《機(jī)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(jī)械加工精度（1）課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）掌握機(jī)械加工精度的概念及其影響因素（2）掌握機(jī)械加工精度的幾何誤差思政育人目標(biāo)：樹立客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：機(jī)械加工精度的獲得方法，機(jī)械加工精度原始誤差的概念，幾何誤差對(duì)機(jī)械加工精度的影響教學(xué)難點(diǎn)：幾何誤差對(duì)機(jī)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(jì)→考勤（2min）→教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)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(fù)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(jī)械加工質(zhì)量相關(guān)的資料，理解機(jī)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(jī)械加工質(zhì)量的影響因素。【學(xué)生】完成課前任務(wù)通過課前任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立收集資料的能力，初步建立有關(guān)機(jī)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(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況互動(dòng)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(jī)械加工精度對(duì)機(jī)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(dòng)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(shí)點(diǎn)，引出機(jī)械加工精度的相關(guān)知識(shí)一、機(jī)械加工精度概述1、機(jī)械加工精度與機(jī)械加工誤差機(jī)械加工精度是指零件在機(jī)械加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與設(shè)計(jì)幾何參數(shù)的符合程度。機(jī)械加工誤差是指零件在機(jī)械加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與設(shè)計(jì)幾何參數(shù)之間偏離的值，它是表示機(jī)械加工精度的數(shù)量指標(biāo)。零件的機(jī)械加工誤差越小，機(jī)械加工精度就越高。零件的機(jī)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(jī)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(dāng)零件的尺寸精度要求高時(shí)，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(shí)，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(jī)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(cè)量，按照加工要求適當(dāng)調(diào)整刀具切削刃相對(duì)工件的位置，然后再進(jìn)行試切、測(cè)量和調(diào)整，直到加工尺寸達(dá)到所要求的精度后再切削整個(gè)待加工表面的方法。試切法生產(chǎn)率較低，且對(duì)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(biāo)準(zhǔn)件調(diào)整好刀具相對(duì)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(duì)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(kuò)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(dòng)控制法自動(dòng)控制法是指是在加工過程中，通過由尺寸測(cè)量裝置、進(jìn)給裝置和控制機(jī)構(gòu)等組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)完成工件尺寸的測(cè)量、刀具的補(bǔ)償調(diào)整和切削加工等一系列動(dòng)作，從而獲得所要求尺寸精度的方法。……詳見教材2）形狀精度的獲得方法（1）成形運(yùn)動(dòng)法成形運(yùn)動(dòng)法是指使刀具相對(duì)于工件做有規(guī)律的成形切削運(yùn)動(dòng)，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(huì)使用成形運(yùn)動(dòng)法進(jìn)行加工？”，并隨機(jī)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)法非成形運(yùn)動(dòng)法是指通過對(duì)加工表面形狀的檢測(cè)，人工對(duì)其進(jìn)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(dāng)零件形狀精度要求很高（如超出機(jī)床加工精度范圍或表面形狀比較復(fù)雜）時(shí)，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(gè)表面在同一次安裝中加工出來的方法。采用這種方法時(shí)，位置精度的大小取決于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)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(zhǔn)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(jī)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(shí)在機(jī)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(jī)床上并受其約束，因此加工精度與整個(gè)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(cè)量誤差和調(diào)整誤差等。其中，工藝系統(tǒng)靜誤差又包括機(jī)床誤差、刀具誤差和夾具誤差。動(dòng)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(duì)加工誤差的影響程度不同。原始誤差當(dāng)其方向與工序尺寸方向一致時(shí)，對(duì)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(xì)講解誤差敏感方向的相關(guān)知識(shí)如圖8-2（a）所示（詳見教材），為刀具與工件接觸點(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(shí)，其對(duì)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(duì)加工精度的影響，通過分析計(jì)算或試驗(yàn)測(cè)試得出該因素與加工誤差之間的關(guān)系。