紫竹惊蛰几何精度设计概论

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1、第一章几何精度设计概论一、几何误差的基础知识本章主要内容二、几何精度的基础知识三、几何精度规范四、课程的性质、任务及要求重点要求互换性与公差的定义及作用几何精度规范学1.1.1几何误差本课程研究机械产品的精度设计问题，机械产品是固态产品，主要是由具有一定几何形状的零、部件安装组成。固态产品的特点是具有特定的几何外形，而且几何外形的特性对其使用功能具有直接的影响。几何误差就是指制成产品的实际几何参数与设计给定的理想几何参数之间偏离的程度。这些几何参数包括表面结构、几何尺寸、几何形状和相互位置。1.1几何误差基础知识1.1.2几何误差产生的原因几何误差的产生原因主要有：1、加工原理误差；2、工艺系

2、统的几何误差；3、工艺系统受力变形、热变形引起的误差；4、工件内应力引起的误差5、测量误差等。1.1几何误差基础知识产生几何误差的主要因素有：机床用以保证刀具与工件间的相对运动。相对运动误差使工件产生形状误差；夹具用来确定工件在机床上的位置。它的制造和安装误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差，工艺因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受力变形和温度变形.直接影响加工表面质；环境因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动产生的加工系统的变形。影响尺寸误差和形状误差。材料的内应力、材料的腐蚀直接导致产品几何特性产生变化。将影响完工工件的几何精度及其持久性。1.1几何误

3、差基础知识1.1.3几何误差对使用功能的影响在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性设计是相同的，但是其成品质量差异很大，这是由于产品零部件在制造、装配过程中存在的几何误差所造成的。测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用寿命，其关键原因也是在测绘仿制过程中，虽然能够得到原型产品的原理、结构等信息，但是无法得到原型产品的精度设计信息（几何误差允许范围）。1.1几何误差基础知识几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平。机械工业的能力关键体现在其高精度制造能力上，也就是体现在几何精度的设计、生产、和检测等方面的水平上。各种不同几何特性的误差对产品的使用功能的影响有所不同。表面误差主要影响外观、摩擦

4、磨损、腐蚀、噪音等使用功能，尺寸和形位误差主要影响零、部件的空间相互位置，直接影响运动传递、载荷传递等性能。1.1几何误差基础知识1.1几何误差基础知识1.1.4几何误差与成本的关系几何误差与制造成本、检测成本和维修成本之间存在密切的关系。为获得较小的制造几何误差，必然需要采用相对复杂的工艺过程，使用相对精密的工艺设备，由技术水平较高的操作人员操作，所以相对生产成本较高。1.1几何误差基础知识1.2.1几何精度的概念几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为几何公差，简称公差。几何精度设计的主要依据是产品功能对零部件的静态与动态精度要求，以及产品生产和使用维护的经济性。根据市场需求在进行产品的

5、概念设计之后，转入产品的工程设计阶段，进行产品的系统设计、参数设计和精度设计。1.2几何精度基础知识系统设计是根据使用功能要求确定机械产品的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理和先进。参数设计是根据产品的使用功能要求确定机构各零件的结构和尺寸的标称值。主要是结构设计，须按照力学、摩擦学、可靠性等原理，采用优化、有限元等方法进行设计计算。精度设计是根据产品的使用功能要求和制造条件确定机械零部件几何要素允许的加工和装配误差。1.2几何精度基础知识1.2.2几何精度设计的基本原则一般说来，产品几何精度设计的基本原则是经济地满足功能要求。精度设计时，应该考虑使用功能、精度储备、经济性、互换性、

6、协调匹配等主要因素。1.2几何精度基础知识1.2.3几何精度设计的主要方法几何精度设计的原始依据是产品的技术要求。因此，首先应调查、分析、提出产品的技术要求。在明确产品的使用功能、使用环境、批量、等因素后，方能开始几何精度设计。精度设计时，首先需要确定产品整机的精度，随后确定部件的精度要求，最后确定零件的精度。精度设计的方法主要有：类比法、计算法和试验法三种．1.2几何精度基础知识1、互换性：一批相同规格的零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用要求的特性。例如：自行车、缝纫机上的零件坏了，买一个更换即可。在工厂的装配线上，工人在一批零件中顺手拿一个，装上即可。机械制

7、造业中的互换性通常包括几何参数和物理参数的互换，本课程仅讨论几何参数的互换性。1.2.4互换性与公差1.2几何精度基础知识2、几何量公差允许几何量的变动范围。包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。见下图1.2几何精度基础知识互换性的作用：设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件，简化设计绘图和计算工作，从而缩短设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用