精密和超精密加工技術(shù)復(fù)習(xí)思考題答案

1、精密和超精密加工技術(shù)復(fù)習(xí)思考題答案第一章1.試述精密和超精密加工技術(shù)對(duì)發(fā)展國(guó)防和尖端技術(shù)的重要意義。答：超精密加工技術(shù)在尖端產(chǎn)品和現(xiàn)代化武器的制造中占有非常重要的地位。國(guó)防方面，例如：對(duì)于導(dǎo)彈來說，具有決定意義的是導(dǎo)彈的命中精度，而命中精度是由慣性儀表的精度所決定的。制造慣性儀表，需要有超精密加工技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備。尖端技術(shù)方面，大規(guī)模集成電路的發(fā)展，促進(jìn)了微細(xì)工程的發(fā)展，并且密切依賴于微細(xì)工程的發(fā)展。因?yàn)榧呻娐返陌l(fā)展要求電路中各種元件微型化，使有限的微小面積上能容納更多的電子元件，以形成功能復(fù)雜和完備的電路。因此，提高超精密加工水平以減小電路微細(xì)圖案的最小線條寬度就成了提高集成電路集成度的技

2、術(shù)關(guān)鍵。2.從機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展看，過去和現(xiàn)在達(dá)到怎樣的精度可被稱為精密和超精密加工。答：通常將加工精度在0.1-lm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1m之間的加工方法稱為精密加工。而將加工精度高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra 0.01m的加工方法稱為超精密加工。3.精密和超精密加工現(xiàn)在包括哪些領(lǐng)域。答：精密和超精密加工目前包含三個(gè)領(lǐng)域： 1)超精密切削，如超精密金剛石刀具切削，可加工各種鏡面。它成功地解決了高精度陀螺儀，激光反射鏡和某些大型反射鏡的加工。 2)精密和超精密磨削研磨。例如解決了大規(guī)模集成電路基片的加工和高精度硬磁盤等的加工。 3)精密特種加工。如電子束，離子束加工。使美

3、國(guó)超大規(guī)模集成電路線寬達(dá)到0.1m。4.試展望精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展。答：精密和超精密加工的發(fā)展分為兩大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和開發(fā)；另一方面是以三維曲面加工為主的高性能的超精密機(jī)械加工技術(shù)以及作為配套的三維超精密檢測(cè)技術(shù)和加工環(huán)境的控制技術(shù)。5.我國(guó)的精密和超精密加工技術(shù)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比情況如何。答：我國(guó)當(dāng)前某些精密產(chǎn)品尚靠進(jìn)口，有些精密產(chǎn)品靠老工人于藝，因而廢品率極高，例如現(xiàn)在生產(chǎn)的某種高精度慣性儀表，從十幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)中才能挑選出一臺(tái)合格品。磁盤生產(chǎn)質(zhì)量尚未完全過關(guān)，激光打印機(jī)的多面棱鏡尚不能生產(chǎn)。1996年我國(guó)進(jìn)口精密機(jī)床價(jià)值達(dá)32億多美元(主要是精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床

4、)。相當(dāng)于同年我國(guó)機(jī)床的總產(chǎn)值，某些大型精密機(jī)械和儀器國(guó)外還對(duì)我們禁運(yùn)。這些都說明我國(guó)必須大力發(fā)展精密和高精密加工技術(shù)。6.我目要發(fā)展精密和超精密加工技術(shù)，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展哪些方面的內(nèi)容。答：根據(jù)我國(guó)的當(dāng)前實(shí)際情況，參考國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)應(yīng)開展超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)的研究，其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1)超精密切削磨削的基本理論和工藝；2)超精密設(shè)備的精度，動(dòng)特性和熱穩(wěn)定性；3)超精密加工精度檢測(cè)及在線檢測(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。第二章1.金剛石刀具超精密切削有哪些應(yīng)用范圍?答：用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，用于加工鋁合金，無氧銅，黃銅非電解鎳等有色金屬和某些非金屬材

5、料。2.金剛石刀具超精密切削的切削速度應(yīng)如何選擇?答：超精密切削實(shí)際選擇的切削速度，經(jīng)常是根據(jù)所使用的超精密機(jī)床的動(dòng)特性和切削系統(tǒng)的動(dòng)特性選取，即選擇振動(dòng)最小的轉(zhuǎn)速，因?yàn)樵谠撧D(zhuǎn)速時(shí)表面粗糙度最小，加工質(zhì)量最高，獲得高質(zhì)量的加工表面是超精密切削的首要問題。使用質(zhì)量好，特別是動(dòng)特性好，振動(dòng)小的超精密機(jī)床可以使用高的切削速度，可以提高加工的效率。3.試述超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律和它對(duì)切削過程和加工表面粗糙度的影響。答：當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度最高，當(dāng)切削速度大于v314m/min時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。這說明在低速切削時(shí)，切削溫度比較低，較適于積屑瘤生長(zhǎng)，且在低速時(shí)積屑瘤高度值比較

6、穩(wěn)定，在高速不穩(wěn)定。特別是切黃銅和紫銅，積屑瘤不穩(wěn)定且比較小。刀具的微觀缺陷也將直接影響積屑瘤的高度，完整刃的積屑瘤高度比有微小崩刃的刀刃積屑瘤高度小。進(jìn)給量很小時(shí)，積屑瘤的高度較大。背吃刀量小于25m 時(shí)，積屑瘤的高度變化不大，但在大于25m后，積屑瘤高度將隨背吃刀量的增加而增加。積屑瘤對(duì)切削力的影響為：當(dāng)積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也小。積屑瘤對(duì)加工表面粗糙度的影響為：當(dāng)積屑瘤高度大時(shí)，表面粗糙度大，積屑瘤小時(shí)加工表面粗糙度亦小。4.試述各工藝參數(shù)對(duì)超精密切削表面質(zhì)量的影響。答：切削速度對(duì)加工表面粗糙度基本無影響。當(dāng)超精切削采用很小的進(jìn)給量，加工表面粗糙度值減小。刀具有修光刃的時(shí)候

7、，可減少殘留面積，減小加工表面的粗糙度值。背吃刀量減小將使加工表面粗糙度加大。5.超精密切削時(shí)如何才能使加工表面成為優(yōu)質(zhì)的鏡面?答：進(jìn)給量為2.5m/r，背吃刀量為2m時(shí)，不同切削速度均得到表面粗糙度極小的加工表面；使用圓弧切削刃刀具，在進(jìn)給量小于5m/r時(shí)，均可得到優(yōu)質(zhì)鏡面；v=314m/min，f=2.5m/r，進(jìn)給量為0.5-5m時(shí)也可得到優(yōu)質(zhì)的鏡面。6.超精密切削時(shí)，金剛石刀具切削刃鋒銳度對(duì)切削變形和加工表面質(zhì)量的影響如何？答：鋒銳的金剛石刀具可加工出表面粗糙度值較小的加工表面。用鋒銳金剛石車刀切削時(shí)，切屑變形系數(shù)明顯低于用較鈍的刀具切削時(shí)的切屑變形系數(shù)。7.超精密切削時(shí)極限最小切削厚

