精密加工技术(第七讲).ppt

5.1 误差基本知识 5.2 精密和超精密机床误差源分析 5.3 加工精度的测量技术 第第5 5章章 精密加工中误差及检测技术精密加工中误差及检测技术 DateDate 何为误差？ 误差表示的两种形式 绝对误差=测得值-真值 相对误差=绝对误差/真值 绝对误差/测量值 如：精密电阻 5%，1% 第1节 误差基本知识 DateDate 一、准确度、重复度和精确度 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 准确度 准确度：反映了测量数据偏离真值的程度 系统的准确度差说明存在较 大的系统误差。 目标靶上所有数据点到靶心 距离的均方根值。 DateDate 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 重复度 重复度：多次可以重复重现的能力 一、准确度、重复度和精确度 例如轴的重复定位精度 ：坐标轴多次重复移至 到同一位置时的偏差 DateDate 一、准确度、重复度和精确度 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 精确度：准确度和重复度的综合。 包含N个数据分布的圆形 区域的直径来表示。 DateDate 二、误差的分类 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 根据误差的特性，可把误差分为：系 统性误差与随机性误差 误差数值的大小和符号不随测量的重复次数和 测量时间变化，其误差的分量取决于系统固有 的条件，称为系统性误差 系统误差以确定的规律影响着测量的结果 1系统性误差 DateDate 系统性误差的分类：分为常值性系统误差 和变值性系统误差两种。 常值性系统误差：在顺序加工一批工件时,加工误 差的大小和方向皆不变，此误差称为常值性系统误差 ；例如原理误差，尺寸刀具的制造误差等。 变值性系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定 规律变化的加工误差，称为变值性系统误差；例如， 当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨 损所引起的误差。 DateDate 对于常值性系统误差，若能掌握其 大小和方向，可以通过调整消除； 对于变值性系统误差，若能掌握其 大小和方向随时间变化的规律，也可通 过采取自动补偿措施加以消除。 误差消除办法： 常值性系统误差与加工顺序无关； 变值性系统误差与加工顺序有关。 DateDate 2随机性误差 随机性误差：在顺序加工一批工件时，加 工误差的大小和方向都是随机变化的，这些误 差称为随机性误差。 例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不 均匀等原因引起的加工误差，工件的装夹误差 、测量误差和由于内应力重新分布引起的变形 误差等均属随机性误差。 DateDate 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 1正态分布 大量实验表明，大多数的随机误差服从正态 分布。 三、误差的分布规律 DateDate 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 2平顶分布 在影响机械加工的诸多误差因素中，如果刀 具尺寸磨损的影响显著，变值性系统误差占主 导地位时，工件的尺寸误差将呈现平顶分布。 平顶分布曲线可以看成是随着时间而平移的众 多正态分布曲线组合的结果。 DateDate 第第1 1节节 误差基本知识误差基本知识 3双峰分布 若将两台机床所加工的同一种工件混在一起 ，由于两台机床的调整尺寸不尽相同，两台机 床的精度状态也有差异，工件的尺寸误差呈双 峰分布。 DateDate 第第2 2节节 精密机床误差源分析精密机床误差源分析 DateDate 第第2 2节节 精密机床误差源分析精密机床误差源分析 机床各误差所占的比重 DateDate 1.离线检测 工件加工完毕后，从机床上取下，在机床 旁或在检测室中进行检测。 2.在位检测 工件加工完毕后，在机床上不卸下工件的 情况下进行检测。 3.在线检测 工件在加工过程中的同时进行检测，又称 主动检测、动态检测。 