武汉工程大学精密和超精密加工技术考试重点.doc

第一章、精密和超精密加工技术及其发展展望按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。一般加工：加工精度是1m精密加工：加工精度在0.11m，加工表面粗糙度在Ra0.020.1m之间的加工方法称为精密加工。超精密加工：加工精度高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra0.01m之间的加工方法称为超精密加工。影响精密与超精密加工的因素有哪些？加工机理、被加工材料、加工设备及其基础元部件、加工工具、检测与误差补偿、工作环境等。 精钢石刀具两个比较重要的问题：晶面的选择、研磨质量精密和超精密加工目前包含的三个领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特种加工。第二章、超精密切削与金刚石刀具举例说明超精密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。超精密切削速度是如何选择的？超精密切削实际速度的选择根据所使用的超精密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。1. 金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因此刀具是否磨损以加工表面质量是否下降超差为依据，切削速度并不受刀具寿命的制约。 2. 天然单晶金刚石刀具用于超精密切削，破损或磨损而不能继续使用的标志为加工表面粗糙度超过规定值。 超精密切削时积屑瘤的生成规律1. 切削速度v较低时，积屑瘤ho最高，当切削速度较大时，积屑瘤较小且趋于稳定。2. 经给量f很小时，积屑瘤高度ho较大，在f=5um/r时ho值最小，f值再增大，ho值稍有增加3. 当背吃刀量ap25um时，积屑瘤高度岁ap增大而增大。超精密切削时，积屑瘤对切削力和加工表面粗糙度的影响积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小。原因如下：超精密切削时的积屑瘤都呈鼻形，凸出在切削刃前，顶端有一个圆弧半径R，该鼻形积屑瘤代替锋利的切削刃经行切削。1. 鼻形积屑瘤前端的圆弧半径R大约为23um，较原来的金刚石车刀的切削刃钝圆半径rn=20.20.3um大得多。由于超精密切削的切削层极薄，实际切削是由积屑瘤半径R起作用，这将导致切削力明显增加。2. 积屑瘤存在时，它代替金刚石切削刃经行切削，积屑瘤和切屑之间的摩擦及积屑瘤和已加工表面之间的摩擦都很严重，摩擦力大，大大超过金刚石和这些材料之间的摩擦，这导致切削力的增加。3. 积屑瘤逞鼻形并自切削刃前伸出，这导致实际切削厚度超过名义值，超精密切削厚度原来就很小，增加切削厚度将使切削力明显增加。使用切削液减小积屑瘤，减小加工表面粗糙度。加工参数对加工表面的影响：1. 切削速度在常用的范围对加工表面粗糙度的影响并不显著。2. 超精密都采用很小的进给量，当f0.02mm/r时，进给量再减小对表面粗糙度影响不大。3. 切削刃形状：刀具有直线修光刃时，可减少残留面积，减小加工表面的粗糙度值，用圆弧刃车刀时刻切出高质量的超光滑表面。4. 背吃刀量对加工表面粗糙度影响甚小。5. 背吃刀量减少， 表面残留应力减少，但小过某临界值时，背吃刀量反而使加工表面残留应力增加。刃口锋锐度对加工表面粗糙度的影响？刃口锋锐度对加工表面有一定的影响，相同条件下（背吃刀量、进给量），更锋锐的刀具切出的表面粗糙度更小。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。刀刃锋锐度对切削表面层的冷硬和组织位错的影响？刃口半径越小，加工表面变质层的冷硬度越小，位错密度越小，切削变形越小，表面质量越高。刀刃锋锐度对加工表面残留应力的影响？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，背吃刀量减小，残留应力增大。超精密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如何？（100）晶面的摩擦系数最低，（111）次之，（110）最高；（100）晶面的摩擦系数差别最大，（110）晶面次之，（111）晶面最小。超精密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表面上，从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，以得到极好的加工表面完整性。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？立方晶系，天然单晶金刚石为8面体和12面体，人造金刚石为6面体、8面体和12面体。6方晶系的金刚石有3个主要晶面：100,110,111规整的单晶金刚石晶体有8面体、12面体和6面体，均有3根4次对称轴、4根3次对称轴，6根2次对称轴。金刚石刀具不同晶面的面网及面网密度是如何计算？其比例是多少？面网密度：100110100110=1:5.8:12.8111最耐磨，110最好磨（易磨）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依据。 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，（111）晶面次之，（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。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表面（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）。