精密和超精密加工技术考试题

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1、精密和超精密加工技术考试题精密和超精密加工技术考试题 1.精密和超精密加工目前包括三个领域：超精密切削，精密和超精密磨削研磨， 精密特种加 工。 2.金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，再就是金刚石刀具的 研磨质量-切削刃钝圆半径 rn 。 3.最近出现的隧道扫描显微镜的分辨率为 0.01nm，是目前世界上精度最高的测 量仪，可用 于测量金属和半导体零件表面的原子分布的形貌。 最新的研究证 实， 在扫描隧道显微镜下可 移动原子，实现精密工程的最终目标-原子级 精密加工。 4.用金刚石刀具进行超精密切削，用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍 等有色金属和 某些非金属材料。 5.超精

2、密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这点和普通的切削规律不 同的。 6.超精密切削实际是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。 7.超精切削时，积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小，和普通切削切钢 时的规律正好 相反。 8.超精密切削时，加工表面粗超度是直接和积屑瘤的高度有关，即积屑瘤高度 大，表面粗糙 度大；积屑瘤小时加工表面粗糙度艺小。 9.使用切削液后，已消除了积屑瘤对加工表面粗糙度的影响，这是切削速度已 和加工表面粗 糙的无关，这种情况和普通切削时切刚的规律不同。10.超精密切削加工表面层的残留应力，也是表面质量的重要标志。它不仅影 响

3、材料的疲劳 强度和耐磨性，而且影响加工零件的长期尺寸稳定性。 11.超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精 密机床的性 能状态、切削时的环境条件等都直接有关。 12.实验结果是在两把刀都比较锋锐的情况下获得的。可以看到 No1 车刀（前 后为（100）晶 面）和 No2 车刀（为（110）晶面）的加工表面粗糙度相差不 多。 13.用（100）晶面的 No1 车刀切出的表面层残余应力小于用（110）晶面 的 No2 车刀所切出 的，特别是切向残余应力。 14.（简答）从金刚石的物理性能看，它有甚高的硬度、较高的热导率、和有色 金属间摩擦 因数低、开始氧化的温度较高，这

4、些都是超精密切削刀具所要求的。 此外单晶金刚石可以研 ， 磨达到极锋利的切削刃 n 可以小到 0.050.01m） 没有其他任何材料可以磨到这样锋锐， （r 并且能长期切削 而磨损很小，因此金刚石成为理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料。 15.（100）面网的最小单元为正方形。 16.（两题）解理现象是某些（如金刚石）晶体特有的现象，晶体受到定向的机 械力作用时， 可以沿平行于某个平面（ （111）晶面）平整地劈开的现象，称 为（金刚石晶体的解理现象） 解理现象。 17.在高磨削率方向上， （110）晶面的磨削率最高，最容易磨； （100）晶面 的磨削率次之， （111）晶面磨削率最低，最

5、不容易磨。 18.金刚石的 3 个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差甚大。现在 习惯上把高， 磨削率方向称为 “好磨方向” ，把低磨削率方向称为“难磨方 向” 。 19.研磨金刚石晶体时， （110）晶面摩擦因数最大， （100）晶面次之， （111）晶面最小。 20.根据最新的研究，金刚石刀具的磨损，主要属机械磨损，其磨损本质是微观 解理的积累。 21.（填空，选择，判断，简答（如何根据金刚石微观破损选前后面） ）对 金刚石刀具来说， 切削刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式， 故切削刃 的微观强度是刀具设计选择晶面的 主要依据。 金刚石刀具选择前面和后面的 最佳晶面， 应该把不易产

6、生解理破损作为重要的考 虑因素。当作用应力相 同时， （110）面产生破损的机率最大， （111）面次之（100）面产 生破损 的机率最小。即在外力作用下， （110）面最易破损， （111）面次之， （100）面最不易 破损。从增加切削刃的微观强度考虑，应选用微观强度最 高的（100）晶面作为金刚石刀 具的前面和后面。 22.（110）晶面的激光衍射光像呈二叶形， （111）晶面的激光衍射光像呈三 叶形， （100）晶面的晶界微观凹坑为正方形，计算机模拟仿真得到的衍射光 像亦呈四叶形。 23.金刚石刀具一般不采用主切削刃和副切削刃相交为一点的尖锐的刀尖。 24.由于金刚石的脆性，在保证获得较

