答案精密加工课后习题-黄.doc

1-1试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。精密和超精密加工是国际竞争取得成功的关键技术。许多现代技术产品需要高精度制造。发展尖端技术，发展国防工业，发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。1-2从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工精密加工： 加工精度0.11um表面粗糙度Ra在0.020.1um超精密加工：加工精度高于0.1um表面粗糙度Ra小于0.01um1-3精密和超精密加工现在包括那些领域。1）超精密切削（各种镜面）2）精密和超精密磨削研磨（集成电路基片和高精度磁盘）3）精密特种加工（电子束、离子束加工使美国超大规模集成电路线宽达到0.1um）1-4试展望精密和超精密加工技术的发展。对精密和超精密加工技术给予足够的重视，投入较多的人力物力进行研究和发展，在生产中稳定纳米加工，扩大应用亚微米加工技术，并开始纳米级加工的试验研究，则在1015年内有希望达到美国等先进国家的水平。可先在某些单项技术上取得突破，逐步使我国的精密和超精密加工技术达到国际先进水平。1-5我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何与发达国家相比，仍有不少的差距。不少精密机电产品尚靠进口。有些靠老工人手艺，且报废高。某些精密机电产品我国虽已能生产，但其中的核心关键部件仍需依靠进口，我国每年需进口大量尚不能生产的精密数控机床设备。1-6我国要发展精密和超精密加工技术，应重点发展哪些方面的内容?1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性3）超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿4）超精密加工的环境条件；5）超精密加工的材料2-1金刚石刀具超精密切削有哪些应用范围?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。用于加工陀螺仪、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、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜2-2金刚石刀具超精密切削的切削速度如何选择？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。2-3试述超精密切削时积削瘤的生成规律和它对切削过程和加工表面粗糙度的影响金刚石刀具精密切削有色金属，不用切削液，在所有进行实验的切削参数下都产生积削瘤。切削速度v较低时，积削瘤高度h0最高，当v314m/min时，积削瘤较小且趋于稳定进给量f很小时，积削瘤高度h0较大，在f=5um/r时h0值最小，f值再增大时，h0值稍有增加，背吃刀量ap25um时，积削瘤的高度h0变化不大，但在ap大于25um时，积削瘤的高度h0将随ap的值增加而增加。2-4试述各工艺参数对超精密切削表面质量的影响1）速度小表面粗糙，但使用切削液的情况下，切削速度的变化对加工表面的影响不大2）进给量和修光刃，使用修光刃的刀具，f0.02mm/r时，进给量对表面粗糙度影响不大3）切削刃形状，圆弧刃比直线刃更易对刀，更能得到高质量的表面。4）背吃刀量减小时表面粗糙度加大，但在刀具切削刃钝圆半径rn足够小（0.050.1um）2-5超精密切削时如何才能使加工表面成为优质的镜面？1）进给量f=2.5um/r，背吃刀量ap=2um时，不同切削速度均能得到晶面2）使用圆弧切削刃刀具，在进给量f5um/r时，均达到Rmax0.05um的镜面3）采用经过精密研磨的单晶天然金刚石刀具。2-6超精密切削时，金刚石刀具切削刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响如何？有明显的影响，用rn=0.6um的金刚石车刀，只能在较小的进给量和背吃刀量的条件下（ap=12um,f2.5um/r）可切出可切出Rmax=0.056um;更锋锐的刀具（rn=0.3um）,可以在较宽的切削条件下切出Rmax=0.056um的表面。2-7超精密切削时极限最小切削厚度是多少？hDmin=rn1-(Fp+uFf)/sqrt(Ff2 +Fp2)(1+u2)2-8试述超精密切削用金刚石刀具的磨损和破损特点。属于机械磨损，本质是微观解理的积累。当作用应力相同时，（110）面破损的机率最大，（111）面次之，（100）面产生破损的机率最小。2-9金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响如何？直接影响切削变形和加工表面质量，用100晶面做金刚石刀具的前面和后面，可使切削变形减小，并可减小后面与加工表面间的摩擦2-10工件材料的晶体方向对切削变形和加工表面质量的影响如何？单晶体材料有很高的各向异性，不同晶向的切削变形和切削力都不相同。不同晶向的加工表面粗糙度都不相同。相同晶面的切削，晶面方向发生变化，切削变形和加工表面粗糙度也不相同2-11脆性材料用超精密切削如何加工出优质表面？需要实现塑性切削，要求金刚石刀具很锋锐并有合理的切削角度，通过改变切削力作用方向来改变切削区的变形方向，使崩碎可能性小，其次，切削厚度极小，小于某临界值后，可实现塑性切削，能切出极好的优质表面。2-12超精密切削对刀具有哪些要求？为什么单晶金刚石是被公认为理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料？