精密加工与特种加工考点大纲及考试要点总结

精密加工

一,名词解释: 名词解释:

1.极性效应在电火花加工中,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.线性电解液 ,生产率高,但存在杂散如NaCl电解液,其电流效率为接近100%的常数,加工速度vL和与电流密度i的曲线为通过原点的直线(vL=ηωi) 腐蚀,加工精度差.

3.平衡间隙(电解加工中) 当电解加工一定时间后,工件的溶解速度vL和阴极的进给速度v相等,加工过程达到动态平衡,此时的加工间隙为平衡间隙Δb .

4.快速成形技术是一种基于离散堆积成形原理的新型成形技术,材料在计算机控制下逐渐累加成形,零件是逐渐生长出来的,属于"增材法".

5.激光束模式激光束经聚焦后光斑内光强的分布形式.

二,判断题: 判断题:

01.实验研究发现,金刚石刀具的磨损和破损主要是由于111晶面的微观解理所造成的. (√)

02.电解加工时由于电流的通过,电极的平衡状态被打破,使得阳极电位向正方向增大(代数值增大)(√) .

03.电解磨削时主要靠砂轮的磨削作用来去除金属,电化学作用是为了加速磨削过程. (?)

04.与电火花加工,电解加工相比,超声波加工的加工精度高,加工表面质量好,但加工金属材料时效率低. (√)

05.从提高生产率和减小工具损耗角度来看,极性效应越显著越好,所以,电火花加工一般都采用单向脉冲电源. (√)

06.电火花线切割加工中,电源可以选用直流脉冲电源或交流电源. (?)

07.阳极钝化现象的存在,会使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿,所以它是有害的现象,在生产中应尽量避免它. (?)

08.电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件,又转换成热能来蚀除金属的. (√)

09.电火花线切割加工中,电源可以选用直流脉冲电源或交流电源. (?)

10.电火花加工是非接触性加工(工具和工件不接触) ,所以加工后的工件表面无残余应力. (?)

11.电化学反应时,金属的电极电位越负,越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去. (√)

12.电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去除材料的,电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆加工的. (?)

13.氯化钠电解液在使用中,氯化钠成分不会损耗,不必经常添加补充. (√)

14.由于离子的质量远大于电子,故离子束加工的生产率比电子束高,但表面粗糙度稍差. (?)

15.阶梯形变幅杆振幅放大倍数最高,但受负载阻力时振幅衰减严重,且容易产生应力集中. (√)

16.在超精密磨削时,如工件材料为硬质合金,则需选用超硬磨料砂轮. (√)

17.法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析出物质的量与通过的电量成正比,它也适用于电镀. (√)

18.电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸缩传感器,微量进给装置的机

械结构及其驱动电源. (√)

19.电解加工时,串连在回路中的降压限流电阻使电能变成热能而降低电解加工的电流效率. (?)

20.等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等.对于矩形波等脉冲电源,每个脉冲放电持续时间相同. (√)

21.电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去除材料的,电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆加工的. (?)

三,填空题

01.超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度,不能有爬行.除要求导轨有很高的制造精度外,还要求导轨的材料具有(很高的稳定性)(耐磨性)和(抗振性) , . 02.精密和超精密加工机床主轴轴承的常用形式有(液体静压轴承)和(空气静压轴承) . 03.金刚石晶体的激光定向原理是利用金刚石在不同结晶方向上(因晶体结构不同而对激光反射形成不同的衍射图像)进行的. 04.电火花加工蚀除金属材料的微观物理过程可分为(介质电离击穿)(介质热分解,电极材料熔化,气化)(蚀除物抛出)和(间隙 , , 介质消电离)四个阶段. 05.目前金刚石刀具主要用于(铝,铜及其合金等软金属)材料的精密与超精密车削加工,而对于(黑色金属,硬脆)材料的精密与超精密加工,则主要应用精密和超精密磨料加工. 06.超声波加工主要是利用(磨料在超声振动作用下的机械撞击和抛磨)作用来去除材料的,同时产生的液压冲击和空化现象也加速了蚀除效果,故适于加工(硬脆)材料. 07.实现超精密加工的关键是(超微量去除技术) ,对刀具性能的要求是: (极高的硬度和耐磨性)(刃口极其锋利) , ,刀刃无缺陷,与工件材料的抗粘接性好,摩擦系数低. 08.电火花加工型腔工具电极常用的材料有: (纯铜)(石墨)(铜钨合金)等. , , 09.影响电火花加工精度的主要因素有: (放电间隙的大小)及其一致性, (工具电极的损耗)及其稳定性和(二次放电现象) . 10.电火花加工按工件和工具电极相对运动的关系可分为:电火花(穿孔成形加工) ,电火花(线切割加工) ,电火花(磨削加工) ,电火花(展成加工) ,电火花表面强化和刻字等类型. 11.电火花型腔加工的工艺方法有: (单电极平动法)(多电极更换法)(分解电极法) , , ,简单电极数控创成法等. 12.实现超精密加工的技术支撑条件主要包括: (超精密加工机理与工艺方法)(超精密加工机床设备)(超精密加工工具)(精密测 , , , 量和误差补偿) ,高质量的工件材料,超稳定的加工环境条件等.

13.激光加工设备主要包括电源, (激光器)(光学系统)(机械系统)(控制系统) , , , ,冷却系统等部分. 14.常用的超声变幅杆有(圆锥形)(指数形)及(阶梯形)三种形式. , 15.金刚石刀具在超精密切削时所产生的积屑瘤,将影响加工零件的(表面质量)和(尺寸精度) . 16.精密和超精密磨料加工分为(固结磨料)加工和(游离磨料)加工两大类.

17.精密与特种加工按加工方法可以分为(切削加工)(磨料加工)(特种加工)和(复合加工)四大类. , , 18.电火花型腔加工的工艺方法有: (单电极加平动法)(多电极更换法)(分解电极法)(简单电极数控创成法)等. , , ,

四,选择题: 选择题:

1.在电火花加工中存在吸附效应,它主要影响: d ) ( a,工件的可加工性; b,生产率; c,加工表面的变质层结构; d,工具电极的损耗

2. 用电火花加工冲模时,若火花间隙能保证配合间隙的要求,应选用的工艺方法是: a ) ( a.直接配合法; b,修配冲头法; c,修配电极法; d,阶梯电极法

3.超精密加工机床中主轴部件结构应用最广泛的是: d ) ( a 密排滚柱轴承结构; b,滑动轴承结构; c,液体静压轴承结构; d,空气静压轴承结构.

4.下列四个选项中,哪个是离子束加工所具有的特点( a ) a,加工中无机械应力和损

伤; b,通过离子撞击工件表面将机械能转化成热能,使工件表面熔化而去除工件材料; c,工件表面层不产生热量,但有氧化现象; d,需要将工件接正电位(相对于离子源) .

8.一般来说,电解加工时工具电极是: ( c ) a,低损耗; b,高损耗; c,基本无损耗; d,负损耗

10.高功率密度的电子束加工适于( a ) a,钢板上打孔; b,工件表面合金化; c,电子束曝光; d,工件高频热处理

3. 用电火花加工冲模时,若凸凹模配合间隙小于电火花加工间隙时,应选用的工艺方法是: b ) ( a,直接配合法; b,化学浸蚀电极法; c,电极镀铜法; d,冲头镀铜法

7. 电解加工型孔过程中, a ) ( b 求工具电极作均匀等速进给; b,要求工具电极作自动伺服进给; c,要求工具电极作均加速进给; d,要求工具电极整体作超声振动. 格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序[10分].

2. 超精密加工的难点是什么?超精密切削对刀具性能有哪些要求?为什么单晶金刚石被公认为理想的超精密切削刀具材料?

答:实现超精密加工的关键是超微量去除技术.超微量加工时,工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随机的,精度难以控制; 工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大影响;去除层越薄,被加工表面所受的切应力越大,材料就越不易被去除.超微量切削往往是在晶粒内进行,相当于从材料晶格上逐个地去除原子,切削力一定要超过晶体内部的原子结合力才能产生切削作用,其单位面积上的切应力急剧增大,因此要求采用高硬度,高耐磨性的刀具材料. 超精密切削对刀具性能的要求: 1)极高的硬度和耐磨性; 2)刃口能磨得极其锋利; 3)刀刃无缺陷;

4)与工件材料的抗粘接性好,摩擦系数低. 单晶金刚石被公认为理想的,不可代替的超精密切削刀具材料,是因为它有着一系列优异的特性,如硬度极高,耐磨性和强度高,导热性能好,和有色金属摩擦系数小,能磨出极锋利的刀刃等.

3. 电解加工(如套料,成形加工等)的自动进给系统和电火花加工的自动进给系统有何异同?为什么会形成这些不同?

答:一般电解加工自动进给系统主要是控制均匀等速的进给速度,它的大小是事先设定的.进给速度的大小与端面平衡间隙有直接关系 (双曲线关系) ,而端面平衡间隙又直接影响到阴极形状.在正常电解加工时,主要依照电流的大小来进行控制,但在电极开始进入或即将退出工件时,由于加工面积的变化,则不能依照电流的大小来进行控制. 电火花加工自动进给控制系统的目的是保证某一设定加工间隙的稳定,它是按照电极间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线来工作的,它的进给速度不是均匀等速的.之所以形成这种不同的进给特性, 主要是电解加工中存在平衡间隙,进给速度越大,平衡间隙越小,工件的蚀除速度越高,在进给方向,端面上一般不易短路;而电火花加工中不存在平衡间隙,进给速度稍大于蚀除速度,极易引起短路,所以必需调节进给速度以保证放电间隙.

4.阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点?举例说明. 阳极钝化现象的存在, 使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿, 从生产率的角度考虑人们不希望选用产生钝化现象的钝化型电解液. 答: 但是,当采用 NaCl 等非钝化型电解液加工时,虽然生产率高,但杂散腐蚀严重,成形精度较差,严重影响了电解加工的应用.而当采用钝化型电解液加工时,尽管电极工具的非工作面没有绝缘,但当加工间隙达到一定尺寸后,对应的工件表面就会产生钝化膜,可以避免产生杂散腐蚀,提高加工精度,促进了电解加工的推广应用.电解磨削,电解研磨等加工方法就是利用阳极钝化现象的存在而开发出来的. 它们利用了钝化膜对金属的保护作用,采

用机械去除钝化膜的方法,使金属微观表面凸点的钝化膜被刮除,并迅速电解,而低凹处的钝化膜起保护作用,使局部不被电解,最终使金属表面的整平作用加快,可实现精加工.

1、精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？答：

（1）精密加工的加工精度为 1~0.1μm,加工表面粗糙度为 0.3~0.03μm;超精密加工的加工精度为 0.1~0.01μm，加工表面粗糙度为 0.03~0.005μm。 (2)精密与超精密加工所包含的主要领域有超精密切削加工：超精密金刚石切削，可加工各种镜面、反射镜、透镜等大型器件的精密加工；精密与超精密磨削：光盘、光学镜头、晶体等硬脆材料的精密加工；精密研磨抛光：集成电路、光学元件等高精度加工；精密特种加工：激光、超声波及电子束、离子束加工。

2、超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？答：为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和尺寸耐用度。2）切削刃钝圆半径要极小才能实现超薄切削厚度。3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。天然单晶金刚石有着一系列优异的特性，如硬度强度耐磨性极高导热性好，与有色金属摩擦因数低，刀具钝圆半径极小等。虽然价格昂贵，仍被公认为理想不能替代的超精密切削刀具材料。二者等同称为 SPDT。大颗粒人造单晶金刚石现在已能工业生产，并已开始用于超精密切削，但它的价格仍很昂贵。人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃，钝圆半径很难小于 1 微米，它只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。立方氮化硼（CBN）刀具现在用于加工黑色金属，但还达不到超精密镜面切削。

3、超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用超硬磨料砂轮？答：（1）主要针对玻璃与陶瓷等硬脆材料进行加工。（2）超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的剪切应力就急速地增加，可能接近磨粒的剪切强度极限。磨粒切削刃处受到高温和高压作用要求磨粒有很高的强度和高温硬度。普通磨料，在高温高压和高剪切应力的作用下，磨粒将会很磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度低表面粗糙度的磨削质量。因此，在超精密磨削时，一般采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。

4、固结磨料加工和游离磨料加工各有什么特点？答：固结磨料研磨方法优点：

1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体材料、宝石、石材、硬质合金、铜铝等有色金属及合金等 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。3)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，有锋利的刃口，耐磨性高，因此有较高切除率和磨削比 5）加工成本柢，加工效率高，工时少，综合成本低。

复习要点 1

精密和超精密加工技术练习及复习精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。什么叫精密加工？加工精度在 0.1～1 m，加工表面粗糙

度在 Ra0.02～0.1 m 之间的加工方法称为精密加工。什么叫超精密加工？加工精度高于 0.1 m，加工表面粗糙度小于 Ra0.01 m 之间的加工方法称为超精密加工。第一章精密和超精密加工技术及其发展展望影响精密与超精密加工的因素有哪些？加工机理、被加工材料、加工设备及其基础元部件、加工工具、检测与误差补偿、工作环境等。我国今后发展精密与超精密加工技术的重点研究内容包括什么？（1）超精密加工的加工机理；（2）超精密加工设备制造技术；

（3）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术；（4）精密测量技术及误差补偿技术；

（5）超精密加工工作环境条件。举例说明超精密切削的应用范围有哪些？陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。超精密切削速度是如何选择的？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。金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因此刀具是否磨损以加工表面质量是否下降超差为依据，切削速度并不受刀具寿命的制约。第二章超精密切削与金刚石刀具举例说明超精密切削的应用范围有哪些？陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。超精密切削速度是如何选择的？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。

金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因此刀具是否磨损以加工表面质量是否下降超差为依据，切削速度并不受刀具寿命的制约。刃口锋锐度对加工表面粗糙度的影响？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。刀刃锋锐度对切削变形和切削力的影响？刀刃锋锐度不同，切削力明显不同。刃口半径增大，切削力增大，即切削变形大。背吃刀量很小时，切削力显著增大。刀刃锋锐度对切削表面层的冷硬和组织位错的影响？刃口半径越小，加工表面变质层的冷硬度越小，位错密度越小，切削变形越小，表面质量越高。刀刃锋锐度对加工表面残留应力的影响？刃口半径越小，残留应力越低；背吃刀量越小，残留应力越小，但当背吃刀量减小到临界值时，背吃刀量减小，残留应力增大。超精密切削时极限最小切削厚度是多少？ 1nm。金刚石刀具不同晶面的摩擦因素如何？（100）晶面的摩擦系数最低，（110）最高；（100）晶面的摩擦系数差别最大；（111）晶面最小。金刚石刀具磨损和破损的特点是什么？超精密切削对刀具有什么要求？极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。刀刃无缺陷，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。与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得到极好的加工表面完整性。金刚石属于什么晶系？不同面体金刚石主要有哪几个晶面和晶轴？金刚石刀具不同晶面的面网及面网密度是如何计算？其比例是多少？什么叫金刚石晶体的解理现象？哪个晶面最容易解理？为什么？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。金刚石刀具各晶面的耐磨性如何？好磨和难磨方向又是如何？与摩擦因素有何关系？

金刚石刀具的磨损，主要属于机械磨损，本质是微观解理的积累；金刚石晶体的破损机理，主要产生于（111）晶面的解理。当垂直于该晶面的拉力超过某特定值时，两相邻的晶面分离，产生解理劈开。刀刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式，所以刀刃的微观强度是刀具设计选择晶面的主要依据。金刚石各晶面的微观破损强度关系是？（110）面破损的机率最大，（100）面破损机率最小。金刚石晶体的定向主要有哪几种方法？人工目测定向、X 射线定向、激光定向。简单讲述激光定向的原理过程？衡量金刚石刀具的标准是什么？能否加工出高质量的超光滑表面（Ra＝0.005～0.02μm）；能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐（切削长度数百千米）。试比较直线修光刃和圆弧修光刃的优缺点？单晶金刚石刀具的前面应该选择哪个晶面？（100）晶面。金刚石刀具小刀头的固定方法哪几种？机械夹固；粉末冶金法固定；粘结或钎焊固定影响金刚石刀具精研的因素有哪些？什么叫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。固结磨料加工主要有哪几种？精密和超精密砂轮磨削、精密和超精密砂带磨削等。精密和超精密砂轮磨料主要有那几种？普通磨料：包括碳化物系，如碳化硼、碳化硅；刚玉系。超硬磨料系：包括金刚石，如天然金刚石和人造金刚石；立方氮化硼。第三章精密磨削和超精密磨削固结磨料和游离磨料超硬磨粒有什么优越性？

磨具在形状和尺寸上易于保持，使用寿命高，磨削精度高；磨料本身磨损少，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持精度；磨削时，一般工件温度较低，可减小内应力、裂纹和烧伤等缺陷；能加工各种高硬的难加工材料，可磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等。超硬磨具中磨料的含量用量。表示，它是指磨料层中每 1cm3 体积中所含超硬磨粒的重

精密磨削的加工精度和表面粗糙度范围是什么？主要用途？加工精度为 1~0.1μm、表面粗糙度达到 Ra0.2~0.025μm。多用于机床主轴、轴承、滚动导轨、量规等精密加工。精密磨削时砂轮的选择以什么为原则？以易产生和保持微刃及其等高性为原则。超硬磨粒砂轮磨削的特点是什么？可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料；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；磨削效率高；加工成本低。超硬磨料砂轮修整的方法主要有哪些？简述其原理及优缺点。包括：车削法、磨削法、软钢磨削整修法、金刚石滚轮修整法、滚压轧制法、喷射法、电加工法、超声波振动修整法等。原理及优缺点略。极压性是指磨削液与金属表面起作用，形成一层牢固的润滑膜，在磨削区域的高压下有良好的润滑和抗粘着性能。超精密磨削的加工精度和表面粗糙度是什么范围？其特点什么？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。超精密磨削的特点可归纳为：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。看图简述超精密磨削机理及其加工过程。（答案略）超硬微粉砂轮磨削的特点及其应用？ 1）粒度很细，可同时获得极小的表面粗糙度和很高的几何尺寸和形状精

度。2）是一种固结磨粒的微量去除加工方法，加工效率高。3）容屑空间很小，磨削容易堵塞，需要进行在线修整。4）磨削机床应有微进给装置，设备价格高。用于加工各种非金属材料和有色金属及其合金材料零件的各种表面加工。树脂-金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的结构和特点是什么？砂带磨削方式从总体上可以分为：闭式砂带磨削和开式砂带磨削两大类。按砂带与工件接触形式可分为：接触轮式、支承板（轮）式、自由浮动接触式和自由接触式。按照加工表面类型可分为：外圆、内圆、平面、成形表面等磨削方式。什么叫磨削比？切除工件重量与磨料磨损重量之比。闭式砂带头架的主要组成包括？接触轮（或支撑板）、主动轮、张紧轮、张紧机构、调偏机构、电动机、基座。开式砂带头架的主要组成包括？卷带轮、接触轮、砂带轮、电动机、基座。接触轮外缘表面形状和外缘截面形状有那些？外缘表面形状：平滑形、标准齿形、宽齿形、交叉齿形 4 种；外缘截面形状：平滑形、齿形和填充形 3 种。砂带磨削用量选择是什么？精密主轴部件有什么要求？能高速旋转；高回转精度、高刚度、高稳定性、寿命长；主轴本身及其驱动系统振动极小；发热少，且热平衡性能好；维护保养方便。轴承主要有那几种？滚动轴承；液体静压轴承；空气静压轴承。什么叫回转精度？在主轴空载手动或机动低速旋转情况下，在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。

第四章精密和超精密加工的机床设备精密主轴部件止推轴承和径向轴承有什么区别？止推轴承受力与轴的中心线平行；径向轴承的受力与轴的中心线垂直。看图简述液体静压轴承的工作原理？液体静压轴承的优缺点？优点：回转精度高、转动平稳、承载能力高。主要用于大型超精密加工机床。缺点：高速下，油温升高造成热变形，影响主轴精度；回油时，将空气带入油源，降低轴承刚度和动态特性。空气静压轴承的优缺点？优点：回转精度高、转速高，可达 100,000r/min；转动平稳，几乎没有振动，因为完全空气润滑；不发热，即使在高速下，温升很小，变形小；摩擦阻力小、寿命长，因为几乎没有摩擦；因为不使用油，不存在密封和泄露问题；可靠性高，维护保养方便。缺点：刚度低，承载能力不如液体静压轴承高，主要用于中、小型超精密加工机床。

空气静压轴承主轴结构主要有哪几种典型的结构？圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承主轴、双半球空气轴承主轴、前部用球形后部用圆柱径向空气轴承主轴、立式空气轴承主轴、大平面铣床主轴轴承。超精密机床主轴和轴承的材料选取原则是：不易磨损，不易生锈腐蚀，热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近，材料的稳定性好。超精密机床的总体布局有哪几种？ 1、十字形滑板工作台布局；2、T 形布局；3、R-θ布局；4、偏心圆转角布局；5、立式结构布局。超精密机床导轨的基本要求是什么？ 1、导向精度高，包括导轨在水平面内和垂直面内的直线度、导轨的平行度、导轨间的垂直度均要高；2、足够的刚度；3、精度保持性（耐磨性）好；4、运动的灵敏度高。精密与超精密机床伺服系统的基本要求有哪些？怎样减少机床内部的振动？怎样减少外界振动对机床的影响？三个措施。1、超精密机床应尽量远离振源；超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等；使用空气隔振垫。减少机床热变形的措施？尽量减少机床中的热源；采用热膨胀系数小的材料制造机床部件；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；使机床长期处在热平衡状态，使热变形量成为恒定；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。直线度的测量主要有那几种方法？干涉法；跨步仪法；光轴法；激光准直仪法；双频激光准直仪法。平面度的测量主要有哪些方法？干涉法；

