对表面质量的影响等。
（2）超精密加工的刀具、磨具及其制备技术,包括金刚石刀具的制备和刃磨、修整等是超精密加工的重要的关键技术。
（3）超精密加工机床设备,超精密加工对机床设备有高精度、高刚度、高的抗振性、高稳定性和高自动化的要求，具有微量进给机构。
（4）精密测量及补偿技术,超精密加工必须有相应级别的测量技术和装置，具有在线测量和误差补偿。
（5）严格的工作环境,超精密加工必须在超稳定的工作环境下进行，加工环境的极微小的变化都可能影响加工精度。因而，超精密加工必须具备各种物理效应恒定的工作环境，如恒温室、净化间、防振和隔振地基等。
3-5 叙述精密和超精密加工方法的分类、加工机理及加工方法示例。 精密和超精密加工方法 分类 加工机理 力学加工、力溅射 主要加工方法示例 去除加工 （分离加工） 切削、磨削、研磨、抛光、超精加工、珩磨、 超声波加工、离子溅射加工 等离子加工 喷射电物理加工 加工； 电化学加工 电火花加工（电火花成型、电火花线切割）； 热蒸发、热扩散 、热溶解 电解加工、蚀刻（电子束曝光）、 化学机械抛光； 电子束加工、激光加工、脱碳处理、气割 化学 电化学 附着加工 热、热熔化 力物理 化学 注入加工 电化学热 （渗入加热扩散 工） 力物理 连接加工 热物理、电物理化学 化学镀、化学气相沉积； 电镀、电铸； 真空蒸镀、熔化镀； 离子镀（离子沉积）、物理气相沉积 氧化、氮化、活性化学反应； 阳极氧化； 晶体生长、分子束外延、掺杂、渗碳和烧结； 离子束外延、离子注入 激光焊接、气焊、电焊、快速成型加工； 化学粘接 锻造、热流动加工（气体火焰、高频电流、热射线、电子束和激光）； 铸造、液体流动加工（金属、塑料等压铸、注塑）；液晶定向 结合加工 变形加工 （流动加工） 热流动、表面热流动 粘滞流动 分子定向
3-6 试说明超精密切削、超精密磨削加工的特点和各自的适应场合。 答：超精密切削是借助锋利的金刚石刀具对工件进行车削或铣削。主要用于加工要求低粗糙度和高形状精度的有色金属或非金属零件，如激光或红外的平面，非球面反射镜、磁盘铝基底、VTR辊轴、有色金属轴套和塑料多面棱镜等，甚至直接加工纳米级表面的硬脆材料。超精密金刚石刀具镜面车削加工人造卫星仪器轴承——真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙
度R。达到1 nm，圆度和圆柱度均为纳米级精度。超精密车削可达到粗糙度Ra0.005μm和0.1μm的非球面形状精度。
超精密磨削：
超精密磨削是利用磨具上尺度均匀性好、近似等高的磨粒（金刚石砂轮和CBN砂轮）对被加工零件表面进行摩擦、耕犁及切削的过程。主要用于硬度较高的金属和非金属零件，如对加工尺寸及形状精度要求很高的伺服阀、空气轴承主轴、陀螺仪超精密轴承、光学玻璃基片等。超精密磨削可达到R。0．002μm的表面粗糙度和 0．01μm的圆度。
3-7 超精密加工时机床设备和环境有何要求？ 答：超精密加工时机床设备：
超精密加工机床应具有高精度、高刚度、高加工稳定性和高度自动化的要求，超精密机床的质量主要取决于机床的主轴部件、床身导轨以及驱动部件等关键部件的质量。 (1) 精密主轴部件
精密主轴部件是超精密机床的圆度基准，也是保证机床加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转精度，精度范围为0.02～0.1μm，此外，主轴还要具有相应的刚度，以抵抗受力后的变形。主轴运转过程中产生的热量和主轴驱动装置产生的热量对机床精度有很大影响，故必须严格控制温升和热变形。为了获得平稳的旋转运动，超精密机床主轴广泛采用空气静压轴承，主轴驱动采用皮带卸载驱动和磁性联轴节驱动的主轴系统。
