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《电加工实训指导书》
《电加工实训指导书》
编写刘雄清
广东松山职业技术学院机械工程系
2009年11月
第一章电火花成形加工实训指导…………………………………2
第一节电火花加工的概念、特点及发展概况……………………2
第二节电火花加工的基本原理、过程及影响因素………………3
第三节电火花加工操作…………………………………………7
第二章线切割加工实训指导…………………………………15
第一节线切割设备的组成及加工原理…………………………15
第二节线切割编程基础…………………………………………17
第三节线切割设备操作及注意事项……………………………21
第四节线切割加工实训课题……………………………………25
第五节机床电器及控制柜面板简介……………………………27
第一章电火花成型加工实训指导
第一节电火花加工的概念、特点及发展概况
电火花加工技术是现代先进制造技术的一个重要组成部分,在现代模具制造业中具有重要作用。
掌握先进的电火花线切割加工技术是机电专业,特别是模具专业人才适应飞速发展的先进制造技术环境的关键。
一、电火花加工的概念
电火花加工是一种利用电能和热能进行加工的新工艺,俗称放电加工(ElectricalDischargeMachining,简称EDM)。
电火花加工与一般金属切削加工的区别在于,电火花加工时工具与工件并不接触,而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电,利用放电时产生局部高温把金属材料逐步蚀除下来。
由于在放电过程中有可见火花产生,故称之为电火花加工。
二、电火花加工的特点
现在制造业的迅猛发展带动了新材料的不断涌现,高熔点、高硬度的材料层出不穷,使得传统的金属切削方法很难甚至无法进行加工,而电火花加工几乎与材料的力学性能(硬度、强度)无关,其突破了传统金属切削方法对刀具的限制,同时电火花加工本身所具有的特殊性决定了其具有如下特点。
1、电火花加工的优点
(1)适合难切削材料的加工,如高硬度材料,热处理后的工件等。
(2)特殊及复杂零件的加工,如微细零件、复杂模具型腔的加工。
(3)由于电火花加工是利用脉冲放电来蚀除金属材料,而脉冲电源的参数调节容易利用计算机数字控制方法进行控制,因此电火花加工易于实现数控加工。
(4)能改善结构设计,如将镶拼模具结构改为用电火花加工的整体结构。
2、电火花加工的局限性
(1)通常只能对导电材料(如金属)进行加工,不能对塑料、陶瓷等非金属材料进行加工。
(2)电火花加工速度慢,生产效率较低。
因此,在安排工艺时尽可能采用一般金属切削方法加工零件,不能完全用金属切削方法加工的零件,应先采用金属切削方法对零件进行粗加工,然后再利用电火花进行精加工,提高效率。
(3)加工过程中存在电极损耗。
在利用电和热蚀除金属材料的同时,电极也存在损耗,且损耗常集中在尖角、边沿、底面位置,影响成型精度。
常需制造多个电极来达到加工精度要求,提高了加工成本。
(4)难以加工有棱角的工件,电火花加工的最小角部半径通常在0.02~0.03mm。
(5)被加工工件表面存在变质层(融化层和热影响层)。
对某些材料(如不锈钢)进行电火花加工后应对加工表面进行处理。
(6)电火花加工过程必须在工作液(如煤油)中进行,增加了加工的不安全隐患。
三、电火花加工发展概况
电火花加工中的电蚀现象早在20世纪初期就被人们发现。
如插头、开关的启闭所产生的火花对接触表面的损坏。
但真正将电蚀现象运用到实际生产加工中的是前苏联科学家拉扎连柯夫妇,1943年,他们利用电蚀原理研制出世界上第一台实用化的电火花加工装置,并在以后的推广应用中不断改进,使电火花加工技术得到空前发展。
如今,结合计算机技术的数控电火花加工设备的制造在国外已成为一个专门的行业,并且朝高精度、数控化和无人化方向发展。