7、小的加工表面粗糙度前提下，为增加切削 刃的强度， 应采用较大的刀具楔角 ，故刀具的前角和后角都取得较小。 25.（问答：如何来选择金刚石刀具的前后晶面）（100）晶面的耐磨性明显 高于（110） 晶面，用（100）晶面作为前、后面要比用（110）晶面时刀具有 更长的寿命。（100）晶 面的微观破损强度要高于（110）晶面，同时 （100）晶面受载荷时的破损机率要比（110） 晶面低很多，因此用（100）晶 面做前、后面时切削刃有较高的微观强度，产生微观崩刃的 机率要小得多。 （100）晶面和有色金属之间的摩擦因数要低于（110）晶面的摩擦因数。 因 此用（100）晶面做前、后面时，可以使切削变

8、形减小，使加工表面的变形和残 留应力减 小，有利于提高加工表面质量。选用（111）晶面作为前面或后面 者极少，这可能是由于 （111）晶面硬度太高，而微观破损强度不高，研磨加 工困难，很难研磨加工出精钢石刀具 要求的锋锐的切削刃的原因。研磨加工 精钢石刀具时， （100）晶面的研磨效率低于（110） 晶面，因此制造刀具的 工时要长一些，这是选用（110）晶面的优点。但刀具晶面的选择， 主要应该 考虑的是刀具的使用性能， 而不能只考虑刀具制造效率的高低， 因此应该选 用 （100） 晶面做刀具的前、后面。 26.现在生产中研磨金刚石刀具时，粗研 和精研都在同一块研磨盘上进行，即将研磨盘分为 若干

9、同心圆带，在大圆周处 加粗就分手微粉用于粗研，在小圆周处加细金刚石微粉，用于精 研。 # # 27.精密砂轮磨削是利用精细修整的粒度为 60 80 的砂轮经行磨削，其加工精 度可达 Ra0.025m。超精密砂轮磨削是利用经过仔细修整的粒度为 W40W5 的 砂轮进行磨削，可以 获得加工精度为 0.1m，表面粗糙度为 Ra0.0250.008m 的加工表面，其中超硬微粉砂轮 超精密磨削已应用比较普 通。 28.超硬磨料在当前是指金刚石（包括人造金刚石）和立方氮化硼以及它们为主 要成分的复 合材料。 29.金刚石一般不适宜磨削钢铁材料，亦不适宜切磨黑色金属。 30.高精度、小表面粗糙度值的精密磨削

10、和超精密磨削选用细粒度，低质量浓度、 甚至低于 25%，这主要考虑砂轮堵塞发热问题。 31.涂覆磨具是将磨料用粘接剂均匀得涂覆在纸布或其他复合材料基底上的磨具， 又称涂敷 磨具。 32.精密和超精密加工中所用的涂敷磨具多用涂敷发制作。 33.（简答：精密磨削机理）精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微 刃性和等高 性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极 小，加上无火花磨削阶段 的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面。因此精密 磨削机理可归纳为以下几点：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。 34.在磨削钢件及铸钢件时，采用刚玉磨料较好。 35

11、.一般精密磨削时的砂轮修整， 修整器应安装在低于砂轮中心 0.5.1.5 秘 密处并向上倾斜 1015。 36.（简答，判断：超硬磨料砂轮磨削的共同特点）可用来加工各种高硬度、 高脆性金属 材料和非金属材料，如陶瓷、玻璃、半导体材料、宝石、铜铝等有 色金属及其合金、耐热合 金等。磨削能力强，耐磨性好，寿命高，易于控制 加工尺寸及实现加工制动化。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。在加工硬质合 金及非金属硬脆材料时， 金刚石砂轮的金属切除率优于立方氮化硼砂轮， 但在加工耐热钢钛 合金模具 钢等时，立方氮化硼砂轮远高于金刚石砂轮。加工成本低。 37.修整通常

