精细和超精细加工技术温习考虑题答案_5.docx

精细和超精细加工技术温习考虑题答案精细和超精细加工技术温习考虑题答案第一章2.从机械制造技术发展看，过去和如今到达如何的精度可被称为精细和超精细加工。答：通常将加工精度在0.1-lm，加工外表粗糙度在Ra0.02-0.1m之间的加工方法称为精细加工。而将加工精度高于0.1m，加工外表粗糙度小于Ra0.01m的加工方法称为超精细加工。3.精细和超精细加工如今包括哪些领域。答：精细和超精细加工目前包含三个领域：1)超精细切削，如超精细金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。2)精细和超精细磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。3)精细特种加工。如电子束，离子束加工。使美国超大规模集成电道路宽到达0.1m。4.试瞻望精细和超精细加工技术的发展。答：精细和超精细加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精细机械加工技术以及作为配套的三维超精细检测技术和加工环境的控制技术。6.我目要发展精细和超精细加工技术，应重点发展哪些方面的内容。答：根据我国的当前实际情况，参考国外的发展趋势，我国应开展超精细加工技术基础的研究，其主要内容包括下面几个方面：1)超精细切削磨削的基本理论和工艺；2)超精细设备的精度，动特性和热稳定性；3)超精细加工精度检测及在线检测和误差补偿；4)超精细加工的环境条件；5)超精细加工的材料。第二章1.金刚石刀具超精细切削有哪些应用范围?答：用金刚石刀具进行超精细切削，用于加工铝合金，无氧铜，黄铜非电解镍等有色金属和某些非金属材料。2.金刚石刀具超精细切削的切削速度应怎样选择?答：超精细切削实际选择的切削速度，经常是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，由于在该转速时外表粗糙度最小，加工质量最高，获得高质量的加工外表是超精细切削的首要问题。使用质量好，十分是动特性好，振动小的超精细机床能够使用高的切削速度，能够提高加工的效率。3.试述超精细切削时积屑瘤的生成规律和它对切削经过和加工外表粗糙度的影响。答：当切削速度较低时，积屑瘤高度最高，当切削速度大于v314m/min时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。这讲明在低速切削时，切削温度比拟低，较适于积屑瘤生长，且在低速时积屑瘤高度值比拟稳定，在高速不稳定。十分是切黄铜和紫铜，积屑瘤不稳定且比拟小。刀具的微观缺陷也将直接影响积屑瘤的高度，完好刃的积屑瘤高度比有微小崩刃的刀刃积屑瘤高度小。进给量很小时，积屑瘤的高度较大。背吃刀量小于25m时，积屑瘤的高度变化不大，但在大于25m后，积屑瘤高度将随背吃刀量的增加而增加。积屑瘤对切削力的影响为：当积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小。积屑瘤对加工外表粗糙度的影响为：当积屑瘤高度大时，外表粗糙度大，积屑瘤小时加工外表粗糙度亦小。4.试述各工艺参数对超精细切削外表质量的影响。答：切削速度对加工外表粗糙度基本无影响。当超精切削采用很小的进给量，加工外表粗糙度值减小。刀具有修光刃的时候，可减少残留面积，减小加工外表的粗糙度值。背吃刀量减小将使加工外表粗糙度加大。5.超精细切削时怎样才能使加工外表成为优质的镜面?答：进给量为2.5m/r，背吃刀量为2m时，不同切削速度均得到外表粗糙度极小的加工外表；使用圆弧切削刃刀具，在进给量小于5m/r时，均可得到优质镜面；v=314m/min，f=2.5m/r，进给量为0.5-5m时可以得到优质的镜面。8.