2.1精度設(shè)計(jì)中的主要原理與原則大多數(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)均有較高的精度要求，其基本特點(diǎn)是精度、效率和自動(dòng)化程度要求高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其共同的基礎(chǔ)為精密機(jī)械技術(shù)。精密機(jī)械技術(shù)與普通機(jī)械技術(shù)比較：在機(jī)械原理、功用和重要性方面無(wú)多大變化，主要區(qū)別在：精度、分辨率和靈敏度等性能指標(biāo)上。2.1精度設(shè)計(jì)中的主要原理與原則在精度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循主要原理與原則為：一、阿貝誤差原理其內(nèi)容：長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，被測(cè)尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸必須處在測(cè)量方向的同一直線上，或者兩者彼此處在對(duì)方的延長(zhǎng)線上。采用阿貝原理，能避免產(chǎn)生一階誤差，只有二階誤差（常不計(jì)）用游標(biāo)卡尺測(cè)量軸的直徑時(shí)，作為基準(zhǔn)件的刻線尺與被測(cè)直徑不在同一直線上，即不符合阿貝原則。當(dāng)帶有活動(dòng)量爪的框架因主尺導(dǎo)引面的直線度誤差或框架與主尺間的間隙而發(fā)生傾斜時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差:△=L-L'=Stanφ=Sφ。

若s=30mm，φ=0.0003rad，則△=30×0.0003=0.009mm=9μm。二、運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理一個(gè)空間物體具有6個(gè)自由度，要是它定位，需要適當(dāng)配置6個(gè)約束加以限制，這就是6點(diǎn)定位原理。要使物體相對(duì)固定的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，只能配置少于6個(gè)約束才能實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理應(yīng)遵守下列條件：1）物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)等于自由度數(shù)減去約束書。2）要求約束條件為點(diǎn)接觸，且該點(diǎn)應(yīng)垂直于欲限制自由度方向。同時(shí)要求在同一平面或直線上的點(diǎn)接觸距離盡可能大些，以免運(yùn)動(dòng)到端部造成不穩(wěn)定。滾動(dòng)導(dǎo)軌副理想的滾動(dòng)導(dǎo)軌副，符合運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理，左邊的V形導(dǎo)軌內(nèi)兩個(gè)鋼球提供4個(gè)約束，右邊至少一個(gè)鋼球提供一個(gè)約束，使上滑板只能沿V形導(dǎo)軌方向移動(dòng)。理想的點(diǎn)接觸實(shí)際上是不存在，為了克服此缺點(diǎn)就產(chǎn)生半運(yùn)動(dòng)學(xué)的設(shè)計(jì)原理。以小面積接觸或短線接觸代替點(diǎn)接觸來(lái)約束運(yùn)動(dòng)方向-----半運(yùn)動(dòng)學(xué)的設(shè)計(jì)原理。三、平均效應(yīng)原理

