精密與特種加工

1、 精密與超精密加工1什么是精密與超精密加工？目前在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，一般工廠能穩(wěn)定掌握的加工精度是1微米。與此相應(yīng)，通常將加工精度在0.11微米、加工表面粗糙度Ra在0.020.1微米之間的加工方法稱(chēng)為精密加工；而將加工精度高于0.1微米、加工表面粗糙度Ra小于0.01微米的加工方法稱(chēng)為超精密加工。2積屑瘤對(duì)切削力的影響規(guī)律；能夠畫(huà)出積屑瘤的模型；會(huì)解釋積屑瘤產(chǎn)生規(guī)律的原因規(guī)律：積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也小，和普通切削鋼時(shí)的規(guī)律正好相反。普通切削切鋼時(shí)，積屑瘤可增加刀具的前角，故積屑瘤增大可使切削力下降，但是超精密切削時(shí)積屑瘤增大反而使切削力增大；模型如圖；產(chǎn)生原因：1）積屑瘤前端R

2、大約23m，實(shí)際切削力由積屑瘤刃口半徑R起作用，切削力明顯增加 。 2）積屑瘤與切削層和已加工表面間的摩擦力增大，切削力增大。3）實(shí)際切削厚度超過(guò)名義值，切削厚度增加 ，切削力增加。3會(huì)畫(huà)金剛石晶體三個(gè)面的原子分布圖、面網(wǎng)距、面網(wǎng)密度的計(jì)算。100晶面 110晶面 111晶面面積= 面積= 面積= 原子數(shù)4x1/4+1=2 原子數(shù) 4x1/4+2x1/2+2=4 原子數(shù)3x1/6+3x1/2=2面網(wǎng)密度 面網(wǎng)密度 面網(wǎng)密度 面網(wǎng)距 面網(wǎng)距 面網(wǎng)距 4理解掌握我國(guó)采用哪個(gè)晶面作為前后刀面；為什么？應(yīng)考慮因素：刀具耐磨性好；刀刃微觀強(qiáng)度高，不易產(chǎn)生微觀崩刃；刀具和被加工材料間摩擦系數(shù)低，使切削變形

3、小，加工表面質(zhì)量高；制造研磨容易。選用（100）晶面的原因：（111）不適合作前后面。推薦采用（100）晶面作金剛石刀具的前后面，理由如下：1)（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面；2 )（100）晶面的微觀破損強(qiáng)度高于（110）晶面，（100）晶面受載荷時(shí)的破損機(jī)率比（110）晶面低很多；3 ) （100）晶面和有色金屬之間的摩擦系數(shù)要低于（110）晶面的摩擦系數(shù)。5理解晶體的解理現(xiàn)象；金剛石哪個(gè)晶面容易產(chǎn)生解理現(xiàn)象，為什么？解理現(xiàn)象：是某些晶體特有的現(xiàn)象，晶體受到定向的機(jī)械力作用時(shí)，沿平行于某個(gè)平面平整的劈開(kāi)的現(xiàn)象；原因：（111）面的寬的面間距（0.154nm）是金剛石晶體中所有晶面

4、間距中的最大的一個(gè)，并且其中的連接共價(jià)鍵數(shù)最少，只需擊破一個(gè)價(jià)鍵就可使其劈開(kāi)，故劈開(kāi)比較容易。金剛石內(nèi)部的解理劈開(kāi)，在絕大多數(shù)情況下是與（111）面網(wǎng)平行，在兩個(gè)相鄰的加強(qiáng)（111）面網(wǎng)之間。在解理劈開(kāi)時(shí)，可以得到很平的劈開(kāi)平面。6精密磨削加工機(jī)理；精密磨削砂輪如何選擇？精密磨削主要是靠砂輪的精細(xì)修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后被加工表面留下大量極微細(xì)的磨削痕跡，殘留高度極小，加上無(wú)火花磨削階段的作用，獲得高精度和小表面粗糙度表面，因此精密磨削機(jī)理可以歸納為以下幾點(diǎn)：a微刃的微切削作用；b微刃的等高切削作用；c微刃的滑擠、摩擦、拋光作用。精密磨削使所用砂輪的選擇以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高

