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數(shù)控機(jī)床一開始就選定具有復(fù)雜型面的飛機(jī)零件作為加工對(duì)象,解決普通的加工方法難以解決的關(guān)鍵。數(shù)控加工的最大特點(diǎn)是用穿孔帶(或磁帶)控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。由于飛機(jī)、火箭和發(fā)動(dòng)機(jī)零件各有不同的特點(diǎn):飛機(jī)和火箭的零、構(gòu)件尺寸大、型面復(fù)雜;發(fā)動(dòng)機(jī)零、構(gòu)件尺寸小、精度高。因此飛機(jī)、火箭制造部門和發(fā)動(dòng)機(jī)制造部門所選用的數(shù)控機(jī)床有所不同。在飛機(jī)和火箭制造中以采用連續(xù)控制的大型數(shù)控銑床為主,而在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中既采用連續(xù)控制的數(shù)控機(jī)床,也采用點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床(如數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、加工中心等)。
工序集中
數(shù)控機(jī)床一般帶有可以自動(dòng)換刀的刀架、刀庫,換刀過程由程序控制自動(dòng)進(jìn)行,因此,工序比較集中。工序集中帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益:
⑴減少機(jī)床占地面積,節(jié)約廠房。
⑵減少或沒有中間環(huán)節(jié)(如半成品的中間檢測(cè)、暫存搬運(yùn)等),既省時(shí)間又省人力。
自動(dòng)化
數(shù)控機(jī)床加工時(shí),不需人工控制刀具,自動(dòng)化程度高。帶來的好處很明顯。
⑴對(duì)操作工人的要求降低:
一個(gè)普通機(jī)床的高級(jí)工,不是短時(shí)間內(nèi)可以培養(yǎng)的,而一個(gè)不需編程的數(shù)控工培養(yǎng)時(shí)間極短(如數(shù)控車工需要一周即可,還會(huì)編寫簡(jiǎn)單的加工程序)。并且,數(shù)控工在數(shù)控機(jī)床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機(jī)床上加工的零件精度要高,時(shí)間要省。⑵降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度:數(shù)控工人在加工過程中,大部分時(shí)間被排斥在加工過程之外,非常省力。
⑶產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定:數(shù)控機(jī)床的加工自動(dòng)化,免除了普通機(jī)床上工人的疲勞、粗心、估計(jì)等人為誤差,提高了產(chǎn)品的一致性。
⑷加工效率高:數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀等使加工過程緊湊,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
柔性化高
傳統(tǒng)的通用機(jī)床,雖然柔性好,但效率低下;而傳統(tǒng)的專機(jī),雖然效率很高,但對(duì)零件的適應(yīng)性很差,剛性大,柔性差,很難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的激烈競(jìng)爭(zhēng)帶來的產(chǎn)品頻繁改型。只要改變程序,就可以在數(shù)控機(jī)床上加工新的零件,且又能自動(dòng)化操作,柔性好,效率高,因此數(shù)控機(jī)床能很好適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
能力強(qiáng)
機(jī)床能精確加工各種輪廓,而有些輪廓在普通機(jī)床上無法加工。數(shù)控機(jī)床特別適合以下場(chǎng)合:
1、不許報(bào)廢的零件。
2、新產(chǎn)品研制。
3、急需件的加工。
數(shù)控編程
數(shù)控加工程序編制方法有手工(人工)編程和自動(dòng)編程之分。手工編程,程序的全部?jī)?nèi)容是由人工按數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式編寫的。自動(dòng)編程即計(jì)算機(jī)編程,可分為以語言和繪畫為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法。但是,無論是采用何種自動(dòng)編程方法,都需要有相應(yīng)配套的硬件和軟件。
可見,實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工編程是關(guān)鍵。但光有編程是不行的,數(shù)控加工還包括編程前必須要做的一系列準(zhǔn)備工作及編程后的善后處理工作。一般來說數(shù)控加工工藝主要包括的內(nèi)容如下:
⑴ 選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容;
⑵ 對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析;
⑶數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì);
⑷ 對(duì)零件圖紙的數(shù)學(xué)處理;
⑸ 編寫加工程序單;
⑹ 按程序單制作控制介質(zhì);
⑺程序的校驗(yàn)與修改;
⑻ 首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理;
⑼數(shù)控加工工藝文件的定型與歸檔。
選擇刀具
1、選擇數(shù)控刀具的原則
刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí),應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命,而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種,前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定,后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。