采用單點(diǎn)定位約束自由度，由于定位點(diǎn)的誤差，其定位誤差始終低于該定位點(diǎn)的精度，由于單點(diǎn)定位接觸應(yīng)力大，隨著時(shí)間推移，精度會(huì)逐漸降低。因而采用多點(diǎn)定位原理，應(yīng)用平均效應(yīng)作用，使誤差得以均化，，提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度在精密機(jī)械設(shè)備中，平均效應(yīng)原理的應(yīng)用很廣，如導(dǎo)軌副、密珠軸承、光柵尺等應(yīng)用此原理。四、變形最小原理精密機(jī)械設(shè)備的零部件受到自重、外載、溫度變化、工藝內(nèi)應(yīng)力以及振動(dòng)等因素的作用，都會(huì)產(chǎn)生變形誤差，因此，變形誤差原理就是要求上述各種變形誤差最小。五、基面統(tǒng)一原則零件設(shè)計(jì)時(shí)，注意下面四個(gè)基面統(tǒng)一原則，以減少制造誤差和測(cè)量誤差。設(shè)計(jì)基面：零件圖上標(biāo)注尺寸的基準(zhǔn)面工藝基面：加工時(shí)的定位基面，以此加工其他面測(cè)量基面：以它為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量與此有關(guān)的尺寸裝配基面：以它為基準(zhǔn)，確定零件間的相互位置六、誤差縮小和放大原理（速比原理）七、誤差配置原理一臺(tái)設(shè)備和部件，如果各部分的誤差配置得當(dāng)，就可提高裝配成品的總精度。如機(jī)床主軸系統(tǒng)的兩端軸承精度，如果合理配置，就可以減少主軸工作端的徑向跳動(dòng)。2.2精度設(shè)計(jì)中的基本概念

精度是誤差的反義詞，誤差理論是精度設(shè)計(jì)和精密測(cè)量的理論基礎(chǔ)。一、誤差定義：測(cè)量值與真值之差異稱為誤差。表示方法：1、絕對(duì)誤差：設(shè)某物理量的測(cè)量值為x,它的真值為a,則x－a=ε；由此式所表示的誤差ε和測(cè)量值x具有相同的單位，它反映測(cè)量值偏離真值的大小，所以稱為絕對(duì)誤差。

2、相對(duì)誤差：它是絕對(duì)誤差與測(cè)量值或多次測(cè)量的平均值的比值，即或，并且通常將其結(jié)果表演示成非分?jǐn)?shù)的形式，所以也叫百分誤差。

誤差分類：1、按性質(zhì)分：隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差2、按被測(cè)參數(shù)的時(shí)間特性分：靜態(tài)參數(shù)誤差和動(dòng)態(tài)參數(shù)誤差3、按誤差之間的關(guān)系分：獨(dú)立誤差、相關(guān)誤差4、按誤差來(lái)源分類：原理誤差、制造誤差、運(yùn)行誤差（使用誤差）二、精度（一）精度的含義根據(jù)誤差的不同性質(zhì)，可將精度分為：1、準(zhǔn)確度：它用系統(tǒng)誤差大小來(lái)表示。準(zhǔn)確度反映了系統(tǒng)的測(cè)量值偏離真值的程度。2、精密度：它是用隨機(jī)誤差大小表示。精密度反映了測(cè)量值與真值的離散程度。3、精確度：它是系統(tǒng)誤差和隨即誤差大小的綜合反映。（二）其它精度名稱的含義1、機(jī)床加工精度：是一項(xiàng)綜合性的精度指標(biāo)，即指機(jī)床在加工工件時(shí)所達(dá)到的精確度。2、機(jī)床精度：是機(jī)床在未受外載的作用下的原始精度，以允差表示。機(jī)床精度包括幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度等各項(xiàng)指標(biāo)。3、幾何精度：是指機(jī)床、儀器在不運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。它規(guī)定了決定于加工或測(cè)量精度的各主要零部件以及這些零部件的運(yùn)動(dòng)軌跡的相對(duì)位置誤差。4、定位精度：是指機(jī)床或儀器主要部件在運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)所能達(dá)到的實(shí)際位置精度。這是一個(gè)具有綜合性質(zhì)的精度指標(biāo)。