精密與超精密復(fù)習(xí)(1至6章)

1、精密超精密加工復(fù)習(xí)知識(shí)總結(jié)第一章精密和超精密加工技術(shù)及其發(fā)展展望精密和超精密加工代表了加工精度發(fā)展的不同階段，通常，按加工精度劃分，可將機(jī)械加工分為一般加工、精密加工、超精密加工三個(gè)階段。什么叫精密加工？加工精度在0.11µm，加工表面粗糙度在Ra0.020.1µm之間的加工方法稱(chēng)為精密加工。什么叫超精密加工？加工精度高于0.1µm，加工表面粗糙度小于Ra0.01µm之間的加工方法稱(chēng)為超精密加工。影響精密與超精密加工的因素有哪些？（1）超精密機(jī)床設(shè)備 （2）金剛石刀具 （3）切削加工工藝（4）計(jì)算和誤差補(bǔ)償技術(shù) （5）操作者的技術(shù)水平 （6）環(huán)境支持條件

2、 我國(guó)今后發(fā)展精密與超精密加工技術(shù)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括什么？(1) 超精密切削、磨削的基本理論和工藝(2) 超精密設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)、精度、動(dòng)特性和熱穩(wěn)定性(3) 超精密加工的精度檢測(cè)、在線檢測(cè)和誤差補(bǔ)償(4) 超精密加工的環(huán)境條件(5) 超精密加工的材料第2章 超精密切削與金剛石刀具舉例說(shuō)明超精密切削的應(yīng)用范圍有哪些？陀螺儀、激光反射鏡、天文望遠(yuǎn)鏡的反射鏡、紅外反射鏡和紅外透鏡、雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔、計(jì)算機(jī)磁盤(pán)、激光打印機(jī)的多面棱鏡、錄像機(jī)的磁頭、復(fù)印機(jī)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(shí)際速度的選擇根據(jù)所使用的超精密機(jī)床的動(dòng)特性和切削系統(tǒng)的

3、動(dòng)特性選取，即選擇振動(dòng)最小的轉(zhuǎn)速。金剛石刀具的尺寸壽命甚高，高速切削時(shí)刀具磨損亦甚慢，因此刀具是否磨損以加工表面質(zhì)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。切削速度對(duì)積屑瘤產(chǎn)生的影響 切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度最高，當(dāng)切削速度大于314/min時(shí)，積屑瘤較小且趨于穩(wěn)定。進(jìn)給量和背吃刀量對(duì)積屑瘤生成的影響 進(jìn)給量很小時(shí)，積屑瘤的高度較大，在進(jìn)給量等于5um/r時(shí)高度最小，進(jìn)給量再增大時(shí)，高度稍有增高。（由切削溫度變化引起） 背吃刀量小于25um時(shí)，積削瘤的高度變化不大，但在背吃刀量大于25um后，積屑瘤高度將隨其增加而增加。（由切削溫度變化和積屑瘤底部粘附面積的變化造成）積屑瘤對(duì)切削力

4、的影響 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也小，和普通切削切鋼時(shí)的規(guī)律正好相反。積屑瘤造成切削力增加的原因（1） 由于超精密切削的切削層極薄，實(shí)際切削是由積屑瘤半徑R起作用，這將導(dǎo)致切削力明顯增加。（2） 積屑瘤存在時(shí)，它代替金剛石切削刃進(jìn)行切削，積屑瘤和切屑間的摩擦及積屑瘤和已加工表面之間的摩擦都很?chē)?yán)重，摩擦力很大，大大超過(guò)金剛石和這些材料之間的摩擦力，這將導(dǎo)致切削力的增加。（3） 積屑瘤呈鼻形并自切削刃前伸出，這導(dǎo)致實(shí)際切削厚度超過(guò)名義值。超精密切削的切削厚度原來(lái)就甚小，增加切削厚度將使切削力明顯增加。積屑瘤對(duì)加工表面粗糙度的影響積屑瘤高度大，表面粗糙度大；積屑瘤小時(shí)加工表面

