【正文】 精密與特種加工復(fù)習(xí)題集 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 于云程 第一章 概論 1． 精密與特種加工的特點(diǎn) 精密與特種加工是一門多學(xué)科的綜合高級(jí)技術(shù) 。精密加工的范疇 包括 微細(xì)加工、光整加工和精整加工 等，與特種加工關(guān)系密切。特種加工是指利用 機(jī)、光、電、聲、熱、化學(xué)、磁、原子能等能源 來(lái)進(jìn)行加工的 非傳統(tǒng) 加工方法，它們與傳統(tǒng)切削加工的不同特點(diǎn)主要有： ① 主要不是依靠機(jī)械能，而是主要用其他的能量 (如電能、熱能、光能、聲能以及化學(xué)能等 )去除工件材料； ② 刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情況下，例如在激光加工、電子 束加工、離子束加工等加工過(guò)程中，根本不需要使用任何工具； ③ 在加工過(guò)程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力作用，工件不承受機(jī)械力，特別適合于精密加工低剛度零件。 練習(xí)： 2． 特種加工對(duì)材料的可加工性及 產(chǎn)品的 結(jié)構(gòu)工藝性 有何 影響，試舉例說(shuō)明 （ 1） 提高了材料的可加工性 例子 1： 現(xiàn)在已經(jīng)廣泛采用的 金剛石 、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼等 難加工材料 制造的刀具、工具、拉絲模等 ， 可以 采用電火花、電解、激光等多種方法加工 。工件材料的可加工性不再與其硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性等有直接的關(guān)系。對(duì)于電火花、線切割等加工技術(shù)而 言，淬火鋼比未淬火鋼更容易加工。 （ 2） 對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要影響 例子 1：以往 普遍認(rèn)為 方孔、小孔 、彎孔、窄縫等是 工藝性差 的典型。對(duì)于電火花穿孔加工、電火花線切割加工來(lái)說(shuō) ， 加工方孔和加工圓孔的難易程度是一樣的。噴油嘴小孔、噴絲頭小異性孔、渦輪葉片上大量的小冷卻深孔、窄縫、靜壓軸承和靜壓導(dǎo)軌的內(nèi)油囊型腔等，采用電火花加工技術(shù)以后都變難為易了。 補(bǔ)充 材料 3． 微細(xì)加工與一般加工在精度表示方法、加工機(jī)理 特點(diǎn) 的有哪些不同 （ 微細(xì)加工技術(shù)及特點(diǎn) ） 微細(xì)加工技術(shù)是指能夠制造微小尺寸零件的加工技術(shù)的總稱 。在微機(jī)械 研究領(lǐng)域中，它是微米級(jí)、亞微米級(jí)乃至納米級(jí)微細(xì)加工的通稱。 微細(xì)加工與常規(guī)尺寸加工的機(jī)理特點(diǎn)區(qū)別主要體現(xiàn)在 ： 1 )加工精度的表示方法不同 。 一般尺度加工精度常用相對(duì)精度表示 ， 微細(xì)加工精度用尺寸的絕對(duì)值來(lái)表示 ， 并引入了加工單位的概念 。 2 )加工機(jī)理存在很大的差異 。 由于在微細(xì)加工中加工單位的極小化而產(chǎn)生了微動(dòng)力學(xué) ， 微流體力學(xué) ， 微熱力學(xué)等方面的微觀機(jī)理 ， 常規(guī)的加工方法及理論已不適用 。 3 )加工特征明顯不同 。 一般常規(guī)加工都是以尺寸 、 形狀 、 位置精度為特征 ， 而微細(xì)加工多以分離或結(jié)合原子 、 分子為特征 。 本章 其他知識(shí)點(diǎn) 1）精密與特種加工的方法及分類 從加工成形的原理和特點(diǎn)分：去除加工、結(jié)合加工、變形加工 從加工方法的機(jī)理分： 1 傳統(tǒng)加工（ 1 切削加工與 2 磨料加工）、 2 非傳統(tǒng)加工（ 3 特種加工）、3 復(fù)合加工（ 4 復(fù)合加工）。（括號(hào)外的為三個(gè)空的填空、括號(hào)里的為四個(gè)空的填空） 2） 復(fù)合加工：舉例 電解電火花加工、電解電火花磨削 3） 特種加工能解決的主要加工問(wèn)題： 難加工材料 的加工問(wèn)題、 復(fù)雜 零件的加工問(wèn)題、 低剛度 零件的加工問(wèn)題 第二章 金剛石刀具精密切削加工 液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承 的特點(diǎn) 液體靜壓軸承具有 回轉(zhuǎn)精度高、剛度較高、 轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng) 的特點(diǎn) ， 被廣泛應(yīng)于超精密機(jī)床 。