精密与超精密

试述使用金刚石刀具和普通刀具时选择切削速度的方法：切削速度向来是影响刀具耐用度最主要的因素，但是切削速度的高低对金刚石刀具的磨损大小影响甚微，刀具的耐用度极高。原因是：金刚石的硬度极高，耐磨性好，热传导系数高，和有色金属间的摩擦系数低，因此切削温度低，在加工有色金属时刀具耐磨度甚高，可用很高的切削速度1000～2000m/min，而刀具的磨损甚小。超精密切削实际速度的选择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什么是解理现象，金刚石为什么沿着（111）晶面解理？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。（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。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。高磨削率方向称为“好磨方向”，低磨削率方向称为“难磨方向”。金刚石刀具为什么选择（100）晶面作为前刀面和后刀面？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。（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。精密和超精密磨料加工：金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等材料进行超精密切削，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。精密磨削要在精密磨床上进行，试述精密磨床应满足的要求？1、高几何精度：主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度，以保证工件的几何形状精度要求，主轴轴承一般采用动压和动静压组合轴承。2、低速进给运动的稳定性：要求无爬行和冲击现象，能平稳工作。特殊设计液压系统，采取排除空气、低流量节流阀、工作台导轨压力润滑。3、减少振动1）电动机的转子应进行动平衡，电动机与砂轮架之间进行隔振；2）砂轮要进行动平衡；3）精密磨床最好安装在防振地基上。试述超硬砂轮磨削的特点：1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体、石材等。立方氮化硼砂轮磨削时，热稳定性好，化学惰性强，不易与铁素元素产生亲和作用和化学反应，加工黑色金属时，有较高的耐磨性。2）磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。）磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。4）磨削效率高。5）综合成本低。超硬磨料砂轮修整。1、车削法：用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。2、磨削法：用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、金属结合剂，致使超硬磨粒就会脱落。目前最为广泛采用的修整法。3、滚压挤轧法：用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料，依靠游离磨料挤轧作用进行修锐。4、电火花修整法：电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂轮。若在结合剂中加入石墨粉，可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮。既可整形，又可修锐。5、超声波振动修整法：用受激振动的簧片或超声波振动头驱动的幅板作为修整器，并在砂轮和修整器间放入游离磨料撞击砂轮的结合剂，使超硬磨粒突出结合剂。试述超精密磨削对磨床的要求1）要求磨床的精度较高，砂轮主轴回转精度其径向跳动应0.01mm，端面圆跳动0.005mm。2）比普通磨床刚度提高50％左右。3）进给系统精度高、进给速度均匀准确，纵向进给速度最小可达0.3m/min，横向进给最小可达0.001～0.002mm/单行程。4）各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有可靠的密封。5）有比较完善的磨削液处理系统。6）采取相应的防振、隔振措施。什么是超精密磨削？具有什么特点？超精密磨削的加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度低于0.025μm，是一种亚微米级的加工方法；对于钢、铁材料和陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种重要的加工方法。镜面磨削加工表面粗糙度达到0.02～0.01μm，属于精密和超精密磨削范畴。特点：1）超精密磨床是超精密磨削的关键2）超精密磨削是一种超微量去除加工3）超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程简述磨削过程可以分成哪五个阶段？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。磨削过程可分为：五个阶段，砂轮表面的磨粒与工件材料接触，发生弹性变形，磨粒继续切入工件（切削深度增加），工件材料进入塑性阶段，材料晶粒发生滑移。塑性变形不断增大，当力达到工件的强度极限时，被磨削层材料产生挤裂，即进入切削阶段，最后被切离。当磨削切入量达到最大值后，逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。磨削加工过程：单颗粒磨削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）磨粒磨削时在工件的接触过程中，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，同时还有滑擦简述砂带磨削的机理：砂带磨削时，弹性变形区的面积较大，使磨粒承受的载荷大大减小，载荷值也较均匀，且有减振作用。