(2) 床身和精密导轨 床身是机床的基础部件，应具有抗振衰减能力强、热膨胀系数低、尺寸稳定性好的要求。目前，超精密机床床身多采用人造花岗岩材料制造。人造花岗岩是由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，它不仅具有花岗岩材料的尺寸稳定性好、热膨胀系数低、硬度高、耐磨且不生锈的特点，又可铸造成形，克服了天然花岗岩有吸湿性的不足，并加强了对振动的衰减能力。
超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度，不能有爬行，导轨偶合面不能有磨损，因而液体静压导轨、气浮导轨和空气静压导轨，均具有运动平稳、无爬行、摩擦因数接近于零的特点，在超精密机床中得到广泛的使用。
(3) 微量进给装置
在超精密加工中，要求微量进给装置满足如下的要求：①稍微进给与粗进给分开，以提高微位移的精度、分辨率和稳定性；②运动部分必须是低摩擦和高稳定性，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，即夹固刀具处必须是高刚度的；④工艺性好，容易制造；⑤应能实现微进给的自动控制，动态性能好。
微量进给装置有机械或液压传动式、弹性变形式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式、压电陶瓷式等多种结构形式。
超精密加工时工作环境：
工作环境的任何微小变化都可能影响加工精度的变化，使超精加工达不到精度要求。因此，超精密加工必须在超稳定的环境下进行。超稳定环境主要是指恒温、超净和防振三个方面。
超精密加工一般应在多层恒温条件下进行，不仅放置机床的房间应保持恒温，还要求机床及部件应采取特殊的恒温措施。一般要求加工区温度和室温保持在 20土 0.06℃的范围内。
超净化环境对超精密加工也很重要，因为环境中硬粒子会严重影响被加工表面的质量。 外界振动对超精密加工的精度和粗糙度影响甚大。采用带防振沟的隔振地基和把机床安装在专用的隔振设备上，都是极有效的防振措施。
3-8 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析高速切削加工所用解决的关键技术。 答：超高速加工是指高于常规切削速度5倍乃至十几倍条件下所进行的切削加工。例如在试验室中，铝合金加工已达6000m/min；而在实际生产中也达到了1500-5500m/min。在实验室中，磨削中单层镀砂轮磨削速度达300m/s，目前正探索500m/s速度的磨削；而实际生产中也达到了250m/s。超高速加工不但可以大幅度提高零件的加工效率、缩短加工时间、降低加工成本；而且可以使零件的表面加工质量和加工精度达到更高的水平。
高速切削加工比常规切削加工的切削速度高5～10倍，进给速度随切削速度的提高也可相应提高5－10倍。
3-9 超高速切削的包含哪些相关技术？ 答：超高速切削是一种综合性的高新技术，超高速切削技术的推广应用是多项相关技术发展到与之相匹配的程度而产生的综合效应。超高速切削的相关技术包括：超高速切削中的刀具技术、高速主轴技术、直线滚动导轨和直线驱动技术、高速数控技术、机床结构等技术。
3-10 简述超高速磨削特点及关键技术？ 答：超高速磨削技术特点：
( 1) 大幅度提高磨削效率，设备使用台数少； ( 2) 磨削力小、磨削温度低、加工表面完整性好； ( 3) 砂轮使用寿命长，有助于实现磨削加工的自动化； ( 4) 实现对难加工材料的磨削加工。 超高速磨削关键技术 1、超高速磨削的砂轮
超高速磨削砂轮应具有良好的耐磨性、高动平衡精度和机械强度、高刚度和良好的导热性等。
（1）超高速砂轮的材料：超高速磨削用砂轮应具有强度高、抗冲击强度高、耐热性好、微破碎性好、杂质含量低等优点。超高速磨削砂轮可以使用AI2O3、SiC、CBN和金刚石磨料。
（2）超高速砂轮的修整：超高速单层电镀砂轮一般不需修整。特殊情况下利用粗磨粒、低浓度电镀杯形金刚石修整器对个别高点进行微米级修整。 2、 超高速主轴和超高速轴承
