第一篇：精密加工與特種加工簡介教案

金屬工藝學(xué)電子教案（43）

【課題編號】

43-19.1 【課題名稱】

精密加工與特種加工簡介 【教材版本】

郁兆昌主編．中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材—金屬工藝學(xué)（工程技術(shù)類）．第2版．北京：高等教育出版社，2006 【教學(xué)目標與要求】

一、知識目標

了解精密加工與特種加工。

二、能力目標

若有機會略加訓(xùn)練，進行操作練習(xí)，能初步進行常用的研磨、拋光和電火花加工操作。

三、素質(zhì)目標

了解精密加工和特種加工、略經(jīng)訓(xùn)練，能初步操作研磨、拋光和電火花加工。

四、教學(xué)要求

初步了解精密加工和特種加工?！窘虒W(xué)重點】

研磨、拋光、電火花加工?！倦y點分析】

電解加工?！痉治鰧W(xué)生】

1．具有學(xué)習(xí)的知識基礎(chǔ)。2．具有學(xué)習(xí)的能力基礎(chǔ)。

3．精密加工和特種加工是解決傳統(tǒng)加工不便或難以加工而發(fā)展起來的，不乏新技術(shù)含量，對于學(xué)生開闊眼界，了解加工新技術(shù)發(fā)展很有好處，教學(xué)中應(yīng)充分運用網(wǎng)絡(luò)課程相關(guān)的視頻資料?！窘虒W(xué)設(shè)計思路】

教學(xué)方法：講練法、演示法、討論法、歸納法?！窘虒W(xué)資源】

1．郁兆昌，潘展，高楷模研編制作．金屬工藝學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程．北京：高等教育出版社，2005 2．郁兆昌主編．金屬工藝學(xué)教學(xué)參考書（附助學(xué)光盤）．北京：高等教育出版社，2005 【教學(xué)安排】

2學(xué)時（90分鐘）

43-1 教學(xué)步驟：講授與演示交叉進行、講授中穿插練習(xí)與設(shè)問，穿插討論，最后進行歸納。【教學(xué)過程】

一、復(fù)習(xí)舊課（15 分鐘）1．簡述

銑床加工特點及應(yīng)用范圍，數(shù)控機床的特點及應(yīng)用。2．講評作業(yè)批改情況； 3．提問： 題18-

16、18-19

二、導(dǎo)入新課

隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的性能要求越來越高，導(dǎo)致產(chǎn)品零件所使用的材料不斷涌現(xiàn)出新的品種，零件形狀和結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，加工的難度越來越大，表面粗糙度值越來越小，常用的傳統(tǒng)加工方法遠遠不能滿足需要，這樣便推動了加工技術(shù)的快速進步，研制出許多精密加工和特種加工方法。

三、新課教學(xué)（70分鐘）1.精密加工（25分鐘）

教師講授研磨、珩磨、拋光、超精密加工。演示網(wǎng)絡(luò)課程chapter19內(nèi)容說明，研磨內(nèi)孔、珩磨孔、磨床主軸局部圓柱面、超精密磨削等視頻資料。

學(xué)生課堂練習(xí):題19-1。教師巡回指導(dǎo)、設(shè)問、提問；學(xué)生回答、討論；教師講評。2.特種加工（45分鐘）

教師講授電火花加工、電解加工、電解磨削、超聲波加工、激光加工。演示網(wǎng)絡(luò)課程中電火花加工三角形孔、電火花線切割、電解加工氣輪機葉片等照片資料。

學(xué)生課堂練習(xí)：題19-

5、19-

6、19-7。教師巡回指導(dǎo)、設(shè)問、提問；學(xué)生回答、討論；教師講評。

四、小結(jié)（5 分鐘）

簡述精密加工、特種加工的概念和種類。

五、作業(yè)布置 1．習(xí)題： 題19-

2、19-3。2．思考題：

題19-4?！景鍟O(shè)計】

參考相應(yīng)的PPT文集?！窘虒W(xué)后記】

43-2

第二篇：精密加工與特種加工重要知識點整理

精密加工與特種加工重要知識點整理

第一部分

1、立方氮化硼砂輪磨削時可采用油性液。

2、最適合超聲加工的材料是金剛石。

3、金剛石晶體的各向異性表現(xiàn)為金剛石晶體的各個晶面的耐磨性不同，同一個晶面上不同方向上的耐磨性不一樣。

4、屬于超硬磨料的是立方氮化硼。

5、具有整形和修銳兩個功能的修整方法是電火花修整法。

6、超精密加工機床中采用的T型總體布局為：主軸做Z向運動，進給系統(tǒng)做X向運動，因而其主軸的驅(qū)動方式是電動機通過柔性連軸節(jié)驅(qū)動主軸、采用內(nèi)裝式電動機驅(qū)動。

7、可選作測量平臺的制作材料的是鑄鐵。

8、多齒分度盤的齒數(shù)為1440，則其分度增量是1/4度。

9、直線度誤差測量方法中，既可用于在線測量，又可用于實時控制的是導(dǎo)軌直線度的2點測量法。

10、具有誤差均化效果的機構(gòu)是多齒分度盤。

11、銅、光學(xué)玻璃不適用于電火花加工。

12、選取制造空氣主軸和軸承的材料時，不能采用45號碳鋼。

13、高功率密度的電子束加工是針對工件打孔。

14、離子束加工所具有的特點加工中無機械應(yīng)力和損傷。

15、在電火花加工中，存在吸附效應(yīng)，它主要是影響工具電極的損耗。

16、電火花線切割加工中，其工作液一般是采用水基形成工作液

17、電火花加工中的等脈沖電源，控制每個脈沖周期內(nèi)用于加工的脈沖能量值相同。

18、圓度誤差評定方法有四種，適合計算機實時測量處理的是最小二乘法。

19、超精密加工機床中用的主軸部件常采用的是靜壓空氣軸承結(jié)構(gòu)。20、受溫升影響主軸精度最大的軸承是液體靜壓軸承。

21、決定金剛石晶體各向異性的因素是金剛石晶體的各個晶面的面網(wǎng)間距離不同，各面網(wǎng)上原子排列形式不同，原子密度不同。

22、金剛石晶體面網(wǎng)間距分布不均勻的是 111 晶面。

23、金剛石晶體的111晶面的硬度和耐磨性均為最高。

24、金剛石刀具前、后面的晶面選擇時，不宜選取111晶面。

25、在剛玉類磨料中，以單晶剛玉最好。

26、電火花加工用脈沖電源中，RLC線路脈沖電源穩(wěn)定性最差。MOS管式等脈沖電源、晶閘管式脈沖電源、電子管式脈沖電源穩(wěn)定性最好。

27、閘流管式脈沖電源主要用于沖模類穿孔加工等精加工場合的電火花加工電源。

28、電火花加工中，為制造異形小孔電極，常采用冷拔整體電極法，這種方法適合于較大批量生產(chǎn)。

29、對材料為磁鋼、硬質(zhì)合金、耐熱合金的工件的深孔加工最有效的加工工藝是電火花磨削和鏜削加工。

30、高速走絲線切割機床的控制系統(tǒng)普遍采用逐點比較法。

31、衡量電解液加工精度高低的指標是雜散腐蝕。

32、在電解批量加工時，電解液中的金屬氫氧化物的含量應(yīng)控制在4%以內(nèi)。

33、在進行電解加工時，工件的重復(fù)精度受工具電極進給速度的影響，一般機床的進給速度變化率應(yīng)小于5%。

34、激光打孔可不在真空中進行。

35、在石材加工領(lǐng)域，超高壓水射流切割方法具有其他工藝方法無法比擬的優(yōu)勢。

36、超高壓水射流切割屬于綠色加工范疇。

37、電火花加工中的等脈沖電源，它具有控制每個脈沖周期內(nèi)用于加工的脈沖能量值相同。

38、下列超精密機床主軸部件中，受溫升影響主軸精度最大的軸承是液體靜壓軸承。

39、在電火花成形機床中，主軸頭是最關(guān)鍵的部件，對加工工藝指標的影響極大。

40、電解加工細長孔、窄縫以及對鍺、鉬、鈮等金屬的加工時，可采用HCL、HNO3、H2SO4電解液。

41、電解加工時，一般不直接用做金屬加工，而只用于加工銅、鉬和鎢時作為添加劑使用的電解液是 KOH、NaOH。

42、電解加工時，采用NaCl、NaNO3、NaCLO3電解液時需加過濾凈化措施。

43、加工中無機械應(yīng)力和損傷是離子束加工所具有的特點。

44、在加工硬質(zhì)金屬材料時超聲波加工效率較低。第二部分

1、精密和超精密加工目前包含超精密切削、超精密磨削和精密特種加工三個領(lǐng)域。

2、超精密機床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運動精度、不能有爬行、導(dǎo)軌耦合面不能有磨損，故此要求導(dǎo)軌有很高的制造精度。還要求導(dǎo)軌的材料具有很高的穩(wěn)定性和耐磨性。