12、包括整形和修锐的总称。整形是使砂轮达到一定精度要求的几何形 状；修锐是 ，形成足 去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度（一 般是磨粒尺寸的 1/3 左右） 够的切削刃和容屑空间。 普通砂轮的整形和修锐 一般是合为一步进行的， 而超硬磨料砂轮的 整形和修锐一般是分为先后两步 进行。 38.用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整的磨削法是目前最为广 泛采用的修 整方法。 39.金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液为磨削液，视具体情况而定，如磨 削硬质合金 时普遍采用煤油，但不宜使用乳化液；树脂结合剂砂轮不宜使用苏 打水。 40.立体氮化硼砂轮磨削时采用油性液为磨削液，一般不用水溶性

13、液。 41.对于陶瓷、玻璃等硬脆材料，超精密磨削显然是一种重要的理想的加工方法。42.镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到 Ra0.02Ra0.01m，表面光泽如镜 的磨削方法。 43.超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。44.（简答：微粉砂轮超精密磨削的特点）1）由于磨料是微粉等级的，粒度很 细，在超精密 磨床上磨削可以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）它是一种固 结磨料的微量去除加工方法，加工效率高。3）由于 磨料粒度很细，容屑空间很小，磨料容 易堵塞，需要进行在线修整，才能保证 磨削的正常进行和加工质量 4）磨削要在超精密磨床 上进行

14、，机床上应有微进 给装置，设备价格高。 45.开式砂带磨削，磨削质量高， ，磨削效果好，但效率不如闭式砂轮磨削， 多用于精密和超 精密磨削中。 46.从加工机理看，砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加 工。 47.砂带磨床上的关键部件是砂带头架。 48.在砂带磨削头架中，最重要而关键的零件时接触轮 49.精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转 精度，转动 平稳，无振动，其关键在于所用的机密轴承。 50. （简答:液体静压轴承和空气静压轴承的优缺点） 液体静压轴承 优： 回 转精度很高 （0.1 m） ，转动平稳，无振动，缺：1）液体静压轴承的油温 升

15、高。2）静压油回油时将空气带入 油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排 出。空气静压轴承 优：有很高的回转精度，在高速转动时油温甚小，因此造成 的热变形误差很小.缺)刚度低，只能承受较小的载荷。 51.当工件直径较大并且较重是，超精密机床多采用立式结构布局。 52.床身和导轨的材料 1）优质耐磨铸铁 2）花岗岩 3)人造花岗岩。 53.花岗岩现在已是制造三坐标测量机和超精密机床的床身和导轨的热门材料， 这是因为花 ， 岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减 能力强，硬度高、耐磨并不会 生锈。 54.精密和超精密机床现在常采用的导轨有：滚动导轨、液体静压导轨、气浮导 轨、空气静 压

16、导轨。 55.电致伸缩传感器在不同电压时的伸长量的关系曲线，可看到在加上直线电压 时，无论是 正电压或负电压，传感器的伸长量是相同的。 56.压电伸缩传感器的电压伸长量关系曲线，可看到正电压时伸长，负电压时缩 短。 57.（简答：减小机床热变形的措施）1）尽量减少机床中的热源 2）采用热膨 胀系数小的材 料制造机床部件。3）结构合理化使在同样的温度变化条件下， 机床的热变形最小 4）使机 床长期处在热平衡状态，使热变形成为恒定 5）使 用大量恒温液体浇淋，形成机床附近局部 地区小环境的精密恒温。 58保证零件加工精度的途径有两种：一条是靠所用的机床来保证，即机床的 精度要高于工 件所要求的精度，这是所谓的“蜕化”原则，也称之为“母性” 原则。另一条思路，即在精 度比工件要求降低的机床上，利用误差补偿技术， 提高加工精度，使加工精度比机床原有精 度高，这是“进化”原则，也称之为 “创造性”原则。 59