自考精加工与特种加工上海大学.docx
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自考精加工与特种加工上海大学
2
一超精密切削机理
1)什么是影响表面粗糙度的因素(刀具锋锐度)
不同背吃刀量时的加工表面粗糙度
不同进给量时的加工表面粗糙度:
锋锐的金刚石车刀加工表面粗糙度值较小,差别是很明显的
不同切削速度时的加工表面粗糙度
2)超精切削对刀具五点要求(使金刚石刀具材料性能决定精密加工唯一选择
1、极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量,以保证道具有很长的寿命和很高的尺寸耐磨度
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。
3)金刚石刀具设计好磨难磨研磨时各向异性刀具前刀面后刀面选择
金刚石的3个主要晶面磨削方向不同时,磨削率相差甚大。
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”P34图2-39
研磨时各向异性:
刀具前刀面、后刀面的选择:
P42
4)金刚石刀具制作晶面定向
人工目测定向:
是最方便最实用的晶体定向方法,但对于不规整的晶体或已经磨制加工过的金刚石,目测定向方法就无法使用了;
X射线晶体定向:
X光的晶体定向精度高,且对已经加工过的金刚石亦可恨方便地进行晶体定向。
缺点:
只能在实验中使用,且价格较高;X光对人体有害,对操作者要求防护,因此对操作者要求防护,因此操作比较费事。
激光晶体定向:
所用的设备价格低,操作方便,有足够的定向精度,是一种较好的实用的新晶体定向方法。
优点:
1)价格便宜,约为X射线警惕定向
5)金刚石刀具的制作.
3
1.固结磨料加工形式
将磨粒或微粉与结合剂粘结在一起,形成一定的形状并具有一定强度,再采用烧结、粘接、涂覆等方法形成的砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。
其中用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等称为固结磨具;
2.磨具砂轮基本性能指标(普通砂轮与超精密砂轮的区别)
1)磨料及其选择
2)磨料粒度及其选择
3)结合剂及其选择
4)组织和浓度及其选择:
普通磨具中磨料的含量用组织表示
超硬磨具中磨料用浓度表示
5)硬度及其选择
普通磨具的硬度是指磨粒在外力作用下,自磨料表面脱落的难易程度
超硬磨具中,由于超硬磨料耐磨性高,又比较昂贵,硬度一般较高,在其标志中无硬度项
6)磨具的强度
7)磨具的形状和尺寸及其基本材料
3.精密磨削砂轮修整方法不同于普通砂轮磨削(修锐整形分开)P53
砂轮修整是精密磨削的关键之一,修整方法:
单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型休整期修整和金刚石超声波修整等!
4.超硬磨料砂轮的特点
1)可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料
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
5)加工成本低
5.砂带与砂轮磨削区别(柔性刚性)
P48P69
6.砂带磨削接触轮材料型面选择与砂带磨削生产率的关系P73
在砂带切削头架中,最重要而关键的零件时接触轮,轮毂和外缘有不同材料制成,
主要参数:
外缘材料、硬度、表面形状(平滑型、标准齿形、宽齿型和交叉齿形)及尺寸
7.试从系统工程的角度来分析超精密切削能达到高质量的原因(后练习3-15题)P62
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、搞稳定性的系统。
4
1.超精密机床主轴支承部件结构类型特点
P86-89
一、液体静压轴承主轴
结构:
一般有由两个相对的止推面做在轴的同一端。
由径向轴承、推力轴承、真空吸盘组成
优点:
刚度和回转精度高
缺点:
油温升高造成热变形,影响主轴精度;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,一次将降低液体静压轴承的刚度和动特性。
二、空气静压轴承主轴
优点:
回转精度很高,在高速运动时温升甚小,热变形误差很小
缺点:
刚度低,只能承受较小的载荷
结构:
1)圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承
与液体静压轴承主轴结构基本相同,只是节流孔和气腔大小形状不同。
结构简单,但要求前后径向轴承有很高的同轴度,径向轴承和推力轴承有很高的垂直度,因此要求很高的制造工艺水平
2)双半球空气轴承主轴
前后轴承均采用半球状,既是径向轴承又是推力轴承,轴承气浮面为球面,有自动调心作用,因此可以提高前后轴承的同轴度,提高主轴的回转精度
3)前部用球形,后部用圆柱径向空气轴承的主轴
一端为球形,同时起到径向和轴向推力轴承的作用,并有自动调心的作用,可以提高前轴承和后轴承的同轴度,从而提高主轴回转精度。
刚度和承载能力均不高,优化轴承参数可以提高其刚度和承载能力。
4)立式空气轴承
空气推力轴承的下止推面都大于上止推面的空气间隙相等,都处于最佳状态;径向轴承制成圆弧面,可起到自动调心、提高精度的作用。
5)大平面铣床的主轴轴承
2.主轴单元的驱动电机与主轴部件连接形式类型特点
P90
1)电动机通过带传动驱动机床主轴
电动机采用直流电动机或交流变频电动机,这种电动机可以无极调速,不用齿轮调速以减小振动;传动带用柔软的无接缝的丝质材料制成;通过柔性联轴器和机床主轴相联;
采用上述措施主要是使主轴尽可能和振动隔离。
2)电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴
电动机和机床主轴在同一轴线上,同多电磁联轴器或其他柔性联轴器和超精密机床的主轴相连;电机采用直流电动机或交流变频电动机;用柔性联轴器消除电动机轴和机床轴不同轴引起的振动和回转误差。
3)采用内装式同轴电动机驱动机床主轴
电动机是专制的内装式的,电动机轴即为机床主轴。
电动机采用无刷直流电动机
问题:
电动机工作时,定子将发热产生温升,使主轴部件产生热变形。
采取强制通气冷却或定子外壳做成夹层,通恒温油或水冷却
3.超精密机床进给驱动元件类型特点结构
P98-100
一、滚珠丝杆副驱动
滚珠丝杠副要求正转和反转没有回程间隙,否则数控系统控制进给将得不到要求的精度,这要求滚珠丝杠和配合螺母有一定的预载过盈。
使用时都有精密在线检测系统作为进给量的检测和反馈
主要问题:
在进给行程中丝杠和螺母配合的松紧程度有变化,影响进给运动的平稳性
二、摩擦驱动
和导轨运动体相联的驱动杆夹在两个摩擦轮之间,上摩擦轮用弹簧压板压在驱动杆上,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。
技术难题:
1)超精密机床在精切时,要求导轨的运动速度极慢,因此要求下摩擦轮直径很小,造成一定的结构设计困难2)两个摩擦轮最好都能采用静压轴承支撑,但是从结构位置上看,放两套静压轴承空间位置太挤,机构设计有很大困难。
4.超精密机床导向进给部件类型特点结构
5.微进给机构中电伸缩元件性能运用法
P102
电致伸缩微量进给装置有较好的动态特性,可以用于误差在线补偿,故现在用的较多
三大关键:
电致伸缩传感器、微量进给装置的机械结构和它的驱动电源
5
1.量具量仪材料,测量基准
P116
1)根据材料线膨胀系数选择
当量具和量仪使用在恒温的计量室或用于测量绝对长度时,应选择线膨胀系数尽量小的材料制作
当温度波动大的环境中时,选用线膨胀系数应尽量和被测件的热膨胀系数接近。
2)根据材料的稳定性和耐磨性选择
测量基准:
1)米制长度基准
米为国际长度基准
2)量块——生产单位的长度基准
我国的量块标准分为00、0、1、2、3和校准级K等六种精度等级
3)工厂自己专用的长度基准
需经国家检定的自己的长度基准
4)平台——测量基准
2.直线度P118圆度误差P124主轴回转精度P128测量方法
直线度的测量:
1)零件表面直线度的检测
在被检测长度较短时,可用刀口形直尺检测,根据光隙大小测知表面的直线度,检测精度可达1~3um,但检测精度与检验员的经验有关。
当检测长度较长时,可采用分段检测其水平倾角,经数据处理而得到表面的直线度,精度检测表面倾角可用电子水平仪,自准直光管或激光小角度检测仪
2)直线运动的直线度检测
在溜板上安放搞精度平尺,用测微仪检测其直线运动的直线度误差
3.多齿分度盘结构工作原理
P122
结构:
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
原理:
工作时,上下齿盘在一定的轴向力下强迫啮合,所有齿产生一定变形后全部都接触,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
