精密与特种加工技术复习题集

精密和特殊加工的复杂问题集于运城，常州信息技术学院第一章导言1.精度和特殊加工的特点精密与特种加工是一门多学科综合的先进技术。精密加工的种类包括微加工、精加工和精加工，它们与特种加工密切相关。特殊加工是指使用机械、光学、电学、声学、热学、化学、磁性、原子和其他能源进行加工的非传统加工方法。它们不同于传统加工的特点主要包括：(1)主要不依赖机械能，但主要使用其他能量(如电能、热能、光能、声能和化学能等)去除工件材料；(2)工具的硬度可以低于待加工工件材料的硬度，并且在某些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要工具；(3)在加工过程中，刀具与工件之间没有明显的机械切削力，工件不承受机械力，特别适用于低刚度零件的精密加工。练习：2.特殊加工对材料的可加工性和产品的结构可制造性有什么影响，并试着举例说明(1)改善了材料的可加工性示例1:工具、工具、拉丝模具等。由难以加工的材料制成，例如现在广泛使用的金刚石、多晶金刚石和多晶立方氮化硼，可以通过各种方法加工，例如电火花、电解、激光等。工件材料的可加工性不再与其硬度、强度、韧性、脆性等直接相关。在电火花加工、线切割和其他加工技术中，淬硬钢比未淬硬钢更容易加工。(2)它对传统的结构可制造性测量标准有重要影响示例1:方孔、小孔、弯曲孔、窄缝等。通常被认为是可制造性差的典型表现。对于电火花加工和WEDM，加工方孔和圆孔的难度是一样的。喷油嘴小孔、喷丝头小孔、涡轮叶片上大量小冷却深孔、窄槽、静压轴承、静压导轨内油腔等。采用电火花加工技术后，所有这些都很难实现，也很容易实现。补充材料3.微加工和普通加工在精度表达方法和加工机理特征(微加工技术和特征)上有什么区别微加工技术是指能够制造微小零件的加工技术的总称。在微机械研究领域，它是微米、亚微米甚至纳米级微机械加工的总称。微加工和常规尺寸加工的机理和特点的区别主要体现在：1)加工精度的表示方法不同。一般来说，刻度尺的加工精度通常用相对精度来表示，而微加工的精度则用尺寸的绝对值来表示，并引入了加工单元的概念。2)加工机制差异很大。由于微加工中加工单元的最小化，微机械如微动力学、微流体力学、微热力学等。产生了。传统的加工方法和理论不再适用。3)加工特征明显不同。常规加工的特点是尺寸、形状和位置的准确性，而微加工的特点是原子和分子的分离或结合。本章中的其他知识点1)精度和特殊加工方法及分类根据加工成形的原理和特点，可分为去除加工、组合加工和变形加工。根据加工方法的机理，有1种传统加工(1种切削加工和2种研磨加工)、2种非传统加工(3种特殊加工)和3种复合加工(4种复合加工)。(括号外的是三个空空格，括号内的是四个空空格)2)复合加工：例如，电解电火花加工和电解电火花磨削3)特殊加工可能出现的主要加工问题静压轴承因其高旋转精度、高刚度、稳定旋转和无振动等优点，在超精密机床中得到广泛应用。然而，油温随着转速的增加而增加，导致热变形并影响主轴的精度。此外，当静压油回油时，空气被带入油源，形成微小的气泡，这些气泡悬浮在油中，不易排出，从而降低了静压轴承的刚度和动态特性。空气静压轴承旋转精度高，高速旋转时温升很小，基本达到恒温状态，热变形误差小。然而，与静压轴承相比，空气轴承刚度较低，承受的载荷也较小。空气静压轴承主要用于超精密机床。百度百科：静压轴承静压轴承是滑动轴承的一种，它利用压力泵将压力润滑剂强行泵入轴承和轴之间的微小间隙。根据润滑特性，属于不完全流体润滑滑动轴承、完全流体润滑滑动轴承和非润滑滑动轴承之一。另一种全流体润滑轴承是动压轴承，其特点是在任何轴转速下都具有极高的旋转精度和高承载能力。然而，与动压轴承相比，它的缺点是需要一套完整的外部油泵系统。根据润滑剂的类型，它可以分为两种类型。一种静压轴承主要使用油作为润滑剂，另一种是气体静压轴承，它使用气体作为润滑剂，主要使用空气作为润滑剂。静压轴承大多为静压轴承，空气静压轴承的应用范围较小。它主要用于转速极高的机构，如陀螺仪。