但其油溫隨轉(zhuǎn)速升高而升高，造成 熱變形 ，影響主軸精度，此外在靜壓油回油時(shí)，將空氣帶入油源，形成微小 氣泡 懸浮在油中，不易排出，因而降低了液體靜壓軸承的剛度和動(dòng)特性。 空氣靜壓軸承具有很高的回轉(zhuǎn)精度，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)溫升甚小，基本達(dá)到 恒溫 狀態(tài)，因此造成的熱變形誤差很小。但與液體靜壓軸承相比，空氣軸承 剛度低，承受載荷小 。 超精密機(jī)床多采用 空氣靜壓軸承 。 百度百科： 靜壓軸承 靜壓軸承，滑動(dòng)軸承的一種，是利用壓力泵將壓力潤(rùn)滑劑強(qiáng)行泵入軸承和軸之間的微小間隙的滑動(dòng)軸承。屬于 按潤(rùn)滑性質(zhì)分非完全流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承、完全流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承、無(wú)潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承中的完全流體潤(rùn)滑軸承的一種，另一種完全流體潤(rùn)滑軸承為動(dòng)壓軸承，特點(diǎn)是在任何軸的轉(zhuǎn)速下具有極高的旋轉(zhuǎn)精度和高的承載能力，但和動(dòng)壓軸承相比缺點(diǎn)是需要一套完善的外部油泵系統(tǒng)。 按潤(rùn)滑劑的種類可以分為兩類，一類的液體靜壓軸承，主要是使用油為潤(rùn)滑劑，另一類是氣體靜壓軸承，使用的是氣體作潤(rùn)滑劑，主要是使用空氣作為潤(rùn)滑劑，使用多的為液體靜壓軸承，空氣靜壓軸承使用范圍 較 小。主要使用在極高轉(zhuǎn)速的機(jī)構(gòu)上，如陀螺儀。 結(jié)構(gòu)上的潤(rùn)滑系統(tǒng)由油箱，潤(rùn)滑泵，過(guò)濾 器，溢流閥，安全閥，蓄能器，節(jié)流器，油腔，封油面等。 使用范圍為經(jīng)常需要在低速運(yùn)行而又要求承載能力高，旋轉(zhuǎn)要求精度高，高轉(zhuǎn)速的領(lǐng)域。如各種重型機(jī)床，以及高精度的機(jī)床。 靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)是： ，滑動(dòng)阻力僅來(lái)自流體粘性，摩擦因數(shù)小、工作壽命長(zhǎng)。 “均化 ”誤差的作用，能減小制造中不精確性產(chǎn)生的影響，故對(duì)制造精度的要求比動(dòng)壓軸承低。 ，軸承的可靠性和壽命較高。 。 ，熱膨脹問(wèn)題不如動(dòng)壓軸承嚴(yán)重。 靜壓軸承適應(yīng)的工況范圍極廣，從載荷以克計(jì)的精密儀器到載荷達(dá)數(shù)千噸的重型設(shè)備都有采用靜壓軸承的。 指晶體受到定向的機(jī)械力作用時(shí)，可以沿平行于某個(gè)平面平整地劈開的現(xiàn)象。 補(bǔ)充 (填空題 )：在絕大多數(shù)情況下，得到的是與（ 111）網(wǎng)面平行的很平的劈開面。 、不能代替的超精密切削的刀具材料（金剛石晶體的性能） 金剛石具有很高的硬度、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、與有色金屬間的摩擦因數(shù)低、開始氧化的溫度較高等特性， 這些都有利于超精密加工的進(jìn)行。而且單晶金剛石可以研磨達(dá)到極鋒利的刃口，沒有其他材料可以磨到這么鋒銳并且能長(zhǎng)期切削而磨損很小。因此金剛石是理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料。 補(bǔ)充（填空）： 金剛石 是已知材料中硬度最高的。 量 進(jìn)給裝置的性能 在精密加工中，微位移機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定、可靠和快速微位移，具有以下設(shè)計(jì)要求： 1） 精微進(jìn)給和粗進(jìn)給分開，提高了微位移的精度、分辨力和穩(wěn)定性。 2） 運(yùn)動(dòng)部分具有低摩擦和高穩(wěn)定度，可實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度。 