×）X坐标的圆心坐标符号一般用K表示。
1.2.28（×）数控铣床属于直线控制系统。
1.2.29（√）采用滚珠丝杠作为X轴和Z轴传动的数控车床机械间隙一般可忽略不计。
1.2.30（√）旧机床改造的数控车床，常采用梯形螺纹丝杠作为传动副，其反向间隙需事先测量出来进行补偿。
1.2.31（√）顺时针圆弧插补（G02）和逆时针圆弧插补（G03）的判别方向是：沿着不在圆弧平面内的坐标轴正方向向负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。
1.2.32（×）顺时针圆弧插补（G02）和逆时针圆弧插补（G03）的判别方向是：沿着不在圆弧平面内的坐标轴负方向向正方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。
1.2.33（√）伺服系统的执行机构常采用直流或交流伺服电动机。
1.2.34（√）直线控制的特点只允许在机床的各个自然坐标轴上移动，在运动过程中进行加工。
1.2.35（×）数控车床的特点是Z轴进给1mm，零件的直径减小2mm。
1.2.36（×）只有采用CNC技术的机床才叫数控机床。
1.2.37（√）数控机床按工艺用途分类，可分为数控切削机床、数控电加工机床、数控测量机等。
1.2.38（×）数控机床按控制坐标轴数分类，可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床、多坐标数控机床和五面加工数控机床等。
1.2.39（×）数控车床刀架的定位精度和垂直精度中影响加工精度的主要是前者。
1.2.39（×）最常见的2轴半坐标控制的数控铣床，实际上就是一台三轴联动的数控铣床。
1.2.40（√）四坐标数控铣床是在三坐标数控铣床上增加一个数控回转工作台。
1.2.41（√）液压系统的输出功率就是液压缸等执行元件的工作功率。
1.2.42（×）液压系统的效率是由液阻和泄漏来确定的。
1.2.43（√）调速阀是一个节流阀和一个减压阀串联而成的组合阀。
1.2.44（×）液压缸的功能是将液压能转化为机械能。
1.2.45（×）数控铣床加工时保持工件切削点的线速度不变的功能称为恒线速度控制。
1.2.46（√）由存储单元在加工前存放最大允许加工范围，而当加工到约定尺寸时数控系统能够自动停止，这种功能称为软件形行程限位。
1.2.47（√）点位控制的特点是，可以以任意途径达到要计算的点，因为在定位过程中不进行加工。
1.2.48（√）数控车床加工球面工件是按照数控系统编程的格式要求，写出相应的圆弧插补程序段。
1.2.49（√）伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。
1.2.50（√）不同结构布局的数控机床有不同的运动方式，但无论何种形式，编程时都认为刀具相对于工件运动。
1.2.51（×）不同结构布局的数控机床有不同的运动方式，但无论何种形式，编程时都认为工件相对于刀具运动。
1.2.52（×）一个主程序调用另一个主程序称为主程序嵌套。
1.2.53（×）数控车床的刀具功能字T既指定了刀具数，又指定了刀具号。
1.2.54（×）数控机床的编程方式是绝对编程或增量编程。
1.2.55（√）数控机床用恒线速度控制加工端面、锥度和圆弧时，必须限制主轴的最高转速。
1.2.56（×）螺纹指令G32 X41.0 W-43.0 F1.5是以每分钟1.5mm的速度加工螺纹。
1.2.57（×）经试加工验证的数控加工程序就能保证零件加工合格。
1.2.58（√）数控机床的镜象功能适用于数控铣床和加工中心。
1.2.59（×）数控机床加工时选择刀具的切削角度与普通机床加工时是不同的。
1.2.60（×）数控铣床加工时保持工件切削点的线速度不变的功能称为恒线速度控制。
1.2.61（×）在数控加工中，如果圆弧指令后的半径遗漏，则圆弧指令作直线指令执行。
1.2.62（√）车床的进给方式分每分钟进给和每转进给两种，一般可用G94和G95区分。
（三） 数控加工实施
1.3.1（√）在数控机床上加工零件，应尽量选用组合夹具和通用夹具装夹工件。避免采用专用夹具。
1.3.2（×）保证数控机床各运动部件间的良好润滑就能提高机床寿命。
1.3.3（√）数控机床加工过程中可以根据需要改变主轴速度和进给速度。
1.3.4（√）车床主轴编码器的作用是防止切削螺纹时乱扣。
1.3.5（×）跟刀架是固定在机床导轨上来抵消车削时的径向切削力的。
1.3.6（×）切削速度增大时，切削温度升高，刀具耐用度大。
1.3.7（×）数控机床进给传动机构中采用滚珠丝杠的原因主要是为了提高丝杠精度。
1.3.8（×）数控车床可以车削直线、斜线、圆弧、公制和英制螺纹、圆柱管螺纹、圆锥螺纹，但是不能车削多头螺纹。
1.3.9（×）平行度的符号是 //，垂直度的符号是 ┸ , 圆度的符号是 〇。
1.3.10（√）数控机床为了避免运动件运动时出现爬行现象，可以通过减少运动件的摩擦
来实现。
1.3.11（×）切削中，对切削力影响较小的是前角和主偏角。
1.3.12（×）同一工件，无论用数控机床加工还是用普通机床加工，其工序都一样。
1.3.13（×）数控机床的定位精度与数控机床的分辨率精度是一致的。
（四） 编制数控程序
1.4.1（√）刀具半径补偿是一种平面补偿，而不是轴的补偿。
1.4.2（√）固定循环是预先给定一系列操作，用来控制机床的位移或主轴运转。
1.4.3（√）数控车床的刀具补偿功能有刀尖半径补偿与刀具位置补偿。
1.4.4（×）刀具补偿寄存器内只允许存入正值。
1.4.5（×）数控机床的机床坐标原点和机床参考点是重合的。
1.4.6（×）机床参考点在机床上是一个浮动的点。
1.4.7（√）外圆粗车循环方式适合于加工棒料毛坯除去较大余量的切削。
1.4.8（√）固定形状粗车循环方式适合于加工已基本铸造或锻造成型的工件。
1.4.9（×）外圆粗车循环方式适合于加工已基本铸造或锻造成型的工件。
1.4.10（√）刀具补偿功能包括刀补的建立、刀补的执行和刀补的取消三个阶段。
1.4.11（×）刀具补偿功能包括刀补的建立和刀补的执行二个阶段。
1.4.12（×）数控机床配备的固定循环功能主要用于孔加工。
1.4.13（√）数控铣削机床配备的固定循环功能主要用于钻孔、镗孔、攻螺纹等。
1.4.14（×）编制数控加工程序时一般以机床坐标系作为编程的坐标系。
1.4.15（√）机床参考点是数控机床上固有的机械原点，该点到机床坐标原点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定。
（五） 操作数控机床
1.5.1（√）因为毛坯表面的重复定位精度差，所以粗基准一般只能使用一次。
1.5.2（×）表面粗糙度高度参数Ra值愈大，表示表面粗糙度要求愈高；Ra值愈小，表示表面粗糙度要求愈低。
1.5.3（√）标准麻花钻的横刃斜角为50°～55°。
1.5.4（√）数控机床的位移检测装置主要有直线型和旋转型。
1.5.5（×）基本型群钻是群钻的一种，即在标准麻花钻的基础上进行修磨，形成“六尖一七刃的结构特征。
1.5.6（√）陶瓷的主要成分是氧化铝，其硬度、耐热性和耐磨性均比硬质合金高。
1.5.7（×）车削外圆柱面和车削套类工件时，它们的切削深度和进给量通常是相同的。
1.5.8（√）热处理调质工序一般安排在粗加工之后,半精加工之前进行。
1.5.9（√）为了保证工件达到图样所规定的精度和技术要求，夹具上的定位基准应与工件上设计基准、测量基准尽可能重合。
1.5.10（√）为了防止工件变形，夹紧部位要与支承对应，不能在工件悬空处夹紧。
1.5.11（×）在批量生产的情况下，用直接找正装夹工件比较合适。
1.5.12（√）刀具切削部位材料的硬度必须大于工件材料的硬度。
1.5.13（×）加工零件在数控编程时，首先应确定数控机床，然后分析加工零件的工艺特性。
1.5.14（×）数控切削加工程序时一般应选用轴向进刀。
1.5.15（×）因为试切法的加工精度较高，所以主要用于大批、大量生产。
1.5.16（×）具有独立的定位作用且能限制工件的自由度的支承称为辅助支承。
1.5.17（√）切削用量中，影响切削温度最大的因素是切削速度。
1.5.18（√）积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。
1.5.19（×）硬质合金是一种耐磨性好。耐热性高，抗弯强度和冲击韧性都较高的一种刀具材料。
1.5.20（×）在切削时，车刀出现溅火星属正常现象，可以继续切削。
1.5.21（×）刃磨车削右旋丝杠的螺纹车刀时，左侧工作后角应大于右侧工作后角。
1.5.22（√）套类工件因受刀体强度、排屑状况的影响，所以每次切削深度要少一点，进给量要慢一点。