8、度是多少?答：極限最小切削厚度。8.試述超精密切削用金剛石刀具的磨損和破損特點(diǎn)。答：金剛石刀具的磨損，主要是機(jī)械磨損，其磨損本質(zhì)是微觀解理的積累。金剛石晶體的破損，主要產(chǎn)生于（111）晶面的解理。9.金剛石刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面質(zhì)量的影響如何？答：（100）晶面的車刀切削時(shí)的切削變形比用（110）晶面的車刀要小。（100）晶面的車刀和（110）晶面的車刀的加工表面粗糙度相差不多。（100）晶面車刀切出的表面層殘余應(yīng)力小于用（110）晶面的車刀所切出的，特別是切向殘余應(yīng)力。10.工件材料的晶體方向?qū)η邢髯冃魏图庸け砻尜|(zhì)量的影響如何？11.脆性材料用超精密切削如何加工出優(yōu)質(zhì)表面？12.超

9、精密切削對(duì)刀具有哪些要求？為什么單晶金剛石是被公認(rèn)為理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料？答：為實(shí)現(xiàn)超精密切削。刀具應(yīng)具有如下性能。 1)極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。以保證刀具有很長(zhǎng)的壽命和很高的尺寸耐用度。 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)刀刃無缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)印在加工表面上，能得到超光滑的鏡面。 4)和工件材料的抗粘結(jié)性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性。天然單晶金剛石有著一系列優(yōu)異的特件。如硬度極高、耐磨性和強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、和有色金屬摩擦系數(shù)低，能磨出極鋒銳的刀刃等。因此雖然它的價(jià)格昂貴，仍被一致公認(rèn)為理想的

10、、不能代替的超精密切削刀具材料。13.單晶金剛石有哪幾個(gè)主要晶面?答：按晶體學(xué)原理，六方晶系的金剛石晶體有三個(gè)主要晶面：（100）、（111）、（110）。14.試述金剛石晶體的各向異性和不同晶面研磨時(shí)的好磨難磨方向。答：1)(100)晶面的摩擦系數(shù)曲線有4個(gè)波峰和波谷；(110)晶面有兩個(gè)波蜂和波谷；(111)晶面有三個(gè)波峰和波谷；2)如都以摩擦系數(shù)低的波谷比較，(100)晶面的摩擦系數(shù)最低；(111)晶面次之；（110）晶面最高；3)如比較同晶面的摩擦系數(shù)值的變化，(100)晶面的摩擦系數(shù)差別最大；(110)晶面次之；(111)晶面最小。不同晶面研磨時(shí)的好磨難磨方向如下圖所示： 15.金剛

11、石晶體有哪些定向方法?答：現(xiàn)在采用的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。16.試述金剛石晶體的激光定向原理和方法。答：金剛石晶體的激光定向原理就是利用金剛石在不同結(jié)晶方向上，晶體結(jié)構(gòu)不同，對(duì)激光反射而形成的衍射圖像不同而進(jìn)行的。方法為：由氦氖激光管產(chǎn)生激光束，通過屏幕上的小孔，照射到金剛石表面。全剛石表面存在一些在生長(zhǎng)過程中形成的形狀規(guī)則的晶界晶紋和微觀凹坑。當(dāng)相干性比較好的激光照射到金剛石晶體表面上的這些晶紋和微觀凹坑時(shí)，如被激光照射的金剛石表面是某晶面面網(wǎng)。轉(zhuǎn)動(dòng)金剛石使被測(cè)晶面與激光束相垂直，激光被反射到屏幕上，形成特征衍射光像，可根據(jù)衍射光像的圖形知道被激光

12、照射的晶面是什么晶面，也就確定了該晶面在金剛石晶體內(nèi)的空間方位。17.如何根據(jù)金剛石微觀破損強(qiáng)度來選擇金剛石刀具的晶面?答：當(dāng)作用應(yīng)力相同時(shí)，(110)面破損的機(jī)率最大，（111)面次之，（100)面產(chǎn)生破損的機(jī)率最小。即在外力作用下，(110)面最易破損，(111)面次之，(100)面最不易破損。這在設(shè)計(jì)金剛石刀具，選擇前面和后面的晶面時(shí)，必須首先給予考慮。根據(jù)上面的分析可知，從增加刀刃的微觀強(qiáng)度考慮，應(yīng)選用微觀強(qiáng)度最高的(100)晶面作為金剛石刀具的前面和后面。18.比較直線修光刃和圓弧修光刃金剛石刀具的優(yōu)缺點(diǎn)。答：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

13、。圓弧修光刃刀具對(duì)刀容易，使用方便，但刀具制造研磨麻煩，價(jià)格要高些。19.單晶金剛石刀具的前面應(yīng)選哪個(gè)晶面。答：推薦金剛石刀具的前面選（100）晶面。20.試述金剛石刀具的金剛石固定方法。答：機(jī)械夾固；粉末冶金法固定；粘結(jié)或釬焊固定。21.試述單晶金剛石刀具的研磨加工方法。答：一顆單晶金剛石毛坯，要做成精密金剛石刀具。首先要經(jīng)過晶體定向，確定制成刀具的前面、后面的空間位置，確定需要磨去的部分。金剛石要再經(jīng)過仔細(xì)檢查，觀察切削部分的金剛石內(nèi)部有沒有裂紋、雜質(zhì)或其他缺陷。金剛石開始粗磨，一般采用高速旋轉(zhuǎn)的鑄鐵盤加金剛石微粉進(jìn)行粗研磨，基本成形后，最后進(jìn)行精研。22.單晶金剛石刀具質(zhì)量的好壞如何評(píng)定

14、。答：衡量金剛石刀具質(zhì)量的好壞，首先是能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面，其次是它能否有較長(zhǎng)的切削時(shí)間保持刀刃鋒銳，仍能切出極高質(zhì)量的加工表面。第三章1.何謂固結(jié)磨料加工?何謂游離磨料加工？它們各有何特點(diǎn)？適用于什么場(chǎng)合？答：將磨?；蛭⒎叟c結(jié)合劑粘合在一起，形成一定的形狀并具有定強(qiáng)度，再采用燒結(jié)、粘接、涂敷等方法形成砂輪、砂條、油石、砂帶等磨具的加工方法叫做固結(jié)磨料加工。磨?；蛭⒎鄄皇枪探Y(jié)在一起，而是成游離狀態(tài)的加工方法叫做游離磨料加工。固結(jié)磨料加工有精密砂輪磨削、油石研磨、精密珩磨、精密超精加工、砂帶磨削和砂帶研拋。游離磨料加工有精密研磨和精密拋光。2.試述超硬磨料磨具的特點(diǎn)。超硬磨料磨具為什么會(huì)

15、成為精密加工和超精密加工的主要工具之一？答：金剛石是自然界中硬度最高的物質(zhì)，有較高的耐磨性，它還有很高的彈性模量，可以減小加工時(shí)工件的內(nèi)應(yīng)力、內(nèi)部裂隙和其他缺陷。金剛石有較大的熱容量和良好的熱導(dǎo)性，線膨脹系數(shù)小，熔點(diǎn)高，但700攝氏度以上易與鐵族金屬產(chǎn)生化學(xué)作用而形成碳化物，造成化學(xué)磨損。故一般不適宜磨削鋼鐵材料。立方氮化硼的硬度略低于金剛石。但耐熱性比金剛石高，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與碳在2000攝氏度時(shí)不起反應(yīng)，故適于磨削鋼鐵材料。由于它在高溫下易與水產(chǎn)生反應(yīng)，因此一般多用于干磨。由于超硬磨料的上述特點(diǎn)，用它們制作的磨具在一下幾方面能夠滿足精密加工和超精密加工的要求，因此使用廣泛。 （1）磨