3） 末級(jí)傳動(dòng)元件具有很高的剛度，即夾持金剛石刀具處是高剛度的 。 4） 內(nèi)部連接采用整體結(jié)構(gòu)或剛性連接，連接可靠。 5） 工藝性好，容易制造 6） 具有好的動(dòng)特性，即具有高的 頻響 。 7） 能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動(dòng)控制。 常見的微進(jìn)給裝置有壓電和電致伸縮進(jìn)給裝置、摩擦驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置。 晶體內(nèi)部分布有原子的面叫做晶面，也稱面網(wǎng)， 面網(wǎng) 的單位面積上的原子數(shù)稱為面網(wǎng)密度。金剛石的面網(wǎng)密度決定了其硬度和耐磨性。 ，定向方法有哪幾種 金剛石晶體的定向就是確定（ 100）、（ 110）和（ 111）晶面的位置。金剛石晶體定 向方法有：人工目測(cè)定向； X 射線晶體定向；激光晶體定向。 補(bǔ)充（選擇）： 激光定向法 定向精度較高，且對(duì)人體無(wú)害。 一是能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面（ ~） ,二是能否有較長(zhǎng)的切削時(shí)間保持刀刃鋒銳。 9.【 110】 晶面作為金剛石刀具前刀面的原理 前面和后面選擇是金剛石刀具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)制造金剛石刀具，一般前面和后面都采用（ 110）晶面或者和（ 110）晶面相近的面。這主要是從金剛石的這兩個(gè)晶面易于研磨加工角度考慮的，而未考慮對(duì)金剛石刀具的使用性能和刀 具耐用度的影響。選用（ 111）晶面作為前面或后面者極少，其主要原因在于（ 111）晶面硬度太高，而微觀破損強(qiáng)度并不高，研磨加工困難，很難研磨加工出精密金剛石刀具所要求的鋒銳的刃口。 積屑瘤對(duì)切削力、表面粗糙度的影響 1）積屑瘤對(duì)切削力的影響 超精密切削時(shí)切削力的變化規(guī)律和普通切削是有區(qū)別的， 積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也小，和普通切削的規(guī)律正好相反。 2）積屑瘤對(duì)加工表面粗糙度的影響 積屑瘤和已加工表面劇烈摩擦，使表面粗糙度加大。積屑瘤高度大，表面粗糙度大；積屑瘤小時(shí)加工表面粗糙度亦 小。 填空： （滾珠絲杠副） 怎么解決回程間隙的問(wèn)題 精密滾珠絲杠副是精密與超精密機(jī)床常用作進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件。滾珠在絲杠和螺母的螺紋槽內(nèi)滾動(dòng)，因此摩擦力很小。通過(guò)對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，可消除正傳和反轉(zhuǎn)的回程間隙，提高其精度。 誤差補(bǔ)償是提高加工精度的一個(gè)很重要的技術(shù)措施，在機(jī)械加工中，采用修正、抵消和均化等措施減小和消除誤差，都是某一種形式的誤差補(bǔ)償。 在工件的加工過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)工件加工到預(yù)定的加工質(zhì)量要求時(shí)，即可自動(dòng)停止加工，是一 種自動(dòng)檢測(cè)方法。 ， 外圓與中心處表面粗糙度不同，為什么 ？ 車削端面 ，其 表面粗糙度 較 低， 越靠近端面中心，表面粗糙度就越低，特別車削大型端面更為突出。 原因是由于 工件轉(zhuǎn)速 n不變，切削速度 V從端面外緣到軸心越來(lái)越低，在切削塑性金屬時(shí)，切削速度 V由高 到 低的過(guò)程中，很容易出現(xiàn)中速狀態(tài)下產(chǎn)生積屑瘤和中速下產(chǎn)生的鱗刺 ，從而使表面粗糙度的質(zhì)量下 降 。 用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，刀刃鋒銳度對(duì)切削變形有著很大影響，特別是在背吃刀量和進(jìn)給量較小的時(shí)候 ， 刃口半徑 ρ 不同 將 明顯影響切削變形。 ρ 值 增大將使切削變形明顯加大，其微小變化將使切削變形產(chǎn)生很大的變化。 補(bǔ)充： 1） 超精密切削的切削速度影響加工表面粗糙度 例題： 2） .金剛石材料與 鋼鐵材料的親和性 很強(qiáng)，因而應(yīng)用范圍受到限制。 主要應(yīng)用于銅、鋁及其合金等軟金屬的切削，黑色金屬，硬脆材料的磨削。 金剛石刀具磨損由于 111 平面的微觀解理造成。 