2）統(tǒng)計(jì)分析法統(tǒng)計(jì)分析法以現(xiàn)場(chǎng)觀察和實(shí)測(cè)所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，從而揭示各種因素對(duì)加工精度的綜合影響。【經(jīng)驗(yàn)傳承】在實(shí)際生產(chǎn)中，單因素分析法和統(tǒng)計(jì)分析法常常結(jié)合起來使用。一般先用統(tǒng)計(jì)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(yùn)用單因素分析法進(jìn)行分析、試驗(yàn)，以找出影響加工精度的主要原因。二、影響機(jī)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(huì)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(yùn)動(dòng)或近似的切削刃輪廓所產(chǎn)生的誤差。因?yàn)樗窃诩庸ぴ矸矫娲嬖诘恼`差，所以稱原理誤差?！斠娊滩摹军c(diǎn)撥】教師補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)在精加工時(shí)，對(duì)加工原理誤差需要仔細(xì)分析，必要時(shí)還需要進(jìn)行計(jì)算，以確保由其引起的加工誤差不會(huì)超過所允許的精度范圍。2）機(jī)床誤差引起機(jī)床誤差的原因主要有機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和機(jī)床使用過程中的磨損。（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具，并傳遞主要切削運(yùn)動(dòng)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(jī)床精度的主要指標(biāo)之一。主軸回轉(zhuǎn)誤差可以分解為軸向誤差運(yùn)動(dòng)、純徑向誤差運(yùn)動(dòng)和傾斜誤差運(yùn)動(dòng)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(xì)講解主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式軸向誤差運(yùn)動(dòng)：又稱軸向竄動(dòng)，是指任一瞬時(shí)主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線的軸向運(yùn)動(dòng)。軸向誤差運(yùn)動(dòng)主要影響工件端面的形狀和軸向尺寸精度。純徑向誤差運(yùn)動(dòng)：又稱純徑向圓跳動(dòng)，是指任一瞬時(shí)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(yùn)動(dòng)。純徑向誤差運(yùn)動(dòng)主要影響工件的圓度和圓柱度。傾斜誤差運(yùn)動(dòng)：又稱純角度擺動(dòng)，是指任一瞬時(shí)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(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動(dòng)。傾斜誤差運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)往往同時(shí)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(duì)主軸滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊；③使主軸回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上。……詳見教材（2）導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差。機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床工作臺(tái)或刀架等實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)精度的主要因素。導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差是指機(jī)床導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)加工精度的影響很大。導(dǎo)軌對(duì)機(jī)床主軸軸線的平行度誤差：這項(xiàng)誤差會(huì)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(jī)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(jìn)行淬火等；③正確安裝機(jī)床，確保地基牢固，并定期進(jìn)行復(fù)校和調(diào)整?！斠娊滩模?）傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差。在加工螺紋或用展成法加工齒輪或蝸輪等零件時(shí)，傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差是影響加工精度的主要因素。提高傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度常采取以下方法：①縮短傳動(dòng)鏈，減小傳動(dòng)比；②減小傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工誤差和裝配誤差；③采用校正裝置進(jìn)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(duì)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(dòng)鏜刀和拉刀等）加工時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(huì)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(shí)，其制造精度對(duì)加工精度無直接影響，但刀具磨損對(duì)零件的加工精度和表面粗糙度有直接影響。4）夾具誤差?yuàn)A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(duì)工藝系統(tǒng)中的機(jī)床、夾具和刀具等進(jìn)行調(diào)整。由于任何調(diào)整工作不可能絕對(duì)精確，因此必然會(huì)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(yùn)用多媒體課件，通過提問引導(dǎo)和小組討論的方式，對(duì)機(jī)械加工精度的概念及影響因素進(jìn)行講解，開展課堂活動(dòng)，加強(qiáng)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(xiàng)目實(shí)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(xiàng)目訓(xùn)練活動(dòng)，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