《機械制造技術(shù)》第21課 分析影響活塞銷孔精鏜加工精度的原始誤差

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課題分析影響活塞銷孔精鏜加工精度的原始誤差——機械加工精度（1）課時2課時（90min）教學(xué)目標知識技能目標：（1）掌握機械加工精度的概念及其影響因素（2）掌握機械加工精度的幾何誤差思政育人目標：樹立客觀、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)教學(xué)重難點教學(xué)重點：機械加工精度的獲得方法，機械加工精度原始誤差的概念，幾何誤差對機械加工精度的影響教學(xué)難點：幾何誤差對機械加工精度的影響教學(xué)方法啟發(fā)式、講授法、案例分析法、討論法、總結(jié)法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計→考勤（2min）→教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖課前任務(wù)【教師】上傳預(yù)習(xí)資料，發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，和學(xué)生負責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，完成課前任務(wù)查找機械加工質(zhì)量相關(guān)的資料，理解機械加工質(zhì)量的定義及內(nèi)容，通過發(fā)起的線上任務(wù)，分析討論機械加工質(zhì)量的影響因素?！緦W(xué)生】完成課前任務(wù)通過課前任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生獨立收集資料的能力，初步建立有關(guān)機械加工質(zhì)量分析的概念，鍛煉其觀察、分析、總結(jié)的能力考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀律性，掌握學(xué)生的出勤情況互動導(dǎo)入

（3min）【教師】講述“任務(wù)引入”案例（詳見教材），并提出問題機械加工精度對機器的性能有著如此重要的影響，那么它包含哪些內(nèi)容，有哪些影響因素，又該如何保證和提高呢？【學(xué)生】聆聽、思考、回答通過設(shè)置疑問的方式，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（50min）【教師】通過學(xué)生的回答，引出本節(jié)課知識點，引出機械加工精度的相關(guān)知識一、機械加工精度概述1、機械加工精度與機械加工誤差機械加工精度是指零件在機械加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與設(shè)計幾何參數(shù)的符合程度。機械加工誤差是指零件在機械加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與設(shè)計幾何參數(shù)之間偏離的值，它是表示機械加工精度的數(shù)量指標。零件的機械加工誤差越小，機械加工精度就越高。零件的機械加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度三方面，而且這三者之間是有聯(lián)系的。?【教師】提問：“想一想，這三者之間存在什么樣的聯(lián)系？”，并隨機抽取學(xué)生回答問題?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答通常情況下，零件的形狀公差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置公差又應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。當零件的尺寸精度要求高時，相應(yīng)的位置精度、形狀精度要求也高；但零件的形狀精度要求高時，其位置精度和尺寸精度要求不一定高，而要根據(jù)零件具體功能的要求來確定。2、機械加工精度的獲得方法1）尺寸精度的獲得方法（1）試切法試切法是指先在工件上試切出很小一部分加工表面并測量，按照加工要求適當調(diào)整刀具切削刃相對工件的位置，然后再進行試切、測量和調(diào)整，直到加工尺寸達到所要求的精度后再切削整個待加工表面的方法。試切法生產(chǎn)率較低，且對操作工人的技術(shù)水平要求較高，主要用于單件小批生產(chǎn)。（2）調(diào)整法調(diào)整法是指預(yù)先用樣件或標準件調(diào)整好刀具相對于工件加工表面的位置，并在一批零件的加工過程中保持這一位置不變，從而獲得所要求尺寸精度的方法。