1）硬度高、耐磨性高和弹性模量高，保证寿命长和耐用度高2）切削刃钝圆及其锋锐，及半径rn极小，可实现超薄切削3）切削无缺陷4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低。使加工表面完整。天然单晶金刚石有以上一系列优异的特性2-13单晶金刚石有哪几个重要晶面？三个100、110、1112-14试述金刚石晶体的各向异性和不同晶面研磨时的好磨难磨方向。各项异性：对称轴不同，与4次对称轴垂直的是100面，与3次对称轴垂直的是111晶面晶面，与2次轴对称的是110晶面。网面最小单元不同，100是正方形，110为矩形，111为三角形，网面密度100：110：111为1：1.414：2.308网面距不同：100与110为均匀分布，分别为D/4=0.089mm，sqrt(2)D/4=0.126mm,111为宽窄交替宽为sqrt(3)D/4=0.154mm，窄为sqrt(3)D/12=0.1051mm解理现象：111面的面网宽面距比100和110都大，最易解理。好磨难磨方向可用图表示：100磨削率：111磨削率：110磨削率=5.8：1：12.82-15金刚石晶体有哪些定向方法？1）人工目测定向2）X射线定向3)激光定向2-16试述金刚石晶体的激光定向原理和方法。利用金刚石在不同晶面方向上,晶体结构不同,对激光反射形成的衍射图像不同而进行。2-17如何根据金刚石微观破损强度来选择金刚石刀具的晶面？在外力作用下，110面最易破损，111面次之，100面最不易破损，因此金刚石刀具的前面和后面应选择最不易破损的100面。2-18比较直线修光刃和圆弧修光刃金刚石刀具的优缺点。直线修光刃制造容易，可减少残留面积，减小加工表面粗糙度，长度通常取0.050.20mm。缺点是加长修光刃的长度对表面加工质量效果不大，对刀不易圆弧刃容易对刀，半径可取R=25mm。可加工高质量的超光滑表面，缺点是刀具制造复杂2-19试述金刚石刀具的前面应选哪个晶面选用100面，111面硬度高，而微观破损强度并不高，研磨加工困难。选用100面的原因：1）100面耐磨性高于110面，刀具使用寿命长2）100面微观破损强度高于110面，产生崩刃的机会小3）100面与有色金属之间的摩擦因数低于110晶面，使切削变形小，使加工表面的变形和残留应力小。有利于提高表面质量。2-20试述金刚石刀具的金刚石固定方法。1）机械加固2）用粉末冶金法固定3）使用粘结或钎焊固定2-21试述单晶金刚石刀具的研磨加工方法有粗研和精研粗研后的金刚石不能有大划痕、刀具切削刃不能有崩刃或其他缺陷，粗研与研磨方向、研磨速度和压力、使用的金刚石微粉的粒度等有关。精研加工是制造精密金刚石刀具的关键工序，与磨料粒度、研磨盘质量、研磨方向、精抛这些因素有关。2-22单晶金刚石刀具质量的好坏如何评定1）能否加工出高质量的超光滑表面（Ra=0.0050.02um）2）能否有较长的切削时间保持切削刃锋锐（一般要求切削长度数百千米），切出极高质量的加工表面。3-1何谓固结磨料加工?何谓游离磨料加工？它们各有何特点？适用于什么场合？固结磨料加工，使用固结磨具和涂覆磨具进行加工。将磨粒或微粉与结合剂粘合在一起，形成一定的形状并具有一定强度，再采用烧结、粘接、涂覆等方法形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。固结磨具用于精密砂轮磨削、油石研磨、精密研磨、精密超精加工，涂覆磨具用于精密砂带磨削、砂带研磨。游离磨料加工，加工时磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态，用于研磨和抛光。3-2试述超硬磨料磨具（金刚石砂轮、立方氮化硼砂轮）的特点。超硬磨料磨具为什么会成为精密加工和超精密加工的主要工具之一？1）磨具在形状和尺寸上易于保持，使用寿命高，磨削精度高。2）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。3）磨削时，一般工件温度较低，因此可以减小内应力、裂纹和烧伤等缺陷。精密加工和超精密加工要求能加工出质量高的表面。金刚石和立方氮化硼硬度高、耐磨性好。3-3在表示普通磨料磨具和超硬磨料磨具的技术性能时，有哪些技术性能的表示方法相同？有哪些技术性能的表示方法不同？为什么？相同：磨料的主要物理性能、磨料粒度、磨具强度，不同：组织和浓度、硬度普通磨具中磨料的含量用组织，反映磨料、结合剂、气孔三者之间体积的比例关系。超硬磨具中磨料含量用浓度，表示每1cm3体积中所含超硬磨料重量。普通磨具的硬度是指磨粒在外力作用下，自表面脱落的难易程度。超硬磨具没有硬度项3-4为什么在超硬磨料磨具的结构中一般由磨料层、过渡层和基体三个部分组成？过渡层起什么作用？普通磨料磨具的结构为什么与超硬磨料磨具的结构不同？由于金刚石、立方氮化硼的价格高、具有很好的耐磨性能，用它们制造的固结磨具与普通磨料固结磨具不同，除超硬磨料层外，还有过渡层和基体。过渡层用于连接基体和超硬磨料层，由结合剂构成，有时也可省去。3-5涂覆磨具在制造技术上的质量关键是哪些？粘接剂、涂覆方法3-6试述近年来涂覆磨具在精密和超精密加工中所占的地位。涂覆磨具是将磨料用粘接剂均匀地涂覆在纸、布或其他符合材料基底上的磨具。应用比较广泛，产品有干磨砂布、耐水砂纸、刚纸磨片、环状砂带、卷状砂带。3-7试述涂覆磨具制造中三种涂覆方法的特点和应用场合1）重力落砂法，用于砂布、砂纸2）涂覆法，用于小量生产纸质材料基底的砂带3）静电植砂法，广泛采用。3-8试从系统工程的角度分析精密磨削的技术关键精密磨削是指加工精度为10.1um、表面粗糙度达到Ra0.20.025um的磨削方法，又称为小粗糙度磨削，多用于机床主轴、轴承、液压导轨、量规等的精密加工。3-9试分析砂轮修整对精密磨削质量的影响。