選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具,由于換刀時(shí)間短,為了充分發(fā)揮其切削性能,提高生產(chǎn)效率,刀具壽命可選得低些,一般取15-30min。對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化加工刀具,刀具壽命應(yīng)選得高些,尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí),該工序的刀具壽命要選得低些當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支較大時(shí),刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時(shí),為保證至少完成一次走刀,避免切削時(shí)中途換刀,刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來確定。與普通機(jī)床加工方法相比,數(shù)控加工對(duì)刀具提出了更高的要求,不僅需要岡牲好、精度高,而且要求尺寸穩(wěn)定,耐用度高,斷和排性能壇同時(shí)要求安裝調(diào)整方便,這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。
2、選擇數(shù)控車削用刀具
數(shù)控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀,其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數(shù)控車削加工中,常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中,應(yīng)盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構(gòu)成,如900內(nèi)外圓車刀、左右端面車刀、切槽(切斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。尖形車刀幾何參數(shù)(主要是幾何角度)的選擇方法與普通車削時(shí)基本相同,但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點(diǎn)(如加工路線、加工干涉等)進(jìn)行全面的考慮,并應(yīng)兼顧刀尖本身的強(qiáng)度。
二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀。該車刀圓弧刃每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖,應(yīng)此,刀位點(diǎn)不在圓弧上,而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)外表面,特別適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇車刀圓弧半徑時(shí)應(yīng)考慮兩點(diǎn)車刀切削刃的圓弧半徑應(yīng)小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑,以免發(fā)生加工干淺該半徑不宜選擇太小,否則不但制造困難,還會(huì)因刀尖強(qiáng)度太弱或刀體散熱能力差而導(dǎo)致車刀損壞。
3、選擇數(shù)控銑削用刀具
在數(shù)控加工中,銑削平面零件內(nèi)外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀,該刀具有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:一是銑刀半徑RD 應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑Rmin,一般取RD=(0.8一 0.9)Rmin。二是零件的加工高度H< (1/4-1/6)RD,以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑削內(nèi)槽底部時(shí),由于槽底兩次走刀需要搭接,而刀具底刃起作用的半徑Re=R-r,即直徑為 d=2Re=2(R-r),編程時(shí)取刀具半徑為Re=0.95 (Rr)。對(duì)于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。
數(shù)控機(jī)床上大多使用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化刀具,對(duì)可轉(zhuǎn)位機(jī)夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標(biāo)準(zhǔn)及系列化型號(hào)對(duì)于加工中心及有自動(dòng)換刀裝置的機(jī)床,刀具的刀柄都已有系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定,如錐柄刀具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為TSG-JT,直柄刀具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為DSG-JZ,此外,對(duì)所選擇的刀具,在使用前都需對(duì)刀具尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量以獲得精確數(shù)據(jù),并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng),經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程,從而加工出合格的工件。
刀點(diǎn)
刀具究竟從什么位置開始移動(dòng)到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始,必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動(dòng)的位置,這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),所以稱程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過對(duì)刀來確定,所以,該點(diǎn)又稱對(duì)刀點(diǎn)。在編制程序時(shí),要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置原則是:便于數(shù)值處理和簡(jiǎn)化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)置在加工零件上,也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上,為了提高零件的加工精度,對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基誰上。