5、性為原則。包括砂輪的粒度選擇，砂輪結(jié)合劑的選擇。7超精密磨削加工機(jī)理（會(huì)畫(huà)圖解釋單顆粒的磨削過(guò)程）(1) 超微量切除 精密和超精密磨削是一種極薄切削，切屑厚度極小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒內(nèi)進(jìn)行，因此磨削力一定要超過(guò)晶體內(nèi)部非常大的原子、分子結(jié)合力，從而磨粒上所承受的切應(yīng)力就急速地增加并變得非常大，可能接近被磨削材料的剪切強(qiáng)度的極限。同時(shí)，磨粒切削刃處受到高溫和高壓作用，要求磨粒材料有很高的高溫強(qiáng)度和高溫硬度。對(duì)于普通磨，在這種高溫、高壓和高剪切力的作用下，磨粒將會(huì)很快磨損或崩裂，以隨機(jī)方式不斷形成新切削刃，雖然使連續(xù)磨損成為可能，但得不到高精度、低表面粗糙度值的磨削質(zhì)量 。因

6、此，在超精密磨削時(shí)般多采用人造金剛石、立方氮化硼等超硬磨料砂輪。(2) 單顆粒磨削加工過(guò)程 砂輪中的磨粒分布是隨機(jī)的，磨削時(shí)磨粒與工件的接觸也是無(wú)規(guī)律的，為研究方便起見(jiàn)，對(duì)單顆粒的磨削加工過(guò)程進(jìn)行分析。1） 磨粒是一顆具有彈性支承（結(jié)合劑）的和大負(fù)前角切削刃的彈性體。2） 磨粒切削刃的切入深度是從零開(kāi)始逐漸增加，到達(dá)最大值再逐漸減少，最后到零。3） 磨粒磨削時(shí)在工件中，開(kāi)始是彈性區(qū)，繼而塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)，最后是彈性區(qū)。4） 超精密磨削時(shí)有微切削作用、塑性流動(dòng)和彈性破壞作用，同時(shí)還有滑擦作用。 磨削加工是無(wú)數(shù)磨粒的連續(xù)磨削。加工的實(shí)質(zhì)是工件被磨削的表層，在無(wú)數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下產(chǎn)生

7、變形，而后轉(zhuǎn)為磨屑，并形成光潔表面的過(guò)程。(3)連續(xù)磨削加工過(guò)程 磨削加工是無(wú)數(shù)磨粒的連續(xù)磨削。加工的實(shí)質(zhì)是工件被磨削的表層，在無(wú)數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下產(chǎn)生變形，而后轉(zhuǎn)為磨屑，并形成光潔表面的過(guò)程。8理解掌握砂帶磨削方式，特點(diǎn)（加以描述）及應(yīng)用范圍。方式：閉式砂帶磨削和開(kāi)式砂帶磨削；（1） 閉式砂帶磨削采用無(wú)接頭或有接頭的環(huán)形砂帶，通過(guò)張緊輪撐緊，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)接觸論帶動(dòng)砂帶高速回轉(zhuǎn)，并有工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)作縱向及橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。這種方式效率高、但噪聲大、容易發(fā)熱，可用于粗、半精和精加工。（2） 開(kāi)式砂帶磨削采用成卷砂帶，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)通過(guò)卷帶輪帶動(dòng)砂帶作極緩

8、慢的移動(dòng)，砂帶繞過(guò)接觸論并以一定的工作壓力與工件被加工表面接觸，并有工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)作縱向及橫向進(jìn)給，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。由于砂帶在磨削過(guò)程中的連續(xù)緩慢移動(dòng)，磨削區(qū)域不斷出現(xiàn)新砂粒，退出舊砂粒，切削比較穩(wěn)定，因此磨削質(zhì)量高，磨削效果好，但效率不如閉式砂帶磨削，多用于精密和超精密磨削中。砂帶磨削按砂帶與工件接觸形式來(lái)分又可分為接觸輪式、支撐板（輪）式、自由浮動(dòng)接觸式和自由接觸式。按加工表面類(lèi)型來(lái)分，砂帶磨削又可分為外圓、內(nèi)圓、平面、成形表面等磨削方式。特點(diǎn)及應(yīng)用范圍：1） 砂帶磨削時(shí)，砂帶本身具有彈性，接觸輪外緣表面有橡膠層或軟塑料層，砂帶與工件是柔性接觸，磨粒載荷小而均勻，具有較好的