水平面法。对于垂直度的检测，简述如何用圆柱形直角尺和 L 形直角尺进行互检测出角度误差？举例说明两个多齿分度盘互检标定的原理过程。什么叫圆度误差？圆度误差是指包容同一正截面实际轮廓且半径差最小的两同心圆间的距离。

自动定心、操作简单、使用寿命圆度误差的傅氏级数表达式及每一项的物理意义？圆度误差的评定方法包括哪几种？ 1）最小外接圆法；2）最大内接圆法；

3）最小包容区域圆法；4）最小二乘方圆法。圆度仪主要有哪两种结构形式？一种是测量头随主轴旋转，被测件固定在工作台面上不动；一种是测量头固定不动，被测件随旋转工作台转动二进行测量。影响圆度仪测量精度的因素有哪些？主轴回转误差：一般为 0.05μm，部分达到 0.025μm；工件轴线和主轴轴线偏心引起的误差；工件轴线对主轴轴线倾斜引起的误差；测量头形状和测头半径变化引起的误差；测量力的影响；测量头偏立引起的误差。详细论述三点法误差分离原理测精密主轴回转误差过程？看图简述单频激光测量原理？看图简述双频激光测量原理？看图简述激光测小角度原理？简述激光测量表面粗糙度和表面形貌的方法及原理？复习要点 2 1.精密和超精密加工目前包括三个领域：超精密切削，精密和超精密磨削研磨，精密特种加工。 2.金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，再就是金刚石刀具的研磨质量----切削刃钝圆半径 rn 。 3.最近出现的隧道扫描显微镜的分辨率为 0.01nm，是目前世界上精度最高的测量仪，可用于测量金属和半导体零件表面的原子分布的形貌。最新的研究证实，在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标----原子级精密加工。 4.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。 5.超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这点和普通的切削规律不同的。 6.超精密切削实际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。 7.超精切削时，积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小，和普通切削切钢时的规律正好相反。 8.超精密切削时，加工表面粗超度是直接和积屑瘤的高度有关，即积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时加工表面粗糙度艺小。

9.使用切削液后，已消除了积屑瘤对加工表面粗糙度的影响，这是切削速度已和加工表面粗糙的无关，这种情况和普通切削时切刚的规律不同。 10.超精密切削加工表面层的残留应力，也是表面质量的重要标志。它不仅影响材料的疲劳强度和耐磨性，而且影响加工零件的长期尺寸稳定性。 11.超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境条件等都直接有关。 12.实验结果是在两把刀都比较锋锐的情况下获得的。可以看到 No1 车刀（前后为（100）晶面）和 No2 车刀（为（110）晶面）的加工表面粗糙度相差不多。 13.用（100）晶面的 No1 车刀切出的表面层残余应力小于用（110）晶面的 No2 车刀所切出的，特别是切向残余应力。 14.（简答）从金刚石的物理性能看，它有甚高的硬度、较高的热导率、和有色金属间摩擦因数低、开始氧化的温度较高，这些都是超精密切削刀具所要求的。此外单晶金刚石可以研磨达到极锋利的切削刃（rn 可以小到 0.05~0.01μm），没有其他任何材料可以磨到这样锋锐，并且能长期切削而磨损很小，因此金刚石成为理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料。 15.（100）面网的最小单元为正方形。 16.（两题）解理现象是某些（如金刚石）晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面（（111）晶面）平整地劈开的

现象，称为（金刚石晶体的解理现象）解理现象。 17.在高磨削率方向上，（110）晶面的磨削率最高，最容易磨；（100）晶面的磨削率次之，（111）晶面磨削率最低，最不容易磨。 18.金刚石的 3 个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差甚大。现在习惯上把高，磨削率方向称为 “好磨方向”，把低磨削率方向称为“难磨方向”。 19.研磨金刚石晶体时，（110）晶面摩擦因数最大，（100）晶面次之，（111）晶面最小。 20.根据最新的研究，金刚石刀具的磨损，主要属机械磨损，其磨损本质是微观解理的积累。

21.（填空，选择，判断，简答（如何根据金刚石微观破损选前后面））①对金刚石刀具来说，切削刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式，故切削刃的微观强度是刀具设计选择晶面的主要依据。金刚石刀具选择前面和后面的最佳晶面，应该把不易产生解理破损作为重要的考虑因素。②当作用应力相同时，（110）面产生破损的机率最大，（111）面次之（100）面产生破损的机率最小。即在外力作用下，（110）面最易

破损，（111）面次之，（100）面最不易破损。③从增加切削刃的微观强度考虑，应选用微观强度最高的（100）晶面作为金刚石刀具的前面和后面。 22.（110）晶面的激光衍射光像呈二叶形，（111）晶面的激光衍射光像呈三叶形，（100）晶面的晶界微观凹坑为正方形，计算机模拟仿真得到的衍射光像亦呈四叶形。

23.金刚石刀具一般不采用主切削刃和副切削刃相交为一点的尖锐的刀尖。 24.由于金刚石的脆性，在保证获得较小的加工表面粗糙度前提下，为增加切削刃的强度，应采用较大的刀具楔角β，故刀具的前角和后角都取得较小。 25.（问答：如何来选择金刚石刀具的前后晶面）①（100）晶面的耐磨性明显高于（110）晶面，用（100）晶面作为前、后面要比用（110）晶面时刀具有更长的寿命。 ②（100）晶面的微观破损强度要高于（110）晶面，同时（100）晶面受载荷时的破损机率要比（110）晶面低很多，因此用（100）晶面做前、后面时切削刃有较高的微观强度，产生微观崩刃的机率要小得多。③（100）晶面和有色金属之间的摩擦因数要低于（110）晶面的摩擦因数。因此用（100）晶面做前、后面时，可以使切削变形减小，使加工表面的变形和残留应力减小，有利于提高加工表面质量。④选用（111）晶面作为前面或后面者极少，这可能是由于（111）晶面硬度太高，而微观破损强度不高，研磨加工困难，很难研磨加工出精钢石刀具要求的锋锐的切削刃的原因。⑤研磨加工精钢石刀具时，（100）晶面的研磨效率低于（110）晶面，因此制造刀具的工时要长一些，这是选用（110）晶面的优点。但刀具晶面的选择，主要应该考虑的是刀具的使用性能，而不能只考虑刀具制造效率的高低，因此应该选用（100）晶面做刀具的前、后面。 26.现在生产中研磨金刚石刀具时，粗研和精研都在同一块研磨盘上进行，即将研磨盘分为若干同心圆带，在大圆周处加粗就分手微粉用于粗研，在小圆周处加细金刚石微粉，用于精研。 27.精密砂轮磨削是利用精细修整的粒度为 60#~80#的砂轮经行磨削，其加工精度可达 Ra0.025μm。超精密砂轮磨削是利用经过仔细修整的粒度为 W40~W5 的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为 0.1μm，表面粗糙度为 Ra0.025~0.008μm 的加工表面，其中超硬微粉砂轮超精密磨削已应用比较普通。 28.超硬磨料在当前是指金刚石（包括人造金刚石）和立方氮化硼以及它们为主要成分的复合材料。 29.金刚石一般不适宜磨削钢铁材料，亦不适宜切磨黑色金属。 30.高精度、小表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度，低质量浓度、甚至低于 25%，这主要考虑砂轮堵塞发热问题。 31.涂覆磨具是将磨料用粘接剂均匀得涂覆在纸布或其他复合材料基底上的磨具，又

称涂敷磨具。 32.精密和超精密加工中所用的涂敷磨具多用涂敷发制作。 33.（简答：精密磨削机理）精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火

花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面。因此精密磨削机理可归纳为以下几点：①微刃的微切削作用②微刃的等高切削作用③微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。 34.在磨削钢件及铸钢件时，采用刚玉磨料较好。 35.一般精密磨削时的砂轮修整，修整器应安装在低于砂轮中心 0.5.~1.5 秘密处并向上倾斜 10°~15°。 36.（简答，判断：超硬磨料砂轮磨削的共同特点）①可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如陶瓷、玻璃、半导体材料、宝石、铜铝等有色金属及其合金、耐热合金等。②磨削能力强，耐磨性好，寿命高，易于控制加工尺寸及实现加工制动化。③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。在加工硬质合金及非金属硬脆材料时，金刚石砂轮的金属切除率优于立方氮化硼砂轮，但在加工耐热钢钛合金模具钢等时，立方氮化硼砂轮远高于金刚石砂轮。⑤加工成本低。 37.修整通常包括整形和修锐的总称。整形是使砂轮达到一定精度要求的几何形状；修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度（一般是磨粒尺寸的 1/3 左右），形成足够的切削刃和容屑空间。普通砂轮的整形和修锐一般是合为一步进行的，而超硬磨料砂轮的整形和修锐一般是分为先后两步进行。 38.用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整的磨削法是目前最为广泛采用的修整方法。 39.金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液为磨削液，视具体情况而定，如磨削硬质合金时普遍采用煤油，但不宜使用乳化液；树脂结合剂砂轮不宜使用苏打水。 40.立体氮化硼砂轮磨削时采用油性液为磨削液，一般不用水溶性液。 41.对于陶瓷、玻璃等硬脆材料，超精密磨削显然是一种重要的理想的加工方法。 42.镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到 Ra0.02~Ra0.01μm，表面光泽如镜的磨削方法。 43.超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。 44.（简答：微粉砂轮超精密磨削的特点）1）由于磨料是微粉等级的，粒度很细，在超精密磨床上磨削可以同时获得极小的表面粗糙度和很高的几何尺寸和形状精度。2）它是一种固结磨料的微量去除加工方法，加工效率高。3）由于磨料粒度很细，容屑空间很小，磨料容易堵塞，需要进行在线修整，才能保证磨削的正常进行和加工质量 4）磨削要在超精密磨床上进行，机床上应有微进给装置，设备价格高。 45.开式砂带磨削，磨削质量高，，磨削效果好，但效率不如闭式砂轮磨削，多用于精密和超精密磨削中。 46.从加工机理看，砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加工。 47.砂带磨床上的关键部件是砂带头架。 48.在砂带磨削头架中，最重要而关键的零件时接触轮。

49.精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转精度，转动平稳，无振动，其关键在于所用的机密轴承。 50.（简答:液体静压轴承和空气静压轴承的优缺点）液体静压轴承优：回转精度很高（0.1μm），转动平稳，无振动，缺：1）液体静压轴承的油温升高。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。空气静压轴承优：有很高的回转精度，在高速转动时油温甚小，因此造成的热变形误差很小.缺)刚度低，只能承受较小的载荷。 51.当工件直径较大并且较重是，超精密机床多采用立式

结构布局。 52.床身和导轨的材料 1）优质耐磨铸铁 2）花岗岩 3)人造花岗岩。

53.花岗岩现在已是制造三坐标测量机和超精密机床的床身和导轨的热门材料，，这是因为花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并不会生锈。 54.精密和超精密机床现在常采用的导轨有：滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨、空气静压导轨。 55.电致伸缩传感器在不同电压时的伸长量的关系曲线，可看到在加上直线电压时，无论是正电压或负电压，传感器的伸长量是相同的。 56.压电伸缩传感器的电压伸长量关系曲线，可看到正电压时伸长，负电压时缩短。 57.（简答：减小机床热变形的措施）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。 58．保证零件加工精度的途径有两种：一条是靠所用的机床来保证，即机床的精度要高于工件所要求的精度，这是所谓的“蜕化”原则，也称之为“母性”原则。另一条思路，即在精度比工件要求降低的机床上，利用误差补偿技术，提高加工精度，使加工精度比机床原有精度高，这是“进化”原则，也称之为“创造性”原则。 59．（简答：三种检测法含义及优缺点）（1）离线检测，工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检验室中进行检测，这就是离线检测。只能检测加工后的结果，不一定反应加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程中的变化，但检测条件较好，不受加工条件的限制，也可以充分利用各种监测仪器，因此，测量的精度比较高。（2)在位检测，工件加工完毕后，在机床不卸下工件的情况下进行检测，称之为在位检测。也只能检测加工后的结果，也不一定反应加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程中的变化，但可免除离线检测时由于定位基准所带来的误差，更接近实际加工情况，还可以进行反补。（3）在线检测，工件在加工过程中的同时进行检测，称之为在线检测。①能够连续检测加工过程中的变化，了解加工过程中误差分布和发展，从而为时时误差补偿，预报误差补偿和控制创造了条件。②检测结果能反应实际加工情况。③因为加工过程中受到加工条件限制，所以在线检测难度一般较大。④对传感器的性能要求较高。⑤往往不是一种单纯检测方法。

60.广义误差补偿：误差修正、抵消、均化、钝化、分离等都是误差补偿的各种形式或方法。狭义误差补偿：对一定尺寸、形状、位置相差程度（差值）的补足。 61．微细加工技术是指制造微小尺寸（尺度）零件的生产加工技术。

62．（简答：微小尺寸加工和一般尺寸加工的区别）⑴精度的表示方法不同，一般尺寸加工时，精度是用其加工误差与加工尺寸的比值（即精度比率）来表示的，在微细加工时，由于加工尺寸很小，精度就必须用尺寸的绝对值来表示，及用去除的一块材料的大小来表示，从而引入加工单位尺寸（简称加工单位）的概念，加工单位就是去除的一块材料的大小。⑵微观机理不同，一般尺寸加工和微细加工的最大差别是切屑大小不同，在微细加工时，从强度和刚度上都不允许有大的吃刀量，因此切屑很小。 ⑶加工特征不同，一般加工时多以尺寸、

形状、位置精度为加工特征，在精密加工和超精密加工时也是如此，微细加工和超精细加工却以分离或结合原子、分子为加工对象，以电子束、离子束、激光束三束加工为基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。这是因为它们各自所加工的对象不同而造成的。 63.微细切削时，为保证工件尺寸精度要求，其最后一次的表面切除层厚度必须小于尺寸精度值。 64.（微细加工和纳米加工是否是一回事？）要进行微细度为微米级的微细加工，就需要用一个比它小一个数量级的尺寸加工单位，即要用加工单位为 0.1μm 的微细加工方法加工。要进行微细度为纳米级的超微细加工，就需要用比它小一个数量级的尺寸加工单位，即要用加工单位为 0.1nm 的微细加工方法来进行加工。 65.由于电子束的能量密度高、作用时间短，所产生的热量来不及传导扩散就将工件被冲击部分局部熔化、气化、蒸发成为雾状粒子而飞散，这就是电子束的热效应。 66.利用电子束的热效应可进行钻孔、切槽、焊接、淬火等工作。 67.用功率密度相当低的电子束照射高分子材料时，即使几乎不会引起材料表面温度的上升，也会由于入射电子和高分子相碰使其分子链切断或重新聚合从而使材料的相对分子质量和化学性质产生变化，这就是电子束的化学效应。 67.离子束加工时在真空条件下，将氩、氪、氙灯惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。 68.离子束加工在微细加工和精密加工中是一种最有前途的原子、分子加工单位的加工方法。 69.激光加工的机理是热效应。 70.光刻加工技术主要是针对集成电路制作中得到高精度微细线条所构成的高密度微细复杂图形。 71.恒温条件主要以两个指标进行衡量，一个是恒温基数，也就是指空气的平均温度。另一个是恒温精度，也就是指相对于平均温度所允许的偏差值。一般来说精度和超精密加工及装配的温度环境也以 200C 为宜。 72.恒温精度一般分为 0.2 级、0.5 级、1 级和 2 级等四个等级。分别代表恒温精度为 ±0.20C、±0.50C、±10C 和±20C。 73.一般情况下，相对湿度应控制在 35%到 45%之间。湿度的波动范围相应规定了± 10%、±5%和±2%几个等级。 74.洁净室是指将室内空气中尘埃微粒、温度、压力、流速和气流的分布形式及其形状等控制在一定范围内的房间。 75.（填空：实现空气净化的基本要求）发尘量要小，及时排除尘埃，供给洁净的空气

76.精密和超精密加工的质量不仅与振动干扰的振幅有关，而且与振动干扰的频率有关。 77.纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。

习题及复习题超精密加工第一章 1. 什么是精密加工和超精密加工技术？什么是精密加工和超精密加工技术？答：精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的精密加工技术（加工工艺）。具体地说，是指加工精度在 1～0.1?m，粗糙度在 Ra0.1?m 以下（一般 Ra0.02～ 0.1?m）的加工方法。超精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工技术（加工工艺）。具体地说，是指加工精度在 0.1～0.01?m，粗糙度小于 Ra0.01?m（Ra0.01～ Ra0.001?m）的加工方法。研究它有何重要意义？研

究它有何重要意义？答： 1). 机械工业是国民经济发展的基础，为其他行业提供技术装备；而技术装备的水平和质量影响各行业生产技术的水平。 2). 国家要振兴机械装备制造业，先进制造技术是振兴机械装备制造业的重要组成部分。

3). 精密和超精密加工技术又是先进制造技术中最具有实质性的重要组成部分，是先进制造技术的基础和关键。 2. 精密加工和超精密加工包括哪些内容？精密加工和超精密加工包括哪些内容答： 1). 精密、超精密切削和磨削加工。

2). 精密和超精密特种加工，包括： a.电物理加工； b.电化学加工； c.物理加工； d.化学加工；

e.复合加工。 3. 金刚石刀具超精密切削的切削速度应如何选择？金刚石刀具超精密切削的切削速度应如何选择？答：根据所使用的超精密机床和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速（切削速度）。因为在该速度时，表面粗糙度最小，加工质量最高。小批量加工可选低切削速度（低主轴转速）；大批量加工选高切削速度（高主轴转速）以提高生产率。 4. 单晶金刚石有哪几个主要晶面？晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响如何？单晶金刚石有哪几个主要晶面？晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响如何？答：单晶金刚石有(100)、(110)和(111)三个主要晶面。对切削变形的影响：晶面不同的刀具，切削变形不同，(100)晶面的车刀切削变形小。对加工表面质量的影响：相同切削条件，锋锐度基本相同，不同晶面的加工表面粗糙度相差不多。 (100) 晶面车刀切出的表面层残余应力小于(110)晶面车刀切出的表面层残余应力。刀刃锋锐度：刀刃锋锐度：反映刀具切削刃的锋利程度，大小用刃口半径ρ表示。刃口半径ρ愈小，表示刀刃愈锋利。解理现象：解理现象：晶体受到定向机械力作用时沿平行于某个平面平整地劈开的现象。积屑瘤：来自切屑和工件上的金属冷焊（粘结）并层积金属冷焊（积屑瘤金属冷焊粘结）并层积在前刀面上形成硬度很高的楔块，能代替切削刃及前刀面进行切削工作。积屑瘤在切削过程中的作用：积屑瘤在切削过程中的作用 1)保护刀具 2)增大前角 3)增大切削厚度 4)增大已加工表面粗糙度 5.积屑瘤高时，切削力大，积屑瘤小时，切削力小积屑瘤高时，切削力大，积屑瘤小时，积屑瘤高时

第二章 1. 保证零件加工精度的途径有哪两条？保证零件加工精度的途径有哪两条？答：1. 依靠机床精度来保证，即机床的精度要高于工件所要求的精度。

2.利用误差补偿技术来保证，即在精度比工件加工精度要求低的机床上，利用误差补偿技术，提高加工精度，使加工精度比机床原有精度高。

2. 什么是离线检测、在线检测和在位检测？什么是离线检测、在线检测和在位检测？答：1．离线检测离线检测工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检测室中进行的检测。２.在位检测在位检测工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的情况下进行的检测。 3．在线检测在线检测工件在加工过程中同时进行检测。

3. 什么是误差补偿？什么是实时误差补偿？什么是误差补偿？什么是实时误差补偿？答：1.误差补偿：是指对—定尺寸、形状，位置相差程度(差值)的补

足。 2.实时误差补偿在加工过程中实时进行误差检测，并随后紧接着进行误差补偿，即在线检测误差补偿。 4.超硬材料制作的磨具特点及应用超硬材料制作的磨具特点及应用特点：磨具尺寸形状易于保持，耐用度高，磨削精度高；磨料本身磨损少；磨削温度低。应用：应用：磨削陶瓷，光学玻璃，宝石，硬质合金以及高硬度合金钢，耐热钢，不钢等。 5.磨削液作用：具有冷却润滑清洗磨削液作用：冷却，润滑清洗的作用。磨削液作用冷却润滑和清洗降低磨削温度；降低磨削温度；减小磨削力；减小磨削力；改善磨削表面质量；改善磨削表面质量；提高磨削效率；提高磨削效率；提高砂轮寿命。提高砂轮寿命。第三章精密加工和超精密加工所处的热环境与加工精度有着密切的关系。精密加工和超精密加工所处的热环境与加工精度有着密切的关系。热环境中主要应控制的品质为温度和湿度。热环境中主要应控制的品质为温度和湿度。 1. 温度的影响（1）环境温度发生变化会影响加工设备的精度；锈