5、粗糙度亦小。減小加工表面粗糙度的方法使用切削液減小積屑瘤切削參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響 1.切削速度的影響在常用的超精密切削速度范圍內(nèi)，切削速度對(duì)加工表面粗糙度的基本無(wú)影響 2.進(jìn)給量和修光刃的影響超精密切削中，采用很小的進(jìn)給量，刀具制成帶修光刃，可減小加工表面粗糙度。 3.切削刃的形狀的影響刀具有直線修光刃時(shí)，可減少殘留面積，減小加工表面的粗糙度值。為易于對(duì)刀，將修光刃制成曲率半徑較大的圓弧刃，由于超精密切削進(jìn)給量都取得很小，故用圓弧刃車(chē)刀時(shí)仍可切出高質(zhì)量的超光滑表面。4. 背吃刀量的影響 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，背吃刀量對(duì)粗糙度的影響與刀具切削刃鈍圓半徑大小有關(guān)。當(dāng)半徑足夠小時(shí)，在超精密切削范圍內(nèi)，背吃刀

6、量變化對(duì)加工表面粗糙度影響甚小，若半徑較大，被吃刀量減小使加工表面粗糙度加大。5.背吃刀量對(duì)加工表面殘留應(yīng)力的影響 背吃刀量減小，表面殘留應(yīng)力也減小，但小過(guò)臨界值時(shí)，背吃刀量減小時(shí)反而使加工表面殘留應(yīng)力增加。臨界值和切削刃鋒銳度有關(guān)，即切削刃鋒銳時(shí)臨界值就要小些。切削刃鋒銳度對(duì)加工表面粗糙度的影響 刃口鋒銳度對(duì)加工表面有一定的影響，相同條件下（背吃刀量、進(jìn)給量），更鋒銳的刀具切出的表面粗糙度更小切削刃鋒銳度對(duì)切削變形和切削力的影響刀刃鋒刀刃鋒銳度不同，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(shí)，切削力顯著增大。切削刃鋒銳度對(duì)切削表面層的冷硬和組織位錯(cuò)的影響刃口半徑越

7、小，加工表面變質(zhì)層的冷硬度越小，位錯(cuò)密度越小，切削變形越小，表面質(zhì)量越高。切削刃鋒銳度對(duì)加工表面殘留應(yīng)力的影響刃口半徑越小，殘留應(yīng)力越低；背吃刀量越小，殘留應(yīng)力越小，但當(dāng)背吃刀量減小到臨界值時(shí)，背吃刀量減小，殘留應(yīng)力增大超精密切削時(shí)極限最小切削厚度1nm 金剛石刀具不同晶面的摩擦因數(shù)（1）（100）晶面的摩擦因數(shù)曲線有4個(gè)波峰和波谷；（110）晶面有兩個(gè)波峰和波谷；（111） 晶面有三個(gè)波峰和波谷（2）如都以摩擦因數(shù)低的波谷比較，（100）晶面的摩擦因數(shù)最低；（111)晶面次之；（110）晶面最高(3)如比較同一晶面的摩擦因數(shù)值的變化，（100）晶面的摩擦因數(shù)差別最大，（110）晶面次之；（1

8、11）晶面最小超精密切削對(duì)刀具有要求（1） 極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。（2） 刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄切削厚度。（3） 刀刃無(wú)缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。（4） 與工件材料的抗粘性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。金剛石的晶系 立方晶系金剛石晶體的晶軸與晶面 晶軸：3根4次對(duì)稱(chēng)軸、4根3次對(duì)稱(chēng)軸、6根2次對(duì)稱(chēng)軸 晶面：（100）、（111）、（110） 金剛石刀具晶面的面網(wǎng)及面網(wǎng)密度面網(wǎng)：晶體內(nèi)部分有原子的面面網(wǎng)密度：面網(wǎng)單位面積上的原子數(shù)金剛石晶體各晶面的耐磨性在高磨削率方向上，（110）晶面磨削率