多齿盘工作时,下齿盘固定不动,上齿盘抬起,旋转需要的角度后降下与齿盘啮合,根据转过的齿数多少达到精确分度的要求。
4.圆度仪类型圆度测量误差来源
P126
有两种结构形式:
1)测量头随主轴旋转,被测件固定在工作台台面上不动
测量中要是测量头或工件作垂直或水平运动很困难,因此不易于测量圆柱度、同轴度、平面度和垂直度
2)测量头固定不动,被测件随旋转工作台转动而进行测量
缺点:
工件重量大或是有偏心重量时会影响工作台的回转精度
误差:
1)主轴回转误差
2)工件轴线和主轴轴线偏心一起的误差
3)工件轴线对主轴轴线倾斜引起的误差
4)测量头形状测头半径引起的误差
测量力的影响
6)测量头偏位引起的误差
5.单频双频激光测量系统的工作原理与区别
P130
区别:
双频激光干涉测量系统受环境干扰的影响比单频干涉测量系统要小很多,测量精度也比他高
6.双频激光测量长度小角度原理
P131
7.影响激光测量精度的因素(长度小角度因素)
P132
8.影响激光测量精度的因素(表面粗糙度表面形状精度因素
P133
1)接触式激光干涉形貌测量
2)非接触式激光干涉形貌测量
6
1.误差补偿的基本概念
P139
在机械加工中出现的误差采用修整、抵消、均化、钝化等措施使误差减小或消除就是误差补偿
2.误差补偿的基本方法4种P147
P143
3.在线在位离线3法概念区别本质
P138
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
分直接检测系统和间接检测系统
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检测
区别:
离线测量精度比较高
在位检测科免除离线检测时由于定位基准所带来的误差
在线检测能反映实际加工情况;会受到加工过程中一些条件限制;能够连续监测加工过程中的变化,采用非接触式传感器,要求较高;属于自动运行。
4.直接间接测量接触非接触测量P139区别及案例见图6-11~6-16P147P149
P147-149
1)直接检测系统:
直接检测工件加工误差,并补偿之,是一种综合检验的方式,检测装置的安装位置、加工中的切削液、切屑和振动的影响等都是比较难于处理的问题;误差信号的采集和处理也比较复杂,但其优点是直接反映了加工误差
2)间接检测系统:
检测产生加工误差的误差源,并进行补偿,
系统简单些,因为它与加工状况和环境的关系不大
3)接触式
5.误差补偿系统组成结构(各单元功用图6-5)案例分析
P142
误差信号检测→误差信号处理→误差信号建模→补偿控制→补偿执行机构
6.圆度误差测量误差分离法(书上案例)
P143
三点法误差分离
7.直线度误差测量误差分离法(书上案例)
P145
1)反转法
2)平移法
3)三点法
4)两点法
8.微位移机构案例6-186-196-226-25图(使用的元件方法原理)
P152-156
7
1.基本知识与概念
P158
2.研磨抛光机理及两者区别用途
P158-160
3.表面变质层定义P160
机械加工必然残留有加工变质层,并且随着工件材料性能及加工条件的不同,加工变质层的深度也不同
4.精密研磨抛光新技术特点
P168-169
1)化学机械复合效应2)加工对象区别3)表面加工质量区别4)化学作用和机械作用的区别(案例)
第八章
1.微细加工与普通加工的区别(主要可以看176微小尺寸加工)
P176
1精度的表示方法
一般尺寸加工时精度是用其加工误差与加工尺寸的比值来表示的;在微细加工时,由于加工尺寸很小,精度精度就必须用尺寸的绝对值来表示
②微观机理
在微细加工时,从强度和刚度上都不允许有大的吃刀量,因此切削很小,当吃刀量小于材料晶粒直径时,切削就得在晶粒内进行,这时晶粒就作为一个一个的不连续体来进行切削。
一般金属材料是由微细的晶粒组成,晶粒直径为数微米到数百微米,一般切削是,吃刀量较大,可以忽视晶粒本身大小而作为一个连续来看待,一次可见一般加工和微细加工的微观机理是不同的。
③加工特征
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,所采用的加工方法偏重于能够形成工件的一定形状和尺寸。
微细加工和超微细加工却以分离或结合院子、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、争渡等手段进行各种处理
2.微细加工机理(加工尺度数据178)
