精度设计课件

2.1精度设计中的主要原理与原则大多数机电一体化系统均有较高的精度要求，其基本特点是精度、效率和自动化程度要求高，结构比较复杂，其共同的基础为精密机械技术。精密机械技术与普通机械技术比较：在机械原理、功用和重要性方面无多大变化，主要区别在：精度、分辨率和灵敏度等性能指标上。2.1精度设计中的主要原理与原则在精度设计时，应遵循主要原理与原则为：一、阿贝误差原理其内容：长度测量时，被测尺寸与标准尺寸必须处在测量方向的同一直线上，或者两者彼此处在对方的延长线上。采用阿贝原理，能避免产生一阶误差，只有二阶误差（常不计）用游标卡尺测量轴的直径时，作为基准件的刻线尺与被测直径不在同一直线上，即不符合阿贝原则。当带有活动量爪的框架因主尺导引面的直线度误差或框架与主尺间的间隙而发生倾斜时，就会产生测量误差:△=L-L'=Stanφ=Sφ。

若s=30mm，φ=0.0003rad，则△=30×0.0003=0.009mm=9μm。二、运动学设计原理一个空间物体具有6个自由度，要是它定位，需要适当配置6个约束加以限制，这就是6点定位原理。要使物体相对固定的坐标运动，只能配置少于6个约束才能实现。

运动学设计原理应遵守下列条件：1）物体相对运动数等于自由度数减去约束书。2）要求约束条件为点接触，且该点应垂直于欲限制自由度方向。同时要求在同一平面或直线上的点接触距离尽可能大些，以免运动到端部造成不稳定。滚动导轨副理想的滚动导轨副，符合运动学设计原理，左边的V形导轨内两个钢球提供4个约束，右边至少一个钢球提供一个约束，使上滑板只能沿V形导轨方向移动。理想的点接触实际上是不存在，为了克服此缺点就产生半运动学的设计原理。以小面积接触或短线接触代替点接触来约束运动方向-----半运动学的设计原理。三、平均效应原理

采用单点定位约束自由度，由于定位点的误差，其定位误差始终低于该定位点的精度，由于单点定位接触应力大，随着时间推移，精度会逐渐降低。因而采用多点定位原理，应用平均效应作用，使误差得以均化，，提高机构的运动精度在精密机械设备中，平均效应原理的应用很广，如导轨副、密珠轴承、光栅尺等应用此原理。四、变形最小原理精密机械设备的零部件受到自重、外载、温度变化、工艺内应力以及振动等因素的作用，都会产生变形误差，因此，变形误差原理就是要求上述各种变形误差最小。五、基面统一原则零件设计时，注意下面四个基面统一原则，以减少制造误差和测量误差。设计基面：零件图上标注尺寸的基准面工艺基面：加工时的定位基面，以此加工其他面测量基面：以它为测量基准，测量与此有关的尺寸装配基面：以它为基准，确定零件间的相互位置六、误差缩小和放大原理（速比原理）七、误差配置原理一台设备和部件，如果各部分的误差配置得当，就可提高装配成品的总精度。如机床主轴系统的两端轴承精度，如果合理配置，就可以减少主轴工作端的径向跳动。2.2精度设计中的基本概念

精度是误差的反义词，误差理论是精度设计和精密测量的理论基础。一、误差定义：测量值与真值之差异称为误差。表示方法：1、绝对误差：设某物理量的测量值为x,它的真值为a,则x－a=ε；由此式所表示的误差ε和测量值x具有相同的单位，它反映测量值偏离真值的大小，所以称为绝对误差。

2、相对误差：它是绝对误差与测量值或多次测量的平均值的比值，即或，并且通常将其结果表演示成非分数的形式，所以也叫百分误差。

误差分类：1、按性质分：随机误差、系统误差、粗大误差2、按被测参数的时间特性分：静态参数误差和动态参数误差3、按误差之间的关系分：独立误差、相关误差4、按误差来源分类：原理误差、制造误差、运行误差（使用误差）二、精度（一）精度的含义根据误差的不同性质，可将精度分为：1、准确度：它用系统误差大小来表示。准确度反映了系统的测量值偏离真值的程度。2、精密度：它是用随机误差大小表示。精密度反映了测量值与真值的离散程度。3、精确度：它是系统误差和随即误差大小的综合反映。（二）其它精度名称的含义1、机床加工精度：是一项综合性的精度指标，即指机床在加工工件时所达到的精确度。2、机床精度：是机床在未受外载的作用下的原始精度，以允差表示。机床精度包括几何精度、传动精度、定位精度等各项指标。3、几何精度：是指机床、仪器在不运动时的精度。它规定了决定于加工或测量精度的各主要零部件以及这些零部件的运动轨迹的相对位置误差。4、定位精度：是指机床或仪器主要部件在运动终点所能达到的实际位置精度。这是一个具有综合性质的精度指标。三、灵敏度和分辨率1、灵敏度：系统的灵敏度是指当输入的变化值趋向于0时，输出变化值与输入变化值比值的极限，即灵敏度的定义为：灵敏度的具体数值与系统的静态特性函数有关。此外，也有系统参数变化的灵敏度概念。2、分辨率：它是指精密机械设备能感受、识别或检测到输入量的最小值。或者能产生、响应得到输出量的最小值。分辨率与精度是有联系的，提高设备的分辨率就能提高其工作精度。在数控机床中,分辨率是用定位机构的最小位置检测量来表示的。它与实际的定位精度无直接联系，因此数控机床的定位精度用分辨率来表示没有太大的意义。如XHK756-2型卧式加工中心，其定位精度为重复定位精度为数控装置的脉冲当量为0.001mm/脉冲，即最小位置检测量为0.001mm2.3随机误差和系统误差一、随机误差

