武漢工程大學精密和超精密加工技術考試重點.doc

第一章、精密和超精密加工技術及其發(fā)展展望按加工精度劃分，可將機械加工分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段。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之間的加工方法稱為精密加工。超精密加工：加工精度高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra0.01m之間的加工方法稱為超精密加工。影響精密與超精密加工的因素有哪些？加工機理、被加工材料、加工設備及其基礎元部件、加工工具、檢測與誤差補償、工作環(huán)境等。 精鋼石刀具兩個比較重要的問題：晶面的選擇、研磨質量精密和超精密加工目前包含的三個領域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特種加工。第二章、超精密切削與金剛石刀具舉例說明超精密切削的應用范圍有哪些？陀螺儀、激光反射鏡、天文望遠鏡的反射鏡、紅外反射鏡和紅外透鏡、雷達的波導管內腔、計算機磁盤、激光打印機的多面棱鏡、錄像機的磁頭、復印機的硒鼓、菲尼爾透鏡等由有色金屬和非金屬材料制成的零件。超精密切削速度是如何選擇的？超精密切削實際速度的選擇根據(jù)所使用的超精密機床的動特性和切削系統(tǒng)的動特性選取，即選擇振動最小的轉速。1. 金剛石刀具的尺寸壽命甚高，高速切削時刀具磨損亦甚慢，因此刀具是否磨損以加工表面質量是否下降超差為依據(jù)，切削速度并不受刀具壽命的制約。 2. 天然單晶金剛石刀具用于超精密切削，破損或磨損而不能繼續(xù)使用的標志為加工表面粗糙度超過規(guī)定值。 超精密切削時積屑瘤的生成規(guī)律1. 切削速度v較低時，積屑瘤ho最高，當切削速度較大時，積屑瘤較小且趨于穩(wěn)定。2. 經(jīng)給量f很小時，積屑瘤高度ho較大，在f=5um/r時ho值最小，f值再增大，ho值稍有增加3. 當背吃刀量ap25um時，積屑瘤高度歲ap增大而增大。超精密切削時，積屑瘤對切削力和加工表面粗糙度的影響積屑瘤高時切削力大，積屑瘤小時切削力小。原因如下：超精密切削時的積屑瘤都呈鼻形，凸出在切削刃前，頂端有一個圓弧半徑R，該鼻形積屑瘤代替鋒利的切削刃經(jīng)行切削。1. 鼻形積屑瘤前端的圓弧半徑R大約為23um，較原來的金剛石車刀的切削刃鈍圓半徑rn=20.20.3um大得多。由于超精密切削的切削層極薄，實際切削是由積屑瘤半徑R起作用，這將導致切削力明顯增加。2. 積屑瘤存在時，它代替金剛石切削刃經(jīng)行切削，積屑瘤和切屑之間的摩擦及積屑瘤和已加工表面之間的摩擦都很嚴重，摩擦力大，大大超過金剛石和這些材料之間的摩擦，這導致切削力的增加。3. 積屑瘤逞鼻形并自切削刃前伸出，這導致實際切削厚度超過名義值，超精密切削厚度原來就很小，增加切削厚度將使切削力明顯增加。使用切削液減小積屑瘤，減小加工表面粗糙度。加工參數(shù)對加工表面的影響：1. 切削速度在常用的范圍對加工表面粗糙度的影響并不顯著。2. 超精密都采用很小的進給量，當f0.02mm/r時，進給量再減小對表面粗糙度影響不大。3. 切削刃形狀：刀具有直線修光刃時，可減少殘留面積，減小加工表面的粗糙度值，用圓弧刃車刀時刻切出高質量的超光滑表面。4. 背吃刀量對加工表面粗糙度影響甚小。5. 背吃刀量減少， 表面殘留應力減少，但小過某臨界值時，背吃刀量反而使加工表面殘留應力增加。刃口鋒銳度對加工表面粗糙度的影響？刃口鋒銳度對加工表面有一定的影響，相同條件下（背吃刀量、進給量），更鋒銳的刀具切出的表面粗糙度更小。刀刃鋒銳度對切削變形和切削力的影響？刀刃鋒銳度不同，切削力明顯不同。刃口半徑增大，切削力增大，即切削變形大。背吃刀量很小時，切削力顯著增大。刀刃鋒銳度對切削表面層的冷硬和組織位錯的影響？刃口半徑越小，加工表面變質層的冷硬度越小，位錯密度越小，切削變形越小，表面質量越高。刀刃鋒銳度對加工表面殘留應力的影響？刃口半徑越小，殘留應力越低；背吃刀量越小，殘留應力越小，但當背吃刀量減小到臨界值時，背吃刀量減小，殘留應力增大。超精密切削時極限最小切削厚度是多少？1nm。金剛石刀具不同晶面的摩擦因素如何？（100）晶面的摩擦系數(shù)最低，（111）次之，（110）最高；（100）晶面的摩擦系數(shù)差別最大，（110）晶面次之，（111）晶面最小。超精密切削對刀具有什么要求？極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實現(xiàn)超薄切削厚度。刀刃無缺陷，切削時刃形將復制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。