調(diào)整法有較高的生產(chǎn)率，較試切法獲得尺寸精度的穩(wěn)定性好，對操作工人技術(shù)水平要求不高，但調(diào)整過程較為復(fù)雜，主要用于成批大量生產(chǎn)。（3）定尺寸刀具法定尺寸刀具法是指用具有一定尺寸精度的刀具（如鉸刀、擴孔鉆、鉆頭等）來保證被加工工件尺寸精度的方法。這種方法生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)定，幾乎與操作工人的技術(shù)水平無關(guān)，主要用于孔、螺紋和成形表面的加工。4）自動控制法自動控制法是指是在加工過程中，通過由尺寸測量裝置、進給裝置和控制機構(gòu)等組成的自動控制系統(tǒng)，自動完成工件尺寸的測量、刀具的補償調(diào)整和切削加工等一系列動作，從而獲得所要求尺寸精度的方法?！斠娊滩?）形狀精度的獲得方法（1）成形運動法成形運動法是指使刀具相對于工件做有規(guī)律的成形切削運動，從而獲得所要求形狀精度的方法。如零件表面成形方法中所介紹的軌跡法、成形法、展成法和相切法等。?【教師】提問：“想一想，哪些表面會使用成形運動法進行加工？”，并隨機抽取學(xué)生回答問題?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答成形運動法主要用于圓柱面、圓錐面、平面、球面、回轉(zhuǎn)曲面、螺旋面和齒形面等表面的加工。（2）非成形運動法非成形運動法是指通過對加工表面形狀的檢測，人工對其進行相應(yīng)修整加工，以獲得所要求形狀精度的方法。雖然這種方法較為原始且生產(chǎn)率較低，但當零件形狀精度要求很高（如超出機床加工精度范圍或表面形狀比較復(fù)雜）時，通常仍采用這種方法。3)位置精度的獲得方法（1）一次裝夾法一次裝夾法是指將零件有相互位置精度要求的幾個表面在同一次安裝中加工出來的方法。采用這種方法時，位置精度的大小取決于機床的運動精度。（2）多次裝夾法多次裝夾法是指零件在加工過程中經(jīng)多次裝夾，由加工表面與定位基準面之間的位置精度來保證零件位置精度的方法。由于工件的安裝方式可分為直接找正安裝、劃線找正安裝和夾具安裝等方法，因此采用這種方法所獲得的位置精度與機床精度、工件找正精度、夾具的制造和裝配精度，以及量具的精度有關(guān)。3、原始誤差研究零件的加工精度，就是研究工藝系統(tǒng)原始誤差的成因及基本規(guī)律，分析原始誤差和加工誤差之間定性與定量的關(guān)系，這是保證和提高零件加工精度的理論基礎(chǔ)。1）原始誤差及其成因【多媒體】展示“原始誤差的成因”的圖片（詳見教材），引出原始誤差及其成因的相關(guān)知識在機械加工中，零件的尺寸、形狀和位置的形成，取決于工件和刀具在切削過程中的相互位置關(guān)系。由于工件和刀具安裝在夾具和機床上并受其約束，因此加工精度與整個工藝系統(tǒng)的精度直接相關(guān)。在不同的具體條件下，工藝系統(tǒng)中的各種誤差不同程度地通過多種方式反映為加工誤差。工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，是根源；加工誤差是“果”，是表現(xiàn)。因此，把工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。幾何誤差：又稱為工藝系統(tǒng)原有誤差，是指加工前工藝系統(tǒng)本身存在的誤差，它主要包括原理誤差、工藝系統(tǒng)靜誤差、工件安裝誤差、測量誤差和調(diào)整誤差等。其中，工藝系統(tǒng)靜誤差又包括機床誤差、刀具誤差和夾具誤差。動誤差：又稱為工藝過程原始誤差，是指加工過程中工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形、工件殘余應(yīng)力變形和工藝系統(tǒng)磨損等引起的誤差。2）誤差敏感方向工藝系統(tǒng)中各種原始誤差的方向是不同的，不同方向的原始誤差對加工誤差的影響程度不同。原始誤差當其方向與工序尺寸方向一致時，對加工誤差的影響最大，因此將此方向稱為誤差敏感方向。?【教師】展示“車削外圓的誤差敏感方向”的圖片（詳見教材），提問：“如何表示車削外圓的誤差敏感方向？”，安排學(xué)生小組討論并派代表回答問題?【學(xué)生】聆聽、分組、思考、討論、回答問題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，詳細講解誤差敏感方向的相關(guān)知識如圖8-2（a）所示（詳見教材），為刀具與工件接觸點法線方向的偏移分量，其反映到工件半徑方向上的誤差為，它們之間的關(guān)系式為：為刀具與工件接觸點切線方向的偏移分量，其反映到工件半徑方向上的誤差為，它們之間的關(guān)系式為：常把對加工誤差影響最大的方向（即通過刀刃的加工表面的法向）稱為誤差敏感方向，把與誤差敏感方向垂直的方向（即工件加工表面的切線方向）稱為誤差非敏感方向。