毕业设计(论文)-机械零件的检测与误差原因分析.doc
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1、浙江工业大学博士学位论文毕业设计说明书(论文)课题名称: 机械零件的检测与误差原因分析 学生姓名 学 号 专 业 机械制造与自动化 班 级 “双元制”08 指导教师 起讫时间:2011 年11 月14 日2011 年12 月 日37浙江机电职业技术学院毕业设计说明书课题名称机械零件的检测与误差原因分析摘 要检测是对机械零件中包括长度、角度、粗糙度、几何形状和相互位置等尺寸的测量。机械零件的检测极为重要,它是把握产品质量的关键环节,检测人员必须在充分准备的基础上按照程序进行,并要分析误差的产生原因。机械零件的技术要求很多,它有几何形状、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、材质的化学成份及硬度等。检测
2、时先从何处着手,用哪些量具,采用什么样的先进方法,是检测中技术性很强的一个问题。为了使产品质量信得过,避免出现错检、误检和漏检,对此检测人员应遵守程序,做好各方面工作。本论文主要介绍了机械制图中尺寸公差的分类、应用以及对其进行评价,同时对一些特殊的尺寸公差和形位公差的测量方法作了详细的论述;与此同时,本论文还着重介绍了目前比较先进的测量仪器三坐标测量机、圆度仪的分类、构造以及工作原理;最后还对影响机械加工表面质量的因素和对精度孔(如铰刀孔)加工质量的控制进行了探讨。 关 键 词:检测 公差 三坐标 误差 原因分析目 录第1章 零件检测中基本公差的概述31.1 公差的分类31.1.1 尺寸公差4
3、1.1.2 表面形貌公差81.1.3 形状和位置公差121.2 公差的原则141.3 定向误差检验原理15第2章 几种检测工具的介绍172.1 圆度仪172.1.1 圆的拟和算法172.2.2 圆度仪182.2三坐标测量机21第3章 检测的步骤、方法及注意事项263.1 测前准备263.2 检测(测量)273.3 测量误差与原因分析273.4 检验工具的要求28第4章 对精度孔(铰孔)加工质量控制的探讨284.1 影响铰孔质量的主要因素294.1.1 铰刀几何参数294.1.2 铰削用量294.2 铰孔加工过程中的质量控制304.2.1 手工铰孔加工304.2.2 机动铰孔加工31第5章 结论
4、31参考文献32致 谢33第1章 零件检测中基本公差的概述许多行业上的纠纷起源于沟通的缺乏。 在当今日益激烈的竟争中,为让客户对蓝图不发生误解,运用国际标准的形位公差标注是最有效的途径之一。形位公差标准的演变历程:最先应用于军事工业,以美国与英国应用最为广泛,各种不同的组织相继出版了各种不同的标准。1966年,第一部统一的标准- ASME Y14.5出版,并经历1973,1982和1994三次改版。优点:(1) 有利于增强彼此之间的交流(2) 有利于产品的设计(3) 有利于零件制造公差的盈余1.1 公差的分类在讲公差的分类之前让我们先了解一下什么叫做公差带。公差带是指在公差带图解中,由代表上偏
5、差和下偏差或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。它是由公差大小和其相对零线的位置,如基本偏差来确定的。公差带的配合制度分基孔制和基轴制。基准制:a) 基孔制:基本偏差为一定的孔的公差带,与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。基准孔的下偏差为零,并用代号H表示。b) 基轴制:基本偏差为一定的轴的公差带,与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。基准轴的下偏差为零,并用代号h表示。用以限制实际要素变动的区域称为公差带。比如20mm轴孔的配合,要使轴能放入孔中,并有一定的间隙,那么加工完成后轴的尺寸为20(-0,-0.1),孔为20(+0,+0.1),括号中的范