单晶金刚石刀具的前面应该选择哪个晶面？推荐（100）晶面：刀具耐磨性好，切削刃微观强度高，不易产生微观崩刃；摩擦系数低，切削变形小，加工表面质量高 ；制造研磨相对容易。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？磨料粒度、研磨盘质量、研磨方向、精抛第三章、精密磨削和超精密磨削什么叫精密和超精密磨料加工？所谓精密和超精密磨料加工，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表面粗糙度值。精密和超精密磨料加工可分为 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？精密和超精密砂轮磨削、精密和超精密砂带磨削等。精密和超精密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金刚石；立方氮化硼（CBN）。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。普通磨具的硬度指磨粒在外力作用下，自磨料表面脱落的难易程度。硬度低表示磨粒易脱落。超硬磨具的强度指磨具在高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。超硬磨具一般由 磨料层 、 过渡层、 基体 三个部分组成。常用的涂覆磨具有：砂纸、砂布、砂带、砂盘、砂布页轮和砂布套等。涂覆磨具由基底、粘接膜、粘接剂（底胶）、粘接剂（覆胶）、磨粒组成。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。精密磨削的加工精度和表面粗糙度范围是什么？主要用途？加工精度为10.1m、表面粗糙度达到Ra0.20.025m。多用于机床主轴、轴承、滚动导轨、量规等精密加工。精密磨削机理？微刃的微切削作用、微刃的等高切削作用、微刃的滑挤，摩擦，抛光作用。精密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。精密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。精密磨床应满足要求：高几何精度、低速进给运动的稳定性、减少振动。精密磨削参数精密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 。超硬磨料砂轮目前主要指金刚石砂轮和立方氮化硼（CBN）砂轮，用来加工各种难加工材料，如各种高硬度，高脆性材料。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，加工表面质量好，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 。超硬磨料砂轮的平衡：静平衡，机外静平衡架上平衡，机上动态平衡，机外动态平衡。动平衡什么叫极压性？极压性是指磨削液与金属表面起作用，形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。超精密磨削的加工精度和表面粗糙度是什么范围？其特点什么？超精密磨削的加工精度达到或高于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一种亚微米级的加工方法。超精密磨削的特点可归纳为：1. 超精密磨床是超精密磨削的关键；2. 超精密磨削是一种超微量去除加工；3. 超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程。超精密磨削机理及其加工过程。超微量切除，磨削加工过程（单磨粒磨削，连续磨削）超精密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，可同时获得极小的表面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合金材料零件的各种表面加工。砂带磨削方式从总体上可以分为：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。按照加工表面类型可分为：外圆、内圆、平面、成形表面等磨削方式。砂带磨削具有“弹性”、“冷态”、“高效”、“廉价”、“万能”磨削之称。砂带磨削机理沙袋磨削时，砂带经接触轮与工件表面接触，由于接触轮的外缘材料一般有一定硬度的橡胶或塑料，是弹性体，同时砂带的基底材料是纸、布或聚酯薄膜，也有一定弹性，因此在砂带磨削时，弹性变形区的面积较大，使磨粒承受的载荷大大减小，载荷值也较均匀，且有减振作用。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。接触轮外缘表面形状和外缘截面形状有那些？外缘表面形状：平滑形、标准齿形、宽齿形、交叉齿形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？对于闭式，磨削时砂带速度一般选12-20m/s，精磨时一般选25-30m/s；工件速度粗磨时选20-30m/s，精磨时选20m/min一下；纵向进给量为0.173.00mm/r(工件)，磨削深度为0.050.10mm，精磨时纵向进给量0.40-2.00mm/r，磨削深度为0.010.05mm；接触压力一般50-300N；第五章、精密加工中的测量技术精密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。因为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？干涉法；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？干涉法；水平面法。精密