我国在20世纪50年代初期开始研究电火花设备,并于60年代初期研制出第一台靠模仿形电火花线切割机床,随后研制出具有我国特色的高速(快)走丝线切割机床。
70~80年代,我国电火花加工技术得到飞速发展,如今已涌现出一批具有较高水准的电火花加工设备生产厂家,数控技术、电脑自动编程技术在电火花加工中得到普及应用,并逐步向国际标准靠拢。
第二节电火花加工的基本原理、过程及影响因素
一、电火花加工的基本原理
电火花加工是基于工件电极和加工工件相互靠近并达到一定的放电间隙后,两者之间产生脉冲性火花放电,并伴随局部瞬时的高温使金属局部融化,甚至气化的电蚀现象来蚀除金属材料。
要产生火花放电应具备一定的条件,如合适的放电间隙、一定的放电延续时间和工作在具有绝缘性能的液体介质中。
如图1-1所示为电火花加工的原理图。
工件2和工具电极3分别与脉冲电源1的两个输出端相连接,工件2和工具电极3之间的间隙由电火花加工机床的自动调节装置进行控制。
当两者之间的间隙达到放电间隙时,便在最小间隙处击穿工作液介质,产生局部瞬时高温,使工件和工具电极蚀除掉一小部分金属材料。
脉冲放电结束后,经过一段脉冲间隔时间使工件液恢复绝缘,接着第二个脉冲电压又加到工件和电极之上,形成第二次介质击穿,产生第二次金属蚀除。
如此反复连续不断地放电,使工具电极不断地向工件进给,最终把工具电极的形状复制到工件上,达到电火花加工的目的。
二、电火花加工的过程
电火花加工是一个非常复杂的过程,其微观过程是热力、流体力、电场力、磁力、电化学等综合作用的结果。
这一过程主要分为以下几个阶段:
1、极间介质的电离、击穿,并形成放电通道
自动调节装置控制工具电极向工件缓慢靠近,两极间形成的电场随着距离的减小逐步增大,当两电极间距离达到合适的放电间隙(通常约为几微米到几百微米)时,由于两电极微观表面的凹凸不平,导致两极间电场不均匀,在距离最近的两点间电场强度最大,工作液介质中的杂质(如金属微粒)及自由电子在强大电场作用下,产生碰撞电离,形成带负电和带正电的粒子,带电粒子达到一定数量后导致工作液介质电离、击穿,形成放电通道。
由大量带正电、负电和中性粒子组成的放电通道,粒子间高速向相反方向运动,形成碰撞产生大量热能,使通道中心温度达到10000℃以上。
高温热膨胀形成的高压(达数十兆帕)产生强烈的冲击波向四周传播,同时伴随着热效应、光效应、声效应和电磁辐射,形成肉眼可见火花向四处飞溅。
2、介质热分解、电极材料熔化、气体化膨胀
工具电极和工件间液体介质被电离、击穿,形成放电通道后,脉冲电源使通道间带负电的电子高速奔向正极,而带正电的粒子高速奔向负极,粒子间相互碰撞,产生大量热能使通道内达到很高的温度,将工作液汽化、热分解汽化,同时使金属材料表面熔化甚至汽化,产生爆炸特性。
3、电极材料的抛出
通道间形成的高温、高压使气化了的气体体积不断向外膨胀,同时带着熔化、气化了的金属材料抛向工作液中。
4、通道间介质的电离消除
一次脉冲放电结束后,保留一段间隔时间,使通道间介质的电离消除,带电粒子恢复到中性粒子,等待下一次脉冲电压的开始,同时及时有效地排出被蚀除下来的金属微粒、碳粒子、气泡等。
因此,为了保证电火花加工的正常进行,在两次脉冲放电之间必须有足够的脉冲间隔时间,其大小根据加工具体情况进行调节,脉冲间隔时间的长短影响加工质量和加工效率。
三、电火花加工的影响因素
电火花加工过程的复杂性决定了其影响因素的多样性,研究并掌握其影响因素对提高电火花加工质量、加工效率,降低工具电极损耗均具有极其重要的意义。
1、极性效应的影响
极性效应是指由于工件电极和工件所接脉冲电源正负极的不同,导致彼此间电蚀量的不同。
在电火花加工中把工件接脉冲电源正极的方法,称“正极性”接线法。
而把工件接脉冲电源负极的方法,称“负极性”接线法。
