精密与特种加工

精密与超精密加工

1什么是精密与超精密加工？

目前在工业发达国家中，一般工厂能稳定掌握的加工精度是1微米。与此相应，通常将加工精度在0.1~1微米、加工表面粗糙度Ra 在0.02~0.1微米之间的加工方法称为精密加工；而将加工精度高于0.1微米、加工表面粗糙度Ra 小于0.01微米的加工方法称为超精密加工。

2积屑瘤对切削力的影响规律；能够画出积屑瘤的模型；会解释积屑瘤产生规律的原因 规律：积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，和普通切削钢时的规律正好相反。普通切削切钢时，积屑瘤可增加刀具的前角，故积屑瘤增大可使切削力下降，但是超精密切削时积屑瘤增大反而使切削力增大； 模型如图；

产生原因：1）积屑瘤前端R 大约2～3μm ，实际切削力由积屑瘤刃口半径R 起作用，切削力明显增加 。 2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。3）实际切削厚度超过名义值，切削厚度增加 ，切削力增加。

3会画金刚石晶体三个面的原子分布图、面网距、面网密度的计算。 100晶面 110晶面 111晶面

面积=

面积=

面积=

原子数4x1/4+1=2 原子数 4x1/4+2x1/2+2=4 原子数3x1/6+3x1/2=2 面网密度 面网密度 面网密度

面网距 面网距 面网距

22D 2D 2/32

D 2/2D 22/4D 223/4)2/3/(2D D

4理解掌握我国采用哪个晶面作为前后刀面；为什么？

应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研磨容易。

选用（100）晶面的原因：

（111）不适合作前后面。推荐采用（100）晶面作金刚石刀具的前后面，理由如下：

1)（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面；

2 )（100）晶面的微观破损强度高于（110）晶面，（100）晶面受载荷时的破损机率比（110）晶面低很多；

3 ) （100）晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于（110）晶面的摩擦系数。

5理解晶体的解理现象；金刚石哪个晶面容易产生解理现象，为什么？

解理现象：是某些晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，沿平行于某个平面平整的劈开的现象；

原因：（111）面的宽的面间距（0.154nm）是金刚石晶体中所有晶面间距中的最大的一个，并且其中的连接共价键数最少，只需击破一个价键就可使其劈开，故劈开比较容易。金刚石内部的解理劈开，在绝大多数情况下是与（111）面网平行，在两个相邻的加强（111）面网之间。在解理劈开时，可以得到很平的劈开平面。

6精密磨削加工机理；精密磨削砂轮如何选择？

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以归纳为以下几点：a微刃的微切削作用；b微刃的等高切削作用；c微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

精密磨削使所用砂轮的选择以易产生和保持微刃及其等高性为原则。包括砂轮的粒度选择，砂轮结合剂的选择。

7超精密磨削加工机理（会画图解释单颗粒的磨削过程）

(1)超微量切除精密和超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的切应力就急速地增加并变得非常大，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。对于普通磨，在这种高温、高压和高剪切力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度、低表面粗糙度值的磨削质量。因此，在超精密磨削时般多采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。

(2)单颗粒磨削加工过程砂轮中的磨粒分布是随机的，磨削时磨粒与工件的接触也是无规律的，为研究方便起见，对单颗粒的磨削加工过程进行分析。

1）磨粒是一颗具有弹性支承（结合剂）的和大负前角切削刃的弹性体。

2）磨粒切削刃的切入深度是从零开始逐渐增加，到达最大值再逐渐减少，最后到零。

3）磨粒磨削时在工件中，开始是弹性区，继而塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区。4）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。

磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。

(3)连续磨削加工过程磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。

8理解掌握砂带磨削方式，特点（加以描述）及应用范围。

方式：闭式砂带磨削和开式砂带磨削；

（1）闭式砂带磨削采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触论带动砂带高速回转，并有工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给运动，从而对工件进行磨削。这种方式效率高、但噪声大、容易发热，可用于粗、半精和精加工。

（2）开式砂带磨削采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移动，砂带绕过接触论并以一定的工作压力与工件被加工表面接触，并有工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给，从而对工件进行磨削。由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，磨削区域不断出现新砂粒，退出旧砂粒，切削比较稳定，因此磨削质量高，磨削效果好，但效率不如闭式砂带磨削，多用于精密和超精密磨削中。

砂带磨削按砂带与工件接触形式来分又可分为接触轮式、支撑板（轮）式、自由浮动接触式和自由接触式。

按加工表面类型来分，砂带磨削又可分为外圆、内圆、平面、成形表面等磨削方式。

特点及应用范围：

1）砂带磨削时，砂带本身具有弹性，接触轮外缘表面有橡胶层或软塑料层，砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，具有较好的抛光作用，同时又能减振，因此工件的表面质量高，表面粗糙度可达Ra0.05~0.01um。砂带磨削又有“弹性”磨削之称。

2）砂带制作时，用静电植砂法易于使磨粒有方向性，同时磨粒的切削刃间隔长，摩擦

生热少，散热时间长，切屑不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效的减少了工件

的变形和表面烧伤。

3）砂带磨削效率高，可以与铣削和砂轮磨削媲美，强力砂带磨削的效率可为铣削的10倍、普通砂轮磨削的5倍。砂带磨削无需修整，磨削比（切除工件重量与磨料磨损重量之比）可高达300:1甚至400:1，而砂轮磨削一般只有30:1.砂带磨削方法早已有之，由于基底材料强度和磨粒与基底的粘结强度有了极大地提高，才使得砂带磨削焕发新生，因此有“高效”磨削之称。