砂轮修整是精密磨削的关键之一，通过砂轮修整，可以提高磨料的使用寿命，形成等高性很好的微刃。使砂轮表面更平整，从而提高精密磨削质量。3-10精密磨削能获得高精度和小表面粗糙度表面的主要原因何在？精密磨削的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。3-11试分析超硬磨料砂轮的各种修整方法的机理、特点和应用范围1）车削法 用单粒天然金刚石笔、聚晶金刚石笔、修整片等车削金刚石砂轮达到修整目的。2）磨削法 用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整。修整陶瓷、金属结合剂金刚石砂轮等各种超硬磨料砂轮3）滚压挤压法 用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成的修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚，使结合剂破裂形成容削空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。多用于修锐4）喷射法 气压喷砂法：将碳化硅、刚玉磨粒从高速喷嘴喷射到传动的砂轮表面上，去除部分结合剂，使超硬磨粒突出。液压喷砂法，用高压泵打出流量为20L/min、压力为150Pa的冷却液，进入喷嘴的漩涡室时，形成低压，从边孔中吸入碳化硅或刚玉等磨粒及空气，与冷却液形成混合液，并以高速喷嘴喷射到转动的砂轮上。5）电加工法 电解修锐法 利用电化学腐蚀作用蚀除金属结合剂 多用于金属结合剂砂轮的修锐 电火花修整法 其原理是电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂轮，若在结合剂中加入石墨粉，也可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮6）超声波振动修整法 用受激振动的簧片或超声波振动头驱动的幅板作为修整器，并在砂轮和修整器间放入混油磨料，通过游离磨料撞击砂轮的结合剂使超硬磨粒突出结合剂。主要用于修锐3-12试分析普通磨料砂轮和超硬磨料砂轮在修整机理上的不同。修整是整形和修锐的总称。普通砂轮的整机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，有时，整形和修锐采用不同的方法。3-13在超硬磨料砂轮磨削时如何选用磨削液？由于超硬磨料砂轮组织紧密、气孔少、磨削过程中易被堵塞，故要求磨削液有良好的润滑性、冷却性、清洗性和渗透性。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通采用煤油，但不宜使用乳化液；树脂结合剂砂轮不宜食用苏打水。立方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，因为在高温下立方氮化硼磨粒和水会起化学反应，称水解作用，会加剧砂轮磨损。可加极压添加剂以减弱水解作用。3-14超精密磨削的含义是什么？镜面磨削的含义是什么？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。镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到Ra0.020.01um,表面光泽如镜的磨削方法。3-15试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。影响超精密磨削的因素很多，各因素之间又相互关连，所以超精密磨削是一个系统工程，超精密磨削需要一个高稳定性的工艺系统，对力、热、振动、材料组织、工作环境的温度和净化等都有很高的要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰能力，有了高稳定性，才能保证加工质量的要求。所以超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统。3-16试分析超硬微粉砂轮超精密磨削的特点。1）磨料粒度细，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）加工效率高3）需要进行在线修整4）需要有微进给装置的超精密磨床上进行，设备价格高3-17试比较精密砂轮磨削和精密砂带磨削的机理、特点和应用场合精密砂轮磨削的机理：1)微刃的微切削作用形成小粗糙度表面2）微刃的等高切削作用使加工表面残留高度极小。3）微刃的滑挤、摩擦、抛光作用减小表面粗糙度特点是残留高度小，表面精度高。应用于机床主轴、轴承、液压滑阀、滚动导轨、量规等的精密加工精密砂带磨削时弹性变形区的面积大，使磨粒承受的载荷大大减小，载荷值均匀，有减震作用。砂带的粒度均匀、等高性好、磨粒尖刃向上，有方向性，且切削刃间隔长，切削不易堵塞，有较好的切削性砂带磨削特点：1）弹性磨削2）冷态磨削3）磨削效率高4）砂带制作比砂轮简单方便。砂带可加工外圆、內圆、平面和成形表面。磨削头架可安装在卧式车床、立式车床、龙门刨床等机床上进行加工，很强的适应性。不仅可以加工各种金属材料，而且可加工木材、塑料、石材、水泥制品、橡胶等非金属材料以及单晶硅、陶瓷和宝石等硬脆材料。3-18比较闭式砂带磨削和开式砂带磨削的特点和应用场合闭式砂带磨削特点是效率高、噪声大、易发热。可用于粗、半精和精加工开式砂带磨削特点是磨削质量高，磨削效果好，但效果不如闭式砂带磨削，多用于精密和超精密磨削。3-19论述接触轮外缘截面形状及其结构对砂带磨削的影响接触轮外圆截面形状有平滑形用于细粒度砂带精磨、精密和超精密磨及研抛，填充形用于粗磨，齿形又有锯齿形用于粗磨和精磨，锯齿形用于粗磨3-20分析接触轮外缘材料的种类及其硬度对砂带磨削的影响。