精密和超精密加工技术的复习题

一、名词解释

1. 金刚石晶体的解理现象：金刚石晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于（111）

平面平整地劈开的现象，称为解理现象。

2. 精密磨削：是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度达到Ra0.2~0.025μm的磨削方法，

又称为小粗糙度磨削。

3. 超精密磨削：是指加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度小于Ra0.025μm的一种亚

微米级的加工方法，并正向纳米级发展。

4. 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。 5. 空气洁净度：是指空气中含尘埃量多少的程度。 6. 恒温精度：是指相对于平均温度所允许的偏差值。 7. 恒温基数：是指空气的平均温度。

二、填空题

1. 精密和超精密加工包含三个领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特种加工。 2. 金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，再就是金刚石刀具的研磨质量—

—切削刃钝圆半径rn。

3. 隧道扫描显微镜是目前世界上精度最高的测量仪，可用于测量金属和半导体零件表面的

原子分布的外貌。

4. 最新的研究证实，在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标——原子

级精密加工。

5. 超精密切削实际选择的切削速度，经常是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。

6. 超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性

能状态、切削时的环境条件等都直接有关。

7. 金刚石刀具的磨损，主要属机械磨损，其磨损本质是微观解理的积累。

8. 对金刚石刀具来说，切削刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式，故切削刃的微观强

度是刀具设计选择晶面的主要依据。

9. 金刚石晶体定向方法有：人工目测定向、X射线晶体定向、激光晶体定向。 10. 精密磨削机理可归纳为：微刃的微切削作用；微刃的等高切削作用；微刃的滑挤、摩擦、

抛光作用。

11. 超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。 12. 从加工机理来看，砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光的综合作用。 13. 砂带磨床上的关键部件是砂带头架；在砂带磨削头架中，最重要而关键的零件是接触轮。 14. 花岗岩是超精密机床的床身和导轨的热门材料，这是因为花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性

好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并不会生锈等。 15. 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的生产加工技术。

16. 微细切削时，为保证工件尺寸精度要求，其最后一次的表面切除层厚度必须小于尺寸精

度值。

17. 洁净室实现空气净化的基本要求是发尘量要小、及时排除尘埃、供给洁净的空气。

三、判断题（以下判断题都是正确的）

1. 用金刚石刀具进行超精密切削，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。（如果说用于加工黑色、铜铁材料进行超精密切削是错误的） 2. 超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约。（也就是说与速度无关） 3. 在超精密切削的前提下，积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小。 4. 加工表面粗糙度是直接和积屑瘤的高度有关。

5. 在使用切削液前提下，切削速度已和加工表面粗糙度无关。 6. 金刚石晶体的破损，主要产生于（111）晶面的解理。（金刚石刀具的磨损与金刚石晶体

的破损两者都是产生于微观解理是正确的）

7. 金刚石刀具选择前面和后面的最佳晶面，应该把不易产生解理破损作为重要的考虑因

素。

8. 在保证获得较小的加工表面粗糙度前提下，为增加切削刃的强度，应采取较大的刀具楔

角β，故刀具的前角和后角都取得较小。 9. （100）晶面的耐磨性明显高于（110）晶面。 10. 对于黑色金属、硬脆材料等，用精密和超精密磨料加工在当前是最主要的精密加工手段。

（如果说用金刚石切削加工是错误的）

11. 精密磨削时的砂轮修整，一般修整时，修整器应安装在低于砂轮中心0.5~1.5mm处，并

向上倾斜10°~15°。

12. 在加工硬质合金及非金属硬脆材料时，金刚石砂轮的金属切除率优于立方氮化硼砂轮，

但在加工耐热钢、钛合金、磨具钢等时，立方氮化硼砂轮远高于金刚石砂轮。（谁加工谁就效率高）

13. 超硬磨料砂轮的整形和修锐一般是分为先后两步进行。（普通磨料砂轮合为一步进行） 14. 在开式砂带磨削前提下，磨削质量高，磨削效果好，但效率不如闭式砂带磨削。

