机械制造技术第十章 PPT课件

第12章机械制造精度的实现 1 12 1机械零件制造精度 机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件 通常 毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件 一 机械零件的精度构成零件的精度包括下列两方面 1 表面本身的精度 1 表面本身的尺寸及其精度 如圆柱面的直径 圆锥面的锥角 2 表面本身的形状精度 如平面度 圆度 轮廓度等 2 不同表面之间的相互位置精度 1 表面之间的位置尺寸及其精度 如平面之间的距离 孔间距 孔到平面的距离等 2 表面之间的相互位置精度 如平行度 垂直度 对称度等 机械零件制造精度 12 1 1机械零件制造精度 2 1 试切法就是通过试切 测量 调整 再试切 反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法 这种方法的效率低 操作者的技术水平要求高 主要适用于单件 小批生产 2 调整法先调整好刀具和工件在机床上的相对位置 并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变 以保证被加工尺寸的方法 调整法广泛用于各类半自动 自动机床和自动线上 适用于成批 大量的生产 机械零件制造精度 12 1 2获得零件精度的方法 3 3 定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法 如铰孔 拉孔和攻螺纹等 这种方法的加工精度 主要决定于刀具的制造 刃磨质量和切削用量 其优点是生产率较高 但刀具制造较复杂 常用于孔 螺纹和成形表面的加工 4 自动控制法这种方法是用度量装置 进给机构和控制系统构成加工过程的自动循环 即自动完成加工中的切削 度量 补偿调整等一系列的工作 当工件达到要求的尺寸时 机床自动退刀停止加工 机械零件制造精度 4 12 2尺寸链 在机械设计和工艺工作中 为保证加工 装配和使用的质量 经常要对一些相互关联的尺寸 公差和技术要求进行分析和计算 为使计算工作简化 可采用尺寸链原理 将相互关联的尺寸从零件或部件中抽出来 按一定顺序构成的封闭尺寸图形 称为尺寸链 尺寸链的概念 12 2 1尺寸链的概念 5 图12 1加工尺寸链 尺寸链的概念 6 尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环 环又分为封闭环 或称终结环 和组成环 而组成环又有增环和减环之分 封闭环 其尺寸是在机器装配或零件加工中间接得到的 如上两例A0尺寸均为封闭环 封闭环在一个线性尺寸链中只有一个 组成环 在尺寸链中 除封闭环以外 其它环均为组成环 它是在加工中直接得到的尺寸 将直接影响封闭环尺寸的大小 增环 若组成环尺寸增大或减小 使得封闭环尺寸也增大或减小 则此组成环称为增环 如上两例中的A1环 减环 若组成环尺寸增大或减小 使得封闭环尺寸减小或增大 则此组成环称为减环 如上两例中的A2 A3环 同一个尺寸链中的各个环最好用同一个字母表示 如Al A2 A3 A0 下标1 2 表示组成环的序号 0表示封闭环 对于增环 在字母的上边加符号 对于减环在字母的上边加符号 如 尺寸链的概念 在尺寸链中判断增 减环的方法 一是根据定义 二是顺着尺寸链的一个方向 向着尺寸线的终端画箭头 则与封闭环同向的组成环为减环 反之则为增环 7 尺寸链的分类 1 按尺寸链的应用范围分 工艺尺寸链在加工过程中 工件上各相关的工艺尺寸所组成的尺寸链 装配尺寸链在机器设计和装配过程中 各相关的零部件间相互联系的尺寸所组成的尺寸链 2 按尺寸链中各组成环所在的空间位置分 线性尺寸链尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行 