接触轮外缘材料种类很多，有钢、橡胶、胶木、帆布、充气橡胶等，硬度从硬到软，在砂带磨削的用途由重负荷磨削到轻负荷磨削，到精密抛光3-21如何处理砂带磨削时的冷润与除尘问题？湿磨要选择磨削液，磨削液选择要考虑加工表面粗糙度和被加工材料，考虑砂带粘结剂的种类，考虑基底材料，干磨要选用干磨剂除尘处理：设吸尘和集尘装置。可用封闭罩或吸尘管等结构将磨削液、切削、磨粒等汇集于集尘箱，通过过滤回收，磨削液再用。4-1 试述精密和超精密机床的国内外发展概况第二次世界大战前后精密机床的发展已逐渐完善成熟，主轴回转精度在1um以下，主轴振摆在0.40.5um，直线度可达1um/100mm。20世纪50年代末期，美国首先发展了金刚石刀具超精密切削技术20世纪80年代，超精密切削技术已应用到民用产品。现在，美国的DTM-3和LODTM大型机床是公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型超精密机床。我国虽已取得不小的成绩，但与国外相比仍有不少差距。4-2 试述我国发展超精密机床概况20世纪60年代开始发展精密机床。1987年北京密云机床研究所研制成功加工球面的JSC-027型超精密车床。最大加工直径400mm。1998年北京机床研究所制成的加工直径800mm的NAM-800型CNC超精密金刚石车床和SQUARE-200型超精密铣床，主轴回转精度达0.05um.。现在在研究加工直径为1m以上的立式超精密机床。4-3 以美国为例，说明精密机床的发展过程1962年，美国联合碳化物公司研制成功半球车床，是最早期的使用金刚石刀具实现超精密镜面切削的车床1968年，发展了Moore车床，主轴回转精度0.05um70年代，Pneumo公司生产了MSG-325型超精密车床，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向跳动均500N/um，x向采用平面液体润滑导轨，z向采用平面空气静压导轨3）导轨运动系统的驱动与控制 x轴、z轴的驱动有DC电动机与静压轴承的50mm的摩擦驱动轮驱动，频带宽10Hz，最大送进量2.5mm/s.并有PZT（PbZrO-PbT）陶瓷压电元件驱动刀具的微位移机构（范围：2.5um）进行误差修正。4）恒温控制及底座 在6m2空间内流体温度控制可达（200.0006），空气温度控制可达（200.005）.机床底座为价5万美元的6.4m4.6m1.5m的花岗岩，膨胀系数低，对振动的衰减能力比钢高15倍4-6 试述美国LLL实验室生产的LODTM大型光学金刚石车床的主要技术性能采用面积较大的推力轴承、7路高分辨率双频激光测量系统、使用He-Ne 双频激光测量器、使用4路激光检测横梁上溜板的运动、使用3路激光检测刀架上下运动位置、使用在线测量和误差补偿以提高加工精度、发热部件用恒温水冷却，水温控制在（200.0005）、大地基，地基周围有防振沟、用4个大空气弹簧支撑起来，有两个空气弹簧气室是连通的。4-7试述美国Cranfield公司生产的OAGM2500大型超精密机床的必要性三轴联动数控、x和y向导轨采用液体静压、z向的磨轴头和测量头采用空气轴承。床身采用型钢焊接结构。中间用人造花岗岩、精密数控驱动、采用分辨率为2.5nm的ZYGO AXIOM双频激光测量系统检测运动位置。4-8 举例说明发展高效专用多功能超精密机床的必要性精密机床是实现精密加工的首要基础条件，发展高效专用多功能的超精密机床能促进国家的微电子和家电工业的发展。日本研究超精密切削技术和研制超精密机床虽然起步较晚，但由于得到有关方面的重视和协同努力，发展很快，多功能和高效专用超精密机床在日本发展较好，促进了日本微电子和家电工业的发展，促进了经济的发展。4-9 为什么超精密机床大部分都采用空气轴承，它有哪些优缺点由于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的应用。优点：回转精密高、高速转动时温升小热变形误差小缺点：刚度低、承受载荷小。4-10 空气主轴轴承有哪些常用的机构形式？它有哪些优缺点？1、圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承。优点：能自动调整定心。采用多孔石墨的轴衬代替输入空气的小孔节流，效果好、使用多孔石墨在没有空气状态下轴如少量旋转，不会和轴套咬住使主轴损坏，缺点是这种多孔石墨要求组织均匀、各处透气率相同，制造技术难度大。2、双半球空气轴承主轴。优点：气浮面是球面有自动调心作用，当轴承尺寸较大时，可以有较高的刚度和较大的承载能力。3、前部用球形，后部用圆柱径向空气轴承的主轴。优点：一端是球形，起到径向和轴向推力轴承的作用，并有自动调心作用。缺点：刚度和承载能力不高4、立式空气轴承。优点：下止推面大于上止推面，以平衡主轴的重量，使上下止推面的空气间隙相等，处于最佳状态。径向轴承制成圆弧面，可起到自动调心、提高精度的作用。4-11 超精密主轴有哪些驱动方式？各自的优缺点是什么？1、电动机通过带传动驱动机床主轴。优点：无极调速、减少振动。缺点：超精密机床多数采用T形总布局，这种方式，十分不便。2、电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴。优点：主轴部件结构紧凑、无级调速、消除振动和回转误差。缺点：主轴轴向长度较大，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：消除电刷磨损对电动机的影响，回转精度高，主轴轴箱的轴向长度缩短，主轴箱成为一个独立的、很方便移动的部件。缺点：主轴部件热变形，需要通恒温油（或水）冷却。4-12 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。