1、互換性與技術(shù)測(cè)量 教材： 幾何精度規(guī)范學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 王恒迪 Tel：E-Mail： 答疑： 星期一下午2：304：00 5號(hào)樓-220房間,第1章 幾何精度設(shè)計(jì)概論,一幾何誤差的基礎(chǔ)知識(shí),本章主要內(nèi)容,二幾何精度的基礎(chǔ)知識(shí),三幾何精度規(guī)范,四課程的性質(zhì)、任務(wù)及要求,重點(diǎn)要求,互換性與公差的定義及作用,1.1 幾何誤差基礎(chǔ)知識(shí),1.1.1 幾何誤差 本課程研究機(jī)械產(chǎn)品的精度設(shè)計(jì)問(wèn)題，機(jī)械產(chǎn)品是固態(tài)產(chǎn)品，主要是由具有一定幾何形狀的零、部件安裝組成。 固態(tài)產(chǎn)品的特點(diǎn)是具有特定的幾何外形，而且?guī)缀瓮庑蔚奶匦詫?duì)其使用功能具有直接的影響。 幾何誤差就是指制成產(chǎn)品的實(shí)際幾何參數(shù)

2、（表面結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、幾何形狀和相互位置）與設(shè)計(jì)給定的理想幾何參數(shù)之間偏離的程度。,1.1.2 幾何誤差產(chǎn)生的原因 幾何誤差是由于加工和裝配過(guò)程的實(shí)際狀態(tài)偏離其理想狀態(tài)所形成的。造成幾何誤差的原因主要有：加工原理誤差 、工藝系統(tǒng)的幾何誤差、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差、工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差和測(cè)量誤差等。,1.1 幾何誤差基礎(chǔ)知識(shí),工藝系統(tǒng)的幾何誤差：主軸和尾座的頂尖連線與機(jī)床導(dǎo)軌不平行,薄壁件在三爪卡盤(pán)夾緊下變形,產(chǎn)生幾何誤差的主要因素有機(jī)床、刀具、夾具、工藝、環(huán)境、材料和人員等。 機(jī)床用以保證刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。刀具與工件間不準(zhǔn)確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件產(chǎn)生形狀誤差

3、。 夾具的作用是確定工件在機(jī)床上的位置。夾具的制造和安裝誤差將直接影響工件的正確定位，造成工件方向和位置誤差。 工藝因素主要有切削用量、切削力及熱處理。它們將產(chǎn)生受力變形和溫度變形，直接影響加工表面質(zhì)量。 環(huán)境因素主要是切削熱導(dǎo)致的工件與刀具的變形和溫度變動(dòng)產(chǎn)生的加工系統(tǒng)的變形。它們主要影響大尺寸工件的尺寸誤差和形狀誤差。 材料特性:由于材料的內(nèi)應(yīng)力、材料的腐蝕、彈性和塑性變形等因素，直接導(dǎo)致產(chǎn)品幾何特性產(chǎn)生變化。原材料和毛坯的內(nèi)應(yīng)力和尺寸穩(wěn)定性，將影響完工工件的幾何精度及其持久性。,1.1 幾何誤差基礎(chǔ)知識(shí),1.1.3 幾何誤差對(duì)使用功能的影響 在相同型號(hào)的一批產(chǎn)品中，零部件的幾何特性設(shè)計(jì)是

4、相同的，但是其成品質(zhì)量差異很大，部分原因是由于產(chǎn)品零部件在制造、裝配過(guò)程中存在的幾何誤差所造成的。 測(cè)繪仿制產(chǎn)品無(wú)法具備原型產(chǎn)品的性能和使用壽命，其關(guān)鍵原因也是在測(cè)繪仿制過(guò)程中，雖然能夠得到原型產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)等信息，但是無(wú)法得到原型產(chǎn)品的精度設(shè)計(jì)信息（幾何誤差允許范圍）。 孔30.006。4級(jí)？5級(jí)？6級(jí)？7級(jí)？8級(jí)？,1.1 幾何誤差基礎(chǔ)知識(shí),幾何誤差的大小體現(xiàn)了國(guó)家和企業(yè)的工業(yè)水平。機(jī)械工業(yè)的能力關(guān)鍵體現(xiàn)在其高精度制造能力上，也就是體現(xiàn)在幾何精度的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢測(cè)等方面的水平上。 各種不同幾何特性的誤差對(duì)產(chǎn)品的使用功能的影響有所不同。表面誤差主要影響外觀、摩擦磨損、腐蝕、噪音等使用功能；

5、尺寸和形位誤差主要影響零、部件的空間相互位置，直接影響運(yùn)動(dòng)傳遞、載荷傳遞等性能。,1.1 幾何誤差基礎(chǔ)知識(shí),1.2.1 幾何精度的概念 幾何精度就是零、部件允許的幾何誤差，也稱為幾何公差，簡(jiǎn)稱公差。幾何精度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是產(chǎn)品功能對(duì)零部件的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度要求，以及產(chǎn)品生產(chǎn)和使用維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),1.2.2 幾何精度設(shè)計(jì)的基本原則 一般說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品幾何精度設(shè)計(jì)的基本原則是最經(jīng)濟(jì)地滿足功能要求。 精度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮產(chǎn)品的使用功能、精度儲(chǔ)備、經(jīng)濟(jì)性、互換性、協(xié)調(diào)匹配等主要因素。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),1.2.3 幾何精度設(shè)計(jì)的主要方法 幾何精度設(shè)計(jì)的原始依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)要