3、振動加工中，超聲波在振動系統(tǒng)中是以縱波方式傳播的。

4、電解加工精度主要包括復(fù)制精度和重復(fù)精度。

5、化學(xué)加工有化學(xué)銑加工等，它與電化學(xué)加工的最大區(qū)別是不需要外部電源作為加工條件。

6、評定電火花加工表面完整性的主要參數(shù)是：表面粗糙度、表面變質(zhì)層和表面力學(xué)性能。

7、在超精密切削中，衡量金剛石刀具質(zhì)量的標準，一是能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面，二是能否有較長的切削時間保持刀刃鋒銳。

8、金剛石刀具在超精密切削時所產(chǎn)生的積屑瘤，將影響加工零件表面質(zhì)量/尺寸精度。

9、電火花加工中的工作液作用是冷卻和沖掉加工產(chǎn)物。

10、電解加工的表面質(zhì)量包含兩個方面的含義：一是表面粗糙度；二是表面層的物理化學(xué)性能。

11、光電成形的工藝過程由掩膜制備和電鍍兩部分組成。

12、金剛石砂輪磨削時常用以輕質(zhì)礦物油為主體的油性液和水溶性液為磨削液。

13、砂輪磨具的強度是指磨具在高速旋轉(zhuǎn)時抵抗離心力的作用而破碎的能力。

14、超精密機床的主軸系統(tǒng)驅(qū)動模式有通過內(nèi)裝式同軸電動機驅(qū)動、其優(yōu)點是體積小。

15、電致伸縮微進給機構(gòu)的工作機理是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)工作的。

16、電火花穿孔成形加工是利用火花放電腐蝕金屬原理，用工具電極對工件進行復(fù)制加工的工藝方法。

18、在精密磨削中，如工件材料為硬質(zhì)合金，則在選擇砂輪時，需選用超硬磨料砂輪。

19、精密和超精密加工對靜電環(huán)境的要求非常嚴格，這是因為所產(chǎn)生和集聚的大量靜電，有可能導(dǎo)致一些事故，如靜電放電、控制電路器件損壞、人受到電擊而誤操作。

20、型腔模電火花加工主要有單電極平動法、多電極更換法、分解電極加工法和指狀電極的掃描加工四種方法。

21、混氣電解加工的特點是與一般電解加工相比，加工精度和穩(wěn)定性得以提高。

22、等離子體具有極高的能量密度，原因由三個方面：機械壓縮效應(yīng)、熱收縮效應(yīng)和磁收縮效應(yīng)。

23、在超精密機床中，應(yīng)用激光干涉儀測量位移時，需加空氣參數(shù)補償，這是因為空氣中的溫度、氣壓等參數(shù)變化會引起空氣折射率變化，引起測量誤差。

24、STM掃描隧道顯微鏡的工作原理是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。

25、化學(xué)加工有化學(xué)銑加工等，它與電化學(xué)加工的最大區(qū)別是不需要外部電源作為加工條件。

26、影響砂輪性能的因素主要是砂輪的磨料、砂輪的粒度和砂輪的黏合劑。

27、砂輪的修整用量有修整導(dǎo)程、修整深度、修整次數(shù)和光修次數(shù)。

第三部分

1、在線檢測：工件在加工過程中實時進行檢測，這種檢測方法能實時反映加工過程的狀態(tài)。

2、光電成形：是利用照相和光致抗蝕作用，首先在金屬基板上按圖形形成電氣絕緣膜，然后在基板的暴露部分鍍上圖形，再剝離金屬基板而制成精細成品。

3、固定磨料加工：是電解研磨的一種，是將磨料粘在無紡布上之后，再將無紡布包在工具陰極上，無紡布的厚度即為加工間隙。

4、超聲波加工：是利用工具端面做超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工脆性材料的一種成形加工方法。

5、金剛石晶體的面網(wǎng)密度：面網(wǎng)的單位面積上的原子數(shù)。

6、電子束焊接：是利用電子束作為熱源的一種焊接工藝。

7、電解研磨：是在機械研磨的基礎(chǔ)上附加電解作用而形成的一種復(fù)合加工方法。

8、磨料噴射加工：是利用磨料與壓縮氣體混合后經(jīng)過噴嘴形成的高速束流，通過對工件的高速沖擊和拋磨作用來去除工件上多余的材料，達到加工的目的。

9、電解珩磨：就是把電解加工引入到常規(guī)的珩磨加工中去，既利用了電解加工的高效率，也保持了珩磨的精度。

10、離子束刻蝕：是通過能量為0.5～5keV的離子轟擊工件，將工件材料原子從工件表面去除的工藝過程，是一個撞擊濺射過程。

第四部分

1、絲杠螺母直線運動機構(gòu)在換向運動時，運動精度受到回程間隙的影響，精密滾珠絲杠機構(gòu)采用了何種方法解決此問題？ 答：滾珠絲杠副要求正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)沒有回程間隙，否則精密數(shù)控系統(tǒng)控制將得不到要求的運動精度，這要求與滾珠絲杠和配合的螺母有一定的預(yù)載過盈。

由于絲杠的螺距會有一定的制造誤差，故螺母載絲杠不同位置處的過盈量將有變化，預(yù)載力太小則有可能載絲杠的某一位置出現(xiàn)間隙；如預(yù)載力太大，則絲杠的某個位置可能轉(zhuǎn)動不了；所以，為了方便滾珠絲杠的調(diào)整預(yù)載量，精密級和高精密級絲杠的螺母常做成兩段組合，改變中間墊片厚度值可以方便地調(diào)整它地預(yù)載力。

2、采用電火花加工型腔模具時，在電極設(shè)計中，需考慮設(shè)計排氣孔和沖油孔，為什么？

答：這是因為型腔模具加工屬盲孔加工，電蝕產(chǎn)物排除比較困難，電火花加工時產(chǎn)生的大量氣體要排出，故需設(shè)置氣孔，同時設(shè)置沖油孔可采用工作液強迫循環(huán)方法來改善盲孔加工條件。

3、簡述電鑄加工的工藝過程？

答：原模表面處理—>電鑄至規(guī)定厚度—>襯背處理—>脫?！?清洗干燥—>成品。

4、簡述涂鍍加工的工藝過程？

答：表面預(yù)加工—>除油、除銹—>電凈處理—>活化處理—>鍍底層—>鍍尺寸鍍層和夾心鍍層—>鍍工作層—>鍍后清洗。

5、噴氣發(fā)動機套上的冷卻孔，飛機機翼的吸附屏的孔，孔數(shù)達數(shù)百萬個，直徑Φ0.2~0.003mm,一般常采用什么方法進行高速打孔？ 答：電子束高速打孔。

6、噴氣發(fā)動機、汽輪機中整體葉輪的葉片，一般采用什么方法加工？ 答：電解加工。

7、在測量精密軸系地回轉(zhuǎn)誤差時，需采用誤差分離技術(shù)，為什么？

答：這是因為在測量精密軸系時，測量信號中含有標準鋼球地制造誤差和安裝誤差成分，該成分值已和精密軸系的回轉(zhuǎn)誤差為同一數(shù)量級，因而需采用誤差分離技術(shù)將其分離，才能保證數(shù)據(jù)的正確性。

8、混氣電解加工時，氣體混入電解液的作用是什么？

答：（1）改變了電解液的電阻特性，增加了電解液的電阻率，減少了雜散腐蝕，提高了電解液的非線性質(zhì)量，因而提高了加工精度。

（2）改變了電解液的流動特性，降低了電解液的密度和粘度，使流速增大，流場趨于均勻。

9、為了消除振動干擾的影響，保證精密和超精密加工對振動環(huán)境的要求，我們可采取哪些具體的技術(shù)方法（寫出兩個技術(shù)方法）？

答：對內(nèi)部的振源采取相應(yīng)的消振技術(shù)措施，如運動件的動平衡調(diào)整、設(shè)備的位置布局調(diào)整等。對外部的振源采取相應(yīng)的隔振技術(shù)措施，在設(shè)備與安裝地面間設(shè)置空氣彈簧隔振、橡膠隔振器等。