实际加工中接线方法的选择常根据脉冲电压的长短来决定,当采用长脉冲电压加工时,由于质量和惯性大的正离子有足够的加速空间,因此对负极表面的轰击破坏作用强,同时到达负极的正离子与负极表面的电子结合产生位能,故负极的蚀除速度大于正极,这时应采用“负极性”接线法,常用于粗加工的场合。
当采用窄脉冲电压加工时,负离子对正极的轰击破坏作用远大于正离子对负极的轰击破坏,故正极的蚀除速度大于负极,这是应采用“正极性”接线法,常用于精加工的场合。
2、电参数的影响
在电火花加工中,单个脉冲的电蚀量与单个脉冲能量、脉冲频率成正比,因此提高单个脉冲能量和脉冲频率,减小脉冲间隔时间,将提高电火花加工速度,但同时带来工件加工表面粗糙度的增加,因此应根据实际加工精度和表面粗糙度要求合理确定电参数。
3、金属材料热学物理性的影响
金属材料热学物理性包括熔点、沸点、热导率、溶化热、气化热等。
当脉冲放电能量相同时,金属材料的熔点、沸点、比热容、溶化热、气化热越高,则电蚀量越少、加工难度越大。
另外,导热率大的金属由于传热快,其电蚀量也小。
4、工作液的影响
电火花加工必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行,液体介质使两极间形成火花击穿,产生放电通道,在放电结束后迅速恢复两极间隙间的绝缘状态。
工作液击穿对放电通道产生的压力帮助蚀除的金属材料抛出,同时工作液对工具电极和工件进行冷却。
工作液的介电性能好、密度和粘度大有利于压缩放电通道,蚀除金属材料的抛出效果好,但粘度大,不利于金属材料的排出。
粗加工时可以采用介电性能好和粘度大的工作液,精加工时一般采用粘度小、渗透性好的介质(如煤油)作为工作液。
5、其它因素的影响
除了上述因素的影响外,影响电火花加工的因素还有工件加工深度、加工面积、型面的复杂程度等。
第三节电火花加工操作
一、相关工艺知识
(一)电火花加工机床的型号D7140(属中型、标准精度的单轴数控机床)
D----电加工机床(数控电加工机床,则在D后加K)
71---成形加工机床系列
40---机床工作台宽度(以cm表示)
(二)D7140电火花加工机床的结构,组成部分及作用
1、结构:
属立柱式(电火花加工机床的主要结构形式有立柱式、龙门式、滑枕式、台式和便携式等,其中最常见的是立柱式)。
2、组成及作用:
(1)主机:
由床身、立柱、主轴头、工作台及润滑系统组成。
主要用于支撑工具电极及工件,保证它们之间的相对位置,并实现加工过程中稳定的进给运动。
(2)脉冲电源及伺服进给系统:
由电源箱体、电源变压器、控制电路、功率输出电路及电气系统等组成。
主要向主机工具电极与工件输出脉冲能量进行稳定的放电加工,并且实现自动控制。
(3)工作液循环过滤系统:
由储油箱、过滤泵、控制阀及各种管道等组成。
主要向主机加工液槽提供足够的加工液,实现工具电极与工件的正常放电。
(4)附件:
有可调节的工具电极夹头、平动头、永磁吸盘及光栅尺等。
主要作用是为了装夹工具电极,压装工件、辅助主机实现各种加工功能。
(三)电器控制柜(操作屏)简介:
操作画面,可分以下各视窗(见图1-2)。
1、状态显示视窗:
显示执行状态,包含计时器、总节数、执行单节及Z轴设定值等。
2、位置显示视窗:
显示各轴位置包含绝对坐标及增量坐标X、Y、Z三轴。
3、程式编辑视窗:
程式编辑操作(自动加工用)。
4、讯息视窗:
显示加工状态及讯息。
5、功能键显示视窗:
F1~F8功能操作按键。
6、输入视窗:
显示输入值。
7、EDM参数显示视窗:
EDM参数操作更改。
8、加工深度视窗:
以图示显示加工深度。
图1-2
(四)放电功能键操作
1、手动放电操作:
当操作者使用手动放电时,按下“F1”进入本功能。
操作步骤如下:
(1)键入加工深度的尺寸,按ENTER输入。
(2)调整放电参数(按F7)。
(3)选择液面安全开关是否开启,灯亮时液面安全开关取消,灯灭时,如油槽内油面在指示高度上,按放电即可开始加工,并且打开液面安全开关。