15. 电致伸缩传感器无论是正电压或负电压，传感器的伸长量是相同的；压电伸缩传感器是

正电压时伸长，负电压时缩短。

16. 零件加工精度靠所用的机床来保证，这是所谓的“蜕化”原则；在精度比工件要求较低

的机床上利用误差补偿技术，提高加工精度，使加工精度比机床原有精度高，这是“进化”原则。

17. 金属材料的研磨，其特点之一是没有裂纹。

18. 目前，抛光加工中材料的去除单位已在纳米甚至是亚纳米级。

19. 电子束加工时利用电子束的高能量密度进行钻孔、切槽、光刻等工作。 20. 一般情况下，相对湿度应控制在35%到45%之间。

21. 纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。

四、单项选择题

1.隧道扫描显微镜的分辨率是0.01nm。 2.（100）面网的最小单元为正方形。 3.在高磨削率方向上，（110）晶面的磨削率最高，最容易磨；（111）晶面磨削率最低，最不容易磨。

4.研磨金刚石晶体时，（110）晶面摩擦因数最大，（111）晶面最小。 5.当作用应力相同时，（110）面破损机率最大。 6.（110）晶面的激光衍射光像呈二叶形。

7.金刚石刀具一般不采用主切削刃和副切削刃相交为一点的尖锐的刀尖。

8.超硬磨料在当前是指金刚石和立方氮化硼以及以它们为主要成分的复合材料。 9.精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用于涂敷法制作。 10.在磨削钢件及铸铁件时，采用刚玉磨料较好。

11.修锐是去除磨粒间结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度。

12.在超硬磨料砂轮修整中，磨削法是目前最为广泛采用的修整方法。

13.金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液为磨削液，如磨削硬质合金时普遍采用煤油。 14.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。 15.当工件直径较大并且重量较重时，超精密机床多采用立式结构布局。

16.现在用的微量进给装置的六种结构形式中，电致伸缩式微量进给机构比较成熟适用。 17.离子束加工的一个特点是不引起机械应力和损伤。

18.光刻加工技术主要是针对集成电路制作中得到高精度微细线条所构成的高密度微细复杂图形。

19.恒温精度一般分为0.2级、0.5级、1级、和2级等四个等级。分别代表恒温精度为±0.2℃、±0.5℃、±1℃和±2℃。

五、简答题（问题老师都没有给）

1.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：天然单晶金刚石有着一系列优异的特点。如硬度极高、耐磨性和强度高、导热性能好、喝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的刀具材料。

2.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）吗最易破损，（111）面次之，（100）面最不容易破损。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。

3.精密主轴部件通常采用什么轴承？各自的优缺点？

答：精密主轴部件通常采用液体静压轴承主轴和空气静压轴承主轴。 液体静压轴承优点：回转精度很高，转动平稳，无振动。

缺点：液体静压轴承的油温升高，要控制恒温较难，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，因此将降低液体静压轴承的刚度和动特性。 空气静压轴承优点：有很多的回转精度，在高速转动时温升甚小，造成的热变形误差很小。 缺点：刚度低，只能承受较小的载荷。

4.简述精度和超精度机床使用的床身和导轨的材料？精密和超精密机床采用哪些导轨？ 答：材料为：优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩

导轨有：滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨、空气静压导轨。 5.试述误差补偿的概念？

答：误差补偿广义含义：误差修正、抵消、均化、“钝化”、分离等都是误差补偿的各种形式或方法，误差修正、误差校正通常是误差补偿的同义词，这是从误差补偿这一术语的广义角度来论述的。

误差补偿狭义含义：应该是指对一定尺寸、形状、位置相关程度的补足。 6.简述脆性材料抛光机理？

答：抛光是以磨粒的微小塑性切削生成切削为主体而进行的。在材料切除过程中会由于局部高温、高压而使工件与磨粒、加工液及抛光盘之间存在着直接的化学作用，并在工件表面产生反应生成物。由于这些作用的重迭，以及抛光液、磨粒及抛光盘的力学作用，使工件表面的生成物不断被除去而使表面平滑化。

7.研磨抛光加工液由哪些部分组成？其作用？对加工液有哪些要求？

答：研磨抛光加工液由基液、磨粒、添加剂三部分组成。作用是供给磨粒、排屑、冷却和润滑。

对加工液的要求：1）能有效地散热，以避免研具和工件表面热变形。2）粘性低，以提高磨料的流动性；3）不会污染工件；4）化学物理性能稳定，不因放置或温升而分解变质；5）能较好地分散磨粒。