實(shí)際操作機(jī)床時(shí),可通過手工對(duì)刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對(duì)刀點(diǎn)上,即“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”的重合。所謂 “刀位點(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn),車刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn);球頭銑刀是球頭的球心,鉆頭是鉆尖等。用手動(dòng)對(duì)刀操作,對(duì)刀精度較低,且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對(duì)刀鏡、對(duì)刀儀、自動(dòng)對(duì)刀裝置等,以減少對(duì)刀時(shí)間,提高對(duì)刀精度。加工過程中需要換刀時(shí),應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”是指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置,換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部,以換刀時(shí)不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。
切削用量
數(shù)控編程時(shí),編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對(duì)于不同的加工方法,需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度,充分發(fā)揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度,并充分發(fā)揮機(jī)床的性能,最大限度提高生產(chǎn)率,降低成本。
1、確定主軸轉(zhuǎn)速
主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計(jì)算公式為:n=1000 v/7 1D式中: v?切削速度,單位為m/m動(dòng),由刀具的耐用度決定; n一一主軸轉(zhuǎn)速,單位為 r/min,D為工件直徑或刀具直徑,單位為mm。計(jì)算的主軸轉(zhuǎn)速n,最后要選取機(jī)床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。
2、確定進(jìn)給速度
進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù),主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。確定進(jìn)給速度的原則:當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí),為提高生產(chǎn)效率,可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選?。辉谇袛?、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí),宜選擇較低的進(jìn)給速度,一般在20一50mm/min范圍內(nèi)選?。划?dāng)加工精度,表面粗糙度要求高時(shí),進(jìn)給速度應(yīng)選小些,一般在20--50mm/min 范圍內(nèi)選??;刀具空行程時(shí),特別是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí),可以設(shè)定該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度。
3、確定背吃刀量
背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度允許的條件下,應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這樣可以減少走刀次數(shù),提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量,可留少量精加工余量,一般0.2一0.5m m,總之,切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、相關(guān)的手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比方法確定。
同時(shí),使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者能相互適應(yīng),以形成最佳切削用量。
切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù),而且其數(shù)值合理與否對(duì)加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和機(jī)床動(dòng)力性能(功率、扭矩),在保證質(zhì)量的前提下,獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。
⑴上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊 [2] 。
⑵先內(nèi)后外,即先進(jìn)行內(nèi)部型腔(內(nèi)孔)的加工,后進(jìn)行外形的加工。
⑶以相同的安裝或使用同一把刀具加工的工序,最好連續(xù)進(jìn)行,以減少重新定位或換刀所引起的誤薺.
⑷在同一次安裝中,應(yīng)先進(jìn)行對(duì)工件剛性影響較小的工序。
加工路線
數(shù)控車床進(jìn)給加工路線指車刀從對(duì)刀點(diǎn)(或機(jī)床固定原點(diǎn))開始運(yùn)動(dòng)起,直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑,包括切削加工的路徑及刀具切人、切出等非切削空行程路徑。
精加工的進(jìn)給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的,因此,確定進(jìn)給路線的工作重點(diǎn)是確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線。