1.5.23（√）切断实心工件时，工件半径应小于切断刀刀头长度。
1.5.24（√）切断空心工件时，工件壁厚应小于切断刀刀头长度。
1.5.25（×）数控机床对刀具的要求是能适合切削各种材料、能耐高温且有较长的使用寿命。
1.5.26（√）数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度、高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度7和韧性。
1.5.27（√）工件定位时，被消除的自由度少于六个，但完全能满足加工要求的定位称不完全定位。
1.5.28（×）定位误差包括工艺误差和设计误差。
1.5.29（×）数控机床中MDI是机床诊断智能化的英文缩写。
1.5.30（×）数控机床中CCW代表顺时针方向旋转，CW代表逆时针方向旋转。
1.5.31（×）一个完整尺寸包含的四要素为尺寸线、尺寸数字、尺寸公差和箭头等四项要素。
1.5.32（√）高速钢刀具具有良好的淬透性、较高的强度、韧性和耐磨性。
1.5.33（×）长V形块可消除五个自由度。短的V形块可消除二个自由度。
1.5.34（√）长的V形块可消除四个自由度。短的V形块可消除二个自由度。
1.5.35（×）高速钢是一种含合金元素较多的工具钢，由硬度和熔点很高的碳化物和金属粘结剂组成。
1.5.36（√）零件图中的尺寸标注要求是完整、正确、清晰、合理。
1.5.37（√）硬质合金是用粉末冶金法制造的合金材料，由硬度和熔点很高的碳化物和
金属粘结剂组成。
1.5.38（√）工艺尺寸链中，组成环可分为增环与减环。
1.5.39（√）尺寸链按其功能可分为设计尺寸链和工艺尺寸链。按其尺寸性质可分为线性尺寸链和角度尺寸链。
1.5.40（×）直线型检测装置有感应同步器、光栅、旋转变压器。
1.5.41（×）常用的间接测量元件有光电编码器和感应同步器。
1.5.42（√）直线型检测元件有感应同步器、光栅、磁栅、激光干涉仪。
1.5.43（√）旋转型检测元件有旋转变压器、脉冲编码器、测速发电机。
1.5.44（√）开环进给伺服系统的数控机床，其定位精度主要取决于伺服驱动元件和机床传动机构精度、刚度和动态特性。
1.5.45（×）按数控系统操作面板上的RESET键后就能消除报警信息。
1.5.46（√）若普通机床上的一把刀只能加工一个尺寸的孔，而在数控机床这把刀可加工尺寸不同的无数个孔。
1.5.47（×）数控机床的反向间隙可用补偿来消除，因此对顺铣无明显影响。
1.5.48（×）公差就是加工零件实际尺寸与图纸尺寸的差值。
1.5.49（√）国家规定上偏差为零，下偏差为负值的配合称基轴制配合。
1.5.50（×）配合可以分为间隙配合和过盈配合两种。
1.5.51（×）在基轴制中，经常用钻头、铰刀、量规等定植刀具和量具，有利于生产和降低成本。
1.5.52（×）公差是零件允许的最大偏差。
1.5.53（×）量块通常可以用于测量零件的长度尺寸。
1.5.54（×）检查加工零件尺寸时应选精度高的测量器具。
1.5.55（√）过盈配合的结合零件加工时表面粗糙度应该选小为好。
1.5.56（×）加工零件的表面粗糙度小要比大好。
1.5.57（×）用一个精密的塞规可以检查加工孔的质量。
（六） 数控机床作业管理
1.6.1（×）更换系统的后备电池时，必须在关机断电情况下进行。
1.6.2（×）炎热的夏季车间温度高达35°C以上，因此要将数控柜的门打开，以增加通风散热。
1.6.3（√）当数控机床失去对机床参考点的记忆时，必须进行返回参考点的操作。
1.6.4（×）数控机床在手动和自动运行中，一旦发现异常情况，应立即使用紧急停止按钮。
二． 单项选择题
（一） 职业道德
2.1.1 安全管理可以保证操作者在工作时的安全或提供便于工作的（B）。
A．生产场地 B．生产环境 C．生产空间
（二） 基础知识
2.2.2 加工（B）零件，宜采用数控加工设备。
A． 大批量 B 多品种中小批量 C 单件
2.2.3 通常数控系统除了直线插补外，还有（B）。
A．正弦插补 B 圆弧插补 C 抛物线插补
2.2.4 数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（C）。
A．传动精度 B. 运动精度和刚度 C.快速响应性能和运动精度 D. 传动精度和刚度
2.2.5 为了保证数控机床能满足不同的工艺要求，并能够获得最佳切削速度，主传动系统的要求是（C）。
A．无级调速 B.变速范围宽 C.分段无级变速 D.变速范围宽且能无级变速
2.2.6 圆弧插补指令G03 X Y R 中，X、Y后的值表示圆弧的（B）。
A．起点坐标值 B. 终点坐标值 C. 圆心坐标相对于起点的值
2.2.7 （B）使用专用机床比较合适。
A．复杂型面加工 B. 大批量加工 C. 齿轮齿形加工
2.2.8 车床上，刀尖圆弧只有在加工（ C ）时才产生加工误差。
A. 端面 B. 圆柱 C. 圆弧
2.2.9 数控系统所规定的最小设定单位就是（C）。
A. 数控机床的运动精度 B. 机床的加工精度 C. 脉冲当量 D. 数控机床的传动精度
2.2.10 步进电机的转速是否通过改变电机的（ A ）而实现。
A. 脉冲频率 B. 脉冲速度 C. 通电顺序
2.2.11 目前第四代计算机采用元件为（ C ）。
A. 电子管 B. 晶体管 C. 大规模集成电路
2.2.12 确定数控机床坐标轴时，一般应先确定（ C ）。
A. X轴 B. Y轴 C. Z轴
2.2.13 数控铣床的默认加工平面是（ A ）。
A. XY平面 B. XZ平面 C. YZ平面
2.2.14 G00指令与下列的（ C ）指令不是同一组的。
A. G01 B. G02，G03 C. G04
2.2.15 开环控制系统用于（ A ）数控机床上。
A. 经济型 B. 中、高档 C. 精密
2.2.16 加工中心与数控铣床的主要区别是（ Ｃ ）。
A. 数控系统复杂程度不同 B. 机床精度不同
C. 有无自动换刀系统
2.2.17 采用数控机床加工的零件应该是（ B ）。
A. 单一零件 B. 中小批量、形状复杂、型号多变 C. 大批量
2.2.18 G02 X20 Y20 R-10 F100；所加工的一般是（ C ）。
A. 整圆 B. 夹角〈=180°的圆弧 C. 180°〈夹角〈360°的圆弧
2.2.19 数控车床中，转速功能字S可指定（ B ）
A. mm/r B. r/mm C. mm/min
2.2.20下列G指令中（ C ）是非模态指令。
A. G00 B. G01 C. G04
2.2.21 G17、G18、G19指令可用来选择（ C ）的平面。
A.曲线插补 B. 直线插补 C. 刀具半径补偿
2.2.22 数控机床自动选择刀具中任意选择的方法是采用（ C ）来选刀换刀。
A. 刀具编码 B. 刀座编码 C. 计算机跟踪记忆
2.2.23 数控机床加工依赖于各种（ D ）。
A. 位置数据 B. 模拟量信息 C. 准备功能 D. 数字化信息
2.2.24 数控机床的核心是（ B ）。
A．伺服系统 B. 数控系统 C. 反馈系统 D. 传动系统
2.2.25数控机床的主机（机械部件）包括：床身、主轴箱、刀架、尾座和（ A ）。
A. 进给机构 B. 液压系统 C.冷却系统
2.2.26 数控机床的F功能常用（ B ）单位。
A. m/min B. mm/min或 mm/r C. m/r
2.2.27 数控机床加工零件时是由（ A ）来控制的。
A．数控系统 B. 操作者 C. 伺服系统
2.2.28 圆弧插补方向（顺时针和逆时针）的规定与（ C ）有关。
A．X轴 B. Z轴 C. 不在圆弧平面内的坐标轴
2.2.29 数控铣床的基本控制轴数是（ C ）。
A．一轴 B. 二轴 C.三轴 D. 四轴
2.2.30 数控机床与普通机床的主机最大不同是数控机床的主机采用（ C ）。
A．数控装置 B. 滚动导轨 C.滚珠丝杠
2.2.31 在数控机床坐标系中平行机床主轴的直线运动为（ C ）。
A．X轴 B.Y轴 C.Z轴
2.2.32 绕X轴旋转的回转运动坐标轴是（ A ）。
A．A轴 B. B轴 C. Z轴
2.2.33 用于指令动作方式的准备功能的指令代码是（ B ）。
A．F代码 B. G 代码 C. T代码
2.2.34 用于机床开关指令的辅助功能的指令代码是（ C ）。
A．F代码 B. S 代码 C. M代码
2.2.35 用于机床刀具编号的指令代码是（ A ）。
A．F代码 B. T 代码 C. M代码
2.2.36 数控升降台铣床的升降台上下运动坐标轴是（ C ）。
A．X轴 B. Y轴 C. Z轴