试述超精细切削用金刚石刀具的磨损和破损特点。答：金刚石刀具的磨损，主要是机械磨损，其磨损本质是微观解理的积累。金刚石晶体的破损，主要产生于111晶面的解理。9.金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工外表质量的影响怎样？答：100晶面的车刀切削时的切削变形比用110晶面的车刀要小。100晶面的车刀和110晶面的车刀的加工外表粗糙度相差不多。100晶面车刀切出的外表层残余应力小于用110晶面的车刀所切出的，十分是切向残余应力。12.超精细切削对刀具有哪些要求？为什么单晶金刚石是被公以为理想的、不能代替的超精细切削的刀具材料？答：为实现超精细切削。刀具应具有如下性能。1)极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。2)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。3)刀刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工外表上，能得到超光滑的镜面。4)和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低，能得到极好的加工外表完好性。天然单晶金刚石有着一系列优异的特件。如硬度极高、耐磨性和强度高、导热性能好、和有色金属摩擦系数低，能磨出极锋锐的刀刃等。因而固然它的价格昂贵，仍被一致公以为理想的、不能代替的超精细切削刀具材料。17.怎样根据金刚石微观破损强度来选择金刚石刀具的晶面?答：当作用应力一样时，(110)面破损的机率最大，111)面次之，100)面产生破损的机率最小。即在外力作用下，(110)面最易破损，(111)面次之，(100)面最不易破损。这在设计金刚石刀具，选择前面和后面的晶面时，必须首先给予考虑。根据上面的分析可知，从增加刀刃的微观强度考虑，应选用微观强度最高的(100)晶面作为金刚石刀具的前面和后面。19.单晶金刚石刀具的前面应选哪个晶面。答：推荐金刚石刀具的前面选100晶面。21.试述单晶金刚石刀具的研磨加工方法。答：一颗单晶金刚石毛坯，要做成精细金刚石刀具。首先要经过晶体定向，确定制成刀具的前面、后面的空间位置，确定需要磨去的部分。金刚石要再经过仔细检查，观察切削部分的金刚石内部有没有裂纹、杂质或其他缺陷。金刚石开场粗磨，一般采用高速旋转的铸铁盘加金刚石微粉进行粗研磨，基本成形后，最后进行精研。22.单晶金刚石刀具质量的好坏怎样评定。答：衡量金刚石刀具质量的好坏，首先是能否加工出高质量的超光滑外表，其次是它能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐，仍能切出极高质量的加工外表。第三章1.何谓固结磨料加工?何谓游离磨料加工？它们各有何特点？适用于什么场合？答：将磨粒或微粉与结合剂粘合在一起，构成一定的形状并具有定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法构成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具的加工方法叫做固结磨料加工。磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态的加工方法叫做游离磨料加工。固结磨料加工有精细砂轮磨削、油石研磨、精细珩磨、精细超精加工、砂带磨削和砂带研抛。游离磨料加工有精细研磨和精细抛光。8.试从系统工程的角度分析精细磨削的技术关键。答：砂轮粒度和结合剂的选择以及砂轮修整。10.精细磨削能获得高精度和小外表粗糙度外表的主要原因何在？