10、影響電解拋光質(zhì)量的因素有哪些？

答：（1）電解液的成分、濃度對拋光質(zhì)量有決定性的影響；（2）陽極電位和陽極電流密度；（3）電解液溫度和攪拌；（4）金屬的原始條件。除此之外，電解拋光的持續(xù)時間、陰極材料、陰極形狀、極間間距等因素都對拋光質(zhì)量有一定的影響。

11、試述離子束加工的原理和特點。

答：原理：是利用離子束對材料進行成形或表面改性的加工方法。在真空條件下，將由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過電場加速，獲得具有一定速度的離子投射到材料表面，產(chǎn)生濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。

特點：1）加工精度高，易精確控制；2）污染少；3）加工應(yīng)力、變形極小。

12、超聲加工系統(tǒng)中變幅桿的作用是什么？

答：變幅桿的作用是能擴大振幅，因而還稱為振幅擴大棒。

13、噴氣發(fā)動機套上的冷卻孔，飛機機翼的吸附屏的孔，孔數(shù)達數(shù)百萬個，直徑Φ0.2~0.003mm,一般常采用什么方法進行高速打孔？ 答：電子束高速打孔。

14、典型的超精密機床有哪些？

答：（1）美國的大型光學(xué)金剛石車床—LODTM；（2）德國的FG-001超精密機床；（3）英國的OAGM2500大型超精密機床；（4）日本的AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機床。

15、簡述電化學(xué)機械復(fù)合加工的特點。

答：作為復(fù)合加工方式，電化學(xué)機械加工兼具備了電化學(xué)加工和機械加工的某些特點：（1）加工范圍廣，生產(chǎn)效率高；（2）加工精度和表面質(zhì)量優(yōu)良；（3）機械磨具磨損?。唬?）控制條件好；（5）成本低。

16、什么頻率范圍內(nèi)的波稱為超聲波？超聲加工系統(tǒng)中，超聲振動系統(tǒng)主要有哪幾部分組成？超聲頻電振蕩是如何轉(zhuǎn)換為機械振動的？

答：頻率超過16000Hz的聲波稱為超聲波。

超聲振動系統(tǒng)主要包括超聲換能器、變幅桿及工具三部分。

超聲波發(fā)生器產(chǎn)生1.6萬Hz以上的高頻交流電源，輸送給超聲換能器，產(chǎn)生超聲波振動，并借助變幅桿將振幅放大到0.05～0.1mm左右，使變幅桿下端的工具產(chǎn)生強烈的振動。

17、沖模是生產(chǎn)上應(yīng)用較多的一種模具，形狀復(fù)雜，尺寸精度要求高，常采用什么方法加工？ 答：先經(jīng)過電火花、電解及激光加工（粗加工）后，再用超聲波研磨拋光，以減小表面粗糙度值，提高表面質(zhì)量。

18、簡述精密磨削機理。

答：（1）微刃的微切削作用；（2）微刃的等高切削作用；（3）微刃的滑擠、摩擦、拋光作用。

19、影響電解研磨加工速度及表面質(zhì)量的因素有哪些？

答：（1）電解液；（2）加工電壓和電流密度的影響；（3）無紡布厚度、粘結(jié)的磨粒尺寸及含磨粒量；（4）工具陽極的轉(zhuǎn)速及工作液送進速度；（5）工具陰極與工件之間的壓力。

20、噴油嘴、微型軸承、儀表齒輪、手表整體機芯、印刷電路板、集成電路微電子器件等的清洗，常采用什么方法可獲得好的效果？ 答：超聲波清洗（在清洗溶液中引入超聲波可使精微零件中的細小孔、窄縫、夾縫中的臟物加速溶解、擴散，清洗干凈）

21、電解加工是利用什么原理使工件加工成形的？電鑄加工是基于什么原理？ 答：電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理實現(xiàn)金屬零件的成形加工。

電鑄加工原理為：用可導(dǎo)電的原模做陰極，電鑄材料作陽極，電鑄材料的金屬鹽溶液作電鑄液，在直流電源的作用下，溶液中金屬離子在陰極上獲得電子成為金屬原子而沉積鍍覆在陰極原模表面，陽極上的金屬原子交出電子成為正金屬離子進入鍍液，對金屬離子進行補充，以保持其濃度基本不變。陽極原模上電鑄層逐漸加厚，當達到預(yù)定厚度時即可取出，設(shè)法與原模分離，即可獲得與原模型面凹凸相反的電鑄件。

22、納米級加工的物理實質(zhì)是什么？納米級加工精度包括哪三方面？

答：就是要切斷原子間的結(jié)合，實現(xiàn)原子或分子的去除。

納米級加工精度包括：納米級尺寸精度；納米級幾何形狀精度；納米級表面質(zhì)量。

23、電火花加工中的極性效應(yīng)是什么？加工中如何利用極性效應(yīng)來提高加工效率降低工具損耗？線切割加工一般采用什么極性加工？為什么？

答：在電火花加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕，這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。

從提高加工生產(chǎn)率和減小工具電極損耗的角度來看，極性效應(yīng)愈顯著愈好，為了充分地利用極性效應(yīng)，最大限度地降低工具電極的損耗，應(yīng)合理選用工具電極的材料，根據(jù)電極對材料的物理性能、加工要求選用最佳的電參數(shù)，正確地選用極性，使工件的蝕除速度最高，工具損耗盡可能小。線切割加工總是采用正極性加工方式。

為獲得較高的加工精度和較小的表面粗糙度值，應(yīng)控制單個脈沖能量，盡量減小脈沖寬度，一般在0.5~64us，所以，線切割加工總是采用正極性加工方式。

24、請就下述的3個問題論述納米技術(shù)的一些基本概念和知識？

1）納米級表面物理力學(xué)性能檢測的內(nèi)容是什么？

2）簡述MEMS系統(tǒng)的特點？

3）簡述納米加工技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的差別（可就某一個方面進行論述，如納米級加工、材料、器件等）。

答：1）納米級測量技術(shù)包括：納米級精度的尺寸和位移的測量，納米級表面形貌的測量。

2）MEMS系統(tǒng)指的是微型機電系統(tǒng)，它是將微型機械，信息輸入的微型傳感器，電源、驅(qū)動器、控制器、模擬或數(shù)字信號處理器、輸出信號接口等都微型化并集成在一起成為一個微型機電系統(tǒng)，它有較強的獨立運行能力，并有能完成規(guī)定工作的功能。

3）答題要點：例納米加工：重點論述納米級加工技術(shù)是在分子、原子水平上的加工，而不是簡單的加工尺寸的縮小等。

25、簡述電火花加工的基本原理？電火花蝕除的主要原因是什么？火花放電過程大致可分為哪四個連續(xù)的階段？ 答：電火花加工是基于正負電極間脈沖放電時的電腐蝕現(xiàn)象對材料進行加工的，又稱為放電加工、電蝕加工、電脈沖加工等，是一種利用電、熱能量進行加工的方法。

及時排除電極間的電蝕產(chǎn)物，以確保電極間介電性能的穩(wěn)定。否則，電蝕產(chǎn)物將充塞在電極間形成短路，無法正常加工。

火花放電過程大致可分為：極間介質(zhì)的擊穿形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹蝕除產(chǎn)物的拋出；間隙介質(zhì)消電離。

26、請就下列問題回答超精密加工技術(shù)和設(shè)備的一些基本概念？

1）超精密機床的進給系統(tǒng)由哪幾個功能單元組成？

2）超精密切削和普通切削的區(qū)別？

答：1）驅(qū)動電機、柔性連軸節(jié)、滾珠絲杠螺母機構(gòu)、滾動導(dǎo)軌，刀架。

2）超精密切削屬于微切削加工，在微切削時，切削往往是在晶粒內(nèi)進行，因此，切削力一定要超過晶體內(nèi)部的分子、原子結(jié)合力。其單位面積的切削阻力將急劇增大，這樣就要求采用耐熱性高、高溫硬度高、耐磨性強、高溫強度好的刀具材料，即超高硬度材料，最常用的有金剛石刀具。

27、簡述激光束加工和電子束加工方法的主要特點。

答：電子束加工機理是將電能轉(zhuǎn)化成電子的動能，通過高速電子對工件表面的轟擊是電子動能轉(zhuǎn)化成金屬表面的熱能將材料瞬時溶融，氣化、以達到去除材料的目的。加工條件是真空、工件材料為導(dǎo)電金屬體，與加工有關(guān)的材料性能是材料的熱學(xué)常數(shù)。