2.2.37 数控升降台铣床的拖板前后运动坐标轴是（ B ）。
A．X轴 B. Y轴 C. Z轴
2.2.38 辅助功能中表示无条件程序暂停的指令是（ A ）。
A．M00 B. M01 C.M02 D.M30
2.2.39 辅助功能中表示程序计划停止的指令是（ B ）。
A．M00 B. M01 C.M02 D.M30
2.2.40 辅助功能中与主轴有关的M指令是（ D ）。
A．M06 B. M09 C.M08 D.M05
2.2.41 在管道中流动的油液，其流量的计算是 （ C ）。
A．压力*作用力 B.功率*面积 C.流速*截面积
2.2.42 液压回路主要由能源部分、控制部分和（ B ）部分构成。
A． 换向 B.执行机构 C. 调压
2.2.43 液压泵是液压系统中的动力部分，能将电动机输出的机械能转换为油液的（ A ）能。
A．压力 B.流量 C.速度
2.2.44 液压系统中的压力的大小取决于（ A ）。
A．外力 B.调压阀 C.液压泵
2.2.45 下列数控系统中（ B ）是数控铣床应用的控制系统。
A．FANUC-6T B.FANUC-6M C.FANUC-330D
2.2.46 下列型号中（ B ）是最大加工工件直径为φ400毫米的数控车床的型号。
A．CJK0620 B.CK6140 C.XK5040
2.2.47 下列型号中（ B ）是工作台宽为500毫米的数控铣床。
A．CK6150 B. XK715 C.TH6150
2.2.48 下列型号中（ B ）是一台加工中心。
A．XK754 B.XH764 C.XK8140
2.2.49 数控车床与普通车床相比在结构上差别最大的部件是（ C ）。
A．主轴箱 B. 床身 C.进给传动 D.刀架
2.2.50 数控机床的诞生是在（ A ）年代。
A．50年代 B. 60年代 C.70年代
2.2.51 数控机床是在（ B ）诞生的。
A．日本 B. 美国 C. 英国
2.2.52 数控机床利用插补功能加工的零件的表面粗糙度要比普通机床加工同样零件表面粗糙度（A）。
A．差 B.相同 C.好
2.2.53“NC”的含义是（A）。
A．数字控制 B. 计算机数字控制 C.网络控制
2.2.54“CNC”的含义是（ B ）。
A．数字控制 B. 计算机数字控制 C.网络控制
2.2.55 下列数控系统中（ A ）是数控车床应用的控制系统。
A．FANUC-0T B.FANUC-0M C.SIEMENS 820G
2.2.56 数控铣床与普通铣床相比，在结构上差别最大的部件是（D）
A．主轴箱 B.工作台 C.床身 D.进给传动
2.2.57 四坐标数控铣床的第四轴是垂直布置的，则该轴命名为（ B ）。
A．B轴 B. C轴 C. W轴
2.2.58 目前机床导轨中应用最普遍的导轨型式是（C）。
A．静压导轨 B.滚动导轨 C.滑动导轨
2.2.59 从工作性能上看液压传动的优点有（B）
A．比机械传动准确 B.速度、功率、转矩可无级调节 C.传动效率高
2.2.60 从工作性能上看液压传动的缺点有（C）
A．调速范围小 B.换向慢 C.传动效率低
2.2.61某直线控制数控机床加工的起始坐标为（0，0），接着分别是（0，5）;（5，5）;（5，0）;（0，0），则加工的零件形状是（B）。
A．边长为5的平行四边形 B. 边长为5的正方形 C. 边长为10的正方形形
2.2.62 机床上的卡盘，中心架等属于（A）夹具。
A．通用 B. 专用 C. 组合
2.2.63数控机床上有一个机械原点，该点到机床坐标零点在进给坐标轴方向上的距离可以在机床出厂时设定。该点称（C）。
A．工件零点 B.机床零点 C.机床参考点
2.2.64 数控机床的种类很多，如果按加工轨迹分则可分为（B）。
A．二轴控制、三轴控制和连续控制 B.点位控制、直线控制和连续控制 C.二轴控制、三轴控制和多轴控制
2.2.65 数控机床能成为当前制造业最重要的加工设备是因为（B）。
A．自动化程度高 B.人对加工过程的影响减少到最低 C.柔性大，适应性强
2.2.66 加工中心选刀方式中常用的是（C）方式。
A．刀柄编码 B.刀座编码 C.记忆
2.2.67 数控机床主轴以800转/分转速正转时，其指令应是（A）。
A．M03 S800 B.M04 S800 C.M05 S800
（三） 数控加工实施
2.3.1 切削热主要是通过切屑和（C）进行传导的。
A．工件 B 刀具 C 周围介质
2.3.2 切削的三要素有进给量、切削深度和（ B ）。
A. 切削厚度 B. 切削速度 C. 进给速度
2.3.3 工件定位时，被消除的自由度少于六个，且不能满足加工要求的定位称为（ A ）。
A、欠定位 B、过定位 C、完全定位
2.3.4 重复限制自由度的定位现象称之为( C )。
A. 完全定位 B. 过定位 C. 不完全定位
2.3.5 工件定位时，仅限制四个或五个自由度，没有限制全部自由度的定位方式称为（ C ）。
A.完全定位 B. 欠定位 C. 不完全定位
2.3.6 工件定位时，下列哪一种定位是不允许存在的（ Ｂ ）。
A 完全定位 B. 欠定位 C. 不完全定位
2.3.7 切削过程中，工件与刀具的相对运动按其所起的作用可分为（ A ）。
A. 主运动和进给运动 B. 主运动和辅助运动 C. 辅助运动和进给运动
2.3.8 铰孔的切削速度比钻孔的切削速度（ B ）。
A．大 B. 小 C. 相等
2.3.9 同时承受径向力和轴向力的轴承是（ C ）。
A．向心轴承 B.推力轴承 C.角接触轴承
2.3.10 一个物体在空间如果不加任何约束限制，应有（C）自由度。
A．四个 B. 五个 C.六个
2.3.11 在夹具中，用一个平面对工件进行定位，可限制工件的（B）自由度。
A．两个 B. 三个 C. 四个
2.3.12 在夹具中，较长的V形架用于工件圆柱表面定位可以限制工件（C）自由度。
A．二个 B.三个 C.四个
2.3.13 夹紧中确定夹紧力大小时，最好状况是力（B）。
A．尽可能的大 B.尽可能的小 C.大小应适应
2.3.14 数控车床加工钢件时希望的切屑是（C）。
A．带状切屑 B.挤裂切屑 C. 单元切屑 D.崩碎切屑
2.3.15 影响数控加工切屑形状的切削用量三要素中（B）影响最大。
A．切削速度 B.进给量 C.进给量
2.3.16 在数控机床上使用的夹具最重要的是（C）。
A．夹具的刚性好 B.夹具的精度高 C. 夹具上有对刀基准
2.3.17 数控机床加工零件的程序编制不仅包括零件工艺过程，而且还包括切削用量、走刀路线和（C）。
A．机床工作台尺寸 B. 机床行程尺寸 C.刀具尺寸
2.3.18 编程人员对数控机床的性能、规格、刀具系统、（C）、工件的装夹都应非常熟悉才能编出好的程序。
A．自动换刀方式 B. 机床的操作 C.切削规范 D.测量方法
（四） 编制数控程序
2.4.1 数控加工中心的固定循环功能适用于（C）。
A．曲面形状加工 B 平面形状加工 C 孔系加工
2.4.2 刀尖半径左补偿方向的规定是（D）。
A. 沿刀具运动方向看，工件位于刀具左侧 B. 沿工件运动方向看，工件位于刀具左侧 C. 沿工件运动方向看，刀具位于工件左侧 D. 沿刀具运动方向看，刀具位于工件左侧
2.4.3 设G01 X30 Z6执行G91 G01 Z15后,正方向实际移动量（ C ）。
A. 9mm B. 21mm C. 15mm
2.4.4 各几何元素间的联结点称为（ A ）。
A. 基点 B. 节点 C. 交点
2.4.5 程序中指定了（ A ）时，刀具半径补偿被撤消。
A. G40 B. G41 C. G42
2.4.6 设H01=6mm，则G91 G43 G01 Z-15.0；执行后的实际移动量为（ A ）。
A. 9mm B. 21mm C. 15mm
2.4.7 用Φ12的刀具进行轮廓的粗、精加工，要求精加工余量为0.4，则粗加工
偏移量为（ C ）。
A. 12.4 B. 11.6 C. 6.4
2.4.8 数控机床的标准坐标系是以（ A ）来确定的。
A. 右手直角笛卡尔坐标系 B. 绝对坐标系 C. 相对坐标系
2.4.9 执行下列程序后，累计暂停进给时间是（A）。
N1 G91 G00 X120.0 Y80.0
N2 G43 Z-32.0 H01
N3 G01 Z-21.0 F120
N4 G04 P1000
N5 G00 Z21.0
N6 X30.0 Y-50.0
N7 G01 Z-41.0 F120
N8 G04 X2.0
N9 G49 G00 Z55.0
N10 M02
A．3秒 B. 2秒 C.1002秒 D. 1.002秒
2.4.10 在数控铣床上铣一个正方形零件(外轮廓),如果使用的铣刀直径比原来小1mm,则计算加工后的正方形尺寸差( C ).
