精密与超精密制造整理版Word文档下载推荐.docx

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7.精密机床主轴空气静压轴承有哪些常用的结构形式?

圆柱径向轴承、端面止推空气静压轴承、双半球空气轴承、前部用球形，后部用圆柱径向空气轴承、立式空气轴承、大平面铣床的主轴承。

（P87-P89）

8.精密机床主轴空气静压轴承的节流方式有哪些？

用多孔石墨作空气节流，或在空气输入的节流孔端作一倒棱，或沿轴向作一窄槽。

9.精密机床主轴的驱动方式主要有哪几种？

各有什么优缺点？

精密数控系统、滚珠丝杆副驱动、摩擦驱动。

（P98-P100）

10.超精密机床结构布局的主要有哪几种形式？

采用偏心圆转角布局有何优缺点？

超精密机床的结构布局有：

十字形滑板工作台布局、T形布局、R-ɵ布局、偏心圆转角布局、立式结构布局。

偏心圆转角布局的优点：

加工球面和平面时，完全不需要导轨的直线运动，故加工精度和表面质量较高，此外机床的结构比较简单和紧凑。

刀尖运动轨迹圆必须严格通过工件的中心点。

（P92）

11.精密、超精密机床的床身结构和导轨的材料有何要求？

请列举3-5种精密、超精密机床常用的床身结构和导轨的常用材料。

1）精密、超精密机床常用的床身结构和导轨材料的要求：

高刚度、热稳定性、耐磨性、轻量化；

2）精密、超精密机床常用的床身结构和导轨的常用材料有：

优质耐磨铸铁；

花岗岩；

人造花岗岩；

焊接钢结构，中间用人造花岗岩填充；

陶瓷；

铟钢等。

12.导轨在机床中的主要作用是什么？

精密机床导轨都有哪些方面的要求？

1）作用：

导向和承载；

2）要求：

1　导向精度：

导轨在水平和垂直两个方向的直线度，导轨之间的平行度和垂直度；

2　导轨应有足够的刚度；

3　运动的灵敏性和低速的平稳性（不得有爬行现象）；

4　有足够高的精度保持性（耐磨性）。

13.精密机床导轨常用的有哪几种类型？

各有何优缺点？

1）滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨、空气静压导轨

2）滚动导轨：

1　优点：

直线运动的精度比过去大为提高，可以达到微米级精度，摩擦因数极低，仅0.002~0.003；

2　缺点：

难制成极高精度；

液体静压导轨：

刚度高，能承受大的载重，直线运动精度高并且平稳，无爬行；

（平面型）左右不对称，难做到极高精度；

（圆柱型）两导轨很难制造调整到严格平行；

气浮导轨：

很高的直线运动精度，无爬行，摩擦因数接近于零，不发热；

刚度低于空气静压导轨，受压缩空气压力波动的影响。

空气静压导轨：

与气浮导轨相比有较高的刚度和运动精度，不发热，没有温升。

制造工艺要求高，制造不易。

14.气浮导轨和空气静压导轨结构上有何不同？

1）气浮导轨常用平导轨，运动导轨的底平面和两侧面导轨有压缩空气作用，使滑板或工作台浮起，工作台的浮起是气浮作用，但侧面是气体静压作用，属气体静压导轨。

而空气静压导轨的运动件的导轨面，上下、左右均受静压空气的约束。

2）气浮导轨：

3　优点：

4　缺点：

15.空气静压导轨的节流方式有哪几种？

多孔石墨节流、小孔节流、毛细管节流、狭缝节流、表面节流。

16.什么是伺服驱动？

试述现代精密机床的数控和伺服驱动系统发展趋势？

1）伺服驱动系统是一种以机械位置、角度或状态等作为控制对象，使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的变化的自动控制系统。