（2）温度的变化还会影响工件的加工精度（3）温度的变化也会影响测量精度

2. 恒温条件（1）以两个指标进行衡量 a. 恒温基数：指空气的平均温度。计量标准温度为 20℃。 b. 恒温精度：指平均温度的偏差值。为 0.2，0.5，1，2 四个等级，代表 4 个恒温精度±0.2℃,±0.5℃，±1℃，±2℃。（2）恒温精度取决于不同的精密和和超精密加工的精度和工艺要求。（3）恒温精度发展越来越高，当前已经出现±0.01℃的恒温环境。 3.．金刚石刀具是超精密切削中的重要关键．金刚石刀具有两个比较重要的问题：金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，因为金刚石晶体各向异性；二是研磨质量，也就是刃口半径，因为影响变形和最小切削厚度。金刚石晶体具有强烈的各向异性；金刚石晶体具有强烈的各向异性；金刚石晶体在不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子结合力不同，因而造成不同方向上的性能差异（如摩擦系数）。金刚石刀具的晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量。金刚石刀具的晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量。 4.根据材料热膨胀系数选择根据材料热膨胀系数选择一、根据材料热膨胀系数选择当量具和量仪使用于恒温的计量室时或要用于测量绝对长度时，应选择热膨胀系数尽量小的材料制作，这可使环境温度变化引起的尺寸误差最小。当量具和量仪在加工车间使用时,由于车间经常是温度波动大,这时选用的量具和量仪材料其热膨胀系数应尽量和被测件的热膨胀系数接近，这时测量结果受环境温度变化的影响最小，测量误差最小。二、根据材料的稳定性和耐磨性选择

一、保证零件加工精度的途径: 保证零件加工精度的途径 1. 依靠机床精度来保证，即机床的精度要高于工件所要求的精度。依靠机床精度来保证， 2. 利用误差补偿技术来保证

习题及复习题 2 精密和超精密加工课程第一次作业评分标准精密和超精密加工课程第一次作业评分标准课程

作业题： 1. 什么是精密加工和超精密加工技术？研究它有何重要意义？（6 分）

2. 精密加工和超精密加工包括哪些内容？（4 分） 1. 什么是精密加工和超精密加工技术？（3 分）答：精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的精密加工技术（加工工艺）。（1 分）具体地说，是指加工精度在 1～0.1μm，粗糙度在 Ra0.1μm 以下（一般 Ra0.02～0.1μm）的加工方法。（0.5-1

分）

超精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工技术（加工工艺）。（1 分）具体地说，是指加工精度在 0.1～0.01μm，粗糙度小于 Ra0.01μm（Ra0.01～ Ra0.001μm）的加工方法。（0.5-1 分）

研究它有何重要意义？（3 分）答：机械工业是国民经济发展的基础，为其他行业提供技术装备；而技术装备的水平和质量影响各行业生产技术的水平。（1 分）

国家要振兴机械装备制造业，先进制造技术是振兴机械装备制造业的重要组成部分。（1 分）精密和超精密加工技术又是先进制造技术中最具有实质性的重要组成部分，是先进制造技术的基础和关键。（1 分）如按“精密和超精密加工技术的地位和作用”回答，也可给 3 分：国家制造业水平的重要标志之一（1 分）先进制造技术的基础和关键（1 分）当代的精密工程是现代制造技术的前沿，也是明天制造技术的基础（1 分） 2. 精密加工和超精密加工包括哪些内容？（4 分）答：切削、磨削加工：精密切削和磨削、超精密切削与磨削。（2 分）（精密和超精密）特种加工：（它是指一些利用热、声、光、电、磁、原子、化学等能源的物理的，化学的非传统加工方法。）（1 分）特种加工包括 a.电物理加工，b.电化学加工，c.物理加工，d.化学加工， e.复合加工。（1 分）精密和超精密加工课程第精密和超精密加工课程第二次作业评分标准课程

作业题： 1. 金刚石刀具超精密切削的切削速度应如何选择？（4 分） 2. 超精密切削时极限最小切削厚度是多少？（2 分） 3. 单晶金刚石有哪几个主要晶面？晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响如何？（4 分）

1. 金刚石刀具超精密切削的切削速度应如何选择？（4 分）答：根据所使用的超精密机床和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速（切削速度）。（2 分）因为在该速度时，表面粗糙度最小，加工质量最高。（1 分）小批量加工可选低切削速度（低主轴转速）；大批量加工选高切削速度（高主轴转速）以提高生产率。（1 分）

2. 超精密切削时极限最小切削厚度是多少？（2 分）

答：极限最小切削厚度

? ? F y + μFx ? hD min = ρ ?1 ? ? ? ( Fx2 + F y2 )(1 + μ 2 ) ? ? ? ?

（2 分）

3. 单晶金刚石有哪几个主要晶面？晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响如何？（4 分）答：单晶金刚石有三个主要晶面，即：(100), (110), (111)。（1 分）对切削变形的影响：晶面不同的刀具，切削变形不同，(100)晶面的车刀切削变形小。（1 分）对加工表面质量的影响：（共 2 分）相同切削条件，锋锐度基本相同，不同晶面的加工表面粗糙度相差不多。（1 分） (100) 晶面车刀切出的表面层残余应力小于(110)晶面车刀切出的表面层残余应力。（1 分）注：若答(100)晶面的车刀加工表面质量高（1 分） 1.精密磨削能获得高精度和低表面粗糙度的主要原因何在？（10 分）主要靠砂轮的精细修整精细修整（2 分），使磨粒具有微刃性微刃性（2 分）和等高性等高性（2 精细修整微刃性等高性分），磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹残留面积高度极小极微细的磨削痕迹，残留面积高度极小极微细的磨削痕迹（2 分），加上无火花磨削阶段无火花磨削阶段的作用（2 分），从而获得高精度低粗糙度表高精度，低粗糙度表无火花磨削阶段高精度面。 1.精密磨削能获得高精度和低表面粗糙度的主要原因何在？（10 分） 1. 微刃的微切削作用修整时磨粒微细破碎产生微刃微

刃，形成多个微磨粒微磨粒，相当于磨粒变细，变尖变尖。微刃微磨粒变变尖

2. 微刃的等高切削作用磨粒微刃是经过精细修整形成的，因此，分布在砂轮表面层同一高度上的微刃微刃数量多，等高性好等高性好，使残留面积高度极小。数量多等高性好 3. 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用微刃的滑挤、摩擦、微刃刚开始切削，比较锋利，切削作用强。随着切削时间的增加而逐渐钝化钝化，钝化但等高性等高性得到改善。这时，切削作用减弱，滑挤摩擦、抛光滑挤、摩擦抛光作用加强。等高性滑挤摩擦抛光 2.从系统工程的角度来分析超精密磨削能达到高质量的原因。（10 分）影响超精密磨削的因素很多，各因素之影响超精密磨削的因素很多间又相互关联相互关联，是一个系统工程系统工程。（2 相互关联系统工程分）画出详细框图（4 分） 1).超精密磨床是超精密磨削的关键超精密磨床是超精密磨削的关键超精密磨床是超精密磨削的关加工精度主要取决于机床（2 分） 2).砂轮及其修整砂轮及其修整砂轮精细修整微刃性等高性精细修整，微刃性等高性（2 分）精细修整微刃性和等高性 3).工作环境工作环境振动、温度振动温度等影响（2 分）温度 4).检测及误差补偿检测及误差补偿 ??

3.为什么超精密机床大部分都采用空气静压轴承，它有哪些优点？（10 分）空气静压轴承优点优点：优点有很高的回转精度运转平稳很高的回转精度，运转平稳很高的回转精度运转平稳；（3 分）在高速转动时温升甚小，因此造成的热变形误差很小在高速转动时温升甚小热变形误差很小；（3 分）热变形误差很小主要问题是刚度低只能承受较小的载荷主要问题刚度低，只能承受较小的载荷刚度低只能承受较小的载荷。（2 分）超精密切削时切削力甚小，空气轴承能满足要求，故在超精密机床中得到广泛超精密切削时切削力甚小的应用。（2 分）

4.简述精密超精密机床所用床身和导轨材料，并说明各自的优缺点。（10 分）

1．优质耐磨铸铁．优点是工艺性好。应选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动衰减能力强，优点是工艺性好。应选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动衰减能力强，并经时效消除内应力的优质合金铸铁。时效消除内应力的优质合金铸铁。（3 分） 2．花岗岩．花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度耐磨且不会生锈等。高、耐磨且不会生锈等。花岗岩加工较困难，有吸湿性，吸湿后导致微量变形，降低机床精度。花岗岩加工较困难，有吸湿性，吸湿后导致微量变形，降低机床精度。降低吸湿性方法：涂料。湿性方法：涂料。（4 分） 3．人造花岗岩．由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，可铸造成形，吸湿性也低，对振动的衰减能力可铸造成形，吸湿性也低，可铸造成形更强。更强。（3 分） 5.精密超精密机床的减振、隔振措施各有哪些？（10 分）减振：减振：（5 分）超精密加工要求机床工作时极其平稳，因此必须尽量减少机床内部的振动。（1 分） 1．各运动部件都经过精密动平衡，消除或减少机床内部的振源．各运动部件都经过精密动平衡，

2．提高机床结构的抗振性． 3．在机床结构的易振动部份，人为的加入阻尼，减小振动．在机床结构的易振动部份，人为的加入阻尼， 4．使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件．（每点 1 分） 5.精密超精密机床的减振、隔振措施各有哪些？（10 分）隔振：隔振：（5 分）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 分） 1．超精密机床安装

应尽量远离振源（1 分）．超精密机床安装应尽量远离振源（机床附近的振源，如空压机、泵等应尽量移走。无法移走时，应采用单独地基，加隔振材料等措施，使对加工的影响尽量减小。 2．超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等（2 分）．超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等（

地基应有足够的深度，地基周围用隔振沟，沟中使用吸振材料。另外，尽量安装在有隔振墙的单独房间内。 3．使用空气隔振垫 (空气弹簧（1 分）．空气弹簧) 空气弹簧现在超精密机床和精密测量平台底下都用能自动找水平的空气隔振垫，一般可以隔离 2Hz 以上的外界振动。

金刚石刀具的特点硬度极高：HV800～1000,切削刃锋利；硬度极高耐热性差：不宜超过 800℃；耐热性差强度低：自脆性大，对振动敏感，只能微量切削；强度低与铁有强的化学亲和力：不宜加工黑色金属，适宜有色金属、非金属；与铁有强的化学亲和力超精密切削使用天然单晶金刚石刀具：切削刃可磨得极锋利，硬度极高超精密切削使用天然单晶金刚石刀具（是硬度最高的物质），耐磨性好，热传导系数高，摩擦系数低。切削速度对金刚石刀具的磨损影响甚微超精密切削的切削速度选取原则 λ 根据所使用的超精密机床和切削系统的动特性选取，根据所使用的超精密机床和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速（切削速度）。）。因为在该速度时，表面粗糙度最小，加工质量最最小的转速（切削速度）。高。金刚石刀具的耐用度，通常以其切削路径的长度切削路径的长度计算。切削路径的长度刀具破损或磨损而不能继续使用的标志为加工表面粗糙度超过规定值加工表面粗糙度超过规定值。加工表面粗糙度超过规定值结论：积屑瘤高时，切削力大，积屑瘤小时，切削力小，与普通切削规律相结论：积屑瘤高时，切削力大，积屑瘤小时，切削力小反。原因：原因比刀具刃口钝圆半径ρ (1)鼻形积屑瘤前端的圆弧半径 R(2～3μm)比刀具刃口钝圆半径ρ(0.2～鼻形积屑瘤前端的圆弧半径～ μ 比刀具刃口钝圆半径～ 0.3μm) 大得多，导致切削力大。 μ 大得多，导致切削力大。 (2)积屑瘤与切屑间的摩擦系数和摩擦力较金刚石与切屑的摩擦系数及摩擦力积屑瘤与切屑间的摩擦系数和摩擦力较金刚石与切屑的摩擦系数及摩擦力大。 (3)积屑瘤产生的切削厚度大于原切削厚度，使切削力增大。积屑瘤产生的切削厚度大于原切削厚度，使切削力增大。积屑瘤产生的切削厚度大于原切削厚度结论：积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时，结论：积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时，加工表面粗糙度亦小超精密切削，使用切削液，减小切削中的摩擦，可减小积屑瘤，超精密切削，使用切削液，减小切削中的摩擦，可减小积屑瘤，减小 Rz。结论：在机床、刀具、环境条件都符合条件时，结论：在机床、刀具、环境条件都符合条件时，从极低到很高的切削速都能够得到粗糙度极小（的加工表面。度，都能够得到粗糙度极小（Ra<0.01?m)的加工表面。 ? 的加工表面超精密切削的金刚石刀具通常做成直线修光刃或圆弧修光刃

结论：刀刃锋锐度对加工表面粗糙度有明显影响。增大，增大。结论：刀刃锋锐度对加工表面粗糙度有明显影响。ρ增大，Rmax 增大。（ap 小 Ra 反而

大）金刚石刀具的晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量。晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量金刚石晶体和铝合金、紫铜间的摩擦系数在 0.06～0.13 之间，而且随～随金刚石晶面不同和摩擦方向不同而变化。金刚石晶面不同和摩擦方向不同而变化结论：晶面不同的刀具，切削变形不同，晶面的车刀切削变形小。结论：晶面不同的刀具，切削变形不同，(100)晶面的车刀切削变形小。晶面的车刀切削变形小 (100)晶面车刀 < (110)晶面车刀晶面车刀晶面车刀，特别是切向残余应力切向残余应力。晶面晶面车刀切向残余应力结论：刀具晶面不同，刀具磨损快慢不同，晶面较(110)晶面磨损慢。晶面磨损慢。结论：刀具晶面不同，刀具磨损快慢不同，(100)晶面较晶面较晶面磨损慢超硬材料制作的磨具特点及应用特点：磨具尺寸形状易于保持，耐用度高，磨削精度高；特点：磨具尺寸形状易于保持，耐用度高，磨削精度高；磨料本身磨损少；磨料本身磨损少；磨削温度低。磨削温度低。精密磨削机理：精密磨削机理：主要靠砂轮的精细修整精细修整，使磨粒具有微刃性等高性微刃性和等高性精细修整微刃性等高性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留面积高度极小，加上无火花磨削阶段无火花磨削阶段的作用，无火花磨削阶段从而获得高精度，低粗糙度表面。超精密机床的质量，取决于关键部件的质量。超精密机床的质量，取决于关键部件的质量。精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心; 主轴要求达到极高的回转精保证加工精度的核心度，转动平稳，无振动，其关键在于所用的精密轴承。其关键在于所用的精密轴承。其关键在于所用的精密轴承空气静压轴承特点：空气静压轴承特点：有很高的回转精度，运转平稳；有很高的回转精度，运转平稳；在高速转动时温升甚小，因此造成的热变形误差很小；在高速转动时温升甚小，因此造成的热变形误差很小；主要问题是刚度低．只能承受较小的载荷。主要问题是刚度低．只能承受较小的载荷。机床主轴和轴承材料选取应考虑下列因素：机床主轴和轴承材料选取应考虑下列因素： 1. 不易磨损 2．不易生锈腐蚀． 3．热膨胀系数要小． 4．材料的稳定性要好．

二、床身和导轨的材料 1．优质耐磨铸铁．

优点是工艺性好。应选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动衰减能力强，优点是工艺性好。应选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动衰减能力强，并经时效消除内应力的优质合金铸铁质合金铸铁。时效消除内应力的优质合金铸铁。

2．花岗岩．花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度耐磨且不会生锈等。高、耐磨且不会生锈等。花岗岩加工较困难，有吸湿性，吸湿后导致微量变形，降低机床精度。降低吸花岗岩加工较困难，有吸湿性，吸湿后导致微量变形，降低机床精度。湿性方法：涂料。湿性方法：涂料。 3．人造花岗岩．由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，可铸造成形，吸湿性也低，由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，可铸造成形，吸湿性也低，对振动的衰

减能力更强。更强。精密和超精密加工要求高稳定的机床结构高稳定的机床结构，即各部件尺寸稳定性好、刚高稳定的机床结构度高、变形小，结构的抗振减振性能好。提高机床结构的抗振性和消除减少机床内的振动各运动部件都经过精密动平衡， 1. 各运动部件都经过精密动平衡，消除或减少机床内部的振源提高机床结构的抗振性 2. 提高机床结构的抗振性 3. 在机床结构的易振动部份，人为的加入阻尼，减小振动在机床结构的易振动部份，人为的加入阻尼，

4. 使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件隔离振源，使用隔振沟、隔振墙和空气隔振垫，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．超精密机床安装应尽量远离振源．机床附近的振源，如空压机、泵等应尽量移走。实在无法移走时，应采用单独地基，加隔振材料等措施。使这些无法移走的振源对加工的影响尽量减小。 2．超精密机床采用单独地基，隔振沟、隔振墙等．超精密机床采用单独地基，隔振沟、为减少外界振动的干扰，地基应有足够的深度，地基周围用隔振沟，沟中使用吸振材料。另外，尽量安装在有隔振墙的单独房间内。 3．使用空气隔振垫 (亦称空气弹簧．使用空气隔振垫亦称空气弹簧亦称空气弹簧) 现在超精密机床和精密测量平台底下都用能自动找水平的空气隔振垫，一般可以隔离 2Hz 以上的外界振动。恒温是精密测量的必要条件。标准测量温度恒温是精密测量的必要条件标准测量温度是 20℃，标准测量温度 ℃ 当量具和量仪用于恒温的计量室时或用于测量绝对长度时，当量具和量仪用于恒温的计量室时或用于测量绝对长度时，应选择热膨胀系数尽量小的材料制作，尽量小的材料制作，这可使环境温度变化引起的尺寸误差最小当量具和量仪在加工车间使用时,由于车间经常是温度波动大这时选用的量具当量具和量仪在加工车间使用时由于车间经常是温度波动大,这时选用的量具由于车间经常是温度波动大和量仪材料其热膨胀系数应尽量和被测件的热膨胀系数接近

要进行误差补偿，首先要进行精度检测。要进行误差补偿，首先要进行精度检测。，与离线检测相比，其检测结果更接近实际加工情况。与离线检测相比，其检测结果更接近实际加工情况与离线检测相比支撑环境包括: 空气环境、热环境、振动环境、声环境、光环境、电场、支撑环境包括空气环境、热环境、振动环境、声环境、光环境、电场、电磁环境等。电磁环境等。热环境中主要应控制的品质为温度和湿度。热环境中主要应控制的品质为温度和湿度在恒温条件下进行加工和计量是精密和超精密加工的重要条件之— 在恒温条件下进行加工和计量是精密和超精密加工的重要条件之—。湿度的控制条件应控制在 35%-45% 之间

广义上，微细加工包括各种传统精密加工方法和非传统精密加工方法，广义上，微细加工包括各种传统精密加工方法和非传统精密加工方法，包括切削加工、磨料加工、电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、削加工、磨料加工、电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、光刻加工等。加工、离子束加工、光刻加工等。狭义上，微细加工主要指

半导体集成电路制造技术，狭义上，微细加工主要指半导体集成电路制造技术，包括化学气相沉积）、热氧化（CVD）、热氧化、光刻、离子束溅射、真空蒸镀、整体微细加工技术等。）、热氧化、光刻、离子束溅射、真空蒸镀整体微细加工技术等。微细加工机理：微细加工机理： 3）以分离或结合原子、分子为加工对象，以三束加工为基础，采用沉积、刻）以分离或结合原子、分子为加工对象，以三束加工为基础，采用沉积、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。三束加工：三束加工：电子束加工 (electron beam machining) 离子束加工 (ion beam machining) 激光束加工 (laser beam machining) 的材料、设计、制造、测量、纳米技术指纳米级 0.1nm-100nm 的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术。的技术。纳米技术主要包括：纳米技术主要包括：纳米级精度和表面形貌的测量；纳米级精度和表面形貌的测量；

纳米级表层物理、化学，力学性能的检测；纳米级表层物理、化学，力学性能的检测；性能的检测纳米级精度的加工和纳米级表层的加工；纳米级精度的加工和纳米级表层的加工；纳米材料；纳米材料；纳米级微传感器和控制技术；纳米级微传感器和控制技术；微型和超微型机电系统；微型和超微型机电系统；纳米生物学等。纳米生物学等。

纳米级加工精度包含：纳米级尺寸精度，纳米级几何形状精度，纳米级加工精度包含：纳米级尺寸精度，纳米级几何形状精度，纳米级表面质量。扫描隧道显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等可以通过显微探针操纵试件表面的单个原实现单个原子和分子的搬迁，去除、增添和原子排列重组，子，实现单个原子和分子的搬迁，去除、增添和原子排列重组，实现极限的精加工，即原子级的精密加工。加工，即原子级的精密加工。