4）砂带制作比砂轮简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也比砂轮便宜。砂带磨削设备结构简单，可制作砂带磨床或砂带磨削头架，后者可安装在各种普通机床上进行砂带磨削工作，使用方便，制造成本低廉，又有“廉价”磨削之称。

5）砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围，可加工外圆、内圆、平面和成形表面。砂带磨削头架可安装在卧式车床、立式车床、龙门刨床等普通机床上进行磨削加工。因此有很强的适应性，砂带不仅可加工各种金属材料，材料，而且可加工木材、塑料、石材、水泥制品、橡胶等非金属材料以及单晶硅、陶瓷和宝石等硬脆材料。开式砂带磨削加工铜、铝等软材料表面效果良好，独具特色，因此又有“万能”磨削之称。

缺点：砂带磨削不能加工窄退刀槽的阶梯轴、阶梯孔、盲孔、小孔、齿轮等，对形状和位置精度要求高的也不如精密砂轮磨削。

9减少机床热变形的措施？

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，使热变形量成为恒定；

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。

10理解怎样减少外界振动对机床的影响？（会举例）

提高机床结构的抗振性和消除减少机床内的振动：

（1）各运动部件都经过精密动平衡，消灭或减少机床内部的振源。

（2）提高机床结构的抗振性。

（3）在机床结构的易振动部分，人为的加入阻尼，减小振动。

（4）使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件。

隔离振源，使用隔振沟、隔振墙和空气隔振垫以减少外界振动的影响：

（1）超精密机床应尽量远离振源；

LODTM大型超精密车床为避免恒温水的水泵的振动的影响，水泵将恒温水打到水箱中，恒温水靠自重从水箱流到超精密机床的各个部件。

(2)超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等；

LODTM车床除用带隔振沟的地基外，还将机床放置在带隔振墙的房间。

(3)使用空气隔振垫

Moore公司的M－18AG车床、Pneumo公司的MSG-325车床、DTM－3机床和LODTM 车床用空气隔振垫支承，高位支承将使机床的抗振性提高，增加机床的稳定性。

11什么是在线检测？及其特点。

在线检测：工件在加工过程中同时进行检测，称之为在线检测。

特点：

（1）能够连续检测加工过程的变化，了解在加工过程中误差分布和发展，从而为实时误差

补偿、预报误差补偿和控制创造了条件；

（2）检测结果能够反映实际加工情况；

（3）在线检测由于是在加工过程中进行，会受到加工过程中一些条件的限制，在线检测的难度一般较大；

（4）在线检测大都用非接触传感器，对传感器的性能要求较高；

（5）在线检测一般是自动运行，形成在线检测系统，包括误差信号的采集、处理和输出、与误差补偿控制系统的连接。因此它往往不是一种单纯的检测方法。

12什么样的机床稳定性好？怎样提高机床的稳定性？

1）各部件的尺寸稳定性好

（1）采用尺寸稳定性好的材料制造机床部件，如用陶瓷、花岗岩、尺寸稳定性好的钢材、合金铸铁等；

（2）各部件经过消除应力使部件有高度的尺寸稳定性。

2)结构钢性高，变形小

（1）当机床运动部件位置改变，工件装卸或负载变化，受力作用变化等，均将造成变形。要求结构刚度高、变形量极小，基本不影响加工精度。

（2）各接触面和连接面的接触良好，接触刚度高，变性极小。

13理解空气静压轴承主轴的工作原理

（1）圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承：径向轴承的轴套制成外面鼓形，能自动调整定心。轴套的外表面做凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面相配合。当轴变形时，轴套可以自动调整位置，从而保证轴颈与轴鼓为面接触。用多孔石墨的轴衬代替小节流孔。（2）双半球空气轴承主轴：前后轴承均采用半球状，既是径向轴承又是轴向轴承。由于轴承的气浮面是球面，有自动调心作用，可提高前后轴承的同心度，提高主轴的回转精度。（3）前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴、立式空气轴承

14切削刃钝圆半径与最小切削厚度的关系？分析最小厚度与哪些因素有关？

15超精密切削刀具常采用哪些材料以及材料特点。 材料：天然单晶金刚石 特点：（1）刃磨性非常好；（2）硬度最高；（3）耐磨性好；（4）热传导效率高；（5）与有色金属摩擦系数小；（6）刀具的耐用度对切削速度不敏感。

16了解超精密加工的现状

特种加工

1掌握理解电火花加工为什么用脉冲型电源？

电火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后（1~1000μs ）需要停歇一段时间（50~100μs ）。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内；否则，会形成电弧放电，使工件表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花加工必须采用脉冲电源。

2掌握电火花加工基本原理，电火花蚀除主要原因。

电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。

研究结果表明，电火花 蚀除的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑，把多余的金属蚀除掉。

3掌握线切割加工一般采用什么极性加工？ 正极性加工；电火花线切割加工脉冲电源的原理与电火花成型加工脉冲电源是一样的，只是由于加工条件和加工要求不同，对其又有特殊的要求。受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，脉冲电源的脉冲宽度较窄（2~60μs ），单个脉冲能量、平均电流（1~5A ）一般较小，所以，线切割加工总是采用正极性加工。

4会分析说明提高电火花加工速度的方法并说明会产生什么后果？

（1）提高脉冲频率：提高脉冲频率，可通过减小脉冲停歇时间实现，但脉冲停歇时间过短，会使加工区工作液来不及消电离和排除电蚀产物及气泡，阻碍恢复其介电性能，以致形成破坏性的稳定电弧放电，使电火花加工过程不能正常进行。

（2）增加单个脉冲的能量：增加单个脉冲的能量主要是靠加大脉冲电流和增加脉冲宽度，单个脉冲能量的增加可以提高加工速度，但同时会使表面粗糙度变坏和降低加工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工场合。