在數(shù)控車床加工中,加工路線的確定一般要遵循以下幾方面原則。
①應(yīng)能保證被加工工件的精度和表面粗糙度。
②使加工路線最短,減少空行程時(shí)間,提高加工效率。
③盡量簡(jiǎn)化數(shù)值計(jì)算的工作量,簡(jiǎn)化加工程序。
④對(duì)于某些重復(fù)使用的程序,應(yīng)使用子程序。
使加工程序具有最短的進(jìn)給路線,不僅可以節(jié)省整個(gè)加工過程的執(zhí)行時(shí)間,還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損等。最短進(jìn)給路線的類型及實(shí)現(xiàn)方法如下。
⑴最短的切削進(jìn)給路線。切削進(jìn)給路線最短,可有效提高生產(chǎn)效率,降低刀具損耗。安排最短切削進(jìn)給路線時(shí),還要保證工件的剛性和加工工藝性等要求。
⑵最短的空行程路線。
①巧用起刀點(diǎn)。采用矩形循環(huán)方式進(jìn)行粗車的一般情況示例。其對(duì)刀點(diǎn)A的設(shè)定是考慮到精車等加工過程中需方便地?fù)Q刀,故設(shè)置在離毛坯件較遠(yuǎn)的位置處,同時(shí),將起刀點(diǎn)與其對(duì)刀點(diǎn)重合在一起
②巧設(shè)換刀點(diǎn)。為了考慮換刀的方便和安全,有時(shí)將換刀點(diǎn)也設(shè)置在離毛坯件較遠(yuǎn)的
位置處,那么,當(dāng)換第二把刀后,進(jìn)行精車時(shí)的空行程路線必然也較長(zhǎng);如果將第二把刀的換刀點(diǎn)也設(shè)置在中的毋點(diǎn)位置上,則可縮短空行程距離。
③合理安排“回零”路線。在手工編制復(fù)雜輪廓的加工程序時(shí),為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,便于校核,程序編制者有時(shí)將每一刀加工完后的刀具終點(diǎn),通過執(zhí)行“回零”操作指令,使其全部返回到對(duì)刀點(diǎn)位置,然后再執(zhí)行后續(xù)程序。這樣會(huì)增加進(jìn)給路線的距離,降低生產(chǎn)效率。因此,在合理安排“回零”路線時(shí),應(yīng)使前一刀的終點(diǎn)與后一刀的起點(diǎn)間的距離盡量短.或者為零,以滿足進(jìn)給路線最短的要求。另外,在選擇返回對(duì)刀點(diǎn)指令時(shí),在不發(fā)生干涉的前提下,盡可能采用x、z軸雙向同時(shí)“回零”指令,該功能“回零”路線是最短的。
⑶大余量毛坯的階梯切削進(jìn)給路線。列出了兩種太余量毛坯的切削進(jìn)
給路線。是錯(cuò)誤的階梯切削路線,按1斗5的順序切削,每次切削所留余量相等,是正確的階梯切削進(jìn)給路線。因?yàn)樵谕瑯拥谋吵缘读肯隆?br>⑷零件輪廓精加工的連續(xù)切削進(jìn)給路線。零件輪廓的精加工可以安排一刀或幾刀精加工工序.其完工輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成,此時(shí),刀具的進(jìn)、退位置要選擇適當(dāng),盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切人和切出或換刀及停頓,以免因切削力突然變化而破壞工藝系統(tǒng)的平衡狀態(tài).致使零件輪廓上產(chǎn)生劃傷、形狀突變或滯留刀痕。
⑸特殊的進(jìn)給路線。在數(shù)控車削加工中,一般情況下。刀具的縱向進(jìn)給是沿著坐標(biāo)的負(fù)方向進(jìn)給的,但有時(shí)按其常規(guī)的負(fù)方向安排進(jìn)給路線并不合理。甚至可能損壞工件。
優(yōu)缺點(diǎn)
數(shù)控加工有下列優(yōu)點(diǎn):①大量減少工裝數(shù)量,加工形狀復(fù)雜的零件不需要復(fù)雜的工裝。如要改變零件的形狀和尺寸,只需要修改零件加工程序,適用于新產(chǎn)品研制和改型。②加工質(zhì)量穩(wěn)定,加工精度高,重復(fù)精度高,適應(yīng)飛行器的加工要求。③多品種、小批量生產(chǎn)情況下生產(chǎn)效率較高,能減少生產(chǎn)準(zhǔn)備、機(jī)床調(diào)整和工序檢驗(yàn)的時(shí)間,而且由于使用最佳切削量而減少了切削時(shí)間。④可加工常規(guī)方法難于加工的復(fù)雜型面,甚至能加工一些無法觀測(cè)的加工部位。數(shù)控加工的缺點(diǎn)是機(jī)床設(shè)備費(fèi)用昂貴,要求維修人員具有較高水平。
數(shù)控加工是指,由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的各種運(yùn)動(dòng),以數(shù)字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術(shù)要求和加工工藝要求進(jìn)行的加工。 [1] 它泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝過程。
數(shù)控機(jī)床是一種用計(jì)算機(jī)來控制的機(jī)床,用來控制機(jī)床的計(jì)算機(jī),不管是專用計(jì)算機(jī)、還是通用計(jì)算機(jī)都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。而數(shù)控系統(tǒng)的指令是由程序員根據(jù)工件的材質(zhì)、加工要求、機(jī)床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式(數(shù)控語言或符號(hào))編制的。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令向伺服裝置和其它功能部件發(fā)出運(yùn)行或終斷信息來控制機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)。當(dāng)零件的加工程序結(jié)束時(shí),機(jī)床便會(huì)自動(dòng)停止。任何一種數(shù)控機(jī)床,在其數(shù)控系統(tǒng)中若沒有輸入程序指令,數(shù)控機(jī)床就不能工作。機(jī)床的受控動(dòng)作大致包括機(jī)床的起動(dòng)、停止;主軸的啟停、旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的變換;進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度、方式;刀具的選擇、長(zhǎng)度和半徑的補(bǔ)償;刀具的更換,冷卻液的開起、關(guān)閉等。
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