金属切削加工状态监测与切削振动动力学的相关国家标准

  • 0. 标准总览
  • 1. 国标 金属切削机床-振动测量方法
  • 2. 国标 数控床身铣床检验条件-精度检验 第一部分:卧式铣床
  • 3. 标准3系列- 机床精度测试的相关内容【3】
  • 4. 国标机床数控系统的可靠性设计【4】
  • 5. 机床数控系统故障诊断与维修规范
  • 6. 国标机床数控系统 使用与维护规范
  • 7. 国标数字化车间 机床制造 信息模型
  • 8. 国标 数控机床可靠性评定 第2部分:加工中心
  • 9. 机械行业标准:工业机械电气设备及系统 数控系统软件可靠性测试规范
  • 10. 生产过程质量控制 故障诊断 国标
  • 11. 国标 智能服务 预测性维护 通用要求
  • 参考资料

0. 标准总览

据10年左右的文献资料统计结果,国家标准对口国际标准数量 111 项, 我国金属切削机床标准中不同程度采用国际标准 96 项, 转化率为 86.49%。

在机床的技术水平方面, 我国的技术指标与公开颁布的国际标准基本相当, 有的指标还严于国际标准, 如根据我国机床精度分级的要求, 对所有检验项目的允差在 ISO 的基础上进行了压缩, 压缩公比为 1.6~2.5, 提高了机床产品精度性能要求。但我国金属切削机床标准与国外先进企业的标准、 内控公司标准相比较,
技术指标还存在较大差距, 尤其是高档数控机床标准, 差距更大。
其中采标比例如下所示

  • IDT:等同采用
  • MOD:修改采用
  • NEQ:非等效采用

1. 国标 金属切削机床-振动测量方法

GBT-16768:
GBT-16768参照了日本工业标准JIS标准 JISB6003在机床空转运行时机床绝对振动的测量方法。同时还规定了机床在空转运行时的相对振动测量方法。


其中,定义了一些概念:
机床振动:机床运转时的振动
机床绝对振动:机床相对于地基的振动
机床相对振动:刀具相对于工件的振动
机床环境振动:机床处于静止状态下所有外部振源产生的振动
振动测量仪器:10-1000Hz

2. 国标 数控床身铣床检验条件-精度检验 第一部分:卧式铣床

GB/T 20958.1-2007-


-适用范围
工作台面宽250mm-1250mm的一般用途和精密用途卧式铣床

检验项目1:
检验工具:平尺、指示器、角尺
横向滑座或主轴移动过程的垂直度

检验项目2:
定心轴颈的径向跳动
周期性轴向跳动

检验项目3:轴线重复定位精度
回转轴线的定位精度
检验工具:
带分度工作台的激光角度干涉仪、带多面体的自准直仪

检验项目4:中心孔、正四方形、菱形、圆、斜面、镗孔的同轴度、倾斜度、圆柱度、直线度等
坐标测量机、平尺、正弦规

3. 标准3系列- 机床精度测试的相关内容【3】

GBT 17421
第1部分:在无负荷或精加工条件下机床的几何精度
第2部分: 数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定
第3部分:热效应的确定
第4部分: 数控机床的䁚检验
第5部分: 噪声发射的确定
第6部分: 体和面对角线位置精度的测定(对角线位移检验)
第7部分: 回转轴线几何精度
第8部分: 振动
第9部分: ISO 230 机床检验系列标准的不确定度估算的基本方程(技术报告) 第10部分:数控机床测量性能的确定
第11部分: 机床几何精度检验用测量仪器 (技术报告)

  • GBT17421.8 振动:
    GBT17421.8该部分是关于机床夹具部分和工件夹具部分之间可能发生的不同类型的振动。(为了简单起见,这些通常分别称为"工具"和" 工件") 。这些振动会对可接受的表面光洁度和精密工件的生产产生不利影响。主要不是针对那些在振动分析方面具有专业知识的人, 也不是针对那些在研究和开发环境中进行这类日常工作的人。因此, 它不会取代这一学科的标准教科书。它的目的是为了具有一般工程知识的制造商和用户,通过提供相关背景理论知识的概 述,加强他们对振动原因的理解。
    还提供了基本的测量规程,用于评估某些类型的、困扰机床的振动问题:
    • 由于机械不平衡而产生的振动
    • 机床直线滑轨运行时产生的振动
    • 由于外力传递给机床的振动
    • 切削过程中产生的振动,包括自激振动(颤振现象)
    此外,还讨论了人工振动激励在结构分析中的应用。