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y D F F F F F F F F h

（3）提高工艺系数K：提高工艺系数K的途径很多，例如合理选用电极材料、电参数和工

，达到提高工艺系数K

作液，改善工作液的循环过滤方式等，从而提高有效脉冲利用率

的目的。

（4）减小脉冲间隔：脉冲间隔时间过短，将产生电弧放电。

5掌握什么是电火花加工的极性效应，在加工中如何利用极性效应提高加工效率，降低功率

损耗？P81

答：（1）极性效应：在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的

电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。在我国，车

床通常把工件与脉冲电源正极相接时的加工称为“正极性”加工，把工件与脉冲电源负极相接

时的加工称为“负极性”加工。

（2）充分利用极性效应：在窄脉冲宽度加工时，电子对正极的轰击作用大于正离子对负极

的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，此时应采用正极性加工；在宽脉冲宽度加工

时，正离子对负极的轰击作用大于电子对正极的轰击作用，负极的电蚀量大于正极的电蚀量，

此时，应采用负极性加工。最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。

6什么是吸附效应？

在油类介质中，吸附效应的产物是什么，有什么作用，还有哪些条件？

答：在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度

的覆盖层，这种现象叫覆盖效应，又叫吸附效应。在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨

化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。碳素层具有很高的耐电腐蚀性，对

电极表面有一定保护作用。其生成条件有：1）要有足够的温度。2）要有足够多的电蚀产物。

3）要有足够的时间。4）一般采用负极性加工5）必须在油类介质中进行加工。

7、电火花加工中工作液的主要作用？P84

在电火花加工过程中，工作液的作用是：

⑴加速电极间隙的冷却和消电离过程；

⑵压缩放电通道，并限制其扩展；

⑶加速电蚀产物的排除；

⑷加速放电的液体动力过程，有助于金属的抛出；

8、论述微细加工机理以及加工特点。

1）激光加工的原理与特点

（1) 激光加工的原理

123

4

5

61—激光器；2—激光束；

3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；

5—工件；6—工作台

（2) 激光加工的特点：

a 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。

b 激光能聚焦成极小的光斑。

c 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。

d 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。

e 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。 2）电子束加工 （1） 加工原理

电子束加工原理 超声波加工的原理

（2）电子束加工的特点如下：

a 电子束能够极其微细地聚焦(可达l ～0.1 μm) 。

b 加工材料的范围广。

c 加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。

d 电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。 3）离子束加工

离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。（1）离子束加工可分为四类： a 离子刻蚀 b 离子溅射沉积

c 离子镀(又称离子溅射辅助沉积)

d 离子注入

（2）离子束加工有如下特点：

a 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。

b 离子束加工在高真空中进行，污染少。

加工力

工具

工件

振动方向

磨料＋工作液

工具振幅

电子枪系统

聚焦系统

电子束

工件

抽真空系统

电源及控制系统

c 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用。 4）超声波加工的原理与特点 （1) 加工原理：如图 （2) 特点

a 适合于加工各种硬脆材料。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料。

b 由于工具可用较软的材料、做成较复杂的形状。

c 加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。

d 加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。

e 生产率较低。

9掌握电火花加工的物理本质（加工机理）P77~81 电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。这一过程大致分为以下几个阶段

（1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道 （2）电极材料的熔化、气化热膨胀 （3）电极材料的抛出 （4）极间介质的消电离

10.要熟练的编写电火花线性加工程序。

例2 用3B 代码编制加工图所示的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝直径为0.18 mm ，单边放电间隙为0.01 mm ，图中A 点为穿丝孔，加工方向沿A —B —C —D —E —F —G —H —A 进行。

G

F

E D

C

B H A 80

3

40

R 20

(a) 零件图

(b ) 钼丝轨迹图

G '

F 'H '

B '

A '

C '

D '

E '

11设计电火花电极尺寸

例题 有一孔形状及尺寸如图4-53所示，请设计电火花加工此孔的电极尺寸。已知电火花机床精加工的单边放电缩放量为0.03 mm 。

50

110

120R 2

5R 10

精密和超精密加工的应用和发展趋势

精密和超精密加工的应用和发展趋势 [摘要]本文以精密和超精密加工为研究对象，对世界上精密和超精密加工的应用和发展趋，势进行了分析和阐释，结合我国目前发展状况，提出今后努力方向和发展目标。 【关键词】精密和超精密加工；精度；发展趋势 精密和超精密制造技术是当前各个工业国家发展的核心技术之一，各技术先进国家在高技术领域(如国防工业、集成电路、信息技术产业等)之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。 美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在20世纪50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μm），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件￠2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。 在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μm，表面粗糙度Ra<10nm。 日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，是以民品应用为主要对象。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。 我国的精密、超精密加工技术在20世纪70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超

