《机械加工新发展》复习题

《机械加工新发展》复习题1.先进制造技术的内涵/概念计算机技术、信息技术、自动化技术、现代管理技术与传统制造技术有机结合的产物。2.先进制造技术的主要内容现代设计技术，先进制造工艺，信息与自动化技术，系统管理技术等。3.21世纪的先进制造技术的主要发展方向及发展趋势精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化4.先进制造工艺的主要内容高效精密成形技术；高效高精度切削和磨削加工技术；表面技术；特种加工技术5.现代机械加工技术发展的主要趋势/特征高速化/高效化，高精密化，自动化，复合化6.机械加工新技术的主要内容通常指现代切削和磨削加工技术，包括加工机理和工艺；技术装备（机床、刀具、检测监控技术等）。7.列表归纳常用复合加工方法的优缺点和适用范围。常用复合加工方法分类及其优缺点表加工方法主要能量来源及形式作用形式及符号优缺点和适用范围复合切削加工机械、声、磁、热能切削复合切削加工是以传统的切削或磨削为主的复合加工：其投入少、容易实施，可获得事半功倍的效果，具有很大的开发潜力和应用前景，受到国内外学者、企业界的高度重视。目前以超声振动切削、磁化切削、低(高)温切削和磨削相结合等工艺方法应用较多，在改善工件表面质量、提高加工效率、扩大加工范围等方面，已获得独特而明显的技术经济效益复合电解加工电化学、机械能切蚀复合电解加工是利用电解作用与机械切削或磨削作用相结合面进行加工的复合加工。它比电解加工具有较好的加工精度和表面租极度，比机械切削(磨削)有较高的生产率。近来电解复合加工方面的研究一直比较活跃，而且比较成熟，经常用于生产的主要有电解磨削、电解所磨、电解研磨光整加工等。超声复合加工声、电、热能熔化、切蚀超声加工的加工精度和表面粗糙度都比电火花、电解加工好，甚至一些电火花加工后的淬火钢、硬质合金冲模，最后还常用超声抛磨进行光整加工。但其生产率低，如果将超声和电火花或电解等加工方法相结合进行复合加工，将会有效地解决硬质合金、耐热合金等硬质金属材料超声加工速度低，工具损耗大等问题。电解电火花磨削加工声、电、机械能离子转移、熔化、切削（MEEC）电解电火花磨削加工是国外20世纪80年代中期开发成功、并用于生产的一种复合加工新工艺。它是由机械磨削、电解加工、电火花加工复合的加工方法、又称(MEEC)法。通过求最佳加工条件，对工件施加最佳加工能量。以最大限度地发挥被复合加工方法的优点。近年来对MEEC法又作了重大改进，派生出新的MEEC法。8.试述电解电火花磨削加工的特点及应用答：电解电火花磨削加工是国外20世纪80年代中期开发成功、并用于生产的一种复合加工新工艺。它是由机械磨削、电解加工、电火花加工复合的加工方法、又称(MEEc)法。通过求最佳加工条件，对工件施加最佳加工能量。以最大限度地发挥被复合加工方法的优点。MEEC法的特点与应用：(1)MEEC法的电源有两种加工方式，可根据不同的工件状态进行选择。在每种加工方式下可设定工件的加工条件(直流、交流，最大电压、电流等)，还可以进行通电、输出水平的微调。MEEC的工作液应为低浓度的特殊电解液，可发挥电解、放电、机械磨削时的润滑作用而且对机床无腐蚀。(2)具有高速、高精度的加工效果，对硬脆、难切削材料亦能如此。(3)工件被加工后，无机械损伤，不产生材料物理机械性能降低的变质层。(4)MEEC法可用于切割、成形研磨、平面研磨、圆柱研磨及用薄片砂轮切割窄槽。被加工对象的材料，除各种钢铁外．还可以加工软硅铝磁性合金、硬质合金、聚晶金刚石、立方氮化硼烧结体、玻璃、导电或不导电陶瓷等难切削材料。9.试述超声振动切削的基本原理和特点超声振动切削的基本原理：当启动超声波发生器磁化电源时，供给镍磁致伸缩式换能器一定的超声频电流及磁化用直流电流，在换能器线圈内产生交变的超声频磁场和恒定的极化磁场，便换能器产生同频的纵向机械振动能，同时传递给变幅杆，并将振幅放大到预定值，推动谐振刀杆进行振动切削。