2）现代数控机床是朝着精密化和高速化方向发展。

作为数控机床主要组成部分的伺服系统，越来越多的选择停留在交流伺服上面，它具有其他几种伺服系统无可比拟的优势。

随着交流伺服技术的发展，交流伺服系统将逐渐地全面取代直流伺服系统，而且将实现全数字化、智能化和网络化。

17.直线电机有何特点？

直线电机是由哪两部分组成的？

1）特点：

1　采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生推力；

2　直线电机运行时，它的零部件没有离心力作用，直线速度不受限制；

3　无机械接触，避免磨损、降低噪声、减少损耗，磁悬浮列车时其典型代表；

4　直线电机结构简单，且它的电极及线圈可以用环氧树脂等密封成整体，因此可在潮湿的环境甚至水中使用，也可在有腐蚀性气体或有毒、有害气体中使用；

5　直线电机结构简单，其散热效果较好。

热负载可以取的较高，且不需要冷却装置；

2）组成：

初级和次级。

18.试比较直线电机、音圈电机、力矩电机和压电陶瓷驱动的特点。

1）直线电机特点：

2）音圈电机具有结构简单、体积小、运动行程大、无滞后、体积小、重量轻、驱动电压低、无传动间隙、高速度、高加速度、高精度（直接驱动）、急速响应、力控制精确等卓越特性、同时兼具有寿命长、运动频率高等优点。

3）力矩电机具有软机械特性和宽调速范围的特种电机，具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点。

19.对精密、超精密机床的数控系统有何要求？

1）高精度、高分辨率；

2）误差和环境补偿控制；

3）在线检测控制；

4）线性轴/回转轴联动控制；

5）采用高性能实时网络总线数字伺服控制技术。

20.精密、超精密机床几何检测常采用哪些方法？

试述增量式光栅尺和双频激光干涉检测的基本原理？

1）分度盘、圆度仪、激光测量（单频激光检测、双频激光检测）；

2）光栅尺的工作原理是根据计量光栅和标尺光栅相对移动时形成莫尔条纹运动的原理进行工作的；

双频激光干涉检测是由磁场将激光器发出的激光分裂成两路频率不同的激光，利用其中一束激光对运动物体反射时的多普勒效应产生的频率差来比较，精确测量运动物体的移动距离。

21.精密、超精密机床常用哪些机械传动机构？

滚动丝杠螺母副、摩擦与柔索传动、谐波传动、柔性铰链

22.试述摩擦柔索和柔性铰链传动的特点。

摩擦柔索：

Zerobacklash（零间隙）

Highstiffness（高硬度）

Lowpowerconsumption（低能耗）

Highprecision（精确度高）

Maintenancefree（无需维护）

Immunetoshock,vibration,andharshenvironments（免疫冲击、振动与恶劣环境）

柔性铰链：

无爬行、无间隙、无轴承噪音、不需要润滑、位移分辨精度高，而且在低频下运行没有内热产生，且结构紧凑，适用于各种超精密加工环境，特别适用于超高真空环境。

23.什么是宏-微复合精密工作台？

宏-微复合精密工作台的微进给实现方法？

在粗动工作台上加一个精动工作台，粗动工作台实现高速度、大行程，精动工作台实现微动，完成精密定位中的补偿。

宏-微复合精密工作台的微进给实现方法由微位移机构实现

24.什么是慢刀伺服和快刀伺服？

快刀伺服与慢刀伺服车削的区别是什么？

慢刀伺服车削是对车床主轴与Z轴均进行控制，使机床主轴变成位置可控的C轴，机床的X、Z、C三轴在空间构成了柱坐标系，同时，高性能和高编程分辨率的数控系统将复杂面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标，并对所有运动轴发送插补进给指令，精确协调主轴和刀具的相对运动，实现对复杂面形零件的车削加工。

快刀伺服车削与慢刀伺服的差别在于：

将被加工的复杂形面分解为回转形面和形面上的微结构，然后将两者叠加。

由X轴和Z轴进给实现回转形面的轨迹运动，对车床主轴只进行位置检测并不进行轨迹控制。

借助安装在Z轴但独立于车床数控系统之外的冗余运动轴来驱动刀具，完成车削微结构形面所需的Z轴运动。

这种加工方法具有高频响、高刚度、高定位精度的特点。

25.压电式微进给装置的基本原理和特点？

电致伸缩传感器的材料是什么？

原理是逆压电效应和电致伸缩效应；

特点是可进行自动化控制，有较好的动态特性，可用于误差在线补偿；

压电陶瓷PZT（PbZnO—PbT陶瓷）。

26.如何提高精密机床结构件的稳定性？

a）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（时效、冰冷处理、铸件缓慢冷却等方法）使部件有高度的尺寸稳定性。