激光束加工機理是將電能轉(zhuǎn)化成光能，再將激光束射向工件表面由金屬吸收轉(zhuǎn)化成金屬表面的熱能將材料瞬時溶融、氣化、達到去除材料的目的。加工條件是：工件材料為金屬、非金屬都可以，與加工有關(guān)的材料性能是材料的熱學(xué)常數(shù)及材料表面對激光的吸收率。

第三篇：精密與特種加工復(fù)習(xí)材料2

1．特種加工的含義：特種加工是指利用機、光、電、聲、熱、化學(xué)、磁、原子能等能源來進行加工的非傳統(tǒng)加工方法；

它與傳統(tǒng)切削加工的不同特點主要有：1）不是主要依靠機械能；2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3）在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機械切削力作用（工件不承受機械力，特別適合于精密加工低剛度零件）。

特種加工的優(yōu)勢：1）特種加工技術(shù)可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬、非金屬材料或復(fù)合材料，2）特別適合于加工復(fù)雜、微細表面和低剛度的零件；3）還可以用于進行超精密加工、鏡面加工、光整加工以及納米級（原子級）的加工。

2.結(jié)合加工（增材加工）的例子：電鍍、電鑄、快速成形加工、激光焊接等。

3.天然金剛石刀具是精密與超精密加工的基本刀具。(超微量去除技術(shù)是實現(xiàn)超精密加工的關(guān)鍵)4.超精密加工的實現(xiàn)條件：1）超精密加工的機理與工藝方法2）超精密加工工藝裝備3）超精密加工工具4）超精密加工中的工件材料5）精密測量及誤差補償技術(shù)6）超精密加工工作環(huán)境、條件等。（必須綜合考慮以上因素才能取得滿意效果。）5.超精密機床的主軸部件：

主軸部件是保證超精密機床加工精度的核心。超精密加工對主軸的要求是極高的回轉(zhuǎn)精度，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無振動。而滿足該要求的關(guān)鍵在于所用的精密軸承。高精度的滾動軸承主軸制造困難，因此現(xiàn)在多使用液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承。1）液體靜壓軸承主軸

優(yōu)點：具有回轉(zhuǎn)精度高、剛度較高、轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、無振動的特點（被廣泛用于超精密機床）

缺點：1.油溫隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，造成熱變形，影響主軸精度 2.靜壓油回油時將空氣帶入油源，形成微小氣泡懸浮在油中，不易排出，因而降低了液體靜壓軸承的剛度和運動性。2）空氣靜壓軸承主軸

優(yōu)點：具有很高的回轉(zhuǎn)精度，在高速轉(zhuǎn)動時溫升甚小，基本達到恒溫狀態(tài)，因此造成的熱變形誤差很?。?缺點：與液體靜壓軸承相比，空氣軸承剛度低，承受載荷較小。

6.主軸的驅(qū)動方式：1）柔性聯(lián)軸器驅(qū)動；2）內(nèi)裝式同軸電動機驅(qū)動。

7.常用的導(dǎo)軌部件：超精密機床常采用平面導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的液體靜壓導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌也有著廣泛的應(yīng)用。

8.常見的微進給裝置有：1）壓電和電致伸縮微進給裝置；2）摩擦驅(qū)動裝置；3）機械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進給裝置。

9.金剛石晶體定向的三種方法：1）人工目測定向2）激光定向（結(jié)合圖了解激光定向的原理）激光晶體定向的原理如上圖所示：由氦氖激光管產(chǎn)生的激光束，通過屏幕上的小孔，照射到金剛石表面是某一晶面面網(wǎng)，這當轉(zhuǎn)動金剛石使被測晶面與激光束相垂直時，激光被反射到屏幕上形成特征衍射光像，根據(jù)衍射光像的圖形即可知道被激光照射的晶面為何種晶面。3）X射線定向。

10.金剛石刀具主要是對鋁、銅及其合金等材料進行超精密車削，而對于黑色金屬、硬脆性材料的精密與超精密加工，這主要是應(yīng)用精密和超精密磨料加工。

11.精密磨削機理：精密磨削主要是靠砂輪具有微刃性和等高性的磨粒實現(xiàn)的，精密磨削機理如下：1）微刃的微切削作用；2）微刃的等高切削作用3）微刃的滑擠、摩擦、拋光作用。

12.研磨加工機理：精密研磨屬于游離磨粒切削加工，是在剛性研具（如鑄鐵、錫、鋁等軟金屬或硬木、塑料等）上注入磨料，在一定壓力下，通過研具與工件的相對運動，借助磨粒的微切削作用，出去微量的工件材料，以達到高級幾何精度和優(yōu)良表面粗糙度的加工方法。包括：1）硬脆性材料的研磨；2）金屬材料的研磨。

13.拋光加工機理：拋光是指用低速旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)彈性或粘彈性材料（塑料、瀝青、石蠟、錫等）拋光盤，或高速旋轉(zhuǎn)的低彈性材料（棉布、毛氈、人造革等）拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質(zhì)地獲得光滑表面的加工方法。拋光一般不能提高工件形狀精度和尺寸精度。拋光使用的磨粒是1μm以下的微細磨粒。

14.電火花加工的機理：電火花加工是基于正負電極間脈沖放電時的電腐蝕現(xiàn)象對材料進行加工的，又稱為放電加工、電蝕加工、電脈沖加工等。

加工機理如下：1）極間介質(zhì)的擊穿和放電通道的形成正負極電場強度增加，在陰極上會由場滯發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生向陽極高速移動，在移動過程中電子與液體中的介質(zhì)碰撞產(chǎn)生電離，而這種電離雪崩式地增加，在局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生高密度的等離子體，從而形成了放電通道。

2）介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹，電子和陽離子分別向陽極和陰極高速移動，與電極相碰撞產(chǎn)生高溫，在磁壓效應(yīng)和周圍介質(zhì)慣性動力壓縮效應(yīng)的作用，使得通道內(nèi)產(chǎn)生強烈效應(yīng)的沖擊波。3）蝕除產(chǎn)物的拋出 因通道中的高溫高壓使電極表面的相變區(qū)也處于高溫高壓狀態(tài)，通道崩潰后，相變區(qū)外部的高溫高壓消失，相變區(qū)內(nèi)部的高溫高壓能量就要爆炸性釋放，將相變區(qū)的材料噴爆拋入介質(zhì)中。4）極間介質(zhì)的消電離 兩次脈沖放電之間，必須有一定間隔時間，使間隔介質(zhì)消電離。即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，間隙中電蝕產(chǎn)物排除，介質(zhì)溫度降低，恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強度。電火花加工設(shè)備：電火花加工機床、脈沖電源、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)

15.影響放電蝕除量的主要因素1）極性效應(yīng)（單純由于正負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)）；2）電參數(shù)（電火花加工脈沖電源的可控參數(shù)有：脈寬、脈間、峰值電流、開路電流、脈沖的前沿上升率和后沿下降率。提高電蝕量和生產(chǎn)率的途徑在于：提高脈沖頻率f，增加單個脈沖能量Ｗm,或者說增加平均放電電流ie和脈沖寬度ti，減小脈間to，設(shè)法提高系數(shù)Ka,、Ka。）3）金屬材料熱學(xué)常數(shù)： 熱學(xué)常數(shù)是指熔點、沸點（氣化點）、熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）、比熱容、熔化潛熱、氣化潛熱等。

16.電火花穿孔成形加工機床主要由主機（包括自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)）、脈沖電源、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液凈化及循環(huán)系統(tǒng)幾部分組成。

20.電火花線切割加工的基本原理：電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣，都是基于電極間脈沖放電時的電火花腐蝕原理，實現(xiàn)零部件的加工。所不同的是，電火花線切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是利用移動的細金屬絲（鉬絲或銅絲）作為工具電極，工件按照預(yù)定的軌跡運動，“切割”出所需要的各種尺寸和形狀。

21.電極絲速度為7-10m/s的是高速走絲，低于0.2m/s的是低速走絲。

22.電化學(xué)加工按加工原理可以分為三大類：1）利用陽極金屬的溶解作用去除材料（主要有電解加工、電解拋光、電解研磨、電解倒棱、電解去毛刺等）2）利用陰極金屬的沉積作用進行鍍覆加工（主要有電鑄、電鍍、電刷鍍等）3）電化學(xué)加工與其他加工方法結(jié)合完成的電化學(xué)復(fù)合加工（主要有電解磨削、電解電火花復(fù)合加工、電化學(xué)陽極機械加工等）