换能器、变幅杆、刀杆均与发生器输出的超声电频率处于谐振状态，形成一个谐振系统，其固定点都应在位移节点上。其特点：A、切削力小、切削功率消耗低。B、工件加工精度高、表面粗糙度低C、刀具寿命高。D、加工范围广E．生产率高。10.试述复合加工发展的趋势。答：特种加工可以解决传统加工难以或无法加工的难题，在加工范围、加工质量、生产效率等方向。显示了许多优越性和独到之处。但是，科学技术的发展，各种新材料的应用，国防、航空、尖端工业生产的需求向其提出更新的问题．有许多问题是不能用一种加工手段所解决的。人们既不能一味追求“以柔克刚”，发展某种特种加工方法；也不应排斥“以硬对柔”的某些特点；而应从加工的可能性、方便性、经济性等因素综合考试，探索研究新的加工方法。复合加工正是在这种前提下产生和发展起来的。目前，复合加工主要从以下三个方向发展：(1)以满足工件加工尺寸精度、表面粗糙度或其它表面质量方面的要求为目的，去发展已有的加工方法组合新的复合加工方式；(2)以提高生产率和扩大加工范围为目的发展复合加工；(3)环境问题、经济性问题也会限制一部分加工方法的使用发展。11.试述复合电解磨削的特点复合电解磨削与机械磨削及电解加工相比，具有以下特点：a．加工范围广、加工效率高。由于主要是电解作用和工程材料的机械性能关系不大，因此，只要选择合适的电解液就可以用来加工任何高硬度、高韧性的金属材料。加工硬质合金时，与普通的金刚石砂轮磨削相比，电解磨削的加工效率要高3～5倍。b．工件的加工精度和表面质量高。由于砂轮只起刮除阳极薄膜的作用，磨削力和磨削热都很小。不会产生磨削裂纹和烧伤现象，因而能提高加工表面质量和加工精度，一般表面粗糙度可忧于Ra0.16μm。c．砂轮的磨损量小。普通刃磨时，碳化硅砂轮磨削硬质合金其磨损量为硬质合金质量的1～6倍，电解磨削时仅为硬质合金切除量的50％～100％；与普通金刚石砂轮磨削相比，电解磨削砂轮的损耗速度仅为他们的l／5～1／10，可显著降低成本。d．对机床、工具腐蚀相对较小。由于电解磨削是靠砂轮磨粒来刮除具有一定硬度和粘度的阳极钝化膜，由此电解液中不能含有活化能力很强的活性离子(如C1—离子)，一般使用腐蚀能力较弱的NaNO3、NaNO2等为主的电解液，以提高电解成形精度和有利于机床、工具的防锈、防蚀。12.电解研磨复合抛光的基本原理和特点电解研磨复合抛光是把电解加工与机械研磨结合在一起构成一种新的加工方法。如图所示。电解研磨抛光加工采用钝化型电解液，利用机械研磨能去除表面微观不平度各高点的钝化膜，使其露出基体金属并再次形成新的钝化膜．实现表面的镜面加工。电解研磨按磨料是否稳固在弹性合成无纺布上可分为固定磨粒加工和流动磨粒加工两种。固定磨粒加工是将磨粒粘在无纺布上之后包覆在工具阴极上，无纺布的厚度即为电解间隙。当工具阴极与工件表面充满电解液并具有相对运动时，工件表面将依次被电解，形成纯化膜，同时，受到磨粒的研磨作用，实现复合加工。流动磨粒电解研磨加工时工具阴极只包括弹性大纺布，极细的磨粒则悬浮在电解液中。因此，磨粒研磨轨迹就更加杂乱而无规律，这正是获得镜面的主要原因。13.实现高速切削机床结构的必要条件有哪些？高速主轴系统和电主轴；高速直线驱动进给系统；高速切削刀具技术及其系统；高性能数控和伺服驱动系统；高效冷却系统；安全装置与实时监控系统；方便可靠的换刀装置；高阻尼和高刚度的机床床体结构；良好的动态特性和热特性。14.如何理解高速切削？高速切削加工中，材料去除率、切削力和刀具耐用度随切削速度改变的变化趋势各有何特点？高速切削是指切削速度及进给速度高出普通切削加工范围下切削速度及进给速度的5~10倍的工艺方法。15.高速主轴的结构单元有哪些，目前采用的高速主轴轴承有哪些？高速主轴的结构单元：电主轴、轴承及其润滑单元、电主轴的冷却及动平衡单元。高速主轴轴承：滚珠轴承、空气静压轴承、液体动静压轴承、磁悬浮轴承。16.什么是双定位式刀柄，它有何特点？列举3种具有代表性的双定位式刀柄。