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1、精细和超精细加工技术第一章精细和超精细加工技术及其发展瞻望精细和超精细加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精细加工、超精细加工三个阶段。什么叫精细加工？加工精度在0.11m，加工外表粗糙度在Ra0.020.1m之间的加工方法称为精细加工。什么叫超精细加工？加工精度高于0.1m，加工外表粗糙度小于Ra0.01m之间的加工方法称为超精细加工。下面哪些是精细和超精细加工的分类？A.去除加工；B.结合加工；C.变形加工；D.切削加工；E.磨粒加工；F.特种加工；G.复合加工；影响精细与超精细加工的因素有哪些？加工机理、被加工材料、加工设备及其基础元部件、加
2、工工具、检测与误差补偿、工作环境等。我国今后发展精细与超精细加工技术的重点研究内容包括什么？1超精细加工的加工机理；2超精细加工设备制造技术；3超精细加工刀具、磨具及刃磨技术；4精细测量技术及误差补偿技术；5超精细加工工作环境条件。第二章超精细切削与金刚石刀具举例讲明超精细切削的应用范围有哪些？陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。超精细切削速度是怎样选择的？超精细切削实际速度的选择根据所使用的超精细机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动
3、最小的转速。金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因而刀具能否磨损以加工外表质量能否下降超差为根据，切削速度并不受刀具寿命的制约。第二章超精细切削与金刚石刀具?举例讲明超精细切削的应用范围有哪些？陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。?超精细切削速度是怎样选择的？超精细切削实际速度的选择根据所使用的超精细机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。?金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因而刀具能否磨损以
4、加工外表质量能否下降超差为根据，切削速度并不受刀具寿命的制约。?刃口锋锐度对加工外表粗糙度的影响？刃口锋锐度对加工外表有一定的影响，一样条件下背吃刀量、进给量，更锋锐的刀具切出的外表粗糙度更小。?刀刃锋锐度对切削变形和切削力的影响？刀刃锋锐度不同，切削力明显不同。刃口半径增大，切削力增大，即切削变形大。背吃刀量很小时，切削力显著增大。?刀刃锋锐度对切削外表层的冷硬和组织位错的影响？刃口半径越小，加工外表变质层的冷硬度越小，位错密度越小，切削变形越小，外表质量越高。?刀刃锋锐度对加工外表残留应力的影响？刃口半径越小，残留应力越低；背吃刀量越小，残留应力越小，但当背吃刀量减小到临界值时，背吃刀量减
5、小，残留应力增大。?超精细切削时极限最小切削厚度是多少？1nm。?金刚石刀具不同晶面的摩擦因素怎样？100晶面的摩擦系数最低，110最高；100晶面的摩擦系数差异最大；111晶面最小。?金刚石刀具磨损和破损的特点是什么？书P26。?超精细切削对刀具有什么要求？极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工外表上，进而得到超光滑的镜面。与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得到极好的加工外表完好性。?金刚石属于什么晶系？不同面体金刚石主要有哪几个晶面和晶轴？见书本P31。?金刚石刀具不同晶面的面网
6、及面网密度是怎样计算？其比例是多少？见书本P31-32。?什么叫金刚石晶体的解理现象？哪个晶面最容易解理？为什么？解理现象是某些晶体特有的现象，晶体遭到定向的机械力作用时，沿平行于某个平面平整的劈开的现象111面的宽的面间距0.154nm是金刚石晶体中所有晶面间距中的最大的一个，并且其中的连接共价键数最少，只需击破一个价键就可使其劈开。金刚石的解理现象即沿解理面111平整的劈开两半，且金刚石的破碎和磨损都和解理现象直接有关。?金刚石刀具各晶面的耐磨性怎样？好磨和难磨方向又是怎样？与摩擦因素有何关系？见书本P33-34。?金刚石刀具的磨损，主要属于机械磨损，本质是微观解理的积累；金刚石晶体的破损