24.電化學(xué)加工的主要特點：1）適應(yīng)范圍廣；2）加工質(zhì)量高；3）加工過程沒有劃分階段4）電化學(xué)加工對環(huán)境有一定程度的污染。

25結(jié)合圖了解電解加工的機理： 以工件為陽極（接直流電源的正極）、工具為陰極（接直流電源的負極），兩極之間加6-24V的直流電壓，電解液以5-60m/s的速度從兩級之間的縫隙（約0.1-1mm）沖過，使兩極之間形成導(dǎo)電通路，兩極和電解液之間就有電流通過。金屬工件表面在電化學(xué)作用下，不斷地溶解到電解液中，電解產(chǎn)生物則被高速流動的電解液帶走。隨著工具電極恒速向工件進給，工件材料按工具電極型面的形狀不斷地溶解，最終使工件與工件電極之間各處的間隙趨于一致，在工件上加工出和工具電極型面相反的形狀。

26.電極的極化和超電壓：超電壓應(yīng)為一下幾個方面超電壓之和：1）濃度超電壓；2）電阻超電壓；3）化學(xué)超電壓。

NaCL電解液，價廉易得，具有較大蝕除速度，電流效率高，適應(yīng)廣泛、安全、經(jīng)濟，是一種應(yīng)用最廣泛電解液。缺點：雜散腐蝕性大，復(fù)制精度低。NaNO? 電解液在濃度小于30%時，有較好的非線性特性，成形精度高，對設(shè)備腐蝕性小，使用安全，價格也不高；缺點：電流效率低，生產(chǎn)率低，加工時陰極有氨氣析出，還會導(dǎo)致電解損耗。NaCLO?是雜散腐蝕小，成型精度到，加工工件表面粗糙度值小。缺點：電解液的弱點是安全性差，價格較貴。價格之比：NaCL：NaNO?：NaCLO?=1：2.6：6）。29.電解液的分類：1）酸性溶液；2）堿性電解液；3）中性鹽電解液（三種中性鹽電解液

30.激光加工的原理與特點：受激輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子，在頻率為v21的外界入射信號作用下，從E ?能級躍遷到E ?能級上，在躍遷過程中，原子輻射出的光子能量為hv21，該光子與外界輸入信號處于同一狀態(tài)，這一過程稱為受激輻射。受激輻射的特點：所輻射出來的光子在方向、頻率、相位、偏振狀態(tài)與原來“刺激”它的光子完全相同，這就是手機輻射光，簡稱激光。31.激光的特性：1）單色性；2）方向性；3）相干性；4）能量密度高。

32.激光加工的原理：當工作物質(zhì)3（如紅寶石、釹玻璃等具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的物質(zhì)）受到光泵2（激勵光源）的激發(fā)后，便產(chǎn)生受激輻射躍遷，造成光放大，并通過由兩個反射鏡1、4（全反射鏡和部分反射鏡）組成的諧振腔產(chǎn)生振蕩，由諧振腔一端輸出激光，經(jīng)過透鏡5將激光束聚焦到工件6的待加工表面上。33.激光加工特點：1）由于激光的功率密度高，加工的熱作用時間很短，熱影響區(qū)小，因此幾乎可以加工任何材料，透明材料只要采取一些色化、打毛等措施，即可采用激光加工2）激光加工不需要工具，不存在工具損耗、更換和調(diào)整等問題，適于自動化連續(xù)操作3）激光束可聚焦到微米級，輸出功率可以調(diào)節(jié)，且加工中沒有機械力的作用，故適合于精密微細加工4）可以透過透明的物質(zhì)（如空氣、玻璃等），故激光可以在任意透明的環(huán)境中操作，包括空氣、惰性氣體、真空甚至某些液體；5）激光加工不受電磁干擾。與電子束加工相比，氣其優(yōu)越性就在于可以在大氣中進行，且加工裝置比較簡單；6）激光除可用于材料的蝕除加工外，還可以進行焊接、熱處理、表面強化或涂敷、引發(fā)化學(xué)反應(yīng)等加工。

37.超聲波加工：聲波是人耳能感受的一種縱波，它的頻率在16-16000Hz范圍內(nèi)，而頻率超過16000Hz就成為超聲波。超聲波具有波長短、能量大，傳播過程中反射、折射、共振、損耗等現(xiàn)象顯著的特點。超聲波加工的機理：超聲波加工是利用工具斷面做超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工脆性材料的一種成形加工方法。

超聲波發(fā)生器產(chǎn)生1.6萬Hz以上的高頻交流電源，輸送給超聲換能器，產(chǎn)生超生波振動，并借助變幅桿將振幅放大到0.05-0.1mm左右，使變幅桿下端的工具產(chǎn)生強烈振動。含有水與磨料的懸浮液由工具帶動也產(chǎn)生強烈振動，沖擊工件表面。加工時，工具以很小的力壓在工件上。為了冷卻超生換能器，還需接通冷卻水。工件便面受到磨料以很大速度和加速度的不斷撞擊，被粉碎成很細的微粒。從工件上脫落下來。38.電子束加工的基本原理：電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度（當速度電壓為50V時，電子速度可達16x10 ?km/s）沖擊到工件表面的極小面積上，在極短時間內(nèi)（幾分之一微妙）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和氣化，而實現(xiàn)加工的目的。電子束加工的特點： 1）加工面積可以很??；2）非接觸式加工；3）生產(chǎn)效率高；4）便于實現(xiàn)自動化；5）污染少，加工表面不氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導(dǎo)體材料；6）需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價格較貴，因此生產(chǎn)應(yīng)用有一定的局限性。

39.離子束加工的基本原理：在真空條件下，將由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過電場加速，獲得具有一定速度的離子投射到材料表面，產(chǎn)生濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。由于離子帶正電荷，其質(zhì)量比點子大數(shù)千、數(shù)萬倍，所以離子束比電子束具有更大的沖擊動能，它是靠微觀的機械撞擊能量來加工的。

離子束加工的特點：1）加工精度高，易精確控制；2）污染少；3）加工應(yīng)力、變形極小。40.各類離子束加工：a）離子刻蝕；b）濺射沉積；c）離子鍍；d）離子注入。

1電解和電火花區(qū)別？（1）基本原理的不同

（2）組成部分的區(qū)別：（a）進給：電火花加工自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)是保證工具和工件保持一定的“平均”放電間隙,由于工件的蝕除速度和電極的損耗是隨機的,變化的,所以電火花加工是不等速進給調(diào)節(jié)系統(tǒng),又稱為伺服系統(tǒng).電解加工間隙與加工速度在一定范圍內(nèi)成雙曲反比關(guān)系,能夠相互平衡補償,其自動進給系統(tǒng)是等速進給系統(tǒng)（b）電源：電火花是脈沖電源，電解是直流電源；（c）機床：密封性不同（d）工作液：絕緣性和腐蝕性

激光打孔工藝：其特點加工能力強，效率高。采用激光可以打小至幾微米的微孔。目前激光打孔技術(shù)已廣泛應(yīng)用于火箭發(fā)動機和柴油機的燃料噴嘴，寶石軸承，金剛石拉絲模，化纖噴絲頭等微小孔的加工中例如美國通用電器公司采用激光加工氣冷卻通氣小孔，打孔速度為（20-30）個孔/s，激光打孔與其它方法相比，使每臺航空發(fā)動機僅打孔一項加工費用節(jié)省2500美元。激光束切割：它是一種最為廣泛的激光加工技術(shù)。激光切割可用于各種材料的切割，如可切割金屬和玻璃陶瓷等非金屬材料。激光切割的應(yīng)用實例：美國麥道公司用500W的CO ?激光器切割硼—環(huán)氧樹脂制的F-15形狀復(fù)雜的尾翼壁板，與其它方法相比減少工時58%。激光焊接：已成功應(yīng)用于微電子器件等小型精密零部件的焊接以及深溶焊接。激光表面處理等。實例：美國AVCO公司吧cr co w粉末涂于灰鑄鐵閥座內(nèi)壁表面上經(jīng)激光處理后得到很好效果，閥座經(jīng)機加工后采用6.5千瓦的二氧化碳激光僅一次就獲得0.75mm后的合金層，即大大降低了生產(chǎn)成本又延長了使用壽命。

電鑄加工的原理：用可導(dǎo)電的原模作陰極，電鑄材料作陽極，電鑄材料的金屬鹽溶液作電鑄也，在直流電源的作用下溶液中金屬離子在陰極上獲得電子而沉積鍍覆在陰極原模表面，陽極上的金屬原子交出電子成為金屬離子進入鍍液，對金屬離子進行補充，以保持其濃度基本不變。陽極原模上電鑄層逐漸加厚，當達到預(yù)定厚度時即可取出設(shè)法與原膜分離，即可獲得與原模型面凹凸相反的電鑄件

