精密超精密加工重点.doc

二章
3.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。
答：当切削速度较低时，积屑瘤高度最高，当切削速度大于v＝314m/min时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。这说明在低速切削时，切削温度比较低，较适于积屑瘤生长，且在低速时积屑瘤高度值比较稳定，在高速不稳定。特别是切黄铜和紫铜，积屑瘤不稳定且比较小。
刀具的微观缺陷也将直接影响积屑瘤的高度，完整刃的积屑瘤高度比有微小崩刃的刀刃积屑瘤高度小。
进给量很小时，积屑瘤的高度较大。背吃刀量小于25μm 时，积屑瘤的高度变化不大，但在大于25μm后，积屑瘤高度将随背吃刀量的增加而增加。
积屑瘤对切削力的影响为：当积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小。
积屑瘤对加工表面粗糙度的影响为：当积屑瘤高度大时，表面粗糙度大，积屑瘤小时加工表面粗糙度亦小。
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？
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很高的尺寸耐用度。
2)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。
3)刀刃无缺陷，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、化学亲和性小摩擦系数低，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件。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，能磨出极锋锐的刀刃等。因此虽然它的价格昂贵，仍被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具材料。
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?
答：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。即在外力作用下，(110)面最易破损，(111)面次之，(100)面最不易破损。这在设计金刚石刀具，选择前面和后面的晶面时，必须首先给予考虑。根据上面的分析可知，从增加刀刃的微观强度考虑，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。
三章
14.超精密磨削的含义是什么？镜面磨削的含义是什么？
答：超精密磨削是最高加工精度、最低表面粗糙度的砂轮磨削方法。一般是指加工精度达到或者高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.025μm，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Ra 0.02-0.01μm，表面光泽如镜的磨削方法。
四章
4.能代表超精密机床最高水平的是哪几台超精密机床。
答：大型超精密金刚石DTM-3型车床和大型超精密车床LODTM。
17.精密加工对微量进给装置的性能要求是什么？
答： 1)精微进给和粗进给应分开、以提高微位移的精度、分辨力和稳定性。
2)运动部分必须是低摩擦和高稳定度的，以便实现很高的重复精度。
3）末级传动元件必须有很高的刚度，即夹金刚石刀具处必须是高刚度的。
4)微量进给机构内部联接必须是可靠联接，尽量采用整体结构或刚性联接，否则这微量进给机构很难实现很高的重复精度。
5)工艺件好，容易制造。
6）微量近给机构应又有好的动特性，即具有高的频响。
7) 微量进给机构应能实现微进给的自功控制。
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？
答：美国LLL实验室放置超精密车床的恒温室，一般是用铝制框架和绝热塑料护墙板做成的。操作者和机床间有透明塑料窗帘隔开，这样可以防止周围空气侵入，可使机床附近局部空间恒温更为稳定。
LLL实验室的LODTM大型超精密车床，安装在恒温室内，通循环的恒温空气、气流量90m3/min。通风用离心式风机的19kw电机是该封闭系统内最大的热源。使用两级水冷式热交换器，用测热传感器测进入的空气的温度。反馈控制热交换器的水流量，空气温度可控制在的变化范围内。LODTM机床的重要部件的温度是直接用恒温水流来控制的。主轴的径向和止推轴承都是带夹层的，可以通过恒温水流；横梁上的锢钢检测基架也是中空可以通过恒温水流。进人机床的恒温水，流量为6.3L/s。通过热交换器，改变冰冷水的流量可以使恒油水的温度变化控制在恒温水是从水箱靠重力流入机床的。而不是用泵压入，这样可以避免泵的振动通过恒温水流而传到机床来。
五章
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？
答：我国长度标准采用米制。
在国际上用的长度基准是：
m=光在真空中在内行走的长度。
18.试述主轴回转精度的测量原理和方法。
答：主轴回转精度的测量方法有两种：
1．用高精度钢球测主轴的回转精度。
回转精度在以下的精密主轴，可以使用高精度标准钢球(圆度在)来检测其回转精度。将高精度钢球卡在主轴的端部，尽量调整使其同心，然后用测微仪测出共径向跳动．
2．用三点法误差分离原理测精密主轴的回转误差
主轴回转精度达到左右时，可有三点法误差分离原理来测量。三点法一般以离散采样方式，通过误差分离汁算。同时得到工件圆度误差和主轴的回转误差。
19.试述单频激光测长度的原理。
答：

单频激光干涉测量系统如图5-21所示，氦氖激光管1产生的激光经透镜组后成为平行光束．经反射镜4到分光镜5将激光分为两路，—路到装在被测件8上的移动反射棱镜7而反射回来，另一路激光经反射镜4到固定反射棱镜9而反射回来。达两路反射回来的激光通过分光镜5而汇合形成干涉。运动反射棱镜7随被测件8运动，使该路的光程变化，变化造成干涉条红亮暗变化，被测件每移动 (为激光波长)，干涉条纹亮暗变化一周期。相位板6是为获得两路相比差为的干涉条纹信号的细分和辨向用，该两路相差的干涉信号通列干涉测显器10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。半圆光阑3是为防止返回激光回到激光管而设立，使激光管工作稳定。
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?
答：