7、机理，主要产生于111晶面的解理。当垂直于该晶面的拉力超过某特定值时，两相邻的晶面分离，产生解理劈开。?刀刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式，所以刀刃的微观强度是刀具设计选择晶面的主要根据。?金刚石各晶面的微观破损强度关系是？110面破损的机率最大，100面破损机率最小。?金刚石晶体的定向主要有哪几种方法？人工目测定向、X射线定向、激光定向。?简单讲述激光定向的原理经过？见书本P38.?衡量金刚石刀具的标准是什么？能否加工出高质量的超光滑外表Ra0.0050.02m；能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐切削长度数百千米。?试比拟直线修光刃和圆弧修光刃的优缺点？见书本P40.?单晶金刚石刀具的前面
8、应该选择哪个晶面？100晶面。?金刚石刀具小刀头的固定方法哪几种？机械夹固；粉末冶金法固定；粘结或钎焊固定?影响金刚石刀具精研的因素有哪些？见书本P45.第三章精细磨削和超精细磨削?什么叫精细和超精细磨料加工？?所谓精细和超精细磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低外表粗糙度值。?精细和超精细磨料加工可分为固结磨料和游离磨料两大类加工方式。?固结磨料加工主要有哪几种？?精细和超精细砂轮磨削、精细和超精细砂带磨削等。?精细和超精细砂轮磨料主要有那几种？?普通磨料：包括碳化物系，如碳化硼、碳化硅；刚玉系。?超硬磨料系：包括金刚石，如天然金刚石和人造
9、金刚石；立方氮化硼。?超硬磨粒有什么优越性？?磨具在形状和尺寸上易于保持，使用寿命高，磨削精度高；磨料本身磨损少，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持精度；磨削时，一般工件温度较低，可减小内应力、裂纹和烧伤等缺陷；能加工各种高硬的难加工材料，可磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等。?常用的结合剂有：树脂结合剂、陶瓷结合剂、技术结合剂。?普通磨具中磨料的含量用组织表示，反映了磨料、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。?超硬磨具中磨料的含量用组织表示，它是指磨料层中每1cm3体积中所含超硬磨粒的重量。?超硬磨具一般由磨料层、过渡层、基体三个部分组成。?常用的涂
10、覆磨具有：砂纸、砂布、砂带、砂盘、砂布页轮和砂布套等。?常用的涂覆磨料有：棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石等。?粘接剂的种类包括：动物胶、树脂、高分子化合物?涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂覆法、静电植砂法等。?精细磨削的加工精度和外表粗糙度范围是什么？主要用处？?加工精度为10.1m、外表粗糙度到达Ra0.20.025m。多用于机床主轴、轴承、滚动导轨、量规等精细加工。?精细磨削时砂轮的选择以什么为原则？?以易产生和保持微刃及其等高性为原则。?精细磨削砂轮修整方法有：单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结修整器修整和金刚石超声波修整等。?精细磨床应知足要求
11、：高几何精度、低速进给运动的稳定性、减少振动。?精细磨削砂轮速度一般为15-30m/s，工件速度为6-12m/s，工件纵向进给量一般为50-100mm/min或0.06-0.5mm/r工件，横向进给量一般取0.6-2.5m/单行程，横向进给次数约为2-3次/单行程。?超硬磨粒砂轮磨削的特点是什么？?可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料；磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化；磨削力小，磨削温度低，加工外表质量好，无烧伤、裂纹和组织变化；磨削效率高；加工成本低。?超硬磨料砂轮修整的方法主要有哪些？简述其原理及优缺点。?包括：车削法、磨削法、软钢磨削整修法、金