优点：主轴箱位置固定，刀架在十字形滑板（或溜板）工作台上。缺点：激光干涉测量系统的激光光路需要封闭结构，增加了工作台体积。2、T形布局。优点：z向和x向运动相互独立，误差不累加，测量系统的安装简单，测量精度高。3、R-布局。优点：可加工平面和各种凹凸非球曲面。缺点：高精度的圆弧导轨制造不易，加工调整用极坐标不是直角坐标，用的不多。4、偏心圆转角布局。优点：加工球面和平面时，完全不需要导轨的直线运动，故加工精度和表面质量高，机床结构简单紧凑。5、立式结构布局。优点：加工工件直径较大并且重量较重。4-13 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：工艺性好，耐磨性好、热膨胀系数低、对振动衰减能力、经时效消除内应力。缺点：容易生锈2、花岗岩。优点：长期尺寸稳定性好、热膨胀系数低、对振动衰减能力强、硬度高、耐磨、不会生锈。缺点：交给你小孔和螺纹比较困难。主要缺点是吸湿性，产生微量变形，影响精度。3、人造花岗岩。优点：可铸造成形、吸湿性低、对振动的衰减能力加强。4-14 简述精密和超精密机床的导轨结构形式，并说明各自的优缺点1、滚动导轨。优点：直线运动精度高，达到微米级，磨擦因数极低，仅0.0020.0032、液体静压导轨。优点：导轨刚度高，能承受大的载重，直线运动精度高并且平稳，无爬行现象。缺点：左右不对称，因此甚难做到极高精度。3、气浮导轨。优点：直线运动精度高，导轨无爬行现象，无摩擦。缺点：刚度低于空气静压导轨，受压缩空气压力波动影响大。4、空气静压导轨。优点：比气浮导轨刚度和运动精度高，摩擦力小，不易发热，没有温升。缺点：需要静压空气节流方式用的多孔石墨制造不易。4-15 试述滚珠丝杠驱动系统的结构和优缺点滚珠在丝杠和螺母的螺纹槽内滚动，因此摩擦力小。滚珠在螺母内有再循环通道，行程长度不受滚珠限制。优点：丝杠的螺纹槽精度高。有在线检测系统作为进给量的检测和反馈。缺点：进给全行程中丝杠和螺母配合的松紧度有变化，影响进给运动的平稳性。4-16 试述超精密机床中使用的摩擦驱动机构的原理、结构和优缺点和导轨运动体相联的驱动杆夹在两个摩擦轮之间。上摩擦轮是用弹簧压板压在驱动杆上，当弹簧压板压力足够时，摩擦轮和驱动杆之间将无滑动。两个摩擦轮均有静压轴承支承，可以无摩擦转动。下摩擦轮和直流电动机相连，带动下摩擦轮旋转，靠摩擦力带动驱动杆，带动导轨做非常平稳的直线运动。优点：直线运动平稳，直线精度高。缺点：要求下摩擦轮直径小，结构设计困难4-17 精密加工对微量进给装置的性能要求是什么？1）精微进给和粗进给分开，提高微位移的精度、分辨率和稳定性2）运动部分必须是低摩擦和高稳定度的。3）末级传动元件及夹金刚石刀具处刚度要求高4）微量进给机构内部联接必须是可靠联接。5）工艺性好，容易制造6）微量进给机构应具有好的动特性，高频响7）微量进给机构能实现微进给的自动控制4-18 试述压电和电致伸缩传感器的结构和主要性能结构：平时电致伸缩陶瓷片两片一对，中间通正电，两侧通负电，将很多对陶瓷片叠在一起，正极联在一起。主要性能：电容3uF，自振频率100Hz，最大伸长量12um，承受最大压力750N，滞后2%，蠕变2%，使用温度040，线膨胀系数10-6/，弹性模量16106，最大拉伸力350N，响应时间100us4-19 介绍几种典型的压电式或电致伸缩式微进给装置的原理、结构和性能1、日本冈崎佑一研究的微量进给装置压电传感器后侧为固定支承，刀架体上有4个圆孔和台体外侧面形成薄壁并行元件，在圆孔间用三条缝开通，使前面装车刀部分和台体间能做前后弹性变形位移。当压电传感器在电压作用下伸长时，将推动前面装刀具部分向前移动实现微位移。2、美国FTS微量进给装置压电伸缩传感器后端支承在固定的装置本体上。刀具装在前部为锥形后部为套筒形的位移部件上，这位移部件有前后各一薄膜（弹性变形元件）支承在固定的本体上。当压电伸缩传感器在电压作用下向前伸长时，推动前面带刀具的位移部件向前移动。实现微位移。3、英国Cranfield公司微量进给装置压电伸缩传感器后端支承在装置的本体上，用螺钉可以进行预载加力。位移部分由两个薄膜（弹性变形元件）支承在本体的外圆筒中。当电致伸缩传感器在电压作用下伸长时，推动带刀具的位移部分向前移动，实现微量进给。4、新结构微量进给装置微量进给装置本体、弹性变形元件、位移进给部分是由整体材料制成，是一整体结构。电致伸缩传感器后端有调节螺钉，可以很方便地调整预载力。电致伸缩传感器在电压作用下伸长时，推动前面的刀具的位移部分前进，实现微量进给。优点：结构简单、体积小、使用方便、微位移稳定可靠。4-20 介绍一种两坐标部件位移的激光在线检测系统美国Pneumo公司MSG-325超精密机床的激光检测系统。主轴箱装做Z向运动，刀架做X向运动。双频激光发生器发出的激光经分光镜分成两路，分别测Z向和X向的位移。测量系统分辨率为0.01um。测量系统除移动的测量反射镜是安装在移动部件随主轴箱和刀架移动外，其余整个测量系统是固定安装在花岗岩床身上。测量精度达0.1um4-21 介绍一种三坐标部件位移的激光在线检测系统三坐标测量机多数装有双频激光在线位移测量系统（少数使用光栅尺），测量分辨率为0.01um，测量精度在0.1um，激光器出来的激光经分光镜分成三路激光，分别测x、y、z三个方向的移动位移。三坐标测量机装上了激光位移在线测量系统后，不仅提高了测量精度，而且可以实现测量的自动化4-22 提高机床结构的抗振性和减少机床内部振动有哪些办法？1、各运动部件都应经过精密动平衡，消灭或减少机床内部的振源2、提高机床结构的抗振性3、在机床结构的易振动部分，人为的加入阻尼，减小振动4、使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件4-23 精密和超精密机床的隔振防振措施有哪些？