砂带磨削时材料的塑性变形和摩擦力均较砂轮磨削时减小，力和热的作用降低，工件温度降低。砂带粒度均匀、等高性好，磨粒尖刃向上，有方向性，且切削刃间隔长，切屑不易堵塞，有较好的切削性。砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加什么是砂带振动磨削，特点：开式砂带磨削和振动叠加的复合加工。1)在开式砂带磨削时，振动可弥补工件不能高速运动时效率下降，使加工效率大大提高。2）振动地叠加可以形成复杂而又不重复地磨削轨迹，形成网状纹，有利于降低表面粗糙度，得到很低的粗糙度值加工表面。3）可采用干式磨削，加工表面不易出现划痕。4）对宽砂带，沿接触轮轴向振动可使砂带不跑偏和磨损均试述砂带磨削时接触轮的选择原则：1接触轮的硬度越大，加工表面粗糙度越大；2除软质接触轮因超速而发生硬化外，速度高，所获得的表面粗糙度就低；3锯齿形接触轮与表面平滑的接触轮相比，砂带的使用寿命要长；4在加工工件的硬度一定时，硬质接触轮比软质接触轮的切削量大。影响回转精度的因素：轴承精度和间隙的影响。主轴，支承座等零件中精度的影响。关键在于精密轴承。简述动压润滑轴承和静压润滑轴承的原理：动压润滑轴承：利用相对运动副表面的相对运动和几何形状，借助流体粘性，把润滑剂带进摩擦面之间，依靠自然建立的流体压力膜，将运动副表面分开的润滑方法为流体动压润滑。静压润滑轴承：在滑动轴承与轴颈表面之间输入高压润滑剂以承受外载荷，使运动副表面分离的润滑方法成为流体静压润滑。液体静压轴承的缺点：1液体静压轴承的温升很高，难以控制，造成热变形，影响主轴精度。2静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，降低轴承的刚度和动特性。解决措施：1提高静压油的压力到6--8mpa，使油中微小气泡的影响减小，提高静压轴承的刚度和动特性。2静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。3轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。超精密机床主轴和轴承的材料：1、不易磨损。用多孔石墨作空气轴承套。2、不易生锈腐蚀。3、热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近。4、材料的稳定性好，38crmoal氮化钢，经表面氮化和低温稳定处理，不锈钢和多孔石墨和轴承钢。此外，铟钢，花岗岩，微晶玻璃和陶瓷。简述导轨的作用和特点：导轨不仅是支承工作台、主轴箱、头架尾架等部件的载荷，而且是还保证各部件间的相对位置与相对运动的精度。但是与主轴部件相比，具有以下的特点：1）工作速度低。2）导轨的工作部分既长又薄，刚度差，是机床最薄弱的环节之一。3）受力情况比较复杂，这样给计算带来困难。4）导轨的加工工作量较大，需配备专用导轨磨床进行加工，甚至需用手工刮研方法以取得较高的导轨精度。简述导轨的基本要求：一）导向精度高1、导轨在水平面内和垂直面内的直线度2、导轨的平行度3、导轨间的垂直度二足够的刚度外力作用下导轨本身抵抗变形的能力三精度保持性（耐磨性）好1、降低导轨面的比压；2、良好的防护与润滑；3、正确选择导轨副的材料和热处理；4、选择合理的加工方法。四运动的灵敏度是运动部件从静止到开始移动期间，进给机构刻度盘转过值的大小。刻度值越小，灵敏度越高。简述静压导轨的原理及优缺点：工作原理与静压轴承相同。将具有一定压力的润滑油，经节流器输入到导轨面上的油腔，即可形成承载油膜，使导轨面之间处于纯液体摩擦状态。优点：导轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小；载荷的变化对油膜厚度的影响很小；液体摩檫，摩檫系数仅为0.005左右，油膜抗振性好。缺点：导轨自身结构比较复杂；需要增加一套供油系统；对润滑油的清洁程度要求很高。试回答进给伺服系统的作用：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。试述微量进给装置要求：1微进给和粗进给应分开。2运动部分必须是低摩擦和高稳定度的。3末级传动元件必须具有很高的刚度。4微量进给机构内部联接必须是可靠联接。5工艺性好，容易制造。6微量进给机构具有很好的动特性。7微量进给机构应能实现微量进给的自动控制。怎样减少外界振动对机床的影响？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；2、超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等；3、使用空气隔振垫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、提高机床结构的稳定性。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。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。LODTM车床是怎样进行恒温控制的：1、机床放置在铝制框架和绝热塑料炉墙板做成的恒温室里。2、恒温室内通恒温空气。3、使用两级水热交换器，用测热传感器测进入的空气温度。4、重要部件直接用恒温水流控制。精密切削对刀具的要求：1、极高的硬度，极高的耐磨性和极高的弹性模量。2、刃口能磨的极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。3、刃口无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到超光滑的镜面。4、与工件的抗粘性好，化学亲和性小，摩擦系数低，以得到极好的加工表面完整性。不可替代的超精密切削刀具材料：单晶金刚石机床的稳定性：1、各部件的尺寸稳定性好。采用尺寸稳定性好的材料制造机床部件；各部件经过应力消除处理；2、结构刚度高，变形小。结构刚度高，变形量极小，基本不影响加工精度；各接触面和联接面的接触良好，接触刚度高，变形极小。金刚石晶体的性能：硬度最高，各向异性，不同晶向的物理性能相差很大。优质天然单晶金刚石：多数为规整的八面体或者12面体，少数为6面立方体或其他形状，浅色透明，无杂质，无缺陷。大颗粒人造金刚石在超高压，高温下由子晶生长而成。并且要求很长的晶