16、具在形狀和尺寸上易于保持，耐用度高，切削精度高。 （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，因此可以減小內(nèi)應(yīng)力、裂紋和燒傷等缺陷。3.在表示普通磨料磨具和超硬磨料磨具的技術(shù)性能時(shí)，有哪些技術(shù)性能的表示方法相向？有哪些技術(shù)性能的表示方法不同？為什么？答：相同的技術(shù)性能有：顯微硬度、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。普通磨具中磨料的含量用組織表示，它反映了磨料、結(jié)合劑和氣孔三者之間體積的比例關(guān)系。超硬磨具中磨料的含量用濃度表示，它是指磨料層中每1立方厘米體積中所含超硬磨料的重量，濃度越高，其含量越高。普通磨具的硬度是指磨粒在外力作用下，自磨

17、料表面脫落的難易程度。超硬磨具沒有硬度項(xiàng)。4.為什么在超硬磨料磨具的結(jié)構(gòu)中一般由磨料層、過渡層和基體三個(gè)部分組成？過渡層起什么作用？普通磨料磨具的結(jié)構(gòu)為什么與超硬磨料磨具的結(jié)構(gòu)不同？5.涂覆磨具在制造技術(shù)上的質(zhì)量關(guān)鍵是哪些？答：粘接劑和涂覆方法。6.試述近年來涂覆磨具在精密和超精密加工中所占的地位。7.試述涂覆磨具制造中三種涂覆方法的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。答：(1)重力落砂法 先將粘接劑均勻涂敷在基底上，再靠重力將砂粒均勻地噴灑在涂層上，經(jīng)烘干去除浮面砂粒后即成卷狀砂帶，裁剪后可制成涂覆磨具產(chǎn)品，整個(gè)過程自動(dòng)進(jìn)行。一般的砂紙、砂布均用此法，制造成本較低。 （2）涂覆法 先將砂粒和粘接劑進(jìn)行充分均勻地

18、混合，然后利用膠輥將砂粒和粘接劑混合物均勻地涂敷在基底上。粘接劑和砂粒的混合多用球磨機(jī)，而涂敷多用類似印刷機(jī)的涂敷機(jī)，可獲得質(zhì)量很好的砂帶，一般塑料膜材料的基底砂帶都用這種方法。簡(jiǎn)單的涂覆法也可用噴頭將砂粒和粘接劑的混合物均勻地噴灑在基底上，多用于小量生產(chǎn)紙質(zhì)材料基底的砂帶，當(dāng)然質(zhì)量上要差一些。精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂敷法制作。 (3)靜電植砂法 其原理是利用靜電作用將砂粒吸附在已涂膠的基底上，這種方法由于靜電作用，使砂粒尖端朝上，因此砂帶切削性強(qiáng)，等高性好，加工質(zhì)量好，受到廣泛采用。8.試從系統(tǒng)工程的角度分析精密磨削的技術(shù)關(guān)鍵。答：砂輪粒度和結(jié)合劑的選擇以及砂輪修整。9.試分析

19、砂輪修整對(duì)精密磨削質(zhì)量的影響。答：修整導(dǎo)程和修整深度對(duì)工件表面粗糙度的影響如下圖所示：10.精密磨削能獲得高精度和小表面粗糙度表面的主要原因何在？答：精密磨削主要是靠砂輪的精細(xì)修整，使磨粒具有微刃性和等高件，磨削后，被加工表面留下大量極微細(xì)的磨削痕跡，殘留高度極小，加上無火花磨削階段的作用，獲得高精度和低表面粗糙度的表面。11.試分析超硬磨料砂輪的各種修整方法的機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：車削法：用單點(diǎn)、聚晶金剛石筆，修整片等車削金剛石砂輪以達(dá)到修整目的。這種方法的修正精度和效率都比較高，但修整后的砂輪表面平滑，切削能力低。磨削法磨削法：用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪對(duì)磨進(jìn)行修整，普通磨料(

20、如碳化硅、剛玉等)磨粒被破碎，對(duì)樹脂、陶瓷、金屬結(jié)合劑起切削作用，失去結(jié)合劑把持的超硬磨粒就會(huì)脫落。這種方法的效率和質(zhì)量都較好，但普通砂輪、砂塊磨損相當(dāng)迅速，是目前最為廣泛采用的修整方法。滾壓擠軋發(fā)：滾壓法是用碳化硅、剛玉、硬質(zhì)合金或鋼鐵等制成修整輪，與超硬磨料砂輪在一定壓力下進(jìn)行自由對(duì)滾(修整輪無動(dòng)力)，使結(jié)合劑破裂形成容屑空間，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃，該法修整效率低，修整壓力大，要求磨床剛度高。噴射法：（1）氣壓噴砂法 將碳化硅、剛玉磨粒從高速噴嘴噴射到轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪表面上，從而去除部分結(jié)合劑，使超硬磨粒突出。主要用于修銳，效果較好。（2）液壓噴砂法 用高壓泵打出流量為20Lmin、壓力

21、為150Pa的冷卻液，當(dāng)冷卻液進(jìn)入噴嘴的旋渦室時(shí)，形成低壓，從邊孔中吸入碳化硅或剛玉等磨粒及空氣，與冷卻液形成混合液，并以高速?gòu)膰娮靽娚涞睫D(zhuǎn)動(dòng)的砂輪上。這種方法修銳的砂輪精度高、鋒利、修銳時(shí)間短。電加工法：（1）電解修銳法 利用電化學(xué)腐蝕作用蝕除金屬結(jié)合劑。這種方法的裝備簡(jiǎn)單，可方便地實(shí)現(xiàn)在線修銳，多用于金屬結(jié)合劑砂輪的修銳，非金屬結(jié)合劑砂輪無效，該方法不能用于整形。(2)電火花修整法 其原理是電火花放電加工，適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪。若在結(jié)合劑中加人石墨粉，也可用于樹脂、陶瓷結(jié)合劑砂輪。修整時(shí)可用電火花線切割方式和電火花成型方式進(jìn)行修整。若配置數(shù)控系統(tǒng)，尚可進(jìn)行成形修整。這種方法既可整形，又

22、可修銳，效率較高，質(zhì)量可與磨削法相當(dāng)。超聲波振動(dòng)修整法：用受激振動(dòng)的簧片或超聲波振動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)的幅板作為修整器，并在砂輪和修整器間放入混油磨料，通過游離磨料撞擊砂輪的結(jié)合劑使超硬磨粒突出結(jié)合劑。該法修銳效果較好，用于整形較少。12.試分析普通磨料砂輪和超硬磨料砂輪在修整機(jī)理上的不同。答：普通砂輪的整形和修銳一般是合為一步進(jìn)行的，而超硬磨料砂輪的整形和修銳一般是分為先后兩步進(jìn)行，有時(shí)，整形和修銳采用不同的方法。13.在超硬磨料砂輪磨削時(shí)如何選用磨削液？答：金剛石砂輪磨削時(shí)常用油性液和水溶性液為磨削液，視具體情況而定，如磨削硬質(zhì)合金時(shí)普遍采用煤油，但不宜使用乳化液；樹脂結(jié)合劑砂輪不宜使用蘇打水。立方氮

23、化硼砂輪磨削時(shí)采用油性液為磨削液，一般不用水溶性液，因?yàn)樵诟邷叵孪铝⒎降鹉チ：退畷?huì)起化學(xué)反應(yīng)，稱水解作用。會(huì)加劇砂輪磨損，可加極壓添加劑以減弱水解作用。14.超精密磨削的含義是什么？鏡面磨削的含義是什么？答：超精密磨削是最高加工精度、最低表面粗糙度的砂輪磨削方法。一般是指加工精度達(dá)到或者高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra 0.025m，是一種亞微米級(jí)的加工方法。鏡面磨削一般是指加工表面粗糙度達(dá)到Ra 0.02-0.01m，表面光澤如鏡的磨削方法。15.試從系統(tǒng)工程的角度來分析超精密磨削能達(dá)到高質(zhì)量的原因。答：影響超精密磨削的因素很多，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