08 年考题一、填空题 1、金刚石材料最易发生解理现象的晶面是 111 晶面。

2、超硬磨料砂轮的修整分为两个过程，它们分别是砂轮的整形和修锐。 3、由压电元件组成的电致伸缩机构在超精密机床中被用作微动进给装置。 4、制作量具和量仪的材料应具有稳定性和耐磨性的特点。 5、保证零件加工精度方法有两种： “母性”原则和“进化”原则，对于超精密切削加工的方法而言，应是属于 “母性” 原则。P62 6、激光束加工中，对加工有影响的材料性能因素主要是材料的吸收光谱和材料的激光波长。 7、空气洁净度指标的物理意义是空气中的含尘量，而 100 级指标指的是 1 立方米体积内空气中含有直径大于 0.5 微米的灰尘粒子数为 100 个。P207 8、纳米级加工的物理实质是在纳米层次上，切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。 9、电火花加工时，影响工具电极损耗的主要因素有传热效应、吸附效应、极性效应。 10、电火花线切割加工的工作液一般是用粗加工时用机油，中、精加工时用煤油。 11、电化学电解加工中，影响加工精度的主要因素是工具与工件之间的平衡间隙。

12、选择性激光粉末烧结成形技术可被用于制造蜡模、砂型、型芯。二、选择题 13、下面四种加工工艺中，可以使用单晶金刚石刀具进行超精密加工的工

艺方式是【A】 A、车削方式 B、铣削方式 C、刨削方式 D、磨削方式 14、下列四个项目中，磨削用量项目是【D】 A、砂轮磨料含量指标 B、砂轮磨料材料种类 C、磨削液类型 D、工件速度 15、下列四种轴承中最适用于超精密机床的主轴部件应该是【B】 A、液体静压轴承和滚动轴承 B、空气静压轴承和液体静压轴承 C、空气动压轴承和液体静压轴承 D、滚动轴承 16、在超精密加工机床中，检测进给运动精度是采用【D】 A、准直光管 B、块规 C、标准线纹米尺

D、双频激光干涉测量仪 17、加工误差补偿技术对检测方法的要求是【A】 A、在线检测，对被测对象实施直接测量方式或间接测量方式 B、在位检测，对被测对象需实施直接测量方式 C、在线检测，对被测对象需实施直接测量方式 D、在位检测，对被测对象实施直接测量方式或间接测量方式 18、下列四个加工方法选项中，属少、无损伤表面加工方法的选项是【D】 A、使用金刚石刀具的超精密切削 B、研磨加工 C、使用超硬磨料的超精密磨削 D、机械化学抛光 19、离子束加工中，离子束注入属于【C】 A、去除材料加工 B、镀膜加工 C、改性加工 D、集成电路制作中的曝光工艺 20、当两原子间距离缩短到一个特定值时，原子间的相互作用力将显露出来，这个特定值是【D】 A、0.1cm B、0.1mm

C、0.1um D、0.1nm 21、电火花加工时，如果强调加工生产率，则应采用【C】

A、短脉冲，负极性加工 B、长脉冲，负极性加工 C、短脉冲，正极性加工 D、长脉冲，正极性加工 22、电化学电解加工，一般情况下，工具电极所连接的是

【B】 A、直流电源的正极 B、直流电源的负极 C、直流脉冲电源的正极 D、直流脉冲电源的负极 23、超声波加工中的变幅杆具有的特点是【A】 A、扩大振幅，不改变振动频率、扩大传递振动功率 B、扩大振幅，不改变振动频率、不改变传递的振动功率 C、缩小振幅，提高传递的振动频率，不改变振动功率 D、缩小振幅，扩大传递振动频率，扩大传递振动功率 24、题 24 图为电火花线切割加工时的三种加工放电波形，它们是【C】 A、波形 1 为欠跟踪，波形 2 为正常跟踪，波形 3 为过跟踪 B、波形 1 为正常跟踪，波形 2 为欠跟踪，波形 3 为过跟踪 C、波形 1 为过跟踪，波形 2 为欠跟踪，波形 3 为正常跟踪 D、波形 1 为欠跟踪，波形 2 为过跟踪，波形 3 为正常跟踪

三、简答题 25、简述金刚石刀具的设计需考虑的三个问题 1）优选切削部分的几何形状 2）前、后晶面选择最佳晶面 3）确定刀具结构和金刚石在刀具上的固定方法 26、请根据所学知识，简述超精密磨削加工对磨床有什么性能要求 1）高几何精度 2）低速进给运动的稳定性 3）减少振动 27、超精密机床的进给系统与普通机床的进给传动系统有什么区别？（可从性能要求、进给系统部件、系统功能上分析）性能要求方面要求很高的直线运动精度和高分辨率的位移精度。进给系统部件是精密滚珠丝杆副。普通机床用的是丝杆螺母传动。 28、请根据题 28 图完成下列问题：（1）说明在何种情况下需采用 3 点测量法检测主轴回转误差？（2）3 点测量法检测中对传感器的安装有什么要求？（3）写出 3 点测量法中，传感器 B、C 中输出信号解析式。（提示：图中 O1 为

主轴回转中心，其坐标为 X(θ )、 Y(θ )、 S(θ )为标准钢球轮廓圆度误差，传感器 A 输出信号解析式为：A(θ )=S(θ )+X(θ )）

（1）主轴回转精度达到 0.1um 左右。与圆度误差已是同一个数量级（2）A、B、

C 三个测微仪安置在同一测量平面内，夹角为φ 1 和φ 2，传感器轴线相交于 O 点，以 O 为原点，A 测微仪轴线为 x 轴。（3）B（θ ）=S（θ +φ 1）+x（θ ）cosφ 1+y（θ ）sinφ 2 C（θ ）=S（θ +φ 1+φ 2）+x（θ ）cos（φ 1+φ 2）+y（θ ）sin（φ 1+φ 2） 29、研磨加工中，研磨具材料、研磨具压力、研磨运动对工件的加工精度、表面加工质量有什么影响？（请从加工机理、加工对象、加工表面质量等方面对加工进行分析）研磨要保证工件的形状尺寸，因此要求研磨盘的材料是硬质的，通常有铸铁、玻璃、陶瓷。

精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？

答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高，以目前的加工能力而言，精密加工的精度范围是 0.1~1μm，加工表面精度 Ra 在 0.02~0.1μm 之间。超精密加工的精度高于 0.1μm，加工表面精度 Ra 小于 0.01μm。超精密加工领域： 1）超精密切削， 2）超精密磨削， 3）超精密研磨和抛光。 2.

超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？

答：超精密切削对刀具的要求： 1) 刀具刃口锋锐度ρ 刀具刃口能磨得极其锋锐，刃口圆弧半径ρ极小，能实现超薄切削厚度，减小切削表面弹性恢复和表面变质层。ρ与切削刃的加工方位有关，普通刀具 5~30μm，金刚石刀具 <10nm；从物理学的观点，刃口半径ρ有一极限。 2) 切削刃的粗糙度。切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度 Ry0.3~5 μm，金刚石刀具刀刃的粗糙度 Ry0.1~0.2 μm，特殊情况 Ry1nm，很难。 3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，保证长的刀具寿命。 4) 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低，能得到极好的加工表面完整性。单晶金刚石硬度极高。自然界最硬的材料，比硬质合金的硬度高 5~6 倍。摩擦系数低。除黑色金属外，与其它物质的亲和力小。能磨出极锋锐的刀刃。最小刃口半径 1~5nm。耐磨性好。比硬质合金高 50~100 倍。导热性能好，热膨胀系数小，刀具热变形小。因此，天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削，但是价格仍然很昂贵。金刚石刀具不适宜切黑色金属，很脆，要避免振动而且价格昂贵，刃磨困难。人造聚晶金刚石无法磨出极

锋锐的切削刃，切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm，它只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。立方氮化硼现在用于加工黑色金属，但还达不到精密镜面切削。

超精密磨削主要用于加工哪些材料？超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用超硬磨主要用于加工哪些材料料砂轮？料砂轮？答：超精密磨削主要用于加工难加工材料，如各种高硬度、高脆性金属材料，其中有硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体材料及石材等。这主要是由超硬磨料砂轮的特点决定的超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的剪切应力就急速地增加，可能接近被磨材料的剪切强度极限。磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度。普通磨料，在高温高压和高剪切应力的作用下，磨粒将会很快磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然使连续磨损成为可能，但得不到高精度低表面粗糙度的磨削质量。因此，在超精密磨削时，一般采用人造

金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。

固结磨料加工和游离磨料加工各有什么特点？固结磨料加工和游离磨料加工各有什么特点？

答：固结磨料研磨的特点： 1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如陶瓷、玻璃、半导体材料、宝石、石材、硬质合金、耐热合金钢，以及铜铝等有色金属及其合金等。 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。 3）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，有锋利的刃口，耐磨性高，因此有较高切除率和磨削比。 5）工件的受力易于分析。 6）磨料的密度分布具有可控性 7）加工成本低，加工效率高，工时少，综合成本低。 8）磨具修整困难。游离磨料研磨的特点： 1)磨料散置于磨盘上，磨盘转速不能太高，以避免磨料飞溅，浪费磨料，因此加上效率低。 2)磨料与从工件上磨下的碎屑混淆在一起，磨料不能充分发挥切削用，而且为提高加工效率过要经常将磨料与这些碎屑一起清洗掉，这既很费了能源、又浪费了磨料。 3)磨料在磨盘上是随机分布的，只分布密度不均，造成对工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制；特别是磨料均工件间的相对运动具有随性，这也增加了工件面形精度的不确定因素，降低了加工精度的稳定性。 4)在研磨加工过程中，磨料相互间既有作用力，又有相对运动，这造成了磨料之间产生切削作用，即磨料磨磨料，加重了磨料和能源的浪费。 5)在研磨过程小，大尺寸的磨料承受较大的压力，而小尺寸的磨料所受到的压力小，甚至不受压力，这使得大颗粒磨料切削深度大，产生的划痕深，影响表面质量，因此为提高工件表面质量，游离磨料研磨对磨料的尺寸

均匀件要求较高。 6)在研磨加工中要严格控制冷却液的流量，以避免冲走磨料，这使得冷却效果变差，容易引起工件升温，造成加工精度下降。 7)在研磨过程中，磨盘产生的磨损影响加工工件的面形精度，这就要求经常修整磨盘，而修整磨散要求三个磨盘相万对研，既费事麻烦，又对上人操作技术水平要求高。

8)为避免粗研中所用的大颗粒磨料被带到下道精研加工中，影响精研加工质量，要求各研磨工序间要对工件进 ff 严格清洗。 9)污染环境。 10)工人劳动强度大，对工人技术水平要求高。 11)较硬的磨料容易嵌人较软的工件表而内．影响工件的使用性能。传统的游离磨料研磨正足因为存在着上述这些缺点，使得其应用受到了—定的限制。

简述影响超精密加工的因素。简述影响超精密加工的因素。影响超精密加工的因素

答：影响超精密加工技术的因素很多，主要表现为以下几点：（一）加工机理近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新，尤其

以快速成型为代表的“堆积”加工，在加工技术领域具有里程碑意义。（二）被加工材料超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求。例如，要求被加工材料质地均匀、性能稳定、无外部及内部微观缺陷，不能含有杂质；其物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热导率和膨胀系数等应达到一定数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格控制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能满足物理、化学、力学等性能要求。（三）加工设备及其基础元部件对超精密加工所用的加工设备有下列要求：1.高精度。包括高静精度和高动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；2.高刚度。包括高静刚度和高动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度；3.高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持高精度、抗干扰及稳定性。设备应具有良好的耐磨性、抗振性等；4.高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。（四）加工工具加工工具主要是指刀具和磨具。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到 2～4nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到 10nm，则刃口钝圆半径应为 2nm。磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常采用粒度为 W20～W0.5 的微粉金刚石，粘接

剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。（五）检测与误差补偿超精密加工必须具备相应的检测方法，不仅要对工件表面质量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度。其尺寸和形位精度可用电子测微仪、电感测微仪、电容测微仪、自准直仪等来测量；表面粗糙度可用电感式、压电晶体式表面形貌仪等进行接触测量，或用光纤法、电容法、超声微波法和隧道显微镜法进行非接触测量；表面应力、表面变质层深度、表面微裂纹等缺陷，可用 X 光衍射法、激光干涉法等来测量。检测可采取离线的、在位的和在线的三种方式。误差预防是通过提高机床制造精度、保证加工环境等来减少误差源对其影响；误差补偿是在误差分离的基础上，利用误差补偿装置对误差值进行静态和动态补偿，以消除误差本身的影响，其中静态误差补偿是根据事先测出的误差值，在加工时通过硬件或软件进行补偿；动态误差补偿是在在线检测基础上，在加工时进行实时补偿。（六）工作环境超精密加工的工作环境是保证加工质量的必要条件，环境因素主要指温度。环境温度可根据加工要求控制在±1℃～±0.02℃，甚至达到±0.0005℃。达到恒温的办法是采用多层套间，可逐步得到大恒温间、小恒温间，温度控制的精度愈来愈高，再采用局部恒温的方法，如恒温罩，罩内还可用恒温液喷淋，达到更精确的控制温度。

何谓慢刀伺服车削和快刀伺服车削？何谓慢刀伺服车削和快刀伺服车削？慢刀伺服车削和快刀伺服车削

答：慢刀伺服（Slow Tool Servo）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。慢刀伺服车削 Z 轴和 X 轴往往同时作正弦往复运动，需要多轴插补联动。因此，在加工前需要对零件面形进行多轴协调分析，进而确定刀具路径和刀具补偿。此外，慢刀伺服受机床滑座惯性和及电动机响应速度影响较大，机床动态响应速度较低，适合加工面形连续而且较大的复杂光学器件。快刀伺服（Fast Tool Servo）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。快刀伺服的核心是伺服控制的刀架及其控制系统，金刚石刀具在压电陶瓷驱动下可以进行 Z 轴的往复运动。控制系统在实时采集主轴角度信号的基础上，实时发出控制量，控制刀具实时微进给，从而实现刀具跟踪工件面形的起伏变化。快刀伺服在加工前仅需对零件面形进行精确计算，生成能表征零件面形的数据文件。此外，快刀伺服系统的运动频响高、行程只有数毫米，更适于加工面形突变或不连续、有限行程内的微小结构。

1、精密和超精密加工目前包含的三个领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨和精密特种加工 2、超精密切削时积屑瘤的生成规律：1）在低速切削时，h0 值比较稳定；在中速时值不稳定。2）在进给量 f 很小时， h0 较大 3）在背吃刀量 ap<25um 时，h0 变化不大；在 ap>25um 时，h0 将随 ap 的值增大而增大。

3、超精密切削时积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小。 4、超精密切削时积屑瘤对加工表面粗糙度的影响：积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时表面粗糙度小。 5、超精密切削时极限最小切削厚度：超精密切削实际达到的最小切削厚度，是 1nm。 6、超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，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径 rn 值极小，能实现超薄切削厚度。3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。4）和工件的抗粘接性好，化学亲和性小，摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。 7、为什么单晶金刚石被公认为理想的、不能替代的超精密切削的刀具材料。天然金刚石有着一系列优异的特性，如硬度极高，耐磨性和强度高，导热性能好，和有色金属摩擦系数低，能磨出极其锋锐的切削刃等。、、 8、单晶金刚石有（100）（110）（111）三个主要晶面。

9、金刚石有人工目测定向、X 射线定向和激光定向三种方法。 10、单晶金刚石的前面应选用（100）晶面。 11、试述金刚石刀具的固定方法包括机械夹固、用粉末冶金法固定和使用粘结或钎焊固定。 12、好磨难磨方向：习惯上把高磨削率方向成为“好磨方向” ，把低磨削率方向称为“难磨方向” 。 13、金刚石刀具适合加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。

14、单晶金刚石的破损机理主要产生于（111）晶面的解理。 15、单晶金刚石的磨损机理主要属机械磨损，其磨损的本质是微观解理的积累。 16、镜面：粗糙度值极小的超光滑表面。 17、固结磨料加工：将磨粒或微粉与结合剂粘在一起，形成一定的形状并具有一定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。适用于精密和超精密砂轮磨削、精密和超精密砂带磨削、油石研磨、精密研磨等 18、游离磨料加工：在加工时，磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态、适用于磁性研磨、弹性发射加工、液体动力抛光等。 19、超精密磨削：指加工精度达到或高于 0.1um，表面粗糙度小于 Ra0.025um，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。 20、镜面磨削：指加工表面粗糙度达到 Ra0.02~0.01um，表面光泽如镜的磨削方法。 21、ELID：电解在线修锐 22、砂带磨削的方式从总体上可以分为闭式和开式两大类。 23、砂带磨削的特点：1)弹性磨削 (弹性、柔性、减振、跑合与抛光)。2)冷态磨削 (散热时间长、切屑不易堵塞)。 3)高效磨削 (效率为铣削的 10 倍，为磨削的 5 倍) 。4)廉价磨削，制作简单，价格低廉，使用方便。 5)万能磨削，应用范围广，可用于内外表面及成形表面加工。 24、空气轴承的优缺点优点：1）回

转精度高、转速高，可达 100,000r/min。2）转动平稳、几乎没有振动，因为完全空气润滑。3）不发热、即使在高速下，温升很小，变形小。4）摩擦阻力小、寿命长，因为几乎没有摩擦。5）因为不使用油，不存在密封和泄露问题。6）可靠性高、维护保养方便。缺点：刚度低，承载能力不如液体静压轴承高，主要用于中、小型超精密加工机床。 26、超精密主轴有哪些驱动方式以及它们的优缺点： 1）电机通过带传递驱动机床主轴优点：实现无级调速，使主轴尽可能和振动隔离缺点：无法应用在采用 T 型总体布局的超精密机床上 2）电机通过柔性联轴器驱动机床主轴优点：方便实现无级调速，提高超精密机床主轴的回转精度缺点：主轴部件的轴向长度较长，使整个机床的尺寸加大

3）采用内装式同轴电动机驱动机床主轴优点：提高主轴回转精度、主轴箱的轴向长度缩短、主轴箱成为独立机构、移动方便，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等缺点：电机发热，容易使主轴产生热变形 27、超精密车床有哪几种总体布局？各自的优缺点是什么？ 1）十字形滑板工作台布局 2）T 形布局 3）R—θ 布局 4）偏心圆转角布局 5）立式结构布局 28、简述精密和超精密机床使用的床身和导轨材料，并说明各自的优缺点 1）优质耐磨铸铁优点：早期应用较多，工艺性好，可减振、热胀低 2）花岗岩优点：尺寸稳定、热胀低、硬度高、可减振、不生锈，缺点：工艺性差、连接不便、吸潮缺点：吸湿后产生变形，影响精度 3）人造花岗岩优点：铸造成型，吸湿性低，对振动的衰减能力强 29、精密加工对微量进给装置的性能要求：1）微量进给和粗进给应分开，以提高微位移精度、分辨率和稳定性。2）运动部分应是低摩擦、高稳定，以实现高的重复精度。3）末级传动元件刚度高。4）微量进给装置机构内部连接可靠，尽量采用整体结构或刚性连接。5）工艺性好，容易制造。6）应具有好的动态特性，高的频率响应。7）微量进给装置能实现自动控制。 30、离线检测的含义和特点：定义：工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检测室中检测特点：检测条件较好，不受加工条件限制，精度比较高 31、在位检测的含义和特点：定义：工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的情况下进行检测特点：可免除离线检测时由于定位基准所带来的误差，其检测结果更接近实际加工情况 32、在线检测的含义和特点：定义：工件在加工过程中同时进行检测特点：1）能连续检测加工过程中误差的变化，了解误差的分布和发展，为误差补偿创造条件。2）检测结果能反映实际加工情况，费用高。3）测量仪器需要安装在机床上，检测条件不好。4）会受到加工过程条件的限制。5）大多采用非接触传感器。 33、误差补偿的含义及各种方式：定义：在机械加工过程中产生的误差采取修正、抵消、均化、 “钝化”等措施，使误差减小或消除。形式：1）实时和非实时误差补偿 2）软件与硬件误差补偿 3）单项与综合误差补偿 4）单维与多维误差补偿 34、误差补偿系统的组成及各组成部分作用：1）误差信号检测：确定误差项目，误差产生的原因。2）误差信号处理：去除干扰信号，分离不需要的误差信号。3）误差信号建模：建立加工误差与补偿控制量之间的关系——数学模型。4）补偿控制：补偿控制量；对于数控系统，补偿控

制量就是正负脉冲数。5）补偿执行机构：具体执行补偿动作，微位移机构，要求位移精度高、分辨率高、频率响应快、刚度高等。 35、误差补偿的过程：1）反复检测误差出现的状况，分析其数值和方向，寻找其规律，找出影响误差的主要因素，确定误差项目。2）进行误差信号的处理，去除干扰信号，分离不需要的误差信号，找出工件加工误差与在补偿点补偿量之间的关系，建立相应的数学模型。3）选择或设计合适的误差补偿控制系统和执行机构，以便在补偿点实现补偿运动。 4）验证误差补偿的效果，进行必要的调试，保证达到预期要求。

36、微位移系统应用于微进给、误差补偿和精密调整。 37、试述研磨加工的机理和特点：机理：1）硬脆材料的研磨过程中，被加工材料的去除是依靠磨粒的滚轧作用或微切削作用。2）金属材料研磨时，磨粒的研磨作用可看作是相当于普通切削和磨削深度极小时的状态。特点：1）微量进给 2）按进化原理成形