三、靈敏度和分辨率1、靈敏度：系統(tǒng)的靈敏度是指當(dāng)輸入的變化值趨向于0時(shí)，輸出變化值與輸入變化值比值的極限，即靈敏度的定義為：靈敏度的具體數(shù)值與系統(tǒng)的靜態(tài)特性函數(shù)有關(guān)。此外，也有系統(tǒng)參數(shù)變化的靈敏度概念。2、分辨率：它是指精密機(jī)械設(shè)備能感受、識(shí)別或檢測(cè)到輸入量的最小值?；蛘吣墚a(chǎn)生、響應(yīng)得到輸出量的最小值。分辨率與精度是有聯(lián)系的，提高設(shè)備的分辨率就能提高其工作精度。在數(shù)控機(jī)床中,分辨率是用定位機(jī)構(gòu)的最小位置檢測(cè)量來(lái)表示的。它與實(shí)際的定位精度無(wú)直接聯(lián)系，因此數(shù)控機(jī)床的定位精度用分辨率來(lái)表示沒(méi)有太大的意義。如XHK756-2型臥式加工中心，其定位精度為重復(fù)定位精度為數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量為0.001mm/脈沖，即最小位置檢測(cè)量為0.001mm2.3隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差一、隨機(jī)誤差

隨機(jī)誤差常用均方根誤差、算術(shù)平均誤差和或然誤差作為評(píng)定尺度。大多數(shù)國(guó)家用均方根誤差表示。（一)均方根誤差設(shè)重復(fù)測(cè)量某值，可得隨機(jī)誤差系列，其中，則定義該數(shù)列的均方根誤差為：其方差D為：（二）極限誤差誤差的極限范圍稱為極限誤差。極限誤差用相對(duì)誤差表示時(shí)成為相對(duì)極限誤差；用絕對(duì)誤差表示時(shí)為絕對(duì)極限誤差，也稱為最大誤差。（三）標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算在均方根誤差計(jì)算中，由于隨機(jī)誤差的真值無(wú)法求得，常用殘余誤差來(lái)代替，計(jì)算所得的結(jié)果稱為標(biāo)準(zhǔn)偏差，仍用表示。標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算方法有貝塞爾公式、彼特斯公式和極差法。二、系統(tǒng)誤差精密設(shè)備系統(tǒng)誤差的數(shù)學(xué)特性表現(xiàn)為一定值或按某種函數(shù)規(guī)律變化，它有可能消除。系統(tǒng)誤差是由原理誤差和制造誤差兩部分組成的。系統(tǒng)誤差按其變化規(guī)律，可分為定值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。2.4掌誤差的擱合成新產(chǎn)品設(shè)養(yǎng)計(jì)時(shí)，需附對(duì)該產(chǎn)品山的總精度貼進(jìn)行分析睡和估計(jì)，前即需對(duì)各立個(gè)主要部閥件的誤差元進(jìn)行分配唉和綜合。誤差的猾種類不在同，其蹲綜合方啄法也各績(jī)異。對(duì)租于隨機(jī)基誤差，杰采用方鄭差運(yùn)算焰規(guī)律合葉成，對(duì)腐于已定公系統(tǒng)誤揪差的綜眾合，采雀用代數(shù)槐和方法事；對(duì)未守定系統(tǒng)費(fèi)，采用仇絕對(duì)和誼與方和撇根方法糾。一、隨路機(jī)誤差隸的合成設(shè)有n個(gè)牢隨機(jī)原始托標(biāo)準(zhǔn)偏差逮，根據(jù)方妙差運(yùn)算規(guī)穿則，則其辛合成的總革隨機(jī)誤差迎的標(biāo)準(zhǔn)偏彩差為---視---望-第ij兩寒個(gè)相關(guān)隨拴機(jī)誤差間辣的相關(guān)系舌數(shù)---洗---挑--表屠示兩個(gè)跑相關(guān)隨沫機(jī)誤差膛的標(biāo)準(zhǔn)阿偏差合成后采總誤差遣的極限費(fèi)誤差為t---波----拌--總誤差分吧布的對(duì)應(yīng)氧置信系數(shù)二、系統(tǒng)都誤差的合忠成（一）已心定系統(tǒng)誤薪差的合成由于已定食系統(tǒng)誤差繁其數(shù)值大港小和方向火是明確的惕，其合成誦方法用代數(shù)法（二）未肢定系統(tǒng)趴誤差的杠合成兩種方法誼：1、絕對(duì)倒和法若各單項(xiàng)示未定系統(tǒng)州誤差的不梨確定度為鄭，則么總誤差的迷不確定度孩按育絕對(duì)值相肝加。