1、超精密机床应尽量远离振源2、超精密机床采用单独地基、隔振沟、隔振墙等3、使用空气隔振垫（亦称空气弹簧）4-24 试述温度变化对精密机床和精密加工误差的影响精密加工中机床热变形和工件温升引起的加工误差占纵误差的40%70%。磨削直径是100的零件，温升10将产生11um的误差。精密加工铝合金零件100mm长时，温度变化1，将产生2.25um的误差。若要求确保0.1um的加工精度，环境温度就需要控制在0.05范围内。要提高机床的加工精度，必须严格控制温度变化。4-25 减少机床热变形的措施有哪些？1、尽量减少机床中的热源2、采用热膨胀系数小的材料制造机床部件3、结构合理化4、使机床长期处在热平衡状态5、使用大量的恒温液体浇淋4-26 美国LLL实验室对大型超精密车床如何进行恒温控制？达到什么水平？使用两级水冷式热交换器，用测热传感器测量进入的空气的温度，反馈控制热交换器的水流量，空气温度可控制在0.005的变化范围内。机床的重要部件的温度是直接用恒温水流来控制的。主轴的径向和推力轴承都是带夹层的，可以通过恒温水流。进入机床的恒温水，流量为6.3L/s。通过热交换器，改变冰冷水的流量。可以使恒温水的温度变化控制在（200.005）内。5-1 试述精密加工中测量技术的新发展1、极高精度测量方法和测量仪器的发展2、精密在线自动测量技术的发展3、测量数据的自动采集处理技术的发展。5-2 试述精密测量需要的环境条件1、恒温条件2、隔振条件3、气压、自重、运动加速度和其他环境条件。5-3 怎样选择量具和量仪的材料？1、根据材料线膨胀系数选择2、根据材料的稳定性和耐磨性选择5-4 我国采用的长度标准是什么？现在国际上用的长度基准是什么？我国用米制，国际长用米制，规定1m=光在真空中在（1/299792458）s内行走的长度。5-5 如何正确使用量块以达到较高的测量精度？需要将各级精度的量块检定出其长度的实际值，使用时取检定所得两块实际长度，将检定量块长度实际值的测量极限误差作为误差处理。需要将几块两块拼合成要求的尺寸。每两量块间的拼合面有油膜，将使长度增加6nm左右。为提高量块测量精度，应使用最少量块数拼合出要求的尺寸。5-6 精加工工厂如何选用自己的长度基准？可以使用经国家检定的自己的长度基准。5-7 铸铁和花岗岩测量平台比较，各有哪些优缺点？铸铁，优点：耐磨性好，短期稳定性好，缺点：易受潮会生锈，碰撞时表面会出毛刺。花岗岩，优点：耐磨性好，长期稳定性好，受潮不生锈，碰撞时出现小坑但没有毛刺，缺点：受潮会变形。5-8 简述直线度和直线运动精度的检测原理和方法直线度检测：检测长度短时，可用刀口形直尺检测，根据光隙大小测知表面的直线度。检测长度较长时，可采用分段检测其水平倾角，经数据处理得到表面的直线度。直线运动精度检测：在溜板（运动导轨）上安放高精度平尺，用测微仪检测其直线运动的直线度误差。在直线运动的精度很高时，用上述方法先检测一次，然后将平尺在原位反转（如原来测量面向左，翻转后测量面向后）再测一次，两次测量结果同位置相加，则平尺本身的误差正负相消，余下的误差即为直线运动的直线误差。5-9 简述平面度的检测原理和方法小面积高精度的平面度常用光学平晶观察其干涉条纹形状而测出其平面度误差大面积时，可将被测表面划定不同方向的直线若干条，检测其直线度，综合后即得到该表面的平面度误差。5-10 简述零件垂直度的检测方法零件中垂直度的检测，经常在测量平台上用直角尺检测。L形、T形、圆柱形5-11 试述使用圆光栅和圆感应同步器的精密测量转台的主要优点和它能达到的测量精度优点：测角精度高、易于实现自动化测量、测量系统不存在磨损问题。分辨率0.1测量精度0.30.55-12 试述精密多齿分度盘的测角原理，主要优点和能达到的测角精度多齿分度盘是由两个直径、齿数和齿形都相同的精度很高的上、下端面齿盘组成。工作时，上下齿盘在一定的轴向力下强迫啮合，所有齿产生变形后全部都接触，由于圆周封闭的特点，产生齿距误差的抵消均化作用，使偏差总和接近于零，保证端齿盘有很高分度精度。优点：自动定心、重复性好、无角位移空程、操作简便、使用寿命长。精度达0.050.1.5-13 试述精密多齿分度盘的小角度分度器的测量原理、结构和测角精度采用细牙的精密千分丝杆来获得移动的高放大倍数(约为1400：1)。千分丝杆和下齿盘相联，其端面固连于底座的硬质合金小轮上，千分丝杆3转下齿盘旋转15。千分丝杆靠直径100mm刻度盘的手轮转动，刻度盘上加游标使读书的分辨率达到0.15-14 试述用两个多齿分度盘互检标定的原理和方法利用圆周360度封闭的原理。方法：将两多齿分度盘叠放（两轴线尽量重合），顶上方子准直光管的反射镜，将自准直光管对准调零。将多齿分度盘2转过A角（360能等分的角），再将多齿分度1逆转名义值相同的X角，用自准直光管记下误差值（X-A）；分度盘2转同样名义值的B角，分度盘1仍逆转X角，再记下误差值；继续检测直到多齿分度盘2已转完360度。5-15 圆度有哪些测量方法直径法、圆周界限量规、在顶尖上旋转法、V形块法、三点测头法、圆度仪法、三点法（或两点法）在线测量。5-16 试述圆度误差的评定方法？1）最小外接圆法。先求出包容实际轮廓曲线且半径为最小的外接圆，然后再画出和它同心且半径最小的外接圆，这两圆的半径差即为圆度误差2）最大内接圆法。先求出内切于实际轮廓且半径为最大的内接圆，然后再画出和他同心且半径最小的外接圆，两圆的半径差即为圆度误差。3）最小包容区域圆法。即最小半径法。包容实际轮廓且半径差为最小的两个同心圆的半径差为圆度误差。5-17 圆度仪有哪两种结构形式？各自的优缺点如何？一种是测量头随主轴（以下简称测量轴）旋转，被测件固定在工作台面上不动，优点：精度高，缺点：不易测量圆柱度、同轴度、平面度和垂直度一种是结构形式是测量头固定不动，被测件随旋转工作台转动而进行测量。优点：即可测圆度，又可测圆柱度、同轴度、端面的平面度、端面和轴线的垂直度，轴线直线度等。