第四篇：精密加工與特種加工教學(xué)大綱

《精密加工與特種加工》教學(xué)大綱

精密和超精密加工技術(shù)部分

第一章

精密和超精密加工技術(shù)及其發(fā)展展望

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了發(fā)展精密和超精密加工技術(shù)的重要性以及超精密加工的現(xiàn)狀。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：精密加工和超精密加工概念、領(lǐng)域，金剛石刀具兩個重要問題，超精密加工中檢測內(nèi)容。

第二章

超精密切削與金剛石刀具

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了超精密切削的切削速度選擇；超精密切削時刀具的磨損和耐用度；超精密切削時積屑瘤的生成規(guī)律；切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響；刀刃鋒銳度對切削變形和表面質(zhì)量的影響；超精密切削時最小切削厚度；金剛石刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響；超精密切削對刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)；金剛石晶體各晶面的耐磨性和好磨難磨方向；單晶金剛石刀具的破損機理；金剛石晶體的定向；金剛石刀具的設(shè)計與制造。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：超精密切削的切削速度選擇，金剛石刀具破損或磨損的標志，積屑瘤的生成規(guī)律、影響因素及其對加工過程的影響。刀刃鋒銳度對切削過程的影響，金剛石各晶面的好磨難磨方向，金剛石晶體的定向。

2、領(lǐng)會：切削參數(shù)對加工表面質(zhì)量的影響，金剛石的性能特點及晶體結(jié)構(gòu)，單晶金剛石刀具的破損機理，金剛石刀具的設(shè)計。

第三章

精密磨削和超精密磨削

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了精密和超精密磨削；精密磨削；超硬磨料砂輪磨削；超精密磨削；精密和超精密砂帶磨削。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：精密和超精密磨料加工方法分類，精密和超精密磨削的特點及其應(yīng)用，精密和超精密磨削工藝，砂帶磨削方式、特點、應(yīng)用范圍及其機理。

2、領(lǐng)會：精密磨削機理，精密磨削與超硬磨料砂輪的修整，超精密磨削機理及其特點。

第四章

精密和超精密加工的機床設(shè)備

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了精密主軸部件；床身和精密導(dǎo)軌部件；進給驅(qū)動系統(tǒng)；微量進給裝置；機床的穩(wěn)定性和減振隔振；減少熱變形和恒溫控制。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：超精密機床的總體布局，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式及其特點，微量進給裝置的要求，減少機床熱變形的措施。

2、領(lǐng)會：液體靜壓軸承主軸、空氣靜壓軸承主軸性能特點，彈性變形和電致伸縮式微量進給機構(gòu)的工作原理及其特點。

第五章

精密加工中的測量技術(shù)

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了精密測量技術(shù)；長度基準；測量平臺；直線度、平面度和垂直度的測量；角度和圓分度的測量；圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量；激光測量。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：精密測量的環(huán)境條件，量具和量儀材料的選擇，直線度、平面度和垂直度的測量方法及其原理，精密多齒分度盤的工作原理，激光測量的基本原理。

2、領(lǐng)會：圓度和回轉(zhuǎn)精度的測量方法及其工作原理。第六章

在線檢測與誤差補償技術(shù)

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了加工精度的檢測和誤差補償技術(shù)；在線檢測和誤差補償方法；微位移技術(shù)。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：加工精度的檢測方法，形狀位置誤差在線檢測的方法，典型微位移工作臺的工作原理。

2、領(lǐng)會：誤差補償?shù)母拍詈皖愋?，第七?/p>

精密研磨和拋光

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了研磨拋光機理；超精密平面研磨和拋光。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：平面研磨拋光的工藝規(guī)律

2、領(lǐng)會：研磨拋光機理和特點，第八章

微細加工技術(shù)

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了微細加工技術(shù)的概念及其特點；微細加工機理；微細加工方法。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：微細加工機理，微細加工方法

2、領(lǐng)會：微細加工技術(shù)的概念及其特點 第九章

精密和超精密加工的支撐環(huán)境

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了空氣環(huán)境和熱環(huán)境；振動環(huán)境；噪聲環(huán)境；精密和超精密加工的環(huán)境設(shè)施。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記 ：空氣潔凈度，熱環(huán)境與加工精度的關(guān)系，精密和超精密加工的環(huán)境設(shè)施

第十章

納米技術(shù)

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了納米技術(shù)特點；納米級測量技術(shù)；納米級加工技術(shù)。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：納米技術(shù)特點，納米級測量技術(shù)，納米級加工技術(shù) 特種加工部分 第一章

概論

（一）課程內(nèi)容 本章主要介紹了特種加工的產(chǎn)生原因、發(fā)展方向、分類以及特種加工對材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性等的影響。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：特種加工特點

2、領(lǐng)會：特種加工在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用 第二章

電火花加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了電火花加工的基本原理及其分類；電火花加工的機理；電火花加工中的一些基本規(guī)律；電火花加工用脈沖電源；電火花加工中的自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)；電火花加工機床。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：電火花加工的基本原理及電火花加工材料蝕除的四個過程

2、領(lǐng)會：影響電火花加工生產(chǎn)率、加工精度及表面粗糙度的主要因素 第三章

電火花線切割加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了*電火花線切割加工的原理、特點及應(yīng)用范圍；電火花線切割加工設(shè)備；電火花線切割控制系統(tǒng)及編程技術(shù)；影響線切割工藝指標的因素。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：電火花線切割加工工作原理，電火花線切割加工設(shè)備的基本組成部分，線切割加工的主要工藝指標

2、領(lǐng)會：電火花線切割加工的特點，能用3B格式進行線切割加工的數(shù)控編程

第四章

電化學(xué)加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了電化學(xué)加工原理及分類；電解加工；電解磨削；電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：電極電位、極化、鈍化、活化的概念，電解加工基本原理、特點、設(shè)備、間隙及平衡間隙、法拉第電解定律、三種常用電解液的特點，電解液流動方式，電解磨削的基本原理、特點，電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工的基本原理。

2、領(lǐng)會：電解加工的電極反應(yīng)、精度成型規(guī)律及提高電解加工精度的措施；會計算電解加工金屬蝕除量及平衡間隙

第五章激光加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了激光加工的原理、特點；激光加工的基本設(shè)備；激光加工工藝及應(yīng)用。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：激光的特性，激光加工的原理、特點

2、領(lǐng)會：激光打孔、激光切割工藝特點 第六章 電子束和離子束加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了電子束加工；離子束加工。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：電子束、離子束加工的基本原理、特點 第七章

超聲加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了*超聲加工的基本原理和特點；超聲加工設(shè)備及組成部分；超聲加工速度、精度、表面質(zhì)量及其影響因素；*超聲加工的應(yīng)用。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：超聲波的概念，超聲加工的基本原理和特點，超聲加工設(shè)備的組成部分，換能器、變幅桿的作用。

2、領(lǐng)會：各因素對超聲加工速度、精度、表面質(zhì)量的影響 第八章

快速成形技術(shù)

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了光敏樹脂液相固化成形；選擇性激光粉末燒結(jié)成形；薄片分層疊加成形。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：快速成形過程的基本原理及常用成形方法 第九章

其它特種加工

（一）課程內(nèi)容

本章主要介紹了化學(xué)加工和等離子體加工。

（二）考核知識點和考核要求

1、識記：化學(xué)銑削、化學(xué)拋光、光刻、等離子體加工的基本原理

第五篇：Chapt.7_精密與特種加工技術(shù)(課件)

第一章

概

論

第一節(jié)

精密與特種加工的產(chǎn)生背景

機械制造面臨著一系列嚴峻的任務(wù)：

⑴ 解決各種難切削材料的加工問題。

⑵ 解決各種特殊復(fù)雜型面的加工問題。

⑶ 解決各種超精密、光整零件的加工問題。

⑷ 特殊零件的加工問題。

第二節(jié)

精密與特種加工的特點 及其對機械制造領(lǐng)域的影響

精密與特種加工是一門多學(xué)科的綜合高級技術(shù)；

精密加工包括微細加工、光整加工和精整加工等，與特種加工關(guān)系密切。

特種加工是指利用機、光、電、聲、熱、化學(xué)、磁、原子能等能源來進行加工的非傳統(tǒng)加工方法（NTM，Non-Traditional Machining），它們與傳統(tǒng)切削加工的不同特點主要有： ① 主要不是依靠機械能；

