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精密与特种加工期末复习纲要

一、名词解释
1、极性效应：在电火花加工中，把由于正负极接法不同而蚀除速度不同的现象。
2、线性电解液：如NaCl电解液，其电流效率为接近100%的常数，加工速度VL和电流密度i的曲线为通过原点的直线（VL=ηωi），生产效率高，但存在杂散腐蚀，加工精度差。
3、电解加工中的平衡间隙:当电解加工一定时间后，工件的溶解速度和阴极的进给速度相等，加工过程达到动态平衡，此时的加工间隙为平衡间隙。
4、快速成形技术：是一种基于离散堆积成形原理的新型成形技术，材料在计算机控制下逐渐累加成形，零件是逐渐生成出来的，属于“增材法”。
5、激光束模式：激光束经聚焦后光斑内光强的分布形式。
二、判断题
1、实验研究发现，金刚石刀具的磨损和破损主要是由于111晶面的微观离解所造成的。（√）
2、电解加工时由于电流通过，电极的平衡状态被打破，使得阳极电位向正方向增大（代数值增大）。（√）
3、电解磨削时主要是靠砂轮的磨削作用去除金属，电化学作用是为了加速磨削过程。（×）
4、与电火花加工、电解加工相比，超声波的加工精度高，加工表面质量好，但加工金属材料时效率低。（√）
5、从提高生产率和减小工具损耗角度看，极性效应越显著越好，所以，电火花加工一般采用单向脉冲电源。（√）
6、电火花线切割加工中，电源可以采用直流脉冲电源或交流电源。（×）
7、阳极钝化现象的存在，会使电解加工中阳极溶解速度减慢甚至停顿，所以它是有害现象，在生产中应尽量避免它。（×）
8、电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件，又转换成热能来蚀除金属的。（√）
9、电火花加工是非接触性加工（工具与工件不接触），所以加工后的工件表面无残余应力。（×）
10、电化学反应时，金属的电极电位越负，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去。（√）
11、电解加工是利用金属在电解液中阴极溶解作用去除材料的，电镀是利用阳极沉淀作用进行镀覆加工的。（×）
12、氯化钠电解液在使用中，氯化钠成分不会损耗，不必经常添加补充。（√）
13、由于离子的质量远大于电子，故离子束加工的生产效率比电子束高，但表面粗糙度稍差。（×）
14、阶梯型变幅杆振幅放大倍数最高，但受负载阻力时振幅衰减严重，且容易产生应力集中。（√）
15、在超精密磨削时，如工件材料为硬质合金，则需选用超硬磨料砂轮。（√）
16、电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸缩传感器、微量进给装置的机械结构及其驱动电源。（√）
17、电解加工时，串联在回路中的降压限流电阻使电能变成热能从而降低电解加工的电流效率。（×）
18、等脉冲电源是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等。对于矩形波等脉冲电源，每个脉冲放电持续时间相同。（√）
19、特种加工中加工的难易与工件硬度无关。（√ ）
20、电火花加工在实际中可以加工通孔和盲孔。（√）
21、电火花成型加工时采用的手动侧壁修光方法可以修整圆形轮廓的型腔。（×）
22、冲油的排屑效果不如抽油好。（× ）
23、线切割加工时的加工速度随着脉冲间隔的增大而增大。（×）