3）多刃多向切削 38、试述抛光加工的机理和特点：机理：1）塑性生成切屑。

2）磨料和抛光器与工件间的流动摩擦作用，使工件表面的凸凹变平。3）在加工液中进行化学性溶析。4）磨料与工件间直接化学反应。

特点：1）工作原理与研磨类似，加工表面质量更高。2）磨料更细。3）研具为软质材料。4）即使抛光脆性材料也不产生裂纹。 39、精密研磨、抛光时主要工艺因素有工艺设备、研具、磨粒、加工液、加工参数和加工环境。 40、微细加工：主要指 1mm 以下的微细尺寸零件，加工精度为 0.01~0.001mm 的加工，即微细度为 0.1mm 级的亚微米级的微细零件的加工。 41、微小尺寸加工和一般尺寸加工的不同：1）精度的表示方法 2）微观机理 3）加工特征 42、三束加工是指电子束、离子束和激光束。 43、论述分离、结合、变形三大类型微细加工方法的含义及其常用加工方法的特点。加工机理分离加工(去除加工)：从工件上去除一块材料。机械去除化学分解电解蒸发扩散与熔化溅射化学(电化学)附着化学(电化学)结合热附着扩散(熔化)结合物理结合注入热表面流动粘滞性流动摩擦流动控制要求洁净度、气流速度、压力、有害气体温度、湿度、表面热辐射等频率、加速度、位移、微振动等加工方法车削，铣削，钻削，磨削蚀刻，化学抛光，机械化学抛光电解加工，电解抛光电子束加工，激光加工，热射线加工扩散去除加工，熔化去除加工离子束溅射去除加工，等离子体加工化学镀，气相镀（电镀，电铸）氧化，氮化（阳极氧化）（真空）蒸镀，晶体增长，分子束外延烧结，掺杂，渗碳，（侵镀，熔化镀）溅射沉积，离子沉积（离子镀）离子溅射注入加工热流动加工（火焰，高频，热射线，激光）压铸，挤压，喷射，浇注微离子流动加工外部控制环境声环境光环境静电环境控制要求噪声、频率、声压等照度、色彩、眩光等静电量、电磁波、放射线等

结合加工(附着加工)：在工件表面附加一层别的材料

变形加工(流动加工)：通过材料流动使工件产生变形外部支撑环境空气环境热环境振动环境

44、精密和超精密加工的外部支撑环境的诸方面及控制要求：

45、空气洁净度的含义：空气中含尘埃量多少的程度 46、空气清洁度等级等级 100 级 1000 级 10000 级 100000 级每立方米（每升）空气中含直径≥0.5um 尘粒数 ≤35*100（3.5） ≤35*1000（35） ≤35*10000（350） ≤35*1000000（3500） ≤250（0.25） ≤2500（2.5） ≤25000（25）每立方米（每升）空气中含直径≥5um 尘粒数

.什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？

五、简答题 1、试述超精密切削时积屑瘤的生成规律和它对切削过程和加工表面粗糙度的影响。 2、试述提高电解加工精度的几种措施。

一,名词解释: 名词解释:

1.极性效应在电火花加工中,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.线性电解液 ,生产率高,但存在杂散如NaCl电解液,其电流效率为接近100%的常数,加工速度vL和与电流密度i的曲线为通过原点的直线(vL=ηωi) 腐蚀,加工精度差. 3.平衡间隙(电解加工中) 当电解加工一定时间后,工件的溶解速度vL和阴极的进给速度v相等,加工过程达到动态平衡,此时的加工间隙为平衡间隙Δb . 4.快速成形技术是一种基于离散堆积成形原理的新型成形技术,材料在计算机控制下逐渐累加成形,零件是逐渐生长出来的,属于"增材法". 5.激光束模式激光束经聚焦后光斑内光强的分布形式.

二,判断题: 判断题:

01.实验研究发现,金刚石刀具的磨损和破损主要是由于111晶面的微观解理所造成的. (√) 02.电解加工时由于电流的通过,电极的平衡状态被打破,使得阳极电位向正方向增大(代数值增大)(√) . 03.电解磨削时主要靠砂轮的磨削作用来去除金属,电化学作用是为了加速磨削过程. (?) 04.与电火花加工,电解加工相比,超声波加工的加工精度高,加工表面质量好,但加工金属材料时效率低. (√) 05.从提高生产率和减小工具损耗角度来看,极性效应越显著越好,所以,电火花加工一般都采用单向脉冲电源. (√) 06.电火花线切割加工中,电源可以选用直流脉冲电源或交流电源. (?) 07.阳极钝化现象的存在,会使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿,所以它是有害的现象,在生产中应尽量避免它. (?) 08.电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件,又转换成热能来蚀除金属的. (√) 09.电火花线切割加工中,电源可以选用直流脉冲电源或交流电源. (?) 10.电火花加工是非接触性加工(工具和工件不接触) ,所以加工后的工件表面无残余应力. (?) 11.电化学反应时,金属的电极电位越负,越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去. (√) 12.电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去除材料的,电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆加工的. (?) 13.氯

化钠电解液在使用中,氯化钠成分不会损耗,不必经常添加补充. (√) 14.由于离子的质量远大于电子,故离子束加工的生产率比电子束高,但表面粗糙度稍差. (?) 15.阶梯形变幅杆振幅放大倍数最高,但受负载阻力时振幅衰减严重,且容易产生应力集中. (√) 16.在超精密磨削时,如工件材料为硬质合金,则需选用超硬磨料砂轮. (√) 17.法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析出物质的量与通过的电量成正比,它也适用于电镀. (√)

试卷提供:陈杰

◎Speedcool 制作◎

第 2 页 ※

共 5 页

18.电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸缩传感器,微量进给装置的机械结构及其驱动电源. (√) 19.电解加工时,串连在回路中的降压限流电阻使电能变成热能而降低电解加工的电流效率. (?) 20.等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等.对于矩形波等脉冲电源,每个脉冲放电持续时间相同. (√) 21.电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去除材料的,电镀是利用阳极沉积作用进行镀覆加工的. (?)

三,填空题

工具)(精密测 , , , 量和误差补偿) ,高质量的工件材料,超稳定的加工环境条件等. 13.激光加工设备主要包括电源, (激光器)(光学系统)(机械系统)(控制系统) , , , ,冷却系统等部分. 14.常用的超声变幅杆有(圆锥形)(指数形)及(阶梯形)三种形式. , 15.金刚石刀具在超精密切削时所产生的积屑瘤,将影响加工零件的(表面质量)和(尺寸精度) . 16.精密和超精密磨料加工分为(固结磨料)加工和(游离磨料)加工两大类. 17.精密与特种加工按加工方法可以分为(切削加工)(磨料加工)(特种加工)和(复合加工)四大类. , , 18.电火花型腔加工的工艺方法有: (单电极加平动法)(多电极更换法)(分解电极法)(简单电极数控创成法)等. , , ,

试卷提供:陈杰

◎Speedcool 制作◎

第 3 页 ※

共 5 页

四,选择题: 选择题:

1.在电火花加工中存在吸附效应,它主要影响: d ) ( a,工件的可加工性; b,生产率; c,加工表面的变质层结构; d,工具电极的损耗 2. 用电火花加工冲模时,若火花间隙能保证配合间隙的要求,应选用的工艺方法是: a ) ( a.直接配合法; b,修配冲头法; c,修配电极法; d,阶梯电极法 3.超精密加工机床中主轴部件结构应用最广泛的是: d ) ( a 密排滚柱轴承结构; b,滑动轴承结构; c,液体静压轴承结构; d,空气静压轴承结构. 4.下列四个选项中,哪个是离子束加工所具有的特点( a ) a,加工中无机械应力和损伤; b,通过离子撞击工件表面将机械能转化成热能,使工件表面熔化而去除工件材料; c,工件表面层不产生热量,但有氧化现象; d,需要将工件接正电位(相对于离子源) . 8.一般来说,电解加工时工具电极是: ( c ) a,低损耗; b,高损耗; c,基本无损耗; d,负损耗 10.高功率密度的电子束加工适于( a ) a,钢板上打孔; b,工件表面合金化; c,电子束曝光; d,工件高频热处理 3. 用电火花加工冲模时,若凸凹模配合间隙小于电火花加工间隙时,应选用的工艺方法是: b ) ( a,直接配合法; b,化学浸蚀电极法; c,电极镀铜法; d,冲头镀铜法 7. 电解加工型孔过程中, a ) ( b 求工具电极作均匀等速进给; b,要求工具电极作自动伺服进给; c,要求工具电极作均加速进给; d,要求工具电极整体作超声振动. 格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序[10分]. 五,按3B格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序 .

C B

试卷提供:陈杰

◎Speedcool 制作◎

第 4 页 ※

共 5 页

解:R=5, AB=4, BC=5-3=2 AB段:BBB4000GyL2 BC段:BBB2000GxL3 CD段:B5000B0B10000GySR2 DE段:B2B4B4000GyL3 EA段:B3000B4000B6000GxSR4

AB段:B4B2B40000 GxL1 BC段:BBB20000GxL1 CD段:B0B20000B20000GySR1 DE段:BBB30000 GyL4 EF段:BBB80000 GxL3 FA段:BBB30000GyL2

解:R=25, AE=25-15=10, DE=20 AB段:B0B25000B25000GySR1 BC段:B45B15B45000GxL3 CD段:B20000B15000B30000GySR3 DE段:BBB20000GxL1 EA段:BBB10000Gy L2

六,计算题: 计算题: 1,用NaCl电解液在低碳钢上加工30?80的长方形孔,深度为 40mm,若要求10min内加工完, 需要用多大电流, 若直流电源的最大容量为3000A,应改用的最大进给速度为多少?加工完一个工件需多长时间?(Fe的体积电化学当量ω为2.22mm3/(Amin)) 解:设η=100%,vl=h/t =40/10=4 mm/min I=i A=Avl /(ηω)=30?80?4/(2.22?100%)=4324 A 若电源最大容量为3000A,则改用的最大进给速度为 vl=ηωi=1?2.22?3000/(30?80)= 2.775 mm/min 此时需加工时间t=h/ vl=40/2.775=14.41 min

2,用NaCl电解液在低碳钢上加工37?30的长方形孔,深度为 20mm,若要求5min内加工完,需要用多大电流,若直流电源的最大容量为3000A,可采用的最大进给速度为多少?加工完一个工件需多长时间?(Fe的体积电化学当量ω为2.22mm3/(Amin)) 解:设η=100%,vl=h/t =20/5=4 mm/min I=i A=Avl /(ηω)=37?30?4/2.22=2000 A 若电源最大容量为3000A,可采用的最大进给速度为 vl=ηωi=1?2.22?3000/(37?30)= 6 mm/min 此时需加工时间t=h/ vl=20/6=3.33 min

七,问答题: 问答题: 1. 电火花加工中工具电极相对损耗的含义是什么?如何降低工具电极的相对损耗? 答:工具电极体积相对损耗用电极损耗速度ve与工件蚀除速度vw之比的百分数表示,即θ=ve/vw?100% .也可用长度相对损耗θL来表示. 降低工具电极相对损耗的途径: ①正确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正确选择脉宽等电参数. ④利用加工过程中的吸附效应来补偿和减小电极损耗,炭黑膜通常只在正极上形成,工具应接正极损耗小. 试卷提供:陈杰

◎Speedcool 制作◎

第 5 页 ※

共 5 页

2. 超精密加工的难点是什么?超精密切削对刀具性能有哪些要求?为什么单晶金刚石被公认为理想的超精密切削刀具材料? 答:实现超精密加工的关键是超微量去除技术.超微量加工时,工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随机的,

精度难以控制; 工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大影响;去除层越薄,被加工表面所受的切应力越大,材料就越不易被去除.超微量切削往往是在晶粒内进行,相当于从材料晶格上逐个地去除原子,切削力一定要超过晶体内部的原子结合力才能产生切削作用,其单位面积上的切应力急剧增大,因此要求采用高硬度,高耐磨性的刀具材料. 超精密切削对刀具性能的要求: 1)极高的硬度和耐磨性; 2)刃口能磨得极其锋利; 3)刀刃无缺陷; 4)与工件材料的抗粘接性好,摩擦系数低. 单晶金刚石被公认为理想的,不可代替的超精密切削刀具材料,是因为它有着一系列优异的特性,如硬度极高,耐磨性和强度高,导热性能好,和有色金属摩擦系数小,能磨出极锋利的刀刃等. 3. 电解加工(如套料,成形加工等)的自动进给系统和电火花加工的自动进给系统有何异同?为什么会形成这些不同? 答:一般电解加工自动进给系统主要是控制均匀等速的进给速度,它的大小是事先设定的.进给速度的大小与端面平衡间隙有直接关系 (双曲线关系) ,而端面平衡间隙又直接影响到阴极形状.在正常电解加工时,主要依照电流的大小来进行控制,但在电极开始进入或即将退出工件时,由于加工面积的变化,则不能依照电流的大小来进行控制. 电火花加工自动进给控制系统的目的是保证某一设定加工间隙的稳定,它是按照电极间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线来工作的,它的进给速度不是均匀等速的.之所以形成这种不同的进给特性, 主要是电解加工中存在平衡间隙,进给速度越大,平衡间隙越小,工件的蚀除速度越高,在进给方向,端面上一般不易短路;而电火花加工中不存在平衡间隙,进给速度稍大于蚀除速度,极易引起短路,所以必需调节进给速度以保证放电间隙. 4.阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点?举例说明. 阳极钝化现象的存在, 使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿, 从生产率的角度考虑人们不希望选用产生钝化现象的钝化型电解液. 答: 但是,当采用 NaCl 等非钝化型电解液加工时,虽然生产率高,但杂散腐蚀严重,成形精度较差,严重影响了电解加工的应用.而当采用钝化型电解液加工时,尽管电极工具的非工作面没有绝缘,但当加工间隙达到一定尺寸后对应的工件表面就会产生钝化膜,可以避免产生杂散腐蚀,提高加工精度,促进了电解加工的推广应用.电解磨削,电解研磨等加工方法就是利用阳极钝化现象的存在而开发出来的. 它们利用了钝化膜对金属的保护作用,采用机械去除钝化膜的方法,使金属微观表面凸点的钝化膜被刮除,并迅速电解,而低凹处的钝化膜起保护作用,使局部不被电解,最终使金属表面的整平作用加快,可实现精加工.

1.精密和超精密加工目前包括三个领域：超精密切削，精密和超精密磨削研磨，精密特种加工。 2.金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，再就是金刚石刀具的研磨质量---切削刃钝圆半径 rn 。 3.最近出现的隧道扫描显微

镜的分辨率为 0.01nm，是目前世界上精度最高的测量仪，可用于测量金属和半导体零件表面的原子分布的形貌。最新的研究证实，在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标----原子级精密加工。 4.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。 5.超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这点和普通的切削规律不同的。 6.超精密切削实际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。 7.超精切削时，积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小，和普通切削切钢时的规律正好相反。 8.超精密切削时，加工表面粗超度是直接和积屑瘤的高度有关，即积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时加工表面粗糙度艺小。 9.使用切削液后，已消除了积屑瘤对加工表面粗糙度的影响，这是切削速度已和加工表面粗糙的无关，这种情况和普通切削时切刚的规律不同。 10.超精密切削加工表面层的残留应力，也是表面质量的重要标志。它不仅影响材料的疲劳强度和耐磨性，而且影响加工零件的长期尺寸稳定性。 11.超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境条件等都直接有关。 12.实验结果是在两把刀都比较锋锐的情况下获得的。可以看到 No1 车刀（前后为（100）晶面）和 No2 车刀（为（110）晶面）的加工表面粗糙度相差不多。 13.用（100）晶面的 No1 车刀切出的表面层残余应力小于用（110）晶面的 No2 车刀所切出的，特别是切向残余应力。 14.（简答）从金刚石的物理性能看，它有甚高的硬度、较高的热导率、和有色金属间摩擦因数低、开始氧化的温度较高，这些都是超精密切削刀具所要求的。此外单晶金刚石可以研，磨达到极锋利的切削刃 n 可以小到 0.05~0.01μm）没有其他任何材料可以磨到这样锋锐，（r 并且能长期切削而磨损很小，因此金刚石成为理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料。 15.（100）面网的最小单元为正方形。 16.（两题）解理现象是某些（如金刚石）晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面（（111）晶面）平整地劈开的现象，称为（金刚石晶体的解理现象）解理现象。 17.在高磨削率方向上，（110）晶面的磨削率最高，最容易磨；（100）晶面的磨削率次之，（111）晶面磨削率最低，最不容易磨。 18.金刚石的 3 个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差甚大。现在习惯上把高，磨削率方向称为 “好磨方向” ，把低磨削率方向称为“难磨方向” 。 19.研磨金刚石晶体时，（110）晶面摩擦因数最大，（100）晶面次之，（111）晶面最小。 20.根据最新的研究，金刚石刀具的磨损，主要属机械磨损，其磨损本质是微观解理的积累。 21.（填空，选择，判断，简答（如何根据金刚石微观破损选前后面））①对金刚石刀具来说，切削刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式，故切削刃的微观强度是刀具设计选择晶面的主要依据。金刚石刀具选择前面和后面的最佳晶面，应该把不易产生解理破损作为重要的考虑因素。②当作用应力相同时，（110）面产生破损的机率最大，（111）面次之（100）面产

生破损的机率最小。即在外力作用下，（110）面最易破损，（111）面次之，（100）面最不易破损。③从增加切削刃的微观强度考虑，应选用微观强度最高的（100）晶面作为金刚石刀具的前面和后面。 22.（110）晶面的激光衍射光像呈二叶形，（111）晶面的激光衍射光像呈三叶形，（100）晶面的晶界微观凹坑为正方形，计算机模拟仿真得到的衍射光像亦呈四叶形。 23.金刚石刀具一般不采用主切削刃和副切削刃相交为一点的尖锐的刀尖。 24.由于金刚石的脆性，在保证获得较小的加工表面粗糙度前提下，为增加切削刃的强度，应采用较大的刀具楔角β，故刀具的前角和后角都取得较小。 25.（问答：如何来选择金刚石刀具的前后晶面）①（100）晶面的耐磨性明显高于（110）晶面，用（100）晶面作为前、后面要比用（110）晶面时刀具有更长的寿命。②（100）晶面的微观破损强度要高于（110）晶面，同时（100）晶面受载荷时的破损机率要比（110）晶面低很多，因此用（100）晶面做前、后面时切削刃有较高的微观强度，产生微观崩刃的机率要小得多。③（100）晶面和有色金属之间的摩擦因数要低于（110）晶面的摩擦因数。因此用（100）晶面做前、后面时，可以使切削变形减小，使加工表面的变形和残留应力减小，有利于提高加工表面质量。④选用（111）晶面作为前面或后面者极少，这可能是由于（111）晶面硬度太高，而微观破损强度不高，研磨加工困难，很难研磨加工出精钢石刀具要求的锋锐的切削刃的原因。⑤研磨加工精钢石刀具时，（100）晶面的研磨效率低于（110）晶面，因此制造刀具的工时要长一些，这是选用（110）晶面的优点。但刀具晶面的选择，主要应该考虑的是刀具的使用性能，而不能只考虑刀具制造效率的高低，因此应该选用（100）晶面做刀具的前、后面。 26.现在生产中研磨金刚石刀具时，粗研和精研都在同一块研磨盘上进行，即将研磨盘分为若干同心圆带，在大圆周处加粗就分手微粉用于粗研，在小圆周处加细金刚石微粉，用于精研。 # # 27.精密砂轮磨削是利用精细修整的粒度为 60 ~80 的砂轮经行磨削，其加工精度可达 Ra0.025μm。超精密砂轮磨削是利用经过仔细修整的粒度为 W40~W5 的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为 0.1μm，表面粗糙度为 Ra0.025~0.008μm 的加工表面，其中超硬微粉砂轮超精密磨削已应用比较普通。 28.超硬磨料在当前是指金刚石（包括人造金刚石）和立方氮化硼以及它们为主要成分的复合材料。 29.金刚石一般不适宜磨削钢铁材料，亦不适宜切磨黑色金属。 30.高精度、小表面粗糙度值的精密磨削和超精密磨削选用细粒度，低质量浓度、甚至低于 25%，这主要考虑砂轮堵塞发热问题。 31.涂覆磨具是将磨料用粘接剂均匀得涂覆在纸布或其他复合材料基底上的磨具，又称涂敷磨具。 32.精密和超精密加工中所用的涂敷磨具多用涂敷发制作。 33.（简答：精密磨削机理）精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度表面。因此精密磨削机理可归纳为以下几点：①微刃的微切削作用②微刃的等高切削作用③微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。 34.在磨削钢件及铸钢件时，采用刚玉磨料较好。 35.一般精密

磨削时的砂轮修整，修整器应安装在低于砂轮中心 0.5.~1.5 秘密处并向上倾斜 10°~15°。 36.（简答，判断：超硬磨料砂轮磨削的共同特点）①可用来加工各种高硬度、高脆性金属