原始誤差的方向與誤差敏感方向一致時，其對加工誤差的影響最大。……詳見教材4、加工精度的研究方法1）單因素分析法單因素分析法一般不考慮其他因素的作用，而只研究某一確定因素對加工精度的影響，通過分析計算或試驗測試得出該因素與加工誤差之間的關(guān)系。2）統(tǒng)計分析法統(tǒng)計分析法以現(xiàn)場觀察和實測所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行數(shù)據(jù)處理和分析，從而揭示各種因素對加工精度的綜合影響?！窘?jīng)驗傳承】在實際生產(chǎn)中，單因素分析法和統(tǒng)計分析法常常結(jié)合起來使用。一般先用統(tǒng)計分析法尋找誤差出現(xiàn)的規(guī)律，初步判斷產(chǎn)生加工誤差的可能原因，然后運用單因素分析法進行分析、試驗，以找出影響加工精度的主要原因。二、影響機械加工精度的因素1．幾何誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差在加工過程開始之前就已經(jīng)客觀存在，并會在加工過程中反映到工件上，從而影響加工精度。1）原理誤差原理誤差是指因采用近似的成形運動或近似的切削刃輪廓所產(chǎn)生的誤差。因為它是在加工原理方面存在的誤差，所以稱原理誤差。……詳見教材【點撥】教師補充知識點在精加工時，對加工原理誤差需要仔細分析，必要時還需要進行計算，以確保由其引起的加工誤差不會超過所允許的精度范圍。2）機床誤差引起機床誤差的原因主要有機床的制造誤差、安裝誤差和機床使用過程中的磨損。（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差機床主軸是裝夾工件或刀具，并傳遞主要切削運動的重要零件，它的回轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度，是機床精度的主要指標之一。主軸回轉(zhuǎn)誤差可以分解為軸向誤差運動、純徑向誤差運動和傾斜誤差運動三種基本形式。?【多媒體】展示“主軸回轉(zhuǎn)誤差的形式”的圖片，詳細講解主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式軸向誤差運動：又稱軸向竄動，是指任一瞬時主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線的軸向運動。軸向誤差運動主要影響工件端面的形狀和軸向尺寸精度。純徑向誤差運動：又稱純徑向圓跳動，是指任一瞬時主軸回轉(zhuǎn)軸線始終平行于平均回轉(zhuǎn)軸線方向的徑向運動。純徑向誤差運動主要影響工件的圓度和圓柱度。傾斜誤差運動：又稱純角度擺動，是指任一瞬時主軸回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度，但其交點位置固定不變的運動。傾斜誤差運動主要影響工件的形狀精度。在主軸回轉(zhuǎn)過程中，上述三種基本形式的誤差運動往往同時存在，主軸回轉(zhuǎn)誤差是它們的綜合體現(xiàn)?！斠娊滩?【教師】提問：“根據(jù)主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念，思考應(yīng)該如何提高主軸回轉(zhuǎn)精度？”，安排學(xué)生小組討論并派代表回答問題?【學(xué)生】聆聽、分組、思考、討論、回答問題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答提高主軸回轉(zhuǎn)精度常采取以下方法：①提高主軸部件的制造精度；②對主軸滾動軸承進行適當預(yù)緊；③使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上?！斠娊滩模?）導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差。機床導(dǎo)軌是機床工作臺或刀架等實現(xiàn)直線運動的主要部件，因此導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是影響工件和刀具直線運動精度的主要因素。導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是指機床導(dǎo)軌副運動件的實際運動方向與理想運動方向之間的偏差。?