精密特种加工复习题考试必备
精密特种加工复习题考
试必备
IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
《精密与特种加工》期末复习题1．特种加工的能量转换原理。
特种加工是将电能、热能、光能、声能和磁能等物理能量和化学能量或者其组合乃至与机械能组合直接施加到被加工的部位上，从而实现去除的加工方法。
2、精密切削加工分类。
1）精密、超精密车削；2）精密、超精密铣削； 3）精密、超精密镗削； 4）微孔加工。
3、最小切入深度意义。——零件的最终工序的最小切入深度应小于等于零件加工精
度（允许的加工误差）。其反映精加工能力。
4、液体静压导轨、气浮导轨和空气静压导轨特点。
液体静压导轨——温升低，刚性好，承载能力强，直线运动精度高，无爬行
气浮导轨和空气静压导轨——直线运动精度高，运动平稳，无爬行，摩擦系数几乎为零，不发热
5、空气静压特点、液体静压轴承特点及改进措施。
空气静压轴承主轴：具有很高的回转精度。由于空气粘度小，主轴高速转动空气温升小，热变形小。空气轴承刚度低，承受较小载荷。——超精密机床中广泛应用。
液体静压轴承主轴
优点：回转精度高（μm）、刚度高、转动平稳、无振动——广泛用于超精密机床。缺点：
1）油温随着转速的升高而升高。温度升高造成热变形，影响主轴精度。
2）静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮油中，不易排出，降低了液体静压轴承刚度和动特性。
采取的措施有：
（1）提高静压油压力，使油中微小气泡影响减小。
（2）静压轴承用油经温度控制，达到恒温；轴承采用恒温水冷却，减小轴承的温升。
6、微量进给装置的结构形式。
电致伸缩式、弹性变形式、机械传动或液压传动式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式等。
7、精密和超精密机床主轴驱动方式。
1）电动机通过带传动驱动——早期的超精密机床
2）柔性联轴器驱动：
3）采用内装式同轴电动机驱动机床主轴
8、精密机床床身和导轨材料。
——尺寸稳定，热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性好，加工工艺性好。
1）优质耐磨铸铁 2）花岗岩 3）人造花岗岩
9、保证零件加工精度时，蜕化原则、进化原则。
蜕化原则：要求机床的精度高于工件所要求的精度；
进化原则：精度比工件要求低的机床上，加工出高精度的工件，利用补偿技术可以实现这个目的。
10、切削液吸附在刀具表面的润滑膜种类、特点
在刀具表面形成润滑膜，减少摩擦
表面吸附——物理吸附——效果较差。但物理吸附厚膜化合物脱落，不影响表面粗糙度
化学吸附——效果较好。但化合物会脱落，影响表面粗糙度
11、金刚石刀具两个重要的问题1、金刚石晶体的晶面选择 2、刃口的锋利程度
12、金刚石刀具三种破损原因。裂纹、脆裂、解理
13、在精密切削中，积屑瘤、f、a p对切削力的影响。
积屑瘤：超精密切削加工——积屑瘤使刃口半径加大，切削厚度加大，摩擦加剧，切削力增大，加工表面质量恶化
f:硬质合金车刀精密切削，进给量小于一定值时， Fy > Fz ，这是精密切削切削力变化的特殊规律；用天然金刚石车刀进行精密切削： Fz>Fy
:硬质合金车刀，切削深度小于一定值， Fy > Fz; 用天然金刚石车刀进行精密切
a
p
削： Fz>Fy
14、在精密和超精密磨削中，超硬磨料的概念、以及各自适宜加工材料。
概念：在当前是指金刚石、立方氮化硼及以它们为主要成分的复合材料。
金刚石——天然金刚石、人造金刚石（光学镜片加工用——金刚石砂轮、电子超薄玻璃加工用——金刚石砂轮、汽车玻璃加工用——金刚石砂轮：汽车侧窗玻璃、前后挡风玻璃。）
立方氮化硼——2000度以上与铁类形成碳化物，适宜加工钢铁。高温与水反应，应干磨。
15、超精密加工机床（磨床）主轴部件特点。
高精度、高刚度、高稳定性、微量进给装置、计算机数控
16、砂带磨削的特点。
类型：闭式和开式
闭式砂带磨削：效率高，精度低，可用于粗磨，半精磨，精磨加工
开式砂带磨削：成卷砂带、效率低、精度高，多用于精密和超精密磨削中
特点：1）弹性磨削砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，磨削力、热作用小，加工质量好（ R a值可达μm）。
2）冷态磨削静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。