24、系統(tǒng)，對(duì)力、熱、振動(dòng)、材料組織、工作環(huán)境的溫度和凈化等都有穩(wěn)定性的要求，并有較強(qiáng)的抗擊來自系統(tǒng)內(nèi)外的各種干擾的能力，有了高穩(wěn)定性，才能保證加工質(zhì)量的要求。所以超精密磨削是一個(gè)高精度、高穩(wěn)定性的系統(tǒng)。16.試分析超硬微粉砂輪超精密磨削的特點(diǎn)。17.試比較精密砂輪磨削和精密砂帶磨削的機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：精密砂輪磨削機(jī)理：（1）微刃的微切削作用 使用較小的修整導(dǎo)程和修整深度精細(xì)修整砂輪，使磨粒微細(xì)破碎而產(chǎn)生微刃，一顆磨粒就形成了多顆微磨粒，相當(dāng)于砂輪的粒度變細(xì)，微刃的微切削作用形成了低粗糙度表面；（2）微刃的等高切削作用 由于微刃是砂輪精細(xì)修整形成的，因此分布在砂輪表層的同一深度上的微刃數(shù)量多

25、、等高性好，從而使加工表面的殘留高度極小，微刃的等高性除與砂輪修整有關(guān)外，尚與磨床的精度、震動(dòng)等因素有關(guān)；(3)微刃的滑擠、摩擦、拋光作用 砂輪修整得到的微刃開始比較銳利，切削作用強(qiáng)，隨著磨削時(shí)間的增加而逐漸鈍化。同時(shí)，等高性得到改善，這時(shí)，切削作用減弱?；瑪D、摩擦、拋光作用加強(qiáng)，磨削區(qū)的高溫使金屬軟化，鈍化微刃的滑擠和擠壓將工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度。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)理來看，砂帶磨削兼

26、有磨削、研磨和拋光作用，是一種復(fù)合加工。18.比較閉式砂帶磨削和開式砂帶磨削的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。答：閉式砂帶磨削：采用無接頭或有接頭的環(huán)形砂帶，通過張緊輪撐緊，由電動(dòng)機(jī)通過接觸輪帶動(dòng)砂帶高速回轉(zhuǎn)，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)作縱向及橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。這種方式效率高，但噪聲大，易發(fā)熱。可用于粗、半精和精加工。 開式砂帶磨削：采用成卷砂帶，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)通過卷帶輪帶動(dòng)砂帶作極緩慢的移動(dòng)，砂帶繞過接觸輪并以一定的工作壓力與工件被加工表面接觸，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)作縱向及橫向進(jìn)給，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。由于砂帶在磨削過程中的連續(xù)緩慢移動(dòng)，切削區(qū)域不斷出現(xiàn)新砂粒，磨削質(zhì)量高且穩(wěn)定，磨

27、削效果好，但效率不如閉式砂帶磨削。多用于精密和超精密磨削中。19.試述接觸輪外緣截面形狀及其結(jié)構(gòu)對(duì)砂帶磨削的影響。答：平滑形用于細(xì)粒度砂帶精磨、精密和超精密及研拋；鋸齒形用于粗磨和精磨；填充形用于粗磨。20.分析接觸輪外緣材料的種類及其硬度對(duì)砂帶磨削的影響。答：各種接觸輪外緣類型及其特點(diǎn)和用途如下表所示：21.如何處理砂帶磨削時(shí)的冷潤(rùn)與除塵問題？答：磨削液與干磨劑的選擇：濕磨時(shí)，磨削液的選擇除考慮加工表面粗糙度、被加工材料外，必須要考慮砂帶粘接劑的種類。另外，還應(yīng)考慮基底材料。干磨時(shí)，當(dāng)粒度號(hào)大于P150時(shí)，可采用干磨劑。砂帶磨削的除塵：無論是濕磨還是干磨，無論是在砂帶磨床磨削還是在普通機(jī)床上

28、利用砂帶磨削頭架磨削，都應(yīng)設(shè)有吸塵和集塵裝置?？捎梅忾]罩或吸塵管等結(jié)構(gòu)將磨削液、切屑、磨粒等匯集于集塵箱內(nèi)，通過過濾回收、磨削液再用；干磨時(shí)則不必回收。第四章1.試述精密和超精密機(jī)床的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況。答：美國(guó)超精密機(jī)床的水平最高，不僅有不少工廠生產(chǎn)中小型超精密機(jī)床，而且由于國(guó)防和尖端技術(shù)的需要，研究開發(fā)了大型超精密機(jī)床，其代表是LLL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于1983-1984年研制成功的DTM-3和LODTM大型金剛石超精密車床。這兩臺(tái)機(jī)床是現(xiàn)在世界公認(rèn)的水平最高的、達(dá)到當(dāng)前技術(shù)最前沿的大型超精密機(jī)床。英國(guó)是較早從事精密和超精密加工技術(shù)研究的國(guó)家之一。英國(guó)CUPE公司以其精加工技術(shù)聞名于世，曾生產(chǎn)HATC

29、 300等超精密車床，1991年該公司研制成功用于加工x射線天體望遠(yuǎn)鏡用反射鏡的2.5m×2.5m大型超精密機(jī)床，可用于精密磨削和坐標(biāo)測(cè)量。這是迄今第二個(gè)能制造這樣大的大型超精密機(jī)床的單位日本研究超精密切削技術(shù)和研制超精密機(jī)床雖起步較晚，70年代中期才開始，但是內(nèi)于得到有關(guān)方面的重視和協(xié)同努力，發(fā)展很快?，F(xiàn)在在中小型超精密機(jī)床生產(chǎn)上，已基本上和美國(guó)并駕齊驅(qū)。2.試述我國(guó)發(fā)展超精密機(jī)床概況。答：我國(guó)在60年代起即開始發(fā)展精密機(jī)床，經(jīng)過近30年的努力，我國(guó)的精密機(jī)床已有相當(dāng)規(guī)模，不僅品種上基本滿足我國(guó)生產(chǎn)需要，而且精度質(zhì)量上達(dá)到一定的水平。例如昆明機(jī)床廠、寧江機(jī)床廠和以漢川機(jī)床廠生產(chǎn)多種

30、坐標(biāo)鏜床，有立式的并且有臥式的，最新的坐標(biāo)鏜床已有精密數(shù)控系統(tǒng)。坐標(biāo)鏜床的定位精度在3-5m。寧江機(jī)床廠現(xiàn)又生產(chǎn)MK2932B連續(xù)軌跡數(shù)控坐標(biāo)磨床，工作臺(tái)面積320mm×600mm，定位精度±2m。重慶機(jī)床廠生產(chǎn)高精度滾齒饑、武漢重型機(jī)床廠生產(chǎn)大型高精度滾齒機(jī)。北京航空精密機(jī)械研究所研制成功空氣軸承主軸的超精密車床和金剛石鏜床，該研究所用花崗巖制造精密空氣軸承主軸，使用性能良好。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功帶激光在線測(cè)量的空氣軸承主軸數(shù)控超精密車床，性能良好。 我國(guó)超精密機(jī)床的生產(chǎn)和研制，實(shí)際是現(xiàn)在才開始，和國(guó)外的差距甚大。由于這項(xiàng)新技術(shù)直接影響國(guó)防和尖端技術(shù)的發(fā)展、尖端技術(shù)產(chǎn)品