12、刚石滚轮修整法、滚压轧制法、喷射法、电加工法、超声波振动修整法等。原理及优缺点略。?超硬磨料砂轮磨削速度一般为金刚石：12-30m/s；立方氮化硼：45-60m/s，磨削深度为0.002-0.01mm，工件速度一般为10-20m/min纵向进给速度一般取0.45-1.5m/min。?什么叫极压性？?极压性是指磨削液与金属外表起作用，构成一层牢固的润滑膜，在磨削区域的高压下有良好的润滑和抗粘着性能。?超精细磨削的加工精度和外表粗糙度是什么范围？其特点什么？?超精细磨削的加工精度到达或高于0.1m，外表粗糙度低于0.025m，是一种亚微米级的加工方法。超精细磨削的特点可归纳为：1超精细磨床是超精细
13、磨削的关键；2超精细磨削是一种超微量去除加工；3超精细磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程。?看图简述超精细磨削机理及其加工经过。答案略?超精细磨削砂轮线速度一般为1860m/min，工件线速度为4-10m/min，工作台纵向进给速度50-100mm/min，磨削深度0.5-1m。磨削横向进给次数2-4次；磨削余量为2-5m。?超硬微粉砂轮磨削的特点及其应用？?1粒度很细，可同时获得极小的外表粗糙度和很高的几何尺寸和形状精度。2是一种固结磨粒的微量去除加工方法，加工效率高。3容屑空间很小，磨削容易堵塞，需要进行在线修整。4磨削机床应有微进给装置，设备价格高。用于加工各种非金属材料和有色金属及其
14、合金材料零件的各种外表加工。?树脂-金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的构造和特点是什么？?答案见书本P66。?砂带磨削方式从总体上能够分为：闭式砂带磨削和开式砂带磨削两大类。按砂带与工件接触形式可分为：接触轮式、支承板轮式、自由浮动接触式和自由接触式。根据加工外表类型可分为：外圆、内圆、平面、成形外表等磨削方式。?砂带磨削具有“弹性、“冷态、“高效、“廉价、“万能磨削之称。?什么叫磨削比？?切除工件重量与磨料磨损重量之比。?闭式砂带头架的主要组成包括？?接触轮或支撑板、主动轮、张紧轮、张紧机构、调偏机构、电动机、基座。?开式砂带头架的主要组成包括？?卷带轮、接触轮、砂带轮、电动机、基座。?接触轮外
15、缘外表形状和外缘截面形状有那些？?外缘外表形状：平滑形、标准齿形、宽齿形、穿插齿形4种；外缘截面形状：平滑形、齿形和填充形3种。?砂带磨削用量选择是什么？?书本P75。第四章精细和超精细加工的机床设备精细主轴部件是超精细机床保证加工精度的核心。精细主轴部件有什么要求？?能高速旋转；高回转精度、高刚度、高稳定性、寿命长；主轴本身及其驱动系统振动极小；发热少，且热平衡性能好；维护保养方便。?轴承主要有那几种？?滚动轴承；液体静压轴承；空气静压轴承。?什么叫回转精度？?在主轴空载手动或机动低速旋转情况下，在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。?止推轴承和径向轴承
16、有什么区别？?止推轴承受力与轴的中心线平行；径向轴承的受力与轴的中心线垂直。?看图简述液体静压轴承的工作原理？?见书与ppt，略。?液体静压轴承的优缺点？?优点：回转精度高、转动平稳、承载能力高。主要用于大型超精细加工机床。缺点：高速下，油温升高造成热变形，影响主轴精度；回油时，将空气带入油源，降低轴承刚度和动态特性。?空气静压轴承的优缺点？?优点：回转精度高、转速高，可达100,000r/min；转动平稳，几乎没有振动，由于完全空气润滑；不发热，即便在高速下，温升很小，变形小；摩擦阻力小、寿命长，由于几乎没有摩擦；由于不使用油，不存在密封和泄露问题；可靠性高，维护保养方便。缺点：刚度低，承载
17、能力不如液体静压轴承高，主要用于中、小型超精细加工机床。?空气静压轴承主轴构造主要有哪几种典型的构造？?圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承主轴、双半球空气轴承主轴、前部用球形后部用圆柱径向空气轴承主轴、立式空气轴承主轴、大平面铣床主轴轴承。?超精细机床主轴和轴承的材料选取原则是：?不易磨损，不易生锈腐蚀，热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近，材料的稳定性好。?超精细机床的总体布局有哪几种？?1、十字形滑板工作台布局；2、T形布局；3、R-布局；4、偏心圆转角布局；5、立式构造布局。?床身和导轨的材料主要有：优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩。?超精细机床导轨的基本要求是什么？?1、导向精
