幾何精度設(shè)計(jì)概論知識

1、幾何精度設(shè)計(jì)概論 該課程的性質(zhì)、任務(wù)及要求課程性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課，承上啟下。課程任務(wù)：學(xué)會對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行精度設(shè)計(jì)，即合理規(guī)定公 差 ，通過實(shí)驗(yàn)掌握測量的基本技能。 基本要求： 1理解基本概念，重要概念要熟記； 2熟悉各個(gè)公差標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及特點(diǎn)，能正確選擇公差 并能正確地標(biāo)注到圖樣上； 3獨(dú)立完成作業(yè)及實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)：三多一少課時(shí)安排：32248考核方式：平時(shí)（20%）+實(shí)驗(yàn)（20%）+末考（60%）教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)際工程應(yīng)用第1章 幾何精度設(shè)計(jì)概論 一幾何誤差的基礎(chǔ)知識 本章主要內(nèi)容二幾何精度的基礎(chǔ)知識三幾何精度規(guī)范四課程的性質(zhì)、任務(wù)及要求重點(diǎn)要求互換性與公差的定義及作用一、幾何誤差基礎(chǔ)知識 1. 幾何

2、誤差 本課程研究機(jī)械產(chǎn)品的精度設(shè)計(jì)問題，機(jī)械產(chǎn)品是固態(tài)產(chǎn)品，主要是由具有一定幾何形狀的零、部件安裝組成。 固態(tài)產(chǎn)品的特點(diǎn)是具有特定的幾何外形，而幾何外形的特性對其使用功能具有直接的影響。 幾何誤差就是指制成產(chǎn)品的實(shí)際幾何參數(shù)（表面結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、幾何形狀和相互位置）與設(shè)計(jì)給定的理想幾何參數(shù)之間偏離的程度。 機(jī)床用以保證刀具與工件間的相對運(yùn)動(dòng)。刀具與工件間不準(zhǔn)確的相對運(yùn)動(dòng)使工件產(chǎn)生形狀誤差。 夾具的作用是確定工件在機(jī)床上的位置。夾具的制造和安裝誤差將直接影響工件的正確定位，造成工件方向和位置誤差。 工藝因素主要有切削用量、切削力及熱處理。它們將產(chǎn)生受力變形和溫度變形。直接影響加工表面質(zhì)量。 環(huán)境

3、因素主要是切削熱導(dǎo)致的工件與刀具的變形和溫度變動(dòng)產(chǎn)生的加工系統(tǒng)的變形。它們主要影響大尺寸工件的尺寸誤差和形狀誤差。 材料特性: 由于材料的內(nèi)應(yīng)力、材料的腐蝕、彈性和塑性變形等因素，直接導(dǎo)致產(chǎn)品幾何特性產(chǎn)生變化。原材料和毛坯的內(nèi)應(yīng)力和尺寸穩(wěn)定性，將影響完工工件的幾何精度及其持久性。一、幾何誤差基礎(chǔ)知識 3、幾何誤差對使用功能的影響 在相同型號的一批產(chǎn)品中，零部件的幾何特性設(shè)計(jì)是相同的，但是其成品質(zhì)量差異很大，這是由于產(chǎn)品零部件在制造、裝配過程中存在的幾何誤差所造成的。 測繪仿制產(chǎn)品無法具備原型產(chǎn)品的性能和使用壽命，其關(guān)鍵原因也是在測繪仿制過程中，雖然能夠得到原型產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)等信息，但無法得到

4、原型產(chǎn)品的精度設(shè)計(jì)信息（幾何誤差允許范圍）。一、幾何誤差基礎(chǔ)知識 幾何誤差的大小體現(xiàn)了國家和企業(yè)的工業(yè)水平。機(jī)械工業(yè)的能力關(guān)鍵體現(xiàn)在其高精度制造能力上，體現(xiàn)在幾何精度的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢測等方面的水平上。1.幾何精度的概念 幾何精度就是零、部件允許的幾何誤差，也稱為幾何公差，簡稱公差。幾何精度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是產(chǎn)品功能對零部件的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度要求，以及產(chǎn)品生產(chǎn)和使用維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。 根據(jù)市場需求在進(jìn)行產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)之后，轉(zhuǎn)入產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和精度設(shè)計(jì)。二、幾何精度基礎(chǔ)知識 系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)使用功能要求確定機(jī)械產(chǎn)品的基本工作原理和總體布局，以保證總體方案的合理和先進(jìn)。 參數(shù)

