工业生产过程26机器的装配精度要求和保证方法.ppt

工业生产过程 机器的装配精度要求和保证方法 ZZQ 2011-12-8 本节课内容： l机器的装配精度要求。 l装配尺寸链 。 l利用装配尺寸链来保证机 器装配精度的工艺方法。 2011-12-8 今天的课程学完后，要求： l熟悉机器的装配精度要求； l了解机器的装配精度与零件加工精度之间的 关系； l熟悉装配尺寸链的基本概念。 l熟悉利用装配尺寸链来保证机器装配精度的 完全互换法、不完全互换法、分组互换法、 修配法和调整法等工艺方法； l掌握上述方法的应用范围。 2011-12-8 机器的装配精度要求 l几何精度即机器中相关零部件间的距离尺 寸精度和相互位置精度。如车床主轴箱中各轴 中心距尺寸精度及平行度等。 l运动精度即机器中相对运动零部件之间的 相对运动精度。包括机器回转部件的回转精度 、部件间相对运动的平行度和垂直度等，如车 床溜板在导轨上的移动精度即车床溜板移动轨 迹对车床主轴中心线的平行度；也包括机器传 动精度，如车螺纹时装在车床主轴上的工件与 螺纹车刀之间的相对运动关系。 l配合精度包括配合表面间的配合质量和接 触质量。配合质量是指零件配合表面之间达到 要求的配合间隙或过盈的程度，它影响配合的 性质。接触质量是指两配合或连接表面间达到 要求的接触面积大小和接触点分布的程度，它 影响接触刚度，也间接影响配合质量。 2011-12-8 机器的几何精度要求 2011-12-8 机器的几何精度要求 2011-12-8 机器的运动精度要求 2011-12-8 机器的装配精度与零件 加工精度之间的关系 l零件的加工精度，特别是关键零件的加工 精度在很大程度上影响机器的装配精度。 l单件自保由一个零件的加工精度来保 证某项装配精度要求的情况。 l多件相关许多装配精度要求与多个零 件有关，涉及这些零件的相关加工精度， 情况要复杂得多，需用装配尺寸链来解决 。 2011-12-8 单件 自保 l例如，在卧式车床装 配中，要满足尾座移 动对溜板移动的平行 度要求，只要保证床 身上溜板移动时导轨 A与尾座移动的导轨B 相互平行即可，如图 所示。这种由一个零 件的精度来保证某项 装配精度的情况，称 为“单件自保”。 2011-12-8 多件相关 l保证这种类型的装配精度要复杂得多。 2011-12-8 影响装配精度的因素 l零件的加工精度零件的加工精度高则 机器的装配精度易保证，但零件的加工精 度过高可能使加工成本过高，这是一个需 重点解决的问题； l配合质量和接触质量零件之间的配合 质量和接触质量需达到设计图纸要求； l零件的变形力、热、内应力等均引起 零件的变形，导致装配精度的下降； l零件的平衡旋转零件，尤其是高速旋 转零件的不平衡质量会严重影响机器的装 配精度。 2011-12-8 零件加工精度的影响 2011-12-8 零件之间的配合质量 和接触质量的影响 2011-12-8 其它影响因素 2011-12-8 装配尺寸链概述 l在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或 相互位置关系所组成的尺寸链，称为装配尺 寸链。 l装配时要保证的装配精度要求就是装配尺寸 链的封闭环。装配精度(封闭环)是零部件装 配后形成的尺寸或位置关系。 l要保证机器的装配精度，必须了解各相关零 件之间内在的尺寸联系，通过装配尺寸链， 可以定量分析各尺寸间的内在联系，以确定 为达到装配精度，各零件所需达到的尺寸和 加工精度。 l在装配关系中，对装配精度有直接影响的零 、部件的尺寸和位置关系，都是装配尺寸链 的组成环。与工艺尺寸链一样，装配尺寸链 的组成环也分为增环和减环。 2011-12-8 装配尺 寸链例 l如图a）表示轴、孔配合的装配关系，装配 后要求轴孔存在一定的间隙。轴孔间的间隙 A就是该尺寸链的封闭环，其尺寸链图如 b）所示。A1为增环， A2为减环。 2011-12-8 装配尺寸链的建立 l查找影响装配精度的组成环是正确解算装配 尺寸链的关键。 l首先根据装配精度要求确定封闭环。再取封 闭环两端的任一个零件为起点，沿装配精度 要求的位置方向，以装配基准面为查找的线 索，分别找出影响装配精度要求的相关零件( 组成环)，直至找到同一基准零件，甚至是同 一基准表面为止。这一过程与查找工艺尺寸 链的跟踪法在实质上是一致的。 2011-12-8 装配尺 寸链的 建立 l图a）所示为尾架顶尖套的装配图。要求后盖 装入后，螺母在套筒内的轴向窜动不大于某一 值，可建立两个尺寸链，图b）与c）。图b） 中尺寸链的组成环有3个，图c）的尺寸链中有 4个组成环，而组成该间隙的零件只有3个， 因此，图b）正确。 2011-12-8 装配尺寸链的建立 2011-12-8 装配尺寸链的计算方法 l装配尺寸链的计算可分为正计算和反计算。已 知装配尺寸链中有关零部件的基本尺寸及其偏 差，要计算装配精度 (封闭环)时，称为反计算 ，用于对已设计好的图样进行校核验算。当已 知装配精度 (封闭环)，要求影响该项装配精度 的有关零部件的基本尺寸及其偏差时，称为正 计算，它用于产品的设计过程中，以确定各零 部件的尺寸和偏差。 l装配尺寸链的计算公式与工艺尺寸链同。 2011-12-8 思考 l零件的加工精度高则机器的装配精度易保 证。那么，怎样才能用较低的零件加工精 度去实现较高的装配精度要求？ l装配时对零部件进行修配，能有效降低零 件的加工精度要求，但修配工作多数是手 工操作，技术要求高。