【多媒體】展示“導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差”的圖片導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差：使刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面的法線方向（誤差敏感方向）上產(chǎn)生位移，工件表面產(chǎn)生半徑誤差，使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差。?【多媒體】展示“導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差”的圖片 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差：使刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面的切線方向（誤差非敏感方向）上產(chǎn)生位移，工件表面產(chǎn)生半徑誤差，其值很小，因此對工件加工精度的影響很小。?【多媒體】展示“前后導(dǎo)軌的平行度誤差”的圖片 前后導(dǎo)軌的平行度誤差：使刀尖相對于工件回轉(zhuǎn)軸線在加工表面的法線和切線方向上都產(chǎn)生位移，工件表面產(chǎn)生的半徑誤差為，該誤差對加工精度的影響很大。導(dǎo)軌對機床主軸軸線的平行度誤差：這項誤差會使工件產(chǎn)生形狀誤差。?【教師】提問：“思考應(yīng)該如何提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度？”，安排學(xué)生小組討論并派代表回答問題?【學(xué)生】聆聽、分組、思考、討論、回答問題?【教師】總結(jié)學(xué)生的回答提高導(dǎo)軌導(dǎo)向精度常采取以下方法：①提高機床導(dǎo)軌、溜板的制造精度及安裝精度；②提高導(dǎo)軌的耐磨性，如采用耐磨合金鑄鐵、鑲鋼導(dǎo)軌或?qū)?dǎo)軌表面進行淬火等；③正確安裝機床，確保地基牢固，并定期進行復(fù)校和調(diào)整。……詳見教材（3）傳動鏈的傳動誤差傳動鏈的傳動誤差是指機床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈始末兩端傳動件之間的相對運動誤差。在加工螺紋或用展成法加工齒輪或蝸輪等零件時，傳動鏈傳動誤差是影響加工精度的主要因素。提高傳動鏈傳動精度常采取以下方法：①縮短傳動鏈，減小傳動比；②減小傳動鏈中各傳動件的加工誤差和裝配誤差；③采用校正裝置進行校正。3）刀具誤差刀具誤差主要是指刀具的制造誤差。刀具的制造誤差對加工精度的影響與刀具的種類有關(guān)。（1）采用定尺寸刀具（如鉆頭、絞刀、鍵槽銑刀、浮動鏜刀和拉刀等）加工時，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。（2）采用成形刀具（如成形車刀、成形銑刀和成形砂輪等）加工時，刀具的形狀精度直接影響工件的形狀精度。（3）采用展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀和插齒刀等）加工時，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線。因此，刀刃的形狀精度會影響工件的形狀精度。（4）采用一般刀具（如普通的車刀、銑刀和鏜刀等）加工時，其制造精度對加工精度無直接影響，但刀具磨損對零件的加工精度和表面粗糙度有直接影響。4）夾具誤差夾具誤差主要包括三方面內(nèi)容：①定位元件、引導(dǎo)元件、分度裝置和夾具體等的制造誤差；②夾具元件的裝配誤差；③夾具在使用過程中工作表面的磨損。夾具誤差直接影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度。5）調(diào)整誤差在零件加工的每一道工序中，為了獲得加工表面的尺寸、形狀和位置精度，通常需要對工藝系統(tǒng)中的機床、夾具和刀具等進行調(diào)整。由于任何調(diào)整工作不可能絕對精確，因此必然會產(chǎn)生誤差，這種誤差稱為調(diào)整誤差。工藝系統(tǒng)的調(diào)整通常采用調(diào)整法和試切法兩種方法。【多媒體】展示“不同調(diào)整方法調(diào)整誤差的影響因素”的表格（詳見教材），并講解具體內(nèi)容【學(xué)生】聆聽、理解、記憶運用多媒體課件，通過提問引導(dǎo)和小組討論的方式，對機械加工精度的概念及影響因素進行講解，開展課堂活動，加強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯性思維能力項目實踐（30min）分析影響工件加工精度的幾何誤差【教師】組織學(xué)生以小組形式開展項目訓(xùn)練活動，描述任務(wù)并發(fā)布任務(wù)要求如圖所示為活塞銷孔精鏜加工示意圖，工件以止口面