平面尺寸链尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面内 各环之间可以不平行 平面尺寸可以转化为两个相互垂直的线性尺寸链 空间尺寸链尺寸链中各环不在同一平面或彼此平行的平面内 空间尺寸链可以转化为三个相互垂直的平面尺寸链 每一个平面尺寸链又可转化为两个相互垂直的线性尺寸链 因此线性尺寸链是尺寸链中最基本的尺寸链 12 2 2尺寸链的分类 8 尺寸链的分类 3 按尺寸链各环的几何特征分 长度尺寸链尺寸链中各环均为长度量 角度尺寸链尺寸链中各环均为角度量 由于平行度和垂直度分别相当于0o和90o 因此角度尺寸链包括了平行度和垂直度的尺寸链 如图12 2所示 以A面为基准分别加工C面和B面 则要求C A 即 1 90o B A 即 2 0o 加工后应使B C 即 0 90o 但这种关系是通过 1 2 0间接得到的 所以 1 2和 0组成了角度尺寸链 其中 0为封闭环 图12 2角度尺寸链 9 尺寸链的分类 4 按尺寸链之间相互联系的形态分 独立尺寸链尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链 并联尺寸链两个或两个以上的尺寸链 通过公共环将它们联系起来组成并联形式的尺寸链 10 尺寸链简图 12 3 尺寸链简图 1 尺寸链简图的画法绘制工艺尺寸链简图应由加工中自然形成的尺寸画起 然后依次画出与该尺寸要求有关的各尺寸 尺寸链简图 2 封闭环的判定例如 在加工右图所示零件时 1 当其检测尺寸的先后顺序规定为L3 L1时 应判定尺寸L2为封闭环 2 当其检测尺寸的先后顺序规定改为L3 L2时 应判定尺寸L1为封闭环 尺寸链简图 3 增环和减环的简易判断 2 组成环的箭头方向与封闭环相同的为减环 1 组成环的箭头方向与封闭环相反的为增环 要点 任意假设一个旋转方向 按该旋转方向 顺 逆时针 给每个环标出箭头 如下图所示 结论 尺寸链的计算 12 4 尺寸链的计算极值法封闭环的基本尺寸 所有组成环基本尺寸的代数和 其计算公式 尺寸链的计算 2 封闭环的极限尺寸 1 封闭环最大极限尺寸 所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和 2 封闭环最小极限尺寸 所有增环最小极限尺寸之和减去所有减环最大极限尺寸之和 尺寸链的计算 3 封闭环的极限偏差 1 封闭环上偏差 所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和 2 封闭环下偏差 所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和4 封闭环的公差封闭环公差 各组成环公差之和 极值法的优点 简单可靠 缺点是从极端出发 对于环数较多的尺寸链多采用概率法 三 工艺尺寸链的应用 工艺尺寸链的计算形式 正计算形式 已知各组成环尺寸求封闭环尺寸 其计算结果是唯一的 产品设计的校验常用这种形式 反计算形式 已知封闭环尺寸求各组成环尺寸 由于组成环通常有若干个 所以反计算形式需将封闭环的公差值按照尺寸大小和精度要求合理地分配给各组成环 产品设计常用此形式 中间计算形式 已知封闭环尺寸和部分组成环尺寸求某一组成环尺寸 该方法应用最广 常用于加工过程中基准不重合时计算工序尺寸 提示 尺寸链计算多属这种计算形式 分配公差有三种方法 1 等公差值分配法计算简单 但各环基本尺寸相差较大或要求不同时 不宜采用2 等公差等级分配法假设各组成环的公差等级是相等的 根据具体尺寸的大小进行分配 使各工序加工难度基本均衡 但实际加工中 不同加工加工方法的经济加工精度是不同的 而且各工序尺寸作用不同 其合理精度等级也不同 所以也不完善3 组成环主次分类法在封闭环公差较小而组成环又较多时 