3.微细加工方法加工工艺方法与功率的关系(三方法区别加工条件表面质量)
P179
切削加工、磨料加工、特种加工、复合加工四种
第九章
1.超精密加工环境定义
P206
2.空气环境评价指标
P207
3.洁净室技术(过滤器使用气流组织方法温控)
P210
4.热膨胀冷缩对加工精度影响公式9-19-2计算
P208
5.震动对超精加工影响消除震动干扰方法(隔振
P214
6.光环境声环境定义对加工影响(对操作者的影响)
P221P219
光环境:
1)一般照明2)局部照明3)混合照明
光环境有两个主要指标:
照度和眩光
在特殊情况下考虑光源的波长
声环境:
噪声是指使人烦恼和对工作有妨碍的声音
主要指标:
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1.纳米技术主要内容
包括:
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
纳米级精度的加工和纳米级表层的加工——原子和分子的去除、搬迁和重组;
纳米材料;
纳米级微传感器和控制技术
微型和超微型机械
微型和超微型机电系统和其他综合系统
纳米生物学等
2.STM与AFM技术原理应用(微观表面形状测量纳米级加工技术中的应用)
STM扫描隧道显微测量技术:
是基于量子力学的隧道效应。
在正常情况下互不接触的两个电极之间是绝缘的,然而当把这两个电极之间的距离缩距到约1nm以内时,由于量子力学中粒子的波动性,电流会在外加电场作用下,穿过绝缘势垒,从一个电极流向另一个电极,当其中一个电极是非常尖锐的探针时,由于尖端放电而使隧道电流加大。
用探针在试件表面扫描,将它“感觉”到的原子高低和电子状态的信息采集起来,通过计算机数据处理,即可得到表面的纳米级三维的表面形貌。
应用:
用于观察测量物体表面0.1nm级的表面形貌;在纳米尺度下的单个原子搬迁、去除、添加和重组,构造出新结构的物质。
AFM原子力显微镜:
是依靠探针尖和试件表面间的原子作用力来测量的,后来又研究成功制用磁力、静电力、激光力等
原理:
探针扫描试件表面,保持探针与被测表面间的原子排斥力恒定,探针扫描时的纵向位移即是被测表面的微观形貌。
应用:
不仅可以检测非导体试件的微观形貌达原子级分辨力,而且可以再液体中进行检测,故现在用得较多。
3.纳米级加工物理实质(加工极限接近于原子级加工
4.纳米级加工加工精度(包括尺寸形状表面粗糙度)
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1.电火花加工的机理
“-”极发射电子飞向“+”极撞击原子形成通道,通道中“+”“-”粒子对撞,发热膨胀,发光,“+”“-”极表面金属溶化气化抛出,进入工作液,残留的金属形成翻边,间隙中充满金属小屑,碳黑和小气泡迅速冷却,恢复绝缘,准下一次放电。
2.极性效应在电火花加工中的应用p13
在电火花加工过程中无论是正极还是负极,都会受到不同程度的电蚀。
这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。
3.电火花加工质量与工艺规准关系(电规准
4.影响表面加工精度生产率因素
影响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
5.——间隙蚀除特性与调节特性曲线p29
6.——电火花加工电源特点
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1.线切割编程
P65
2.线切割与电火花加工区别
共性表现在:
电压、电流波形与电火花加工的基本相似;加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律,材料的课加工性等也基本相似
不同特点表现:
1)由于电机工具是直径较小的细丝,故脉冲宽度、平均电流等不能太大,加工工艺参数的范围较小,属中、精正极性电火花加工,工件常接脉冲电源正极;2)采用水或水基工作液,不会引燃起火,容易实现安全无人运转,但由于工作液的电阻率远比煤油小,因而在开路状态下,仍有明显的电解电流,电解效应稍有益于改善加工表面粗糙度;3)一般没有稳定电弧放电状态;4)电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象;5)省掉了成形的工具电极,大大降低了成形工具电极的设计和制造费用,用简单的工具电极,靠数控技术实现复杂的切割轨迹,缩短了生产准备时间,加工周期短,这不光对新产品的试制很有意义,对大批生产也增加了快速性和柔性;6)由于电极丝比较细,可以加工微细异型孔、窄缝和复杂形状的工作;7)由于采用移动的长电极丝进行加工,使单位长度电极丝的损耗较小,从而对加工精度的影响比较小,特别在低速走丝线切割加工时,电极丝一次性使用,电极丝损耗对加工精度的影响很小。