三、填空题
1、超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度，不能爬行。除要求导轨有很高的制造精度外，还要求导轨的材料具有很高的稳定性、耐磨性和抗振性。
2、精密和超精密机床主轴轴承的常用形式有液体静压轴承和空气静压轴承。
3、电火花加工蚀除金属材料的微观物理过程包括介质电离、击穿、形成放电通道、介质热分解、电极材料熔化、气化、蚀除物的抛出和间隙介质消电离四个阶段。
4、目前金刚石刀具主要用于铝、铜及其合金等软金属材料的精密与超精密车削加工，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要应用精密和超精密磨削加工。
5、超声波加工主要是利用磨料在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用来去除材料的，同时产生的液压冲击和空化现象加速了蚀除效果，故适于加工硬脆材料。
6、实现超精密加工的关键是超微量去除技术，对刀具性能的要求是极高的硬度和耐磨性、刃口极其锋利、刀刃无缺陷、与工件材料的抗粘结性好，摩擦系数低。
7、电火花加工型腔工具电极常用的材料有纯铜、石墨、铜钨合金等。
8、影响电火花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和二次放电现象。
9、电火花加工按工件和工具电极相对运动的关系可分为：电火花成型加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、电火花表面强化和刻字等。
10、电火花型腔加工的工艺方法有单电极平动法、多电极更换法、分解电极法、简单电极数控创成法等。
12、实现超精密加工的技术支撑条件主要包括：超精密加工机理与工艺方法、超精密加工机床设备、超精密加工工具、精密测量和误差补偿、高质量的工件材料、超稳定的加工环境等。
13、激光加工设备主要包括电源、激光器、光学系统、机械系统、控制系统、冷却系统等部分。
14、金刚石刀具在超精密切削时所产生的积屑瘤，将影响加工零件的表面质量和尺寸精度。
15、精密和超精密磨削加工分为固结磨料加工和游离磨料加工两大类。
16、精密与特种加工按加工方法可以分为切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工四大类。
17、电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法。
18、数控电火花机床数控摇动的伺服方式有 自由摇动?? 、步进摇动、锁定摇动。
19、放电间隙是放电时工具电极和工件之间的距离。
20、电火花加工中常用的电极结构形式是整体电极、组合电极、镶拼式电极。
21、在用火花法校正电极丝垂直度时，电极丝要运转以免电极丝断裂。
22、电化学加工包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工两大类。
23、线切割加工的主要工艺指标是切割速度、加工精度、表面粗糙度。
24、快速走丝线切割机床和慢速走丝切割线机床的分类依据是电极丝的走丝速度。
25、电解削是靠金属在电解液中发生电化学和阳极溶解的综合作用的。
?26、电火花加工时用的电加工参数即电主要有粗规准、中规准、精规准。
27、特种加工是指利用机、光、电 、声 、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传动加工方法。
28、精密与特种加工从加工成形的原理和特点来分，可分为 结合加工，去除加工，变形加工 三大类。
29、精密加工的加工精度通常为0.1～1μm，加工表面粗糙度Ra为 0.02～0.1μm。
30、超精密加工对超精密加工机床的要求有：高精度 ，高刚度，高稳定性 和高自动化。
31、超精密机床的主轴系统驱动模式有柔性联轴器 驱动，内装式同轴电动机 驱动两种。

四、选择题
1、在电火花加工中存在吸附效应，它主要影响：（D）
A、工件的可加工性  B、生产效率   C、加工表面变质层    D、工具电极的损耗
2、超精密加工机床中主轴部件结构应用最广泛的是：（D）
A、密排滚柱轴承结构  B、滑动轴承结构   C、液体静压轴承结构    D、空气静压轴承结构
3、下列四个选项中、哪一个是离子束加工所具有的特点 （A）
A、加工中无机械应力和损伤  B、通过离子撞击工件表面将机械能转化为热能  C、工件表面层不产生热量，但有氧化现象    D、需要将工件接正电位（相对于离子源）
4、一般说来，电解加工时工具电极是：（C）
A、低损耗  B、高损耗   C、基本无损耗    D、负损耗
5、高功率密度的电子束加工适于（A）
A、钢板上打孔  B、工件表面合金化  C、电子束曝光   D、工件高频热处理
6、用电火花加工冲模时，若凸凹模配合间隙小于电火花加工间隙时，应选用的工艺方法是：（B）
A、直接配合法  B、化学浸蚀电极法   C、电极镀铜法    D、冲头镀铜法
7、电解加工型孔过程中，（A）
A、要求工具电极做均匀等速进给  B、要求工具电极作自动伺服进给   C、要求工具电极做匀加速进给    D、要求工具电极整体作超声振动
8、D7132代表电火花成型机床工作台宽度是：（B）
A、32mm  B、320mm  C、3200mm  D、32000mm
9、?有关单工具电极直接成型法叙述中，不对的是：（C）
A、?加工精度不高B、不需要平动头C、需重复装夹D、表面质量很好
10、快走丝线切割机床加工广泛使用—（C）—作为电极丝
A.钨丝B.紫铜丝C.铜丝??D.黄铜丝
11、特种加工方法有：（A）
A.电火花加工B.手削加工C.磨削加工
12、下列对电火花加工精度影响最小的是：（D）
A、放电间隙B、加工斜度C、工具电极损耗D、工具电极直径
13.属于电极丝垂直找正方法是：(D)
A、找正块找正B、火花法找正C.、校正器找正D、都是
14、快走丝线切割加工广泛使用的电极丝是（C）
A、钨丝B、紫铜丝C、钼丝D、 黄铜丝
15、若线切割机床的单边放电间隙为0.02 mm，钼丝直径为0.18 mm，则加工圆孔时的补偿量为(B)。
A、0.10mm B、 0.11mm C、0.20mm D、 0.21 mm