② 刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度； ③ 在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的 機械切削力作用。

精密與特種加工技術(shù)引起了機械制造領(lǐng)域內(nèi)的許多變革：

⑴ 提高了材料的可加工性。

⑵ 改變了零件的典型工藝路線。

⑶ 大大縮短新產(chǎn)品試制周期。

⑷ 對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生很大的影響。

⑸ 對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標準產(chǎn)生重要影響。

第三節(jié)

精密與特種加工的方法及分類

1．加工成形的原理

分為去除加工、結(jié)合加工、變形加工三大類。

去除加工又稱為分離加工，是從工件上去除多余的材料。

結(jié)合加工是利用理化方法將不同材料結(jié)合在一起。

又可分為附著、注入、連接三種。

變形加工又稱為流動加工，是利用力、熱、分子運動等手段使工件產(chǎn)生變形，改變其尺寸、形狀和性能。

2．加工方法機理

按機理精密與特種加工分為傳統(tǒng)加工、非傳統(tǒng)加工、復(fù)合加工。

第四節(jié) 精密與特種加工技術(shù)的地位和作用

先進制造技術(shù)已經(jīng)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要手段之一。

發(fā)展先進制造技術(shù)是當前世界各國發(fā)展國民經(jīng)濟的主攻方向和戰(zhàn)略決策，同時又是一個國家獨立自主、繁榮富強、經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、科技保持先進領(lǐng)先的長遠大計。

從先進制造技術(shù)的技術(shù)實質(zhì)而論，主要有精密、超精密加工技術(shù)和制造自動化兩大領(lǐng)域。

精密與特種加工技術(shù)水平是一個國家制造工業(yè)水平的重要標志之一。

精密與特種加工技術(shù)已經(jīng)成為國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。產(chǎn)品的實際制造，必然要依靠精密加工技術(shù)。第二章

金剛石刀具精密切削加工

第一節(jié)

概

述

精密與超精密加工和制造自動化是先進制造技術(shù)的兩大領(lǐng)域。

加工精度在0.1~1μm，表面粗糙度Ra在0.02~0.1μm之間的加工稱為精密加工；加工精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.01μm的加工稱為超精密加工。

一、超精密加工的難點

精度難以控制； 剛度和熱變形影響； 去除層薄，切應(yīng)力大； 猶如對不連續(xù)體進行切削。

二、超精密加工的方法

按加工方式分：

切削加工、磨料加工、特種加工和復(fù)合加工 按加工機理和特點分：

去除加工、結(jié)合加工和變形加工 還可分為 傳統(tǒng)加工、非傳統(tǒng)加工和復(fù)合加工

三、超精密加工的實現(xiàn)條件

超精密加工是多學(xué)科交叉的綜合性高新技術(shù)

① 超精密加工的機理與工藝方法； ② 超精密加工工藝裝備； ③ 超精密加工工具；

④ 超精密加工中的工件材料； ⑤ 精密測量及誤差補償技術(shù)；

⑥ 超精密加工工作環(huán)境、條件等。

在超精密加工的中，必須綜合考慮以上因素。

第二節(jié)

超精密機床及其關(guān)鍵部件

一、典型超精密機床

超精密加工對機床的基本要求：

⑴ 高精度 ⑵ 高剛度 ⑶ 高穩(wěn)定性 ⑷ 高自動化

大型光學(xué)金剛石車床 ——LODTM

FG-001超精密機床

OAGM 2500大型超精密機床

AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機床

二、超精密機床的主軸部件

主軸部件是保證超精密機床加工精度的核心。超精密加工對主軸的要求是極高的回轉(zhuǎn)精度，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無振動。

液體靜壓軸承主軸

空氣靜壓軸承主軸

⑴ 雙半球空氣軸承主軸

⑵ 徑向—推力空氣靜壓軸承主軸

⑶ 球形—徑向空氣軸承主軸

⑷ 立式空氣軸承主軸

主軸的驅(qū)動方式

⑴ 柔性聯(lián)軸器驅(qū)動

⑵ 內(nèi)裝式同軸電動機驅(qū)動

超精密機床主軸和軸承的材料

應(yīng)考慮以下主要因素：① 耐磨損；② 不易生銹腐蝕；③ 熱膨脹系數(shù)??；④ 材料的穩(wěn)定性好。

制造空氣主軸和軸承的材料主要有： ① 經(jīng)表面氮化和低溫穩(wěn)定處理的38CrMoAl氮化鋼；

② 不銹鋼；

③ 多孔石墨和軸承鋼。

另外還有銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷等。

三、精密導(dǎo)軌部件

超精密機床的總體布局

T形布局

十字形布局

R-θ 布局

立式結(jié)構(gòu)布局

常用的導(dǎo)軌部件 ⑴ 液體靜壓導(dǎo)軌

花崗巖靜壓導(dǎo)軌

⑵ 空氣靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌

空氣靜壓導(dǎo)軌

氣浮導(dǎo)軌

床身及導(dǎo)軌的材料

常用的床身及導(dǎo)軌材料有優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵、花崗巖、人造花崗巖等。

微量進給裝置

超精密機床的進給系統(tǒng)—般采用精密滾珠絲杠副、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副。

高精度微量進給裝置則有電致伸縮式、彈性變形式、機械傳動或液壓傳動式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式等。

目前高精度微量進給裝置的分辨力可達到0.001~0.01μm。

精密和超精密微位移機構(gòu)應(yīng)滿足以下設(shè)計要求：

① 精微進給和粗進給分開。

② 運動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的。

③ 末級傳動元件必須有很高的剛度。

④ 內(nèi)部連接必須可靠，盡量采用整體結(jié)構(gòu)或剛性連接。

⑤ 工藝性好，容易制造。

⑥ 具有好的動特性。

⑦ 能實現(xiàn)微進給的自動控制。

⑴ 壓電和電致伸縮微進給裝置

⑵ 摩擦驅(qū)動裝置

⑶ 機械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進給裝置

第五節(jié)

金剛石刀具的結(jié)構(gòu)

衡量金剛石刀具質(zhì)量的標準：

① 能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面；

② 能否有較長的切削時間保持刀刃鋒銳。設(shè)計金剛石刀具時最主要問題有三個： ① 確定切削部分的幾何形狀；

② 選擇合適的晶面作為刀具的前后面；

③ 確定金剛石在刀具上的固定方法和刀具結(jié)構(gòu)。

一、金剛石刀具切削部分的幾何形狀

⑴ 刀頭形式

金剛石刀具刀頭一般采用在主切削刃和副切削刃之間加過渡刃。國內(nèi)多采用直線修光刃，國外標準的金剛石刀具，推薦的修光刃圓弧半徑R=0.5~3mm。

金剛石刀具的主偏角一般為30?~90?，以45?主偏角應(yīng)用最為廣泛。

⑵ 前角和后角

根據(jù)加工材料不同，金剛石刀具的前角可取0?~5?，后角一般可取5?~6?。

美國EI Contour精密刀具公司的標準金剛石車刀結(jié)構(gòu)如上圖所示。該車刀采用圓弧修光刃，修光刃圓弧半徑R=0.5~1.5mm。后角采用10?，刀具前角可根據(jù)加工材料由用戶選定。

一種可用于車削鋁合金、銅、黃銅的通用金剛石車刀結(jié)構(gòu)如右圖所示?？色@得粗糙度Ra < 0.02~ 0.005μm的表面。

二、選擇合適的晶面作為金剛石刀具前、后面

三、金剛石刀具上的金剛石固定方法 ⑴ 機械夾固

⑵ 用粉末冶金法固定 ⑶ 使用粘結(jié)或釬焊固定

國內(nèi)外的金剛石刀具使用者一般都不自己磨刀；

Sumitomo公司推出一次性使用不重磨的精密金剛石刀具。

第三章

精密與超精密磨料加工

黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，主要是應(yīng)用精密和超精密磨料加工。

所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、硬脆材料等進行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。

精密和超精密磨料加工可分為固結(jié)磨料和游離磨料加工兩大類。

第一節(jié)