5-18 试述主轴回转精度的测量原理和方法1、用高精度钢球测量主轴径向跳动。测出的径向跳动包含机床主轴的回转误差和钢球的圆度误差，由于钢球圆度误差比主轴回转误差小很多，可以忽略不计，故测出的径向跳动值，就是机床的回转误差。2、用三点误差分离原理测精密主轴的回转误差。5-19 试述单频激光测长度的原理光程的变化造成干涉条纹亮暗变化，被测件每移动/2（为激光波长），干涉条纹亮暗变化一周期，通过相位板获得两路相位差90度的干涉条纹信号的细分和辨向，再通过干涉测量器最后成为具有长度单位当量的脉冲，显示出被测件的移动距离。5-20 试述双频激光测长度的原理，为何它比单频激光测量的精度高？双频激光干涉测量系统受环境干扰的影响比单频激光测量系统要小很多，使测量精度大为提高。将光源通过轴向强磁场分裂成两个频率的圆偏振光。得到一个频率差。一路光经过干涉测量器做参考信号，其余大部分激光刀偏振分光镜，这两路光透过反射棱镜再经过偏振分光镜汇合，经过干涉测量器再获得拍频信号和之前的频率差做比较。得到具有长度单位当量的交流电信号。5-21 试述激光测小角度的原理双频激光f1、f2通过偏振分光镜，垂直的线振偏光全部反射，经反射镜到测小角度的双反射棱镜的上棱镜而反射回去，频率为f1f1，另一路水平光f2透过偏光镜到双反射棱镜的下棱镜反射回去，频率为f2f2，这两路光经偏振分光镜汇合，如果反射棱镜倾斜角，f1f2，读数将显示2l,双棱镜距离D为定值，tan=l/D5-22 试述激光测量中使用空气参数补偿的必要性和加补偿后效果环境条件较差时，误差值可能较大，故空气参数补偿在要求较高测量精度时时十分必要的。加空气参数补偿后测量精度大大提高。5-23 使用光纤传输的激光测量系统有哪些优点？存在什么问题优点：激光头可以随意放置，没有传输激光的固定封闭管路，给使用者带了极大方便，很受欢迎问题：不能使用光纤传输。5-24 试述接触式激光干涉测量表面形貌和表面粗糙度的原理激光通过分光镜片分成两路，一路经固定透镜反射，另一路经测针臂透镜反射，两路激光产生干涉，干涉条纹的相位和移动反射镜的唯一成正比。金刚石测针做水平扫描，测针随被测表面的廓形高低做垂直运动，移动反射镜做相应垂直运动。得到激光干涉条纹图，再通过相应的计算机软件处理，得到被测表面的形貌和粗糙度。5-25 试述非接触式激光干涉测量表面形貌和表面粗糙度的原理经分光镜得到的极细激光束，一路照射到工件表面的固定参考点，另一路激光在被测表面做水平扫描，将随被测表面廓形高低而产生相位变化。两路激光产生干涉，干涉条纹的相位将随廓形高低而变化。对表面扫描可得到相对应于该表面廓形的激光干涉条纹图像。5-26 简述精密自由曲面的测量原理自由曲面的测量是使用坐标法，用精密形貌测量仪测出表面廓形上个点的坐标尺寸，再将测量结果转化为三维立体彩色图形。5-27 简述已知设计模型的自由曲面的测量结果评定原理将得到的测量面和理论曲面经过一定的坐标变换，达到最佳匹配，选择一定的评定参数，即可进行形貌误差评估。5-28 简述未知设计模型的自由曲面的测量结果评定原理首先重构基准曲面来实现测量面的误差评定。得到重构的基准曲面后，与测量面进行比较，得出测量面的误差评定。5-29 简述测量精密自由曲面时的粗糙度和评定原理将该表面的基准自由曲面进行分离，才能得到能做表面粗糙度评定的表面微观廓形。可用普通粗糙度评定方法进行评定。6-1 从提高加工精度的角度来看，试论述误差的隔离和消除、误差的补偿两条途径的实质和特点1、误差的隔离和消除，即找出加工中误差产生的根源，采取相应措施，使误差不产生或少产生。2、误差的补偿，立足于用相应的措施去“钝化”、抵消、均化误差，使误差减小，是一种“后天”措施，不是“先天”措施。6-2 试阐述离线检测、在位检测和在线检测的含义，并分析其特点1、离线检测是工件加工完毕后，从机床上取下，在机床旁或在检测室中进行检测。只能检测加工后的结果，不一定能反映加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程中的变化，但精度高2、在位检测是工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的情况下进行检测，称之为在位检测只能检测加工后的结果，不一定能反映加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程中的变化，但其检测结果更接近实际加工情况3、在先检测是工件在加工过程中的同时进行检测1）能够连续检测加工过程中的变化2）检测结果能反映实际加工情况3）检测难度大4）对传感器性能要求高5）在线检测一般是自动运行6-3 试论述进行在线检测的条件检测传感器的安置，切削液和切屑的状况，传感器的性能（灵敏度、频响、稳定性、抗干扰能力等）及尺寸等都会影响在线检测的可能性和测量结果的准确性。6-4 试述误差补偿的概念及其各种形式在机械加工中出现的误差采用修正、抵消、均化、“钝化”等措施使误差减小或消除修正、抵消、均化、“钝化”6-5 举例说明误差修正、误差校正、误差均化、误差“纯化”、误差分离等概念1、通过杠杆将修正尺和母丝杆的螺母联接起来，修正尺上的修正曲线使母丝杆的螺母做附加微小转动，从而使刀架产生附加微小位移来补偿母丝杆的螺距误差，这是修正法、或称校正法2、多齿分度盘采用四点易位对角研磨法进行终加工。研磨时上齿盘上下运动与下齿盘产生研磨运动，两盘之间有研磨剂，上齿盘以正转180度后反转90度的顺序转位，其位置为0度-180度-90度-270度-180度-360度-270度-90度-0度，八次为一循环，一次循环后，上齿盘相对下齿盘转动一个齿，再进行下一个循环，直至全部齿转完，这种研磨方式是使齿距误差充分均化，可得到很高的分度精度，是一种误差补偿方式。3、车削加工时，刀具安装在水平方向位置时，刀尖位置下降不处于误差敏感方向，刀具安装在垂直方向位置时，刀尖位置下降正是处于误差敏感方向。