五、问答题
1、电火花加工中工具电极相对损耗的含义是什么？如何降低工具电极相对损耗？
答：电极相对损耗用工具电极绝对损耗速度ve与工件蚀除速度vw的百分比表示，即θ=ve/vw×100%。也可用长度相对损耗θL来表示。
降低工具电极相对损耗的途径有：
(1)、正确选择电极的极性。短脉宽精加工时，选正极性加工，将工件接电源正极；用长脉宽粗加工时，选负极性加工，将工件接电源负极；
(2)、正确选择电极的材料。选择熔点高、沸点高的材料，选择导热性好的的材料。常用石墨和纯铜做电极材料；
(3)、正确选择脉冲宽度等电参数；
(4)、利用加工过程中的吸附效应来补偿或减小电极损耗，碳黑膜通常只在正极上形成，工具应接正极损耗小。
2、超精密加工的难点是什么？超精密切削加工对刀具的性能有什么要求？为什么单晶金刚石被公认为理想的超精密切削刀具材料？
答：超微量去除技术是实现超精密加工的关键。超微量加工时，工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随机的，精度难以控制；工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大影响；去除层越薄，被加工表面所受的切应力越大，材料就越不易被去除。超微量切削往往在晶格内进行，相当于从材料晶格上逐个去除原子，切削力一定要超过晶体内部的原子结合力才能产生切削作用，其单位面积上的切应力急剧增大，因此要求采用高硬度、高耐磨性的刀具材料。
超精密切削对刀具性能的要求：极高的硬度和耐磨性；刃口能磨得极其锋利；刀刃无缺陷；与工件材料的抗粘结性好，摩擦系数低。
单晶金刚石被公认为理想的、不可替代的超精密切削刀具材料，是因为它有着一系列的优异特性，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小，能磨出极锋利的刀刃等。
3、阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点？举例说明。
答：阳极钝化现象的存在，使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿，从生产效率角度考虑不希望选用产生钝化想象的钝化型电解液。但是，在用NaCl等非钝化型电解液加工时，虽然生产率高，但杂散腐蚀严重，成形精度较差，严重影响电解加工的应用。而采用钝化型电解液加工时，尽管电极工具的非工作面没用绝缘，但加工间隙达到一定尺寸后，对应的工件表面就会产生钝化膜，可以避免产生杂散腐蚀，提高加工精度，促进了电解加工的推广应用。电解磨削、电解研磨等加工方法就是利用阳极钝化现象的存在而开发出来的。它们利用了钝化膜对金属的保护作用，采用机械去除钝化膜的方法，使金属微观表面凸点的钝化膜被刮除，并迅速电解，而低凹处的钝化膜起保护作用，使局部不被电解，最终使金属表面的整平作用加快，可实现精加工。
4、简述电火花加工的定义以及电火花加工的物理本质。
答：电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至汽化，从而将金属蚀除下来。
电火花加工蚀除金属材料的微观物理过程，也就是电火花加工的物理本质，其包括四个阶段：（1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道；（2）电极材料的熔化、汽化热膨胀（能量的转换与分布）；（3）电极材料的抛出（电蚀产物的跑出）；（4）极间介质的消电离。
5、简述电火花加工、电火花线切割加工的特点。
答：1．电火花加工、电火花线切割加工的共同特点
(1) 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。
(2) 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。
(3) 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。
2．电火花加工、电火花线切割加工的不同特点
(1)从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工；而线切割加工是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法。
(2) 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。
(3) 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极。
(4) 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。
(5) 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等；而线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件。