例題： 3） 機(jī)床主軸的三種驅(qū)動(dòng)方式，四個(gè)加工環(huán)境條件（恒溫、恒濕、防震、超靜） ，總體布局，其中 T 形布局的驅(qū)動(dòng)方式，技術(shù)支撐條件。 例題： 4） 金剛石的各向異性：各晶面的耐磨及刃磨方 向 例題： 5） 主軸軸承主要形式： 液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承 例題： 6） 金剛石晶體的激光定向機(jī)理：不同結(jié)晶方向?qū)す夥瓷湫纬刹煌难苌鋱D像 7） 超精密加工的實(shí)現(xiàn)條件 第三章 精密與超精密磨料加工 精密和超精密磨料加工可分為 固結(jié)磨料 和 游離磨料 兩大類， 固結(jié)磨料是 將磨料或微粉與結(jié)合劑粘合在一起，形成一定的形狀并具有一定強(qiáng)度，再采用燒結(jié)、粘接、涂敷等方法形成砂輪、砂條、油石、砂帶等磨具。 游離磨料 在加工時(shí)，磨?；蛭⒎鄄还探Y(jié)在一起，而是成游離狀態(tài)，其傳統(tǒng)加工方 法是研磨和拋光 。 填空： 精密和超精密磨料加工可分為 固結(jié)磨料 和 游離磨料 兩大類。 金剛石修整方法： 砂輪修整有單粒 金剛石修整、金剛石粉末結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修整等。 原理： 金剛石修整時(shí)砂輪與修整器的相對(duì)位置，與砂輪磨削時(shí)的工件位置相對(duì)應(yīng)，修整器安裝在低于砂輪中心 處，并向右上傾斜 10176。 — 15176。，以減小受力。金剛石超聲波修整 時(shí)， 在超聲波 的作用下，金剛石的微小平面與磨粒接觸，因接觸應(yīng)力小，磨粒不易產(chǎn)生裂紋，從而形成等高性很好的微刃。 （較 高的加工精度） 超精密磨削是一種亞微米級(jí)的加工方法，是指加工精度達(dá)到或高于 、表面粗糙度低于 的砂輪磨削方法。超精密磨削是一個(gè)系統(tǒng)工程，其加工精度受到多因素的影響，如超精密磨削機(jī)理、被加工材料、砂輪及其修整、超精密磨床、工件的定位夾緊、檢測(cè)及誤差補(bǔ)償、工作環(huán)境、操作水平等。各因素之間又相互關(guān)聯(lián)。超精密磨削需要一個(gè)高穩(wěn)定性的工藝系統(tǒng)，對(duì)力、熱、振動(dòng)、材料組織、工作環(huán)境的溫度和凈化都有穩(wěn)定性的要求，并有較強(qiáng)的抗擊來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)外的各種干擾能力。 4 什么是鏡面磨削 鏡面磨削是屬于精密磨削和超精 密磨削范疇的加工，是指加工表面粗糙度達(dá)到 ～、表面光澤如鏡的磨削方法，其加工精度的含義并不明確，更強(qiáng)調(diào)表面粗糙度的要求。 超精密磨削機(jī)理可 以用 一個(gè)以切速 v、 切入角 α 切入平面狀工件的單顆粒的磨削加工過(guò)程說(shuō)明 ，其磨削軌跡是從接觸始點(diǎn)開始至接觸終點(diǎn)結(jié)束。該模型說(shuō)明： 1）該磨?？梢钥醋鲆痪哂袕椥灾С械暮痛筘?fù)前角切削刃的彈性體，彈性支承為結(jié)合劑。 2）磨粒切削刃的切入深度由零開始逐漸增加，到達(dá)最大值后又逐漸減小，直至為零。 3）整個(gè)磨粒與工件的接觸過(guò)程依次為彈性區(qū)、塑性區(qū) 、切削區(qū)、塑性區(qū)、最后為彈性區(qū)，與切削 形狀的形成一致。 4） 在超精密磨削中，微切削作用、塑性流動(dòng)、彈性破壞作用和滑擦作用依切削條件的變化而順序出現(xiàn)。當(dāng)?shù)度袖h利，有一定磨削深度時(shí)，微切削作用較強(qiáng)；如果刀刃不夠鋒利，或磨削深度太淺，磨粒切削刃不能切入工件，則產(chǎn)生塑性流動(dòng)、彈性破壞和滑擦。 ，為什么金剛石，立方氮化硼砂輪得到廣泛應(yīng)用 超硬磨料，主要是金剛石和立方氮化硼的砂輪，其特點(diǎn)為： 1） 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。 2） 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。金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金時(shí)，其磨削力只有綠色碳化砂輪的 1/4~1/5. 3） 磨削效率高。 4） 加工成本低。金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪雖比較昂貴，但由于其壽命