與工件材料的抗粘性好、化學親和性小、摩擦系數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。金剛石屬于什么晶系？不同面體金剛石主要有哪幾個晶面和晶軸？立方晶系，天然單晶金剛石為8面體和12面體，人造金剛石為6面體、8面體和12面體。6方晶系的金剛石有3個主要晶面：100,110,111規(guī)整的單晶金剛石晶體有8面體、12面體和6面體，均有3根4次對稱軸、4根3次對稱軸，6根2次對稱軸。金剛石刀具不同晶面的面網(wǎng)及面網(wǎng)密度是如何計算？其比例是多少？面網(wǎng)密度：100110100110=1:5.8:12.8111最耐磨，110最好磨（易磨）金剛石刀具的磨損，主要屬于機械磨損，本質是微觀解理的積累；金剛石晶體的破損機理，主要產(chǎn)生于（111）晶面的解理。當垂直于該晶面的拉力超過某特定值時，兩相鄰的晶面分離，產(chǎn)生解理劈開。刀刃處的解理破損是磨損和破損的主要形式，所以刀刃的微觀強度是刀具設計選擇晶面的主要依據(jù)。 金剛石各晶面的微觀破損強度關系是？（110）面破損的機率最大，（111）晶面次之，（100）面破損機率最小。金剛石晶體的定向主要有哪幾種方法？人工目測定向、X射線定向、激光定向。衡量金剛石刀具的標準是什么？能否加工出高質量的超光滑表面（Ra0.0050.02m）；能否有較長的切削時間保持刀刃鋒銳（切削長度數(shù)百千米）。單晶金剛石刀具的前面應該選擇哪個晶面？推薦（100）晶面：刀具耐磨性好，切削刃微觀強度高，不易產(chǎn)生微觀崩刃；摩擦系數(shù)低，切削變形小，加工表面質量高 ；制造研磨相對容易。金剛石刀具小刀頭的固定方法哪幾種？機械夾固；粉末冶金法固定；粘結或釬焊固定影響金剛石刀具精研的因素有哪些？磨料粒度、研磨盤質量、研磨方向、精拋第三章、精密磨削和超精密磨削什么叫精密和超精密磨料加工？所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、硬脆材料等進行加工，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為 固結磨料 和 游離磨料 兩大類加工方式。固結磨料加工主要有哪幾種？精密和超精密砂輪磨削、精密和超精密砂帶磨削等。精密和超精密砂輪磨料主要有那幾種？普通磨料：包括碳化物系，如碳化硼、碳化硅；剛玉系。超硬磨料系：包括金剛石，如天然金剛石和人造金剛石；立方氮化硼（CBN）。超硬磨粒有什么優(yōu)越性？磨具在形狀和尺寸上易于保持，使用壽命高，磨削精度高；磨料本身磨損少，可較長時間保持切削性，修整次數(shù)少，易于保持精度；磨削時，一般工件溫度較低，可減小內應力、裂紋和燒傷等缺陷；能加工各種高硬的難加工材料，可磨削陶瓷、光學玻璃、寶石、硬質合金以及高硬度合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等。常用的結合劑有： 樹脂結合劑 、 陶瓷結合劑 、 技術結合劑 。普通磨具中磨料的含量用 組織 表示，反映了 磨料、結合劑和氣孔 三者之間體積的比例關系。超硬磨具中磨料的含量用 組織 表示，它是指磨料層中每1cm3體積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，自磨料表面脫落的難易程度。硬度低表示磨粒易脫落。超硬磨具的強度指磨具在高速回轉時，抵抗因離心力的作用而自身破碎的能力。超硬磨具一般由 磨料層 、 過渡層、 基體 三個部分組成。常用的涂覆磨具有：砂紙、砂布、砂帶、砂盤、砂布頁輪和砂布套等。涂覆磨具由基底、粘接膜、粘接劑（底膠）、粘接劑（覆膠）、磨粒組成。常用的涂覆磨料有：棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、黑色碳化硅、綠色碳化硅、氧化鐵、人造金剛石等。粘接劑的種類包括：動物膠、樹脂、高分子化合物涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂覆法、靜電植砂法等。精密磨削的加工精度和表面粗糙度范圍是什么？主要用途？加工精度為10.1m、表面粗糙度達到Ra0.20.025m。多用于機床主軸、軸承、滾動導軌、量規(guī)等精密加工。精密磨削機理？微刃的微切削作用、微刃的等高切削作用、微刃的滑擠，摩擦，拋光作用。精密磨削時砂輪的選擇以什么為原則？以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則。精密磨削砂輪修整方法有： 單粒金剛石修整、金剛石粉末燒結修整器修整和金剛石超聲波修整 等。精密磨床應滿足要求：高幾何精度、低速進給運動的穩(wěn)定性、減少振動。