可首先把组成环按作用的重要性进行主次分类 再根据相应加工方法的经济加工精度 确定合理的各组成环公差等级 实际生产中应用较多 四 工艺尺寸链计算示例 1 基准重合时工序尺寸及其公差的确定属于这种情况的有内外圆柱面和某些平面加工 计算时只需考虑各工序的余量和该种加工方法所能达到的经济精度 其计算顺序是从最后一道工序开始向前推算 计算步骤为 1 确定各工序余量和毛坯总余量 2 确定各工序尺寸公差及表面粗糙度 最终工序尺寸公差等于设计公差 表面粗糙度为设计表面粗糙度 其它工序公差和表面粗糙度按此工序加工方法的经济精度和经济粗糙度确定 3 求工序基本尺寸 从零件图的设计尺寸开始 一直往前推算到毛坯尺寸 某工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量 4 标注工序尺寸公差 最后一道工序按设计尺寸公差标注 其余工序尺寸按 单向入体 原则标注 例如 某法兰盘零件上有一个孔 孔径为 表面粗糙度值为Ra0 8 m 图3 83 毛坯为铸钢件 需淬火处理 其工艺路线如表3 19所示 解题步骤如下 1 根据各工序的加工性质 查表得它们的工序余量 见表3 19中的第2列 2 确定各工序的尺寸公差及表面粗糙度 由各工序的加工性质查有关经济加工精度和经济粗糙度 见表3 19中的第3列 3 根据查得的余量计算各工序尺寸 见表3 19中的第四列 4 确定各工序尺寸的上下偏差 按 单向入体 原则 对于孔 基本尺寸值为公差带的下偏差 上偏差取正值 对于毛坯尺寸偏差应取双向对称偏差 见表3 19中的第5列 工艺尺寸链计算示例 解 求工序10的工序尺寸A2 画尺寸链 封闭环A0 20 0 12增环A1 减环A2 计算封闭环基本尺寸 20 100 A2 A2 80封闭环上偏差 0 12 0 EI2 EI2 0 12封闭环下偏差 0 12 0 1 ES2 ES2 0 02 2 基准不重合时工艺尺寸链的计算 1 定位基准与设计基准不重合 例 A B面已加工 工序10 以A面定位 铣槽C面 求工序尺寸及公差 工艺尺寸链计算示例 2 设计基准与测量基准不重合 例 图所示零件 设计尺寸为和 因尺寸不便测量 改测尺寸A2 试用极值法确定尺寸A2的数值和公差 解 画尺寸链 封闭环A0 增环A1 减环A2 计算封闭环基本尺寸 10 50 A2 A2 40封闭环上偏差 0 0 EI2 EI2 0封闭环下偏差 0 36 0 17 ES2 ES2 0 19 3 工序基准是尚待加工的设计基准 如图为一齿轮内孔的简图 内孔尺寸为 键槽的深度尺寸为 内孔及键槽的加工顺序如下 1 精镗孔至 2 插键槽深至尺寸A3 通过尺寸换算求得 3 热处理 4 磨内孔至尺寸 同时保证键槽深度尺寸 4 对某表面进行加工 要同时保证多个设计尺寸的工序尺寸计算5 保证渗层深度的工艺尺寸计算有些零件的表面需要进行渗碳 渗氮处理 而且在精加工后还要保证规定的渗层深度 为此必须正确确定精加工前的渗层深度尺寸 6 余量校核图所示小轴 有关轴向尺寸的加工过程为 参见图b 1 半精车端面A 精车端面B 保证两者之间的尺寸mm 2 调头 以A面为基准半精车端面C 保证总长尺寸mm 3 热处理 4 以C面为基准磨端面B 保证尺寸mm 试用极值法校核端面B的磨削余量 用极值法 30 31 列出尺寸链 如图所示 其中Z为封闭环 A2为增环 A1 A3为减环 可求出 mm 由计算结果可知最小余量为零 因此需要调整 A2 A3为设计尺寸 保持不变 若令最小余量为0 1mm 则从计算式可知 如将工艺尺寸mm改为mm 此时mm 可满足对最小余量的要求 余量变动量较合适 TA1 0 1mm仍在精车的经济精度的范围内 不会给加工增加困难 32 12 4机械装配精度 一 机械装配精度装配精度是指产品装配后几何参数实际达到的精度 它一般包括 1 尺寸精度是指零部件的距离精度和配合精度 