3.线切割适用对象
加工模具
加工电火花成形加工用的电极
加工零件
4.电火花与线切割工作液功用区别
在线切割加工中,工作液对加工工艺指标的影响很大,如对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有影响。
在电火花加工过程中,工作液的作用是:
形成火花击穿放电通道,并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态;对放电通道产生压缩作用;帮助电蚀产物的抛出和排除;对工具、工件的冷却作用;一二队电蚀量也有较大的影响。
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1.电化学反应溶解
1.电化学反应1阳极溶解2阴极积累(引申电镀知识)
铜质阴极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离子进入溶液,溶液中的Cu2+离子移向阴极,并从阴极上得到电子而沉积到阴极上
阳极上为电解蚀除
阴极上为电镀沉积
2.电化学加工电源特点(电解磨削)p77
3.电化学极化钝化
电化学极化主要发生在阴极上,从电源流入的电子来不及转移给电解液种的H+离子,因而在阴极上积累过多的电子,使阴极电位向负移动,从而形成了电化学极化
钝化:
使金属阳极溶解过程的超电位升高,使电解速度减慢
钝化产生的原因:
成相理论和吸附理论
4.钝化电解液与非钝化电解液区别(切断间隙)
5.平衡间隙计算(08年大题)P94
Δb=η*ω*σ*UR/vc
6.影响电化学加工因素(电流间隙)P80
14超声
1.超声加工频率范围基本频率
频率范围在16~16000Hz范围内
2.变幅杆原理功能设计
原理:
扩大振幅
截面越小,能量密度就越大,振动振幅也就越大
设计:
在设计制造变幅杆时,应使其长度L等于超声波振动的半波长或其整倍数
变幅杆可制成锥形的(5~10倍振幅扩大)、指数型的(10~20倍)、阶梯形的(20倍以上)等
3.超声加工系统组成(换能器几种)电源
震荡级、电压放大级、功率放大级及电源
注意:
P154图7-3
1)压电效应超声波换能器
2)磁致伸缩效应超声波换能器
15快速成型
一、几种快速成型的原理方法应用(多种)
1)光敏树脂液相固化成形——SL
原理:
基于液态光敏树脂的光聚合原理工作,用激光束按工件截面逐层选择性扫描液态的光敏树脂,就可以由下向上快速固化成形出所需的立体样件
方法:
应用:
可直接制作各种树脂功能件,用作结构验证和功能测试
可制作比较精细和复杂的零件
可制造出有透明效果的制件
制作出来的原型件可快速翻制各种磨具,如硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、电铸模、环氧树脂模和气化模等
CPS快速成型机
Z轴升降工作台主要完成托板的升降运动
X、Y方向工作台主要完成聚焦镜头在液面上的二维精确扫描,事先每一层的固化
光学系统
2)选择性激光粉末烧结成形——SLS
原理:
是用激光按工件截面逐层选择性扫描粉末状材料,就可以自下而上地快速烧结成形出所需的立体群件
方法:
应用:
可直接制作各种高分子粉末材料的功能件,用作结构验证和功能测试,并可用于装配样机
制件可直接作精密铸造用的蜡模和砂型、型芯,制作出来的原型件可快速翻制各种模具,如硅橡胶模、金属冷喷模、陶瓷模、合金模、电铸模、环氧树脂模和气化模等。
3)薄片分层叠加成形——LOM
原理:
用激光束按工件截面逐层切割涂有热溶胶的薄片,经热压辊分层热压,叠加成形出所需的立体群体
方法:
应用:
可以用来制作汽车发动机曲轴、连杆、各类箱体、盖板等零部件的圆形样件
4)熔丝堆积成形
原理:
将可熔融的丝材从加热喷头中挤出,按工件截面逐层凝固,堆积成形,快速制造出所需的立体群体
应用:
由于FDM工艺的一大优点是可以成行任意复杂程度的零件,经常用于成行具有很复杂的内腔、孔等零件
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