精密与特种加工技术课后答案

《精密与特种加工技术》课后答案 第一章 1.精密与特种加工技术在机械制造领域的作用与地位如何 答：目前，精密和特种加工技术已经成为机械制造领域不可缺少的重要手段，在难切削材料、复杂型面、精细零件、低刚度零件、模具加工、快速原形制造以及大规模集成电路等领域发挥着越来越重要的作用，尤其在国防工业、尖端技术、微电子工业方面作用尤为明显。由于精密与特种加工技术的特点以及逐渐被广泛应用，已引起了机械制造领域内的许多变革，已经成为先进制造技术的重要组成部分，是在国际竞争中取得成功的关键技术。精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。 2.精密与特种加工技术的逐渐广泛应用引起的机械制造领域的那些变革 答：⑴提高了材料的可加工性。 ⑵改变了零件的典型工艺路线。 ⑶大大缩短新产品试制周期。 ⑷对产品零件的结构设计产生很大的影响。 ⑸对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。 3.特种加工工艺与常规加工工艺之间有何关系应该改如何正确处理特种加工与常规加工之 间的关系 答：常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺，而且今后也始终是主流工艺。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，常规传统工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺。 4.特种加工对材料的可加工性以及产品的结构工艺性有何影响举例说明. 答：工件材料的可加工性不再与其硬度，强度，韧性，脆性，等有直接的关系，对于电火花，线切割等加工技术而言，淬火钢比未淬火钢更容易加工。 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响，以往普遍认为方孔，小孔，弯孔，窄缝等是工艺性差的典型，但对于电火花穿孔加工，电火花线切割加工来说，加工方孔和加工圆孔的难以程度是一样的，相反现在有时为了避免淬火产生开裂，变形等缺陷，故意把钻孔开槽，等工艺安排在淬火处理之后，使工艺路线安排更为灵活。 第二章 1.简述超精密加工的方法，难点和实现条件 答：超微量去除技术是实现超精密加工的关键，其难度比常规的大尺寸去除加工技术大的多，因为：工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随即的。精度难以控制，工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大的影响，去除层越薄，被加工便面所受的切应力越大，材料就

精密和超精密加工论文

精密和超精密加工论文 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，

精密与特种加工论文

精密与超精密加工技术 姓名：刘兴业 班级：机自086 学号：0815014172 简介： 目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况，有时有无表面缺陷也是这一问题的核心；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工应该包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。到80年代初，其最高加工尺寸精度已可达10纳米（1纳米=0.001微米）级,表面粗糙度达1纳米,加工的最小尺寸达1微米，正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。纳米级的超精密加工也称为纳米工艺 (nano-technology) 。超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。 几种常用的精密加工方法 传统的精密加工方法有布轮抛光、砂带磨削、超精细切削、精细磨削、珩磨、研磨、超精研抛技术、磁粒光整等。 主要有超精密车削、镜面磨削和等。在超精密车床上用经过精细研磨的单晶金刚石车刀进行微量车削,切削厚度仅1微米左右，常用于加工有色金属材料的球面、非球面和平面的反射镜等高精度、表面高度光洁的零件。 砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。国外在砂带材料及制作工艺上取得了很大的成就，有了适应于不同场合的砂带系列，生产出通用和专用的砂带磨床，而且自动化程度不断提高(已有全自动和自适应控制的砂带磨床)，但国内砂带品种少，质量也有待提高，对机床还处于改造阶段。

精密和超精密加工技术复习思考题答案

精密和超精密加工技术复习思考题答案 第一章 1.试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。 答：超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。 尖端技术方面，大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。因为集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。 2.从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。 答：通常将加工精度在0.1-lμm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1μm之间的加工方法称为精密加工。而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。 3.精密和超精密加工现在包括哪些领域。 答：精密和超精密加工目前包含三个领域： 1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。 2)精密和超精密磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。 3)精密特种加工。如电子束，离子束加工。使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。 4.试展望精密和超精密加工技术的发展。 答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。 5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何。 答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品。磁盘生产质量尚未完全过关，激光打印机的多面棱镜尚不能生产。1996年我国进口精密机床价值达32亿多美元(主要是精密机床和数控机床)。相当于同年我国机床的总产值，某些大型精密机械和仪器国外还对我们禁运。这些都说明我国必须大力发展精密和高精密加工技术。 6.我目要发展精密和超精密加工技术，应重点发展哪些方面的内容。

精密与特种加工

精密与超精密加工 1 什么是精密与超精密加工？ 目前在工业发达国家中， 一般工厂能稳定掌握的加工精度是 1 微米。 与此相应， 通常将加工 精度 在 0.1~1微米、加工表面粗糙度 Ra 在 0.02~0.1 微米之间的加工方法称为精密加工；而 将加工精度 高于 0.1微米、加工表面粗糙度 Ra 小于 0.01 微米的加工方法称为超精密加工。 2 积屑瘤对切削力的影响规律；能够画出积屑瘤的模型；会解释积屑瘤产生规律的原因 规律： 积屑 瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，和普通切削钢时的规律正好相反。普 通切削切钢时， 积 屑瘤可增加刀具的前角， 故积屑瘤增大可使切削力下降， 但是超精密切削 时积屑瘤增大反而使切削 力增大； 模型如图； 产生原因： 1）积屑瘤前端 R 大约 2～3μm ，实际切削力由积屑瘤刃口半径 R 起作用，切削 力明 显增加 。 2）积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大，切削力增大。 3）实际 切削厚度超过名义值，切削厚度增加 ，切削力增加。 3 会画金刚石晶体三个面的原子分布图、面网距、面网密度的计算。 4 理解掌握我国采用哪个晶面作为前后刀面；为什么？ 应考虑因素：刀具耐磨性好；刀刃微观强度 高，不易产生微观崩刃；刀具和被加工材料间摩 擦系数低，使切削变形小，加工表面质量高；制造研 磨容易。 110 晶面 面积= D 2 面积= 2D 2 原子数 4x1/4+1=2 原子数 4x1/4+2x1/2+2=4 原子数 3x1/6+3x1/2=2 面网密度 2/D 2 面网密度 4/ 2D 2 面网密度 2/( 3D 2 /2) 4/ 3D 2