6、求。因此，首先應(yīng)調(diào)查、分析、提出產(chǎn)品的技術(shù)要求。在明確產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、批量等因素后，然后才可以開(kāi)始幾何精度設(shè)計(jì)。 精度設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要確定產(chǎn)品整機(jī)的精度，隨后確定部件的精度，最后確定零件的精度。 精度設(shè)計(jì)的方法主要有：類(lèi)比法、計(jì)算法和試驗(yàn)法三種。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),1互換性：一批相同規(guī)格的零部件，任取其一，不經(jīng)任何挑選和修配就能裝在機(jī)器上，并能滿足其使用要求的特性 。 例如：自行車(chē)的零件壞了，買(mǎi)一個(gè)更換即可。在工廠的裝配線上，工人在一批零件中順手拿一個(gè)，裝上即可。,機(jī)械制造業(yè)中的互換性通常包括幾何參數(shù)和物理參數(shù)的互換，本課程僅討論幾何參數(shù)的互換性。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),

7、1.2.4 互換性與公差,幾何參數(shù)互換：規(guī)定幾何參數(shù)的公差（極限）以保證成品的幾何參數(shù)充分近似。,互換性的作用： 設(shè)計(jì)方面：可以最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)繪圖和計(jì)算工作，從而縮短設(shè)計(jì)周期，并有利于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的多樣化。 制造方面：有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，便于采用先進(jìn)工藝和高效率的專用設(shè)備，從而降低加工成本，并能夠?qū)崿F(xiàn)流水線裝配甚至在自動(dòng)線上進(jìn)行裝配。 使用維修方面：及時(shí)更換損壞的零部件，減少了機(jī)器維修的時(shí)間和費(fèi)用，提高了機(jī)器的使用效率，保持生產(chǎn)的連續(xù)性。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),互換性的種類(lèi)：,1完全互換：一批零件可以進(jìn)行任意的替換使用，裝配時(shí)不需挑選和修配。,2不完全互換

8、：裝配時(shí)允許挑選、調(diào)整和修配。,區(qū)別在于：完全互換適合于精度要求不高，生產(chǎn)批量較大，或與外廠協(xié)作生產(chǎn)的情況；不完全互換適合于精度要求很高，生產(chǎn)批量較大，通常是制造廠內(nèi)部裝配的機(jī)構(gòu)或構(gòu)件。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),不完全互換常用的有分組互換法（配合精度要求較高，采用完全互換時(shí)零件尺寸公差小，加工困難，成本高）和修配調(diào)整法（調(diào)整配合零件的相對(duì)位置或修正配合零件的尺寸，如特大型機(jī)械和特高精度儀器等）。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸和活塞即采用分組互換法。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí),2幾何量公差 公差是指允許幾何量的變動(dòng)范圍。包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。,1.2 幾何精度基礎(chǔ)知識(shí)

9、,1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化,1標(biāo)準(zhǔn)化概念的提出 現(xiàn)代化生產(chǎn)的特點(diǎn)是品種多、規(guī)模大、分工細(xì)和協(xié)作多。為使社會(huì)生產(chǎn)有序地進(jìn)行，必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化使產(chǎn)品規(guī)格品種簡(jiǎn)化，使分散的、局部的生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。 例如：為使兩個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠 實(shí)現(xiàn)自由裝配 ，這些產(chǎn)品必須按相同的標(biāo)準(zhǔn)制造。自行車(chē)的損壞零件能及時(shí)更換，是因?yàn)樗鼈兪前聪嗤臉?biāo)準(zhǔn)制造的。 標(biāo)準(zhǔn)是大家共同遵守的技術(shù)依據(jù)或技術(shù)規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)。,1.3 幾何精度規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)性事物和概念通過(guò)制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和效益。（這是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化基本術(shù)語(yǔ)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化所做的解釋。它

10、的最終目的是提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。） 標(biāo)準(zhǔn)化的主要任務(wù)是 制定標(biāo)準(zhǔn)、組織實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施進(jìn)行監(jiān)督。 標(biāo)準(zhǔn)化的主題是標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)重復(fù)性事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定。,2標(biāo)準(zhǔn)化的基本含義,1.3 幾何精度規(guī)范,3標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)別 標(biāo)準(zhǔn)按不同的級(jí)別頒發(fā)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)發(fā)布，在全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為GB（國(guó)標(biāo)，又分為強(qiáng)制性和推薦性兩種。 GB強(qiáng)制性國(guó)標(biāo)，GB/T推薦性國(guó)標(biāo)） ； 行業(yè)（專業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)：由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)發(fā)布，在全國(guó)某行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；如JB（機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)）、MT（煤炭部標(biāo)準(zhǔn)）； 地方標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：由省、自治區(qū)

