4.为什么在超硬磨料磨具的结构中一般由磨料层、过渡层和基体三个部分组成？过渡层起什么作用？普通磨料磨具的结构为什么与超硬磨料磨具的结构不同？ 5.涂覆磨具在制造技术上的质量关键是哪些？ 答：粘接剂和涂覆方法。

6.试述近年来涂覆磨具在精密和超精密加工中所占的地位。 7.试述涂覆磨具制造中三种涂覆方法的特点和应用场合。

答：(1)重力落砂法 先将粘接剂均匀涂敷在基底上，再靠重力将砂粒均匀地喷洒在涂层上，经烘干去除浮面砂粒后即成卷状砂带，裁剪后可制成涂覆磨具产品，整个过程自动进行。一般的砂纸、砂布均用此法，制造成本较低。 （2）涂覆法 先将砂粒和粘接剂进行充分均匀地混合，然后利用胶辊将砂粒和粘接剂混合物均匀地涂敷在基底上。粘接剂和砂粒的混合多用球磨机，而涂敷多用类似印刷机的涂敷机，可获得质量很好的砂带，一般塑料膜材料的基底砂带都用这种方法。简单的涂覆法也可用喷头将砂粒和粘接剂的混合物均匀地喷洒在基底上，多用于小量生产纸质材料基底的砂带，当然质量上要差一些。精密和超精密加工中所用的涂覆磨具多用涂敷法制作。

(3)静电植砂法 其原理是利用静电作用将砂粒吸附在已涂胶的基底上，这种方法由于静电作用，使砂粒尖端朝上，因此砂带切削性强，等高性好，加工质量好，受到广泛采用。

8.试从系统工程的角度分析精密磨削的技术关键。 答：砂轮粒度和结合剂的选择以及砂轮修整。

9.试分析砂轮修整对精密磨削质量的影响。

答：修整导程和修整深度对工件表面粗糙度的影响如下图所示：

10.精密磨削能获得高精度和小表面粗糙度表面的主要原因何在？

答：精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高件，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和低表面粗糙度的表面。

11.试分析超硬磨料砂轮的各种修整方法的机理、特点和应用范围。 答：车削法：用单点、聚晶金刚石笔，修整片等车削金刚石砂轮以达到修整目的。这种方法的修正精度和效率都比较高，但修整后的砂轮表面平滑，切削能力低。 磨削法

磨削法：用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整，普通磨料(如碳化硅、刚玉等)磨粒被破碎，对树脂、陶瓷、金属结合剂起切削作用，失去结合剂把持的超硬磨粒就会脱落。这种方法的效率和质量都较好，但普通砂轮、砂块磨损相当迅速，是目前最为广泛采用的修整方法。

滚压挤轧发：滚压法是用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮，与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚(修整轮无动力)，使结合剂破裂形成容屑空间，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃，该法修整效率低，修整压力大，要求磨床刚度高。

喷射法：（1）气压喷砂法 将碳化硅、刚玉磨粒从高速喷嘴喷射到转动的砂轮表面上，从而去除部分结合剂，使超硬磨粒突出。主要用于修锐，效果较好。（2）液压喷砂法 用高压泵打出流量为20L／min、压力为150Pa的冷却液，当冷却液进入喷嘴的旋涡室时，形成低压，从边孔中吸入碳化硅或刚玉等磨粒及空气，与冷却液形成混合液，并以高速从喷嘴喷射到转动的砂轮上。这种方法修锐的砂轮精度高、锋利、修锐时间短。

电加工法：（1）电解修锐法 利用电化学腐蚀作用蚀除金属结合剂。这种方法的装备简单，可方便地实现在线修锐，多用于金属结合剂砂轮的修锐，非金属结合剂砂轮无效，该方法不能用于整形。(2)电火花修整法 其原理是电火花放电加工，适用于各种金属结合剂砂轮。若在结合剂中加人石墨粉，也可用于树脂、陶瓷结合剂砂轮。修整时可用电火花线切割方式和电火花成型方式进行修整。若配置数控系统，尚可进行成形修整。这种方法既可整形，又可修锐，效率较高，质量可与磨削法相当。