4. 国标机床数控系统的可靠性设计【4】

GB/T 29545-2013

  • 前言
    本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
    本标准由中国机械工业联合会提出。
    本标准由全国机床数控系统标准化技术委员会 (SAC/TC367) 归口。
    本标准主要起草单位: 武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、华中科技大学。
    本标准主要起草人: 金健、张航军、张玉洁、郝柳、郑小年、解传宁、王义强、郘国安、戴怡、贺坥川。
  • 引言
    可靠性是机床数控系统的重要属性之一, 本标准结合机床数控系统的结构及性能特点, 给出了多种 可靠性设计方法, 规范了可靠性设计的基本流程以及可靠性评审内容和程序。通过标准实施, 将促进机 床数控系统可靠性水平的不断提升,使之更好地满足市场和用户需求。
  • 术语和定义
  1. 可靠性 reliability
    数控系统在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。
    注: 改写 GB/T 2900. 13-2008, 定义 191-02-06? 通常认为数接系统在时间区间的始岫处于能完成要求的功能的状 的统计计算得到其估计值. 可靠性的量值也称为可韮度.
  2. 可靠性设计 reliability design
    利用具体的设计方法来实现数控系统可靠性目标的做法或过程。
  3. 平均故障间工作时间 mean operating time between failures; MTBF
    相邻故障间工作时间的数学期望, 也指相邻两次故障之间的平均工作时间或平均故障间隔时间。
    注: 改写 GB/T 2900.13-2008,定义 191-12-09.
  4. 寿命剖面 life profile
    数控系统从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。数控系 统经历的事件一般有研发、生产、检验、测试、包装、运输、㛎存、组装 (安装)、调试、运行 (使用)、故障、停 放、维修 (维护)、报发等。数控系统经历的环境可能有振动、冲击、电磁干扰、高温、低温、湿度(淋水)、沙 尘(砂尘、盐䨐等。
  5. 任务剖面 mission profile
    数控系统在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。
  6. 运行比 operating ratio
    数控系统的组成模块的工作时间与数控系统工作时间之,比, 常用于确定非全时间工作的模块的失 效率的修正系数。 个相对的概急 逄行比有时坷指元器件的工作时间与其所构成的椤块的工作时间之比.
  7. 预览与源文档一致, 下载后无此水印
    数控系统的元器件、模块等在可䎋性属性方面的数据和信息 (如失效率)。
  8. 故障模式与影响分析 fault modes and effects analysis; FMEA
    研究数控系统每个组成模块或元器件可能存在的故障模式并确定各个故障摸式对数接系统其他组 成模块或元器件和对数控系统腰捄功能的影响的一种定性的可靠性分析方法。
    注, 改写 GB/T 2900.13-2008, 定文 191-16-03.
  9. 应力 stress
    影响数控系统模块、元器件失效率的电、热、机械等负载.ENRENDOC.COM 注: 改写 GJB/Z 35-1993,定义 3.4.
    预览与源文档一致, 下载后无此水印
    数挼系统承受的应力通带有很多种, 如电应力、温度应力、扙械应力等:
    a) 电应力:批元罹件外加的电压/电流及功車等;
    b) 温度应力 : 指元器件所处的工作环垣的温度等;
    e) 时问应力: 指元器件承受应力时间的长短 (承受应力时间越长, 越易老化或失效).
  • 可靠性设计
    概述
    可靠性设计是数控系统可营性工作的重要内容和米键环节, 对于发现并别除可营性薄弱环节、改进 可显性缺陒及实现可靠生目标等具有重要意义。

可侁性设计斯本流程
数控系统可货性设计是一项系统工程, 需要投人大量的人力、物力, 同时需要采用必要的试验方法 进行验证, 过程中还会出现反年. 为提高数控系统可告性设计的工作效率, 需要确定可靠性设计基本流 程、设计各阶段工作的主要内容及任务重点。
数控系统可常性设计的基本流程如下 :
a) 确定产品定义,主要包括:
1)功能体系枸成;
2) 工作任务;
3) 功能;
4) 工作过程;
5)寿命剖面。
b)确定可靠性目标;
c) 确定主要模块及硬件结构, 主要包括:
1)主要模块清单;
2 硬件总体设计技术背景;
3 硬件结构原理图;
4 功能框图.
d) 进行可靠性分配;
e) 采用具体的方法进行可告性设计;
f) 棋块及硬件结枃的细化;
g)建立可告性模型;
h)进行可噩性预计;
i) 进行验证与评审。