随机误差常用均方根误差、算术平均误差和或然误差作为评定尺度。大多数国家用均方根误差表示。（一)均方根误差设重复测量某值，可得随机误差系列，其中，则定义该数列的均方根误差为：其方差D为：（二）极限误差误差的极限范围称为极限误差。极限误差用相对误差表示时成为相对极限误差；用绝对误差表示时为绝对极限误差，也称为最大误差。（三）标准偏差的计算在均方根误差计算中，由于随机误差的真值无法求得，常用残余误差来代替，计算所得的结果称为标准偏差，仍用表示。标准偏差的计算方法有贝塞尔公式、彼特斯公式和极差法。二、系统误差精密设备系统误差的数学特性表现为一定值或按某种函数规律变化，它有可能消除。系统误差是由原理误差和制造误差两部分组成的。系统误差按其变化规律，可分为定值系统误差和变值系统误差。2.4掌误差的搁合成新产品设养计时，需附对该产品山的总精度贴进行分析睡和估计，前即需对各立个主要部阀件的误差元进行分配唉和综合。误差的猾种类不在同，其蹲综合方啄法也各绩异。对租于随机基误差，杰采用方郑差运算焰规律合叶成，对腐于已定公系统误揪差的综众合，采雀用代数槐和方法事；对未守定系统费，采用仇绝对和谊与方和撇根方法纠。一、随路机误差隶的合成设有n个牢随机原始托标准偏差逮，根据方妙差运算规穿则，则其辛合成的总革随机误差迎的标准偏彩差为---视---望-第ij两寒个相关随拴机误差间辣的相关系舌数---洗---挑--表屠示两个跑相关随沫机误差膛的标准阿偏差合成后采总误差遣的极限费误差为t---波----拌--总误差分吧布的对应氧置信系数二、系统都误差的合忠成（一）已心定系统误薪差的合成由于已定食系统误差繁其数值大港小和方向火是明确的惕，其合成诵方法用代数法（二）未肢定系统趴误差的杠合成两种方法谊：1、绝对倒和法若各单项示未定系统州误差的不梨确定度为郑，则么总误差的迷不确定度孩按育绝对值相肝加。2、方扶和根法设定m利个未定眼的系统利误差雄，视则总盾误差的什不确定袍度系为2.5屋精密捞机械设英备的精愈度设计破和误差帖分配精密机械捡设备精度患设计的基狱本任务就掘是精度分矩配和误差补偿精度分嘴配是根据产芒品允许的晌总误差，皇将其经济颂、合理地究分配到零惨部件上，能并制定各妥零部件的嫌公差和技袍术要求。误差补偿的目的军就是减炉小或消撑除部分问误差，姜从而达卸到总精扇度的要减求。一、产品获精度分配奖依据和步任骤（一）贿精度分军配依据1）产品践的精度指系标和总技单术指标，蚀它们是由柜使用性能隔要求和有熊关精度标融准确定。2）产品猪的工作原诱理、机械完结构装配不图及有关仓零部件图命。它们提葬供了误差宋源的总数竹、各误差渐源对产品斥误差的影腹响，以及涉误差之间凝相互不长恳的可能性炒。3）产贩品制造租厂的技扮术水平镇，产品骄的使用桃环境等4）产惊品的经居济性要答求5）国钱家、部库门、企胃业的有忧关公差未技术标虹准（二）精卷度分配步霜骤1）明确总痰精度指标2）构呼成产品缘瑞工作原母理和总铁体方案纺，主要驰考虑理穷论误差燃和方案香误差3）设计柿总体布眉局、机电毯光等系统穿时，分别琴考虑其原培理误差4）完逐成各零抓部件的犬结构设逃计，找苗出全部拣误差源天，写出墨各自的复误差表街达式，厦进行总量精度计栏算。然湖后确定线各零部掩件公差较与技术迁要求，垮确定误只差补偿肠方法5）将给傍定的公差劳技术条件沿标注到零到件工作图押上，编写超技术设计陆书二、误差上分配方法产品总追误差弊=笑总系统惹误差误+总随素机误差由于误差冬性质不同优，其分配炒方法各异（一）总伟系统误差一般来说巨，系统误削差的影响愉较大而数糕目较少。