A．小1mm B. 小0.5mm C. 大1mm D.大0.5mm
2.4.11 执行下列程序后，钻孔深度是（A）。
G90 G01 G43 Z-50 H01 F100 （H01补偿值-2.00mm）
A．48mm B.52mm C.50mm
2.4.12 执行下列程序后，镗孔深度是（A）。
G90 G01 G44 Z-50 H02 F100 （H02补偿值2.00mm）
A．48mm B.52mm C.50mm
2.4.13 在数控铣床上用φ20铣刀执行下列程序后，其加工圆弧的直径尺寸是（A）。
N1 G90 G17 G41 X18.0 Y24.0 M03 H06
N2 G02 X74.0 Y32.0 R40.0 F180（刀具半径补偿偏置值是φ20.2）
A．φ80.2 B. φ80.4 C. φ79.8
2.4.14 数控车床在加工中为了实现对车刀刀尖磨损量的补偿，可沿假设的刀尖方向，在刀尖半径值上，附加一个刀具偏移量，这称为（B）。
A．刀具位置补偿 B.刀具半径补偿 C. 刀具长度补偿
（五） 操作数控机床
2.5.1 G00的指令移动速度值是（A）
A．机床参数指定 B 数控程序指定 C 操作面板指定
2.5.2 套的加工方法是：孔径较小的套一般采用（C）方法，孔径较大的套一般采用（B）方法。
A．钻、铰 B. 钻、半精镗、精镗 C. 钻、扩、铰 D. 钻、精镗
2.5.3 进行轮廓铣削时，应避免（B）和（C）工件轮廓。
A. 切向切入 B. 法向切入 C. 法向退出 D. 切向退出
2.5.4 数控机床的检测反馈装置的作用是：将其准确测得的（B）数据迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较和处理。
A．直线位移 B. 角位移或直线位移 C.角位移 D.直线位移和角位移
2.5.5 在“机床锁定”（FEED HOLD）方式下，进行自动运行，（A）功能被锁定。
A．进给 B. 刀架转位 C. 主轴
2.5.6 标准麻花钻的锋角为（ A ）。
A. 118° B. 35°～40° C. 50°～55°
2.5.7 硬质合金材料的硬度较高，耐磨性好，耐热性高，能耐（ B ）的高温。
A. 500℃～700℃ B. 800℃～1000℃ C. 1500℃～2000℃
2.5.8 一面两销定位中所用的定位销为（ C ）。
A. 圆柱销 B. 圆锥销 C. 菱形销
2.5.9 全闭环伺服系统与半闭环伺服系统的区别取决于运动部件上的（ C ）。
A．执行机构 B. 反馈信号 C.检测元件
2.5.10 数控机床每次接通电源后在运行前首先应做的是（ C ）。
A．给机床各部分加润滑油 B. 检查刀具安装是否正确 C. 机床各坐标轴回参考点 D. 工件是否安装正确
2.5.11 请找出下列数控屏幕上菜单词汇的对应英文词汇SPINDLE（ A ）、EMERGENCY STOP （ C ）、FEED （D ）、COOLANT （ B ）。
A．主轴 B.冷却液 C.紧停 D.进给
2.5.12 请找出下列数控机床操作名称的对应英文词汇BOTTON （ C ）、SOFT KEY （ A ）、HARD KEY （ B ）、SWITCH（ D ）。
A．软键 B. 硬键 C. 按钮 D. 开关
2.5.13 被加工工件强度、硬度、塑性愈大时，刀具寿命（ B ）。
A．愈高 B.愈低 C.不变
2.5.14 数控铣床一般采用半闭环控制方式，它的位置检测器是（ B ）。
A．光栅尺 B.脉冲编码器 C.感应同步器
2.5.15 在CRT/MDI面板的功能键中，显示机床现在位置的键是（ A ）。
A．POS B.PRGRM C.OFSET
2.5.16 在CRT/MDI面板的功能键中，用于程序编制的键是（ B ）。
A．POS B.PRGRM C.ALARM
2.5.17 在CRT/MDI面板的功能键中，用于刀具偏置数设置的键是（ B ）。
A．POS B. OFSET C. PRGRM
2.5.18 在CRT/MDI面板的功能键中，用于报警显示的键是（ B ）。
A．DGNOS B. ALARM C. PARAM
2.5.19 在CRT/MDI面板的功能键中参数显示，设定的键是（B）。
A．OFSET B.PARAM C. PRGAM
2.5.20 数控程序编制功能中常用的插入键是（A）。
A．INSRT B.ALTER C.DELET
2.5.21 数控程序编制功能中常用的删除键是（C）。
A．INSRT B.ALTER C.DELET
2.5.22 在CRT/MDI操作面板上页面变换键是（A）。
A．PAGA B. CURSOR C. EOB
2.5.23 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角，称为（C）。
A．前角 B. 后角 C.主偏角
2.5.24 刀具磨钝标准通常按照（B）的磨损值制定标准。
A．前面 B.后面 C. 前角 D.后角
2.5.25 钻小孔或长径比较大的孔时，应取（C）的转速钻削
A．较低 B.中等 C.较高
2.5.26 一般机床导轨的平行度误差为（B）/1000mm。
A．0.015～0.02 B. 0.02～0.047 C. 0.02～0.05
2.5.27 目前导轨材料中应用得最普遍的是（A）。
A．铸铁 B.黄铜 C.青铜
2.5.28 金属切削刀具切削部分的材料应具备（B）要求。
A．高硬度、高耐磨性、高耐热性 B.高硬度、高耐热性，足够的强度和韧性和良好的工艺性 C. 高耐磨性、高韧性、高强度
2.5.29 影响刀具寿命的因素有（A）。
A．工件材料、刀具材料、刀具几何参数、切削用量 B. 工件材料、刀具材料、刀具几何参数 C. 工件材料、刀具材料、切削速度
2.5.30 数控机床操作时，每起动一次，只进给一个设定单位的控制称为（A）。
A．单步进给 B.点动进给 C. 单段操作
2.5.31 闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统主要区别在于（B）。
A．位置控制器 B. 检测单元 C. 伺服单元 D. 控制对象
2.5.32 零件在加工过程中测量的方法称为（C）测量。
A．直接 B.接触 C.主动 D. 被动
2.5.33 可以用来制作切削工具的材料是（C）。
A低碳钢． B.中碳钢 C.高碳钢 D.镍铬钢
2.5.34 机械制造中常用的优先配合的基准孔是（A）。
A．H7 B. H2 C. D2 D. D7
2.5.35 几何形状误差包括宏观几何形状误差，微观几何形状误差和（A）。
A．表面波度 B.表面粗糙度 C. 表面不平度
2.5.36 数控铣床上进行手动换刀时最主要的注意事项是（B）。
A．对准键槽 B.檫干净连接锥柄 C.调整好拉钉 D.不要拿错刀具
2.5.37 设置零点偏置（G54-G59）是从（C）输入。
A． 程序段中 B. 机床操作面板 C. CNC控制面板
（六） 数控机床作业管理
2.6.1 数控机床工作时，当发生任何异常现象需要紧急处理时应启动（C）。
A．程序停止功能 B.暂停功能 C.紧停功能
2.6.2 热继电器在控制电路中起的作用是（B）。
A．短路保护 B. 过载保护 C. 失压保护 D. 过电压保护
2.6.3 数控机床加工调试中遇到问题想停机应先停止（C）。
A．冷却液 B.主运动 C.进给运动 D. 辅助运动
2.6.4 数控机床电气柜的空气交换部件应（B）清除积尘，以免温升过高产生故障。
A．每日 B. 每周 C.每季度 D. 每年
2.6.5 数控机床如长期不用时最重要的日常维护工作是（C）。
A．清洁 B. 干燥 C.通电
三． 多项选择题