答：精细磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高件，磨削后，被加工外表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，获得高精度和低外表粗糙度的外表。14.超精细磨削的含义是什么？镜面磨削的含义是什么？答：超精细磨削是最高加工精度、最低外表粗糙度的砂轮磨削方法。一般是指加工精度到达或者高于0.1m，加工外表粗糙度小于Ra0.025m，是一种亚微米级的加工方法。镜面磨削一般是指加工外表粗糙度到达Ra0.02-0.01m，外表光泽如镜的磨削方法。15.试从系统工程的角度来分析超精细磨削能到达高质量的原因。答：影响超精细磨削的因素很多，各因素之间又互相关联。超精细磨削需要一个高稳定性的工艺系统，对力、热、振动、材料组织、工作环境的温度和净化等都有稳定性的要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰的能力，有了高稳定性，才能保证加工质量的要求。所以超精细磨削是一个高精度、高稳定性的系统。第四章11.超精细主轴有哪些驱功方式?各自的优缺点是什么？答：超精细主轴的驱功方式有三种：1电动机通过带传动驱动优缺点：采用这种驱功方式，电动机采用直流电动机或沟通变频电动机。这种电动机能够无级调速，不用齿轮调速以减少振动，电动机要求经过精细动平衡并用单独地基以免振动影响超精细机床。传动带用柔软的无接缝的丝质材料制成。带轮有本人的轴承支撑，经过精细动平衡，通过柔性联轴器(常用电磁联轴器)和机床主轴相连，采用上述措施主要是使主轴尽可能和振功隔离。2电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴优缺点：采用这种主轴驱动方式时，电机采用直流电动机或沟通变频电功机，能够很方便的实观无级调速，电动机应经过精细动平衡，电动机安装时尽量使电功机轴和机床主轴同心，再用柔性联轴器消除电动机轴和机床轴不同心引起的振动和回转误差。这样能够尽量提高超精细机床主轴的回转精度。3采用内装式同轴电动机驱动机床主轴优缺点：电动机如今都采用无刷直流电动机，能够很方便地进行主铀转速的无级变速，同时电动机没有电刷，不仅能够消除电刷引起的摩擦振动，而且免除了电刷磨损对电机运转的影响。如今一般的直流电动机都是方波驱动，这时的驱动转矩变化大致在10%8%，这将使主轴的瞬时转速有波动，主轴转速低时，转速波动更明显。13.简述精细和超精细机床使用的床身和导轨材料，并讲明各自的优缺点。答：1优质耐磨铸铁优缺点：铸铁是传统的制造床身和导轨的材料它的优点是工艺性好，应选用耐磨性好，热膨胀系数低。对振动衰减能力强，并经时效消除内应力的优质合金铸铁作精细机床的床身和导轨2)花岗岩优缺点：花岗岩已是制造三坐标标测量机和超精细机床的床身和导轨的热门材料，这是由于花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度同、耐磨并不会生锈等。花向岩的主要缺点是它的吸湿性，吸湿后产生微量变形，影响精度。3人造花岗岩优缺点：人造花岗岩有优良的性能，不仅可铸造成形，吸湿性低，并对振动的衰减能力加强。16.试述超精细机床中使用的摩擦驱动机构的原理、构造和优缺点。答：摩擦驱动机构的原理，如图4-26所示。和导轨运动体相连的驱动杆夹在两个摩擦轮之间。上摩擦轮是用弹簧压板压在驱动杆上，当弹簧压板压力足够时，摩擦轮和驱动杆之间将无滑动。两个摩擦轮均有静压轴承支承，能够无摩擦转动。下摩擦轮和直流电功机相连，带动下摩擦轮旋转，靠摩擦力带动驱动杆，带动导轨作非常平衡的直线运动。优缺点：导轨运动的平稳性和精度高，使用效果好，优于滚珠丝杠副的驱动。有两个技术难点：l超精细机床在精切时，要求导轨的起动速度极慢，因而要求下摩擦轮直径很小，造成定的构造设计困难；2)两个摩擦轮最好都能采用静压轴承支承，但是从构造位置上看，放两套静压轴承(液体或空气)空间位置太挤，构造设计有很大困难；摩擦轮如用滚动轴承支承，则滚动轴承有摩擦，会降低磨擦驱动装置的平稳性，降低导轨直线运动的平稳性。