6、围即为公差带。公差带是指在公差带图解中,由代表上偏差和下偏差或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。它是由公差大小和其相对零线的位置,如基本偏差来确定的。综上所述,公差可分为: (1) 尺寸公差 (2) 表面形貌公差(表面粗糙度) (3) 形状和位置公差1.1.1 尺寸公差1、定义:(1)尺寸要素:由一定大小的尺寸确定的要素称为尺寸要素;(2)非尺寸要素:平面、 直线等没有大小的要素称为非尺寸要素;(3)单一要素:仅对要素本身提出形状公差要求的要素称为单一要素;如直线度、平面度等。(4)关联要素:对其它要素有功能关系的要素称为关联要素;如平行度、垂直度、位置度等。(5)轮廓要素
7、:构成零件轮廓的点、线或面称为轮廓要素;如球面、平面、圆柱面、素线等。(6)中心要素:对称要素的中心点、线、面或轴线等称为中心要素;如球心、轴线等。2、理想边界状态由设计给定的具有理想形状的极限包容面, 称为理想边界状态。3、盈余公差盈余公差是指实际尺寸偏离最大实体尺寸的大小。特征大小直线度公差盈余公差总公差20.5MMC0.200.220.4 0.2 0.1 0.3 20.3 0.2 0.2 0.4 20.2 0.2 0.3 0.5 20.1 0.2 0.4 0.6 20.0LMC 0.2 0.5 0.7 4、状态及尺寸(1)最大实体状态:指实际要素在给定长度上处处位于给尺寸极限之内,并具有
8、实体为最大时的状态。(MMC)最大实体实效状态:指在给定长度上,实际要素处于最大实体状态,且中心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的综合极限状态。(MMVC)(2)最小实体状态:指实际要素在给定长度上处处位于给尺寸极限之内,并具有实体为最小时的状态。(LMC)最小实体实效状态:指在给定长度上,实际要素处于最小实体状态,且中心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的综合极限状态。(LMVC)5、理论正确尺寸理论正确尺寸:对于要素的位置度、轮廓度、倾斜度,其尺寸由不带公差的理论正确位置、轮廓或角度确定,这种尺寸称为理论正确尺寸6、基准目标基准目标:当需要在基准要素上指定某些点、线或局部表面来体现各
9、基准平面时,需标基准目标。7、三基面体系图样上给定的基准要按照给定的顺序建立成三个相互垂直的理想平面构成的空间直角坐标系,形成三基面体系。三基面体系是理想的空间体系,而零件上的实际基准要素本身存在形状误差,同时各基准要素之间又存在定向和定位误差。所以当实际零件在三基面体系中按图面规定的先后顺序定位时,实际基准要素与理想的基准平面不可能完全重合,须按“最小条件”规定建立三基面体系。1.1.2 表面形貌公差一、形状公差1、平面度定义实际被测要素对理想平面的允许变动。距离为平面度公差值t的两平行平面之间的区域。应用测量方法1 间隙法2 干涉法3 坐标法一般按矩形网格或对角线取点,取点多少没有标准规定
10、,根据实测平面的变形程度而定,点取得越多,越能反映平面的真实状况。2、直线度定义 实际被测要素(线要素)对理想直线的允许变动。根据不同的设计要求,直线度公差可以有几种不同形状的公差带。给定方向上其公差带 任意方向上其公差带应用量测方法1间隙法2干涉法3坐标量测法(CMM)3、圆度(圆柱度、圆锥度类似) 定义实际被测要素对理想圆的允许变动。在同一正截面上.半径差为圆度公差值的同心圆之间的区域。应用量测方法1半径测量法(圆度仪)2坐标测量法(CMM)4、粗糙度机械学概念在机械学中,粗糙度指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它是互换性研究的问题之一。表面粗糙度一般是由所采用的加
11、工方法和其他因素所形成的,例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。由于加工方法和工件材料的不同,被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系,对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。 粗糙度表示方式零件表面经过加工后,看起来很光滑,经放大观察却凹凸不平。表面精糙度,是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征,一般是由所采取的加工方法和(或)其他因素形成的。零件表面的功用不同,所需的表面粗糙度参数值也不一样。零件图上要标注表