双频激光干涉测量系统的原理图如图5-22所示。氦氖激光管1输出的激光在轴向强磁场2的作用下分裂成频率为和旋向相反的两束圆偏振光。这两圆偏振光经1/4波片成为垂直和水平两个方向的线偏振光，经透镜组4成为平行光束。和的频率差约为，与氦氖激光频率相比是极小的。激光和经过分光镜5分成两路．反射的一路光经干涉测量器7获得的拍频信号作为参考信号，其余大部分激光到偏振分光镜6，这时垂直面的线偏娠光全部反射．经固定射棱镜而反射回来。水平面的线偏振光全部透过偏振分光镜6，经移功反射棱镜而反射回来．由于移动反射棱镜随被测件移动，频率将变成，这两路反射回来的激光经过偏振分光镜6又汇合在一起，经反射镜而进入干涉测量器7而获得的拍频信号和前面的参考信号比较，可以获得的具有长度单位当量的交流电信号。由于变化量是一种频率调制信号，中心频率与被测件移动速度无关．可用高放大倍数的窄带交流放大电路，故测量灵敏高且稳定，由于测量时用的是频率差，环境变化将使和同时变化，但其差值则变化不大。故双频激光测量受环境干扰影响要比单频激光测景时小很多。
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？
答：优点：激光头可以随意放置、没有传输激光的固定封闭管路，给使用者带来极大方便。
存在问题：相互垂直的两个线偏振激光和，经过光纤传输后出来时，这两个线偏振激光和的偏振面已经不是相互垂直，因此不能用偏振分光镜加以分享，故双频激光不能用光纤传输。
六章
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。
答：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，就是离线检测．特点：离线检测只能检测加工后的结果，不—定能反映加工时的实际情况，也不能连续检测加工过程的变化，但检测条件较好，不受加工条件的限制，可充分利用各种测量仪器。因此，测量的精度比较高。
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，称之为在位检测。特点：在位检测也只能检测加工后的结果，也不一定能反映加工时的实际情况．同时也不能连续检测加工过程的变化，但可免除离线检测时由于定位基准所带来的误差，如加工时所用的定位基准与检测时所用的定位基准不重合，工件上定位基准的制造误差所造成的定位基准位移等。因此，与离线检测相比，其检测结果更接近实际加工情况。
在线检测：即工件在加工过程中同时进行检测。特点：1)能够连续检测加工过程中的变化，了解在加工过程中误差分布和发展；2)检测结果能反映实际加工情况；3）在线检测由于是在加工过程中进行，会受到加工过程中的一些条件限制，在线检测的难度一般较大；4）在线检测大都用非接触传感器，对传感器的性能要求较高。非接触测量不会破坏已加工表面；5）在线检测一般是自动运行，形成在线检测系统，包括误差信号的采集、处理和输出。
9.试述误差补偿系统的组成及各组成部分的作用。
答：误差补偿系统的一般组成如下：
1)误差信号的检测 它是误差补偿控制的前提和基础，由误差检测系统来完成。误差信号检测的可行性和正确性直接影响误差补偿的成功与否。
2)误差信号的处理 由误差检测系统所测得的识差信号，其中必然包含着某些频率的噪声干扰信号。也会有几种误差信号混合在一起，这就需要进行一些处理，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。误差信号处职的关键是要有足够的处
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。
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 它是具体执行补偿动作的，设置在补偿点上。由于补偿是一个高速动态过程．要求位移精度和分辨率高，频响范围宽，结构刚度好，因此补偿执行机构多用微进机构来完成。
15.试述微位移系统的作用及其组成
答：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，其目的是要实现小行程（一般小于毫米级）、高灵敏度和高精度(—般为亚微米、纳米级)的位移。微位移机构是实现微位移的执行机构、其核心部分是微位移器件。
七章
2.试述抛光加工的机理和特点。
答：抛光的加工机理是；
1)由磨粒进行的机械抛光可塑性地生成切屑。但是它仅利用极少磨粒强制压人产生作用；
2)借肋磨料粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平；
3)在加工液中进行化学性溶折；
4)工件和磨粒之间有直接的化学反应而有助于上述现象，也个可忽视。
通过工件、磨粒、抛光器和加工液等的组合，起的作用应当是各不相同的。例如，以化学活性溶液作加工液的机械—化学抛光，就是一种重点提高加上质量的超精密加工方法。

3.试述研磨、抛光时加工表面产生变质层的机理和减少变质层的办法。
答：硬脆材料经研磨后的表面，由于有微细的裂纹，加工后会在该部位继续留有裂纹。例如，对经研磨的单晶硅表面，使用氟、硝酸系列的溶液进行化学浸蚀，依次去掉表层，用电子衍射法进行晶体现察时，从表层向内部的顺序为非晶体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶结构。在研磨金属材料时，虽不发生破碎，但是磨粒转动和刮削时，由于材料承受了塑性变形，通常形成与上述硅片相类似的加工变质层。
抛光时，由表层向组织内部的结构顺序是抛光应力层，经腐蚀出现的2次裂纹应力层，2次裂纹影响层和完全结晶层。整个深度为