3）高效磨削强力砂带磨削，效率为铣削10倍、普通磨削5倍。磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，300：1~400：1。
4）制作简单，价格低廉，使用方便。
5）工艺性好，应用广可用于内外表面及成形表面加工。
17、实现精密加工中的关键技术。
1）精密加工机床； 2）金刚石刀具； 3）精密切削原理
4）稳定的加工环境： 5）误差补偿 6）精密测量技术
18、精密磨削加工分类。
固结磨料（砂轮砂带磨削、油石研磨、精密珩磨、精密超精加工等）
游离磨料（如精密研磨、精密抛光）
19、磁性研磨的原理及特点。
工件放在两磁极之间，工件和磁极间放入含铁的刚玉等磁性磨料，在直流磁场的作用下，磁性磨料沿磁力线方向整齐排列，如同刷子一般对被加工表面施加压力，并保持加工间隙。
研磨压力大小可调节。研磨时工件即旋转又沿轴线方向振动，使磁性磨料与工件表面产生相对运动。
特点：
1、自锐性好，磨削能力强，效率高。磁场作用下，磨粒位置不断变更，工件始终能获得锐利磨刃的切削。
2、温升小、工件变形小磨粒位置不断变更，与工件作用时间短。
3、切削深度小，加工表面平整磨粒体积小、切削刃小，切削深度小
4、工件表面交变励磁，物理力学性能好工件表面反复受N、S交变磁场作用，改变表面应力状态分布
5、无粉尘、废液、噪音，工作环境好切屑吸入磁性磨料，无粉尘
6、加工范围广可加工内外圆表面、平面，以及型模的内外表面
20、研磨的原理及特点。
加工机理：属于游离磨粒切削加工。
在刚性研具上注入磨料，在—定压力下，研具与工件相对运动，磨粒微切削作用除去微量工件材料，达到高几何精度和表面粗糙度。
①设备简单，精度要求不高。
②加工质量可靠。可获高精度和低Ra值。一般不能提高位置精度。
③可加工各种钢、淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃及某些塑料制品等。
13、电火花加工过程的四个阶段。
1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道； 2）能量的转换与分布：
3）电蚀产物的抛出； 4）极间介质的消电离
14、提高电蚀量的主要途径。
提高脉冲频率，增加单个脉冲能量或增加平均放电电流（对短形脉冲即为峰值电流）和脉冲宽度；减小脉间；提高有关的工艺参数。
Q=KW m fλt v=Q／t=KW m fλ
式中 Q ——在 t时间内的总蚀除量；
v ——蚀除速度，工件生产率或工具损耗速度；
W m——单个脉冲能量，J；
f ——脉冲频率， HZ；
λ——有效脉冲利用率，％；
t ——加工时间，s；
K——与电极材料、脉冲参数、工作液等有关的工艺参数。
15、型腔模电火花加工主要方法。
单电极平动法多电极更换法分解电极加工法
16、电火花加工极性效应原理、应用。
在电火花加工时，相同材料(如用钢电极加工钢)两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。工件接脉冲电源正极（工具接脉冲电源负极）的加工称为正极性加工，反之，称为负极性加工。
应用：最大限度地提高工件的蚀除量，降低工具电极的损耗。
17、电火花加工的覆盖效应（吸附效应）。
一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，叫做覆盖效应。（只有在油类介质中，适合负极性加工）
18、RC线路脉冲电源工作原理，工作原理图，优缺点及改进措施。
是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向加工间隙提供放电能量蚀除金属。脉冲电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。
优点：结构简单、工作可靠、成本低，在小功率时可获得很窄的脉宽——用于小功率的精微加工或简式电火花加工。
缺点：
1、大部分电能经限流电阻转化为热能损失，电能利用率只有30％～40％；
2、电容器充电时间较长，生产率低；
3、电压的击穿受到间隙值、工作液绝缘性等影响，工艺参数不稳定；
4、放电回路存在寄生电感的影响有反向脉冲，工具电极损耗大；
5、脉冲频率、脉冲能量等参数干扰，难于使用长脉冲，无法实现电极损耗低、生产率高的加工。
19、“铜打钢”与“钢打钢”加工表面粗糙度比较。“铜打钢”比“钢打钢”好
20、电火花加工中加工精度、生产率、表面粗糙度、表面层状态的影响因素。
加工精度：放电间隙加工斜度工具电极的损耗