31、的生產(chǎn)，有著極大的重要性。要從國(guó)外引進(jìn)又受保密、禁運(yùn)的限制，必須自己開發(fā)研究。因此必須給予充分的重視。應(yīng)該投入充分的人力、物力、給予充分的財(cái)力支持，大力加強(qiáng)我國(guó)自己的開發(fā)研究工作，使我國(guó)的超精密加工技求和超精密機(jī)床能夠得到加速發(fā)展。3.以美國(guó)為例，說明超精密機(jī)床的發(fā)展過程。答：1962年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司研制成功半球車床，是最早期的使用金剛石刀具實(shí)現(xiàn)超精密鏡面切削的機(jī)床。1968年發(fā)展了Moore車床，它是在有效的使用了兩種試制機(jī)床的技術(shù)基礎(chǔ)上，改造了Moore3型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)而研制成功的。1976年Ex-Cell-O公司開發(fā)了金屬反射鏡直徑達(dá)2m的金剛石鏡面切削車床。美國(guó)Pneumo公司生產(chǎn)的

32、MSG-325型超精密車床采用T形布局，即主軸箱下有導(dǎo)軌作z向運(yùn)動(dòng)，刀架溜板作x向運(yùn)動(dòng)，這樣有利于提高精度。1983年7月美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室研制成功大型超精密金剛石DTM-3型車床，用于加工激光核聚變用的各種金屬反射鏡、紅外裝置用零件、大型天體望遠(yuǎn)鏡等。該實(shí)驗(yàn)室于1984年研制出的另一臺(tái)大型超精密車床LODTM是現(xiàn)在世界上公認(rèn)技術(shù)水平最高，精度最高的大型金剛石超精密車床。4.能代表超精密機(jī)床最高水平的是哪幾臺(tái)超精密機(jī)床。答：大型超精密金剛石DTM-3型車床和大型超精密車床LODTM。5.試述美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的DTM-3大型超精密車床的主要技術(shù)性能。答：加工最大零件2100mm，重量1500k

33、g；長(zhǎng)距離測(cè)定系統(tǒng)分辨率：2.5nm；短距離測(cè)定系統(tǒng)：差動(dòng)式電容測(cè)微儀；x軸、z軸的驅(qū)動(dòng)：由DC電機(jī)與靜壓軸承的50的驅(qū)動(dòng)輪摩擦聯(lián)驅(qū)動(dòng)。修正誤差用刀具微位移機(jī)構(gòu)：由PZT壓電元件驅(qū)動(dòng)并與電容測(cè)微儀組合后工作?；瑒?dòng)導(dǎo)軌：x軸為V平面液體潤(rùn)滑導(dǎo)軌，z軸為平面空氣靜壓導(dǎo)軌。主軸：油靜壓徑向軸承，空氣靜壓止推軸承，柔性連接驅(qū)動(dòng)方式，交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)為防止震動(dòng)直接安裝在地基臺(tái)面上。主軸剛度大于500N/m。電容傳感器：分辨率0.625nm，直線性0.1%。伺服系統(tǒng)：x、z傳輸軸為摩擦驅(qū)動(dòng)，頻帶寬10Hz，最大送進(jìn)量2.5mm/s。x、z軸的負(fù)荷補(bǔ)償用波紋管的頻帶寬為0.01Hz。溫度控制系統(tǒng)：

34、流體溫度控制可達(dá)（20±0.0006）攝氏度，空氣溫度控制可達(dá)（20±0.005）攝氏度。設(shè)計(jì)階段加工誤差的預(yù)算為：半徑方向形狀誤差：27.9nm；圓度、平面度：12.5nm；加工表面粗糙度：4.2nm；機(jī)床底座為花崗巖。6.試述美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的LODTM大型光學(xué)金剛石車床的主要技術(shù)性能。答：可加工1625×500mm，重量1360kg的大型金屬反射鏡。采用7路的高分辨力雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)，使用He-Ne雙頻激光測(cè)量器，分辨力為0.625nm，使用4路激光檢測(cè)橫梁上溜板的運(yùn)動(dòng)，使用3路激光檢測(cè)刀架上下運(yùn)動(dòng)裝置，水溫控制在（20±0.005）攝氏度，整

35、臺(tái)機(jī)床用4個(gè)大空氣彈簧支撐起來。精度實(shí)測(cè)結(jié)果如下圖所示：7.試述英國(guó)Cranfield公司生產(chǎn)的OAGM2500大型超精密機(jī)床的主要技術(shù)性能。答：最大加工尺寸2500mm×2500mm×610mm，有2500mm的高精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，機(jī)床的x和y向?qū)к壊捎靡后w靜壓，z向的磨軸頭和測(cè)量頭采用空氣軸承，用分辨力為2.5nm的ZYGO AXIOM雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)位置，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋控制。8.舉實(shí)例說明發(fā)展高效專用多功能超精密機(jī)床的必要性。9.為什么超精密機(jī)床大部分都采用空氣軸承，它有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？10.空氣主軸軸承有哪些常用的結(jié)構(gòu)形式？它有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：（1）圓柱徑向軸承

36、和端面止推空氣靜壓軸承 這種空氣軸承主軸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但要求前后徑向軸承有很高的同心度，徑向軸承和止推軸承有很高的垂直度，因此要求很高的制造工藝水平。（2）雙半球空氣軸承主軸 前后軸承均采用半球狀，又是徑向軸承又是止推軸承。由于軸承的氣浮面是球面，有自動(dòng)調(diào)心作用，因此可以提高前后軸承的同心度，提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。（3）前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸 這種結(jié)構(gòu)一端為球形，同時(shí)起到徑向和軸向止推軸承的作用，并有自動(dòng)調(diào)心的作用，可以提高前后軸承的同心度，從而提高了主軸回轉(zhuǎn)精度。（4）立式空氣軸承 徑向軸承制成圓弧面，可起到自動(dòng)調(diào)心、提高精度的作用。11.超精密主軸有哪些驅(qū)功方式?各自的優(yōu)缺點(diǎn)

37、是什么？答：超精密主軸的驅(qū)功方式有三種：1）電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng) 優(yōu)缺點(diǎn)：采用這種驅(qū)功方式，電動(dòng)機(jī)采用直流電動(dòng)機(jī)或交流變頻電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)可以無級(jí)調(diào)速，不用齒輪調(diào)速以減少振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)要求經(jīng)過精密動(dòng)平衡并用單獨(dú)地基以免振動(dòng)影響超精密機(jī)床。傳動(dòng)帶用柔軟的無接縫的絲質(zhì)材料制成。帶輪有自己的軸承支撐，經(jīng)過精密動(dòng)平衡，通過柔性聯(lián)軸器(常用電磁聯(lián)軸器)和機(jī)床主軸相連，采用上述措施主要是使主軸盡可能和振功隔離。2）電動(dòng)機(jī)通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸 優(yōu)缺點(diǎn)：采用這種主軸驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，電機(jī)采用直流電動(dòng)機(jī)或交流變頻電功機(jī)，可以很方便的實(shí)觀無級(jí)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)應(yīng)經(jīng)過精密動(dòng)平衡，電動(dòng)機(jī)安裝時(shí)盡量使電功機(jī)軸和機(jī)床主軸同心，