12、面粗糙度代(符)号,用以说明该表面完工后须达到的表面特性。表面粗糙度高度参数有3种: (1)轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度内,沿测量方向(Y方向)的轮廓线上的点与基准线之间距离绝对值的算术平均值。 (2)微观不平度十点高度Rz 指在取样长度内5个最大轮廓峰高的平均值和5个最大轮廓谷深的平均值之和。(3)轮廓最大高度Ry 在取样长度内,轮廓最高峰顶线和最低谷底线之间的距离。 目前,一般机械制造工业中主要选用Ra。Ra值按下列公式计算: Ra=1/l t0Y(x)dx或近似为Ra= 1/n Yi。式中,Y为轮廓线上的点到基准线(中线)之间的距离;为取样长度。应用粗糙度多用于表征钢板,因为钢板涂覆
13、前必须要有一定得粗糙度,否则油漆的咬合力不足,容易脱落。测量工具:粗糙度仪二、定向公差2、垂直度(平行度、倾斜度类似)定义垂直度公差是限制实际被测要素对与基准垂直的理想被测要素的变动量的一项指针。应用1.1.3 形状和位置公差1、 位置度公差定义位置度公差是各关联被测要素相互之间或它们相对一个或多个基准位置的允许变动量。必要条件位置度公差公只用于尺寸要素,必须有参考基准。根据各要素距离基准的尺寸和各要素之间的尺寸即可计算位置度公差值。对于位置度公差,基准要素为尺寸要素时, 基准符号后必须接有S , L , M 等符号。2、同轴度(同心度)定义同轴度公差是限制实际轴线相对于基准轴线变动量的一项指
14、针。同轴度公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域,该圆柱面的轴线与斟准线同轴。3、对称度定义对称度公差是限制实际面或线相对于基准平面或轴线变动量的一项指针。公差带是距离为公差值t,且相对于基准的中心平面对称配置的两平行平面之间的区域。应用。4、 圆跳动定义圆跳动公差是被测要素的某一个固定参考点围绕基准要素旋转一周时允许的最大变动量。分为径向圆跳动、端面圆跳动、斜向圆跳动。应用5、全跳动定义全跳动公差是被测要素上各点围绕基准要素旋转时允许的最大变动量。分为径向圆跳动、端面圆跳动。全跳动公差是综合性最强的指针之一。径向圆跳动同时全面控制圆柱面上的形状误差(圆度、圆柱度、素线和轴线的直线度)和同轴度
15、误差。端面圆跳动同时全面控制平面上的形状误差(平面度)和垂直度误差。应用1.2 公差的原则1、公差原则(独立原则)公差原则是处理和确定尺寸公差和形位公差之间关系的原则。独立原则就是图样上给定的各个尺寸和形状.位置要求都是独立的,应该公别满足各自的要求。独立原则是尺寸公差和形位公差相互关系遵循的基本原则。2、相关要求(1)包容要求尺寸公差与形位公差相互有关的一种要求。 采用包容要求的尺寸要素其实际轮廓应遵守最大实体边界,即其体外作用尺寸不超出最大实体尺寸,且其局部实际尺寸不超出最小实体尺寸。作符号E 表示。(2) 最大实体要求最大实体要求是指被测要素的实际轮廓应遵守其最大实体实效边界,当局部实际
16、尺寸从最大实体尺寸向最小实体尺寸偏离时,允许被测要素的形状误差超出在最大实体关态下给出的公差值。用符号M 表示。(3) 最小实体要求最大实体要求是指被测要素的实际轮廓应遵守其最小实体实效边界,当局部实际尺寸从最小实体尺寸向最大实体尺寸偏离时,允许被测要素的形状误差超出在最小实体关态下给出的公差值。用符号L 表示。(4)可逆要求指在不影响零件功能的前提下,当被测要素的形位公差小于在最大实体要求(或最小实体要求)下给出的形位公差时,允许其相应的尺寸公差增大。以符号R 表示。1.3 定向误差检验原理定向误差检验原理定向误差中理想的被测要素相对于基准有确定的方向关系,包含了被测要素的形状误差和相对基准