9、最高，最容易磨；（100）晶面的磨削率次之；（111）晶面磨削率最低，最不容易磨。其磨削率之比為（100）：（111):(110)=5.8:1:12.8在低磨削率方向上，三者磨削率都極低。金剛石晶體各晶面的好磨難磨方向 高磨削率方向成為好磨方向，低磨削率方向稱(chēng)為難磨方向，如圖金剛石晶體研磨時(shí)摩擦因數(shù)的各向異性（1）研磨金剛石晶體時(shí)，（110）晶面摩擦因數(shù)最大，（100）晶面次之，（111）晶面最小。（2）晶面摩擦因數(shù)隨摩擦方向不同而有明顯差別。（100）晶面有4個(gè)波峰和波谷，（110）晶面有2個(gè)波峰和波谷，(111）晶面有3個(gè)波峰和波谷。（3）摩擦因數(shù)高時(shí)磨削率也高，摩擦因數(shù)低時(shí)磨削率也低。波

10、峰方向是磨削率最高的好磨方向，波谷方向是磨削率最低的難磨方向。金剛石的解理和破損機(jī)理當(dāng)垂直于某晶面的拉力超過(guò)某特定值時(shí)，兩相鄰的晶面分離，產(chǎn)生解理劈開(kāi)，這是解理現(xiàn)象機(jī)理。金剛石主要產(chǎn)生于（111）晶面的解理，這種產(chǎn)生于（111）晶面的機(jī)理也是金剛石破損機(jī)理。 金剛石各晶面的微觀破損強(qiáng)度（1）對(duì)金剛石刀具，切削刃處的解理破損是磨損和破損的主要形式。故切削刃的微觀強(qiáng)度是刀具設(shè)計(jì)選擇晶面的主要依據(jù)。（2）當(dāng)作用應(yīng)力相同時(shí)，（110）面破損機(jī)率最大，（111）面次之，（100）面破損機(jī)率最小。金剛石晶體定向方法（1）人工目測(cè)定向 簡(jiǎn)單易行，但定向精度低，使用有局限性。對(duì)于不規(guī)整的晶體或已經(jīng)磨制加工過(guò)的

11、金剛石，這種方法無(wú)法使用。（2） X射線晶體定向 定向精度高。對(duì)已經(jīng)加工過(guò)的金剛石也能很方便進(jìn)行晶體定向，但X光晶體定向儀只能在實(shí)驗(yàn)室中使用，且價(jià)格較高；X光對(duì)人體有害，對(duì)操作者要求防護(hù)，因此操作比較費(fèi)事。（3） 激光晶體定向金剛石晶體的新定向方法，所用設(shè)備價(jià)格低，操作方便，有足夠的定向精度。 衡量金剛石刀具的標(biāo)準(zhǔn)首先看其能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面（Ra0.0050.02m）；其次是看能否有較長(zhǎng)的切削時(shí)間保持刀刃鋒銳（切削長(zhǎng)度數(shù)百千米），切出極高質(zhì)量的加工表面。直線修光刃和圓弧修光刃金剛石刀具的優(yōu)缺點(diǎn)。直線修光刃制造研磨容易，這種刀要求對(duì)刀良好，直線修光刃應(yīng)嚴(yán)格和進(jìn)給方向一致。圓弧修光刃刀具

12、對(duì)刀容易，使用方便，但刀具制造研磨麻煩，價(jià)格要高些。金剛石刀具小刀頭的固定方法 機(jī)械夾固；粉末冶金法固定；粘結(jié)或釬焊固影響金剛石刀具精研的因素磨料粒度 研磨盤(pán)質(zhì)量 研磨方向 精拋第3章 精密磨削和超精密磨削精密和超精密磨料加工精密和超精密磨料加工，就是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，得到高加工精度和小表面粗糙度值。固結(jié)磨料加工主要種類(lèi)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種類(lèi)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；立方氮化硼超硬磨粒優(yōu)越性(1)磨具在形狀和尺寸上易于保持，使用壽命高，

13、磨削精度高；(2)磨料本身磨損少，可較長(zhǎng)時(shí)間保持切削性，修整次數(shù)少，易于保持精度；(3)磨削時(shí)，一般工件溫度較低，可減小內(nèi)應(yīng)力、裂紋和燒傷等缺陷；(3)能加工各種高硬的難加工材料，可磨削陶瓷、光學(xué)玻璃、寶石、硬質(zhì)合金以及高硬度合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等。精密磨削的加工精度和表面粗糙度范圍和主要用途加工精度為10.1m、表面粗糙度達(dá)到Ra0.20.025m。多用于機(jī)床主軸、軸承、滾動(dòng)導(dǎo)軌、量規(guī)等精密加工精密磨削機(jī)理（1）微刃的微切削作用（2）微刃的等高切削作用（3）微刃的滑擠、摩擦、拋光作用精密磨削砂輪選擇原則以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則超硬磨粒砂輪磨削的特點(diǎn)（1）可用來(lái)加工各種高硬度、高脆