38、再用柔性聯(lián)軸器消除電動(dòng)機(jī)軸和機(jī)床軸不同心引起的振動(dòng)和回轉(zhuǎn)誤差。這樣可以盡量提高超精密機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。3）采用內(nèi)裝式同軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸 優(yōu)缺點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在都采用無刷直流電動(dòng)機(jī)，可以很方便地進(jìn)行主鈾轉(zhuǎn)速的無級(jí)變速，同時(shí)電動(dòng)機(jī)沒有電刷，不僅可以消除電刷引起的摩擦振動(dòng)，而且免除了電刷磨損對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響?，F(xiàn)在一般的直流電動(dòng)機(jī)都是方波驅(qū)動(dòng)，這時(shí)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變化大致在，這將使主軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速有波動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)速低時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)更明顯。12.超精密車床有哪幾種總體布局? 各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：1）主軸箱位置固定、刀架裝在十字形滑板上 優(yōu)缺點(diǎn)：這種結(jié)構(gòu)布局要求十字形滑板的上下導(dǎo)軌，不僅要有很高的直線運(yùn)動(dòng)精度，

39、而且要有非常嚴(yán)格的相互垂直精度。這要求有很高的制造精度，才能滿足超精密機(jī)床的精度要求否則下滑板的運(yùn)動(dòng)誤差將影響上滑板的起動(dòng)精度。采用這種結(jié)構(gòu)布局時(shí)，主軸相位置固定不動(dòng)，因此主軸用傳動(dòng)帶驅(qū)功很方便，電動(dòng)機(jī)可以有單獨(dú)地基，可以減少電動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)主軸的影響。2）T形布局優(yōu)缺點(diǎn)：這種總體布局結(jié)構(gòu)，有利于提高導(dǎo)軌的制造精度和運(yùn)動(dòng)精度。測(cè)量系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，大大提高了測(cè)量精度。3）布局優(yōu)缺點(diǎn)：在工件的厚度改變時(shí)，主鈾箱或回轉(zhuǎn)工作臺(tái))需要在Z向調(diào)整、機(jī)床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工調(diào)整計(jì)算和習(xí)慣用的不一致，因此用得不多。4）立式結(jié)構(gòu)布局優(yōu)缺點(diǎn)：當(dāng)工件直徑較大并且重量較重時(shí)，超精密機(jī)床多采用立式結(jié)構(gòu)布局，超精密機(jī)床要求高的剛

40、度、故多用龍門形式。在機(jī)床精度要求特別高時(shí)，可采取了特殊的在線測(cè)量和誤差補(bǔ)償措施，來補(bǔ)償消除運(yùn)動(dòng)誤差。13.簡(jiǎn)述精密和超精密機(jī)床使用的床身和導(dǎo)軌材料，并說明各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：1）優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵優(yōu)缺點(diǎn)：鑄鐵是傳統(tǒng)的制造床身和導(dǎo)軌的材料它的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，應(yīng)選用耐磨性好，熱膨脹系數(shù)低。對(duì)振動(dòng)衰減能力強(qiáng)，并經(jīng)時(shí)效消除內(nèi)應(yīng)力的優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵作精密機(jī)床的床身和導(dǎo)軌2)花崗巖優(yōu)缺點(diǎn)：花崗巖已是制造三坐標(biāo)標(biāo)測(cè)量機(jī)和超精密機(jī)床的床身和導(dǎo)軌的熱門材料，這是因?yàn)榛◢弾r比鑄鐵長(zhǎng)期尺寸穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低，對(duì)振動(dòng)的衰減能力強(qiáng)，硬度同、耐磨并不會(huì)生銹等。花向巖的主要缺點(diǎn)是它的吸濕性，吸濕后產(chǎn)生微量變形，影響精度。3）人造

41、花崗巖優(yōu)缺點(diǎn)：人造花崗巖有優(yōu)良的性能，不僅可鑄造成形，吸濕性低，并對(duì)振動(dòng)的衰減能力加強(qiáng)。14.簡(jiǎn)述精密和超精密機(jī)床的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式，并說明各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：1）V平面 優(yōu)缺點(diǎn)：導(dǎo)軌磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，保持間隙和潤(rùn)滑，不少機(jī)床采用這種結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)有下述缺點(diǎn)第，V形和平面導(dǎo)軌面的磨損不相等，因此工作臺(tái)面因?qū)к壎p而下降量下均勻；第二，當(dāng)工作臺(tái)重心和載重偏離中央并偏向平導(dǎo)軌面?zhèn)葧r(shí)，v平面導(dǎo)軌的導(dǎo)向能力就要明顯下降。2）雙V形導(dǎo)軌能為直線運(yùn)動(dòng)提供良好的導(dǎo)向性優(yōu)缺點(diǎn)：兩條導(dǎo)軌上的摩擦和磨損是均勺的，驅(qū)動(dòng)元件可對(duì)稱稱地處在兩條v形導(dǎo)軌之間。這些都可保證導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)精度。雙v形導(dǎo)軌在載重偏離中央時(shí)、仍能

42、行較好的導(dǎo)向性。3)壓力油潤(rùn)滑導(dǎo)軌優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)超精密機(jī)床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運(yùn)動(dòng)精度，并月能長(zhǎng)期保持它的精度，要求直線運(yùn)動(dòng)時(shí)絕對(duì)沒有爬行現(xiàn)象。這一方面要求導(dǎo)軌有極高的制造精度，同時(shí)要求導(dǎo)軌的偶合面沒有摩擦和磨損。4）導(dǎo)軌偶合面的接觸形式優(yōu)缺點(diǎn)：超精密機(jī)床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運(yùn)動(dòng)精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損、這一方面要求導(dǎo)軌有很高的制造精度，導(dǎo)軌的材料要有很高的穩(wěn)定性和耐磨性。導(dǎo)軌的偶合面有很好的偶合形式。15.試述滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)。答：滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4-22所示優(yōu)缺點(diǎn)：滾珠在絲杠和螺母的螺紋槽內(nèi)滾功，因此摩擦力很小，絲杠的螺紋槽經(jīng)過精密磨削，可以達(dá)到很

43、高精度。滾珠在螺母內(nèi)有再循環(huán)通道，因此行程長(zhǎng)度不受滾珠的限制。16.試述超精密機(jī)床中使用的摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理、結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)。答：摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理，如圖4-26所示。和導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)體相連的驅(qū)動(dòng)桿夾在兩個(gè)摩擦輪之間。上摩擦輪是用彈簧壓板壓在驅(qū)動(dòng)桿上，當(dāng)彈簧壓板壓力足夠時(shí)，摩擦輪和驅(qū)動(dòng)桿之間將無滑動(dòng)。兩個(gè)摩擦輪均有靜壓軸承支承，可以無摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。下摩擦輪和直流電功機(jī)相連，帶動(dòng)下摩擦輪旋轉(zhuǎn)，靠摩擦力帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿，帶動(dòng)導(dǎo)軌作非常平衡的直線運(yùn)動(dòng)。優(yōu)缺點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度高，使用效果好，優(yōu)于滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)。有兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：l）超精密機(jī)床在精切時(shí)，要求導(dǎo)軌的起動(dòng)速度極慢，因此要求下摩擦輪直徑很小，造成定的結(jié)