18、度高，包括导轨在水平面内和垂直面内的直线度、导轨的平行度、导轨间的垂直度均要高；2、足够的刚度；3、精度保持性耐磨性好；4、运动的灵敏度高。?导轨若按两导轨面间的摩擦性质分类，可分为滑动导轨和滚动导轨两类；若按导轨的截面形式分类，可分为凸形、凹形两类。?导轨的构造形式主要有：三角形、矩形、燕尾形、圆柱形、双三角形、双矩形、三角形-矩形组合、燕尾形组合。?精细与超精细机床如今常采用的导轨有：滚动导轨、液体静压导轨、?气浮导轨、空气静压导轨。?精细与超精细机床伺服系统的基本要求有哪些？?1、位移精度高；2、稳定性好；3、快速响应；4、调速范围宽；5、低速大扭矩?精细与超精细机床进给驱动系统主要采用
19、滚珠丝杠副、摩擦和液体静压和空气静压丝杠副三种方式驱动。?精细与超精细机床微量进给装置构造形式归纳起来主要有6种类型，分别是：机械传动或液压传动式、弹性变形式、热变形式、流体膜变形式磁致伸缩式、电致伸缩式。?如何减少机床内部的振动？?书本P108，4个措施。?如何减少外界振动对机床的影响？?书P108，三个措施。1、超精细机床应尽量远离振源；超精细机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等；使用空气隔振垫。?减少机床热变形的措施？?书P111，5个措施。?尽量减少机床中的热源；?采用热膨胀系数小的材料制造机床部件；?构造合理化使在同样的温度变化条件下，机床的热变形最小；?使机床长期处在热平衡状态，使热
20、变形量成为恒定；?使用大量恒温液体浇淋，构成机床附近局部地区小环境的精细恒温。第五章精细加工中的测量技术?精细测量的环境条件包括：恒温条件、隔振条件、气压、自重、运动加速度和其他环境条件。?我国的量块标准分为：00、0、1、2、3和校准级K等6种精度等级。?由于矩形量块存在了两端测量面不平行、两端测量面和侧面不垂直、测量面平面度不好等问题，后来美国穆尔公司才用圆柱端面规为长度基准，之后又制成步距规作为长度基准，避免了使用量块时的量块拼合造成的积累误差。?直线度的测量主要有那几种方法？?干预法；跨步仪法；光轴法；激光准直仪法；双频激光准直仪法。?平面度的测量主要有哪些方法？?干预法；水平面法。?
21、对于垂直度的检测，简述怎样用圆柱形直角尺和L形直角尺进行互检测出角度误差？?见书本P120-121。?精细多齿分度盘的齿数常用的有360、720、1440等几种，它们的分齿增量分别是1、0.5、0.25，具有自动定心、操作简单、使用寿命的优点。?举例讲明两个多齿分度盘互检标定的原理经过。?书本P123-124。?什么叫圆度误差？?圆度误差是指包涵同一正截面实际轮廓且半径差最小的两同心圆间的距离。?圆度误差的傅氏级数表达式及每一项的物理意义？?见书本P125。?圆度误差的评定方法包括哪几种？?1最小外接圆法；2最大内接圆法；3最小包涵区域圆法；4最小二乘方圆法。?圆度仪主要有哪两种构造形式？?一
22、种是测量头随主轴旋转，被测件固定在工作台面上不动；一种是测量头固定不动，被测件随旋转工作台转动二进行测量。?影响圆度仪测量精度的因素有哪些？?主轴回转误差：一般为0.05m，部分到达0.025m；工件轴线和主轴轴线偏心引起的误差；工件轴线对主轴轴线倾斜引起的误差；测量头形状和测头半径变化引起的误差；测量力的影响；测量头偏立引起的误差。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧
23、否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全
24、性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感谢，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣慎重，故临崩寄臣以大事也。授命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深化不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于推敲损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感谢。今当远离，临表涕零，不知所言。