若不浸油,须灯亮才可加工。
(4)按放电ON开始加工。
(5)当尺寸到达时,Z轴会自动上升至安全预设之高度,同时蜂鸣器报警。
(按Z-键可消除报警)
(6)欲再修改Z轴深度值时,在停止放电下,按F1即可修改。
2、自动程式执行:
当使用者使用自动放电时,按下“F2”进入本功能。
自动放电和手动放电功能不同之处,在于自动放电是按照程式编辑来执行。
执行F2自动放电前,要先按F3程式编辑,来规划加工程序。
此时可由游标选择预备执行之单节,往下执行。
当程式执行时是由单节号码少的节数往节数大的单节执行。
而执行状态会显示于状态栏,在放电中可用F7修改放电条件。
当尺寸到达时,Z轴会自动上升至安全高度。
3、程式编辑:
在执行程式之前,操作者先要先规划放电程式,以供系统自动执行,为此可选用“F3”,程式编辑器编辑程式。
进入此画面有以下功能键:
F1:
插入单节F2:
删除单节F3:
EDM参数加一F4:
EDM参数减一F5:
存档
请使用以上按键及数字输入尺寸及参数,本编辑器无节数的限制。
程式编辑步骤如下:
(1)使用上下左右游标键移动游标至编辑栏位。
(2)如是Z轴输入栏须输入数字;
(3)如是EDM参数则使用“F3”与“F4”更改参数。
(4)使用“F1”插入所需单节,此时系统会将游标所在单节拷贝到下一单节。
(5)使用“F2”删除不要单节。
(6)编辑完成使用“F8”跳出。
(7)欲存入目前所编辑之加工数,可按F5存档。
存档方法:
F5→F1存档→存入档案→键入档案名称(用阿拉伯数字),再按F8即存入电脑内。
F2删除档案→用↑↓(上、下键)移至欲删除之档案,再按“YES”就把档案清除掉。
F3读入档案→用↑↓(上、下键)移至欲加工档案名称,按F3读入档案,显示读入OK时再按F8跳出。
4、位置归零:
当使用者要建立工作零点时,可使用“F4”位置归零。
位置归零步骤:
使用者可选择绝对坐标或增量坐标。
(1)使用“F4”位置归零时,电流自动改为0A,Z轴不抬刀,跳出后自动回复原设定值。
(2)使用游标移动到归零轴向。
(3)按“F4”位置归零;按“Y”归零确定;按“N”归零取消。
5、设定位置:
当使用者要建立工作点时,可使用“F5”位置设定。
位置设定步骤:
使用者可选择绝对坐标或增量坐标。
(1)使用游标移到归零轴向。
(2)按“F5”位置设定。
(3)按数字键输入。
(4)按“ENTER”确认。
6、中心位置:
按“F6”建立中心位置。
其操作方法如下:
(1)使用游标移到欲找中心位置之轴向。
(只限X、Y轴)
(2)寻找轴向两边位置后。
(3)按“Y”即可,按“N”取消。
7、EDM放电条件参数修改:
当放电中要修改EDM放电条件时,按“F7”EDM放电条件。
EDM调整步骤:
(1)使用上下游标移动到需修改的条件。
(2)使用左右游标增加或减少。
(3)所修改之条件会随时被送到放电系统。
(4)如果自动匹配功能打开,则调整AP时系统会自动匹配其他参数。
(5)“F10”可关闭自动匹配功能。
(6)自动及单节放电功能,在加工中均可随时修改其放电条件。
☆改变AP(电流)时,TA、TB等参数均会随着改变。
8、参数设定:
按F8进入参数设定。
(五)电火花加工的一般规律
1、各种电参数选择开关
(1)AP低压电流选择:
(设定范围0~60A)
设定值大,加工电流大,火花大,速度较快,表面较粗,间隙值大;
设定值小,加工电流小,火花较小,速度较慢,表面较细,间隙较小。
(2)TA放电时间调整:
(设定范围2~1200us)
设定值大,表面粗,间隙大,电极消耗小;
设定值大,表面粗,间隙大,电极消耗小。
(3)TB放电休止时间调整:
休止幅设定1~9(2~900us)
加工电流相同时,设定值小、效率高,速度快,排渣不易
设定值大、效率低,速度慢,易排渣
(4)伺服敏感度调整:
(设定范围1~9)