精密与特种加工技术课后习题解答

精密与特种加工技术复习资料 第一章 1.精密与特种加工技术在机械制造领域的作用与地位如何答：目前，精密和特种加工技术已经成为机械制造领域不可缺少的重要手段，在难切削材料、复杂型面、精细零件、低刚度零件、模具加工、快速原形制造以及大规模集成电路等领域发挥着越来越重要的作用，尤其在国防工业、尖端技术、微电子工业方面作用尤为明显。由于精密与特种加工技术的特点以及逐渐被广泛应用，已引起了机械制造领域内的许多变革，已经成为先进制造技术的重要组成部分，是在国际竞争中取得成功的关键技术。精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。 2.精密与特种加工技术的逐渐广泛应用引起的机械制造领域的那些变革 答：⑴提高了材料的可加工性。 ⑵改变了零件的典型工艺路线。 ⑶大大缩短新产品试制周期。 ⑷对产品零件的结构设计产生很大的影响。 ⑸对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。 3.特种加工工艺与常规加工工艺之间有何关系应该改如何正

确处理特种加工与常规加工之间的关系 答：常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺，而且今后也始终是主流工艺。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，常规传统工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺。 4.特种加工对材料的可加工性以及产品的结构工艺性有何影响举例说明. 工件材料的可加工性不再与其硬度，强度，韧性，脆性，等有直接的关系，对于电火花，线切割等加工技术而言，淬火钢比未淬火钢更容易加工。 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响，以往普遍认为方孔，小孔，弯孔，窄缝等是工艺性差的典型，但对于电火花穿孔加工，电火花线切割加工来说，加工方孔和加工圆孔的难以程度是一样的，相反现在有时为了避免淬火产生开裂，变形等缺陷，故意把钻孔开槽，等工艺安排在淬火处理之后，使工艺路线安排更为灵活。 第二章

精密和超精密加工现状与发展趋势

精密和超精密加工现状与发展趋势 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μ;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μ;m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a. 砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b. 精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c. 珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μ;m，最好可到Ra0.025μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d. 精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 e. 抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μ;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.01~0.02μ;m，表面粗糙度Ra0.1μ;m。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μ;m。电化学抛光可提高到Ra0.1~0.08μm。 超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。 超精密加工包括微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等加工技术。微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对

精密与特种加工复习整理

第一章 1、特种加工：指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等源来进行加工的非传统加工方法 2、与传统切削加工的不同特点：①不是主要依靠机械能，而是主要用其他的能量去除工件材料；②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情况下，根本不需要使用任何工具；③在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用工件不成受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。 3、常规加工工艺和特种加工工艺之间有何关系？应该如何正确处理常规加工工艺和特种加工工艺之间的关系？ 答：常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺，而且今后也始终是主流工艺。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，常规传统工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺。 第二章 1、超微量去除技术是实现超精密加工的关键 2、超精密加工的实现条件：①超精密加工的机理与工艺方法；②超精密加工工艺装备；③超精密加工工具；④超精密加工中的工件材料；⑤精密测量及误差补偿技术； ⑥超精密加工工作环境、条件等。 3、超精密加工对超精密加工机床的基本要求： （1）高精度（2）高刚度（3）高稳定性（4）高自动化 4、主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。 5、精密主轴部件分为：液体静压轴承主轴.和空气静压轴承主轴 6、超精密机床的总体布局： （1）T形布局（2）十字形布局（3）R—θ布局（4）立式结构布局 7、常用导轨部件：（1）液体静压导轨（2）空气静压导轨和气浮导轨 8、床身及导轨的材料：优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等 9、超精密机床的进给系统一般采用：精密滚珠丝杆副、液体静压和空气静压丝杆副 10、常见微进给装置：(1)压电和电致伸缩微进给装置（2）摩擦驱动装置（3）机械结构弹性变形微量进给装置 11、超精密切削对刀具的要求 1)极高的硬度、耐磨性和极高的弹性模量； 2)刃口能磨得极其锋利，刃口半径ρ值极小； 3)刀刃无缺陷，以得到超光滑的镜面； 4)与工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低，以得到极好的加工表面完整性。 12、金刚石晶体有三个主要晶面:（100）（110）（111） 13、三个晶面的实际面网密度之比为: （100）:（110）:（111）=1:1.414:2.308 14、金刚石晶体（111）晶面硬度和耐磨性最高 15、解理现象：晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象。

精密与超精密加工试题和答案

1.精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？ 答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高，以目前的加工能力而言，精密加工的精度范围是0.1~1μm，加工表面精度Ra在0.02~0.1μm之间。超精密加工的精度高于0.1μm，加工表面精度Ra小于0.01μm。 超精密加工领域： 1）超精密切削， 2）超精密磨削， 3）超精密研磨和抛光。 2.超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚 晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？ 答：超精密切削对刀具的要求： 1) 刀具刃口锋锐度ρ 刀具刃口能磨得极其锋锐，刃口圆弧半径ρ极小，能实现超薄切削厚度，减小切削表面弹性恢复和表面变质层。ρ与切削刃的加工方位有关，普通刀具5~30μm，金刚石刀具<10nm；从物理学的观点，刃口半径ρ有一极限。 2) 切削刃的粗糙度。 切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5 μm，金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2 μm，特殊情况Ry1nm，很难。 3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，保证长的刀具寿命。 4) 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低，能得到极好的加工表面完整性。 单晶金刚石硬度极高。自然界最硬的材料，比硬质合金的硬度高5~6倍。摩擦系数低。除黑色金属外，与其它物质的亲和力小。能磨出极锋锐的刀刃。最小刃口半径1~5nm。耐磨性好。比硬质合金高50~100倍。导热性能好，热膨胀系数小，刀具热变形小。因此，天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削，但是价格仍然很昂贵。金刚石刀具不适宜切黑色金属，很脆，要避免振动而且价格昂贵，刃磨困难。 人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃，切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm，它只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。立方氮化硼现在用于加工黑色金属，但还达不到精密镜面切削。 3.超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用超硬磨 料砂轮？ 答：超精密磨削主要用于加工难加工材料，如各种高硬度、高脆性金属材料，其中有硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体材料及石材等。 这主要是由超硬磨料砂轮的特点决定的 超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的剪切应力就急速地增加，可能接近被磨材料的剪切强度极限。磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。普通磨料，在高温高压和高剪切应力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度低表面粗糙度的磨削质量。因此，在超精密磨削时，一般采用人造