b）结构刚性高，变形小

1）要求结构刚度高、变形量极小，基本不影响加工精度。

2）各接触面和联接面的接触良好，接触刚度高，变形极小。

27.精密、超精密机床采用在线激光检测时，为什么同一方向的运动位移有时需要用两路（甚至3-4路）激光来检测？

因为对于大型超精密机床来说，其待加工部件较大，为了避免大部件运动时歪斜产生检测误差。

28.提高机床结构的抗振性和消除、减少机床的措施有哪些？

a）各运动部件都应经过精密动平衡消灭或减少机床内部的振源

机床内的主要振源是高速转动的部件，如电动机、主轴等，这些转动的部件必须经过精密动平衡，使振动减小到最小。

b）提高机床结构的抗振性

c）在机床结构的易振动部分人为的加入阻尼减小振动

d）使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件

铸铁对振动的衰减率高于钢材，花岗岩对振动的衰减率大大高于钢铁。

人造花岗岩的振动衰减率又高于天然花岗岩。

29.采用气浮隔振垫为什么需要有自动找水平的控制系统？

通过何种方法检测和调整机床的水平？

因为机床运动部件移动时会导致机床重心的改变，使得机床发生倾斜，从而影响加工精度；

因此，可以在机床床身上安放位置互相垂直的两个电子水平仪，当机床发生倾斜时，电子水平仪发生信号，由控制系统分别调整空气隔振垫的空气压力，使机床恢复水平位置。

30.减少机床热变形的措施有哪些?

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。

（超精密机械加工部分）

31.超精密切削加工材料范围？

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。

32.超精密切削速度的选择原则？

超精密切削实际选择的切削速度，经常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，因为在该转速时表面粗糙度最小，加工质量最高，获得高质量的加工表面是超精密切削的首要问题。

使用质量好，特别是动特性好，振动小的超精密机床可以使用高的切削速度，可以提高加工的效率。

33.超精密切削的机理？

超精密切削机理是采用微量切削方法，去除工件表面多余的材料。

超精密切削的切削层很薄或尺寸很小，切削深度和进给量必然非常小，特别是亚微米和纳米级的超精密切削，切削深度通常小于材料的晶粒直径，使得切削只能在晶粒内进行，刀具切削要克服的是晶粒内部非常大的原子结合力，刀具上的切削力急剧增大；

这时的切削相当于对一个个不连续体进行切削，在晶粒内部大约1μm左右的间隙内就有一个位错缺陷，所以超精密切削是一种断续切削。

34.超精密切削刀具的磨损？

加工表面粗糙度超过规定值

35.超精密切削积屑瘤的生成规律和对切削加工过程的影响？

当切削速度较低时，积屑瘤高度最高，当切削速度大于v＝314m/min时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。