叉产品设计蛙时，一般矩要求总系窄统误差产品允伸许误差虹。（二）随岗机误差随机误差桶的特点是仔数量多，祝一般按均爬方根法来沫综合。总纸随机误差总随机盗误差的冻分配方暖法是：等作用原廊则和不等作用适原则1、等作黎用原则若各零部哥件误差相弱等地作用歉于总随机细误差，则枕每个单项碰误差为：-绳-狮---纷---避-包括未定扭误差和随初机误差，化且妻产品允许柜的总误差（三）妖公差调可整调整公差咐时，首先西要确定调惩整对象。泰一般先调石整系统误授差、误差巨传递系数北较大和容妖易调整的衡误差项目疯。对随即存误差调整壳，一般大帮多数采用经济公差绝极限内，少亩数在生产公熔差极限内，个林别在技术公差哈极限内。对男个别的洁超出技欺术公差木极限的仁，应采向用不补喘偿方法贪解决。经济公涨差极限伐---晴在通用缎设备上沉，采用魄最经济舞的加工惨方法所馋能达到萝的精度生产公组差极限豪---敢在通用笛设备上括，采用采特殊工上艺装备千，不考活虑效率导因素进里行加工峰所达到戏的精度习。技术公差猴极限--旅-在特殊笑设备（如亦高精度机睁床）、良定好的实验异室条件下巷，进行加顽工和检验肾时，所能盟达到的精松度。（四)误饼差补偿误差补催偿是调早整公差济的一种朝有效手块段。补敲偿方法瞒很多，存如工艺围补偿方婆法和设涉计补偿嚷法。工艺补商偿法如猎轴系回斧转精度劳的误差未抵消、誓大件导趋轨精度睬的综合单修研、质坐标定滑位精度蒸的综合线修正等亲方法。精度设崖计时，逃采取措曲施减小辩或消赖除误差学的影响歇是一种暮有效的苗补偿方欠法。-耗-设计间补偿。1、误芹差值补收偿惠直阀接减少溪误差源分级补秧偿--杂-将补辛偿件的脾尺寸分添成几级连续补位偿—如扶导轨镶驼条，可杯用来连蚀续调盟整间隙独、自动补壁偿--妨-微机貌自动补辣偿装置尖，可自升动减少牌或消除休系统误句差2、误差涌传递系统寸补偿驰通过函数舟误差来改熔变或选择引传递系统搭值、减少带或消除误友差的方法3、综合海补偿跑利用机械纹、电气和溜光学等技剧术手段，沿使其产生酿的误差任互相抵消丢。2.6键数控机床越的精度分腊析和精度棋指标一、数地控机床瘦的误差狮源和精经度分析数控机见床的误饰差源可苦分为三必类：（一）价加工前柜的误差扣源1、编程芽误差皂它由程序麦控制原理患决定的误谢差，出现灯在编程阶廉段。编程功阶段是由塘圆整误差嘱、近似计降算误差和蹦过去值计俩算误差构谈成，这是仆数控机床抄所固有的2、机床妥调整误差伴：它是数抽控机床调樱“零点”菊及“机外英”调刀时聋产生的。秆由于数控骑机床是按呜封闭的自广动循环工隆作的，因鲁此在机床寇按程序工附作的整个屡时间内的说加工精度寸取决于调厕整精度。3、自桶动换刀拒误差赏：取决川于许多洲因素，处如换刀业原理、讲换刀装他置的结释构特点聚等。（二）机贿床本身烦的误差1、机床响几何形状云误差（几岩何精度）数控机床眉的几何精六度是综合历反映该机目床关键机精械零部件峰和组装后岩的几何误枯差。如加煎工中心：衣工作台面票的平面度筝等2、弹性腿变形引起判的误差这是机床忙刚度不够密造成的（三）运骆行时的误苏差1、定位卧误差车主要有无机电伺服枯系统误差挤和控制系凤统误差等2、各肢种运行浸速度下押的误差（四）闸结论1）表面鲜粗糙度、幅形状和表眉面相互位开置精度基愁本上由机怎床机械部徐分形成。毯它取决于震几何精度侄、刚度、常主轴部件蒙的制造精迹度等2）沿滚x、y巾、z轴角的尺寸枣精度反架映了数控控机床届的特点矿。它由软机床机检械部分匙和数控桑系统共