精密磨削參數(shù)精密磨削砂輪速度一般為15-30m/s，工件速度為6-12m/s，工件縱向進給量一般為50-100mm/min或0.06-0.5mm/r（工件），橫向進給量一般取0.6-2.5m/單行程，橫向進給次數(shù)約為2-3次/單行程 。超硬磨料砂輪目前主要指金剛石砂輪和立方氮化硼（CBN）砂輪，用來加工各種難加工材料，如各種高硬度，高脆性材料。超硬磨粒砂輪磨削的特點是什么？可用來加工各種高硬度、高脆性金屬材料和非金屬材料；磨削能力強，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實現(xiàn)加工自動化；磨削力小，磨削溫度低，加工表面質量好，無燒傷、裂紋和組織變化；磨削效率高；加工成本低。超硬磨料砂輪修整的方法主要有哪些？簡述其原理及優(yōu)缺點。包括：車削法、磨削法、軟鋼磨削整修法、金剛石滾輪修整法、滾壓軋制法、噴射法、電加工法、超聲波振動修整法等。原理及優(yōu)缺點略。超硬磨料砂輪磨削速度一般為金剛石：12-30m/s；立方氮化硼：45-60m/s，磨削深度為0.002-0.01mm，工件速度一般為10-20m/min縱向進給速度一般取0.45-1.5m/min 。超硬磨料砂輪的平衡：靜平衡，機外靜平衡架上平衡，機上動態(tài)平衡，機外動態(tài)平衡。動平衡什么叫極壓性？極壓性是指磨削液與金屬表面起作用，形成一層牢固的潤滑膜，在磨削區(qū)域的高壓下有良好的潤滑和抗粘著性能。超精密磨削的加工精度和表面粗糙度是什么范圍？其特點什么？超精密磨削的加工精度達到或高于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一種亞微米級的加工方法。超精密磨削的特點可歸納為：1. 超精密磨床是超精密磨削的關鍵；2. 超精密磨削是一種超微量去除加工；3. 超精密磨削是一個高精度、高穩(wěn)定性的系統(tǒng)工程。超精密磨削機理及其加工過程。超微量切除，磨削加工過程（單磨粒磨削，連續(xù)磨削）超精密磨削砂輪線速度一般為1860m/min，工件線速度為4-10m/min ，工作臺縱向進給速度50-100mm/min ，磨削深度0.5-1m 。磨削橫向進給次數(shù)2-4次；磨削余量為2-5m 。超硬微粉砂輪磨削的特點及其應用？1）粒度很細，可同時獲得極小的表面粗糙度和很高的幾何尺寸和形狀精度。2）是一種固結磨粒的微量去除加工方法，加工效率高。3）容屑空間很小，磨削容易堵塞，需要進行在線修整。4）磨削機床應有微進給裝置，設備價格高。用于加工各種非金屬材料和有色金屬及其合金材料零件的各種表面加工。砂帶磨削方式從總體上可以分為：閉式砂帶磨削和開式砂帶磨削兩大類。按砂帶與工件接觸形式可分為：接觸輪式、支承板（輪）式、自由浮動接觸式和自由接觸式。按照加工表面類型可分為：外圓、內圓、平面、成形表面等磨削方式。砂帶磨削具有“彈性”、“冷態(tài)”、“高效”、“廉價”、“萬能”磨削之稱。砂帶磨削機理沙袋磨削時，砂帶經(jīng)接觸輪與工件表面接觸，由于接觸輪的外緣材料一般有一定硬度的橡膠或塑料，是彈性體，同時砂帶的基底材料是紙、布或聚酯薄膜，也有一定彈性，因此在砂帶磨削時，彈性變形區(qū)的面積較大，使磨粒承受的載荷大大減小，載荷值也較均勻，且有減振作用。什么叫磨削比？切除工件重量與磨料磨損重量之比。閉式砂帶頭架的主要組成包括？接觸輪（或支撐板）、主動輪、張緊輪、張緊機構、調偏機構、電動機、基座。開式砂帶頭架的主要組成包括？卷帶輪、接觸輪、砂帶輪、電動機、基座。接觸輪外緣表面形狀和外緣截面形狀有那些？外緣表面形狀：平滑形、標準齒形、寬齒形、交叉齒形4種；外緣截面形狀：平滑形、齒形和填充形3種。砂帶磨削用量選擇是什么？對于閉式，磨削時砂帶速度一般選12-20m/s，精磨時一般選25-30m/s；工件速度粗磨時選20-30m/s，精磨時選20m/min一下；縱向進給量為0.173.00mm/r(工件)，磨削深度為0.050.10mm，精磨時縱向進給量0.40-2.00mm/r，磨削深度為0.010.05mm；接觸壓力一般50-300N；第五章、精密加工中的測量技術精密測量的環(huán)境條件包括：恒溫條件、隔振條件、 氣壓、自重、運動加速度和其他環(huán)境條件。我國的量塊標準分為：00、0、1、2、3和校準級K 等6種精度等級。因為矩形量塊存在了兩端測量面不平行、兩端測量面和側面不垂直、測量面平面度不好 等問題，后來美國穆爾公司才用圓柱端面規(guī)為長度基準，之后又制成步距規(guī)作為長度基準，避免了使用量塊時的量塊拼合造成的積累誤差。直線度的測量主要有那幾種方法？干涉法；跨步儀法；光軸法；激光準直儀法；雙頻激光準直儀法。平面度的測量主要有哪些方法？干涉法；水平面法。精密