  • 基本原则
    可靠恈分配的基本原则如下:
    a) 对复杂度较高的模块,应分配较低的可靠侏指标;
    b)对技术上不成孰的模块,应分配较低的可篚性指标;
    d) 当把可靠度作为分配参数时, 对需要长期工作的模块应分配较低的可䏕生指标;
    e)对重要度较高的模块,应分配较高的可靠哠指祢立档一致, 下载后无此水印
    f) 不易维修、不易更换的模块应分配较高的可篚性指标;
    h) 对故潮致命性高的模块,应分配较高的可丳性指标;
    j)对已有可菲性指标或使用成㢹的模块等,应不再进行可靠性分配。

5. 机床数控系统故障诊断与维修规范

GB/T 39129-2020

  • 前言
    本标准按照 GB/T 1.1一2009 给出的规则起草。
    本标准由中国机诚工业联合会提出。
    本标准由全国机床数控系统标准化技术委员会(SAC/TC 367) 归口。
    本标准起草单位:华中科技大学、武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、北京航空航 天大学、沈阳高䊀数控智能技术股份有限公司、长春禺衡光学有限公司、沈机 (上海)智能系统研发设计 有限公司、科德数控股份有限公司。
    本标准主要起草人: 金健、张航军、何英武、彭珪、吴文江、林长友、王声文。

  • 引言
    数控机床是制造装备的装备, 有“工作母机”之称, 在装备制造业中具有极为重要的地位, 广泛应用 于航空、航天、造船、轻工、汽车、纺织等产业领域。数控系统是数控机床的核心部件, 在很大程度上决定 着数控机床的功能和性能。随着功能的逐步强大, 数控系统在高速、高精、曲面、柔性、复合等复杂工艺 中的应用越来越多。然而功能越强大, 发生故隌时造成的危害就越大。因故障诊断与维修不及时或诊 断与维修不当造成的直接和间接损失(包括坏料、刀具、工作台、机床本体、数控系统本身等的损坏、对人 身及环境的伤害以及因停机误工造成的损失等)大约在数亿元量级 (数控系统行业产值在百亿元量级)。 为了降低这些危害, 㖅少损失, 采取并实施行之有效的故障诊断与维修方法, 对故障进行定位并使其得 到快速修复显得尤为重要。制定数控系统故障诊断与维修技术标准, 对数控系统故障诊断与维修方法、 故障诊断与维修流程、故障与维修数据统计等加以规范, 对于提高故障诊断和维修效率具有重要的意 义, 能够有效提升数控系统的可靠性, 减少用户损失。

  • 术语定义

  1. 机床数控系统 numerical control system of machine tool
    采用数值控制方式控制机床加工功能的控制系统。 或电路)以及相应的控制软件,
    注 2: 机床数接系统有多种分类方法, 根据功能的不同, 机床数控系统通常分为简易型、高性能型和荁及型三种:䅐 据应用工艺的不同, 可分为专用和通用数控系统两种,根据反馈控制形式的不同, 可分为开环控制、半闭环控
    注 3: 改写 JB/T 11989-2014, 定义 2.1.3
  2. 故障 fault
    机床数控系统不能完成要求的功能的状态。预防性维修或其他计划的行动或因缺乏外部资源的情 况除外。
    注 1: 故㳯通常是产品自身失效引起的, 但即使失效末发生, 故㳯也可能存在.
    注 2: 改写 GB/T 2900.13-2008, 定义 191-05-01.
  3. 故障诊断 fault diagnosis
    为故障识别、故障定位和分析故障原因所采取的行动。
    [GB/T 2900.13-2008,定义 191-07-22]
  4. 故障维修 fault correction
    故障修复
    故障定位后, 为使故障产品恢复到能完成要求的功能的状态所采取的行动。
    注: 改写 GB/T 2900.13-2008, 定义 191-07-23.
  • 故障判据
    故障判据是判断某事件是否为故障的依据。如无特别约定, 一般认为在机床数控系统发生下列任 何一项事件时, 即判定发生故障:
    a) 在规定的工作条件下, 不能进人工作状态;
    b) 在规定的工作条件下, 不能完成规定的功能;
    c) 在规定的工作条件下, 任一性能参数值偏离规定的范围;
    d) 在规定的工作条件下, 对人员、环境、能源和物资等方面的影响超出了允许范围;
    e) 出现机械零部件、结构件或元器件的松动、断裂或损毁;
    f)其他约定的和/或技术文件中规定的事件。
    注: 故障判据用来判断是否发生故障, 不用来判定故障归属。