（一） 职业道德
3.1.1 ．生产的安全管理活动包括（A、B、C、D）。
A．警示教育 B．安全教育 C．文明教育 D．环保教育 E．上、下班的交通安全教育
（二） 基础知识
（暂无）
（三） 数控加工实施
3.3.1 金属材料的热处理是用（C、D）的方法来调节和改善其材料的性质。
A．淬火、回火 B．退火、正火 C．加热 D．加热后冷却
3.3.2 数控加工编程前要对零件的几何特征如（A、B、D）等轮廓要素进行分析。
A．平面 B.直线 C.轴线 D. 曲线
（四） 编制数控程序
3.4.1 C功能刀具半径补偿自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转接，其转接的形式有（A、C、D）转接。
A．缩短型 B.圆弧过度型 C.伸长型 D.插入型
（五） 操作数控机床
3.5.1 在数控车床上加工时，如刀尖安装高度高时对工作角度的影响是（B、C）。
A．前角变大 B.前角变小 C.后角变大 D. 后角变小
（六） 数控机床作业管理
3.6.1 数控机床日常保养中，（B、C、D）部位需不定期检查。
A．各防护装置 B.废油池 C.排屑器 D.冷却油箱
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摘要：简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。
1 数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面［1～4］。
1．1 高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达 60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
BW碧威股份有限公司针对客户端改善切削方式、提供专业切削CNC数控刀具专业能力、制造客户需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool manufacturer、Carbide end mills manufacturer、Carbide cutting tool manufacturer、NAS Cutting tool manufacturer、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill manufacturer、钨钢铣刀、航太刀具、钨钢钻头、高速刚、铰刀、中心钻头、Taperd end mills、斜度铣.Metric end mills manufacturer、公制铣刀、Miniature end mills manufacturer、微小径铣刀、钨钢切削刀具、Pilot reamer、领先铰刀、Electronics cutter、电子用切削刀具、Step drill、阶梯钻头、Metal cutting saw、金属圆锯片、Double margin drill、领先阶梯钻头、Gun barrel、Angle milling cutter、角度铣刀、Carbide burrs、滚磨刀、Carbide tipped cutter、焊刃刀具、Chamfering tool、倒角铣刀、IC card engraving cutter、IC芯片卡刀、Side cutter、侧铣刀、NAS tool、DIN tool、德国规范切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滚筒铣刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齿侧铣刀、Long end mills、长刃铣刀、Stub roughing end mills、粗齿铣刀、Dovetail milling cutters、鸠尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、钨钢圆鼻铣刀、Angeled carbide end mills、角度钨钢铣刀、Carbide torus cutters、短刃平铣刀、Carbide ball-noseed slot drills、钨钢球头铣刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型涡流管枪、Tool manufacturer、刀具制造商等相关切削刀具、以服务客户改善工厂加工条件、增加竞争力。
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摘要：简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。
1 数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面［1～4］。
1．1 高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达 60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
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非矽晶太陽能薄膜 未來的市場www.tool-tool.com
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矽晶圓材料供貨缺口持續擴大，太陽電池廠商加入搶矽材大戰行列。被譽為第二代太陽電池技術的「薄膜（Thin Film）太陽電池」趁勢崛起，已有裕隆集團旗下的嘉晶電子、北儒轉投資的鑫笙能源科技、及併購Applied Films的美商應材等公司，相繼宣布投入薄膜太陽電池市場。
全球兩大矽晶圓廠日商信越及三菱住友，5月同步調漲合約價，漲幅5%至10%，是六年來首度調漲，引爆太陽能產業缺料問題。
台灣目前以矽晶圓為主的太陽能模組供不應求，隨著上游矽材料吃緊，勢必影響未來幾年內的產能拉升。
工研院太陽光電中心組長林江財表示，目前薄膜太陽電池的轉換效率還不如矽晶太陽電池，但太陽光電中心研發的薄膜太陽電池，是要結合在玻璃上，可以與建材結合，形成大面積的薄膜太陽電池玻璃建材，加上原材料便宜的優點，可以大面積達到更佳的發電效果。
嘉晶總經理李玉山指出，嘉晶將在所擁有的磊晶核心技術基礎上，跨入太陽能薄膜電池產品領域，預計以二年的時間投入研發，並與工研院合作，目標是2010年薄膜製程取代傳統單晶、或多晶的太陽電池。他說，薄膜製程對矽的需求僅傳統的15分之一，可大幅節省矽晶。有待克服的是轉換效率技術，目標是從現在的8%，提升到12%。
5月底獲國科會審議入竹科的鑫笙能源，準備投資5億元，開發薄膜太陽能電池及模組。主要法人股東包括技術來源的美商EPV、及南科半導體及面板設備製造商北儒精密。
美商應用材料年初宣布以4.64億美元現金收購美商Applied Films公司，跨足所欠缺的物理氣相沈積（PVD）設備、平面顯示器彩色濾光片，以及太陽能電池設備市場。
美商Applied Films在南科設立台灣應薄設備公司，主要是併購和立聯合的真空鍍膜部門，生產連續式真空濺鍍設備，在台灣彩色濾光片市場占有率高達95%以上。客戶群包括：達虹（原劍度）、和鑫光電、展茂光電、奇美電子、中華映管、南鑫光電、群創光電、友達等。
【2006/06/04 經濟日報】