超声波振动修整法：用受激振动的簧片或超声波振动头驱动的幅板作为修整器，并在砂轮和修整器间放入混油磨料，通过游离磨料撞击砂轮的结合剂使超硬磨粒突出结合剂。该法修锐效果较好，用于整形较少。

12.试分析普通磨料砂轮和超硬磨料砂轮在修整机理上的不同。 答：普通砂轮的整形和修锐一般是合为一步进行的，而超硬磨料砂轮的整形和修锐一般是分为先后两步进行，有时，整形和修锐采用不同的方法。

13.在超硬磨料砂轮磨削时如何选用磨削液？

答：金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性液为磨削液，视具体情况而定，如磨削硬质合金时普遍采用煤油，但不宜使用乳化液；树脂结合剂砂轮不宜使用苏打水。

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，因为在高温下下立方氮化硼磨粒和水会起化学反应，称水解作用。会加剧砂轮磨损，可加极压添加剂以减弱水解作用。

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。

15.试从系统工程的角度来分析超精密磨削能达到高质量的原因。

答：影响超精密磨削的因素很多，各因素之间又相互关联。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稳定性的要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰的能力，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、高稳定性的系统。

16.试分析超硬微粉砂轮超精密磨削的特点。

17.试比较精密砂轮磨削和精密砂带磨削的机理、特点和应用范围。

答：精密砂轮磨削机理：（1）微刃的微切削作用 使用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒微细破碎而产生微刃，一颗磨粒就形成了多颗微磨粒，相当于砂轮的粒度变细，微刃的微切削作用形成了低粗糙度表面；（2）微刃的等高切削作用 由于微刃是砂轮精细修整形成的，因此分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多、等高性好，从而使加工表面的残留高度极小，微刃的等高性除与砂轮修整有关外，尚与磨床的精度、震动等因素有关；(3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用 砂轮修整得到的微刃开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加而逐渐钝化。同时，等高性得到改善，这时，切削作用减弱。滑挤、摩擦、抛光作用加强，磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑挤和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度。

精密砂带磨削机理：砂带磨削时，除有砂轮磨削的滑擦、耕犁和切削作用外，由于有弹性，还有磨粒的挤压使加工表面产生的塑性变形、磨粒的压力使加工表面产生的加工硬化和断裂、以及因摩擦升温而引起的加工表面热塑性流动等。因此从加工机理来看，砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光作用，是一种复合加工。

18.比较闭式砂带磨削和开式砂带磨削的特点和应用场合。

答：闭式砂带磨削：采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触轮带动砂带高速回转，工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给运动，从而对工件进行磨削。这种方式效率高，但噪声大，易发热。可用于粗、半精和精加工。

开式砂带磨削：采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移动，砂带绕过接触轮并以一定的工作压力与工件被加工表面接触，工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给，从而对工件进行磨削。由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区域不断出现新砂粒，磨削质量高且稳定，磨削效果好，但效率不如闭式砂带磨削。多用于精密和超精密磨削中。

19.试述接触轮外缘截面形状及其结构对砂带磨削的影响。 答：平滑形用于细粒度砂带精磨、精密和超精密及研抛；锯齿形用于粗磨和精磨；填充形用于粗磨。

20.分析接触轮外缘材料的种类及其硬度对砂带磨削的影响。 答：各种接触轮外缘类型及其特点和用途如下表所示：

21.如何处理砂带磨削时的冷润与除尘问题？

答：磨削液与干磨剂的选择：湿磨时，磨削液的选择除考虑加工表面粗糙度、被加工材料外，必须要考虑砂带粘接剂的种类。另外，还应考虑基底材料。干磨时，当粒度号大于P150时，可采用干磨剂。