5、設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品的使用功能要求確定機(jī)構(gòu)各零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，即產(chǎn)品幾何形體各要素的標(biāo)稱值。參數(shù)設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，須按照力學(xué)、摩擦學(xué)、可靠性等原理，采用優(yōu)化、有限元等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇合適的形狀、尺寸、材料等。 精度設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品的使用功能要求和制造條件確定機(jī)械零部件幾何要素允許的加工和裝配誤差。二、幾何精度基礎(chǔ)知識 2. 幾何精度設(shè)計(jì)的基本原則 一般說來，產(chǎn)品幾何精度設(shè)計(jì)的基本原則是最經(jīng)濟(jì)地滿足功能要求。 精度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮產(chǎn)品的使用功能、精度儲備、經(jīng)濟(jì)性、互換性、協(xié)調(diào)匹配等主要因素。二、幾何精度基礎(chǔ)知識 3. 幾何精度設(shè)計(jì)的主要方法 幾何精度設(shè)計(jì)的原始依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)要求。因此，首先應(yīng)調(diào)

6、查、分析、提出產(chǎn)品的技術(shù)要求。在明確產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、批量等因素后，然后才可以開始幾何精度設(shè)計(jì)。 精度設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要確定產(chǎn)品整機(jī)的精度，隨后確定部件的精度，最后確定零件的精度。 精度設(shè)計(jì)的方法主要有：類比法、計(jì)算法和試驗(yàn)法三種。二、幾何精度基礎(chǔ)知識 互換性的種類 （1）完全互換：一批零件可以進(jìn)行任意的替換使用，裝配時(shí)不需挑選和修配。 （2）不完全互換：裝配時(shí)允許挑選、調(diào)整和修配。 區(qū)別在于：完全互換適合于精度要求不高，生產(chǎn)批量較大，或與外廠協(xié)作生產(chǎn)的情況；不完全互換適合于精度要求很高，生產(chǎn)批量較大，通常是制造廠內(nèi)部裝配的機(jī)構(gòu)或構(gòu)件。 二、幾何精度基礎(chǔ)知識 不完全互換常用的有分組互換法

7、和調(diào)整法。如發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸和活塞即采用分組互換法。 活塞 氣缸加工尺寸測量分組 1 2 3 4二、幾何精度基礎(chǔ)知識 互換性的作用 設(shè)計(jì)方面：可以最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，簡化設(shè)計(jì)繪圖和計(jì)算工作，從而縮短設(shè)計(jì)周期，并有利于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的多樣化。 制造方面：有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，便于采用先進(jìn)工藝和高效率的專用設(shè)備，從而降低加工成本，并能夠?qū)崿F(xiàn)流水線裝配甚至在自動(dòng)線上進(jìn)行裝配。 使用維修方面：及時(shí)更換損壞的零部件，減少了機(jī)器維修的時(shí)間和費(fèi)用，提高了機(jī)器的使用效率，保持生產(chǎn)的連續(xù)性。二、幾何精度基礎(chǔ)知識問題：如何使工件具有互換性？ 2.幾何量公差 公差是指允許幾何量的變動(dòng)范圍。包括尺寸公差、

8、形位公差和表面粗糙度等。二、幾何精度基礎(chǔ)知識1、標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)化 現(xiàn)代化生產(chǎn)的特點(diǎn)是品種多、規(guī)模大、分工細(xì)和協(xié)作多。為使社會生產(chǎn)有序地進(jìn)行，必須通過標(biāo)準(zhǔn)化使產(chǎn)品規(guī)格品種簡化，使分散的、局部的生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。 例如：為使兩個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)自由裝配 ，這些產(chǎn)品必須按相同的標(biāo)準(zhǔn)制造。自行車的損壞零件能及時(shí)更換，是因?yàn)樗鼈兪前聪嗤臉?biāo)準(zhǔn)制造的。 三、幾何精度規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)的級別三、幾何精度規(guī)范注意：下級標(biāo)準(zhǔn)不能與上級標(biāo)準(zhǔn)相違背。 標(biāo)準(zhǔn)按不同的級別頒發(fā)，我國標(biāo)準(zhǔn)分為國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。GB國家標(biāo)準(zhǔn)JB機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)DB地方標(biāo)準(zhǔn)QB企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 國際標(biāo)準(zhǔn)：在國際上