2、方扶和根法設(shè)定m利個(gè)未定眼的系統(tǒng)利誤差雄，視則總盾誤差的什不確定袍度系為2.5屋精密撈機(jī)械設(shè)英備的精愈度設(shè)計(jì)破和誤差帖分配精密機(jī)械撿設(shè)備精度患設(shè)計(jì)的基獄本任務(wù)就掘是精度分矩配和誤差補(bǔ)償精度分嘴配是根據(jù)產(chǎn)芒品允許的晌總誤差，皇將其經(jīng)濟(jì)頌、合理地究分配到零慘部件上，能并制定各妥零部件的嫌公差和技袍術(shù)要求。誤差補(bǔ)償?shù)哪康能娋褪菧p爐小或消撐除部分問(wèn)誤差，姜從而達(dá)卸到總精扇度的要減求。一、產(chǎn)品獲精度分配獎(jiǎng)依據(jù)和步任驟（一）賄精度分軍配依據(jù)1）產(chǎn)品踐的精度指系標(biāo)和總技單術(shù)指標(biāo)，蝕它們是由柜使用性能隔要求和有熊關(guān)精度標(biāo)融準(zhǔn)確定。2）產(chǎn)品豬的工作原誘理、機(jī)械完結(jié)構(gòu)裝配不圖及有關(guān)倉(cāng)零部件圖命。它們提葬供了誤差宋源的總數(shù)竹、各誤差漸源對(duì)產(chǎn)品斥誤差的影腹響，以及涉誤差之間凝相互不長(zhǎng)懇的可能性炒。3）產(chǎn)販品制造租廠的技扮術(shù)水平鎮(zhèn)，產(chǎn)品驕的使用桃環(huán)境等4）產(chǎn)驚品的經(jīng)居濟(jì)性要答求5）國(guó)錢家、部庫(kù)門、企胃業(yè)的有憂關(guān)公差未技術(shù)標(biāo)虹準(zhǔn)（二）精卷度分配步霜驟1）明確總痰精度指標(biāo)2）構(gòu)呼成產(chǎn)品緣瑞工作原母理和總鐵體方案紡，主要馳考慮理窮論誤差燃和方案香誤差3）設(shè)計(jì)柿總體布眉局、機(jī)電毯光等系統(tǒng)穿時(shí)，分別琴考慮其原培理誤差4）完逐成各零抓部件的犬結(jié)構(gòu)設(shè)逃計(jì)，找苗出全部揀誤差源天，寫出墨各自的復(fù)誤差表街達(dá)式，廈進(jìn)行總量精度計(jì)欄算。然湖后確定線各零部掩件公差較與技術(shù)遷要求，垮確定誤只差補(bǔ)償腸方法5）將給傍定的公差勞技術(shù)條件沿標(biāo)注到零到件工作圖押上，編寫超技術(shù)設(shè)計(jì)陸書二、誤差上分配方法產(chǎn)品總追誤差弊=笑總系統(tǒng)惹誤差誤+總隨素機(jī)誤差由于誤差冬性質(zhì)不同優(yōu)，其分配炒方法各異（一）總偉系統(tǒng)誤差一般來(lái)說(shuō)巨，系統(tǒng)誤削差的影響愉較大而數(shù)糕目較少。叉產(chǎn)品設(shè)計(jì)蛙時(shí)，一般矩要求總系窄統(tǒng)誤差產(chǎn)品允伸許誤差虹。（二）隨崗機(jī)誤差隨機(jī)誤差桶的特點(diǎn)是仔數(shù)量多，祝一般按均爬方根法來(lái)沫綜合?？偧堧S機(jī)誤差總隨機(jī)盜誤差的凍分配方暖法是：等作用原廊則和不等作用適原則1、等作黎用原則若各零部哥件誤差相弱等地作用歉于總隨機(jī)細(xì)誤差，則枕每個(gè)單項(xiàng)碰誤差為：-繩-獅---紛---避-包括未定扭誤差和隨初機(jī)誤差，化且妻產(chǎn)品允許柜的總誤差（三）妖公差調(diào)可整調(diào)整公差咐時(shí)，首先西要確定調(diào)懲整對(duì)象。泰一般先調(diào)石整系統(tǒng)誤授差、誤差巨傳遞系數(shù)北較大和容妖易調(diào)整的衡誤差項(xiàng)目瘋。對(duì)隨即存誤差調(diào)整殼，一般大幫多數(shù)采用經(jīng)濟(jì)公差絕極限內(nèi)，少畝數(shù)在生產(chǎn)公熔差極限內(nèi)，個(gè)林別在技術(shù)公差哈極限內(nèi)。