设定值小,第二段速度快;
设定值小,第二段速度慢,适用精加工或小电极加工。
(5)放电正面间隙电压调整:
(设定范围30~120V)
设定值小,放电间隙电压低,效率较高,速度快,排渣不易;
设定值大,放电间隙电压高,效率较低,速度慢,易排渣。
(6)机头上升时间调整:
(设定范围1~15)
设定值小,上升排渣距离小,加工不浪费时间;
设定值大,上升排渣距离大,加工费时较长。
(7)机头下降时间调整:
(设定范围1~15)
设定值小,加工之时间少,易排渣;
设定值大,加工之时间长,不易排渣。
(8)BP高压电流选择开关:
(设定范围0~5)
设定值大,电流大,火花大,速度快,表面粗,间隙大;
设定值小,电流小,火花小,速度慢,表面细,间隙小;
(9)其他开关:
极性选择、F1(大面积专用开关)、F2(深孔加工或侧面修细加工专用开关)。
2、电火花加工的一般规律
(1)脉宽(TA)越大,光洁度越差,但损耗小,所以,一般粗加工时选择150~600;精加工时逐渐减少。
(2)脉间(TB)增大时、电极损耗会增大,但有利于排渣。
(3)高压电流(BP)选择:
一般加工时BP选为0或2、在加工大面积或深孔时可适当加大高压电流,以利于排渣、防积碳。
高压电流大、损耗会有所增加。
(4)低压电流(AP)选择:
AP是根据电极放电面积确定的、一般每平方厘米不超过6A、AP选择过大时速度提高了、但会增加电极损耗。
(5)间隙电压(GP)选择:
粗加工时选取低,以利于提高加工效率、精加工时选高,以利于排渣,一般情况下EDM自动匹配,而事实上须依加工条件而做适当调整。
(6)SP(伺服敏感度),DN↓(下降时间)UP↑(抬头时间)一般由EDM自动匹配而定,在积碳较严重时,可以用减少放电时间或加大抬头时间来解决。
(六)手控盒操作说明:
Z轴上下键、进油、放电等按键。
二、生产实习图
图1-3凹模型孔
三、电火花加工步骤
加工前先准备好工件毛坯和电极,然后按以下步骤操作:
1、启动机床电源进入系统。
2、检查系统各部分是否正常,包括高频电压、水泵等的运行情况。
3、安装电极并进行电极校正操作。
4、装夹工件,根据工件厚度调整Z轴至适当的位置并锁紧。
5、移动电极坐标至加工区域准备加工。
6、根据图纸编制加工程序。
7、开启工作液泵,调节喷嘴流量。
8、运行加工程序开始加工,调整加工参数。
四、注意事项(安全与保养)
(一)电火花机床的安全操作规程
1、操作人员必需接受有关劳动保护、安全生产的基本知识和现场教育,熟悉电火花机床的安全操作规程。
2、操作人员应熟悉机床的结构、原理、性能及用途等方面的知识,按照工艺规程做好加工前的一切准备工作。
3、机床电器设备尽量保持清洁,防止受潮,否则可能降低机床的绝缘度而影响机床的正常工作。
4、放电加工使用中,不得用手接触电极工具,以免触电。
5、在加工过程中,操作人员应坚守岗位,集中思想,细心观察机床设备的运转情况,发现问题及时处理。
操作人员不在现场时,不得使电火花机床处在加工状态。
6、机床附近严禁烟火(吸烟),并配置适当的灭火器。
若发生火灾,应立即切断电源,并用四氯化碳或二氧化碳灭火器灭火,防止事故扩大化。
7、电火花加工操作车间内,必须具备抽油雾和烟气的排风换气装置,保证室内空气通风良好。
8、油箱要保证足够的循环油量,油温要控制在安全范围内。
添加工作介质(煤油)时,不得混入汽油之类的易燃物,以免发生火灾。
9、加工过程中,工作液面必须高于工件15公分。
若液面过低,加工电流较大,则容易引起火灾,因此操作人员必须经常检查液面是否合适。
10、加工完毕后,应立即切断电源,收拾工具,清扫现场。
(二)电火花机床的保养方法
1、每天使用前请先拉手动注油器,以保证Z轴丝杆润滑,增加其寿命(请用R32之润滑油)。
2、经常检查X轴、Y轴的丝杆是否缺黄油,
3、经常擦拭机器,保持清洁,增加其寿命。