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 一概述 DateDate 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 二长度基准 v米制是18世纪法国最早提出的，“以经过巴黎的地 球子午线自北极至赤道这一段弧长的一千万分之一为 一米”。 v1880年国际计量局制作了30多根铂铱合金的高精度 米尺国际米原器。 v1983年11月第17届国际计量大会上，最新定义米是 光在真空中在1/299 792 458 s的时间间隔内所进行 的路程长度。 “米“是长度计量的基本单位。 我国古代：固定音高的 黄钟律管作为长度基准 DateDate 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 三直线度的测量 采用线差法原理测量直线度：用模拟法建立 理想直线，把被测实际线上各被测点与理想 直线上相应的点相比较，以确定实际线各点 的偏差值，最后通过数据处理求出直线度误 差值。 直线度误差是指实际直线对理想直线的变化 量,反映了被测直线的不直程度. Straightness DateDate 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 三直线度的测量 平面平晶由玻璃或水晶制成，用来检查光整平面的平面度 。平面平晶的一个面是非常光整的镜面，把它与加工平面相接 触，就会产生干涉条纹，通过对此干涉条纹的测量，可以求 得工件被加工平面的平面度。 （1）干涉法 DateDate h r R 平晶 平凸透镜 o 白光入射的牛顿环照片 DateDate 劈尖 DateDate 平板平整度的检测 条纹 条纹 条纹 DateDate 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 1）工件比较短 把平晶置于被测表面上，在单色光的照射下，两者之间 形成等厚干涉条纹，然后读出条纹弯曲度a及相邻两条纹 的间距b值。条纹向外弯，表面是凸的，反之，则表面是 凹的。 DateDate 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 2）工件比较长 用平晶测平尺的直线 度 如研磨平尺，可采用圆形平晶进行分段测量，即 所谓3点连环干涉法测量。若被测平尺长度为200mm ，则可选用100mm的平晶，将平尺分成4段进行测量， 每次测量以两端点连线为准，测出中间的偏差。测完一 次，平晶向前移动50mm（等于平晶的半径）。然后通过 数据处理，得出平尺的直线度误差。 DateDate 第第3 3节节 加工精度的测量加工精度的测量 测量数据数据处理 DateDate （2）跨步仪测量法 原理：以两支承点的 连线作为理想直线， 测量第三点相对于此 连线的偏差。 1）把此装置放在高精度平 尺或平板上，将指示表的 示值调整为零； 2）然后将测量装置放置在 被测面上进行测量，每次 移动一个l距离，读取一个 读数。移动时，前次的测 点位置，就是后次测量的 前支承点位置， 3）如此依次逐段测完全长 ，最后数据处理，即可求 出被测件的直线度误差 DateDate 四平面度的测量 平面度误差是指被测实际表面相对其理想 平面的变动量。 1）干涉法 对于精密小平面的平面度误差可 用干涉法测量。该法是以平晶表面 为基准平面，使它与被测平面接触 ，在单色平行光照射下，形成等厚 干涉。调整平晶与被测表面间的相 对位置，使之产生较明显的干涉条 纹，然后根据干涉条纹来评定平面 度误差。当条纹数不足一条时，则 根据条纹弯曲程度来评定平面度误 差。 flatness DateDate 四平面度的测量 2）水平面法 基准平面建立在被测表 面上某角点，并与水平面平 行的平面上，然后用水平仪 按节距法测出跨距前后两点 的高度差，将水平仪在各段 上的读数值累加，可得各点 对起始点得高度差，通过基 面旋转可求出被测平面得平 面度误差 DateDate 五垂直度的测量 基准直角尺 工件 圆柱型直角尺 squareness DateDate 五垂直度的测量 90度角尺第一位置测得导轨的不垂直误差1.25m ，90度角尺翻转后的不垂直误差0.25 m。不垂直误 差为0.5-1.25-（0.25）-0.75 m。 DateDate 六圆度误差的测量 1）圆度误差定义：包容同一正截面实际轮廓且半径差 最小的两同心圆间的距离 DateDate 六圆度误差的测量 圆形零件横截面的实际轮廓可看成是中心角的周 期函数，它以2为周期，因此可以用傅氏级数表示 2）圆度误差的几何特性 DateDate 六圆度误差的测量 2）圆度误差的几何特性 由上式还可看出：圆形零件横截面的实际轮廓是由一 半径为r0的圆和若干个不同次数谐波波形所迭加而成。 