對(duì)男個(gè)別的潔超出技欺術(shù)公差木極限的仁，應(yīng)采向用不補(bǔ)喘償方法貪解決。經(jīng)濟(jì)公漲差極限伐---晴在通用緞設(shè)備上沉，采用魄最經(jīng)濟(jì)舞的加工慘方法所饞能達(dá)到蘿的精度生產(chǎn)公組差極限豪---敢在通用笛設(shè)備上括，采用采特殊工上藝裝備千，不考活慮效率導(dǎo)因素進(jìn)里行加工峰所達(dá)到戲的精度習(xí)。技術(shù)公差猴極限--旅-在特殊笑設(shè)備（如亦高精度機(jī)睜床）、良定好的實(shí)驗(yàn)異室條件下巷，進(jìn)行加頑工和檢驗(yàn)?zāi)I時(shí)，所能盟達(dá)到的精松度。（四)誤餅差補(bǔ)償誤差補(bǔ)催償是調(diào)早整公差濟(jì)的一種朝有效手塊段。補(bǔ)敲償方法瞞很多，存如工藝圍補(bǔ)償方婆法和設(shè)涉計(jì)補(bǔ)償嚷法。工藝補(bǔ)商償法如獵軸系回斧轉(zhuǎn)精度勞的誤差未抵消、誓大件導(dǎo)趨軌精度睬的綜合單修研、質(zhì)坐標(biāo)定滑位精度蒸的綜合線修正等親方法。精度設(shè)崖計(jì)時(shí)，逃采取措曲施減小辯或消賴除誤差學(xué)的影響歇是一種暮有效的苗補(bǔ)償方欠法。-耗-設(shè)計(jì)間補(bǔ)償。1、誤芹差值補(bǔ)收償惠直閥接減少溪誤差源分級(jí)補(bǔ)秧償--雜-將補(bǔ)辛償件的脾尺寸分添成幾級(jí)連續(xù)補(bǔ)位償—如扶導(dǎo)軌鑲駝條，可杯用來(lái)連蝕續(xù)調(diào)盟整間隙獨(dú)、自動(dòng)補(bǔ)壁償--妨-微機(jī)貌自動(dòng)補(bǔ)辣償裝置尖，可自升動(dòng)減少牌或消除休系統(tǒng)誤句差2、誤差涌傳遞系統(tǒng)寸補(bǔ)償馳通過(guò)函數(shù)舟誤差來(lái)改熔變或選擇引傳遞系統(tǒng)搭值、減少帶或消除誤友差的方法3、綜合海補(bǔ)償跑利用機(jī)械紋、電氣和溜光學(xué)等技劇術(shù)手段，沿使其產(chǎn)生釀的誤差任互相抵消丟。2.6鍵數(shù)控機(jī)床越的精度分臘析和精度棋指標(biāo)一、數(shù)地控機(jī)床瘦的誤差獅源和精經(jīng)度分析數(shù)控機(jī)見(jiàn)床的誤飾差源可苦分為三必類：（一）價(jià)加工前柜的誤差扣源1、編程芽誤差皂它由程序麥控制原理患決定的誤謝差，出現(xiàn)燈在編程階廉段。編程功階段是由塘圓整誤差囑、近似計(jì)降算誤差和蹦過(guò)去值計(jì)倆算誤差構(gòu)談成，這是仆數(shù)控機(jī)床抄所固有的2、機(jī)床妥調(diào)整誤差伴：它是數(shù)抽控機(jī)床調(diào)櫻“零點(diǎn)”菊及“機(jī)外英”調(diào)刀時(shí)聾產(chǎn)生的。稈由于數(shù)控騎機(jī)床是按嗚封閉的自廣動(dòng)循環(huán)工隆作的，因魯此在機(jī)床寇按程序工附作的整個(gè)屢時(shí)間內(nèi)的說(shuō)加工精度寸取決于調(diào)廁整精度。3、自桶動(dòng)換刀拒誤差賞：取決川于許多洲因素，處如換刀業(yè)原理、講換刀裝他置的結(jié)釋構(gòu)特點(diǎn)聚等。（二）機(jī)賄床本身煩的誤差1、機(jī)床響幾何形狀云誤差（幾巖何精度）數(shù)控機(jī)床眉的幾何精六度是綜合歷反映該機(jī)目床關(guān)鍵機(jī)精械零部件峰和組裝后巖的幾何誤枯差。如加煎工中心：衣工作臺(tái)面票的平面度箏等2、彈性腿變形引起判的誤差這是機(jī)床忙剛度不夠密造成的（三）運(yùn)駱行時(shí)的誤蘇差1、定位臥誤差車主要有無(wú)機(jī)電伺服枯系統(tǒng)誤差擠和控制系鳳統(tǒng)誤差等2、各肢種運(yùn)行浸速度下押的誤差（四）閘結(jié)論1）表面鮮粗糙度、幅形狀和表眉面相互位開置精度基愁本上由機(jī)怎床機(jī)械部徐分形成。毯它取決于震幾何精度侄、剛度、常主軸部件蒙的制造精跡度等2）沿滾x、y巾、z軸角的尺寸棗精度反架映了數(shù)控控機(jī)床屆的特點(diǎn)礦。它由軟機(jī)床機(jī)檢械部分匙和數(shù)控桑系統(tǒng)共