9、，為了促進(jìn)世界各國在技術(shù)上的統(tǒng)一，成立了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（簡稱ISO）和國際電工委員會（簡稱IEC）由這兩個(gè)組織負(fù)責(zé)制定和頒發(fā)國際標(biāo)準(zhǔn)。我國于1978年恢復(fù)參加ISO組織后。陸續(xù)修訂了自己的標(biāo)準(zhǔn)。修訂的原則是，在立足我國生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上向ISO靠攏，以利于加強(qiáng)我國在國際上的技術(shù)交流和產(chǎn)品互換。 三、幾何精度規(guī)范 標(biāo)準(zhǔn)的種類 標(biāo)準(zhǔn)化涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，因此標(biāo)準(zhǔn)種類繁多，主要有： 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：作為其它標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，應(yīng)用廣泛。 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：對產(chǎn)品的品種、規(guī)格、技術(shù)性能，質(zhì)量檢驗(yàn)及包裝運(yùn)輸?shù)纫笏朴喌臉?biāo)準(zhǔn)。 此外還有工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及管理標(biāo)準(zhǔn)等。 標(biāo)準(zhǔn)化是組織現(xiàn)代

10、化生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)現(xiàn)互換性的必要前提，它對人類進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。三、幾何精度規(guī)范 （1）優(yōu)先數(shù)系的提出 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要確定很多參數(shù)，參數(shù)一旦選定，這個(gè)數(shù)值就會按照一定規(guī)律，向一切有關(guān)的參數(shù)傳播。例如， 螺栓的尺寸一旦確定，將會影響螺母的尺寸、絲錐板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的鉆頭尺寸等。 所以，機(jī)械產(chǎn)品中的各種技術(shù)參數(shù)不能隨意確定，否則會給生產(chǎn)管理帶來麻煩。 為使產(chǎn)品的參數(shù)選擇能遵守統(tǒng)一的規(guī)律，使參數(shù)選擇一開始就納入標(biāo)準(zhǔn)化軌道，必須對各種技術(shù)參數(shù)的數(shù)值作出統(tǒng)一規(guī)定。優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系國家標(biāo)準(zhǔn)（GB32180）就是其中最重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，要求工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)盡可

11、能采用。 2、優(yōu)先數(shù)系三、幾何精度規(guī)范 （2）優(yōu)先數(shù)系的規(guī)定 優(yōu)先數(shù)系為十進(jìn)制等比數(shù)列即數(shù)列中含有和 項(xiàng)，它們分別用系列符號R5、 R10、 R20、R40和R80表示，各系列的公比q為； R5 的公比： R10的公比： R20的分比： R40的公比： R80的公比： 基本系列補(bǔ)充系列三、幾何精度規(guī)范優(yōu)先數(shù)系的基本系列。如 R5系列： 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00R10系列：1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00使用中可以每個(gè)隔幾項(xiàng)取一個(gè)數(shù)，組成派生系列。 R5/2：1.00 2.50 6.

12、30 16.0 40.0 100 R10/3：1.00 2.00 4.00 8.00 16.0 32.0取值方法：計(jì)算值：取五位有效數(shù)字，供精確計(jì)算用 常用值：取三位有效數(shù)字，經(jīng)常用的優(yōu)先數(shù)三、幾何精度規(guī)范三、幾何精度規(guī)范 （3）優(yōu)先數(shù)系的特點(diǎn) 疏密均勻，分檔合理， 簡單易記，便于使用， 國際通用。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系具有廣泛的適用性，常見的量值，如長度、直徑、轉(zhuǎn)速及功率等分級，基本上都是按一定的優(yōu)先數(shù)系進(jìn)行的。本課程所涉及的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)里，諸如尺寸分段、公差分級及表面粗糙度的參數(shù)系列等，基本上采用優(yōu)先數(shù)系。 三、幾何精度規(guī)范3、幾何技術(shù)規(guī)范（GPS） 產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范所有符合機(jī)械工程規(guī)律的幾何形體產(chǎn)品的整套幾何量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它覆蓋了從宏觀到微觀的產(chǎn)品幾何特征，涉及從產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、檢測、裝配以及維修、報(bào)廢等產(chǎn)品生命周期的全過程。它不