结构润滑系统由油箱、润滑泵、过滤器、溢流阀、安全阀、蓄能器、节流阀、油室、油封面等组成。应用范围是在通常要求低速运转但要求高承载能力、高旋转精度和高旋转速度的领域。如各种重型机床和高精度机床。静压轴承的优点是：1.启动和运行期间，摩擦副被压力油膜隔开。滑动阻力仅来自流体的粘度。摩擦系数小，使用寿命长。2.静压轴承具有“均化”误差的功能，可以减少制造误差的影响，因此对制造精度的要求低于动压轴承。3.摩擦副表面压力相对均匀，轴承具有较高的可靠性和使用寿命。4.可以精确地获得预期的轴承性能。5.轴承的温度分布相对均匀，热膨胀问题没有动压轴承严重。静压轴承适用于各种工作条件，从载荷为克的精密仪器到载荷为几千吨的重型设备。2.什么是钻石解理现象指当受到定向机械力时，晶体可以沿平行于某一平面的平面分裂成平面的现象。补充(填充问题):在大多数情况下，获得平行于(111)网格平面的非常平坦的分割平面。3.为什么单晶金刚石是一种理想的和不可替代的超精密切削工具材料(金刚石晶体的特性)金刚石具有高硬度、高导热性、与有色金属的低摩擦系数、高氧化温度等特点，这些都有利于超精密加工。此外，单晶金刚石可以被研磨成非常锋利的刀刃。没有其他材料可以磨削到如此锋利的边缘，并且可以长时间切割而几乎不磨损。因此，金刚石是超精密切削的理想和不可替代的刀具材料。补充(填空):金刚石是已知材料中硬度最高的。4.精密加工微进给装置的性能在精密加工中，微位移机构能够实现精确、稳定、可靠、快速的微位移，并具有以下设计要求：1)精料和粗料分离，提高微位移的精度、分辨率和稳定性。2)运动部件摩擦小，稳定性高，可常见的微进给装置包括压电和电致伸缩进给装置、摩擦驱动装置和具有机械结构弹性变形的微进给装置。6.钻石的面积密度是多少原子在晶体中分布的平面称为晶面，也称为网格，网格单位面积上的原子数称为网格密度。金刚石的面密度决定了它的硬度和耐磨性。7.金刚石晶体的取向是什么？有哪些取向方法金刚石晶体的取向决定了(100)、(110)和(111)晶面的位置。金刚石晶体定向的方法包括：人工视觉定向；x射线晶体取向；激光晶体取向。补充(选择):激光定向法精度高，对人体无害。8.如何评价金刚石工具的质量一是能否加工出高质量(Ra0.0050.02m)的超光滑表面，二是较长的切削时间能否保持刃口锋利。9.【110】晶面作为金刚石刀具正面的原理前后的选择是金刚石刀具设计中的一个重要问题。目前，国内生产的金刚石工具一般采用(110)晶面或前后接近(110)晶面的晶面。这主要是从金刚石的两个晶面容易研磨的角度考虑的，而没有考虑对金刚石工具的使用性能和工具耐久性的影响。(111)晶面很少被选作正面或背面。主要原因是(111)晶面硬度过高，显微损伤强度不高，难以磨削加工精密金刚石工具所需的锋利刃口。10.超精密切削中切屑堆积对切削力和表面粗糙度的影响1)切屑堆积对切削力的影响超精密切削中切削力的变化规律不同于普通切削。切屑堆积高时切削力较大，切屑堆积小时切削力较小，与普通切削相反。2)切屑堆积对加工表面粗糙度的影响废料块和加工表面剧烈摩擦，增加了表面粗糙度。碎屑堆积瘤高度大，表面粗糙度大。当切屑堆积很小时，表面粗糙度也很小。填空：11.如何解决精密丝杠(滚珠丝杠副)的回程间隙问题精密滚珠丝杠副常用作精密和超精密机床进给系统的驱动元件。滚珠在螺杆和螺母的螺旋槽中滚动，所以摩擦力很小。通过适当地预紧滚珠丝杠副，可以消除正反转之间的返回间隙，并提高其精度。12.什么是误差补偿误差补偿是提高加工精度的一项非常重要的技术措施。在机械加工中，采用校正、消除和均匀化措施来减少和消除误差是误差补偿的一种形式。13.什么是在线测试在工件加工过程中进行实时检测，当工件加工到预定的加工质量要求时，可以自动停止加工，这是一种自动检测方法。14.车削主端面时，外圆和中心的表面粗糙度不同。为什么？对于车削端面，表面粗糙度较低，越靠近端面中心，表面粗糙度越低，特别是对于车削较大的端面。原因在于，当工件的旋转速度N恒定时，切割速度V从端面的外边缘到轴线越来越低。