双定位式刀柄是指采用主轴锥面和主轴端面同时定位，刀柄通过锥面定心，同时主轴端面和刀柄凸缘的端面紧靠。双定位式刀柄安装的重复精度高（轴向达1μm）；在高速离心力的作用下，刀柄会牢固锁紧，径向跳动小于5μm，可保持高的静态和动态刚度；适合高速切削加工。代表性的双定位式刀柄：HSK、KM、BIG、PLUS17.高速机床的进给系统有何要求？高速直线驱动进给单元由哪几部分组成？高速机床的进给系统要求：进给速度高，最大达60m/min或更高；加速度大，最大加速度达1~10g；动态性能好，能够实现快速伺服控制和误差补偿，有高的定位精度和刚度。高速直线驱动进给单元组成：直线电机、工作台、滚动导轨、精密测量反馈系统、防护系统。18.提高加工精度的意义有哪些可提高产品和零件的性能和质量、稳定性和可靠性、小型化程度、互换性、自动化装配效率。19.超精密加工的概念加工精度在0.1~0.01mm，表面粗糙度Ra值在0.01~0.001mm以内的加工属于超精密加工。20.超精密加工的关键技术？超精密加工工具、超精密加工设备、超精密加工检测与误差补偿、超精密加工工作环境。21.超精密加工对工作环境的要求？恒温、恒湿、防振、超净。22.常见的超精密机械加工刀具（1）金刚石刀具及其超精密刃磨；（2）金刚石微粉砂轮及其修整。23.纳米级测量技术主要有哪些（1）光干涉测量技术。如双频激光干涉测量、激光外差干涉测量、X射线干涉测量、衍射光栅尺测量。（2）扫描显微测量技术。如扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、激光力显微镜（LFM）、静电力显微镜（EFM）、光子扫描隧道显微镜（PSTM）。24.微细/纳米加工技术的内涵及工艺方法微细加工是指制造超微小尺寸零件的加工技术。纳米技术是指涉及具有下列几个关键特征的材料与系统。第一，它们必须至少有一个维具有1纳米到100纳米的尺度。第二，它们的设计过程必须体现微观操控的能力，即能够从根本上左右分子尺度的结构的物理性质与化学性质。第三，它们能够组合起来形成更大的结构。目前进行纳米加工的手段主要是运用SPM技术，其中的STM是利用量子力学所揭示的隧道效应来完成对导电样品的加工，而AFM则更适合不导电样品的加工。25.扫描隧道显微镜的工作原理及测量模式工作原理：STM工作原理基于量子力学的隧道效应。当两电极之间距离缩小到1nm时，由于粒子波动性，电流会在外加电场作用下，穿过绝缘势垒，从一个电极流向另一个电极。当一个电极为非常尖锐的探针时，由于尖端放电使隧道电流加大。探针与试件表面距离d对隧道电流密度非常敏感是STM的基础。两种测量模式：（1）等高测量模式——探针以不变高度在试件表面扫描，隧道电流随试件表面起伏而变化，从而得到试件表面形貌信息。（2）恒电流测量模式——探针在试件表面扫描，使用反馈电路驱动探针，使探针与试件表面之间距离（隧道间隙）不变。此时探针移动直接描绘了试件表面形貌。此种测量模式隧道电流对隧道间隙的敏感性转移到反馈电路驱动电压与位移之间的关系上，避免了非线性，提高了测量精度和测量范围。26.原子力显微镜的工作原理及测量模式工作原理：当两原子间距离缩小到原子级时，原子间作用力显示出来，造成两原子势垒高度降低，两者之间产生吸引力。而当两原子间距离继续缩小至原子直径时，由于原子间电子云的不相容性，两者之间又产生排斥力。两种测量模式：（1）接触式——探针针尖与试件表面距离＜0.5nm，利用原子间的排斥力。由于分辨率高，目前采用较多。其工作时保持探针与被测表面间的原子排斥力一定，探针扫描时的垂直位移即反映被测表面形貌。（1）非接触式——探针针尖与试件表面距离为0.5～1nm，利用原子间的吸引力工作。27.从单颗磨粒平均切厚公式spwsdspwsdgVaVdNVaVlNa11出发，分别解析高速磨削与缓进给深切磨削提高磨削效率的机制。答：spwsdspwsdgVaVdNVaVlNa11其中：vs，vw–