精密和超精密加工技术期末考试题及答案

1、八面体的单晶金刚石的晶体结构包括晶轴、晶面、面网密度和面网距。晶面：通过原子中心的平面，即晶体中各种方位上的原子面。晶轴：与晶面垂直的轴面网密度（致密度）:面网单位面积上的原子数面网距：晶体面网之间的距离用解理现象解释晶体的好磨难磨方向：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。解理发生的原因主要是因为111）面的宽的面间距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。金刚石的解理现象即沿解理面（111）平整的劈开两半，且金刚石的破碎和磨损都和解理现象直接有关。金刚石的耐磨性可用相对磨削率来表示，对于金刚石研磨时，各晶面均有“好磨”和“难磨”方向。高磨削率方向称为“好磨方向”，低磨削率方向称为“难磨方向”。2、高速切削应用场合，由哪些特点决定的？应用场合：1）航空航天：由于有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，高速切削，随切削速度提高，切削力可减少30%以上，可以减少工件变形。铝合金整体结构件的高速切削，不再铆接，省去了装配工作；薄壁件加工等。2）模具业：高速切削可加工硬度HRC45～65的淬硬钢铁件，如高速切削加工淬硬后的模具可减少甚至取代放电加工和磨削加工，满足加工质量的要求，加快产品开发周期，大大降低制造成本。3）汽车工业：采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产，高速切削使加工时间减少，切削效率提高3～5倍。加工成本可降低20％-40％。4）仪器仪表：精密光学零件加工。转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，加工中鳞刺、积屑瘤、加工硬化、残余应力等也受到抑制。因此，高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1～2等级。有利于减少加工零件的内应力和热变形，也提高了加工精度。这题有个简单的答案由于高速切削加工具有高生产效率，减少切削力，提高加工精度和表面质量，降低生产成本并且可加工高硬材料等许多优点，已在汽车和摩托车制造业、模具业、轴承业、航空航天业、机床业、工程机械、石墨电极等行业中广泛应用。3.从切削用量和刀具几何结构两方面说明普通车刀加工外圆和超精密金刚石修光刀车外圆对被加工表面粗糙度精度的影响？切削用量超精切削都采用很小的进给量，很高的切削速度，使加工表面的残留面积高度减小，背吃刀量减少，表面残留应力也减少，减小工件的变形量都使得加工出的工件精度和表面质量提高。普通车刀加工以加工效率和提高刀具寿命为主要参考方向，一般采用较大的背吃刀量和进给量，其次才是提高一定的切削速度，不利于粗糙度和精度的提高。几何结构：金刚石刀具为增加刀刃的强度，采用较大的刀具楔角，故刀具的前角、后角都取得较小，减小刀具的变形。有修光刃的金刚石车刀具有锋锐的刀刃，刃口锋锐度对加工表面有一定的影响，相同条件下（背吃刀量、进给量），更锋锐的刀具切出的表面粗糙度更小，能够获得高精度加工表面。在超精密加工中，金刚石刀具的刃口粗糙度小，对加工表面粗糙度的影响比普通刀具小的多。4、电子束、离子束、激光束加工范围和优缺点？电子束：电子束束径小（最小直径可达0.01-0.05mm），而其长度可达束径几十倍，可加工微细深孔、窄缝。1)材料适应性广（原则上各种材料均能加工），特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。2)非接触加工，无工具损耗；无切削力，加工时间极短，工件无变形。3)加工速度高，切割1mm厚钢板，速度可达240mm/min。4)在真空中加工，无氧化，特别适于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。5)加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工。离子束1)是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。2)在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。3)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，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。4)主要应用于刻蚀加工(如加工空气轴承的沟槽，加工极薄材料等)、镀膜加工(如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料)、注入加工(如某些特殊的半导体器件)等。激光束1)加工材料范围广，适用各种金属/非金属材料，高熔点材料，耐热合金及陶瓷、金刚石等硬脆材料。2)加工性能好，工件可离开加工机进行加工，可透过透明材料加工，可在不易达到的狭小空间加工。3)非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。4)可进行微细加工。激光聚焦直径理论上可至1μm以下，实际可实现φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。5)加工速度快，效率高。6)激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作。7)可控性好，易于自动控制。加工设备昂贵。5、电火花加工中的极性效应？加工中如何利用极性效应来提高加工效率降低工具损耗？线切割加工一般采用什么极性加工，为什么？1)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)①选择电极的极性短脉宽精加工时，选正极性加工，将工件接正极；用长脉宽粗加工时，选负极性加工，将工件接负极。②正确选择电极的材料，选择熔点高、沸点高的材料，选择导热性好的材料。常用石墨和纯铜作电极材料。③正确选择脉宽等电极参数。④利用加工过程中的吸附效应来补偿和减少电极所耗，炭黑膜通常只在正极上形成，工具应接正极，损耗小。3)线切割加工一般采用正极性加工。因工具电极是很小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精、正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。6、金刚石刀具切削时积屑瘤的生成规律及其对切削过程和粗糙度的影响？积屑瘤的生成规律：不管在多大的切削速度下都有积屑瘤生成，切削速度不同，积屑瘤的高度也不同。当切削速度较低时，积屑瘤高度较高，当切削速度达到一定值时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。在进给量很小时，积屑瘤的高度很大。在背吃刀量25μm时，积屑瘤的高度变化不大，但在背吃刀量25μm后，h0值将随着背吃刀量的增加而增加。对切削过程的影响：对切削力的影响，积屑瘤高时切削力也大，积屑瘤小时切削力也小。与普通切削规律正好相反。而普通切削钢时，积屑瘤可增加刀具的实际前角，故积屑瘤增大可使切削力下降。积屑瘤前端半径比切削刃钝圆半径大很多倍，实际切削力由刃口半径R起作用，切削力明显增加。积屑瘤不稳定还会造成震动，降低加工精度。对粗糙度的影响：积屑瘤高度大，表面粗糙度大，积屑瘤小，表面粗糙度小。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。实际切削厚度超过名义值，切削厚度增加。7、选择合适的特种加工工艺，加工如下难加工的零件（答案不唯一）：不锈钢人工关节表面的抛光（超声波抛光）红宝石的雕刻（超声波加工）硬质合金镀膜（离子束加工）硬质合金加工光孔（电子束加工、电火花成形加工）碳钢加工微孔（激光加工、电子束加工、超声波加工）不锈钢内表面的抛光（电解抛光）