44、構(gòu)設(shè)計(jì)困難；2)兩個(gè)摩擦輪最好都能采用靜壓軸承支承，但是從結(jié)構(gòu)位置上看，放兩套靜壓軸承(液體或空氣)空間位置太擠，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大困難；摩擦輪如用滾動(dòng)軸承支承，則滾動(dòng)軸承有摩擦，會(huì)降低磨擦驅(qū)動(dòng)裝置的平穩(wěn)性，降低導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。17.精密加工對(duì)微量進(jìn)給裝置的性能要求是什么？答：1)精微進(jìn)給和粗進(jìn)給應(yīng)分開、以提高微位移的精度、分辨力和穩(wěn)定性。2)運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的，以便實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度。3）末級(jí)傳動(dòng)元件必須有很高的剛度，即夾金剛石刀具處必須是高剛度的。4)微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)部聯(lián)接必須是可靠聯(lián)接，盡量采用整體結(jié)構(gòu)或剛性聯(lián)接，否則這微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度。 5)工藝件好，容

45、易制造。6）微量近給機(jī)構(gòu)應(yīng)又有好的動(dòng)特性，即具有高的頻響。7) 微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自功控制。18.試述壓電和電致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)和主要性能。答：電致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)：平時(shí)電致伸縮陶瓷片兩片成對(duì)，中間通正電，兩側(cè)通負(fù)電，將很多對(duì)陶瓷片疊在起，正極聯(lián)在起，負(fù)極聯(lián)在一起，則組成個(gè)電致伸縮傳感器。主要性能：圖4-3l中給出電致伸縮傳感器在不同電壓時(shí)的伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線，可看到在加上直流電壓時(shí)，無論是正電壓或負(fù)電壓，傳感器的伸長(zhǎng)量是相同的。這曲線的中間部份線性是比較好的。團(tuán)4-31同時(shí)給出壓電伸縮傳感路的電壓伸長(zhǎng)量關(guān)系曲線，可看到正電壓時(shí)伸長(zhǎng)，負(fù)壓時(shí)縮短。這種傳感器在電壓上升下降時(shí)的伸長(zhǎng)量滯后較

46、長(zhǎng)。19.介紹幾種典型的壓電式或電致伸縮式微進(jìn)給裝置的原理、結(jié)構(gòu)和性能。答：圖4-32為日本岡崎佑一研制的一種結(jié)構(gòu)。壓電傳感器后側(cè)為固定支承。刀架體上有4個(gè)圓孔和臺(tái)體外側(cè)面形成薄壁變形無件，在圓孔間用三條縫開通，使前面裝車刀部分和臺(tái)體間能作前后彈性變形位移。當(dāng)壓電傳感器在電壓作用下伸長(zhǎng)時(shí)，將推動(dòng)的面裝刀具部分向的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)微位移。圖4-33是美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室的大型光學(xué)金剛石車床LODTM上使用的快速電致伸縮式微量進(jìn)給裝置FTS。這微量進(jìn)給裝置中壓電伸縮傳感器后端支承在固定的裝置本體上，刀具裝在前部為錐形后部為套簡(jiǎn)形的位移部件上，這位移部件由前后各一薄膜支承在固定的本體上。在FTS體內(nèi)有兩個(gè)差動(dòng)式

47、電容測(cè)微傳感器隨時(shí)檢測(cè)微位移量的數(shù)值。當(dāng)壓電伸縮傳感器在電壓作用下向前伸長(zhǎng)，推動(dòng)前面帶刀具的位移部件向前移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微位移。圖4-34為英國(guó)Cranfield公司的大型立式超精密機(jī)床所用的電致伸縮微量進(jìn)給裝置。壓電伸縮佑感器后端支承在裝置的本體，用螺釘可以進(jìn)行預(yù)載加力。這裝置的位移部分由兩個(gè)薄膜)支承在本休的外圓筒中。當(dāng)電致伸縮傳感器在電壓作用下伸長(zhǎng)時(shí)，推動(dòng)帶刀具的位移部分向前移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在這裝置的位移部分內(nèi)部裝有差動(dòng)式電容測(cè)微傳感器，可隨時(shí)檢測(cè)微進(jìn)給數(shù)值。20.介紹一種兩坐標(biāo)部件位移的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)。答： 如圖4-38所示，為美國(guó)Fneumo Precision公司生產(chǎn)的MSG-32

48、5超精密金剛石車床的位移測(cè)量光路，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)采用的是美國(guó)HP公司生產(chǎn)的HP5501兩坐標(biāo)雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)。本機(jī)床的布局為主軸箱裝在縱溜板上作z向運(yùn)動(dòng)，刀架裝在橫溜板上作x向運(yùn)功。雙頻激光發(fā)生器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路，分別測(cè)z向和x向的位移。激光測(cè)量系統(tǒng)的分辨率為。為避免激光器發(fā)熱的影響、激光器是用支架支承，放在花崗巖床身的后側(cè)面。這測(cè)量系統(tǒng)除移動(dòng)的測(cè)量反射鏡是安裝在移動(dòng)部件隨主軸箱和刀架移動(dòng)外，共余整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)是固定安裝在花崗巖床身上，因此這樣的機(jī)床布局、z向和x向測(cè)量互不干擾，大部分測(cè)量系統(tǒng)可固定安裝，是有利于提高測(cè)量精度的。激光測(cè)量光路安放主袖軸線的高度以減少阿貝誤差。大部分

49、激光光路采用封閉，移功部分也用活動(dòng)套管封起使環(huán)境干擾盡量減小。這套激光位移測(cè)量系統(tǒng)的絕對(duì)測(cè)量精度小于。21.介紹一種三坐標(biāo)部件位移的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)。答：圖4-39所示為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所用的三路位移激光測(cè)量系統(tǒng)。激光器1出來的激光經(jīng)分光鏡2分成測(cè)x、y、z三個(gè)方向位移的三路激光位移測(cè)量系統(tǒng)。現(xiàn)任世界各國(guó)生產(chǎn)的精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都裝有激光位移測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量精度在l。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)裝上了激光位移在線測(cè)量系統(tǒng)后，不僅提高了測(cè)量精度，而且可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化?，F(xiàn)代的柔性制造系統(tǒng)(FMS)中不少裝備了坐標(biāo)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了加工和檢測(cè)的自動(dòng)化。22.提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗震性和減少機(jī)床內(nèi)部震動(dòng)有哪些辦法?答：1）各運(yùn)動(dòng)部件都經(jīng)

50、過精密動(dòng)平衡，消滅或減少機(jī)床內(nèi)部的振源 機(jī)床內(nèi)的主要振源是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，如電機(jī)、主軸等，這些轉(zhuǎn)動(dòng)的部件必須經(jīng)過精密動(dòng)平衡，使振動(dòng)減小到最低；有可能產(chǎn)生振動(dòng)的還有電機(jī)和主抽的不同心?？諝廨S承的振蕩，滾珠絲杠和螺母的不同心，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)部件直線運(yùn)動(dòng)速度的變化，加工工件有偏心重量等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)床有振動(dòng)時(shí)，必須要找出振源，盡量消除減少振動(dòng)。 2）提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性 使用很大的機(jī)床床身以降低它的自振頻率。如有振動(dòng)產(chǎn)生，應(yīng)找到機(jī)床結(jié)構(gòu)中易于產(chǎn)生振動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)，予以加強(qiáng)，使振動(dòng)減小。3）在機(jī)床結(jié)構(gòu)的易振動(dòng)部份，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。23.精密和超精密機(jī)床的隔振