11、或企業(yè)主管部門(mén)批準(zhǔn)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。代號(hào)為DB（地方標(biāo)準(zhǔn)）、QB（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)） 。 注意下級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不能與上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相違背,1.3 幾何精度規(guī)范,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：在國(guó)際上，為了促進(jìn)世界各國(guó)在技術(shù)上的統(tǒng)一，成立了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（簡(jiǎn)稱ISO）和國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）由這兩個(gè)組織負(fù)責(zé)制定和頒發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)于1978年恢復(fù)參加ISO組織后。陸續(xù)修訂了自己的標(biāo)準(zhǔn)。修訂的原則是，在立足我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上向ISO靠攏，以利于加強(qiáng)我國(guó)在國(guó)際上的技術(shù)交流和產(chǎn)品互換。,1.3 幾何精度規(guī)范,4標(biāo)準(zhǔn)的種類(lèi) 標(biāo)準(zhǔn)化涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)，因此標(biāo)準(zhǔn)種類(lèi)繁多，主要有： 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：是一種最具有一般共性、通用性的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用廣泛，如優(yōu)

12、先數(shù)系、表面粗糙度、機(jī)械制圖等。也是本課程主要涉及的內(nèi)容。 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)產(chǎn)品的品種、規(guī)格、技術(shù)性能，質(zhì)量檢驗(yàn)及包裝運(yùn)輸?shù)纫笏朴喌臉?biāo)準(zhǔn)。 此外還有工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及管理標(biāo)準(zhǔn)等。 標(biāo)準(zhǔn)化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)現(xiàn)互換性的必要前提，它對(duì)人類(lèi)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。,1.3 幾何精度規(guī)范,1.3 幾何精度規(guī)范,1.3.2 幾何要素,幾何要素是指構(gòu)成零件實(shí)體的幾何特征，包括點(diǎn)、線、面等，簡(jiǎn)稱為要素。,1、輪廓要素（組成要素，由一個(gè)或多個(gè)表面形成，看得見(jiàn)，摸得著，例如球面、圓錐面以及二者的交線等）；中心要素（導(dǎo)出要素，由一個(gè)或多個(gè)表面輪廓要

13、素導(dǎo)出的中心點(diǎn)、中心線或中心面等） 2.理想要素（幾何要素，具有幾何意義，沒(méi)有任何誤差，例如設(shè)計(jì)出的表面輪廓等,分為理想輪廓要素和理想中心要素）；實(shí)際要素（零件上真實(shí)存在的要素，包括實(shí)際輪廓要素）,3.測(cè)得要素（輪廓、中心）和擬合要素（輪廓、中心） 實(shí)際輪廓要素需要通過(guò)測(cè)量才能被認(rèn)識(shí)。所以在實(shí)際工作中必須用測(cè)得輪廓要素來(lái)代替實(shí)際輪廓要素，測(cè)得輪廓要素亦稱提取組成要素。 測(cè)得輪廓要素是按規(guī)定的方法測(cè)量實(shí)際輪廓要素上有限個(gè)點(diǎn)而得到的要素。它是實(shí)際輪廓要素的近似替代要素。 由一個(gè)或幾個(gè)測(cè)得輪廓要素經(jīng)過(guò)一定的處理方法導(dǎo)出的中心點(diǎn)、中心線或中心面，稱為測(cè)得中心要素，亦稱提取導(dǎo)出要素。 按規(guī)定的方法由測(cè)得

14、輪廓要素形成的具有理想形狀的要素稱為擬合輪廓要素。 由擬合輪廓要素導(dǎo)出的中心要素稱為擬合中心要素，擬合中心要素具有理想形狀。,1.3 幾何精度規(guī)范,1.3 幾何精度規(guī)范,1.3 幾何精度規(guī)范,4. 被測(cè)要素：給定了形位公差的要素稱為被測(cè)要素；基準(zhǔn)要素：用來(lái)確定被測(cè)要素方向和（或）位置的基準(zhǔn)稱為基準(zhǔn)要素。 5. 單一要素：僅對(duì)要素本身給出了精度要求，例如規(guī)定了形狀公差 ；關(guān)聯(lián)要素：要素本身的精度要求與其它要素（基準(zhǔn)）相關(guān)，例如規(guī)定了位置公差。,1.4 課程的性質(zhì)、任務(wù)及要求,課程性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課，承上啟下。 課程任務(wù)：學(xué)會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行精度設(shè)計(jì)，即合理規(guī)定 公差 ，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握測(cè)量的基本技能。 課程特點(diǎn)：術(shù)語(yǔ)、定義多，符號(hào)多，內(nèi)容多，邏輯性和推理性較少，課時(shí)少。,基本要求： 1掌握基本概念，重要概念要理解并熟記； 2熟悉各個(gè)公差標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及特點(diǎn)，能正確選擇公差 并能正確地標(biāo)注