  • 机床故障的类型概述
    对机床数控系统故障进行分类, 其目的在于对故障形成多角度、多层面的认识和理解, 有利于故障 数据的统计、分析和应用。

  1. 关联故障
    关联故障通常指在规定条件使用、存储、运输等情况下由机床数控系统内在原因造成的故障, 主要 用来分析数控系统内在的可靠性状况, 是机床数控系统主要的故障统计对象。机床数控系统出现下列 任何一种事件即应判为关联故障:
    a)设计缺陷或制造工艺缺陷造成的故障;
    b) 元器件缺陷造成的故障;
    c) 耗损件在寿命期内造成的故障;
    d) 由于软件造成的故障;
    e)测试期间由于非从属性故障原因产生的故障征兆 (末超出性能极限) 而引起的更换;
    f) 原因不明的故障。
  2. 非关联故障
    非关联故障通常指由机床数控系统外部原因造成的故障, 主要用来分析外部条件对数控系统可靠 性的影响。机床数控系统出现下列任何一种事件即应判为非关联故障:
    a) 由于安装、调试不当造成的故障;
    b) 测试设备、检测设备、仪器等故障引起的受试机床数控系统的故障;
    c) 由于意外事故或误操作引起的故障;
    d) 由机床本体、负载电机等其他产品引起的从属故障;
    e) 由测试程序、规程等方面的错误引起的故障;
    f)在正常监选、寻找故障、修复验证或维护调整中发生的故障;
    g)由于超过设计引起的过应力所造成的故障;
    h)超寿命期工作时出现的故障;
    i) 其他数控系统外部原因引起的故障;
    j)其他规定或约定的非关联故障 (如间歇性的故障)。
  3. 阶段故障
    根据在寿命周期中发生阶段的不同,故障可分为以下几种:
    a)早期故障:一般指出厂投人使用后的一段时间内发生的故障, 主要由设计和制造的缺陷引起。 早期故障发生概率通常随时间推移呈现由高到低的变化趋势。
    b)稳定期故障: 在早期故障期和后期故障期之间发生的故障, 也称偶发故障。此期间故障发生概 率较低,故障率趋于平稳, 具有一定的偶然性。
    c) 后期故障: 也称损耗故障。稳定期之后发生的故障, 故障发生概率随时间的推移而增大。一般 认为后期阶段时数控系统处于加剧损耗甚至报废状态。
  4. 环节故障
    根据所处生产、使用等环节的不同, 故障可分为以下几种:
    a) 材料故障:由于材质不当引起的故障;
    b) 设计故障:由于设计不当引起的故障;
    c) 制造故障:由于制造不当引起的故障;
    d) 运输故障:由于运输不当引起的故障;
    e) 㧒存故障:由于贮存不当引起的故障(正常的老化除外);
    f) 安装调试故障:由于安装调试不当引起的故障;
    g) 使用故障:由于使用不当引起的故障。
  5. 严重度故障
    根据造成后果严重程度的不同, 故障可分为以下几种:
    a) 致命故障: 导致数控系统无法运行、人员受到伤害、故障之外物件受到损毁或其他严重后果的 故障。
    b) 重度故障: 导致数控系统主要功能无法实现的故障。
    c) 轻度故障:除致命故障和重度故障外的其他故障。
    注: 定性分析时, 严重度故障各等级之间没有十分清晰的界限。定量分析时, 可根据需要设定指标给各等级划分具 体的数值边界, 可参考 GB/T7826 的有关做法。
  6. 持续性与非持续性故障
    根据是否具有持续性,故障可分为以下两种:
    a)持续性故障:直到实施修复性维修前持续存在的故障。也叫持久性故障。
    b) 非持续性故障: 在有限的持续时间内出现, 随后末经任何修复性维修即能恢复完成要求功能的 故障。
  • 故障原因
    即导致故障发生的原因。根据来源的不同,故障原因可分为内部原因和外部原因两种。 其中, 内部原因指机床数控系统材料、设计、制造等内在的原因; 外部原因包括外部人为原因和非人为原 因。外部人为原因指操作、管理等人员误操作、人为提高机床数控系统工作强度、条件应力或恶化工作 条件等原因; 外部非人为原因指外界产生的电磁干扰、电源中断、雷击、振动等原因。根据导致故障原因数量的不同, 故障原因可分为单原因和多原因两种。
  • 故障诊断方法
    故障诊断方法有很多种, 原则上可分为自诊断和人工诊断两类:
    a) 自诊断:主要利用机床数控系统的自诊断功能来对故障进行定位;常用的自诊断方法包括开机 自诊断、运行自诊断、脱机自诊断三种:
    开机自诊断: 机床数控系统通电后, 系统内部自诊断软件对系统中关键的硬件和控制软件 (如装置中的 CPU、RAM 等芯片、MDI、I/O 等模块及监控软件、系统软件等)逐一进行检 测,并将检测的结果显示出来。
    运行自诊断: 机床数控系统正常(或部分正常)运行时,运行内部诊断程序, 对系统本身、 PLC、伺服驱动装置、主轴驱动装置等及与数控装置相连的其他外部装置进行自动测试、 检查,并显示有关的状态信息和故障信息。
    脱机自诊断: 机床数控系统出现故隌时, 利用外部的诊断程序对系统进行诊断并显示有关 的状态信息和故障信息。
    b) 人工诊断 : 主要利用人力的介人对故障进行定位。常用的人工故障诊断方法包括以下几种:
    感官诊断法:主要通过观察、听、啲、触摸以及询问等来了解故障信息, 从而对故障进行 定位。
    互换诊断法: 主要通过互换相同元器件或相容模块等来观察故障的转移情况, 从而对故障 进行定位。
    隔离诊断法(也叫拆分诊断法):主要通过拆分或隔离的方法将故障所涉及的较长链条分 段处理,从而对故障进行定位。
    接口信号法: 通过 PLC 程序等, 检查机床数控系统的接口信号, 并与接口手册的正确信号 相对比,以确定相应的故障点。
    5)参数调整法: 通过调整一个或多个参数来观察故障的状态变化,从而对故障进行定位。主 要用于使用时间较久的机床数控系统, 其机械或电气性能的变化打破了最初的匹配状态 和最佳的状态, 调整相关的一个或多个参数方可使故障状态发生变化。
    功能程序测试法: 是利用数控系统的 G、M、S、T、F 等功能程序进行测试, 可对机床数控系 统功能故障进行定位口一般在机床出现随机性故障时或因闲置时间较长而出现故障时 使用。
    远程诊断法:远程诊断方利用机床数控系统的网络通信接口向机床数控系统发送诊断程 芧, 同时接收返回的测试数据。通过对测试数据进行分析、运算、处理,对故䧛进行定位。
    测量法、敲击法、局部升温法、揷拨法、分段程序检查法、原理分析法等其他诊断法。
  • 故障维修方法
    1)直接维修方法
    2)器件更换方法
    3)隔离法
    4)其他维修法