材料和非金属材料，如陶瓷、玻璃、半导体材料、宝石、铜铝等有色金属及其合金、耐热合金等。②磨削能力强，耐磨性好，寿命高，易于控制加工尺寸及实现加工制动化。③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。在加工硬质合金及非金属硬脆材料时，金刚石砂轮的金属切除率优于立方氮化硼砂轮，但在加工耐热钢钛合金模具钢等时，立方氮化硼砂轮远高于金刚石砂轮。⑤加工成本低。 37.修整通常包括整形和修锐的总称。整形是使砂轮达到一定精度要求的几何形状；修锐是，形成足去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度（一般是磨粒尺寸的 1/3 左右）够的切削刃和容屑空间。普通砂轮的整形和修锐一般是合为一步进行的，而超硬磨料砂轮的整形和修锐一般是分为先后两步进行。 38.用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整的磨削法是目前最为广泛采用的修整方法。 39.金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液为磨削液，视具体情况而定，如磨削硬质合金时普遍采用煤油，但不宜使用乳化液；树脂结合剂砂轮不宜使用苏打水。 40.立体氮化硼砂轮磨削时采用油性液为磨削液，一般不用水溶性液。 41.对于陶瓷、玻璃等硬脆材料，超精密磨削显然是一种重要的理想的加工方法。 42.镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到 Ra0.02~Ra0.01μm，表面光泽如镜的磨削方法。 43.超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。 44.（简答：微粉砂轮超精密磨削的特点）1）由于磨料是微粉等级的，粒度很细，在超精密磨床上磨削可以同时获得极小的表面粗糙度和很高的几何尺寸和形状精度。2）它是一种固结磨料的微量去除加工方法，加工效率高。3）由于磨料粒度很细，容屑空间很小，磨料容易堵塞，需要进行在线修整，才能保证磨削的正常进行和加工质量 4）磨削要在超精密磨床上进行，机床上应有微进给装置，设备价格高。 45.开式砂带磨削，磨削质量高，，磨削效果好，但效率不如闭式砂轮磨削，多用于精密和超精密磨削中。 46.从加工机理看，砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用，是一种复合加工。 47.砂带磨床上的关键部件是砂带头架。 48.在砂带磨削头架中，最重要而关键的零件时接触轮

49.精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转精度，转动平稳，无振动，其关键在于所用的机密轴承。 50. （简答:液体静压轴承和空气静压轴承的优缺点）液体静压轴承优：回转精度很高（0.1 μm），转动平稳，无振动，缺：1）液体静压轴承的油温升高。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。空气静压轴承优：有很高的回转精度，在高速转动时油温甚小，因此造成的热变形误差很小.缺)刚度低，只能承受较小的载荷。 51.当工件直径较大并且较重是，超精密机床多采用立式结构布局。 52.床身和导轨的材料 1）优质耐磨铸铁 2）花岗岩 3)人造花岗岩。 53.花岗岩现在已是制造三坐标测量机和超精密机床的床身和导轨的

热门材料，这是因为花，岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并不会生锈。 54.精密和超精密机床现在常采用的导轨有：滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨、空气静压导轨。 55.电致伸缩传感器在不同电压时的伸长量的关系曲线，可看到在加上直线电压时，无论是正电压或负电压，传感器的伸长量是相同的。 56.压电伸缩传感器的电压伸长量关系曲线，可看到正电压时伸长，负电压时缩短。 57.（简答：减小机床热变形的措施）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。 58．保证零件加工精度的途径有两种：一条是靠所用的机床来保证，即机床的精度要高于工件所要求的精度，这是所谓的“蜕化”原则，也称之为“母性”原则。另一条思路，即在精度比工件要求降低的机床上，利用误差补偿技术，提高加工精度，使加工精度比机床原有精度高，这是“进化”原则，也称之为“创造性”原则。 59．（简答：三种检测法含义及优缺点）（1）离线检测，工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检验室中进行检测，这就是离线检测。只能检测加工后的结果，不一定反应加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程中的变化，但检测条件较好，不受加工条件的限制，也可以充分利用各种监测仪器，因此，测量的精度比较高。（2)在位检测，工件加工完毕后，在机床不卸下工件的情况下进行检测，称之为在位检测。也只能检测加工后的结果，也不一定反应加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程中的变化，但可免除离线检测时由于定位基准所带来的误差，更接近实际加工情况，还可以进行反补。（3）在线检测，工件在加工过程中的同时进行检测，称之为在线检测。①能够连续检测加工过程中的变化，了解加工过程中误差分布和发展，从而为时时误差补偿，预报误差补偿和控制创造了条件。②检测结果能反应实际加工情况。 ③因为加工过程中受到加工条件限制，所以在线检测难度一般较大。④对传感器的性能要求较高。⑤往往不是一种单纯检测方法。 60.广义误差补偿：误差修正、抵消、均化、钝化、分离等都是误差补偿的各种形式或方法。狭义误差补偿：对一定尺寸、形状、位置相差程度（差值）的补足。 61．微细加工技术是指制造微小尺寸（尺度）零件的生产加工技术。 62．（简答：微小尺寸加工和一般尺寸加工的区别）⑴精度的表示方法不同，一般尺寸加工时，精度是用其加工误差与加工尺寸的比值（即精度比率）来表示的，在微细加工时，由于加工尺寸很小，精度就必须用尺寸的绝对值来表示，及用去除的一块材料的大小来表示，从而引入加工单位尺寸（简称加工单位）的概念，加工单位就是去除的一块材料的大小。⑵微观机理不同，一般尺寸加工和微细加工的最大差别是切屑大小不同，在微细加工时，从强度和刚度上都不允许有大的吃刀量，因此切屑很小。⑶加工特征不同，一般加工时多以尺寸、形状、位置精度为加工特征，在精密加工和超精密加工时也是如此，微细加工和超精细加工却以分离或结合原子、分子

为加工对象，以电子束、离子束、激光束三束加工为基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处理。这是因为它们各自所加工的对象不同而造成的。 63.微细切削时，为保证工件尺寸精度要求，其最后一次的表面切除层厚度必须小于尺寸精度值。 64.（微细加工和纳米加工是否是一回事？）要进行微细度为微米级的微细加工，就需要用一个比它小一个数量级的尺寸加工单位，即要用加工单位为 0.1μm 的微细加工方法加工。要进行微细度为纳米级的超微细加工，就需要用比它小一个数量级的尺寸加工单位，即要用加工单位为 0.1nm 的微细加工方法来进行加工。 65.由于电子束的能量密度高、作用时间短，所产生的热量来不及传导扩散就将工件被冲击部分局部熔化、气化、蒸发成为雾状粒子而飞散，这就是电子束的热效应。 66.利用电子束的热效应可进行钻孔、切槽、焊接、淬火等工作。 67.用功率密度相当低的电子束照射高分子材料时，即使几乎不会引起材料表面温度的上升，也会由于入射电子和高分子相碰使其分子链切断或重新聚合从而使材料的相对分子质量和化学性质产生变化，这就是电子束的化学效应。 67.离子束加工时在真空条件下，将氩、氪、氙灯惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、

集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。 68.离子束加工在微细加工和精密加工中是一种最有前途的原子、分子加工单位的加工方法。 69.激光加工的机理是热效应。 70.光刻加工技术主要是针对集成电路制作中得到高精度微细线条所构成的高密度微细复杂图形。 71.恒温条件主要以两个指标进行衡量，一个是恒温基数，也就是指空气的平均温度。另一个是恒温精度，也就是指相对于平均温度所允许的偏差值。一般来说精度和超精密加工及装 0 配的温度环境也以 20 C 为宜。 0 72.恒温精度一般分为 0.2 级、级、级和 2 级等四个等级。 0.5 1 分别代表恒温精度为±0.2 C、 0 0 0 ±0.5 C、±1

C 和±2 C。 73.一般情况下，相对湿度应控制在 35%到 45%之间。湿度的波动范围相应规定了±10%、± 5%和±2%几个等级。 74.洁净室是指将室内空气中尘埃微粒、温度、压力、流速和气流的分布形式及其形状等控制在一定范围内的房间。 75.（填空：实现空气净化的基本要求）发尘量要小，及时排除尘埃，供给洁净的空气 76.精密和超精密加工的质量不仅与振动干扰的振幅有关，而且与振动干扰的频率有关。 77.纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。

2009— 郑州轻工业学院 2009—2010 第一学年期末考试

3．目前金刚石刀具主要用于（铝、铜及其合金等软金属）材料的精密与超精密加工，而对于（黑色金属、硬脆）材料的精密与超精密加工，则主要应用精密和超精密磨料加工。 4．电火花加工按工件和工具电极相对运动的关系可分为：电火花（穿孔成形加工）、电火花（线切割加工）、电火花

题

一、名词解释：[每小题 3 分，共 15 分]：名词解释：

（磨削加工）、电火花（展成加工）、电火花表面强化和刻字等类型。 5．若工件为铁，工具为铜，在 NaCl 电解液中进行电解加工时，阳极溶解生成（Fe(OH)2），阴极生成（H2），电解液内最终生成物是 Fe（OH）3 。 6．电火花型腔加工的工艺方法有：（单电极平动法）（多电极更换法）（分解电极法）、、、简单电极数控创成法等。 7. 超精密加工机床的总体布局形式主要有以下几种：形布局）（十字形布局）（R-θ布局）（立式结构布局）等。（T 、、、 8．实现超精密加工的技术支撑条件主要包括：（超精密加工机理与工艺方法）（超精密加工机床设备）（超精密加工、、工具）（精密测量和误差补偿）、、高质量的工件材料、超稳定的加工环境条件等。 9．激光加工设备主要包括电源、（激光器）（光学系统）（机械系统）、、、控制系统、冷却系统等部分。 10．常用的超声变幅杆有（圆锥形）（指数形）及（阶梯形）三种形式。、

答

1．电极相对损耗（电火花加工中）指工具电极损耗速度 ve 与工件蚀除速度 vw 之比的百分数，即θ=ve/vw?100% 。 2．混气电解加工在气液混合器中将一定压力的气体与电解液混合成含无数小气泡的混合液再进入加工间隙进行加工的方法，可改善电解液性能，提高复制精度。

班级：要

3．晶体的解理现象指晶体受到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。 4．非线性电解液

不

如 NaClO3、NaNO3 电解液，其电流效率不是常数， vl-i 曲线为不通过原点的曲线。当电流密度 i 小于切断电流密度 ia 时，加工速度为零。加工精度高，没有杂散腐蚀，加工生产率低。 5．复合加工把两种特种加工方法复合在一起，或者把一种或两种特种加工方法和常规机械加工方法复合在一起，使之相辅相成、相得益彰的加工工艺，例如电解电火花加工、电解电火花磨削等。四、选择题

[单选，每小题 1.5 分，共 15 分]：选择题 1. 一般来说，精密电火花加工时电极是： b ）（ a、低损耗； b、高损耗； c、零损耗； d、负损耗学号：

2. 用电火花加工冲模时，若加工间隙和配合间隙相同，应选用的工艺方法是： a ）（ a、直接配合法； b、修配冲头法； c、修配电极法； d、阶梯电极法请

二、判断题[用√表示正确，?表示错误，每小题 1 分共 10 分]：判断题 1．电化学反应时，金属的电极电位越正，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去。（?） 2．法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析出物质的量与通过的电量成正比，它也适用于电镀。（√）

3. 超声波加工时， c ）（ a、工具整体在作超声振动； b、只有工具端面在

作超声振动； c、工具中各个截面都在作超声振动，但它们的相位在时间上不一致；d、工具不作超声振动。 4. 超精密加工机床中采用的 T 形总体布局为：主轴作 Z 向运动，进给系统作 X 向运动，因而主轴的驱动方式是： d ）（ a、电动机通过带传动驱动； c、采用内装式同轴电动机驱动； b、电动机通过柔性联轴器驱动； d、b 和 c 两种方式都有

姓名：

内

3．电火花加工中粗加工时工件常接（正）极，精加工时工件常接（负）极。（?） 4．超精密切削加工时切削速度经常根据刀具的耐用度来选择。（?）

5．电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸缩传感器、微量进给装置的机械结构及其驱动电源。（√） 6．电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件，又转换成热能来蚀除金属的。（√）

线

7．电火花线切割加工中，电源可以选用直流脉冲电源或交流电源。（?） 8．实验研究发现，金刚石刀具的磨损和破损主要是由于 111 晶面的微观解理所造成的。（√） 9．对于黑色金属、硬脆材料等的精密与超精密加工，目前主要应用金刚石刀具进行切削加工。（?） 10．与电火花加工、电解加工相比，超声波加工的加工精度高，加工表面质量好，但加工金属材料的效率较低。（√）

5.下列四个选项中，属于超硬磨料的选项是（ c ） a、白刚玉； b、棕刚玉； c、立方氮化硼； d、碳化硼

◎郑州轻工业学院考务办公室郑州轻工业学院考务办公室

封

三、填空题[每小题 3 分，共 30 分]：填空题：

密

1．超精密机床主轴的驱动方式主要有电动机通过带传动驱动、（电动机通过柔性联轴器驱动）和（采用内装式同轴电动机驱动）三种。 2．超精密加工中超稳定的加工环境条件主要指（恒温）（恒湿）（防振）和（超净）四个方面的条件。、、

@版权归

◎郑州轻工业学院 222 宿舍◎ 所有

第1 页

共 4 页

@版权归

◎郑州轻工业学院 222 宿舍◎ 所有

第2 页

共 4 页

答答答答

6. 金刚石晶体的各向异性表现为（ d ） a、各个晶面的硬度不同，110 晶面的

硬度最高； b、各个晶面的耐磨性不同，110 晶面的磨削率最低，最不易磨损； c、各个晶面的面网密度不同，110 晶面的面网密度最小； d、各个晶面的耐磨性不同，同一晶面不同方向上的耐磨性也不同。 7. 电解加工型孔过程中， b ）（ a、要求工具电极作自动伺服进给； b、要求工具电极作均匀等速进给； c、要求工具电极作均加速进给； d、要求工具电极整体作超声振动。 8. 下列选项中不正确的选项是： a ）（ a、电解加工中，加工速度与加工间隙成正比； b、电解加工中，加工速度与电流效率成正比； c、电解加工中，加工速度与工件材料的电化学当量成正比； d、电解加工中，加工速度与电解液的电导率成正比 9. 在材质硬且脆的非金属材料上加工型孔时，宜采用的加工方法是（ c ） a、电火花加工； c、超声波加工； 10. 下列论述选项中正确的是（ d ） a、电火花线切割加工中，只存在电火花放电一种放电状态； b、电火花线切割加工中，由于工具电极丝高速运动，故工具电极丝不损耗； c、电火花线切割加工中，电源可选用直流脉冲电源或交流电源； b、电解加工； d、电子束加工

CD段：BBB20000GyL4 DE段：B20000B0B20000GxSR4 EF段：BBB60000GxL3 FG段：B0B20000B20000GySR3

题题题题

GH段：BBB20000GyL2 HA段：B2B4B40000GyL1

六、计算题[10 分]：计算题：用NaCl电解液在低碳钢上加工74?40的长方形孔，深度为30mm,若要求10min内加工完，需要用多大电流？若电源电压为 12V ， δ E=2V, 电导率 σ 为 0.02/ 2.22mm3/(A?min)）解：设η＝100%，vl＝h/t ＝30/10＝3 mm/min δE=2V，σ＝0.02/ ? ?mm，由公式 ? b I＝i A＝A?vl /(ηω)＝74?40?3/（2.22?100%）＝4000 A

请请请请不不不不

? ? mm ，求达到平衡时的加工间隙是多少？（ Fe 的体积电化学当量 ω 为

ηωσ U R

=100%?2.22?0.02?(12-2)÷3=0.148 mm.

七、问答题[每小题 10 分，共 30 分]：问答题：

要要要要

1．试述特种加工的特点及所能解决的主要加工问题，应该如何正确处理传统加工和特种加工工艺之间的关系？答：特点主要有：①不是主要依靠机械能，而是利用其它的能量（如电能、热能、化学能、光能、声能等）去除工件材料；②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些根本不需要工具；③加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力。可以解决：①高硬度、高强度、高韧性、高脆性等各种难加工材料的加工问题；②精密、微细、形状复杂零件的加超超超超

d、电火花线切割加工中，工作液一般采用水基工作液。工问题；③薄壁、弹性等低刚度零件的加工问题。格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序[10 分]。

五、按 3B 格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序。传统加工是指使用刀具进行的切削加工和磨削加工，是行之有效的实用加工方法，而且今后仍然占主导地位。但是

出出出出

随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，传统加工工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工

艺是传统加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分传统加工工艺，但不可能取代和排斥主流的传统加工工

2009— 郑州轻工业学院 2009—2010 第一学年期末考试

一,名词解释:[每小题 2.5 分,共 10 分]: 名词解释: 1.极间介质消电离

电火花加工中当脉冲电压结束时,放电通道中的带电粒子复合为中性粒子,恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度,以免总是在同一处重复放电.

班级:

2.晶体的解理现象

指晶体受到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.

6.电火花加工粗加工时工件常接(负)极,精加工时工件常接(正)极;线切割加工时工件接(正)极;电解加工时工件接(正)极;电解磨削时工件接(正)极;电镀时工件接(负)极. 7.电子束加工是在(真空)条件下,利用(聚焦后能量密度极高,速度极高的电子束) 对工件进行加工的方法. 8.精密和超精密磨料加工分为(固结磨料)加工和(游离磨料)加工两大类. 9.电火花型腔加工时使用最广泛的工具电极材料是: (纯铜)和(石墨) . 10.影响电火花加工精度的主要因素有: (放电间隙的大小)及其一致性, (工具电极的损耗)及其稳定性和(二次放电现象) . 四,选择题[单选,每小题 1 分,共 10 分]: 1. 超精密加工机床中微量进给装置最常用的形式是( c ) a,机械传动式; b,热变形式; c,电致伸缩式; d,磁致伸缩式 2. 金刚石晶体在高磨削率方向上,磨削率最低即最不容易磨的晶面是: d ) ( a,100 晶面; b,110 晶面; d,111 晶面 c,101 晶面; 3. 用电火花加工冲模时,若凸凹模配合间隙小于电火花加工间隙时,应选用的工艺方法是: b ) ( a,直接配合法; b,化学浸蚀电极法; c,电极镀铜法; d,冲头镀铜法 4. 超精密加工机床中采用的 T 形总体布局为:主轴作 Z 向运动,进给系统作 X 向运动, 因而主轴的驱动方式是: d ) ( a,电动机通过带传动驱动; b,电动机通过柔性联轴器驱动; c,采用内装式同轴电动机驱动; d,b 和 c 两种方式都有. 5. 一般

来说,精密电火花加工时电极是: a ) ( b,低相对损耗; a,高相对损耗; c,零损耗; d,负相对损耗 6. 下列工件材料选项中,不适于电火花加工的是( c ) a,硬质合金; b,钛合金; d,淬火钢 c,光学玻璃; 7. 电解加工型孔过程中, b ) ( a, 要求工具电极作自动伺服进给; b,要求工具电极作均匀等速进给; c,要求工具电极作均加速进给; d,要求工具电极整体作超声振动. 8. 下列选项中不正确的选项是: a ) ( a,电解加工中,加工速度与加工间隙成正比; b,电解加工中,加工速度与电流效率成正比; c,电解加工中,加工速度与工件材料的电化学当量成正比; d,电解加工中,加工速度与电解液的电导率成正比

答

3.混气电解加工

在气液混合器中将一定压力的气体与电解液混合成含无数小气泡的混合液再进入加工间隙进行加工的方法,可改善电解液性能,提高复制精度. 要

4.超声波加工

利用工具端面作超声频振动,通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形方法. 二,判断题[用√表示正确,?表示错误,每小题 1 分共 10 分]: 1.电火花加工是非接触性加工(工具和工件不接触) ,所以加工后的工件表面无残余应力. (?) 2.在金刚石晶面的激光衍射图像中,叶瓣所指的方向是该晶面的好磨方向. (√) 3.超精密切削加工时切削速度经常根据机床及加工系统的动特性来选择. (√) 4.电化学反应时,金属的电极电位越正,越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去. (?) 5.电解加工是利用金属在电解液中阳极溶解作用去除材料的,电镀是利用阴极沉积作用进行镀覆加工的. (√) 6.激光加工与离子束加工相同,都要求有抽真空装置. (?) 7.对于黑色金属,硬脆材料等的精密与超精密加工,目前主要应用金刚石刀具进行切削加工. (?) 8.超声波加工时变幅杆之所以能扩大振幅,是由于通过它每一截面的振动能量是不变的(忽略传播损耗) ,截面小的地方能量密度大,振幅也就大. (√) 9.在电火花加工中,电源一般选用直流脉冲电源或交流电源. (?) 10.等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等.对于矩形波等脉冲电源,每个脉冲放电持续时间相同. (√) 三,填空题[每小题 2 分,共 20 分]: 1. 实现超精密切削加工对刀具性能的要求是: 极高的硬度和耐磨性) 刃口极其锋利) ( , ( , 刀刃无缺陷,与工件材料的抗粘接性好,摩擦系数低. 2.精密和超精密加工机床主轴轴承的常用形式有(液体静压轴承)和(空气静压轴承) . 3.金刚石晶体的激光定向原理是利用金刚石在不同结晶方向上(因晶体结构不同而对激光反射形成不同的衍射图像)进行的. 4.电火花加工蚀除金属材料的微观物理过程可分为(介质电离击穿)(介质热分解, , 电极材料熔化,气化)(蚀除物抛出)和(间隙介质消电离)四个阶段. , 5.超精密加工机床的关键部件主要有: (精密主轴部件)(导轨部件)和(进给驱动系 , 统)等.

