精密与超精密制造-整理版

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几个人合力找的一些答案,有些可能也不是太准确,可以结合泰杰上传的那份一起看!!!编辑:郑重超然宗毅沛军景森志勇仕炫宇健耀坚小强(精密加工装备部分)1.试论述精密制造装备在精密加工技术中的地位和作用。精密制造装备是实现精密加工的首要基础条件。制造技术装备的水平和质量,将直接影响生产技术水平的高低和经济效益的好坏。(P1和P77)2.试列举您所熟知的国际上著名的精密机床研发、生产的机构或企业。瑞士的Schaub-lin、前西德的Boley、美国Hardinge、美国BrownSharp、美国LawrenceLivermore国家实验室、英国CranfieldPrecisionEngineering等(P77起)3.精密机床主轴有哪些基本要求?精密机床主轴要求达到极高的回转精度,转动平稳,无振动。(P86)4.精密和超精密主轴的轴承主要采用何种轴承?为什么目前超精密机床主轴很少使用滚动轴承?精密和超精密主轴的轴承主要采用液体静压轴承和空气静压轴承。很少采用滚动轴承是因为高精度的滚动轴承主轴是不易制造,要进一步提高主轴精度困难。(P86)5.精密机床采用液体静压轴承时,为什么其推力轴承一般的两个相对的止推面做要做在轴的同一端?因为液压静压轴承工作转动时常产生较大的温升,若两个相对的止推面分别做在轴的两端,当温度升高时轴的长度增长,造成推力轴承间隙的明显变化,使轴承的刚度和承载能力显著下降。(P86)6.试比较液体静压轴承和空气静压轴承都有哪些优缺点?○1液体静压轴承优点:较高的刚度和回转精度。缺点:a、控制轴承油温保持恒温较难。温度升高易造成热变形,影响主轴精度。b、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,因此将降低轴承的刚度和动特性。○2空气静压轴承优点:很高的回转精度,在高速转动时温升甚小,热变形误差小。缺点:刚度低,能承受载荷小。(P87)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。(P87)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。缺点: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:①优点:刚度高,能承受大的载重,直线运动精度高并且平稳,无爬行;②缺点:(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:①优点:很高的直线运动精度,无爬行,摩擦因数接近于零,不发热;②缺点: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:①优点: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。②缺点: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?各有什么优缺点?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:很高的直线运动精度,无爬行,摩擦因数接近于零,不发热;④缺点: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:③优点: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。④缺点:制造工艺要求高,制造不易。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: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)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)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)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)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b)提高机床结构的抗振性c)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)4)5)(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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