9、拋光作用，同時(shí)又能減振，因此工件的表面質(zhì)量高，表面粗糙度可達(dá)Ra0.050.01um。砂帶磨削又有“彈性”磨削之稱(chēng)。2） 砂帶制作時(shí)，用靜電植砂法易于使磨粒有方向性，同時(shí)磨粒的切削刃間隔長(zhǎng)，摩擦生熱少，散熱時(shí)間長(zhǎng)，切屑不易堵塞，力、熱作用小，有較好的切削性，有效的減少了工件的變形和表面燒傷。3） 砂帶磨削效率高，可以與銑削和砂輪磨削媲美，強(qiáng)力砂帶磨削的效率可為銑削的10倍、普通砂輪磨削的5倍。砂帶磨削無(wú)需修整，磨削比（切除工件重量與磨料磨損重量之比）可高達(dá)300:1甚至400:1，而砂輪磨削一般只有30:1.砂帶磨削方法早已有之，由于基底材料強(qiáng)度和磨粒與基底的粘結(jié)強(qiáng)度有了極大地提高，才使得砂帶

10、磨削煥發(fā)新生，因此有“高效”磨削之稱(chēng)。4） 砂帶制作比砂輪簡(jiǎn)單方便，無(wú)燒結(jié)、動(dòng)平衡等問(wèn)題，價(jià)格也比砂輪便宜。砂帶磨削設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可制作砂帶磨床或砂帶磨削頭架，后者可安裝在各種普通機(jī)床上進(jìn)行砂帶磨削工作，使用方便，制造成本低廉，又有“廉價(jià)”磨削之稱(chēng)。5） 砂帶磨削有廣闊的工藝性和應(yīng)用范圍，可加工外圓、內(nèi)圓、平面和成形表面。砂帶磨削頭架可安裝在臥式車(chē)床、立式車(chē)床、龍門(mén)刨床等普通機(jī)床上進(jìn)行磨削加工。因此有很強(qiáng)的適應(yīng)性，砂帶不僅可加工各種金屬材料，材料，而且可加工木材、塑料、石材、水泥制品、橡膠等非金屬材料以及單晶硅、陶瓷和寶石等硬脆材料。開(kāi)式砂帶磨削加工銅、鋁等軟材料表面效果良好，獨(dú)具特色，因此又

11、有“萬(wàn)能”磨削之稱(chēng)。缺點(diǎn)：砂帶磨削不能加工窄退刀槽的階梯軸、階梯孔、盲孔、小孔、齒輪等，對(duì)形狀和位置精度要求高的也不如精密砂輪磨削。9減少機(jī)床熱變形的措施？1）盡量減少機(jī)床中的熱源；2）采用熱膨脹系數(shù)小的材料制造機(jī)床部件；3）結(jié)構(gòu)合理化使在同樣的溫度變化條件下，機(jī)床的熱變形最??；4）使機(jī)床長(zhǎng)期處在熱平衡狀態(tài)，使熱變形量成為恒定；5）使用大量恒溫液體澆淋，形成機(jī)床附近局部地區(qū)小環(huán)境的精密恒溫。10理解怎樣減少外界振動(dòng)對(duì)機(jī)床的影響？（會(huì)舉例）提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性和消除減少機(jī)床內(nèi)的振動(dòng)：（1）各運(yùn)動(dòng)部件都經(jīng)過(guò)精密動(dòng)平衡，消滅或減少機(jī)床內(nèi)部的振源。（2）提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性。（3）在機(jī)床結(jié)構(gòu)的易振動(dòng)部

12、分，人為的加入阻尼，減小振動(dòng)。（4）使用振動(dòng)衰減能力強(qiáng)的材料制造機(jī)床的結(jié)構(gòu)件。隔離振源，使用隔振溝、隔振墻和空氣隔振墊以減少外界振動(dòng)的影響：（1）超精密機(jī)床應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振源； LODTM大型超精密車(chē)床為避免恒溫水的水泵的振動(dòng)的影響，水泵將恒溫水打到水箱中，恒溫水靠自重從水箱流到超精密機(jī)床的各個(gè)部件。(2)超精密機(jī)床采用單獨(dú)地基，隔振溝、隔振墻等； LODTM車(chē)床除用帶隔振溝的地基外，還將機(jī)床放置在帶隔振墻的房間。(3)使用空氣隔振墊 Moore公司的M18AG車(chē)床、Pneumo公司的MSG-325車(chē)床、DTM3機(jī)床和LODTM車(chē)床用空氣隔振墊支承，高位支承將使機(jī)床的抗振性提高，增加機(jī)床的穩(wěn)定性。