生产率：提高脉冲频率、增加单个脉冲能量，减小脉间并提高有关工艺参数。
表面粗糙度：峰值电流一定，脉宽越大，单个脉冲的能量大，凹坑越大越深，表面粗糙度增大。脉宽一定，峰值电流增加，单个脉冲能量增加，表面粗糙度增大。熔点高的材料表面粗糙度值要比熔点低的材料小。工具电极表面的粗糙度值越大，加工出的工件表面粗糙度值也大。例如，石墨电极。工作液中含杂质越多，越容易发生积炭，表面粗糙度值也大。
表面层状态：熔化层、热影响层、显微裂纹
21、电火花成形加工工作液选择（粗加工、精加工）。
粗加工时，要求速度快，放电能量大，放电间隙大，故常选用机油等粘度大的工作液；在中、精加工时，放电间隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。
22、根据工具电极和工件相对运动方式和加工用途不同，电火花加工分类。
电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花内外圆和成型磨削、电火花同步共扼回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化和刻字
前五类电火花成形和尺寸加工，改变零件形状或尺寸。后者属于表面加工，改善或改变工件表面性质。
23、冲模、型腔模电火花加工主要方法。冲模加工直接法的特点。
冲模：直接法修配冲头法修配电极法混合法
型腔模：单电极平动法多电极更换法分解电极加工法
直接法的优点是：
(1) 可获得均匀的配合间隙、模具质量高。
(2) 无须另外制作电极。
(3) 无须修配工作，生产率较高。
缺点是：
(1) 电极材料不能自由选择，工具和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀的金属屑吸附在放电间隙磁场中形成二次放电。
(2) 电极和冲头连在一起，尺寸长，磨削困难。
24、电液自动（伺服）进给调节系统原理。
测量环节从放电间隙检测出电压信号，与给定值比较后输出控制信号，再放大、传输给电-机械转换器，使液压放大器中的喷嘴挡板成比例位移，改变喷嘴的出油量，造成液压缸上下油腔压力差变化，使主轴相应运动，调节放电间隙大小。
放电间隙短路时，活塞杆带动工具电极上升；放电间隙开路时，活塞杆下降；放电间隙最佳时，活塞处于静止状态。
25、电火花成型加工机床组成、型号。
由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成。
26、电火花线切割机床分类、走丝速度、电极丝材料，走丝特点。
按电极丝的走丝速度分成快速走丝线切割机床与慢速走丝线切割机床。
快速走丝线切割机床：走丝速度为8～10m／s、材料常用直径为～0.30 mm的钼丝(钨丝或钨钼丝)、电极丝双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。。
慢速走丝线切割机床：走丝速度低于0．2m／s，常用黄铜丝(紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线)作为电极丝，铜丝直径为～0.35 mm。电极丝单方向通过加工间隙，不重复使用，损耗小。
27、电化学加工原理、分类。
两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液氯化铜(CuCl2)的水溶液中，水(H2O)离解为氢氧根负离子OH－和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子2Cl－和二价铜正离子Cu2+。
当两个铜片接上直流电形成导电通路时，Cu2+移向阴极，在阴极上得到电子进行还原反应，沉积出铜。在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu2+正离子进入溶液。
28、电解加工的基本原理，若电解加工钢制零件，电解液为NaCL水溶液，写出反应方程式。
基本原理在工件(阳极)与工具(阴极)间接上直流电源，工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙～0.8 mm)，通过高速流动的电解液。
（1）电解液电解反应： NaCl→Na++ Cl- H2o→H++ OH-
（2）阳极反应：Fe-2e→Fe+2 Fe+2 +OH-→Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2 + 2H2o+O2→4Fe(OH)3↓