学号: 姓名: ◎郑州轻工业学院考务办公室郑州轻工业学院考务办公室密封线内请

不

@版权归

◎郑州轻工业学院 222 宿舍◎ 所有

第1 页

共 4 页

@版权归

◎郑州轻工业学院 222 宿舍◎ 所有

第2 页

共 4 页

9. 在材质硬且脆的非金属材料上加工型孔时,宜采用的加工方法是 ( c ) a,电火花加工; b,电解加工; c,超声波加工; d,电子束加工 10. 下列论述选项中正确的是( d ) a,电火花线切割加工中,只存在电火花放电一种放电状态; b,电火花线切割加工中,由于工具电极丝高速运动,故工具电极丝不损耗; c,电火花线切割加工中,电源可选用直流脉冲电源或交流电源; d,电火花线切割加工中,工作液一般采用水基工作液. 五,按 3B 格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序[10 分].

A B

七,问答题[每小题 10 分,共 30 分]:

1.试述特种加工的特点及所能解决的主要加工问题,应该如何正确处理传统加工和特种加工工艺之间的关系?

请不请不请不请不

答:特点主要有:①不是主要依靠机械能,而是利用其它的能量(如电能,热能,化学能,光能,声能等)去除工件材料;②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度,有些根本不需要工具;③加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力. 可以解决:①高硬度,高强度,高韧性,高脆性等各种难加工材料的加工问题;②精密,微细, 形状复杂零件的加工问题;③薄壁,弹性等低刚度零件的加工问题. 传统加工是指使用刀具进行的切削加工和磨削加工,是行之有效的实用加工方法,而且今后仍然占主导地位.但是随着难加工的新材料,复杂表面和有特殊要求的零件越来越多,传统加工工艺必然

要要要要

H G F E

C D

难以适应.所以可以认为特种加工工艺是传统加工工艺的补充和发展,特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分传统加工工艺,但不可能取代和排斥主流的传统加工工艺.

超超超超

2.什么叫电火花加工中的极性效应?如何在生产中利用极性效应?

答:在电火花加工中,即使电极材料相同,但正,负电极上的蚀除速度仍是不同的,

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. 解: AB段:BBB60000GxL1 BC段:B2B4B40000GyL4 CD段:BBB20000GyL4 DE段:B20000B0B20000GxSR4 EF段:BBB60000GxL3 FG段:B0B20000B20000GySR3 GH段:BBB20000GyL2 HA段:B2B4B40000GyL1 在短脉宽的脉冲加工时,电子轰击是主要的,正极蚀除量大于负极;在长脉宽的脉冲加工时,离子轰击是主要的,负极蚀除量大.从提高生产率和减小工具损耗角度来看,极性效应越显著越好.如用交变脉冲电流加工时,单个脉冲的极性效应便相互抵消,增加了工具的损耗,因此,电火花加工一般都采用单向脉冲电源. 一般在用短脉宽做精加工时,应将工件接正极,称正极性加工;在用长脉宽做粗加工时,应将工件接负极,称负极性加工.

出出出出此此此此区区区区域域域域

六,计算题[10 分]: 用 NaCl 电解液在低碳钢上加工Φ50 mm 的圆孔,深度为 30mm,若要求 10min 内加工完,需要用多大电流?若电源电压为 12V,δE=2V,电导率σ为 0.02/ mm,求达到平衡时的加工间隙是多少?(Fe 的体积电化学当量ω为 2.22mm3/(Amin))

解:设η=100%,vl=h/t =30/10=3 mm/min

3.电子束加工,离子束加工和激光加工各自的工作原理和应用范围如何?各有什么优缺点?

答:三者都适合于精密,微细加工,但电子束,离子束加工需在真空中进行,因此加工表面不会

答答答答

被氧化,污染,特别适合于"洁净"加工.电子束加工是基于电能使电子加速转换成动能,在撞击工件时动能转换成热能使材料熔化,气化而被蚀除,主要用于打孔,切割,焊接,热处理等.而离子束加工是电能使质量较大的正离子加速后打到工件表面,靠机械撞击能量使工件表面的原子层变形,破

I=i A=Avl /(ηω)=3.14?252?3/(100%?2.22)=2652 A δE=2V,σ=0.02/ mm, 由公式 b =

题题题题

坏或切除分离,并不发热,主要用于精微表面工程,有离子刻蚀,溅射沉积,离子镀,离子注入等形式.激光加工是靠高能量密度的光能转换成热能使材料熔化,气化而被蚀除,可在空气中加工,不受空间结构的限制,故也使用于大型工件的切割,焊接,热处理等工艺.

ηωσ U R

=100%?2.22?0.02?(12-2)÷3=0.148 mm.

@版权归

◎郑州轻工业学院 222 宿舍◎ 所有

第3 页

共 4 页

@版权归

◎郑州轻工业学院 222 宿舍◎ 所有

第4 页

共 4 页

江苏省高等教育自学考试大纲

02213

精密加工与特种加工

扬州大学编

江苏省高等教育自学考试委员会办公室

一, 课程性质及其设置目的与要求

(一)课程性质和特点课程性质和

精密加工与特种加工技术是机械制造工艺的重要组成部分,也是机械制造业的重要研究发展方向之一. 《精密与特种加工技术》课程是高等教育自学考试机制类专业的重要专业课程之一,此课程的学习有助考生掌握生产实践中的各种先进制造技术,在工作中能适应技术进步对制造技术的要求,同时对高等教育培养更多复合性,创新性人才有重要意义.

(二)本课程基本要求

考生通过课程学习,获得精密加工与特种加工的基本原理,常用加工设备及常用精密及特种加工工艺的系统知识,初步具备分析,选择和使用各种常用精密,特种加工工艺的能力,具体要求是: 1. 获得精密,特种加工的基本理论和专业知识,包括常用加工工艺的加工原理,设备组成和有关应用实例. 2. 在对各种常用精密特种加工工艺综合理解,比较的基础上,具有选择加工工艺,分析加工工艺过程及解决实际工艺问题的能力. 3. 了解精密,特种加工技术应用现状和发展趋势.

(三)本课程与相关课程的联系

《精密加工与特种加工》课程是机械制造学科一门综合性,专业性很强的专业课程,是多学科知识的融合应用,课程知识点多,有较多的综合应用实例.课程自学要求考生具有较好的《大学物理》 , 《电工电子学》《数控技术》《机械工程材料》《机械制造技术》等专业基础课程相关知识,同时本 , , , 门课程的学习对后续的课程设计,毕业设计等环节具有重要指导意义.

二,课程内容与考核目标

第一章

(一)课程内容

本章概述了精密与特种加工技术的产生背景,分类,发展方向,讨论了精密与特种加工工艺对材料可加工性和结构工艺性等的影响.

概论

(二)学习要求

了解各种精密与特种加工技术产生原因,掌握其分类方法及应用特点.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:精密与特种加工技术基本概念,对材料可加工性和结构工艺性等的影响; 2,掌握:精密与特种加工技术分类,应用特点

第二章

(一)课程内容

金刚石刀具精密切削加工

本章概述了精密切削加工方法及其实现条件, 分析超精密机床组成及其关键部件, 重点讨论金刚石刀具材料特点及金刚石刀具的结构.

(二)学习要求

了解精密切削加工方法种类及实现条件, 理解超精密机床组成及其关键部件的作用, 掌握金刚石刀具材料特点及金刚石刀具结构.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:精密切削加工方法,种类及其实现条件,超精密机床组成及其关键部件; 2,掌握:金刚石刀具材料特点及金刚石刀具结构.

第三章

(一)课程内容

精密与超精密磨料加工

本章分析精密(超精密)磨削,精密研磨及抛光加工的机理,论述精密磨削,研磨及抛光工艺设备及工艺特点.

(二)学习要求

了解精密(超精密)磨削,精密研磨及抛光加工的机理,掌握精密(超精密)磨削,研磨及抛光加工设备工作原理,加工工艺与应用特点.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:精密磨削,研磨及抛光加工机理; 2,掌握:精密磨削,研磨及抛光工艺系统构成及应用.

第四章

(一)课程内容

电火花加工

本章介绍电火花成形加工的原理,工艺设备及应用特点,论述电火花成形加工的基本工艺规律.

(二)学习要求

理解电火花加工机理, 电火花加工设备组成与工艺应用特点, 掌握电火花成形加工的基本工艺规律.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:电火花放电条件,电火花设备组成与各环节作用,电火花加工材料蚀除的四个过程,极性效应,电源,加工电参数,电极材料及工作液的选择原则; 2,掌握:影响电火花加工生产率,加工精度及表面粗糙度的主要因素及影响规律.

第五章

(一)课程内容

电火花线切割加工

本章讨论电火花线切割加工原理,设备,工艺特点及应用实例.

(二)学习要求

了解电火花线切割加工的原理,设备组成,工艺特点及应用范围,熟悉电火花线切割加工控制系统及编程方法.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:电火花线切割加工工作原理,设备的基本组成部分,电极丝作用与要求,线切割加工的主要工艺指标; 2,掌握:电火花线切割加工工艺的应用; 3,熟练掌握:3B格式进行电火花线切割加工的数控编程方法. 3

第六章

(一)课程内容

电化学加工

本章讨论电化学加工基本原理,种类,加工设备组成原理及工艺特点.

(二)学习要求

了解电化学加工设备组成及分类方法,掌握电化学加工基本原理,工艺特点及应用范围.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:电极电位,极化,钝化,活化的概念,电解加工基本原理,特点,设备组成,间隙及平衡间隙概念,法拉第电解定律,三种常用电解液的特点,电解磨削的基本原理,应用特点,电铸, 涂镀及复合镀加工的基本原理及应用; 2,掌握:电解加工精度成形规律及提高电解加工精度的措施; 3,熟练掌握:电解加工金属蚀除量计算方法,电解加工平衡间隙及固定阴极电解过渡过程间隙计算方法.

第七章

(一)课程内容

激光加工

本章分析激光的特点,产生机理,讨论激光加工工艺特点与应用.

(二)学习要求

了解激光的特性,激光加工设备组成,工艺种类及特点.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:激光的特性,激光加工的原理,特点,光管效应; 2,掌握:激光打孔,激光切割的工艺特点.

第八章第八章

(一)课程内容

超声波加工

本章讨论了超声波的传导特性,超声加工设备组成,加工原理及应用特点.

(二)学习要求

了解超声波特性,掌握超声加工机理,设备组成及应用特点.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:超声波的概念,超声加工的基本原理和特点,超声加工设备的组成部分,换能器,变幅杆的形式与作用; 2,掌握:影响超声加工速度,精度,表面质量的因素及其影响规律.

第九章

(一)课程内容

电子束与离子束加工

本章介绍电子束与离子束加工原理,设备组成及应用特点.

(二)学习要求

了解电子束与离子束加工原理,设备基本组成部分及应用特点.

(三)考核知识点与考核要求

1,领会:电子束,离子束加工的基本原理,工艺特点.

第十章第十章

超高压水射流切割

(本章内容不作考试要求) 本章内容不作考试要求)

第十一章十一章

其他精密与特种加工技术

(本章内容不作考试要求) 本章内容不作考试要求)

三, 有关说明和实施要求

(一) 关于"课程内容与考核目标"中的有关说明

在大纲的考核要求中,提出了"领会""掌握""熟练掌握"等三个能力层次的要求,它们的含 , , 义是: 1,领会:要求应考者能够记忆规定的有关知识点的主要内容,并能够领会和理解规定的有关知识点的内涵和外延,熟悉其内容要点和它们之间的区别和联系,并能根据考核的不同要求,作出正确的解释,说明和阐述. 2,掌握:要求应考者掌握有关的知识点,正确理解和记忆相关内容的原理,方法和步骤. 3,熟练掌握:要求应考者必须掌握的核心内容和重要知识点.

(二) 自学教材

本课程使用教材为: 《精密与特种加工技术》 ,张建华主编,机械工业出版社,2003 年. 参考教材: 《特种加工》 ,刘晋春,赵家齐,赵万生主编,机械工业出版社,2007 年.

(三) 自学方法指导

本课程是一门综合性,专业性很强的专业课程,多学科知识点融合,内容多,难度较大,自学者在自学过程中应注意以下各点: 1,学习前,应仔细阅读大纲,了解课程性质,明确考试知识点及层次要求,紧密围绕大纲要求进行自学. 2,每一章节自学结束后,可结合书后习题,进行自我检查,经思考仍不明白的内容,可暂时放下,继续新内容的学习,等全篇自学一篇,再回头重新思考,理解,如此几个循环,会逐渐提高对课程内容的理解程度,直到通解全篇. 3,自学时须在通读全篇

的基础上,把握重点,注意比较各种加工方法的异同,在理解中不断加深对基本原理,概念的记忆;通过做习题,加深对知识点理解的深度与广度;在此基础上通过参考文献阅读及实践性环节的训练,提高掌握知识面及应用技能,做到融会贯通. 4,推荐参考教材刘晋春,赵家齐,赵万生主编的《特种加工》机械工业出版社,第四版) ( , 所附光盘内容有各种特种加工工艺原理,所用机床及加工过程的视频动画,习题解答等,对初次学习特种加工的自学者有较好参考价值.

(四) 对社会助学的要求

1,以考试大纲中考核要求为中心,以指定的考试教材为基础,明确各章层次要求. 2,教学内容既注意基础知识面,又要重点突出,建议利用启发式教学方法,充分引导学生自学兴趣,提高学生自学能力. 3,试题难易程度与能力层次要求不完全相同,各个能力层次中都存在不同难度试题. 4,可利用推荐参考资料,对其有关内容的分析,讲解与学生自学相结合,有利于加深考生对各种精密特种加工方法的感性认识与对知识点理解的融会贯通,培养考生工程应用能力与创新思想.

(五) 关于命题和考试的若干规定

1,本大纲各章提到的考核要求中,各条细目都可能是考试的内容,试题覆盖到章,适当突出重点章节内容. 2,不同能力要求比例: "领会"占 20%, "掌握"占 40%, "熟练掌握"占 40%. 3,试题难易程度分为:易,较易,较难,难,在试卷中所占比例分别为:2:3:3:2. 4,本课程试卷可能采用的题型有:单项选择题,填空题,简答题,论述和应用题. 5,考试方式闭卷,考试时间 150 分钟,采用百分制,60 分及格.

附录

一, 选择题

题型举例

如:1.对要求残余应力小的精密零件,金刚石刀具的前,后面应选用( A.110 晶面

B.100 晶面 C.111 晶面 ) . B.宽脉冲,负极性加工 D.窄脉冲,负极性加工 D.

A 和 B

) .

2. 用电火花进行粗加工,采用( A.宽脉冲,正极性加工 C.窄脉冲,正极性加工二, 填空题

如:1. 超精密磨削加工磨料供给方式有 2. 电火花加工单个脉冲能量减小,表面粗糙度 Ra 值将 , . 两种.

三, 简答题

如: 1,简述几种常见的微进给装置的工作原理. 2,在半导体硅片上加工 φ1mm 的细小孔,能采用哪些工艺方法?

四, 论述或应用题

如:1,试述电火花加工,电解加工在自动进给系统,采用电源,工作液等方面的不同点. 2,线切割加工如图所示的轨迹,加工路线 A-B-C-D-E-F,编写数控线切割加工的 3B 程序. (略去切入,切出程序)

6 E F

D C

A 40

3,用如图所示的固定式阴极及 NaCl 电解液对碳钢零件进行电解扩孔加工,已知初始单边间隙

0 = 0.15mm ,电压 U R = 12V ,电导率 σ = 0.02 /( mm) ,电化学当量 ω =

2.22mm 3 /( A min) ,

电流效率 η = 98% , 求:1. 初始蚀除速度; 2.间隙由 0.15mm 扩大到 0.50mm 所需的时间; 3.简述此方式扩孔的间隙变化规律.

固定阴极扩孔 1.电解液入口 4.工具阴极 2.绝缘定位套 2.绝缘定位套 5.密封垫 3.工件

6.电解液出口

40 50

精密和超精密加工技术部分第一章精密和超精密加工技术及其发展展望

（一）课程内容本章主要介绍了发展精密和超精密加工技术的重要性以及超精密加工的现状。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：精密加工和超精密加工概念、领域，金刚石刀具两个重要问题，超精密加工中检测内容。第二章超精密切削与金刚石刀具

（一）课程内容本章主要介绍了超精密切削的切削速度选择；超精密切削时刀具的磨损和耐用度；超精密切削时积屑瘤的生成规律；切削参数变化对加工表面质量的影响；刀刃锋锐度对切削变形和表面质量的影响；超精密切削时最小切削厚度；金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响；超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构；金刚石晶体各晶面的耐磨性和好磨难磨方向；单晶金刚石刀具的破损机理；金刚石晶体的定向；金刚石刀具的设计与制造。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：超精密切削的切削速度选择，金刚石刀具破损或磨损的标志，积屑瘤的生成规律、影响因素及其对加工过程的影响。刀刃锋锐度对切削过程的影响，金刚石各晶面的好磨难磨方向，金刚石晶体的定向。 2、领会：切削参数对加工表面质量的影响，金刚石的性能特点及晶体结构，单晶金刚石刀具的破损机理，金刚石刀具的设计。

第三章精密磨削和超精密磨削

（一）课程内容本章主要介绍了精密和超精密磨削；精密磨削；超硬磨料砂轮磨削；超精密磨削；精密和超精密砂带磨削。（二）考核知识点和考核要求

1、识记：精密和超精密磨料加工方法分类，精密和超精密磨削的特点及其应用，精密和超精密磨削工艺，砂带磨削方式、特点、应用范围及其机理。 2、领会：

精密磨削机理，精密磨削与超硬磨料砂轮的修整，超精密磨削机理及其特点。

第四章精密和超精密加工的机床设备

（一）课程内容

本章主要介绍了精密主轴部件；床身和精密导轨部件；进给驱动系统；微量进给装置；机床的稳定性和减振隔振；减少热变形和恒温控制。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：超精密机床的总体布局，导轨的结构形式及其特点，微量进给装置的要求，减少机床热变形的措施。 2、领会：液体静压轴承主轴、空气静压轴承主轴性能特点，弹性变形和电致伸缩式微量进给机构的工作原理及其特点。第五章精密加工中的测量技术

（一）课程内容本章主要介绍了精密测量技术；长度基准；测量平台；直线度、平面度和垂直度的测量；角度和圆分度的测量；圆度和回转精度的测量；激光测量。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：精密测量的环境条件，量具和量仪材料的选择，直线度、平面度和垂直度的测量方法及其原理，精密多齿分度盘的工作原理，激光测量的基本原理。 2、领会：圆度和回转精度的测量方法及其工作原理。第六章在线检测与误差补偿技术

（一）课程内容本章主要介绍了加工精度的检测和误差补偿技术；在线检测和误差补偿方法；微位移技术。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：加工精度的检测方法，形状位置误差在线检测的方法，典型微位移工作台的工作原理。 2、领会：误差补偿的概念和类型，第七章精密研磨和抛光

（一）课程内容本章主要介绍了研磨抛光机理；超精密平面研磨和抛光。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：平面研磨抛光的工艺规律 2、领会：研磨抛光机理和特点，第八章微细加工技术

（一）课程内容本章主要介绍了微细加工技术的概念及其特点；微细加工机理；微细加工方法。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：微细加工机理，微细加工方法 2、领会：微细加工技术的概念及其特点第九章精密和超精密加工的支撑环境

（一）课程内容本章主要介绍了空气环境和热环境；振动环境；噪声环境；精密和超精密加工的环境设施。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：空气洁净度，热环境与加工精度的关系，精密和超精密加工的环境设施第十章纳米技术

（一）课程内容本章主要介绍了纳米技术特点；纳米级测量技术；纳米级加工技术。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：纳米技术特点，纳米级测量技术，纳米级加工技术特种加工部分（*：重点， *△：难点）第一章概论

（一）课程内容本章主要介绍了特种加工的产生原因、发展方向、分类以及特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：特种加工特点 2、领会：特种加工在现代制造业中的应用第二章电火花加工

（一）课程内容本章主要介绍了电火花加工的基本原理及其分类； *电火花加

工的机理； *电火花加工中的一些基本规律；电火花加工用脉冲电源；*△电火花加工中的自动进给调节系统；电火花

加工机床。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：电火花加工的基本原理及电火花加工材料蚀除的四个过程 2、领会：影响电火花加工生产率、加工精度及表面粗糙度的主要因素第三章电火花线切割加工

（一）课程内容本章主要介绍了*电火花线切割加工的原理、特点及应用范围；电火花线切割加工设备； *△电火花线切割控制系统及编程技术；*影响线切割工艺指标的因素。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：电火花线切割加工工作原理，电火花线切割加工设备的基本组成部分，线切割加工的主要工艺指标 2、领会：电火花线切割加工的特点，能用3B 格式进行线切割加工的数控编程第四章电化学加工