4、经常检查加工液是否太脏,必要时更换过滤网或更换加工液及清洗过滤箱,以增加其加工性能。
5、经常检查电源箱的电扇通风是否良好。
(风扇过滤网需每月清洗一次)
6、经常检查工作槽防漏橡胶(耐煤油方型条)是否腐蚀硬化,以确保安全,防止漏油。
7、工作完成后擦拭工作台保持清洁,下次使用时更方便。
第二章线切割加工实训指导
第一节线切割设备的组成及加工原理
一、电火花线切割的加工原理
电火花线切割是利用移动着的细线状金属丝作为工作电极,并在金属丝与工件间通以脉冲电流,利用两极间脉冲放电的电蚀作用对工件进行切割加工。
由于所采用的工具电极是一根像线一样很细、很长的金属丝(钼丝、铜丝等),所以称之为“线切割”。
如下图所示为电火花线切割的加工示意图。
图2-1电火花线切割加工示意图
工件5通过绝缘板6固定在工作台8上,并与脉冲电源7的正极相连,电极丝经导轮4穿过工件5预先钻好的小孔,并于脉冲电源7的负极相连,电极丝3由贮丝筒2带动做反复交替移动,工作液泵10将工作液经由过滤器9喷射到电极丝与工件的加工区内。
当电极丝与工件之间的间隙合适时,两者间产生火花放电进而开始切割工件,两台步进电机控制工作台在水平面上沿x、y两个坐标方向移动,并合成用户指定的曲线轨迹,从而最终将工件切割成指定的形状。
二、电火花线切割机床的组成
电火花线切割机床主要由3大部分组成,分别是机床本体、脉冲电源和控制器。
1、机床主体
机床主体是电火花线切割机床的主要部分,由工作台、走丝机构、丝架、床身和工作液循环系统组成。
2、脉冲电源:
作用是将普通50HZ的交流电转换成高频单向脉冲电源。
3、控制器:
电火花线切割控制器是电火花线切割机床的重要组成部分,一般由输入线路、输出线路、主控器、及运算器等部分组成。
控制程序可由键盘、磁盘输入,微机是核心部分,将有关加工指令转换为X、Y方向的信号输出。
三、电火花线切割的特点
电火花线切割除具有电火花加工所具有的特点外,还具有如下特点。
1、电火花线切割的工具电极为电极丝,电极丝为标准化部件,可以直接向市场购买,因此它不需要制造成型电极,减少了辅助生产的时间,同时节约了成型电极的生产成本。
2、由于电极丝非常细小,因此能加工窄逢、小孔和各种复杂形状的工件。
3、电火花线切割一般采用“正极性”接线法,即工件接脉冲电源的正极,电极丝接脉冲电源负极,所用的脉冲宽度较窄,而窄脉冲的加工精度较高,因此电火花线切割属于中、精加工范畴。
4、采用长金属丝做电极,单位长度的电极丝损耗小,加工精度高。
5、采用水基乳化液作为工作液,而非煤油,因此安全程度高,同时加工成本降低。
四、电火花线切割的分类和加工精度
电火花线切割按电极丝走丝速度分为高速(快)走丝方式和低速(慢)走丝方式两种。
高速走丝方式的走丝速度达7~11m/s,加工精度在0.01~0.02mm左右,表面粗糙度达Ra1.6um,是我国独有的电火花线切割方式;低速走丝方式的走丝速度一般低于0.25m/s,加工精度可达0.002~0.005mm,表面粗糙度一般可达Ra1.25um,是国外常采用的电火花线切割方式,也是国内的线切割发展趋势。
五、电火花线切割机床的型号
例如型号为DK7740的数控电火花线切割机,其各字符含义如下。
DK7740
D------机床类别代号(电加工机床)
K------机床特征代号(数控机床)
7------组别代号(电火花加工机床)
7------型别代号(线切割机床)
40-----基本参数代号(工作台横向行程为400mm)
第二节线切割编程基础
一、3B代码程序格式
3B代码程序格式是目前国产快走丝数控线切割机床采用最广泛的编程格式其一般格式为“BXBYBJGZ”,各项含义解释如下。
·B:
分隔符,表示一段程序开始,并将X、Y、J的数值分隔开。
·
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- 电加工实训指导书 加工 指导书