BW碧威股份有限公司針對客戶端改善切削方式、提供專業切削CNC數控刀具專業能力、製造客戶需求如：Cutting tool、切削刀具、HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、鎢鋼銑刀、航太刀具、鎢鋼鑽頭、高速剛、鉸刀、中心鑽頭、Taperd end mills、斜度銑刀、Metric end mills、公制銑刀、Miniature end mills、微小徑銑刀、鎢鋼切削刀具、Pilot reamer、領先鉸刀、Electronics cutter、電子用切削刀具、Step drill、階梯鑽頭、Metal cutting saw、金屬圓鋸片、Double margin drill、領先階梯鑽頭、Gun barrel、Angle milling cutter、角度銑刀、Carbide burrs、滾磨刀、Carbide tipped cutter、銲刃刀具、Chamfering tool、倒角銑刀、IC card engraving cutter、IC晶片卡刀、Side cutter、側銑刀、NAS tool、DIN tool、德國規範切削刀具、Special tool、特殊刀具、Metal slitting saws、Shell end mills、滾筒銑刀、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、交叉齒側銑刀、Long end mills、長刃銑刀、Stub roughing end mills、粗齒銑刀、Dovetail milling cutters、鳩尾刀具、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、鎢鋼圓鼻銑刀、Angeled carbide end mills、角度鎢鋼銑刀、Carbide torus cutters、短刃平銑刀、Carbide ball-noseed slot drills、鎢鋼球頭銑刀、Mould cutter、模具用刀具、BW微型渦流管槍、Tool manufacturer、刀具製造商等相關切削刀具、以服務客戶改善工廠加工條件、爭加競爭力。
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全球兩大矽晶圓廠日商信越及三菱住友，5月同步調漲合約價，漲幅5%至10%，是六年來首度調漲，引爆太陽能產業缺料問題。
台灣目前以矽晶圓為主的太陽能模組供不應求，隨著上游矽材料吃緊，勢必影響未來幾年內的產能拉升。
工研院太陽光電中心組長林江財表示，目前薄膜太陽電池的轉換效率還不如矽晶太陽電池，但太陽光電中心研發的薄膜太陽電池，是要結合在玻璃上，可以與建材結合，形成大面積的薄膜太陽電池玻璃建材，加上原材料便宜的優點，可以大面積達到更佳的發電效果。
嘉晶總經理李玉山指出，嘉晶將在所擁有的磊晶核心技術基礎上，跨入太陽能薄膜電池產品領域，預計以二年的時間投入研發，並與工研院合作，目標是2010年薄膜製程取代傳統單晶、或多晶的太陽電池。他說，薄膜製程對矽的需求僅傳統的15分之一，可大幅節省矽晶。有待克服的是轉換效率技術，目標是從現在的8%，提升到12%。
5月底獲國科會審議入竹科的鑫笙能源，準備投資5億元，開發薄膜太陽能電池及模組。主要法人股東包括技術來源的美商EPV、及南科半導體及面板設備製造商北儒精密。
美商應用材料年初宣布以4.64億美元現金收購美商Applied Films公司，跨足所欠缺的物理氣相沈積（PVD）設備、平面顯示器彩色濾光片，以及太陽能電池設備市場。
美商Applied Films在南科設立台灣應薄設備公司，主要是併購和立聯合的真空鍍膜部門，生產連續式真空濺鍍設備，在台灣彩色濾光片市場占有率高達95%以上。客戶群包括：達虹（原劍度）、和鑫光電、展茂光電、奇美電子、中華映管、南鑫光電、群創光電、友達等。
【2006/06/04 經濟日報】
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塑料選材的一般程序www.tool-tool.com
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塑料也像金屬一樣，種類繁多，雖然已工業化的主要類別只有五十多種，但每類又有許多品級。如尼龍塑料則包括尼龍3、尼龍4、尼龍6、尼龍46、尼龍66、尼龍7、尼龍8、尼龍9、尼龍610、尼龍1010、尼龍11、尼龍12、尼龍13、尼龍612，尼龍9T，尼龍13，MC尼龍，尼龍 MXD6 尼龍等品種。每一品種還可以通過改性，例如加入填料或增強材料和其它輔助材料，或通過共混製成"合金"；或通過加工工藝如定向拉伸、結晶、發泡等來獲得新的性能，以滿足使用要求。
塑料的品種既然是如此繁多，它們的性能又具可變性，因此，塑料應用的選材常常要從塑料中許多性能的綜合平衡來考慮(包括工藝與成本)，而且某些性能資料如磨損性、衝擊性尚不能完全預測其使用性，有時又缺乏準確可靠的設計公式，因此，大多數塑料的選材過程是比較複雜的。為了能選擇出性能和加工工藝均符合使用要求的、又盡量能恰如其分地量材使用的品種就要求採用系統、綜合的分析方法來選材。
一個完整的設計過程，應從構思、草圖開始。選材在設計過程中是個關鍵步驟，對於指定部件的選材，最主要的是考慮部件的功能和決定部件功能的有關材料性能，同時還要考慮諸如部件的特點和禁忌、使用時的外界條件、臨界條件、使用壽命和使用方式、維修方法、製品尺寸和尺寸精度、成型加工工藝、生產數量、生產速度、成本、原料來源和經濟效益等等。這些因素包括兩方面，一方面是使用環境介質和環境條件，如構件承受的負荷和自重，衝擊和振動等機械作用的影響；接觸的氣體、液體、固體及化學藥品；曝露的大氣環境 (氣溫、濕度、降雨、陽光、冰雪以及有害氣體等)的影響；貯存環境條件和長期貯存的的影響；此外，除靜態破壞影響外，還要考慮摩擦升溫、蠕變、成型收縮等引起的變形、應力鬆弛以及反覆應變而引起的疲勞，高應變率引起的力學性能變化等等。另一方面是搬運、勤務處理或操作時，製品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影響。充分考慮這些因素才能明確所要求的綜合性能。
瞭解生產數量是為了從經濟上考慮恰當的成型加工方法。比如所需數量是幾個至幾十個，就不必要製造模具，可直接用板材或棒材加工；需要數量是幾百個左右時，可酌情採用簡易模具或樹脂-金屬模、低熔點合金模等；當需要量更多時則應採用正規的模具成型。比如，設計的部件要急於使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設計宇航零件，則性能因素是最重要的；如設計通用產品，則應綜合考慮性能和成本。下面列舉一個典型的選材程序：
(1)零部件的構思：進行初步的功能設計，即部件的形狀及其功能元件的形狀，並考慮選擇基本加工方法。
(2)選材：根據在應力下與使用性能相關的塑料的工程性能和加工性來篩選候選材料，這些應力是部件工作時施加在製品上的。
(3)初步分析設計：利用工程設計性能計算壁厚和零件的其它尺寸。並根據塑料的特點進行製品設計和模具設計。
(4)試制樣品：在部件實際使用條件下或模擬零部件的使用條件下進行考驗、考核。
(5)重新設計和重新試驗：當發現性能不能滿足使用要求時，要重新篩選材料或重新設計並試驗。
(6)根據試制樣品的試驗情況和加工零部件的成本，確定最終設計和選材。
(7)確定材料的技術規格和檢驗方法。
有時上列步驟可以縮短，尤其是在零部件要求簡單，或新零件與舊零件的差別很小的時候。然而，有時選材步驟更為複雜，特別是在開發新應用時，或在塑料所承受的應力很複雜的情況下，系統、綜合的分析法不僅是可靠的成功辦法，而且是節省開發費用的途徑。