（一）课程内容本章主要介绍了电化学加工原理及分类；*△电解加工；电解磨削；电铸、涂镀及复合镀加工。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：电极电位、极化、钝化、活化的概念，电解加工基本原理、特点、设备、间隙及平衡间隙、法拉第电解定律、三种常用电解液的特点，电解液流动方式，电解磨削的基本原理、特点，电铸、涂镀及复合镀加工的基本原理。 2、领会：电解加工的电极反应、精度成型规律及提高电解加工精度的措施；会计算电解加工金属蚀除量及平衡间隙第五章激光加工

（一）课程内容本章主要介绍了激光加工的原理、特点；激光加工的基本设备；激光加工工艺及应用。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：激光的特性，激光加工的原理、特点 2、领会：激光打孔、激光切割工艺特点第六章电子束和离子束加工

（一）课程内容

本章主要介绍了电子束加工；离子束加工。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：电子束、离子束加工的基本原理、特点第七章超声加工

（一）课程内容本章主要介绍了*超声加工的基本原理和特点；超声加工设备及组成部分； *△超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素；*超声加工的应用。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：超声波的概念，超声加工的基本原理和特点，超声加工设备的组成部分，换能器、变幅杆的作用。 2、领会：各因素对超声加工速度、精度、表面质量的影响第八章快速成形技术

（一）课程内容本章主要介绍了光敏树脂液相固化成形；选择性激光粉末烧结成形；薄片分层叠加成形。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：快速成形过程的基本原理及常用成形方法第九章其它特种加工

（一）课程内容本章主要介绍了化学加工和等离子体加工。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：化学铣削、化学抛光、光刻、等离子体加工的基本原理

三、有关说明和实施要求（一）关于“课程内容与考核目标”中的有关说明本大纲在考试目标中，按照识记、领会两个层次来规定其应该达到的能力层次要求。各能力层次的含义是： 1、识记：理解本课程中的工程术语、基本知识、

概念的意义，并能准确表述。 2、领会：在识记的基础上，能全面把握基本内容、基本理论和概念、基本方法，并注意各种概念、方法的特点与联系。（二）自学教材

本课程使用教材为： 1、《精密和超精密加工技术》，袁哲俊、王先逵主编，机械工业出版社19xx年； 2、《特种加工》（第4版），刘晋春等主编，机械工业出版社，20xx年。（三）自学方法的指导 1、在全面系统学习的基础上，注重基本知识、基本概念、基本方法的掌握和运用。由于本课程及教材的内容多、知识范围广，全书作为一个整体，各章既有相对的独立性，又相互联系。应考者首先要系统地学习各章的基本内容，并注意各章节之间的有机联系；在这个基础上，有目的地研究并掌握重点章节的内容，切忌在没有了解全貌的情况下孤立地只抓重点，或猜题押题，注意正确处理好重点和一般内容的关系，既保证重点内容，又兼顾一般内容。然后，结合每章末的习题和思考题，作一定的练习，以求得到进一步的理解、巩固和深化，从而提高应试能力和效果。

2、精密加工和特种加工是机械工程类的一门应用型学科，应考者在学习中切忌死记硬背，应把书本上的知识与生产实践联系起来，有条件的应考者可深入生产现场观察和分析，以增强感性认识，更能深刻理解教材的内容。在自学中注重业务水平、综合素质和能力的提高。 3、在学习本教材的基础上，应尽可能阅读——些参考书，有目的、有选择性地针对自学考试的基本要求，进行对照比较，可以获得良好的效果。（四）关于命题和考试的若干规定 1、本课程的命题是根据本大纲所规定的考试内容和考试目标来确定考试要求，以课程的基本要求进行实施，不任意扩大或缩小考试范围，提高或降低考核要求。考试命题覆盖到各章，体现重点内容。 2、本课程考试试卷可能采用的题型有：判断题、选择题、填空题、文字题（如名词解释、简答题）、计算题。 3、试题难易程度的比例可分为容易（30％）、中等（50％）、较难（20％）。必须注意试题的难易程度与能力层次不是一个概念，在各个能力层次中都会存在不同难度的问题。 4、考试方式为闭卷笔试，考试时间为150分钟。评分采用百分制，60分为及格。附录题型举例

一、填空题 1、精密和超精密加工目前包含超精密切削、和精密特种加工三个领域。，二是金刚

2、在超精密切削中，金刚石刀具有两个比较重要的问题，一是石刀具的研磨质量。 3、WEDM 是用移动的二、判断题

，依靠脉冲性火花放电对工件进行切割加工的。

1、通过金刚石刀具耐用度对比实验，（110）晶面的磨损要比（100）晶面大得多。（）

2、电火花加工机床的进给系统必须采用伺服式进给系统。（）

三、单项选择题 1、超精密切削实际选择的切削速度，通常是根据所使用的超精密机床的（ ①静刚度 ② 动特性 ③ 电机功率 ④ 主轴转速 2、以下材料最适合超声加工的是（）。）选取。

①合金钢 ② 低碳钢 ③ 金刚石 ④ 紫铜四、名词解释 1、在位检测 2、固结磨料加工五、简答题 1、试述超精密切削时积屑瘤的生成规律和它对切削过程和加工表面粗糙度的影响。 2、试述提高电解加工精度的几种措施。六、编程题线切割加工如图1所示的轨迹，加工路线 A－B－C－D－A，编写线切割加工的3B 程序。（略去切入、切出程序）

江苏:自考精密加工与特种加工教材大纲（发布时间：2006-11-16 9:38 来自：模考网） 02213 精密加工与特种加工扬州大学编（高纲号 0627）一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质和特点《精密加工与特种加工》课程是我省高等教育自学考试机械设计制造及其自动化专业（独立本科段）的一门重要的专业课程。其任务是使应考者获得精密和超精密加工技术的基本理论、基本知识和方法；初步掌握各种精密和超精密加工方法在生产中的应用。获得特种加工工艺的基本原理、常用工艺设备及应用的系统知识，初步具备分析、选择和使用各种常用特种加工工艺的能力。（二）本课程的基本要求通过对本课程的学习，应考者应达到以下具体要求： 1、获得精密和超精密加工技术的基本原理和技术，包括超精密切削和金刚石刀具、精密和超精密磨削、研磨与抛光、精密和超精密机床设备、精密加工中的测量技术，在线测量和误差补偿技术、微细加工技术、精密加工的支撑环境等。 2、初步具备精密和超精密加工工艺参数的选择及其对加工质量的影响。 3、了解精密和超精密加工技术的现状和发展趋势。 4、掌握特种加工的基本理论和一般知识，包括常用加工工艺的加工原理、设备特点和有关应用。 5、在对各种常用特种加工工艺综合理解、比较的基础上，具有选择加工工艺、分析加工工艺过程及解决实际工艺问题的能力。 6、了解特种加工技术应用现状和发展趋势。（三）本课程与相关课程的联系本课程的先修课程为电工电子学、大学物理、工程力学、机械设计、机械工程材料、数控技术、机械制造技术；其后续课程有其它专业课程、课程设计、毕业设计。二、课程内容与考核目标精密和超精密加工技术部分

第一章

精密和超精密加工技术及其发展展望

选择，金刚石刀具破损或磨损的标志，积屑瘤的生成规律、影响因素及其对加工过程的影响。刀刃锋锐度对切削过程的影响，金刚石各晶面的好磨难磨方向，金刚石晶体的定向。 2、领会：切削参数对加工表面质量的影响，金刚石的性能特点及晶体结构，单晶金刚石刀具的破损机理，金刚石刀具的设计。第三章

1、识记：精密和超精密磨料加工方法分类，精密和超精密磨削的特点及其应用，精密和超精密磨削工艺，砂带磨削方式、特点、应用范围及其机理。 2、领会：精密磨削机理，精密磨削与超硬磨料砂轮的修整，超精密磨削机理及其特点。精密磨削和超精密磨削

第四章

精密和超精密加工的机床设备

（一）课程内容本章主要介绍了精密主轴部件；床身和精密导轨部件；进给驱动系统；微量进给装置；机床的稳定性和减振隔振；减少热变形和恒温控制。

（二）考核知识点和考核要求 1、识记：超精密机床的总体布局，导轨的结构形式及其特点，微量进给装置的要求，减少机床热变形的措施。 2、领会：液体静压轴承主轴、空气静压轴承主轴性能特点，弹性变形和电致伸缩式微量进给机构的工作原理及其特点。第五章精密加工中的测量技术

（一）课程内容本章主要介绍了加工精度的检测和误差补偿技术；在线检测和误差补偿方法；微位移技术。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：加工精度的检测方法，形状位置误差在线检测的方法，典型微位移工作台的工作原理。

2、领会：误差补偿的概念和类型，第七章精密研磨和抛光

（一）课程内容本章主要介绍了空气环境和热环境；振动环境；噪声环境；精密和超精密加工的环境设施。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：空气洁净度，热环境与加工精度的关系，精密和超精密加工的环境设施第十章纳

米技术

（一）课程内容本章主要介绍了纳米技术特点；纳米级测量技术；纳米级加工技术。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：纳米技术特点，纳米级测量技术，纳米级加工技术特种加工部分

（*：重点， *△：难点）第一章概论

（一）课程内容本章主要介绍了特种加工的产生原因、发展方向、分类以及特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响。（二）考核知识点和考核要求

1、识记：特种加工特点 2、领会：特种加工在现代制造业中的应用第二章电火花加工

（一）课程内容本章主要介绍了电火花加工的基本原理及其分类；*电火花加工的机理；* 电火花加工中的一些基本规律；电火花加工用脉冲电源；*△电火花加工中的自动进给调节系统；电火花加工机床。（二）考核知识点和考核要求

1、识记：电火花加工的基本原理及电火花加工材料蚀除的四个过程 2、领会：影响电火花加工生产率、加工精度及表面粗糙度的主要因素第三章电火花线切割加工

（一）课程内容本章主要介绍了*电火花线切割加工的原理、特点及应用范围；电火花线切割加工设备；*△电火花线切割控制系统及编程技术；*影响线切割工艺指标的因素。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：电火花线切割加工工作原理，电火花线切割加工设备的基本组成部分，线切割加工的主要工艺指标 2、领会：电火花线切割加工的特点，能用 3B 格式进行线切割加工的数控编程第四章电化学加工

（一）课程内容本章主要介绍了电子束加工；离子束加工。（二）考核知识点和考核要求 1、识记：电子束、离子束加工的基本原理、特点第七章超声加工

（一）课程内容本章主要介绍了*超声加工的基本原理和特点；超声加工设备及组成部分； *△超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素；*超声加工的应用。（二）考核知识点和考核要求

1、识记：超声波的概念，超声加工的基本原理和特点，超声加工设备的组成部

分，换能器、变幅杆的作用。 2、领会：各因素对超声加工速度、精度、表面质量的影响第八章快速成形技术

三、有关说明和实施要求（一）关于“课程内容与考核目标”中的有关说明本大纲在考试目标中，按照识记、领会两个层次来规定其应该达到的能力层次要求。各能力层次的含义是： 1、识记：理解本课程中的工程术语、基本知识、概念的意义，并能准确表述。 2、领会：在识记的基础上，能全面把握基本内容、基本理论和概念、基本方法，并注意各种概念、方法的特点与联系。（二）自学教材本课程使用教材为： 1、《精密和超精密加工技术》，袁哲俊、王先逵主编，机械工业出版社 1999 年；

2、《特种加工》（第 4 版），刘晋春等主编，机械工业出版社，2004 年。

（三）自学方法的指导 1、在全面系统学习的基础上，注重基本知识、基本概念、基本方法的掌握和运用。由于本课程及教材的内容多、知识范围广，全书作为一个整体，各章既有相对的独立性，又相互联系。应考者首先要系统地学习各章的基本内容，并注意各章节之间的有机联系；在这个基础上，有目的地研究并掌握重点章节的内容，切忌在没有了解全貌的情况下孤立地只抓重点，或猜题押题，注意正确处理好重点和一般内容的关系，既保证重点内容，又兼顾一般内容。然后，结合每章末的习题和思考题，作一定的练习，以求得到进一步的理解、巩固和深化，从而提高应试能力和效果。 2、精密加工和特种加工是机械工程类的一门应用型学科，应考者在学习中切忌死记硬背，应把书本上的知识与生产实践联系起来，有条件的应考者可深入生产现场观察和分析，以增强感性认识，更能深刻理解教材的内容。在自学中注重业务水平、综合素质和能力的提高。 3、在学习本教材的基础上，应尽可能阅读——些参考书，有目的、有选择性地针对自学考试的基本要求，进行对照比较，可以获得良好的效果。（四）关于命题和考试的若干规定 1、本课程的命题是根据本大纲所规定的考试内容和考试目标来确定考试要求，以课程的基本要求进行实施，不任意扩大或缩小考试范围，提高或降低考核要求。考试命题覆盖到各章，体现重点内容。 2、本课程考试试卷可能采用的题型有：判断题、选择题、填空题、文字题（如名词解释、简答题）、计算题。 3、试题难易程度的比例可分为容易（30％）、中等（50％）、较难（20％）。必须注意试题的难易程度与能力层次不是一个概念，在各个能力层次中都会存在不同难度的问题。 4、考试方式为闭卷笔试，考试时间为 150 分钟。评分采用百分制，60 分为及格。附录题型举例

一、填空题 1、精密和超精密加工目前包含超精密切削、和精密特种加工三个

领域。，二是

2、在超精密切削中，金刚石刀具有两个比较重要的问题，一是金刚石刀具的研磨质量。

3、WEDM 是用移动的二、判断题

，依靠脉冲性火花放电对工件进行切割加工的。

1、通过金刚石刀具耐用度对比实验，（110）晶面的磨损要比（100）晶面大得多。（） 2、电火花加工机床的进给系统必须采用伺服式进给系统。三、单项选择题 1、超精密切削实际选择的切削速度，通常是根据所使用的超精密机床的）选取。 ①静刚度 ② 动特性 ③ 电机功率 ④ 主轴转速 2、以下材料最适合超声加工的是（）。（）

（

①合金钢 ② 低碳钢 ③ 金刚石 ④ 紫铜四、名词解释 1、在位检测 2、固结磨料加工五、简答题 1、试述超精密切削时积屑瘤的生成规律和它对切削过程和加工表面粗糙度的影响。 2、试述提高电解加工精度的几种措施。六、编程题线切割加工如图 1 所示的轨迹，加工路线 A－B－C－D－A，编写线切割加工的 3B 程序。（略去切入、切出程序）

江苏省教育考试院

《精密加工与特种加工》考试教学大纲

大纲执笔人：李军大纲审核人：

一、课程性质及其设置目的与要求

1.课程性质和特点精密加工与特种加工技术是机械制造工艺的重要组成部分，也是机械制造业的重要研究发展方向之一。《精密与特种加工技术》课程是机制类专业的重要专业课程之一，此课程的学习有助考生掌握生产实践中的各种先进制造技术，在工作中能适应技术进步对制造技术的要求，同时对高等教育培养更多复合性、创新性人才有重要意义。 2.本课程基本要求考生通过课程学习，获得精密加工与特种加工的基本原理、常用加工设备及常用精密及特种加工工艺的系统知识，初步具备分析、选择和使用各种常用精密、特种加工工艺的能力，具体要求是：（1）获得精密、特种加工的基本理论和专业知识，包括常用加工工艺的加工原理、设备组成和有关应用实例。（2）在对各种常用精密特种加工工艺综合理解、比较的基础上，具有选择加工工艺、分析加工工艺过程及解决实际工艺问题的能力。（3）了解精密、特种加工技术应用现状和发展趋势。 3.本课程与相关课程的联系《精密加工与特种加工》课程是机械制造学科一门综合性、专业性很强的专业课程，是多学科知识的融合应用，课程知识点多，有较多的综合应用实例。课程自学要求考生具有较好的《大学物理》、《电工电子学》、《数控技术》、《机械工程材料》、《机械制造技术》等专业基础课程相关知识，同时本门课程的学习对后续的课程设计、毕业设计等环节具有重要指导意义。

二、课程内容与考核目标第一章概论

1.课程内容本章概述了精密与特种加工技术的产生背景、分类、发展方向，讨论了精密与特种加工工艺对材料可加工性和结构工艺性等的影响。 2.学习要求了解各种精密与特种加工技术产生原因、掌握其分类方法及应用特点。 3.考核知识点与考核要求（1）领会：精密与特种加工技术基本概念，对材料可加工性和结构工艺性等的影响；（2）掌握：精密与特种加工技术分类、应用特点

第二章

电火花加工

1.课程内容本章介绍电火花成形加工的原理、工艺设备及应用特点，论述电火花成形加工的基本工艺规律。 2.学习要求掌握电火花加工原理、电火花加工机理、电火花加工设备组成与工艺应用特点，理解电火花成形加工的基本工艺规律。

3.考核知识点与考核要求（1）掌握：电火花放电条件，电火花加工原理，电火花加工设备组成，电火花加工特点，电火花加工工艺方法分类，电火花加工机理的四个过程，极性效应、常用的加工电参数、电极材料及工作液的选择原则，型腔膜加工的工艺方法；（2）领会：影响电火花加工生产率、加工精度及表面粗糙度的主要因素及影响规律。

第三章

电火花线切割加工

1.课程内容本章讨论电火花线切割加工原理、设备、工艺特点及应用实例。 2.学习要求掌握电火花线切割加工的原理、设备组成、工艺特点及应用范围，熟悉电火花线切割加工控制系统及编程方法。 3.考核知识点与考核要求（1）领会：电火花线切割加工设备的基本组成部分，电极丝作用与要求，线切割加工的主要工艺指标；（2）掌握：电火花线切割加工工作原理、特点和电火花线切割加工工艺的应用；（3）熟练掌握：３Ｂ格式进行电火花线切割加工的数控编程方法。

第四章

电化学加工

1.课程内容本章讨论电化学加工基本原理、种类、加工设备组成原理及工艺特点。 2.学习要求了解电化学加工设备组成及分类方法，掌握电化学加工基本原理、工艺特点及应用范围。 3.考核知识点与考核要求（1）领会：电极电位、极化、钝化、活化的概念，电解加工间隙及平衡间隙概念，法拉第电解定律，三种常用电解液的特点，电解加工精度成形规律及提高电解加工精度的措施；电铸、涂镀及复合镀加工的基本原理及应用；（2）熟练掌握：电解加工基本原理、特点、设备组成，电解磨削的基本原理、特点和应用，

第五章

激光加工

1.课程内容本章分析激光的特点、产生机理，讨论激光加工工艺特点与应用。

2.学习要求了解激光的特性，激光加工设备组成、工艺种类及特点。 3.考核知识点与考核要求（1）领会：激光的特性，激光加工的原理、激光加工设备组成，光管效应；（2）掌握：激光加工的特点及应用。

第六章

电子束与离子束加工

1.课程内容本章介绍电子束与离子束加工原理，设备组成及应用特点。 2.学习要求了解电子束与离子束加工原理、设备基本组成部分；掌握电子束、离子束加工的工艺特点和应用。

3.考核知识点与考核要求（1）领会：电子束与离子束加工的基本原理、设备基本组成部分；（2）掌握：电子束、离子束加工的工艺特点和应用。

第七章

超声波加工

1.课程内容本章讨论了超声波的传导特性，超声加工设备组成、加工原理及应用特点。 2.学习要求了解超声波特性、超声加工机理、设备组成；掌握超声加工应用及特点。 3.考核知识点与考核要求（1）领会：超声波的概念，超声加工原理，超声加工设备的组成部分，换能器、变幅杆的形式与作用；影响超声加工速度、精度、表面质量的因素及其影响规律。（2）掌握：超声加工特点及应用。

第八章

快速成形加工

1.课程内容本章讨论了 4 种典型快速成形加工原理、特点、设备组成及应用。

2.学习要求了解 4 种典型快速成形加工机理、设备组成，掌握 4 种典型快速成形加工应用及特点。 3.考核知识点与考核要求（1）领会：4 种典型快速成形加工加工原理、设备组成。（2）掌握：4 种典型快速成形加工特点及应用。

三、有关说明和实施要求

1.关于“课程内容与考核目标”中的有关说明在大纲的考核要求中，提出了“领会”、“掌握”、“熟练掌握”等三个能力层次的要求，它们的含义是：（1）领会：要求应考者能够记忆规定的有关知识点的主要内容，并能够领会和理解规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别和联系，并能根据考核的不同要求，作出正确的解释、说明和阐述。（2）掌握：要求应考者掌握有关的知识点，正确理解和记忆相关内容的原理、方法和步骤。

（3）熟练掌握：要求应考者必须掌握的核心内容和重要知识点。 2.教材及参考教材本课程使用教材为：《特种加工》，刘晋春主编，机械工业出版社，2008 年。参考教材：《精密与特种加工技术》，张建华主编，机械工业出版社，2003 年。 3.关于命题和考试的若干规定（1）本大纲各章提到的考核要求中，各条细目都可能是考试的内容，试题覆盖到章，适当突出重点章节内容。（2）不同能力要求比例：“领会”占 20%、“掌握”占 40%、“熟练掌握”占 40%。

（3）试题难易程度分为：易、较易、较难、难，在试卷中所占比例分别为：2：

3：3： 2。（4）本课程试卷可能采用的题型有：填空题、单项选择题、判断题、简答题、应用题。

（5）考试方式闭卷，考试时间 120 分钟，采用百分制，60 分及格

相关推荐

精密加工与特种加工考点大纲及考试要点总结

专栏推荐