精密和超精密加工

1、精密和超精密加工的三大领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特种加工。 2、金刚石刀具进行超精密切削时，适合加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属 和某些非金属材料。 3、最硬的刀具是天然单晶金刚石刀具。金刚石刀具的的寿命用切削路程的长度计算。 4、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直接相关。 5、影响超精密切削极限最小切削厚度最大的参数是切削刃钝圆半径r n。 6、金刚石晶体有3个主要晶面，即（100）、（110）、（111），（100）晶面的摩擦因数曲线有 4个波峰和波谷，（110）晶面有2个波峰和波谷，（111）晶面有3个波峰和波谷。 以摩擦因数低的波谷比较，（100）晶面的摩擦因数最低，（111）晶面次之，（110）晶面最高。 比较同一晶面的摩擦因数值变化，（100）晶面的摩擦因数差别最大，（110）次之，（111）晶面最小。 7、实际金刚石晶体的（111）晶面的硬度和耐磨性最高。 推荐金刚石刀具的前面应选（100）晶面。 8、（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，最不容易磨。 9、金刚石的3个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差很大。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”。 10、金刚石磨损本质是微观解离的积累；破损主要产生于（111）晶面的解离。 11、金刚石晶体定向方法：人工目测定向、X射线晶体定向、激光晶体定向。其中激光晶体 定向最常用。 12、金刚石的固定方法有：机械夹固、用粉末冶金法固定、使用粘结或钎焊固定。 13、精密磨削机理包括：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。 14、超硬磨料砂轮修整的方法有：车削法、磨削法、滚压挤轧法、喷射法、电加工法、超 声波振动修整法。电解在线修锐法（ELID—electrolytic in—process dressing），原理是利用电化学腐蚀作用蚀出金属结合剂。. 15、砂带磨削的方式包括闭式砂带磨削和开式砂带磨削，又称为“弹性”磨削、“冷态”磨 削、“高效”磨削、“廉价”磨削、“万能”磨削。 16、超精密机床主轴的驱动方式主要有：电动机通过带传动驱动机床主轴、电动机通过柔 性联轴器驱动机床主轴、采用内装式同轴电动机驱动机床主轴。 17、今年生产的中小超精密机床多采用T形机床总体布局。 18、保证零件加工精度的途径： ○1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“蜕化”原则，也称之为“母性”原则。 ○2在精度比工件要求较低的机床上，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。 19、提高现有设备加工精度的途径：误差的隔离和消除和误差的补偿。 20、加工精度的检测分为：离线检测、在位检测和在线检测。 21、误差补偿的形式或方法包括：误差的修正、校正、抵消、均匀化、钝化、分离等。 22、误差补偿系统的组成：误差信号的检测、误差信号的处理、误差信号的建模、补偿控 制和补偿执行机构。

精密和超精密加工现状与发展趋势

精密和超精密加工现状与发展趋势 核心提示：当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。同时，精密和超精密加工技术的发展也促进了机械、模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的发展。 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a. 砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b. 精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c. 珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d. 精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度 Ra≤0.025μm加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 e. 抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μm，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.01~0.02μm，表面粗糙度Ra0.1μm。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μm。电化学抛光可提高到Ra0.1~0. 08μm。