17、的方向误差。(1)直接比较原理将实际被测要素与其理想要素直接进行比较后评定定向误差,理想被测要素由量测基准体现。(2) 坐标测量原理将被测要素置于一个直角坐标系中,利用测得被测要素和基准要素,根据计算获得定向误差值。(3) 测量特征参数原理在被测要素上,有某种能够直接反映定向误差的特征参数,可以通过测其来反映定向误差。比如利用测量特征参数原理,检验两平面之间的平行度。该方法优点是方法简单,缺点是未排除基准要素的形状误差,影响定向误差评定结果的准确性。(4) 控制理想边界原理当定向精度按最大实体要求给出定向公差后,表示被测要素相应的实体不得逾越规定的理想边界,检测时应用功能量规模拟体现理想边界,
18、若通过,则表示被测要素所对应的实体未逾越理想边界。在被测孔的直径合格的前提下,只要量规通过被测孔,且两个基准要素贴平,则表示该项公差合格。第2章 几种检测工具的介绍随着现代制造业的飞速发展,对于产品高质量的要求以及对产品的研制周期的日益苛刻,使得测量面临前所未有的压力。制造业需要更快的测量方法,并尽量避免传统测量的一些缺陷,于是一批高精度的测量仪器便应运而生。本章将着重介绍圆度仪和三坐标测量机两种测量仪器。2.1 圆度仪在介绍圆度仪之前,我们有必要先来了解一下圆的拟和算法。2.1.1 圆的拟和算法在实际测量中,可能根据实际需要去选择不同的拟合算法,常用的拟合算法介绍如下。圆的拟合规则:最小外接
19、圆:(最小覆盖圆)将所有的测量点都包含在圆内,直径最小的那个圆最大外接圆:(最大空圆)所有测量点都在圆外,直径最大的那个圆。最小区域圆:(最小半径)从这个圆的圆心出发,画两个同心圆,将所有测量点都包含在这。 两个同心圆内,在所有符合上面条件的同心圆中,径向距离最小的那一组。最小二乘圆:(最小平方差)所有测量点到该圆的距离平方和最小。实际中应用最多的是最小平方差,给出的为参数的平均值,计算方便,同时个别点的偏差对测量结果影响不大。在配合中,为了顺利进入装配,轴的尺寸应采用最小覆盖圆,而最小半径,主要用于形状偏差的评定。2.2.2 圆度仪1、圆度仪主要功能 可快速测环形工件的圆度、表面波纹度(Wc
20、、Wp、Wv、Wt、Wa、Wq、Swm)、谱分析、波高分析、同心度、垂直度、同轴度、平行度、平面度、轴弯曲度、偏心、跳动量等。 2、圆度误差测量仪器很多,然而使用不同仪器会产生不同测量误差。本节将介绍用光学分度头测量圆度误差时所建立的数学模型,分析各种误差对测量误差的影响,从而为在保证测量精度的同时降低测量成本提供了理论依据。 3、圆度误差的测量 (1)测量方法 圆度误差的评定方法有4种:最小包容区域法,最小外接圆法,最大内切圆法,最小二乘法。 由于最小二乘法简便易行, 长期以来甚为流行。 测量圆度误差的方法虽有多种,但最为合理、用得最多的是半径法。 为此,通过采用半径测量法在光学分度头上用千
21、分表测量圆度误差,并对测量数据进行最小二乘法计算,以求得圆度误差值。 测量时, 将被测量工件顶在光学分度头的两顶尖间, 将指示表置于被测量横截面上,测量其半径的变化量r, 即利用光学分度头将被测圆周等分成n个测量点,当每转过一个=360/n角时,从指示表上读出该点相对于某一半径R0的偏差值r,由此测得所有数据ri。 (2)建立数学模型 根据圆的拟和算法,若实际被测表面的位置用极坐标(ri,i)来表示,则ri=ecos(i-)+(R+ri)2-e2sin(i-)1/2。(1) 式中:i测点数,i=1,2,n; ri半径偏差观察值; e最小二乘圆圆心O1(a,b)的偏移量,a=ecos,b=esi
22、n。 由于圆度误差精度测量的特点,在测量之前必须调整零件的回转轴线,使a,b之值较小,满足“小偏差假设”, 并且零件的圆度误差和其半径相比是微量,称为“小误差情况”,于是式(1)近似为ri=e(i-)+R+ri,因此根据最小二乘法原理有 E2=ni=1r2i=ni=1ri-R-ecos(i-)2=min。 (2) 根据(E2)R=0,(E2)e=0,(E2)=0,可得 ni=1ri-nR-eni=1cos(i-)=0 ni=1ricos(i-)-Rni=1cos(i-)-eni=1cos2(i-)=0 (3) ni=1risin(i-)-Rni=1sin(i-)-eni=1cos(i-)sin
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