17.精细加工对微量进给装置的性能要求是什么？答：1)精微进给和粗进给应分开、以提高微位移的精度、分辨力和稳定性。2)运动部分必须是低摩擦和高稳定度的，以便实现很高的重复精度。3末级传动元件必须有很高的刚度，即夹金刚石刀具处必须是高刚度的。4)微量进给机构内部连接必须是可靠连接，尽量采用整体构造或刚性连接，否则这微量进给机构很难实现很高的重复精度。5)工艺件好，容易制造。6微量近给机构应又有好的动特性，即具有高的频响。7)微量进给机构应能实现微进给的自功控制。22.提高机床构造的抗震性和减少机床内部震动有哪些办法?答：1各运动部件都经过精细动平衡，消灭或减少机床内部的振源机床内的主要振源是高速转动的部件，如电机、主轴等，这些转动的部件必须经过精细动平衡，使振动减小到最低；有可能产生振动的还有电机和主抽的不同心。空气轴承的振荡，滚珠丝杠和螺母的不同心，导轨运动部件直线运动速度的变化，加工工件有偏心重量等。当发现机床有振动时，必需要找出振源，尽量消除减少振动。2提高机床构造的抗振性使用很大的机床床身以降低它的自振频率。如有振动产生，应找到机床构造中易于产生振动的薄弱环节，予以加强，使振动减小。3在机床构造的易振动部份，人为的参加阻尼，减小振动。4使用振动衰减能力强的材料制造机床的构造件。25.减少机床热变形的措施有哪些？答：1尽量减少机床中的热源：如机床主轴采用空气轴承代替液体静压轴承以减少发热量、使用发热量小的电动机；将发热器件放在机床床身外、如进给电动机和激光管放在机床床身外侧等。2)采用热膨胀系数小的材料制造机床部件，例如如今不少坐标测量机和超精细机床使用花岗岩、铟钢、陶瓷、铟钢铸铁、低热膨胀系数的铸铁等做机床的关留部件。3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。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，构成机床附近局部地区小环境的精细恒温。第五章1.试述精细加工中测量技术的新发展。答：精细加工中测量技术的新发展主要包括：1.极高精度测量方法和测量仪器的发展近年研制成功测量长度时能到达A级的双频激光测量系统和x射线事涉仪等；测量外表微观形貌达A级的扫描隧道显微镜和原了力显微镜等，测量角度到达0.01''的精细测角仪等。2.精细在线自动测量技术的发展新的三坐标测量机都有精细数控系统，能够自动完成复杂零件的全部测量已是FMS中常用的测量装备。在大最大批生产中使用着多种专用的自动仪量，不仅提高丁测量效率、而且保证了测量精度。3.测量数据的自动收集处理技术的发展如今微电了技术、计算机拉技术已广泛应用在精细测量中，测量结果已普遍采用数字显示。很多测量仪器已配备数据处理软件、使一些复杂的测量结果，数据处理后能够很直观的显示在计算机屏幕上，并打印出来。2.试述精细测量需要的环境条件。答：精细测量需要的环境条件有：1.恒温条件由丁各种厂程材料都有热膨胀。恒温是精细测量的必要条件。标准测量温度是20C，可根据测量精度确定允许的温度波动。如加工车间内不是标准温度(20C)，有时被测零件不是室温，这时测出的零件尺寸，需要考虑温度变化造成的测量尺寸误差，在测量结果中给予修正。2.隔振条件进行精细测量时要避免振动引起的测量误差，应尽可能采取各种减振隔振措施。3.气压、自重、运动加速度和其他环境条件当测量到达极高精度时，一些平常不考虑的问题包会影响测量精度。例如1m长的钢棒在真空中的长度较在大气中大0.3m。故如气压有明显变化将造成测量误差。100mm长的钢棒垂直放置时，由于自重而使材料产生压缩变形，长度约缩短0.002m。故在高空或海底测量的长度值将有误差。