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塑料的品種既然是如此繁多，它們的性能又具可變性，因此，塑料應用的選材常常要從塑料中許多性能的綜合平衡來考慮(包括工藝與成本)，而且某些性能資料如磨損性、衝擊性尚不能完全預測其使用性，有時又缺乏準確可靠的設計公式，因此，大多數塑料的選材過程是比較複雜的。為了能選擇出性能和加工工藝均符合使用要求的、又盡量能恰如其分地量材使用的品種就要求採用系統、綜合的分析方法來選材。
一個完整的設計過程，應從構思、草圖開始。選材在設計過程中是個關鍵步驟，對於指定部件的選材，最主要的是考慮部件的功能和決定部件功能的有關材料性能，同時還要考慮諸如部件的特點和禁忌、使用時的外界條件、臨界條件、使用壽命和使用方式、維修方法、製品尺寸和尺寸精度、成型加工工藝、生產數量、生產速度、成本、原料來源和經濟效益等等。這些因素包括兩方面，一方面是使用環境介質和環境條件，如構件承受的負荷和自重，衝擊和振動等機械作用的影響；接觸的氣體、液體、固體及化學藥品；曝露的大氣環境 (氣溫、濕度、降雨、陽光、冰雪以及有害氣體等)的影響；貯存環境條件和長期貯存的的影響；此外，除靜態破壞影響外，還要考慮摩擦升溫、蠕變、成型收縮等引起的變形、應力鬆弛以及反覆應變而引起的疲勞，高應變率引起的力學性能變化等等。另一方面是搬運、勤務處理或操作時，製品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影響。充分考慮這些因素才能明確所要求的綜合性能。
瞭解生產數量是為了從經濟上考慮恰當的成型加工方法。比如所需數量是幾個至幾十個，就不必要製造模具，可直接用板材或棒材加工；需要數量是幾百個左右時，可酌情採用簡易模具或樹脂-金屬模、低熔點合金模等；當需要量更多時則應採用正規的模具成型。比如，設計的部件要急於使用，則考慮材料貨源是主要的；如要設計宇航零件，則性能因素是最重要的；如設計通用產品，則應綜合考慮性能和成本。下面列舉一個典型的選材程序：
(1)零部件的構思：進行初步的功能設計，即部件的形狀及其功能元件的形狀，並考慮選擇基本加工方法。
(2)選材：根據在應力下與使用性能相關的塑料的工程性能和加工性來篩選候選材料，這些應力是部件工作時施加在製品上的。
(3)初步分析設計：利用工程設計性能計算壁厚和零件的其它尺寸。並根據塑料的特點進行製品設計和模具設計。
(4)試制樣品：在部件實際使用條件下或模擬零部件的使用條件下進行考驗、考核。
(5)重新設計和重新試驗：當發現性能不能滿足使用要求時，要重新篩選材料或重新設計並試驗。
(6)根據試制樣品的試驗情況和加工零部件的成本，確定最終設計和選材。
(7)確定材料的技術規格和檢驗方法。
有時上列步驟可以縮短，尤其是在零部件要求簡單，或新零件與舊零件的差別很小的時候。然而，有時選材步驟更為複雜，特別是在開發新應用時，或在塑料所承受的應力很複雜的情況下，系統、綜合的分析法不僅是可靠的成功辦法，而且是節省開發費用的途徑。
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奇特的金屬表面處理技術
馬執斌
鏡子是人們日常生活中的必用品。在中國古代，人們一般是使用銅鏡來照臉梳妝打扮的。考古發掘材料表明，早在4000多年以前，中國就有銅鏡子了。從那時候起直到清代中期，銅鏡作為一種生活日用品得到廣泛的使用。清代乾隆以後，銅鏡才逐漸被玻璃鏡所代替。在中國古代銅鏡中，有一種被古董商人稱為「水銀包漿」的鏡子，鏡子表面好像包裹著一層水銀，白亮白亮的，能夠照出人的發毛，更令人驚異的是，這種銅鏡耐腐蝕性很強，在地下埋藏上千年居然不銹，發掘出土的時候仍舊光亮照人，鑒人發毛。
減緩金屬材料的腐蝕，是古今中外材料科學中的一大課題。中國古代「水銀包漿」銅鏡千古不銹的奇特現象，自然會引起國內外科學工作者的注意。對於「水銀包漿」銅鏡的本質、形成原因及其製作工藝，古今中外的研究者眾說紛紜。
明代科學家宋應星在《天工開物》中說：「凡鑄鏡……開面成光，則水銀附體而成，非銅有光明如許也。」這就是說，銅鏡鏡面光潔白亮是附上水銀的結果。他的這種看法，在現代中、日學者裡有不少支持者。
還有人認為，銅鏡鑄成後，先磨光，再上銀，才使得鏡面光潔白亮。
西漢淮南王劉安主持編纂的《淮南子》上記載：「明鏡之始下型，朦然未見形容。及其粉以玄錫、摩以白旃、鬢眉微毫，可得而察。」這是關於運用表面處理技術使銅鏡光潔白亮的最早記載。「粉以玄錫，摩以白旃」，是造成鏡面白亮的主要措施。「白旃」，就是白色毛氈，處理鏡面要用白色毛氈摩擦。而「玄錫」是什麼東西呢？「玄」者，黑也，然而錫的顏色卻不黑。因此，一些學者又對「玄錫」的解釋產生分歧。有人認為是「鉛粉」，有人認為是「鉛汞劑」，也有人認為是「錫石」，還有人認為是不純淨的「二氧化錫」。
清代物理學家鄭復光在《鏡鏡冷癡》一書裡說：「銅色本黃，雜錫則青。青近白，故宜於鏡。磨擦藥亦汞錫為之。」他又提出鏡面是靠「汞錫」磨擦而產生青白亮光的。
上海博物館和上海材料研究所的科研人員運用現代科學儀器和試驗設備，對東漢「水銀包漿」銅鏡殘片進行了大量的分析測試，並結合對古人、前人和今人著述的分析，進行了各種模擬試驗，終於揭開了「水銀包漿」銅鏡千古不銹的奧秘。「
上海科研工作者首先運用現代先進的電子光學能譜分析等手段，對「水銀包漿」銅鏡進行了由表及裡的系統檢測，結果發現：第一，東漢「冰銀包漿」銅鏡鏡體是銅、錫、鉛三元合金，跟一般銅鏡鏡體的成份基本相同。第二，東漢「水銀包漿」銅鏡的鏡面既沒有水銀滲出，也不富集銀和鉛。第三，東漢「水銀包漿」，銅鏡鏡面有一層富錫層，含錫量達60％左右，高出鏡體一倍多。第四，富錫層極薄，僅幾十至幾百納米厚（1納米＝千萬分之一厘米）。第五，東漢「水銀包漿」銅鏡鏡面除富錫層外，，還含有比鏡體多或鏡體沒有的鋁、鈣、鉀等元素。第六，極薄的富錫層表面還有一層透明膜。科研人員採取特殊方法揭下了這層薄膜，在透射電鏡下觀察，發現它是一層微晶態的、緻密的薄膜，其主要成份是二氧化錫。
富錫層和透明薄膜的發現，使科研人員認識到，鄭復光關於銅中加錫變成青白色的說法是正確的。東漢「水銀包漿」銅鏡鏡面含錫高達60％，所以變成青白色。鏡面呈這種顏色，反射率就高了，用來照人，當然「鬢眉微毫，可得而察」。富錫層在空氣中逐漸氧化，表面就會生成緻密的微晶態的二氧化錫薄膜。二氧化錫薄膜耐腐蝕的性能非常優良，只要它不受到破壞，就可以保護銅鏡鏡體不被腐蝕。這就是東漢「水銀包漿」銅鏡埋藏地下歷千年不生銹的奧秘所在。
但是，鏡面的富錫層是用什麼材料、什麼方法形成的呢？專家們又各有見解：有人認為，鏡面富錫層是應用古代「鋈錫」工藝製成的。有人認為，鏡面富錫，是錫青銅固有的凝固特性形成的「反偏析層」；還有人認為，青銅鏡淬火後硬度加強，便於磨光，可使鏡面變白。對於上述各種說法，科研人員一一進行了模擬實驗和理論分析，結論都是否定的。最後，只剩下《淮南子》中「粉以玄錫，摩以白旃」沒有試驗了。科研人員根據古代文獻上有專司磨鏡之職的磨鏡工和「磨鏡藥」的記載，對中國歷史博物館收藏的一幅清代《磨鏡圖》所描繪的場面作了分析：畫的右下方，一個老翁雙手緊握氈團，正騎在一條板凳上專心致志地磨銅鏡。板凳旁邊放著一個瓶罐，裡面裝的大概就是磨鏡藥。畫的左邊，是幾個圍觀磨鏡的婦女，其中一人正用剛磨好的銅鏡照臉，鏡子裡這位婦女的容顏清晰可辨。科研人員根據《磨鏡圖》描繪的磨鏡場面，弄清了「摩以白旃」中的「摩」字是動詞，按照古人修辭的習慣，「粉以玄錫」的「粉」字也應該是動詞。那麼，「玄錫」一定是粉狀物質。科研人員聯想到鄭復光所說「磨鏡藥亦汞錫為之」和鏡面除富錫外，還含有銅、鉛、鋁、鉀等元素的化驗結果，試著配製了一種包括上述諸元素的磨鏡藥，果然成粉狀，顏色是灰白的。他們用氈團沾取磨鏡藥磨擦複製銅鏡，鏡面居然白亮如銀了。經磨鏡藥處理過的複製銅鏡，用電子光學能譜儀器分析，其表面的化學成份、富錫層的薄厚程度，都跟東漢「水銀包漿」銅鏡相似，再對鏡面作顏色性能和耐腐蝕性能的檢驗，也跟東漢「冰銀包漿」銅鏡相接近。這面複製的銅鏡經過一段時間後，表面也產生了透明的二氧化錫為主的薄膜。通過實驗，科研人員也解開了「玄錫」之謎。原來，磨鏡藥只要使用一次，就由灰白色變成黑色，而這種變黑了的粉料，還可以重複使用。古代文人觀看磨鏡操作時，見到的是已經使用過的變黑了的磨鏡藥，所以才稱之為「玄錫」。