（3）阴极反应 H+ + 2e→ H2↑
29、电解液系统的作用，常用电解液的种类。
作用：1、作为导电介质传递电流，在电场的作用下进行化学反应，使阳极溶解顺利进行。
2、加工间隙内产生的电解产物和热量带走，起到更新和冷却的作用。
电解液分为中性盐溶液、酸性盐溶液和碱性盐溶液三大类。中性盐溶液的腐蚀性较小，使用较为安全，应用最广。常用的电解液有NaCl、NaNO3、NaClO3三种。
31、电解磨削原理、特点。
导电砂轮1与阴极相联，工件2（硬质合金车刀）接阳极，一定的压力下与导电砂轮接触，加工区域中送入电解液3，在电解和机械磨削的双重作用下，车刀的后刀面被磨光。
特点：1）加工范围广、加工效率高
2）加工精度和表面质量高
3）砂轮的磨损量小
4）对机床、工具腐蚀相对较小
32、电铸原理、特点。
原理：利用阴极沉积成型加工，在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。
特点：(1) 复制精度高，可做出机加工不可能加工出的细微形状，不需抛光可使用。
(2) 母模材料不限于金属，还可用制品直接作为母模。
(3) 表面硬度35～50HRC，使用寿命长。
(4) 可获得高纯度金属制品，如电铸铜，纯度高，有良好导电性能。
(5) 金属沉积速度慢，周期长。电铸镍，需一周左右。
(6) 电铸层厚度不均匀较薄，4～8 mm。有较大的应力，大型电铸件变形显着，不易承受大冲击载荷。——电铸成型应用受到限制。
34、电镀、电铸、电刷镀的比较。
35、电刷镀原理、特点、应用。
原理：又称涂镀、刷镀或无槽电镀。工件接负极，镀笔接正极，镀笔端部不溶性石墨外包尼龙布脱脂棉套，饱蘸镀液（或直接浇注镀液），多余的镀液流回容器。
特点：无需镀槽、设备较便、工艺灵活、沉积速度快、镀层种类多、组织致密、结合强度高、镀液稳定、对环境污染小、经济效益高等。但电刷镀需人工操作，劳动强度大。
应用范围：①修复零件磨损表面、实施超差产品补救；
②填补零件表面上的划伤、凹坑、斑蚀等缺陷；
③大型、复杂、单个小批工件的表面局部镀镍、铜、锌、镐、钨、金、银等防腐层，改善表面性能。
36、激光的特性、激光加工的原理、特点。
特性：具有光的共性(光的反射、折射、绕射以及干涉)。
激光发射以受激辐射为主，激光特性：
强度高，亮度大
波长频率确定，单色性好
相干性好，相干长度长
方向性好，几乎是一束平行光
加工原理：激光聚焦到 (微米甚至亚微米)小斑点上，功率密度107～1011W/cm2，温度达10000℃以上。材料瞬时熔化和汽化，爆炸性地高速喷射出来，产生方向性很强的冲击。
加工特点：
（1）加工精度高，质量好。光斑聚焦到微米级，输出功率可调，用以精密微细加工；
（2）加工效率高，打一个孔需；
（3）节约能源，无污染；
（4）用激光束加工，无损耗。
（5）是热加工，影响因素多，重复精度不易保证
（6）由于光反射作用，表面光洁或透明材料须预先色化或打毛处理才能加工。（7）靠聚焦点去除材料，打孔和切割深度受限，一般不超过10mm，用于薄件加工。
37、离子束加工的原理、特点，离子加工应用何种效应。
加工原理：与电子束加工原理类似。在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面实现加工。
特点：(1) 是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀达纳米级精度，离子镀膜达亚微米级精度，离子注入深度和浓度可精确控制。
(2) 在高真空中进行，污染少，适宜于易氧化的金属、合金和半导体材料加工。
(3) 离子轰击材料表面的原子加工，是微观作用，应力和变形极小，适宜低刚件零件加工。
撞击效应、溅射效应和注入效应。分为四类：离子束刻蚀、溅射镀膜、离子镀和离子注入。前三种都是利用离子的溅射效应，最后一种是基于注入效应。
3 8、电子束加工的原理、特点。
加工原理：利用高速电子冲击动能加工工件。在真空条件下，具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子动能转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发去除。
特点：1）细微聚焦：最细聚焦直径μm，是一种精细工艺；
2）能量密度高：蒸发去除材料，非接触加工无机械力；适合各种材料——脆性、韧性、导体、非导体加工；
3）生产率高：2.5mm厚钢板加工直径0.4mm孔，每秒50个；