对运动物件有加速度时，接受力，将使尺寸测量有误差。第六章1.从提高加工精度的角度来看，试伦述误差的隔离和消除、误差的补偿两条途径的本质和特点。答：误差的隔离和消除的本质和特点：误差的隔离和消除、即找出加工中误差产生的根源采取相应措施，使误差不产生和少产生，如加工理论误差可采取建立正确的运动关系和数学模型来消除，其中典型的例子是在卧式车床上车削模数螺纹时，螺纹导程x=模数，式中x为倍，由于有这个因子，在选择配换齿轮来得到导程数值时，就可能是近似的加工运动，进而造成理论误差。又如加工时，机床精度不够高，可采用精度更高的机床。进而减小了机床精度的影响。误差的补偿两条途径的本质和特点：它立足于用相应的措施去“钝化、抵消、均化误差，使误差减小是一种“后天措施，不是“先天措施。随着加工精度的提高，要提高加工精度的难度就越来越大，采用误差补偿技术的意义也愈益重要。因而，在精细加工和超精细加工中误差补偿技术已成为重要的手段之一。2.试阐述离线检测、在位检测和在线检测的含义，并分析其特点。答：离线检测：工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检测室中进行检测，就是离线检测特点：离线检测只能检测加工后的结果，不定能反映加工时的实际情况，也不能连续检测加工经过的变化，但检测条件较好，不受加工条件的限制，可充分利用各种测量仪器。因而，测量的精度比拟高。在位检测：工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的情况下进行检测，称之为在位检测。特点：在位检测也只能检测加工后的结果，也不一定能反映加工时的实际情况同时也不能连续检测加工经过的变化，但可免除离线检测时由于定位基准所带来的误差，如加工时所用的定位基准与检测时所用的定位基准不重合，工件上定位基准的制造误差所造成的定位基准位移等。因而，与离线检测相比，其检测结果更接近实际加工情况。在线检测：即工件在加工经过中同时进行检测。特点：1)能够连续检测加工经过中的变化，了解在加工经过中误差分布和发展；2)检测结果能反映实际加工情况；3在线检测由于是在加工经过中进行，会遭到加工经过中的一些条件限制，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。非接触测量不会毁坏已加工外表；5在线检测一般是自动运行，构成在线检测系统，包括误差信号的收集、处理和输出。4.试述误差补偿的概念及其各种形式。答：在机械加工中出现的误差采用修正、抵消、均化、“钝化等措施使误差减小或消除就是误差补偿的概念。误差补偿的形式有：误差修正、误差校正、误差抵消、误差均化、误差“钝化、误差分离等。5.举例讲明误差修正、误差校正、误差抵消、误差均化、误差“钝化、误差分离等概念。答：误差修正(校正)是指对测量、计算、预测所得的误差进行修正(校正)；误差分离是指从综合测量所得的误差中分离出所需的单项误差；误差抵消足指两个或更多个误差的互相抵消；而误差补偿应该是指对定尺寸、形状、位置相差程度(差值)的补足。7.阐述综合误差补偿、多维误差补偿、预报型误差补偿的含义和意义。答：综合误差补偿：综合误差补偿是指同时补偿几项误差。如在精细车床上同时对工件的圆度和圆柱度进行误差补偿。显然，综合误差补偿比单项误差补偿要复杂，但效率高、效果好。多维误差补偿：多维误差补偿是在多坐标上进行误差补偿，如在三坐标测量机上同时对三个坐标进行误差补偿，其难度和工作量都比拟大，是近几年来发展起来的误差补偿技术。预报型误差补偿：它利用在线随机建模理论、先进的传感技术、计算机技术、微位移技术等。能够对随机误差进行建模和预报，对动态误差进行实时补偿。实际上，它是时间序列分折、预报与控制在制造技术中的应用。16.分析各种微位移机构和器件的性能、特点及其应用场合。