上海科技人員經兩年多的努力，終於揭開了東漢「水銀包漿」銅鏡千古不銹的奧秘，並發掘出湮滅已久的古代磨鏡技術。這項科研成果，不僅在考古學和科技史研究領域中有重要的學術價值，而且可以為現代金屬表面處理提供有用的借鑒。科研人員曾用磨鏡藥和磨鏡技術去處理現代工業用的黃銅，獲得了奇異的效果，黃銅表面白亮如銀，而且表面還轉變成為錫青銅，使得黃銅構件表面的裝飾性和耐腐蝕性得到顯著改善。它預示著，中國古代奇特的金屬表面處理技術，將在社會主義四個現代化建設事業中發揮作用。難怪這項科研成果的消息一發表，立刻引起了國內外金屬學界和工業界的關注，有的要求轉讓技術，有的要求代替加工金屬部件，有的詢問何時發表專利。上海科研人員的這項科研成果，榮獲了文化部1985年度文化科技成果一等獎。它還說明，中國古代工藝技術是一座寶庫。通過文物的科學研究去發掘這座寶庫，是大有作為的。
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馬執斌
鏡子是人們日常生活中的必用品。在中國古代，人們一般是使用銅鏡來照臉梳妝打扮的。考古發掘材料表明，早在4000多年以前，中國就有銅鏡子了。從那時候起直到清代中期，銅鏡作為一種生活日用品得到廣泛的使用。清代乾隆以後，銅鏡才逐漸被玻璃鏡所代替。在中國古代銅鏡中，有一種被古董商人稱為「水銀包漿」的鏡子，鏡子表面好像包裹著一層水銀，白亮白亮的，能夠照出人的發毛，更令人驚異的是，這種銅鏡耐腐蝕性很強，在地下埋藏上千年居然不銹，發掘出土的時候仍舊光亮照人，鑒人發毛。
減緩金屬材料的腐蝕，是古今中外材料科學中的一大課題。中國古代「水銀包漿」銅鏡千古不銹的奇特現象，自然會引起國內外科學工作者的注意。對於「水銀包漿」銅鏡的本質、形成原因及其製作工藝，古今中外的研究者眾說紛紜。
明代科學家宋應星在《天工開物》中說：「凡鑄鏡……開面成光，則水銀附體而成，非銅有光明如許也。」這就是說，銅鏡鏡面光潔白亮是附上水銀的結果。他的這種看法，在現代中、日學者裡有不少支持者。
還有人認為，銅鏡鑄成後，先磨光，再上銀，才使得鏡面光潔白亮。
西漢淮南王劉安主持編纂的《淮南子》上記載：「明鏡之始下型，朦然未見形容。及其粉以玄錫、摩以白旃、鬢眉微毫，可得而察。」這是關於運用表面處理技術使銅鏡光潔白亮的最早記載。「粉以玄錫，摩以白旃」，是造成鏡面白亮的主要措施。「白旃」，就是白色毛氈，處理鏡面要用白色毛氈摩擦。而「玄錫」是什麼東西呢？「玄」者，黑也，然而錫的顏色卻不黑。因此，一些學者又對「玄錫」的解釋產生分歧。有人認為是「鉛粉」，有人認為是「鉛汞劑」，也有人認為是「錫石」，還有人認為是不純淨的「二氧化錫」。
清代物理學家鄭復光在《鏡鏡冷癡》一書裡說：「銅色本黃，雜錫則青。青近白，故宜於鏡。磨擦藥亦汞錫為之。」他又提出鏡面是靠「汞錫」磨擦而產生青白亮光的。
上海博物館和上海材料研究所的科研人員運用現代科學儀器和試驗設備，對東漢「水銀包漿」銅鏡殘片進行了大量的分析測試，並結合對古人、前人和今人著述的分析，進行了各種模擬試驗，終於揭開了「水銀包漿」銅鏡千古不銹的奧秘。「
上海科研工作者首先運用現代先進的電子光學能譜分析等手段，對「水銀包漿」銅鏡進行了由表及裡的系統檢測，結果發現：第一，東漢「冰銀包漿」銅鏡鏡體是銅、錫、鉛三元合金，跟一般銅鏡鏡體的成份基本相同。第二，東漢「水銀包漿」銅鏡的鏡面既沒有水銀滲出，也不富集銀和鉛。第三，東漢「水銀包漿」，銅鏡鏡面有一層富錫層，含錫量達60％左右，高出鏡體一倍多。第四，富錫層極薄，僅幾十至幾百納米厚（1納米＝千萬分之一厘米）。第五，東漢「水銀包漿」銅鏡鏡面除富錫層外，，還含有比鏡體多或鏡體沒有的鋁、鈣、鉀等元素。第六，極薄的富錫層表面還有一層透明膜。科研人員採取特殊方法揭下了這層薄膜，在透射電鏡下觀察，發現它是一層微晶態的、緻密的薄膜，其主要成份是二氧化錫。
富錫層和透明薄膜的發現，使科研人員認識到，鄭復光關於銅中加錫變成青白色的說法是正確的。東漢「水銀包漿」銅鏡鏡面含錫高達60％，所以變成青白色。鏡面呈這種顏色，反射率就高了，用來照人，當然「鬢眉微毫，可得而察」。富錫層在空氣中逐漸氧化，表面就會生成緻密的微晶態的二氧化錫薄膜。二氧化錫薄膜耐腐蝕的性能非常優良，只要它不受到破壞，就可以保護銅鏡鏡體不被腐蝕。這就是東漢「水銀包漿」銅鏡埋藏地下歷千年不生銹的奧秘所在。
但是，鏡面的富錫層是用什麼材料、什麼方法形成的呢？專家們又各有見解：有人認為，鏡面富錫層是應用古代「鋈錫」工藝製成的。有人認為，鏡面富錫，是錫青銅固有的凝固特性形成的「反偏析層」；還有人認為，青銅鏡淬火後硬度加強，便於磨光，可使鏡面變白。對於上述各種說法，科研人員一一進行了模擬實驗和理論分析，結論都是否定的。最後，只剩下《淮南子》中「粉以玄錫，摩以白旃」沒有試驗了。科研人員根據古代文獻上有專司磨鏡之職的磨鏡工和「磨鏡藥」的記載，對中國歷史博物館收藏的一幅清代《磨鏡圖》所描繪的場面作了分析：畫的右下方，一個老翁雙手緊握氈團，正騎在一條板凳上專心致志地磨銅鏡。板凳旁邊放著一個瓶罐，裡面裝的大概就是磨鏡藥。畫的左邊，是幾個圍觀磨鏡的婦女，其中一人正用剛磨好的銅鏡照臉，鏡子裡這位婦女的容顏清晰可辨。科研人員根據《磨鏡圖》描繪的磨鏡場面，弄清了「摩以白旃」中的「摩」字是動詞，按照古人修辭的習慣，「粉以玄錫」的「粉」字也應該是動詞。那麼，「玄錫」一定是粉狀物質。科研人員聯想到鄭復光所說「磨鏡藥亦汞錫為之」和鏡面除富錫外，還含有銅、鉛、鋁、鉀等元素的化驗結果，試著配製了一種包括上述諸元素的磨鏡藥，果然成粉狀，顏色是灰白的。他們用氈團沾取磨鏡藥磨擦複製銅鏡，鏡面居然白亮如銀了。經磨鏡藥處理過的複製銅鏡，用電子光學能譜儀器分析，其表面的化學成份、富錫層的薄厚程度，都跟東漢「水銀包漿」銅鏡相似，再對鏡面作顏色性能和耐腐蝕性能的檢驗，也跟東漢「冰銀包漿」銅鏡相接近。這面複製的銅鏡經過一段時間後，表面也產生了透明的二氧化錫為主的薄膜。通過實驗，科研人員也解開了「玄錫」之謎。原來，磨鏡藥只要使用一次，就由灰白色變成黑色，而這種變黑了的粉料，還可以重複使用。古代文人觀看磨鏡操作時，見到的是已經使用過的變黑了的磨鏡藥，所以才稱之為「玄錫」。
上海科技人員經兩年多的努力，終於揭開了東漢「水銀包漿」銅鏡千古不銹的奧秘，並發掘出湮滅已久的古代磨鏡技術。這項科研成果，不僅在考古學和科技史研究領域中有重要的學術價值，而且可以為現代金屬表面處理提供有用的借鑒。科研人員曾用磨鏡藥和磨鏡技術去處理現代工業用的黃銅，獲得了奇異的效果，黃銅表面白亮如銀，而且表面還轉變成為錫青銅，使得黃銅構件表面的裝飾性和耐腐蝕性得到顯著改善。它預示著，中國古代奇特的金屬表面處理技術，將在社會主義四個現代化建設事業中發揮作用。難怪這項科研成果的消息一發表，立刻引起了國內外金屬學界和工業界的關注，有的要求轉讓技術，有的要求代替加工金屬部件，有的詢問何時發表專利。上海科研人員的這項科研成果，榮獲了文化部1985年度文化科技成果一等獎。它還說明，中國古代工藝技術是一座寶庫。通過文物的科學研究去發掘這座寶庫，是大有作為的。
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