精密与特种加工技术试题库及参考答案

一、名词解释： 1．极性效应 在电火花加工中，把由于正负极性接法不同而蚀除速度不同的现象叫极性效应。 2．线性电解液 如NaCl电解液，其电流效率为接近100%的常数，加工速度v L和与电流密度i的曲线为通过原点的直线（v L=ηωi），生产率高，但存在杂散腐蚀，加工精度差。 3．平衡间隙（电解加工中） 当电解加工一定时间后，工件的溶解速度vL和阴极的进给速度v相等，加工过程达到动态平衡，此时的加工间隙为平衡间隙Δb 。 4．快速成形技术 是一种基于离散堆积成形原理的新型成形技术，材料在计算机控制下逐渐累加成形，零件是逐渐生长出来的，属于“增材法”。 5．激光束模式 激光束经聚焦后光斑内光强的分布形式。 二、判断题： 01．实验研究发现，金刚石刀具的磨损和破损主要是 由于111晶面的微观解理所造成的。（√） 02．电解加工时由于电流的通过，电极的平衡状态被 打破，使得阳极电位向正方向增大（代数值增 大）。（√） 03．电解磨削时主要靠砂轮的磨削作用来去除金属， 电化学作用是为了加速磨削过程。（×） 04．与电火花加工、电解加工相比，超声波加工的 加工精度高，加工表面质量好，但加工金属材 料时效率低。（√） 05．从提高生产率和减小工具损耗角度来看，极性 效应越显著越好，所以，电火花加工一般都采 用单向脉冲电源。（√） 06．电火花线切割加工中，电源可以选用直流脉冲 电源或交流电源。（×） 07．阳极钝化现象的存在，会使电解加工中阳极溶 解速度下降甚至停顿，所以它是有害的现象， 在生产中应尽量避免它。（×） 08．电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能 撞击工件，又转换成热能来蚀除金属的。（√） 09．电火花线切割加工中，电源可以选用直流脉冲 电源或交流电源。（×） 10．电火花加工是非接触性加工（工具和工件不接 触），所以加工后的工件表面无残余应力。（×） 11．电化学反应时，金属的电极电位越负，越易失去 电子变成正离子溶解到溶液中去。（√） 12．电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去 除材料的，电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆 加工的。（×） 13．氯化钠电解液在使用中，氯化钠成分不会损耗， 不必经常添加补充。（√） 14．由于离子的质量远大于电子，故离子束加工的 生产率比电子束高，但表面粗糙度稍差。（×） 15．阶梯形变幅杆振幅放大倍数最高，但受负载阻 力时振幅衰减严重，且容易产生应力集中。（√） 16．在超精密磨削时，如工件材料为硬质合金，则 需选用超硬磨料砂轮。（√） 17．法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析 出物质的量与通过的电量成正比，它也适用于 电镀。（√） 18．电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸 缩传感器、微量进给装置的机械结构及其驱动 电源。（√） 19．电解加工时，串连在回路中的降压限流电阻使电 能变成热能而降低电解加工的电流效率。（×） 20．等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的 单个脉冲能量相等。对于矩形波等脉冲电源，每个脉冲 放电持续时间相同。（√） 21．电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去 除材料的，电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆 加工的。（×） 三、填空题 01．超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精 度，不能有爬行。除要求导轨有很高的制造精度外，还 要求导轨的材料具有（很高的稳定性）、（耐磨性）和（抗 振性）。 02．精密和超精密加工机床主轴轴承的常用形式有 （液体静压轴承）和（空气静压轴承）。 03．金刚石晶体的激光定向原理是利用金刚石在不 同结晶方向上（因晶体结构不同而对激光反射形成不同 的衍射图像）进行的。 04．电火花加工蚀除金属材料的微观物理过程可分 为（介质电离击穿）、（介质热分解、电极材料熔化、气 化）、（蚀除物抛出）和（间隙介质消电离）四个阶段。 05．目前金刚石刀具主要用于（铝、铜及其合金等 软金属）材料的精密与超精密车削加工，而对于（黑色 金属、硬脆）材料的精密与超精密加工，则主要应用精 密和超精密磨料加工。 06.超声波加工主要是利用（磨料在超声振动作用 下的机械撞击和抛磨）作用来去除材料的，同时产生的 液压冲击和空化现象也加速了蚀除效果，故适于加工 （硬脆）材料。 07．实现超精密加工的关键是（超微量去除技术）， 对刀具性能的要求是：（极高的硬度和耐磨性）、（刃口 极其锋利）、刀刃无缺陷、与工件材料的抗粘接性好， 摩擦系数低。 08．电火花加工型腔工具电极常用的材料有：（纯 铜）、（石墨）、（铜钨合金）等。 09．影响电火花加工精度的主要因素有：（放电间隙 的大小）及其一致性、（工具电极的损耗）及其稳定 性和（二次放电现象）。 10．电火花加工按工件和工具电极相对运动的关系 可分为：电火花（穿孔成形加工）、电火花（线切割加 工）、电火花（磨削加工）、电火花（展成加工）、电火 花表面强化和刻字等类型。 11．电火花型腔加工的工艺方法有：（单电极平动 法）、（多电极更换法）、（分解电极法）、简单电极数 控创成法等。 12．实现超精密加工的技术支撑条件主要包括：（超 精密加工机理与工艺方法）、（超精密加工机床设备）、

精密和超精密加工基础试题

《精密超精密加工技术》期末试题 1～6题为必答题（每题10分）。 1.精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领 域？ 答：精密加工的精度范围为1μm~0.1μm、表面粗糙度为0.1μm~0.025μm；超精密加工的精度范围为高于0.1μm、表面粗糙度小于0.025μm。 超精密加工领域包括： （1）超精密切削加工。如采用金刚石刀具进行超精密切削，可进行各种镜面、反射镜、透镜等大型器件的精密加工。它成功地解决了激光核聚变系统和天体望远镜中地大型抛物面加工。 （2）超精密磨削和研磨抛光加工。如高密度硬磁盘地涂覆表面加工和大规模集成电路基片的加工，以及高等级的量块加工等。 （3）精密特种加工。如在大规模集成电路芯片上，采用电子束、离子束的刻蚀方法制造图形，目前可以实现0.1μm线宽。 2.超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人 造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？ 答：超精密切削对刀具性能的要求：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和尺寸耐用度。2）切削刃钝圆半径要极小，这样才能实现超薄切削厚度。3）切削刃无缺陷，因为切削时刃形将复印在加工表面上，切削刃无缺陷能得到超光滑的镜面。4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。 天然单晶金刚石有着一系列优异的特性，如硬度强度耐磨性极高导热性好，与有色金属摩擦因数低，刀具钝圆半径极小等。虽然价格昂贵，仍被公认为理想不能替代的超精密切削刀具材料。 人造单晶金刚石现在已能工业生产，并已开始用于超精密切削，但它的价格仍很昂贵。 人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃，钝圆半径很难小于1微米，因此它只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。