4）控制容易：磁场/电场控制可对聚焦、强度、位置实现自动化控制；
5）真空中加工工件，环境无污染，加工不被氧化，适于纯度要求高的半导体加工；
6）真空系统及本体设备复杂，成本高。
39、离子束加工、电子束加工比较。
相同：都是真空的条件下，将能量聚焦到工件的面实现加工。
不同：1）离子带正电荷，质量比电子大数千倍至数万倍，在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，比电子束具有更大的撞击动能。
2）离子束加工将微观机械撞击能量转化为动能。
40、超声加工原理、超声加工的应用。
加工原理：利用振动频率超过16000Hz的工具头，通过悬浮液磨料对工件进行成型加工。
特点：(1) 适合加工硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石。也可加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率较低。
(2)工具可用软材料做成复杂形状,易于制造形状复杂的型孔。
(3) 宏观切削力小,可加工低刚度零件。
(4) 机床结构和工具简单，操作维修方便。
(5) 生产率低。
应用：（l）成形加工---- 硬脆材料成形加工。
（2）切割加工
（3）焊接加工
（4）超声清洗
41、水喷射加工原理、特点、应用。
原理：利用压力为200～400兆帕（最高可达1500兆帕）的高压水（或水与磨料的混合液从孔径为～0.4毫米的喷嘴孔中以每秒数百米至一千米以上的高速喷出，形成高能量密度的射流冲击工件,使材料破碎去除。又称高压水切割，或水刀。
特点： 1）切缝小,～0.4毫米；
2）切割速度高，如切割厚度为毫米胶合板的切割速度达1.7米／秒；
3）切削时无火花，无热效应，不引起表层组织变化。这种冷加工很适于对易爆易燃件加工。
4）切屑被液体带走,不致粉尘飞扬，避免环境污染。
5）减少了刀具准备、刃磨和调整，安装时间。
应用：主要用于切割各种非金属材料。切割厚度为几毫米至几十毫米，取决于喷射压力和材料的性质。可用于穿孔、切割薄金属材料、金属零件去毛刺和表面清理等42、各种特种加工方法应用。
精密切削：（暂缺）
磁性研磨：可研磨轴类零件内外圆表面，对钛合金的研磨效果较好。也可用来去毛刺；金饰业打磨洗净工作；表面抛光处理；去除氧化薄膜工作；烧结痕迹处理。
抛光：用于零件表面的装饰加工，或者消除前工序的加工痕迹，提高疲劳强度，不提高加工精度。
电火花加工：电火花小孔磨削、电火花镗磨、电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀、电火花共轭回转加工、聚晶金刚石等高阻抗材料电火花加工、金属电火花表面强化和刻字
电火花线切割：加工模具（各种形状的冲模，可切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板）；加工电火花成型加工用的电极（用铜钨、银钨合金类材料电极、带锥度型腔的电极，微细复杂形状的电极）；加工零件：（试制新产品，周期短、成本低；薄件多片叠在一起加工；品种多，数量少，特殊难加工材料的零件；各种型孔、凸轮、样板、成型刀具；微细加工，异形槽加工）
电解加工：深孔扩孔加工、深孔扩孔加工、套料加工、型腔加工、型面加工、电解倒棱去毛刺、电解刻字
电解抛光：电解抛光成本高，操作难度大且不易形成自动化，只用于一些对表面性能要求高的设备及工件
复合电解磨削：磨削各种高强度﹑高硬度﹑热敏性﹑脆性等难磨削的金属材料；磨削各种硬质合金刀具﹑塞规﹑耐磨衬套﹑模具平面和不锈钢注射针头等；电解磨削方式从平面磨削扩大到内圆磨削﹑外圆磨削和成形磨削。也可与珩磨和超精加工结合起来﹐成为电解珩磨和电解超精加工。
电铸成型：具有极高的复制精度和良好的机械性能，已在航空、仪器仪表、精密机械、模具制造等方面发挥日益重要的作用
电刷镀：修复零件磨损表面、实施超差产品补救；填补零件表面上的划伤、凹坑、斑蚀等缺陷；大型、复杂、单个小批工件的表面局部镀镍、铜、锌、镐、钨、金、银等防腐层，改善表面性能。
电子束：高速打孔、加工弯曲的型面、电子束焊接、电子束表面改性加工、电子束曝光
离子束：离子刻蚀、溅射镀膜加工
激光加工：激光焊接、激光切割、激光打孔、激光打标、激光热处理
超声加工：（l）成形加工---- 硬脆材料成形加工；（2）切割加工；（3）焊接加工；（4）超声清洗
水喷射：主要用于切割各种非金属材料。切割厚度为几毫米至几十毫米，取决于喷射压力和材料的性质。可用于穿孔、切割薄金属材料、金属零件去毛刺和表面清理等。