14、性金屬材料和非金屬材料（2）磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化（3）磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無(wú)燒傷、裂紋和組織變化；磨削效率高（4）加工成本低超硬磨料砂輪修整的方法車(chē)削法 磨削法 滾壓擠軋法 噴射法 電加工法 超聲波振動(dòng)修整法超硬磨料砂輪的平衡靜平衡：又稱(chēng)力矩平衡，用于窄砂輪的平衡，是在一個(gè)平面上的平衡。方式有三種：機(jī)外靜平衡架上平衡、機(jī)上動(dòng)態(tài)平衡、機(jī)外動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)平衡：又稱(chēng)力偶平衡，用于寬砂輪和多砂輪軸的平衡，這時(shí)不是在一個(gè)面上而是在一個(gè)一定長(zhǎng)度的體上進(jìn)行力偶平衡，是動(dòng)平衡，一般都在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行。超精密磨削的加工精度和表面粗糙度范圍加工精度達(dá)到或高

15、于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一種亞微米級(jí)的加工方法超精密磨削的特點(diǎn)（1）超精密磨床是超精密磨削的關(guān)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(gè)系統(tǒng)工程超精密磨床的特點(diǎn)高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、微進(jìn)給裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控超硬微粉砂輪磨削的特點(diǎn)及其應(yīng)用（1） 粒度很細(xì)，可同時(shí)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(jié)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(jìn)行在線修整。（4） 磨削機(jī)床應(yīng)有微進(jìn)給裝置，設(shè)備價(jià)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

16、砂帶磨削和開(kāi)式砂帶磨削兩大類(lèi)。（1）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(dòng)接觸式和自由接觸。（2）按照加工表面類(lèi)型可分為：外圓、內(nèi)圓、平面、成形表面等磨削方式。精密砂帶磨削機(jī)理 砂帶磨削時(shí)，除有砂輪磨削的滑擦、耕犁和切削作用外，由于有彈性，還有磨粒的擠壓使加工表面產(chǎn)生的塑性變形磨粒的壓力使加工表面產(chǎn)生的加工硬化和斷裂、以及因摩擦升溫而引起的加工表面熱塑性流動(dòng)等。因此從加工機(jī)理來(lái)看，砂帶磨削兼有磨削、研磨和拋光作用，是一種復(fù)合加工。第4章 精密和超精密加工的機(jī)床設(shè)備精密主軸部件的要求能高速旋轉(zhuǎn)；高回轉(zhuǎn)精度、高剛度、高穩(wěn)定性、壽命長(zhǎng)；主軸本身及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)極??；發(fā)熱少，且

17、熱平衡性能好；維護(hù)保養(yǎng)方便。精密與超精密中軸承的使用種類(lèi)及特點(diǎn)滾動(dòng)軸承液體靜壓軸承主軸有較高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。但有些缺點(diǎn)：高速下，油溫升高造成熱變形，影響主軸精度；回油時(shí)，將空氣帶入油源，降低軸承剛度和動(dòng)態(tài)特性?？諝忪o壓軸承主軸很高的回轉(zhuǎn)精度，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)溫升甚小，因此造成的熱變形誤差很小，但剛度低，只能承受較小的載荷。超精密切削時(shí)切削力甚小，空氣軸承能滿(mǎn)足要求。超精密機(jī)床主軸和軸承材料選取原則不易磨損，不易生銹腐蝕，材料穩(wěn)定并且熱膨脹系數(shù)小，且主軸和軸套應(yīng)用線膨脹系數(shù)接近的材料。主軸的驅(qū)動(dòng)方式（1） 電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸（2） 電動(dòng)機(jī)通過(guò)柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸（3） 采用內(nèi)裝式同軸電