这说明在低速切削时，切削温度比较低，较适于积屑瘤生长，且在低速时积屑瘤高度值比较稳定，在高速不稳定。

特别是切黄铜和紫铜，积屑瘤不稳定且比较小。

刀具的微观缺陷也将直接影响积屑瘤的高度，完整刃的积屑瘤高度比有微小崩刃的刀刃积屑瘤高度小。

进给量很小时，积屑瘤的高度较大。

背吃刀量小于25μm时，积屑瘤的高度变化不大，但在大于25μm后，积屑瘤高度将随背吃刀量的增加而增加。

积屑瘤对切削力的影响为：

当积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小。

积屑瘤对加工表面粗糙度的影响为：

当积屑瘤高度大时，表面粗糙度大，积屑瘤小时加工表面粗糙度亦小。

36.切削液的作用？

冷却，润滑，清洗，防锈；

减小积屑瘤，减小加工表面粗糙度

37.超精密切削刀具的刃磨和测量？

提高切削刃的刃锋锐度，原子力显微镜测量

38.最小切削厚度及与刀尖半径之间的关系？

39.刀尖锋锐度对表面残余应力的影响？

用ρ=0.3μm的金刚石车刀切削时，其加工表面的残余应力要比用ρ=0.6μm的刀具切削时低得多。

（2）背吃刀量减小，可使残留应力减小。

（3）当背吃刀量减小到某临界值时，若再继续减小背吃刀量，则会使加工表面残余应力增大。

40.脆性材料如何实现超精密切削？

脆性材料要实现超精密切削，加工表层的材料不是脆性破碎切除，而是实现塑性切除。

要实现塑性切削，首先金刚石刀要很锋锐并有合理的切削角度，应通过改变切削力作用方向来改变切削区的变形方向，是崩碎的额能行减小；

其次切削厚度要极小，切削厚度小时材料不易产生崩碎

41.金刚石晶体结构和晶面方向？

金刚石的晶体结构属于6方晶系，主要晶面方向分别垂直于4次对称轴、3次对称轴、

2次对称轴的（100）晶面、（111）晶面、（110）晶面。

42.不同晶面方向的特性？

（100）晶面的最小单元为正方形，晶网密度最低，硬度和耐磨性最低；

（110）晶面的最小单元为矩形，晶网密度低于（111）晶面，高于（100）晶面、硬度和耐磨性比（100）晶面高；

（111）晶面的最小单元为三角形，晶网密度最高，硬度和耐磨性最高；

三个晶面的面网密度之比为1:

1.414:

2.308；

面网和（110）面网的分布是均匀的，（100）面网的面间距为D/4=0.089nm

面网的面间距为

=0.126nm。

（111）面网的分布是不均匀的，面间距出现一宽一窄的交替：

宽的面间距为

0.154nm；

窄的面间距为

=0.051nm.

43.金刚石晶体的解理现象？

晶体受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。

44.4、金刚石刀具的刃磨？

当作用应力相同时，（110）晶面的破损概率最大，（111）晶面次之，（100）晶面产生破损的概率最小。

即在外力作用下，（110）晶面最易破损，（111）晶面次之，（100）最不易破损。

尽管（110）晶面的磨削率高于（100）晶面，但实验结果表明，（100）晶面较其它晶面具有更高的抗应力、腐蚀和热退化能力。

结合微观强度综合考虑，用（100）面做刀具的前后刀面，容易刃磨出高质量的刀具刃口，不易产生微观崩刃。

（网上资料）

45.超精密磨削的分类？

超精密磨削可分为固结磨料和游离磨料两大类加工方式。

46.磨料、粒度的选择原则？

磨料：

根据精密加工和超精密加工的要求决定使用刚玉系、碳化物系磨料或者超硬磨料。

磨料粒度：

对于精密磨削和超精密磨削，其粒度选择应根据加工要求、被加工材料、磨料材料等来决定，其中影响最大的是被加工面表面粗糙度、被加工面材料和生产率。

47.精密磨削过程的作用形式？

微刃的微切削、等高切削、滑挤、摩擦、抛光作用

48.涂覆磨具的制造方法？

重力落砂法、涂覆法和静电植砂法。

49.精密磨削机理？

（1）微刃的微切削作用

应用较小的修整速度（纵向进给量）和修整深度（横向进给量）精细修整砂轮，使磨粒微细破碎产生微刃。

这样，一颗磨粒就形成了多颗微磨粒，相当于砂轮的粒度变细。

微刃的微切削作用形成了小粗糙表面。

（2）微刃的等高切削作用

由于微刃是对砂轮精细修整形成的，因此分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多、等高性好，从而使加工表面的残留高度极小。

微刃的等高性除与砂轮修整有关外，尚与磨床的精度、振动等因素有关。

（3）微刃的滑挤、摩擦、抛光作用

对砂轮修整得到的微刃开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加而逐渐钝化，同时，等高性得到改善。

这时，切削作用减弱，滑挤、摩擦、抛光作用加强。

磨削区的高温使金属软化，钝化的微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰碾平，减小了表面粗糙度。

50.修整的概念？

用修整工具将砂轮修整成形或修去磨钝的表层，以恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状的操作过程。

51.车削修整法、磨削修整法的特点？

车削法修整砂轮具有修整方法简单、使用方便等特点，适用于平行形面和成形曲面的修整。

磨削修整法采用碳化硅砂轮以磨削方式修整超硬磨料砂轮，修整效率低，且碳化硅砂轮磨损很快，修整精度难以保证。

52.电火花修整、激光修整法的特点？

电火花修整法有许多优点。

可进行在位、在线修整，易于保证金刚石砂轮的磨削精度；

修整后的砂轮磨削力小；

可以方便地实现对成形砂轮的快速高精度修整；

电火花修整的特点是加工力小、适于小直径和极薄砂轮的修整；

如配以高精度电极和合理的放电参数，可方便地实现对成型砂轮的快速、高精度整形。

激光修整法具有高功率密度、高注入速度、高加工效率、无工具损耗、非接触、易控制和无公害等特点。

53.磨削液的作用和选用原则？

磨削液的四大作用：

润滑、冷却、清洗、防锈作用。

磨削液的选择要从工件材料、表面质量的要求、磨削方法和砂轮特性等几方面考虑。

砂带磨削的特点和机理？

砂带磨削加工的原理：

砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮（或压磨板）、张紧轮、驱动轮等磨头主体以及张紧快换机构、调偏机构、防（吸）尘装置等功能部件共同完成对工件的加工过程。