例如卧式车床前 后两顶尖对床身导轨的等高度 2 位置精度是指相关零件的平行度 垂直度和同轴度等方面的要求 例如台式钻床主轴对工作台台面的垂直度 3 相对运动精度是指产品中有相对运动的零 部件间在运动方向上和相对速度上的精度 例如滚齿机滚刀与工作台的传动精度 4 接触精度是指两配合表面 接触表面和连接表面间达到规定的接触面积大小和接触点分布情况 例如齿轮啮合 锥体 配合以及导轨之间的接触精度 33 二 装配精度与零件精度的关系 机械及其部件都是由零件所组成的 装配精度与相关零 部件制造误差的累积有关 特别是关键零件的加工精度 例如卧式车床尾座移动对床鞍移动的平行度 就主要取决于床身导轨A与B的平行度 如图1所示 又如车床主轴锥孔轴心线和尾座套筒锥孔轴心线的等高度 A0 即主要取决于主轴箱 尾座及座板的A1 A2及A3的尺寸精度 如图所示 34 35 另一方面 装配精度又取决于装配方法 在单件小批生产及装配精度要求较高时装配方法尤为重要 例如图11 4中所示的等高度要求是很高的 如果靠提高尺寸A1 A2及A3的尺寸精度来保证是不经济的 甚至在技术上也是很困难的 比较合理的办法是地装配中通过检测 对某个零部件进行适当的修配来保证装配精度 总之 机械的装配精度不但取决于零件的精度 而且取决于装配方法 36 三 装配工艺尺寸链 1 装配尺寸链的基本概念在机器的装配关系中 由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链 称为装配尺寸链 装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求 装配精度 封闭环 是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系 在装配关系中 对装配精度有直接影响的零 部件的尺寸和位置关系 都是装配尺寸链的组成环 如同工艺尺寸链一样 装配尺寸链的组成环也分为增环和减环 37 2 装配尺寸链的建立步骤应用装配尺寸链分析和解决装配精度问题 首先是查明和建立尺寸链 即确定封闭环 并以封闭环为依据查明各组成环 然后确定保证装配精度的工艺方法和进行必要的计算 查明和建立装配尺寸链的步骤如下 1 判别封闭环在装配过程中 要求保证的装配精度就是封闭环 2 查明组成环 画装配尺寸链图取封闭环两端的那两个零件为起点 沿着装配精度要求的位置方向 以装配基准面为联系线索 分别查明装配关系中影响装配精度要求的那些有关零件 直至找到同一个基准零件或者是同一个基准表面为止 这样 所有有关零件上直接联接两个装配基准面间的位置尺寸或位置关系 便是装配尺寸链的全部组成环 3 判别组成环的性质画出装配尺寸链图后 按定义判别组成环的性质 即增 减环 38 3 装配尺寸链建立的基本原则 1 简化原则机械产品的结构通常都比较复杂 对装配精度有影响的因素很多 查找尺寸链时 在保证装配精度的前提下 可以不考虑那些影响较小的因素 使装配尺寸链适当简化 例如 车床主轴与尾座中心线等高尺寸链 其组成环包括e1 e2 e3 e4 A1 A2 A3等7个 由于e1 e2 e3 e4的数值相对于A1 A2 A3的误差较小 故装配尺寸链可简化为如图所示的结果 但在精密装配中 应计入对装配精度有影响的所有因素 不可随意简化 39 40 2 最短路线原则由尺寸链的基本理论可知 在结构即定的条件下 组成装配尺寸链的每个相关的零 部件只能有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链 这样组成环的数目就应等于相关零 部件的数目 即一件一环 这就是装配尺寸链的最短路线原则 P268图12 16 3 方向性原则一个装配精度要求只在其所在的位置方向上形成尺寸链 同一装配结构在不同方向上有装配精度要求时 