6、简述精密与特种加工技术的特点。
答：精密加工包括微细加工、光整加工和精整加工等，与特种加工关系密切。
　　特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源进行加工的非传统加工方法。
精密与特种加工与传统切削加工的不同特点主要有：
①主要不是依靠机械能，而是主要用其他的能量(如电能、热能、光能、声能以及化学能等)去除工件材料；
　　②刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具；
　　③在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。

六、综合应用
1、如下图所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点，O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。

解：电极定位于O点的具体过程如下：
首先将电极移到工件AB的左边，Y轴坐标大致与O点相同，然后执行如下指令
G80 X+;
G90 G92 X0;
M05 G00 X－10.；
G91 G00 Y38.；         /38.为一估计值，主要目的是保证电极在BC边下方
G90 G00 X50.；
G80 Y+；
G92 Y0；
M05 G00 Y－2.；    /电极与工件分开，2 mm表示为一小段距离
G91 G00 Z10.；      /将电极底面移到工件上面
G90 G00 X50. Y28.；

2、用3B格式编制加工下图所示凸凹模（图示尺寸是根据刃口尺寸公差及凸凹模配合间隙计算出的平均尺寸）的数控线切割程序。电极丝为φ0.1mm的钼丝，单面放电间隙为0.01mm。

解：1、切割路线的选择  
根据分析，本题选择在型孔中心处钻穿丝孔，先切割型孔，然后再切割外轮廓较合理。
2、确定补偿距离  钼丝中心轨迹，如下图中双点划线所示。补偿距离为：
△R＝（0.1/2+0.01）mm＝0.06mm
3、计算交点坐标   将电极丝中点轨迹划分成单一的直线或圆弧段。

凸凹模轨迹图形各线段交点及圆心坐标
交点
X
Y
交点
X
Y
圆心
X
Y
A
-6.96
-2.11
F
-1.57
1.439
O
0
0
B
-3.74
-2.11
G
-3
0.81
O1
-3
-2.75
C
-3.74
-0.81
H
-3.74
0.81
O2
-3
2.75
D
-3
-0.81
I
-3.74
2.11

E
-1.57
-1.439
K
-6.69
2.11

4、编写程序单  切割凸凹模时，先切割型孔，然后再按B→C→D→E→F→G→H→I→K→A→B的顺序切割，3B格式切割程序单见下表。
凸凹模3B格式切割程序单
序号
B
X
B
Y
B
J
G
Z
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
B
B
B

B
B

B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B

1040

1570
1430
B
B
B

B
B

B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B

1940
1439
1311
B
B
B

B
B

B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
001040
004160
001040

013000
003740

012190
000740
000629
005641
001430
000740
001300
003220
004220
003220
008000
Gx
Gy
Gx

Gy
Gx

Gy
Gx
Gy
Gy
Gx
Gx
Gy
Gx
Gy
Gx
Gy
L3
SR2
L1
D
L4
L3
D
L2
L1
SR1
NR3
SR4
L3
L2
L3
L4
L1
L4
D
穿丝切割

拆卸钼丝
空走
空走
重新装上钼丝
切入并加工BC段

退出
加工结束

六、计算题[10分]：
用NaCl电解液在低碳钢上加工Φ50 mm的圆孔，深度为30mm，若要求10min内加工完，需要用多大电流？若电源电压为12V，δE=2V，电导率σ为0.02/·mm，求达到平衡时的加工间隙是多少？（Fe的体积电化学当量ω为2.22mm3/(A·min)）

解：设η＝100%，vl＝h/t ＝30/10＝3 mm/min

I＝i A＝A·vl /(ηω)＝3.14×252×3/（100%×2.22）＝2652 A

δE=2V，σ＝0.02/·mm，
由公式=100%×2.22×0.02×(12-2)÷3=0.148 mm