精密与超精密加工

摘要： Cu,Al 这两种金属及其合金对我们来说并不陌生，在我们的日常生活用品中，工厂，工件工艺品以及国家电力电网，航空航天等领域都有铜，铝的身影。不可否认的是，这两种金属对我们的生活生产有着很重要的影响。但就这两种金属而言，在自然界中总是以他们的化合物形式存在。随着工业化的推进，Cu化合物，Al化合物的形式越来越多样化，精度要求也越来越高，于是，对这些金属化合物的加工方法逐渐向着精密与超精密方向发展。 正文： Cu,Al及合金的精密与超精密加工方法的新展 Cu更Al在自然界是广泛分布的，而 Al是自然界中分布第二广的金属，由于其化学性质比较活泼，在外界总是以化合物的形式存在，Al2Co3,AlCl3,...都是其广泛存在的形式。Al还具有密度轻，导电性良好的特点，因此应用范围很大。在轻工业，有日用五金，家用电器；在电气行业，有高压输电线，变压器线圈，感应电动机；在电子行业的电视机，收音机，机械制造业、汽车行业、冶金行业、建筑行业、包装材料也有很多应用。 而Cu的化学性质不活泼，接近于惰性金属，但在自然界中也总是以化合物的形式存在。在空气中放一段时间，和铝一样，在其表面也有一层致密的氧化膜。Cu以其很好的导电性，良好的延展性以及耐腐蚀性，在输电线，印刷版，船舶上有很大的应用。 正是由于这些金属合金的广泛运用，因此其材料加工的精密程度就备

受关注。 一直以来，像铜，铝这样的金属材料可以用金刚石刀具切削，电化学加工法来溶解，氧化金属氧化物表面，使金属及其合金表面获得更高的加工精度。众所周知，精密加工通常是指加工精度在0.1~1ｕｍ，加工表面粗糙度Ｒａ在０.０２～０.１ｕｍ之间的加工方法称为精密加工，而将加工精度高于０。１ｕｍ，加工表面粗糙度Ｒａ小于０.０１ｕｍ的加工方法称为超精密加工。 比如铜及其合金的加工已经高度自动化，称为现代化大工业的重要组成部分。在现代生产中，铜的真空熔炼与铸锭方法可以生产电真空无氧铜、镍合金、含有易氧化烧损的铜合金。非真空感应熔炼、卧式连续铸造加工技术近十年来有巨大发展，主要表现为卧式连铸锡磷青铜的生产工艺。在特殊加工技术中，高精度异形铜带，内氧化弥散强化无氧铜，大面积杂断面异形铸造技术的发展就是现代铜加工技术精密化方向的展现。 纵观国内外40多年超精密机床发展史，可以总结出两大特点：一是大学和研究所保持着对超精密机床研究的持续热情，对高技术进行超前研究，对超精密机床产业化和商品化起着推动的作用；二是超精密机床的模块化、系统化是其进入市场的重要技术手段。 当今超精密机床技术的发展趋势是：技术上不断朝着加工的极限方向发展，向更高精度、更高效率方向发展，向大型化、微型化方向发展；功能上向加工检测补偿一体化方向发展；结构上向多功能模块化方向发展；功能部件上向新原理、新方法、新材料应用方面发展，总体来

精密与特种加工考试试题13级答案

大连理工大学研究生试卷 课程名称：精密与特种加工 学号 姓名： 考试时间：13年11月15日

《精密与加工技术》试题 一.必答题 1. 目前精密和超精密加工的精度范围分别为多少？ 答：（1）目前超精密加工技术是指加工尺寸、形状精度达到亚微米级，加工表面粗糙度达到纳米级的加工技术。在某些领域已经延伸到纳米尺度范围，其加工精度已接近纳米级，表面粗糙度已经达到0.1nm 级，并且正向原子级加工精度逼近。 其中，超精密切削的加工精度高于0.01μm ，表面粗糙度在0.02~0.005μm 之间；超精密磨削的加工精度达到或高于0.1μm ，表面粗糙度在0.025~0.003μm 之间；超精密抛光的加工精度可达数纳米，加工表面粗糙度可达0.1nm 级。 （2）精密加工的加工精度为0.1~1μm ，加工表面粗糙度为0.3~0.03μm ；其中精密磨削的加工精度约为1μm ，表面粗糙度为0.025μm 。 2. 超精密切削对刀具有什么要求？ 答：(1)刀具刃口锋锐度ρ小，以实现超薄切削，减小切削刃表面的弹性恢复和表面变质层； （2）极低的切削刃粗糙度，0.1~0.2y R m μ=，以减少刀具刃口误差复映的影响，获得超光滑表面； （3）极高的硬度与耐磨性，极高的弹性模量，以保证刀具具有极高的寿命及很高的尺寸耐用度； （4）足够的强度，刃口无缺陷，耐崩刃，以抵抗切削时晶粒内部强大的分子、原子间结合力； （5）化学亲和力小，和工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低，以得到极好的加工表面完整性。 3. 超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用金刚石砂轮？ 答：（1）超精密磨削的加工对象有：黑色金属以及陶瓷、玻璃等硬脆材料。 （2）一方面，由于超精密磨削是一种超微量去除加工方式，其切削厚度极薄，磨粒的切削深度甚至小于晶粒的尺寸，使得磨削过程在晶粒内部进行，这就要求磨削力大于晶粒内部极大的原子、分子结合力，这样磨粒所承受的切应力非常大甚至趋近于被磨削材料的剪切强度极限，这就要求磨粒具有较高的抗剪切能力；另一方面，由于磨削过程中所产生的高温、高压作用，又要求磨粒在高温下具有较好的硬度、强度保持性。对于普通的磨料，在高温、高压与高剪切力作用下，磨粒会迅速磨损或崩裂，加工表面质量严重恶化；相反，由于超硬磨料砂轮具有耐磨性好、寿命高，磨削温度低、散热性能好，加工表面质量好，磨削效率高，热稳定性好、与铁族元素亲和力低、化学稳定性好等优点，可用来加工各种高硬度、高脆性金属与非金属材料。因此，在超精密磨削中多选用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。 4. 固结磨料加工与游离磨料加工相比有什么特点？ 答：（1）游离磨料加工是基于三体摩擦磨损原理，工艺参数多，加工过程不稳定，

精密和超精密加工论文

精密和超精密加工论文（6000个字） 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，