应在各自的方向上分别建立装配尺寸链 41 四 装配尺寸链的应用 装配方法与装配尺寸链的解算方法密切相关 同一项装配精度 采用不同装配方法时 其装配尺寸链的解算方法也不相同 装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算 1 互换法互换法的实质就是用控制零件加工误差来保证装配精度的一种方法 根据互换的程度 分完全互换和不完全互换 42 1 完全互换法完全互换法就是机器在装配过程中每个待装配零件不需要挑选 修配和调整 装配后就能达到装配精度要求的一种方法 这种方法是用控制零件的制造精度来保证机器的装配精度 完全互换法的装配尺寸链是按极值法计算的 完全互换法的优点是装配过程简单 生产效率高 对工人的技术水平要求不高 便于组织流水作业及实现自动化装配 容易实现零部件的专业协作 便于备件供应及维修工作等 因为有这些优点 因此只要能满足零件经济精度要求 无论何种生产类型都应首先考虑采用完全互换法装配 但是在装配精度要求较高 尤其是组成零件的数目较多时 就难易满足零件的经济精度要求 因此考虑采用不完全互换法 43 2 不完全互换法不完全互换法又称部分互换法 当机器的装配精度较高 组成环零件的数目较多 用极值法 完全互换法 计算各组成环的公差 结果势必很小 难于满足零件的经济加工精度的要求 甚至很难加工 因此 在大批大量的生产条件下采用概率法计算装配尺寸链 用不完全互换法保证机器的装配精度 与完全互换法相比 采用不完全互换法装配时 零件的加工误差可以放大一些 使零件加工容易 成本低 同时也达到部分互换的目的 其缺点是将会出现极少部分产品的装配精度超差 这就需要考虑好补救措施 或者事先进行经济核算来论证可能产生的废品而造成的损失小于因零件制造公差放大而得到的增益 那么 不完全互换法就值得采用 44 2 选配法选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行程度 然后选择合适的零件进行装配 以保证规定的装配精度要求 实际生产中还可分成各种不同情况 1 直接选配从配对的零件群中 选择二个符合规定要求的零件进行装配 这种方法劳动量大 与工人的技术水平和测量方法有关 2 分组互换将装配的零件按公差预先进行分组 同一组号的零件便可按互换的原则装配 这是生产中常用的方法 分组愈多 则所获得的装配质量愈高 3 分组选配分组后再成对选配零件 它可比分组互换法获得更高的质量 4 分组选配后研配对特别精密的装配 如圆柱面或圆锥面的配合要求密封性 在进行分组选配后 往往还采用装配接触表面相互研磨的方法 以保证密合 45 3 修配法修配装配法是在装配时修去指定零件上预留的修配量以达到装配精度的方法 简称修配法 采用修配法时 尺寸链中各尺寸均按经济加工精度制造 在装配时 累积在封闭环上的总误差必然超出其公差 为了达到规定的装配精度 必须对尺寸链中指定的组成环零件进行修配 以补偿超差部分的误差 这个组成环叫做修配环 也称补偿环 单件或成批生产中那些精度要求高 组成环数目又较多的部件适合于用修配法装配 采用修配法装配时 首先应正确选定补偿环 作为补偿环的零件应满足以下要求 1 易于修配并且装卸方便 2 不是公共环 即作为补偿环的零件应当只与一项装配精度有关 而与其它装配精度无关 否则修配后 保证了一个尺寸链的装配精度 但又破坏了另一个尺寸链的装配精度 3 不要求进行表面处理的零件 以免修配后破坏表面处理层 46 4 调整法调整装配法是在装配时用改变产品中可调整零件的相对位置或选用合适的调整件以达到装配精度的方法 调整装配法与修配装配法的实质相同 但在改变补偿环尺寸的方法上 修配法采用补充加工的方法去除补偿件上的金属层 而调整法则采用调整的方法改变补偿件的实际尺寸和位置 以补偿由于各组成环公差扩大后所产生的累积误差 从而保证装配精度要求 47 48 装配