砂带磨削的除尘：无论是湿磨还是干磨，无论是在砂带磨床磨削还是在普通机床上利用砂带磨削头架磨削，都应设有吸尘和集尘装置。可用封闭罩或吸尘管等结构将磨削液、切屑、磨粒等汇集于集尘箱内，通过过滤回收、磨削液再用；干磨时则不必回收。

第四章

1.试述精密和超精密机床的国内外发展概况。

答：美国超精密机床的水平最高，不仅有不少工厂生产中小型超精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型超精密机床，其代表是LLL国家实验室于1983-1984年研制成功的DTM-3和LODTM大型金刚石超精密车床。这两台机床是现在世界公认的水平最高的、达到当前技术最前沿的大型超精密机床。

英国是较早从事精密和超精密加工技术研究的国家之一。英国CUPE公司以其精加工技术闻名于世，曾生产HATC 300等超精密车床，1991年

该公司研制成功用于加工x射线天体望远镜用反射镜的2.5m×2.5m大型超精密机床，可用于精密磨削和坐标测量。这是迄今第二个能制造这样大的大型超精密机床的单位

日本研究超精密切削技术和研制超精密机床虽起步较晚，70年代中期才开始，但是内于得到有关方面的重视和协同努力，发展很快。现在在中小型超精密机床生产上，已基本上和美国并驾齐驱。

2.试述我国发展超精密机床概况。

答：我国在60年代起即开始发展精密机床，经过近30年的努力，我国的精密机床已有相当规模，不仅品种上基本满足我国生产需要，而且精度质量上达到一定的水平。例如昆明机床厂、宁江机床厂和以汉川机床厂生产多种坐标镗床，有立式的并且有卧式的，最新的坐标镗床已有精密数控系统。坐标镗床的定位精度在3-5μm。宁江机床厂现又生产MK2932B连续轨迹数控坐标磨床，工作台面积320mm×600mm，定位精度±2μm。重庆机床厂生产高精度滚齿饥、武汉重型机床厂生产大型高精度滚齿机。

北京航空精密机械研究所研制成功空气轴承主轴的超精密车床和金刚石镗床，该研究所用花岗岩制造精密空气轴承主轴，使用性能良好。哈尔滨工业大学研制成功带激光在线测量的空气轴承主轴数控超精密车床，性能良好。

我国超精密机床的生产和研制，实际是现在才开始，和国外的差距甚大。由于这项新技术直接影响国防和尖端技术的发展、尖端技术产品的生产，有着极大的重要性。要从国外引进又受保密、禁运的限制，必须自己开发研究。因此必须给予充分的重视。应该投入充分的人力、物力、给予充分的财力支持，大力加强我国自己的开发研究工作，使我国的超精密加工技求和超精密机床能够得到加速发展。

3.以美国为例，说明超精密机床的发展过程。

答：1962年美国联合碳化物公司研制成功半球车床，是最早期的使用金刚石刀具实现超精密镜面切削的机床。1968年发展了Moore车床，它是在有效的使用了两种试制机床的技术基础上，改造了Moore3型坐标测量机而研制成功的。1976年Ex-Cell-O公司开发了金属反射镜直径达2m的金刚石镜面切削车床。美国Pneumo公司生产的MSG-325型超精密车床采用T形布局，即主轴箱下有导轨作z向运动，刀架溜板作x向运动，这样有利于提高精度。1983年7月美国LLL实验室研制成功大型超精密金刚石DTM-3型车床，用于加工激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜等。该实验室于1984年研制出的另一台大型超精密车床LODTM是现在世界上公认技术水平最高，精度最高的大型金刚石超精密车床。

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。

5.试述美国LLL实验室生产的DTM-3大型超精密车床的主要技术性能。 答：加工最大零件Φ2100mm，重量1500kg；

长距离测定系统分辨率：2.5nm；

短距离测定系统：差动式电容测微仪；