6. 国标机床数控系统 使用与维护规范

**GB/T 39127-2020 **

  • 标准起草单位:
    华中科技大学、武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司、北京航空航天大学、沈机(上海)智能系统研发有限公司
  • 引言
  • 使用与维护规程
  • 维护案例

7. 国标数字化车间 机床制造 信息模型

**GB/T 37928-2019 **




-数字化车间架构示意图

8. 国标 数控机床可靠性评定 第2部分:加工中心

GB/T 23567.2-2018

  • 前言
  • 术语定义

  • 预防性维护–概念
  • 一些试验测试

  • 平均故障间隔时间MTBF
  • 失效数
  • 机床可靠性试验故障记录表

9. 机械行业标准:工业机械电气设备及系统 数控系统软件可靠性测试规范

** JBT13776-2020**

10. 生产过程质量控制 故障诊断 国标

国标GB/T 41397-2022

  • 故障诊断的流程


  • 几种定量典型方法的介绍

  • 关于故障机理与失效模式分析

  • 定性分析方法

11. 国标 智能服务 预测性维护 通用要求

**GB/T 40571-2021 **

  • 术语和定义


  • 分类


  • 机器人驱动系统的寿命预测案例

  • 滚珠丝杠异常诊断案例

  • 刀具磨损预测性维护功能

参考资料

PS: 一些地方政府给企业提供了这些标准资料的下载的便利,比如扬州这个【6】 湖南省这个【7】,国家标准信息网可以免费获取,但不确定是否全面【8】

【1】 国内外金属切削机床标准对比分析
【2】数控机床的相关通用标准体系
【3】GBT 17421
【4】国标:机床数控系统的可靠性设计
【6】扬州市先进制造服务平台
【7】湖南省标准信息公共服务平台
【8】国家标准信息网
【9】 GB/T 23713.1-2009 机器状态监测与诊断 预测 第1部分:一般指南

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