精密与特种加工

精密与超精密加工1什么是精密与超精密加工？目前在工业发达国家中，一般工厂能稳定掌握的加工精度是1微米。

与此相应，通常将加工精度在0.1~1微米、加工表面粗糙度Ra 在0.02~0.1微米之间的加工方法称为精密加工；而将加工精度高于0.1微米、加工表面粗糙度Ra 小于0.01微米的加工方法称为超精密加工。

2积屑瘤对切削力的影响规律；能够画出积屑瘤的模型；会解释积屑瘤产生规律的原因 规律：积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，和普通切削钢时的规律正好相反。

普通切削切钢时，积屑瘤可增加刀具的前角，故积屑瘤增大可使切削力下降，但是超精密切削时积屑瘤增大反而使切削力增大； 模型如图；产生原因：1）积屑瘤前端R 大约2～3μm ，实际切削力由积屑瘤刃口半径R 起作用，切削力明显增加 。

2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。

3）实际切削厚度超过名义值，切削厚度增加 ，切削力增加。

3会画金刚石晶体三个面的原子分布图、面网距、面网密度的计算。

100晶面 110晶面 111晶面面积=面积=面积=原子数4x1/4+1=2 原子数 4x1/4+2x1/2+2=4 原子数3x1/6+3x1/2=2 面网密度 面网密度 面网密度面网距 面网距 面网距22D 2D 2/32D 2/2D 22/4D 223/4)2/3/(2D D4理解掌握我国采用哪个晶面作为前后刀面；为什么？应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研磨容易。

选用（100）晶面的原因：（111）不适合作前后面。

推荐采用（100）晶面作金刚石刀具的前后面，理由如下：1)（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面；2 )（100）晶面的微观破损强度高于（110）晶面，（100）晶面受载荷时的破损机率比（110）晶面低很多；3 ) （100）晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于（110）晶面的摩擦系数。

5理解晶体的解理现象；金刚石哪个晶面容易产生解理现象，为什么？解理现象：是某些晶体特有的现象，晶体受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；原因：（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，故劈开比较容易。

金刚石内部的解理劈开，在绝大多数情况下是与（111）面网平行，在两个相邻的加强（111）面网之间。

在解理劈开时，可以得到很平的劈开平面。

6精密磨削加工机理；精密磨削砂轮如何选择？精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面，因此精密磨削机理可以归纳为以下几点：a微刃的微切削作用；b微刃的等高切削作用；c微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。

包括砂轮的粒度选择，砂轮结合剂的选择。

7超精密磨削加工机理（会画图解释单颗粒的磨削过程）(1)超微量切除精密和超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的切应力就急速地增加并变得非常大，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。

同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。

对于普通磨，在这种高温、高压和高剪切力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度、低表面粗糙度值的磨削质量。

因此，在超精密磨削时般多采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。

(2)单颗粒磨削加工过程砂轮中的磨粒分布是随机的，磨削时磨粒与工件的接触也是无规律的，为研究方便起见，对单颗粒的磨削加工过程进行分析。

1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合剂）的和大负前角切削刃的弹性体。

2）磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值再逐渐减少，最后到零。

3）磨粒磨削时在工件中，开始是弹性区，继而塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区。

4）超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。

磨削加工是无数磨粒的连续磨削。

加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。

(3)连续磨削加工过程磨削加工是无数磨粒的连续磨削。

加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。

8理解掌握砂带磨削方式，特点（加以描述）及应用范围。

方式：闭式砂带磨削和开式砂带磨削；（1）闭式砂带磨削采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触论带动砂带高速回转，并有工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给运动，从而对工件进行磨削。

这种方式效率高、但噪声大、容易发热，可用于粗、半精和精加工。

（2）开式砂带磨削采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移动，砂带绕过接触论并以一定的工作压力与工件被加工表面接触，并有工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给，从而对工件进行磨削。

由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，磨削区域不断出现新砂粒，退出旧砂粒，切削比较稳定，因此磨削质量高，磨削效果好，但效率不如闭式砂带磨削，多用于精密和超精密磨削中。

砂带磨削按砂带与工件接触形式来分又可分为接触轮式、支撑板（轮）式、自由浮动接触式和自由接触式。

按加工表面类型来分，砂带磨削又可分为外圆、内圆、平面、成形表面等磨削方式。

特点及应用范围：1）砂带磨削时，砂带本身具有弹性，接触轮外缘表面有橡胶层或软塑料层，砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，具有较好的抛光作用，同时又能减振，因此工件的表面质量高，表面粗糙度可达Ra0.05~0.01um。

砂带磨削又有“弹性”磨削之称。

2）砂带制作时，用静电植砂法易于使磨粒有方向性，同时磨粒的切削刃间隔长，摩擦生热少，散热时间长，切屑不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效的减少了工件的变形和表面烧伤。