（1）超高速电主轴技术：超高速磨削主要采用大功率超高速电主轴。高速电主轴惯性扭矩小，振动噪声小，高速性能好，可缩短加减速时间，但它有很多技术难点。
（2）超高速轴承技术：高速主轴采用的轴承有滚动轴承、气浮轴承、液体静压轴承和磁悬浮轴承几种形式。
3、超高速磨削的砂轮平衡技术与防护装置：对于超高速砂轮系统不仅进行静平衡，还必须根据系统及不平衡质量划分平衡阶段，进行分级动平衡以保证在工作转速下的稳定磨削。
4、磨削液供给系统
超高速磨削常用的冷却液注入方法有：高压喷射法，空气挡板辅助截断气流法，气体内冷却法，径向射流冲击强化换热法等。为提高供液效果，应对供液系统参数包括供液压力、流量、磨削液喷注位置、喷嘴结构及尺寸等进行优化设计，此外系统还需配有高效率油气分离和吸排风单元。
5、超高速磨削进给系统
随着高速超高速加工技术的发展，国内外都采用了直线伺服电机直接驱动技术。使用高动态性能的直线电机结合数字控制技术，避免了传统的滚珠丝杠传动中的反向间隙、弹性变
形、磨擦磨损和刚度不足等缺陷，可获得高精度的高速移动并具有极好的稳定性。
6、磨削状态检测及数控技术
利用磨削过程中产生的各种声发射源，如砂轮与工件弹性接触、接合剂破裂、磨粒与工件磨擦、砂轮破碎和磨损、工件表面裂纹和烧伤、砂轮与修整轮的接触等，可以通过检测声发射信号的变化来对磨削状态进行判别和监测。此外，工件精度和加工表面质量的在线监控技术也是高效率磨削的关键技术。
3-11 简述超高速铣削特点及关键技术？ 答：1、超高速铣削的技术特点：
（1）生产效率高，成本低
超高速铣削高硬度钢的金属切除率高、没有手工精加工等耗时的工序，缩短了生产过程，简化了辅助工作，能使整体加工效率提高几倍乃至十几倍，且其能耗低，能源和设备的利用率高，从而降低了生产成本。
（2）加工精度高
对于同样的切削层参数：在超高速铣削条件下，单位切削力显著下降，且其变化幅度小，使工件的受力变形显著减小；同时，由于机床主轴运转速度极高： 激振频率远离机床、工件、刀具工艺系统的高阶固有频率：能有效减小系统的振动，因此有利于获得高的加工精度
（3）加工表面质量好
超高速铣削的加工过程极为迅速，加工表面的受热时间极短，95%-98%以上的切削热被切屑带走，传入工件的切削热大为减少，切削温度低，热影响区和热影响程度都较小：有利于获得低损伤的加工表面；同时，由于超高速铣削时切削振动对加工质量的影响很小，因而能显著降低加工表面粗糙度，表面粗糙度Ra值可达到0.1um。
（4）适于加工薄壁类精细零件
与常规切削相比，超高速铣削加工时的切削力至少降低30%，尤其是径向切削力显著降低，非常有利于薄壁类精细零件的加工。例如，当切削速度达到13000r/min 时，可以铣削壁厚仅0.0165的薄壁零件。
2、超高速铣削的关键技术
超高速铣削刀具几何角度：超高速铣削高硬度钢时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。通常采用较小的前角（零度或负角度前角）。增大后角可减少刀具的磨损，但后角过大会影响刀具的强度和散热条件，故也不宜过大。较大的螺旋角可增大实际工作前角，减小被切金属的变形，降低切削力，还可大大降低切削力的振幅，减小振动加速度，从而改善加工表面质量。
超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
3-12 特种加工技术的特点及应用领域。
特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合施加在工件的被加工部位上以实现材料切除的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：