13、11什么是在線檢測(cè)？及其特點(diǎn)。在線檢測(cè)：工件在加工過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，稱(chēng)之為在線檢測(cè)。特點(diǎn)：（1） 能夠連續(xù)檢測(cè)加工過(guò)程的變化，了解在加工過(guò)程中誤差分布和發(fā)展，從而為實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償、預(yù)報(bào)誤差補(bǔ)償和控制創(chuàng)造了條件；（2） 檢測(cè)結(jié)果能夠反映實(shí)際加工情況；（3） 在線檢測(cè)由于是在加工過(guò)程中進(jìn)行，會(huì)受到加工過(guò)程中一些條件的限制，在線檢測(cè)的難度一般較大；（4） 在線檢測(cè)大都用非接觸傳感器，對(duì)傳感器的性能要求較高；（5） 在線檢測(cè)一般是自動(dòng)運(yùn)行，形成在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括誤差信號(hào)的采集、處理和輸出、與誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)的連接。因此它往往不是一種單純的檢測(cè)方法。12什么樣的機(jī)床穩(wěn)定性好？怎樣提高機(jī)床的穩(wěn)定性？1）

14、各部件的尺寸穩(wěn)定性好（1） 采用尺寸穩(wěn)定性好的材料制造機(jī)床部件，如用陶瓷、花崗巖、尺寸穩(wěn)定性好的鋼材、合金鑄鐵等；（2） 各部件經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力使部件有高度的尺寸穩(wěn)定性。2) 結(jié)構(gòu)鋼性高，變形?。?） 當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位置改變，工件裝卸或負(fù)載變化，受力作用變化等，均將造成變形。要求結(jié)構(gòu)剛度高、變形量極小，基本不影響加工精度。（2） 各接觸面和連接面的接觸良好，接觸剛度高，變性極小。13理解空氣靜壓軸承主軸的工作原理（1）圓柱徑向軸承和端面止推空氣靜壓軸承：徑向軸承的軸套制成外面鼓形，能自動(dòng)調(diào)整定心。軸套的外表面做凸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面相配合。當(dāng)軸變形時(shí)，軸套可以自動(dòng)調(diào)整位置，從而保證

15、軸頸與軸鼓為面接觸。用多孔石墨的軸襯代替小節(jié)流孔。（2）雙半球空氣軸承主軸：前后軸承均采用半球狀，既是徑向軸承又是軸向軸承。由于軸承的氣浮面是球面，有自動(dòng)調(diào)心作用，可提高前后軸承的同心度，提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。（3）前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸、立式空氣軸承14切削刃鈍圓半徑與最小切削厚度的關(guān)系？分析最小厚度與哪些因素有關(guān)？15超精密切削刀具常采用哪些材料以及材料特點(diǎn)。材料：天然單晶金剛石特點(diǎn)：（1）刃磨性非常好；（2）硬度最高；（3）耐磨性好；（4）熱傳導(dǎo)效率高；（5）與有色金屬摩擦系數(shù)?。唬?）刀具的耐用度對(duì)切削速度不敏感。16了解超精密加工的現(xiàn)狀特種加工1掌握理解電火花加工為什么

16、用脈沖型電源？電火花放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電，放電延續(xù)一段時(shí)間后（11000s）需要停歇一段時(shí)間（50100s）。這樣才能使放電所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到其余部分，把每一次的放電蝕除點(diǎn)分別局限在很小的范圍內(nèi)；否則，會(huì)形成電弧放電，使工件表面燒傷而無(wú)法用作尺寸加工。為此，電火花加工必須采用脈沖電源。2掌握電火花加工基本原理，電火花蝕除主要原因。電火花加工的原理是基于工具和工件（正、負(fù)電極）之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。研究結(jié)果表明，電火花 蝕除的主要原因是：電火花放電時(shí)火花通道中瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱，達(dá)到很高的溫度，足以使任何

17、金屬材料局部熔化、汽化而被蝕除掉，形成放電凹坑，把多余的金屬蝕除掉。3掌握線切割加工一般采用什么極性加工？正極性加工；電火花線切割加工脈沖電源的原理與電火花成型加工脈沖電源是一樣的，只是由于加工條件和加工要求不同，對(duì)其又有特殊的要求。受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，脈沖電源的脈沖寬度較窄（260s），單個(gè)脈沖能量、平均電流（15A）一般較小，所以，線切割加工總是采用正極性加工。4會(huì)分析說(shuō)明提高電火花加工速度的方法并說(shuō)明會(huì)產(chǎn)生什么后果？（1）提高脈沖頻率：提高脈沖頻率，可通過(guò)減小脈沖停歇時(shí)間實(shí)現(xiàn)，但脈沖停歇時(shí)間過(guò)短，會(huì)使加工區(qū)工作液來(lái)不及消電離和排除電蝕產(chǎn)物及氣泡，阻礙恢復(fù)其介電性能