18、動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸超精密機(jī)床的總體布局十字形滑板工作臺(tái)布局、T形布局、R-布局、偏心圓轉(zhuǎn)角布局、立式結(jié)構(gòu)布局超精密機(jī)床導(dǎo)軌的要求和常用的種類(lèi)要求：有極高的直線運(yùn)動(dòng)精度，不能有爬行，導(dǎo)軌耦合面不能有磨損。種類(lèi)：滾動(dòng)導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌、空氣靜壓導(dǎo)軌進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類(lèi)精密數(shù)控系統(tǒng)、滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)、摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)床的穩(wěn)定性各部件尺寸穩(wěn)定性好、剛度高、變形小、結(jié)構(gòu)的抗振減振性能好減少機(jī)床內(nèi)振的措施（1） 各運(yùn)動(dòng)部件都應(yīng)經(jīng)過(guò)精密動(dòng)平衡，消滅或減少機(jī)床內(nèi)部的振源（2） 提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性（3） 在機(jī)床結(jié)構(gòu)的易振動(dòng)部分，人為的加入阻尼，減小振動(dòng)（4） 使用振動(dòng)衰減能力強(qiáng)的材料制造機(jī)床的結(jié)構(gòu)件減小機(jī)床外振

19、的措施（1） 超精密機(jī)床應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振源（2） 超精密機(jī)床采用單獨(dú)地基、隔離溝、隔振墻等（3） 使用空氣隔振墊減小機(jī)床熱變形的措施（1） 盡量減少機(jī)床中的熱源（2） 采用熱膨脹系數(shù)小的材料制造機(jī)床部件（3） 結(jié)構(gòu)合理化使同樣的溫度變化條件下，機(jī)床的熱變形最?。?） 使機(jī)床長(zhǎng)期處于在熱平衡狀態(tài)，使熱變形量成為恒定（5） 使用大量恒溫液體澆淋，形成機(jī)床附近局部地區(qū)小環(huán)境的精密恒溫第5章 精密加工技術(shù)中的測(cè)量技術(shù)精密測(cè)量的環(huán)境條件恒溫條件、隔振條件直線度測(cè)量1. 零件表面直線度的檢測(cè) （1）檢測(cè)長(zhǎng)度較短時(shí)，可用刀口形直尺檢測(cè)（2） 檢測(cè)長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，可采用分段檢測(cè)其水平傾角，經(jīng)數(shù)據(jù)處理而得到表面直線度。

20、2. 直線運(yùn)動(dòng)的直線度檢測(cè) 在溜板上安放高精度平尺，用測(cè)微儀檢測(cè)其直線運(yùn)動(dòng)的直線度誤差。當(dāng)精度很高時(shí)，應(yīng)按此法先檢測(cè)一次，然后將平尺在原位翻轉(zhuǎn)再測(cè)一次，兩次測(cè)量結(jié)果同位置相加，平尺本身誤差正負(fù)相消，余下誤差為直線運(yùn)動(dòng)的直線度誤差。平面度測(cè)量（1） 小面積高精度測(cè)量，常用光學(xué)平晶觀察其干涉條紋而測(cè)出其平面度誤差（2） 面積較大時(shí)，將被測(cè)表面劃定不同方向的直線若干條，檢測(cè)其直線度，綜合后得到該表面的平面度誤差垂直度檢測(cè) 在測(cè)量平臺(tái)上用直角尺檢測(cè)。常用直角尺有L形、T形和圓柱形。圓柱形容易制成很高精度，常用作基準(zhǔn)直角尺。角度基準(zhǔn)角度尺規(guī)、多面體、多齒分度盤(pán)精密測(cè)量的轉(zhuǎn)臺(tái)（1） 精密蝸桿副再加凸輪誤差補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械式轉(zhuǎn)臺(tái)（2） 有圓刻度尺和顯微鏡讀數(shù)的光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)（3） 使用圓光柵的轉(zhuǎn)臺(tái)（4） 使用圓感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)臺(tái)多齒分度盤(pán)的標(biāo)定（1） 使用精度更高的測(cè)角儀器對(duì)多齒分度盤(pán)進(jìn)行標(biāo)定（2） 利用兩個(gè)多齒分度盤(pán)互檢標(biāo)定圓度誤差的定義指包容同一正截面實(shí)際