51、防震措施有哪些？答：1）使超精密機(jī)床盡量遠(yuǎn)離振源。 機(jī)床附近的振源，如空壓機(jī)、泵等應(yīng)盡量移走。實(shí)在無法移走時(shí)，應(yīng)采用單獨(dú)地基，加隔振材料等措施，使這些無法移走的振源所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)精加工的影響盡量減小。2）超精密機(jī)床采用單獨(dú)地基，隔振溝、隔扳墻等。為減少外界振動(dòng)的干擾，地基應(yīng)有足夠的深度，地基周圍用隔振溝，溝中使用吸振材料。過去為防止外界振動(dòng)的傳入，有使用彈簧將地基架起來，它的隔損頻率不夠低，且不能自動(dòng)找水平。3）使用空氣隔振墊。機(jī)床使用空氣隔振墊后需要有自動(dòng)找水平的控制系統(tǒng)，必須在機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)重心改變時(shí)，仍能保持水平。24.試述溫度變化對(duì)精密機(jī)床和精密加工誤差的影響。答：精密加工中機(jī)床熱變

52、形和工件溫升引起的加工誤差占總誤差的，在一般機(jī)械加工中，磨床潤(rùn)滑油和磨削液每日變化是常見的現(xiàn)象。如磨削的零件，溫升將產(chǎn)生的誤差。精密加工鋁合金零件100mm長(zhǎng)時(shí)，每溫度變化1。將產(chǎn)生的誤差。將要求確保的加工精度，環(huán)境溫度就需要控制在范圍內(nèi)。25.減少機(jī)床熱變形的措施有哪些？答：1）盡量減少機(jī)床中的熱源：如機(jī)床主軸采用空氣軸承代替液體靜壓軸承以減少發(fā)熱量、使用發(fā)熱量小的電動(dòng)機(jī)；將發(fā)熱器件放在機(jī)床床身外、如進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和激光管放在機(jī)床床身外側(cè)等。2)采用熱膨脹系數(shù)小的材料制造機(jī)床部件，例如現(xiàn)在不少坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和超精密機(jī)床使用花崗巖、銦鋼、陶瓷、銦鋼鑄鐵、低熱膨脹系數(shù)的鑄鐵等做機(jī)床的關(guān)留部件。3）結(jié)構(gòu)合

53、理化使在同樣的溫度變化條件下，機(jī)床的熱變形最小。4）使機(jī)床長(zhǎng)期處在熱平衡狀態(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。26.美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室對(duì)大型超精密車床如何進(jìn)行恒溫控制？達(dá)到什么水平？答：美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室放置超精密車床的恒溫室，一般是用鋁制框架和絕熱塑料護(hù)墻板做成的。操作者和機(jī)床間有透明塑料窗簾隔開，這樣可以防止周圍空氣侵入，可使機(jī)床附近局部空間恒溫更為穩(wěn)定。LLL實(shí)驗(yàn)室的LODTM大型超精密車床，安裝在恒溫室內(nèi)，通循環(huán)的恒溫空氣、氣流量90m3/min。通風(fēng)用離心式風(fēng)機(jī)的19kw電機(jī)是該封閉系統(tǒng)內(nèi)最大的熱源。使用兩級(jí)水冷式熱交換器，用測(cè)熱傳感器

54、測(cè)進(jìn)入的空氣的溫度。反饋控制熱交換器的水流量，空氣溫度可控制在的變化范圍內(nèi)。LODTM機(jī)床的重要部件的溫度是直接用恒溫水流來控制的。主軸的徑向和止推軸承都是帶夾層的，可以通過恒溫水流；橫梁上的錮鋼檢測(cè)基架也是中空可以通過恒溫水流。進(jìn)人機(jī)床的恒溫水，流量為6.3L/s。通過熱交換器，改變冰冷水的流量，可以使恒油水的溫度變化控制在恒溫水是從水箱靠重力流入機(jī)床的。而不是用泵壓入，這樣可以避免泵的振動(dòng)通過恒溫水流而傳到機(jī)床來。第五章1.試述精密加工中測(cè)量技術(shù)的新發(fā)展。答：精密加工中測(cè)量技術(shù)的新發(fā)展主要包括：1. 極高精度測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器的發(fā)展近年研制成功測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)能達(dá)到級(jí)的雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)和x射線事

55、涉儀等；測(cè)量表面微觀形貌達(dá)級(jí)的掃描隧道顯微鏡和原了力顯微鏡等，測(cè)量角度達(dá)到的精密測(cè)角儀等。2. 精密在線自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 新的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)都有精密數(shù)控系統(tǒng)，可以自動(dòng)完成復(fù)雜零件的全部測(cè)量已是FMS中常用的測(cè)量裝備。在大最大批生產(chǎn)中使用著多種專用的自動(dòng)儀量，不僅提高丁測(cè)量效率、而且保證了測(cè)量精度。3. 測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在微電了技術(shù)、計(jì)算機(jī)拉技術(shù)已廣泛應(yīng)用在精密測(cè)量中，測(cè)量結(jié)果已普遍采用數(shù)字顯示。很多測(cè)量?jī)x器已配備數(shù)據(jù)處理軟件、使一些復(fù)雜的測(cè)量結(jié)果，數(shù)據(jù)處理后可以很直觀的顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，并打印出來。2.試述精密測(cè)量需要的環(huán)境條件。答：精密測(cè)量需要的環(huán)境條件有：1.恒溫條件由

56、丁各種廠程材料都有熱膨脹。恒溫是精密測(cè)量的必要條件。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量溫度是，可根據(jù)測(cè)量精度確定允許的溫度波動(dòng)。如加工車間內(nèi)不是標(biāo)準(zhǔn)溫度( )，有時(shí)被測(cè)零件不是室溫，這時(shí)測(cè)出的零件尺寸，需要考慮溫度變化造成的測(cè)量尺寸誤差，在測(cè)量結(jié)果中給予修正。2.隔振條件 進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)要避免振動(dòng)引起的測(cè)量誤差，應(yīng)盡可能采取各種減振隔振措施。3.氣壓、自重、運(yùn)動(dòng)加速度和其他環(huán)境條件當(dāng)測(cè)量達(dá)到極高精度時(shí)，一些平時(shí)不考慮的問題包會(huì)影響測(cè)量精度。例如1m長(zhǎng)的鋼棒在真空中的長(zhǎng)度較在大氣中大。故如氣壓有明顯變化將造成測(cè)量誤差。100mm長(zhǎng)的鋼棒垂直放置時(shí)，由于自重而使材料產(chǎn)生壓縮變形，長(zhǎng)度約縮短。故在高空或海底測(cè)量的長(zhǎng)度值將有誤

57、差。對(duì)運(yùn)動(dòng)物件有加速度時(shí)，接受力，將使尺寸測(cè)量有誤差。3.怎樣選擇量具和量?jī)x的材料？答：選擇量具和量?jī)x材料的原則有：1根據(jù)材料熱膨脹系數(shù)選擇 當(dāng)量具和量?jī)x使用于恒溫的計(jì)量室或要用于測(cè)量絕對(duì)長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)選擇熱膨脹系數(shù)盡量小的材料制作，這可使環(huán)境溫度變化引起的尺寸誤差最小。 當(dāng)量具和量?jī)x在加工車間使用時(shí)，由于車間經(jīng)常是溫度波動(dòng)大，這時(shí)選用的量具和量?jī)x材料其熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡量和被測(cè)件的熱膨脹系數(shù)接近，這時(shí)測(cè)量結(jié)果受環(huán)境溫度變化的影響最小，測(cè)量差最小。例如制造量塊常用淬火軸鋼，其熱膨脹系數(shù)和鋼制工件接近。硬質(zhì)合金、花崗巖和某些陶瓷雖硬度高、耐磨，但熱膨脹系數(shù)和鋼差別大，不宜用于制造量塊。氧化鋯陶瓷的熱膨脹系數(shù)和鋼接近