18、，以致形成破壞性的穩(wěn)定電弧放電，使電火花加工過(guò)程不能正常進(jìn)行。（2）增加單個(gè)脈沖的能量：增加單個(gè)脈沖的能量主要是靠加大脈沖電流和增加脈沖寬度，單個(gè)脈沖能量的增加可以提高加工速度，但同時(shí)會(huì)使表面粗糙度變壞和降低加工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工場(chǎng)合。（3）提高工藝系數(shù)K：提高工藝系數(shù)K的途徑很多，例如合理選用電極材料、電參數(shù)和工作液，改善工作液的循環(huán)過(guò)濾方式等，從而提高有效脈沖利用率，達(dá)到提高工藝系數(shù)K的目的。（4）減小脈沖間隔：脈沖間隔時(shí)間過(guò)短，將產(chǎn)生電弧放電。5掌握什么是電火花加工的極性效應(yīng)，在加工中如何利用極性效應(yīng)提高加工效率，降低功率損耗？P81答：（1）極性效應(yīng)：在電火花放電加工

19、過(guò)程中，無(wú)論是正極還是負(fù)極，都會(huì)受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。在我國(guó)，車(chē)床通常把工件與脈沖電源正極相接時(shí)的加工稱(chēng)為“正極性”加工，把工件與脈沖電源負(fù)極相接時(shí)的加工稱(chēng)為“負(fù)極性”加工。（2） 充分利用極性效應(yīng)：在窄脈沖寬度加工時(shí)，電子對(duì)正極的轟擊作用大于正離子對(duì)負(fù)極的轟擊作用，正極的電蝕量大于負(fù)極的電蝕量，此時(shí)應(yīng)采用正極性加工；在寬脈沖寬度加工時(shí)，正離子對(duì)負(fù)極的轟擊作用大于電子對(duì)正極的轟擊作用，負(fù)極的電蝕量大于正極的電蝕量，此時(shí)，應(yīng)采用負(fù)極性加工。最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。6什么是吸附效應(yīng)？在油類(lèi)介質(zhì)中，吸附效應(yīng)的產(chǎn)物是

20、什么，有什么作用，還有哪些條件？答：在材料放電腐蝕過(guò)程中，一個(gè)電極的電蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫覆蓋效應(yīng)，又叫吸附效應(yīng)。在油類(lèi)介質(zhì)中加工時(shí)，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結(jié)層。碳素層具有很高的耐電腐蝕性，對(duì)電極表面有一定保護(hù)作用。其生成條件有：1）要有足夠的溫度。2）要有足夠多的電蝕產(chǎn)物。3）要有足夠的時(shí)間。4）一般采用負(fù)極性加工5）必須在油類(lèi)介質(zhì)中進(jìn)行加工。7、電火花加工中工作液的主要作用？P84在電火花加工過(guò)程中，工作液的作用是： 加速電極間隙的冷卻和消電離過(guò)程； 壓縮放電通道，并限制其擴(kuò)展； 加速電蝕產(chǎn)物的排除；加速放電的

21、液體動(dòng)力過(guò)程，有助于金屬的拋出；8、論述微細(xì)加工機(jī)理以及加工特點(diǎn)。 1） 激光加工的原理與特點(diǎn)（1) 激光加工的原理（2) 激光加工的特點(diǎn)：a 幾乎對(duì)所有的金屬和非金屬材料都可以進(jìn)行激光加工。b 激光能聚焦成極小的光斑。c 可用反射鏡將激光束送往遠(yuǎn)離激光器的隔離室或其它地點(diǎn)進(jìn)行加工。d 加工時(shí)不需用刀具，屬于非接觸加工，無(wú)機(jī)械加工變形。e 無(wú)需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動(dòng)控制連續(xù)加工，加工效率高，加工變形和熱變形小。2）電子束加工 （1） 加工原理 電子束加工原理 超聲波加工的原理（2）電子束加工的特點(diǎn)如下：a電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l0.1 m) 。b加工材料的范圍廣。c加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不易被氧化。d電子束加工需要整套的專(zhuān)用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