具体讲就是将砂带套在驱动轮、张紧轮的外表面上,并使砂带张紧和高速运行,根据工件形状和加工要求以相应接触和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。

54.砂带磨削加工的特点：

①砂带磨削是一种弹性磨削，因而砂带磨削是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。

②砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削能力，所以砂带磨削的效率非常高。

③磨削速度稳定，由于接触轮极不磨损，砂带可运动可保持恒速，而不会象砂轮那样越磨直径越小速度越慢。

④砂带磨削精度高。

由于砂带制作质量和砂带磨床生产水平的提高，砂带磨削早已跨入精密和超精密加工行列。

⑤砂带磨削成本低。

⑥砂带磨削安全可靠，噪音和粉尘小，且易于控制，环境效益好。

⑦砂带磨削工艺灵活性大、适应性强。

（研磨抛光）

55.研磨机理和抛光机理？

研磨属于游离磨粒切削加工，是在刚性研具（如铸铁、锡、铝等软金属或硬木、塑料等）上注入磨料，在一定压力下，通过研具与工件的相对运动，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工作材料，以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法。

抛光是指用低速旋转的软质弹性或粘弹性材料（塑料、沥青、石蜡、锡等）抛光盘或高速旋转的低弹性材料（棉布、毛毡、人造革等）抛光盘，加抛光剂，具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法。

抛光一般不能提高工件形状精度和尺寸精度。

56.研磨和抛光机理与加工的主要区别？

研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工（如切削加工）。

研磨可用于加工各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。

加工精度可达IT5～01，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01微米。

抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。

两者的主要区别在于：

抛光达到的表面光洁度要比研磨更高，并且可以采用化学或者电化学的方法，而研磨基本只采用机械的方法，所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗，即粒度大。

57.研磨盘材料，研磨力，研磨盘转速的选择原则？

通常使用的铸铁或碳钢研磨盘其使用寿命低，热膨胀系数大。

在加工硅片过程中，特别是高速研磨或抛光时，由于研磨盘的磨损和热变形，使硅片的平面度和平行度难以保证。

采用碳化硅陶瓷的研磨盘由于硬度高研磨盘的磨损小，且热膨胀系数与硅片基本相同因而可以高速研磨、抛光。

特别是近几年来的硅片尺寸越来越大，对硅片研磨的质量和效率提出了更高的要求。

碳化硅陶瓷研磨盘的使用将使硅片研磨的质量和效率有很大的提高。

同时碳化硅陶瓷研磨盘还可用于研磨、抛光其它材料的片状或块状物体的平面。

几时采用同样的磨粒，加工压力减小对减小表面粗糙度有利，在功能陶瓷最终抛光阶段，入采用仅靠工件自重进行悬浮抛光，可获得极好的表面质量。

加工速度增大使加工效率提高。

但但当速度过高时，由于离心力作用，使加工液甩出工作区，加工平稳性降低，研具磨损加快，从而影响研磨抛光的加工精度。

一般粗加工多用较低速、较高压力。

精加工多用低速、较低压力。

58.抛光盘的材料和结构形式？

抛光盘用来给物体打磨抛光，分为好多种，有水晶抛光盘，羊毛抛光盘，绒布抛光盘等，根据硬度不同，可以根据需要选择。

抛光盘按材质不同可大致分硬盘、中硬盘、软盘三类，各适合不同琢型和性质宝石的抛光。

结构形式：

为了获得良好的研磨表面，优势需在研具表面上开槽。

槽的形状有放射状、网格状、同心圆状和螺旋状等。

槽的形状、宽度、深度和间距等要根据工件材料性质、形状及研磨面的加工精度而选择。

59.化学机械抛光过程？

区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法，化学机械抛光通过化学的和机械的综合作用，从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