3）砂带磨削效率高，可以与铣削和砂轮磨削媲美，强力砂带磨削的效率可为铣削的10倍、普通砂轮磨削的5倍。

砂带磨削无需修整，磨削比（切除工件重量与磨料磨损重量之比）可高达300:1甚至400:1，而砂轮磨削一般只有30:1.砂带磨削方法早已有之，由于基底材料强度和磨粒与基底的粘结强度有了极大地提高，才使得砂带磨削焕发新生，因此有“高效”磨削之称。

4）砂带制作比砂轮简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也比砂轮便宜。

砂带磨削设备结构简单，可制作砂带磨床或砂带磨削头架，后者可安装在各种普通机床上进行砂带磨削工作，使用方便，制造成本低廉，又有“廉价”磨削之称。

5）砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围，可加工外圆、内圆、平面和成形表面。

砂带磨削头架可安装在卧式车床、立式车床、龙门刨床等普通机床上进行磨削加工。

因此有很强的适应性，砂带不仅可加工各种金属材料，材料，而且可加工木材、塑料、石材、水泥制品、橡胶等非金属材料以及单晶硅、陶瓷和宝石等硬脆材料。

开式砂带磨削加工铜、铝等软材料表面效果良好，独具特色，因此又有“万能”磨削之称。

缺点：砂带磨削不能加工窄退刀槽的阶梯轴、阶梯孔、盲孔、小孔、齿轮等，对形状和位置精度要求高的也不如精密砂轮磨削。

9减少机床热变形的措施？1）尽量减少机床中的热源；2）采用热膨胀系数小的材料制造机床部件；3）结构合理化使在同样的温度变化条件下，机床的热变形最小；4）使机床长期处在热平衡状态，使热变形量成为恒定；5）使用大量恒温液体浇淋，形成机床附近局部地区小环境的精密恒温。

10理解怎样减少外界振动对机床的影响？（会举例）提高机床结构的抗振性和消除减少机床内的振动：（1）各运动部件都经过精密动平衡，消灭或减少机床内部的振源。

（2）提高机床结构的抗振性。

（3）在机床结构的易振动部分，人为的加入阻尼，减小振动。

（4）使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件。

隔离振源，使用隔振沟、隔振墙和空气隔振垫以减少外界振动的影响：（1）超精密机床应尽量远离振源；LODTM大型超精密车床为避免恒温水的水泵的振动的影响，水泵将恒温水打到水箱中，恒温水靠自重从水箱流到超精密机床的各个部件。

(2)超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等；LODTM车床除用带隔振沟的地基外，还将机床放置在带隔振墙的房间。

(3)使用空气隔振垫Moore公司的M－18AG车床、Pneumo公司的MSG-325车床、DTM－3机床和LODTM 车床用空气隔振垫支承，高位支承将使机床的抗振性提高，增加机床的稳定性。

11什么是在线检测？及其特点。

在线检测：工件在加工过程中同时进行检测，称之为在线检测。

特点：（1）能够连续检测加工过程的变化，了解在加工过程中误差分布和发展，从而为实时误差补偿、预报误差补偿和控制创造了条件；（2）检测结果能够反映实际加工情况；（3）在线检测由于是在加工过程中进行，会受到加工过程中一些条件的限制，在线检测的难度一般较大；（4）在线检测大都用非接触传感器，对传感器的性能要求较高；（5）在线检测一般是自动运行，形成在线检测系统，包括误差信号的采集、处理和输出、与误差补偿控制系统的连接。

因此它往往不是一种单纯的检测方法。

12什么样的机床稳定性好？怎样提高机床的稳定性？1）各部件的尺寸稳定性好（1）采用尺寸稳定性好的材料制造机床部件，如用陶瓷、花岗岩、尺寸稳定性好的钢材、合金铸铁等；（2）各部件经过消除应力使部件有高度的尺寸稳定性。

2)结构钢性高，变形小（1）当机床运动部件位置改变，工件装卸或负载变化，受力作用变化等，均将造成变形。

要求结构刚度高、变形量极小，基本不影响加工精度。

（2）各接触面和连接面的接触良好，接触刚度高，变性极小。

13理解空气静压轴承主轴的工作原理（1）圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承：径向轴承的轴套制成外面鼓形，能自动调整定心。

轴套的外表面做凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面相配合。

当轴变形时，轴套可以自动调整位置，从而保证轴颈与轴鼓为面接触。

用多孔石墨的轴衬代替小节流孔。

（2）双半球空气轴承主轴：前后轴承均采用半球状，既是径向轴承又是轴向轴承。

由于轴承的气浮面是球面，有自动调心作用，可提高前后轴承的同心度，提高主轴的回转精度。

（3）前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴、立式空气轴承14切削刃钝圆半径与最小切削厚度的关系？分析最小厚度与哪些因素有关？15超精密切削刀具常采用哪些材料以及材料特点。