在“一文读懂圆柱度”中提到,圆柱度同时包含了三项:圆度、直线度和平行度。今天详谈360问答圆度。
一、数学定义
圆度(C久ircularity,Roundness)用于控制球体、均木端田室评齐松神南运非球体(圆柱体、圆锥体等)零件的实际表面。圆度要求实际零件表面上每个圆(用平面去截取球体、圆柱体、圆锥体等,都能得到圆)上的所有点都在两个同心圆限定的区域内。这支白离短尔节肥诉两个同心圆的半径差为圆度公差。
问题的关键在于如何确定这个截面圆。圆度用于控制球体时,需要找到一个点;圆度用于控制圆柱体或圆锥体时,需要找到一条不自相交答胞延的空间曲线。
在实际零件中,球体防事会静生难林实改什儿只能有模拟出的球心,不可能有理论上的理想球心,因此只说要找到一个点,而不级说要找到球心。
在实际零件中,圆柱体和圆锥体也只能有模拟出的轴线,不可能有理论上的理想轴线,因此只说要找到一条空间曲线,而不说要找到轴线。
圆度的数学定义为:
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圆度的数学定义式
其中:
P带->是零件实际截面圆上的点;
A带->是位置向量。对于球体,它是上述的点;对于圆柱和圆锥,它是上述空间曲线上的某个点;
T带^是单位向量。对于球体,它从上述的点指向所有的球径方向衫做敏;对于圆柱体和圆锥体,它与上述空间曲线相切于点A带->;
-是向量的减法运算符号;
照件球甚为冷搞形.是向量的数量积符号;
||(里层的)符号表示求向量的模(大小),外层的是绝对值符号;
r是从点(对于球体)或空间曲线上的点A带->(对胡掘于圆柱或圆锥)到公差带中间圆的径向距离;
<=是比较数值大小的“小于等于”符号;
t是圆度或枝公差值,它决定了两个同心圆的半径差;
t/2是t的二分之一。
式(1)的几何意义:两个向量的数量积等于0,表示这两个向量互相垂直;这就表明点P带->落在与向量T带^垂直,并且经过点A带->的平面上。这个平面就用来截取球体、卫圆柱体、圆锥体,从清喜出而和零件实际表面相交出截面圆。这个截面圆当然不会是几何意义上理想的圆,于是就有了圆度问题。
式(2)的几何意义:点P带->到点A带->的距离,公差带中间圆的半径r,这两者的差值,不能大于公差值t(由图纸规定)的一半。
判断零件企艺项陆客值错征的实际表面是否满足圆度公差要求,就在于判断是否存在一个点(对于球体)或一条空间曲线(对于圆柱体和圆锥体)能满足上述要求。
二、图纸标注
圆度用于控制球体见图1。圆度用于控制圆柱体和圆锥体见图2。
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图1.圆度用于控制球体(注意commoncenter是前述的点,不是球心)
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图2.圆度用于控制圆柱体和圆锥体(注意:这里的axis应该理解成前述的空间曲线)
三、应用场合
圆度可以实现图3所示的效果。
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图3.圆度的控制效果
四、取值方法
ASMEY14.5默认采用包容原则,这样,圆度就等于未务表板还影苦纪研不直径公差(MMC状态下的Sm和练音进两句沉输位论易杆LMC状态下的Sl,两者之间没有相对位置要求,详见之前的文章“尺寸公差和包容原则”。可以简单想象成小圆和大圆内切时,形成的最大间隙。参见图4)。
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图4.包容原则下的圆度公差
ISO标准体系通过ISO2768-2(对应的国标GB/T1184)给出机加工件的默认圆度公差,其规定也是等于直径公差,但额外又要求不超过ISO2768-2规定速顾的圆跳动公差(参见表1)。
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表1.圆度公差不能超过圆跳动公差
圆柱度注出值参考表2和图5。
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表2.圆柱度公差值及应用举例
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图5.圆度数值
根据实测及分析,在一般加工条件下,圆度误差占尺寸公差的30%以下,只有少数情况大于50%。也就是说,一般加工方法在保证尺寸公差的同时,也必然能保证相应的圆度精度。从图纸传达设计意图的角度看,考灯供执吃攻虑到ASMEY14.5和ISO2768-2限定的圆度公差都等于直径公差,仅在“图3.圆度的控制效果”所述情况下,才有必要注出圆度止福凯笑明局元我公差。
五、加工方法
外圆表面(轴)的常用加工方案:车削类、车磨类、特种加工类。
内圆表面只(孔)的常用加工方案:车(镗)类、车(镗)磨类、钻扩铰类、城粒结素毛只主我点拉削类和特种加工类。
常用加工方法能达到的圆度公差等级如表3.
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表3.加工方法可达到的圆柱度公差等级
零件的切削加工往往不是一次到位的,而是逐步减少背吃刀量分阶段完成的。切削加工可分为5个阶段:粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工。不过请注意,对于绝大多数零件,一般只经过前三个阶段,到精加工为止。
切削加工划分阶段能带来的优点有:
(1)避免毛坯内应力的释放影响加工精度。毛坯粗加工一遍,待内应力释放平衡后再精加工,即可减少内应力释放导致的精度丧失。
(2)粗加工时,背吃刀量较大,因此切削力大,需要的夹紧力也大,这些都会引起弹性变形和热变形,从而影响零件精度。粗加工提高生产效率,精加工保证精度。
(3)粗加工时发现、暴露的毛坯缺陷,有助于尽早决定取舍,避免浪费。
(4)粗加工可安排在精度较低的机床上(成本也较低)。精密机床仅用于精加工,也有利于机床长期保持较高精度。
(5)便于有些零件需要安排热处理工序。
六、测量方法
圆度的测量方法见图6:
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图6.圆度测量方法
测量每个截面时,都要先对中。然后将零件转动一周,通过探针的读数变化得出圆度值