1)在加工范围上不受材料的物理、机械性能限制。能加工硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属及非金属材料；
2)易获得良好的表面质量，残余应力、热应力、热影响区、冷作硬化等均比较小； 3)易于加工比较复杂的型面、微细表面及柔性零件；
4)各种加工方法易于复合形成新的工艺方法，便于推广和应用。 特种加工技术所包含的范围非常广，随着科学技术的发展，特种加工技术的内容也不断丰富。目前各种特种加工方法已达数十种，其中也包含一些借助机械能切除材料， 但又不同于一般切削和磨削的加工方法，如磨粒流加工、液体喷射流加工、磨粒喷射加工、磁磨粒加工等等。除了借助于化学能或机械能的加工方法以外，大多数常用的特种加工方法均为直接利用电能或电能所产生的特殊作用所进行的加工方法，通常将这些方法统称为电加工。
3-13 电火花加工的原理与应用。
电火花加工（又称放电加工、电蚀加工，简称EDM）是一种利用脉冲放电对导电材料电蚀来去除多余材料的工艺方法。
1、加工原理
电火花加工的原理示意图如图3-20所示。加工时，将工具与工件置于具有一定绝缘强度的液体介质中，并分别与脉冲电源的正、负极相连接。调节装置控制工具电极，保证工具与工件间维持正常加工所需的很小放电间隙。当两极之间的电场强度增加到足够大时，两极间最近点的液体介质被击穿，产生短时间、高能量的火花放电，放电区域的温度瞬时可达10000℃以上，金属被熔化或气化。灼热的金属蒸汽具有很大的压力，引起剧烈的爆炸，而将熔融的金属抛出，金属微粒被液体介质冷却并迅速从间隙中冲走，工件与工具表面形成一个小凹坑（图3-20（b、c））。第一个脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第一脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，得到由无数小凹坑组成的加工表面，工具的形状最终被复制在工件上。
进行电火花加工必须具备下列三个条件：
①必须采用脉冲电源，以形成瞬时的脉冲式放电。每次放电时间极短，使放电产生的热量来不及传输出去，而集中于微小区域。
②必须采用自动进给调节装置，保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙（0.01～0.05 mm），以维持适宜的火花放电状态。
③火花放电必须具有足够大的能量密度，且必须在具有一定的绝缘强度的液体介质（工作液）中进行。大的能量密度用以熔化（或气化）工件材料，液体介质除对放电通道有压缩作用外，还可排除电蚀产物，冷却电极表面。常用的液体介质有煤油、矿物油、皂化液或去离子水等。
2、 电火花加工的应用 （1）电火花穿孔
穿孔加工是指贯通的二维型孔的加工，是电火花加工中应用最广的一种，常加工的型孔有圆孔、方孔、多边形孔、异形孔、曲线孔及小孔、微孔等，例如冷冲模、拉丝模、 挤压模、喷嘴、喷丝头上的各种型孔和小孔。穿孔的尺寸精度主要靠工具电极的尺寸和火花放电的间隙来保证。
（2）电火花型腔加工
电火花型腔加工指三维型腔和型面的加工及电火花雕刻。例如加工锻模、压铸模、挤压模、胶木模、塑料模等。
型腔加工比较困难，首先是因为均是盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环和电蚀产物排除条件差，工具电极损耗后无法靠进给补偿；其次是加工面积变化大，加工过程中电规准调节范围较大，并由于型腔复杂，电极损耗不均匀，对加工精度影响很大，因此型腔加工生产率低，质量保证有一定困难。 （3）电火花线切割加工
电火花线切割加工简称线切割加工，它是利用一根运动的细金属丝（φ0.02～φ0.3 mm
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