精密磨削

精密磨削是指加工精度為1~0.1μm、表面粗糙度為Ra0.2~0.025μm的磨削方法。

一、精密磨削機理

靠砂輪的具有微刃性和等高性的磨粒實現(xiàn)的。⑴ 微刃的微切削作用

⑵ 微刃的等高切削作用

⑶ 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用

二、磨削用量

三、精密磨削砂輪

1．砂輪磨料

精密磨削時所用砂輪的磨料以易于產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則。

鋼件及鑄鐵件，以采用剛玉磨料為宜。碳化硅磨料主要應(yīng)用于有色金屬加工。

2．砂輪粒度

粗粒度的微切削作用；細粒度的摩擦拋光作用。

3．砂輪結(jié)合劑

超精密加工用金屬類、陶瓷類結(jié)合劑

四、精密磨削中的砂輪修整

有單粒金剛石修整、金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修整等。

修整用量有：修整導(dǎo)程、修整深度、修整次數(shù)和光修次數(shù)。

五、超精密磨削

超精密磨削是指加工精度達到或高于0.1μm、表面粗糙度低于Ra0.025μm的砂輪磨削方法，適宜于對鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。

鏡面磨削是屬于精密磨削和超精密磨削范疇的加工，是指加工表面粗糙度達到Ra0.02~0.01μm、表面光澤如鏡的磨削方法。

影響超精密磨削的因素有：超精密磨削機理、被加工材料、砂輪及其修整、超精密磨床、工件的定位夾緊、檢測及誤差補償、工作環(huán)境、操作水平等。超精密磨削需要—個高穩(wěn)定性的工藝系統(tǒng)，對力、熱、振動、材料組織、工作環(huán)境的溫度和凈化等都有穩(wěn)定性的要求，并有較強的抗擊來自系統(tǒng)內(nèi)外的各種干擾的能力。

1．超精密磨削機理

單顆粒磨削的切入模型如圖所示。說明：

① 可視為一彈性系統(tǒng)

②平面磨削的切屑形狀如圖所示

③ 磨削過程分為彈性區(qū)、塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)，最后為彈性區(qū)

④ 存在微切削作用、塑性流動、彈性破壞作用和滑擦作用

磨削狀態(tài)與磨削系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。2．超精密磨削工藝

超精密磨削的砂輪選擇、砂輪修整、磨削液選擇等問題與精密磨削和超硬磨料砂輪磨削有關(guān)問題類同。

超精密磨削的磨削用量。

六、超硬磨料砂輪磨削

超硬磨料砂輪磨削主要是指用金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪加工硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體材料及石材等高硬度、高脆性材料。其突出特點為： ① 磨削能力強，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實現(xiàn)加工自動化。② 磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無燒傷、裂紋和組織變化。③ 磨削效率高。④ 加工成本低。

1．超硬磨料砂輪磨削工藝

⑴ 磨削用量 ⑵ 磨削液：要求磨削液有良好的潤滑性、冷卻性、清洗性和滲透性。

2．超硬磨料砂輪修整

修整是整形和修銳的總稱。

整形是使砂輪具有—定精度要求的幾何形狀； 修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒突出結(jié)合劑一定高度，形成良好的切削刃和足夠的容屑空間。

超硬磨料砂輪修整的方法：① 車削法；② 磨削法；③ 滾壓擠軋法；④ 噴射法；⑤ 電加工法；⑥ 超聲波振動修整法。

第二節(jié)

精密研磨與拋光

一、研磨加工機理

精密研磨屬于游離磨粒切削加工，是在剛性研具上注入磨料，在—定壓力下，通過研具與工件的相對運動，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達到高級幾何精度和優(yōu)良表面粗糙度的加工方法。

1．硬脆材料的研磨

硬脆材料研磨的加工模型如圖所示。

研磨磨粒為1μm的氧化鋁和碳化硅等。

2．金屬材料的研磨

金屬材料研磨相當于普通切削和磨削的切削深度極小時的狀態(tài)。

二、拋光加工機理

拋光是指用低速旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉(zhuǎn)的低彈性材料拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質(zhì)地獲得光滑表面的加工方法。

拋光使用的磨粒是1μm以下的微細磨粒。

拋光加工模型如圖3-9所示。

拋光加工是磨粒的微小塑性切削作用和加工液的化學(xué)性溶析作用的結(jié)合。

三、精密研磨、拋光的主要工藝因素

精密研磨拋光的主要工藝因素如表3-5所示。

在一定的范圍內(nèi)，增加研磨壓力可提高研磨效率。

超精密研磨對研磨運動軌跡有以下基本要求： ① 工件相對研磨盤作平面平行運動，使工件上各點具有相同或相近的研磨行程。

② 工件上任一點不出現(xiàn)運動軌跡的周期性重復(fù)。

③ 避免曲率過大的運動轉(zhuǎn)角，保證研磨運動平穩(wěn)。

④ 保證工件走遍整個研磨盤表面，以使研磨盤磨損均勻，進而保證工件表面的平面度。

⑤ 及時變換工件的運動方向，以減小表面粗糙度值并保證表面均勻一致。

四、研磨盤與拋光盤

1．研磨盤

研磨盤是涂敷或嵌入磨料的載體。

研磨對研磨盤加工面的幾何精度要求很高。

研磨盤材料硬度要低于工件材料硬度，且組織均勻致密、無雜質(zhì)、無異物、無裂紋和無缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。

常用的研磨盤材料有鑄鐵、黃銅、玻璃等。

研磨盤的結(jié)構(gòu)要具有良好的剛性、精度保持性、耐磨性、排屑性和散熱性。為了獲得良好的研磨表面，常在研磨盤面上開槽。開槽的目的為：

① 存儲多余的磨粒；

② 作為向工件供給磨粒的通道；

③ 作為及時排屑的通道。

固著磨料研磨盤是一種適用于陶瓷、硅片、水晶等脆性材料精密研磨的研具，具有表面精度保持性好、研磨效率高的優(yōu)點。

2．拋光盤

拋光盤平面精度及其精度保持性是實現(xiàn)高精度平面拋光的關(guān)鍵。

五、研磨劑與拋光劑

對研磨用磨粒的基本要求： ① 形狀、尺寸均勻一致；

② 能適當?shù)仄扑?，以使切削刃鋒利； ③ 熔點高于工件熔點； ④ 在研磨液中容易分散。

對于拋光粉用磨粒，除上述要求外，還要考慮與工件材料作用的化學(xué)活性。

研磨拋光加工液主要作用是冷卻、潤滑、均布研磨盤表面磨粒及排屑。對研磨拋光液的要求： ① 有效地散熱，以防止研磨盤和工件熱變形； ② 粘附低，以保證磨料的流動性； ③ 不污染工件；

④ 物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，不分解變質(zhì)； ⑤ 能較好地分散磨粒。

六、非接觸拋光

非接觸拋光是指在拋光中工件與拋光盤互不接觸，依靠拋光劑沖擊工件表面，以獲得加工表面完美結(jié)晶性和精確形狀的拋光方法，其去除量僅為幾個到十幾個原子級。

1．彈性發(fā)射加工

彈性發(fā)射加工是指加工時研具與工件互不接觸，通過微粒子沖擊工件表面，對物質(zhì)的原子結(jié)合產(chǎn)生彈性破壞，以原子級的加工單位去除工件材料，從而獲得無損傷的加工表面。

彈性發(fā)射加工原理

彈性發(fā)射加工方法如圖所示

對加工頭和工作臺實施數(shù)控，可實現(xiàn)曲面加工。EEM的數(shù)控加工裝置如圖3-11所示。

2．浮動拋光

浮動拋光裝置如圖所示 拋光機理

超精密拋光盤的制作是實現(xiàn)浮動拋光加工的關(guān)鍵。

3．動壓浮離拋光 動壓浮離拋光平面非接觸拋光裝置如圖所示

工作原理

加工過程中無摩擦熱和工具磨損，標準平面不會變化

該方法主要用于半導(dǎo)體基片和各種功能陶瓷材料及光學(xué)玻璃平晶的拋光，可同時進行多片加工。4．非接觸化學(xué)拋光

通過向拋光盤面供給化學(xué)拋光液，使其與被加工面作相對滑動，用拋光盤面來去除被加工件面上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成物。這種以化學(xué)腐蝕作用為主，機械作用為輔的加工，又稱為化學(xué)機械拋光。水面滑行拋光借助于流體壓力使工件基片從拋光盤面上浮起，利用具有腐蝕作用的液體作加工液完成拋光。

5．切斷、開槽及端面拋光 采用非接觸端面拋光可實現(xiàn)對溝槽的壁面、垂直柱狀軸斷面進行鏡面加工。

端面非接觸鏡面拋光裝置示意圖如圖所示。

該方法可用于直徑0.1mm左右的光導(dǎo)纖維線路零件的端面鏡面拋光以及精密元件的切斷。