答：1机械类微位移机构这类微位移机构主要是利用一些巧妙的机械构造来实现微位移，典型的构造有凸轮、斜面、精细丝杠螺母副等。其共同的特点是精度不能太高、构造复杂、制造技术难度大，但性能比拟稳定、价格便宜、使用方便。应用特别广泛。2液压类微位移机构这类微位移机构多采用液压为动力、弹性膜片为弹性变形元件实现微位移，因而是种机械液压复合式的微位移机构。由于它需要一套液压装置，因而多用于一些已具有液压系统的设备中，如液压机床、静压主轴等。在薄膜反应的静压轴承中，薄膜的微位移就是这类微位移机构的典型实例。3电动类策位移机构这类微位移机构实际上是机电结合来实现微位移的，它又可分为电热、电磁、机电耦合效应电致伸缩、压电效应等多种。第七章2.试述抛光加工的机理和特点。答：抛光的加工机理是；1)由磨粒进行的机械抛光可塑性地生成切屑。但是它仅利用极少磨粒强迫压人产生作用；2)借肋磨料粒和抛光器与工件流动摩擦使工件外表的凸凹变平；3)在加工液中进行化学性溶折；4)工件和磨粒之间有直接的化学反响而有助于上述现象，也个可忽视。通过工件、磨粒、抛光器和加工液等的组合，起的作用应当是各不一样的。例如，以化学活性溶液作加工液的机械化学抛光，就是一种重点提高加上质量的超精细加工方法。3.试述研磨、抛光时加工外表产生变质层的机理和减少变质层的办法。答：硬脆材料经研磨后的外表，由于有微细的裂纹，加工后会在该部位继续留有裂纹。例如，对经研磨的单晶硅外表，使用氟、硝酸系列的溶液进行化学浸蚀，依次去掉表层，用电子衍射法进行晶体现察时，从表层向内部的顺序为非晶体层或多晶体层、镶嵌构造层、畸变层和完全结晶构造。在研磨金属材料时，虽不发生破碎，但是磨粒转动和刮削时，由于材料承受了塑性变形，通常构成与上述硅片相类似的加工变质层。抛光时，由表层向组织内部的构造顺序是抛光应力层，经腐蚀出现的2次裂纹应力层，2次裂纹影响。层和完全结晶层。整个深度为3m4.精细研磨、抛光时主要工艺因素有哪些？答：7.简述弹性发射加工方法。答：弹性发射加工的磨粒为：微细磨粒。研具：使工件悬浮的动压研具。加工液：干净水。加工方式：加工时通过动压使工件工具呈非接触状态的构造。加工机理：由于磨粒的冲撞引起微量弹性毁坏，破碎的磨粒与试件的原子、分子的互相作用，加工液的腐蚀作用。9.简述电场和磁场辅助抛光方法的原理及其应用。分析题1、下列图为单晶金刚石刀具加工硬铝时测得的切削速度横坐标对积屑瘤高度纵坐标的影响情况，结合下列图分析总结精细与超精细切削加工时切削速度对积屑瘤高度的影响规律。当前位置：文档视界精细和超精细加工技术温习考虑题答案精细和超精细加工技术温习考虑题答案当前位置：文档视界精细和超精细加工技术温习考虑题答案精细和超精细加工技术温习考虑题答案答：当切削速度较低时，积屑瘤高度最高，当切削速度大于v314m/min时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。这讲明在低速切削时，切削温度比拟低，较适于积屑瘤生长，且在低速时积屑瘤高度值比拟稳定，在高速不稳定。十分是切黄铜和紫铜，积屑瘤不稳定且比拟小。刀具的微观缺陷也将直接影响积屑瘤的高度，完好刃的积屑瘤高度比有微小崩刃的刀刃积屑瘤高度小。进给量很小时，积屑瘤的高度较大。背吃刀量小于25m时，积屑瘤的高度变化不大，但在大于25m后，积屑瘤高度将随背吃刀量的增加而增加。积屑瘤对切削力的影响为：当积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小。积屑瘤对加工外表粗糙度的影响为：当积屑瘤高度大时，外表粗糙度大，积屑瘤小时加工外表粗糙度亦小。2、怎样根据金刚石微观破损强度结合下列图来选择金刚石刀具的晶面?比方，前刀面、后刀面应选用哪个晶面较好？答：当作用应力一样时，(110)面破损的机率最大，111)面次之，100)面产生破损的机率最小。即在外