精密与特种加工(共10页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 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0.11微米、加工表面粗糙度Ra在0.020.1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23m，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 4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Ra0.050.01um。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M18AG车床、Pneumo公司的MSG-325车床、DTM3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。材料：天然单晶金刚石特点：（1）刃磨性非常好；（2）硬度最高；（3）耐磨性好；（4）热传导效率高；（5）与有色金属摩擦系数小；（6）刀具的耐用度对切削速度不敏感。16了解超精密加工的现状特种加工1掌握理解电火花加工为什么用脉冲型电源？电火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后（11000s）需要停歇一段时间（50100s）。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内；否则，会形成电弧放电，使工件表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花加工必须采用脉冲电源。2掌握电火花加工基本原理，电火花蚀除主要原因。电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。研究结果表明，电火花 蚀除的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑，把多余的金属蚀除掉。3掌握线切割加工一般采用什么极性加工？正极性加工；电火花线切割加工脉冲电源的原理与电火花成型加工脉冲电源是一样的，只是由于加工条件和加工要求不同，对其又有特殊的要求。受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，脉冲电源的脉冲宽度较窄（260s），单个脉冲能量、平均电流（15A）一般较小，所以，线切割加工总是采用正极性加工。4会分析说明提高电火花加工速度的方法并说明会产生什么后果？（1）提高脉冲频率：提高脉冲频率，可通过减小脉冲停歇时间实现，但脉冲停歇时间过短，会使加工区工作液来不及消电离和排除电蚀产物及气泡，阻碍恢复其介电性能，以致形成破坏性的稳定电弧放电，使电火花加工过程不能正常进行。（2）增加单个脉冲的能量：增加单个脉冲的能量主要是靠加大脉冲电流和增加脉冲宽度，单个脉冲能量的增加可以提高加工速度，但同时会使表面粗糙度变坏和降低加工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工场合。（3）提高工艺系数K：提高工艺系数K的途径很多，例如合理选用电极材料、电参数和工作液，改善工作液的循环过滤方式等，从而提高有效脉冲利用率，达到提高工艺系数K的目的。（4）减小脉冲间隔：脉冲间隔时间过短，将产生电弧放电。5掌握什么是电火花加工的极性效应，在加工中如何利用极性效应提高加工效率，降低功率损耗？P81答：（1）极性效应：在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。在我国，车床通常把工件与脉冲电源正极相接时的加工称为“正极性”加工，把工件与脉冲电源负极相接时的加工称为“负极性”加工。（2） 充分利用极性效应：在窄脉冲宽度加工时，电子对正极的轰击作用大于正离子对负极的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，此时应采用正极性加工；在宽脉冲宽度加工时，正离子对负极的轰击作用大于电子对正极的轰击作用，负极的电蚀量大于正极的电蚀量，此时，应采用负极性加工。最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。6什么是吸附效应？在油类介质中，吸附效应的产物是什么，有什么作用，还有哪些条件？答：在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫覆盖效应，又叫吸附效应。在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。碳素层具有很高的耐电腐蚀性，对电极表面有一定保护作用。其生成条件有：1）要有足够的温度。2）要有足够多的电蚀产物。3）要有足够的时间。4）一般采用负极性加工5）必须在油类介质中进行加工。7、电火花加工中工作液的主要作用？P84在电火花加工过程中，工作液的作用是： 加速电极间隙的冷却和消电离过程； 压缩放电通道，并限制其扩展； 加速电蚀产物的排除；加速放电的液体动力过程，有助于金属的抛出；8、论述微细加工机理以及加工特点。 1） 激光加工的原理与特点（1) 激光加工的原理（2) 激光加工的特点：a 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。b 激光能聚焦成极小的光斑。c 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。d 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。e 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。2）电子束加工 （1） 加工原理 电子束加工原理 超声波加工的原理（2）电子束加工的特点如下：a电子束能够极其微细地聚焦(可达l0.1 m) 。b加工材料的范围广。c加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。d电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。 3）离子束加工离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。（1）离子束加工可分为四类：a 离子刻蚀 b 离子溅射沉积c 离子镀(又称离子溅射辅助沉积)d 离子注入（2）离子束加工有如下特点：a离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。b 离子束加工在高真空中进行，污染少。c离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用。4）超声波加工的原理与特点（1) 加工原理：如图（2) 特点a 适合于加工各种硬脆材料。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料。b由于工具可用较软的材料、做成较复杂的形状。c 加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。d 加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。e 生产率较低。9掌握电火花加工的物理本质（加工机理）P7781电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。这一过程大致分为以下几个阶段（1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道（2） 电极材料的熔化、气化热膨胀（3） 电极材料的抛出（4） 极间介质的消电离10. 要熟练的编写电火花线性加工程序。例2 用3B代码编制加工图所示的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝直径为0.18 mm，单边放电间隙为0.01 mm，图中A点为穿丝孔，加工方向沿ABCDEFGHA进行。11设计电火花电极尺寸例题 有一孔形状及尺寸如图4-53所示，请设计电火花加工此孔的电极尺寸。已知电火花机床精加工的单边放电缩放量为0.03 mm。专心-专注-专业