其中常数项r0为平均圆半径，一次谐波表示偏心的影响 ，二次谐波表示椭圆度误差，所以圆度误差可用下式表 示： DateDate 六圆度误差的测量 3）圆度误差的图形表示 采用极坐标记录的圆度仪测的圆度误差曲线 DateDate 六圆度误差的测量 4）圆度误差的评定方法： （1）先定最小外接圆， 后定同心的内接圆 （2）先定最大内接圆， 后定同心的外接圆 DateDate 六圆度误差的测量 圆度误差的评定方法： （3）包容实际轮廓且 半径差最小的两个 （4）最小二乘圆法：用最 小二乘法求得轮廓图形的中 线，得到平均圆作为基圆 DateDate 六圆度误差的测量 5）圆度测量方法 转轴式圆度仪适用于测量大 型工件，转轴式测量时，工件不 动，传感器测头绕主轴轴线作旋 转运动，测头在空间的运动轨迹 形成一理想圆。工件实际轮廓与 此理想圆连续进行比较，其半径 变化由传感器测出，经电路处理 后，由记录器描绘出被测实际轮 廓的图形，或由计算机算出测量 结果。 DateDate 六圆度误差的测量 5）圆度测量方法 旋转工作台式的圆度 仪可测圆柱度、同轴度、平 面度和垂直度、轴线直线度 等。 转台式是工件回转，而 测头架不动。 DateDate DateDate 六圆度误差的测量 6）影响圆度仪测量精度因素 1）主轴回转误差 2）工件轴线和主轴轴线偏心引起的误差 3）工件轴线对主轴轴线倾斜引起的误差 4）测量头形状和测头半径变化引起的误差 5）测量力的影响 6）测量头偏立引起的误差 DateDate 七主轴回转精度 1）定义： 主轴回转精度就是主轴的实际回转 轴线相对于平均回转轴线（实际回转轴线 的对称中心线）的最大变动量。 主轴回转误差可分解为三种基本形式： 轴向窜动、径向跳动和角度摆动。 DateDate 轴向窜动 径向跳动 角度摆动 DateDate DateDate 影响轴向回转精度的因素 支承主轴轴径的滑动轴承内孔或滚动轴承滚道的圆 度误差； 滚动轴承内环孔与滚道的同轴度误差； 滑动轴承的内孔或滚动轴承滚道的波度； 滚动轴承滚子的形状误差和尺寸差； 轴承间隙以及切削中的受力变形等。 还有轴承定位端面和轴心线垂直度误差、轴承端 面之间的平行度误差及锁紧螺母端面跳动等 DateDate 主轴回转误差对加工精度的影 响，随加工方法的不同而异 例1 例2 DateDate 主轴回转误差对加工精度的影响 主轴回转误差对加工精度的影响 例：图示为车削外圆表面时，发生在不同方向上的相对位移 对加工工序尺寸所产生的影响 DateDate （R R）2 R2 Z2 展开并整理，得： R =Z2/2R-R2/2R 因为R2/2R是R的高阶无穷小量，故可舍去不计，则 R Z2/2R。 DateDate 提高回转精度的措施 提高主轴部件（特别是轴承）的制造精度 滚动轴承可进行预紧消除间隙 提高主轴支承轴径、箱体支承孔的加工精 度 使用中，对主轴部件进行良好的维护保养 以及定期维修 采取误差转移措施，减小机床主轴回转误 差对加工精度的影响（如死顶尖） DateDate 七主轴回转精度 2）测量方法： 将高精度钢球卡在主轴的端部，尽量调整使其同心， 然后用测量仪测出其径向跳动。 a.用高精度钢球测主轴回转精度 ： DateDate 七主轴回转精度 b.三点法误差分离原理法 建立如图所示的直角坐标系。O1点的极 坐标为x()和y()。s()为被测工件 的轮廓形状误差。测微仪A、B、C的输出 信号分别为A () 、B () 、C ()， 则 消去x()和y()得三点法误差分离基本方程为 DateDate 七主轴回转精度 测量时，若取采样点数为N，则令 并将离散化 最后求得任意时刻机床主轴回转运动误差 DateDate 八表面粗糙度测量方法 评定轮廓的算术平均偏差Ra 即在一个取样长度lr 内，轮廓上各点至基 准线的距离的绝对值的算术平均值。 DateDate 八表面粗糙度测量方法 1 比较法 比较法是用已知其高度参数值的粗糙度样板与被 测表面相比较，通过人的感官，亦可借助放大镜、显 微镜来判断被测表面粗糙度的一种检测方法。 2 光切法 光切法是利用“光切原理”来测量零件表面粗糙 度的方法。光切显微镜（又称双管显微镜）就是应用 这一原理设计而成的。 DateDate 八表面粗糙度测量方法 光切显微镜 光切法 DateDate 八表面粗糙度测量方