在切削塑性金属的过程中，切削速度V由高到低，容易产生中速积屑和中速氧化皮刺，从而降低表面粗糙度的质量。15.金刚石刀具刃口锋利度对切削变形的影响对于金刚石刀具超精密切削，切削刃的锋利度对切削变形有很大的影响，特别是当反切削量和进给量较小时，不同的切削刃半径会明显影响切削变形。值的增加将明显增加切削变形，其微小变化将极大地改变切削变形。添加：1)超精密切削的切削速度影响表面粗糙度示例：2)。金刚石材料与钢铁材料有很强的亲和力3)机床主轴三种驱动方式，四种加工环境条件(恒温、恒湿、防震、超静)，总体布局，包括T型布局驱动方式和技术支持条件。示例：4)金刚石的各向异性：不同晶面的耐磨性和磨削方向示例：5)主轴轴承的主要形式：静压轴承和空气静压轴承示例：6)金刚石晶体的激光定向机理：不同晶体方向的激光反射形成不同的衍射图像7)超精密加工的实现条件第三章精密和超精密研磨加工1.举例说明什么是固定磨料和自由磨料加工精密和超精密磨料加工可分为两类：固定磨料和自由磨料。固定磨料是一种将磨料或微粉与粘结剂粘结在一起形成一定形状并具有一定强度的磨料。烧结、粘结、涂覆和其他方法用于形成砂轮、砂条、油石、砂带和其他研磨工具。在游离磨料的加工过程中，磨粒或微粉没有固结在一起，而是处于游离状态。传统的加工方法是研磨和抛光。填空：精密和超精密磨料加工可分为两类：固定磨料和自由磨料。21.砂轮修整方法及其原理金刚石修整方法：砂轮修整包括单金刚石修整、金刚石粉末结合剂修整和金刚石超声波修整。原则：在金刚石修整期间，砂轮和修整器的相对位置对应于磨削砂轮期间工件的位置。修整器安装在砂轮中心以下0.5-1.5毫米处，并向右倾斜10-15度以减小应力。超声波修整金刚石时，在超声波的作用下，金刚石的微小平面与磨粒接触，由于接触应力小，磨粒不易产生裂纹，从而形成轮廓良好的细刃。3.如何实现超精密磨削(高加工精度)超精密磨削是一种亚微米加工方法，是指加工精度大于等于0.1m、表面粗糙度小于0.025m的砂轮磨削方法。其加工精度受多种因素影响，如超精密磨削机构、被加工材料、砂轮及其修整、超精密磨床、工件定位与夹紧、检测与误差补偿、工作环境、操作水平等。这些因素是相互关联的。超精密磨削需要高度稳定的工艺系统，要求力、热、振动、材料组织、温度和工作环境净化的稳定性，并具有很强的抵抗系统内外各种干扰的能力。什么是磨镜镜面磨削属于精密磨削和超精密磨削的范畴。指表面粗糙度Ra0.020.01m，表面光泽如镜的磨削方法。加工精度的含义不明确，更强调表面粗糙度的要求。5.超精密磨削机理超精密磨削机理可以通过单颗粒磨削工艺来说明，该工艺以切削速度V和切削角度切入平面工件。它的磨削轨迹从接触起点开始到接触终点。该模型指出：1)磨粒可视为具有弹性支撑和大负前角切削刃的弹性体，弹性支撑为粘结剂。2)磨料切削刃的切削深度从零开始逐渐增加，达到最大值后逐渐减小到零。3)磨粒与工件的接触过程依次是弹性区、塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区，这与切削形状的形成是一致的。4)在超精密磨削中，根据切削条件的变化，微切削、塑性流动、弹性失效和滑动摩擦依次发生。当刀片锋利且有一定磨削深度时，微切削效果强。如果刃口不够锋利或磨削深度过浅，磨粒刃口无法切入工件，会产生塑性流动、弹性损伤和滑动摩擦。6.超硬磨料的特性及金刚石和立方氮化硼的原因2)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。金刚石砂轮磨削硬质合金时，磨削力仅为绿色硬质合金砂轮的1/41/5。3)研磨效率高。4)加工成本低。金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮价格昂贵，但由于其使用寿命长、加工效率高，综合成本低。7.什么是精密磨削精密磨削属于自由磨粒切削。它是一种将磨料注入刚性磨具中，在一定压力下，通过磨具与工件之间的相对运动，借助磨粒的微切削作用，去除微量工件材料，达到高几何精