使误差出现在与误差敏感方向相垂直的地方就会减小其影响，就是误差“钝化”4、在测量精密轴系径向圆跳动时，常在其主轴上安装一个标准球，通过测量标准球的径向圆跳动作为该轴系的径向圆跳动。实际上，其检测结果包含了标准球的形状误差。对于精密轴系来说不容忽视，因此要将这部分误差分离出去，通常是在测量后通过数据处理来进行。就是误差分离。6-6 试述软件误差补偿与硬件误差补偿的特点及其相互间的关系软件补偿和硬件补偿的区分是看补偿信息是由软件还是由硬件产生的。软件补偿的特点：1、动态性能高，补偿值随工作状态的变化而即时变化，具有柔性。2、要有计算机控制系统3、补偿系统机械结构简单、经济、工作方便可靠。6-7 论述综合误差补偿、多维误差补偿、预报型误差补偿的含义和意义多维误差补偿是在多坐标上进行的误差补偿，其难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来的误差补偿技术。对工件尺寸、形状和位置误差同时进行综合补偿，其中包括对尺寸、形状和位置一种误差中的多项误差进行综合补偿，如圆度和圆柱度的同时补偿。实现了多加工过程的误差补偿。预报型补偿利用在线随机建模理论、先进的传感技术、计算机技术、微位移技术等。可以对随机误差进行建模和预报，对动态误差进行实时补偿。它是时间序列分析、预报与控制在制造技术中的应用。6-8 试述误差补偿的过程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。6-9 试述误差补偿系统的组成及各组成部分的作用1）误差信号的检测，是误差补偿控制的前提和基础，由误差检测系统来完成。2）误差信号的处理，分离不需要的信号，提取所需要的误差信号，并能够满足误差补偿的要求3）误差信号的建模，建模就是要找出工件加工误差与在补偿作用点上补偿控制量之间的关系，称之为误差模型4）补偿控制，根据所建立的误差模型，并根据实际加工过程，用计算机计算欲补偿的误差值，输出补偿控制量，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，是具体执行补偿动作的，设置在补偿点上。6-10试分析三点法误差分离方法的特点和应用主要用于测量工件圆度误差。三点法只有在主轴回转完整一周后，才能求得其回转误差，因此，虽是一种在线检测方法，但不能用于实时控制。6-11 试分析三种转位误差分离原理及其在误差测量中的应用1、反转法 测量时只作一次转位，即工件与测头传感器均相对于轴系回转180度。反转法简单方便，但不能用于实时控制，也不能用于轴向运动误差的测量。2、闭合等角转位法，每次转位时，测头不动，工件相对于轴系转角，共测m个位置，m=360度，可得m组数据。用于测量径向和轴向运动误差。3、对称转位法 在0度位置测完后，测头不动，工件相对于轴系各作一次+、-转位角，+转位角与-转位角方向相反，可取转位角等于采样间隔角，一共可得到3组数据。用于测量径向和轴向运动误差。6-12 平面类形状位置误差的测量中，利用哪些方法来分离误差，它们在原理上有哪些共同点1、反转法2、平移法3、两点法4、三点法测头安装在机床直线运动部件上6-13 分析图6-12中车削工件圆度和圆柱度误差补偿的原理和特点微处理器通过实践序列分析方法，进行误差在线建模，根据所建立的模型预报外圆磨床主轴在补偿点上的径向圆跳动误差补偿运动值，通过控制液压伺服驱动机构推动工件沿砂轮径向进给，进行工件圆度的补偿控制磨削。6-14 通过在线检测与误差补偿系统应用实例（图6-11、图6-12、图6-13、图6-14、图6-15）总结在线检测与误差补偿的特点利用在线检测与误差补偿系统可以广泛应用于车削、磨削、镗削、立铣、数铣、精密丝杆螺距的工件加工，大大提高了工件加工的形状精度。6-15 试述微位移系统的作用及其组成微位移系统一般由微位移机构、检测装置和控制系统所组成。目的是要实现小行程（一般小于毫米级）、高灵敏度和高精度（一般为亚微米、纳米级）的位移。6-16 分析各种位移机构和器件的性能、特点及其应用场合1、机械类微位移机构，利用一些巧妙的机械结构来实现微位移。特点：精度不能太高、结构复杂、制造技术难度大、性能比较稳定、价格便宜、使用方便。应用于凸轮、斜面、精密丝杆螺母副、差动丝杆螺母副、杠杆、精密齿轮齿条和蜗杆副、弹性变形件等。2、液压类微位移机构，采用液压为动力、弹性膜片为弹性变形元件实现微位移。应用于液压机床、静压主轴。3、电动类微位移机构，利用电热转换，使材料受热伸长而微位移。可制成电热伸缩筒或电热伸缩棒等微位移器件。6-17 分析平行弹性导轨微位移工作台的特点及其应用特点：高精度、高稳定性、无摩擦、无间隙和无爬行现象等特点。用作位移元件、传感元件、量测元件、柔性铰链和弹性导轨。6-18 分析电磁控制微位移工作台的特点及其应用特点：结构简单、控制系统易于实现、行程大、驱动力也较大、位移分辨率可达0.1um应用广泛，有单坐标、双坐标甚至多坐标的电磁控制微位移工作台。6-19 分析电致伸缩位移工作台的特点及其应用特点：结构紧凑、体积小、分辨率高、无发热现象、控制简单广泛应用于各种微位移工作台中。6-20 分析压电效应微位移工作台的特点及其应用用于压电效应微位移工作台用的压电晶体灵敏度高、机电耦合系数大、材料性能稳定性好、相变温度高。应用于尺艧式压电陶瓷电动机、两坐标电致伸缩微位移工作台、三坐标压电微位移工作台、多坐标微位移工作台。6-21 试比较电致伸缩材料和压电材料的特点电致伸缩材料有逆压电效应和电致伸缩效应，是电介质在电场作用下产生变形的基本电耦合效应。压电材料与有电致伸缩性能，但其伸长量和电场的极性有关。但电致伸缩材料的伸长则和电场的极性无关。无论正电场或负电场，电压的绝对值增加时它的伸长量都将增大。6-22 如何应用柔性铰链形成的连杆