那么，怎样才能以 最少的修配工作去实现装配精度的要求？ 2011-12-8 利用装配尺寸链保证 装配精度的工艺方法 l根据机器的性能要求、结构特点和生产型 式、生产条件等，可采取合理的装配工艺 方法，建立起相应的装配尺寸链，来解决 上述问题。 l利用装配尺寸链来解决上述问题，保证机 器装配精度的工艺方法有：完全互换法、 不完全互换法、分组互换法、修配法和调 整法。下面分别介绍。 2011-12-8 互换法与完全互换法 2011-12-8 完全互换法 l装配时各组成环不经任何选择、调整和修配， 装配后即能达到装配精度要求的装配方法称为 完全互换法。 l用完全互换法装配的机器具有完全互换性。从 互换性角度看，是一种理想的装配方法。 l但采用完全互换法时，装配尺寸链必须按极值 法进行相关计算，按极端情况来确定组成环的 公差，即确定各组成环公差时，需按“封闭环 公差等于各组成环公差之和” 的要求，把封闭 环的公差分配给各组成环。 l当组成环数目较多或装配精度要求很高时，若 采用完全互换法，则不管采用等公差法、等精 度法或其它什么公差分配方法，各组成环的公 差都很小，即零件的加工精度要求较高。 l因此，完全互换法多用于装配精度要求不是太 高，组成环数目较少的情况。 2011-12-8 完全互换法 2011-12-8 不完全互换法 2011-12-8 不完全互换法 l按概率论的理论，所有零件同时出现极值的概 率极小，因此，若装配尺寸链按概率法进行相 关计算，零件的公差值可以取得稍大。 l不完全互换法就是按概率法进行装配尺寸链相 关计算，使各组成环的公差适当放宽，使零件 的加工精度要求适当降低。装配尺寸链中组成 环数目越多，采用不完全互换法后，各组成环 公差放宽的幅度越大。 l但采用不完全互换法会导致装配后少量机器或 装配单元装配精度不合格，需另行处理。 l因此，不完全互换法多用于装配精度要求不是 太高，而组成环数目较多的情况。 l采用不完全互换法导致机器不具有完全互换性 。即不完全互换法用牺牲互换性来换取零件的 加工精度要求适当降低。 2011-12-8 不完全互换法 2011-12-8 思考 l采用不完全互换法装配的机器，维 修、更换易损件时可能会有什么问 题？可以采取什么对策？ 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法 l当装配精度要求很高时，不管采用极值法或 概率法解装配尺寸链，组成环公差都非常小 ，使加工困难或不经济。这时，可采用分组 互换的工艺方法。 l采用分组互换法时，先按完全互换法求得各 组成环公差值，将各组成环公差按所得公差 值放宽数倍，使零件能按经济加工精度制造 ；加工后，再按实际测量尺寸将零件分为数 组，按对应组进行装配。 l采用分组互换法也导致机器不具有完全互换 性，只有同组的零件才可以互换。即分组互 换法同样是用牺牲互换性来换取零件加工精 度要求的降低。 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法问题 l采用分组互换法时，需保证装配后各组的 配合精度和配合性质不变。当两个配合件 公差不相等时，不宜采用分组互换法。 l采用分组互换法，能保证很高的装配精度 要求，而且同组内的零件可以互换。但采 用分组互换法，可能导致分组后各组的零 件个数不能匹配。 l因此，分组互换法多用于大批量生产，装 配精度要求较高，而组成环数目较少（2-3 个）的情况。 2011-12-8 思考 l轴孔公差不相等时，分组互换的工艺方法 真的不能用吗？若装配精度要求很高，而 轴孔公差又不相等，该怎么办？ l小批量生产中，若采用分组互换的工艺方 法进行装配，可能会有什么问题？ l采用分组互换的工艺方法装配的机器，维 修、更换易损件时可能会有什么问题？可 以采取什么对策？ 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 分组互换法 2011-12-8 修配法 l在成批或单件小批生产中，当装配精度要求较 高，组成环数目又较多时，若按互换法进行装 配，则对组成环的公差要求过严，导致零件加 工困难。这时，可以采用修配法来保证装配精 度要求。 l修配法是将装配尺寸链中各组成环按经济加工 精度制造；同时，选定一个形状比较简单、装 拆方便且易于修配的零件作为修配件（或称修 配环、补偿环）；装配时，通过对该零件的修 配来补偿各组成环的累积误差，保证装配精度 要求的工艺方法。 l修配法放宽组成环公差，装配时，通过修配来 保证装配精度要求。因此，采用修配法导致装 配后不具有互换性，零件不可以互换。即修配 法也是用牺牲互换性来换取零件加工精度要求 的降低。 2011-12-8 补偿环选择 l采用修配法装配时应正确选择补偿环，补 偿环一般应满足以下要求： l1.便于装拆、零件形状比较简单、修配面 积小、易于修配。 l2.不要选公共环，即该件只与一项装配精 度有关，否则难以同时满足多个尺寸链要 求。 2011-12-8 修配法 l实际生产中，通过修配来达到装配精度的方法 很多，但最常见的为以下三种： l单件修配法在装配尺寸链中，选定某一固 定零件做修配件(补偿环)，装配时用去除材料 的方法改变其尺寸，以满足装配精度要求的工 艺方法。这种方法应用最广。 l合并加工修配法将两个或更多的零件合并 在一起后再进行修配，以满足装配精度要求的 工艺方法。合并后的尺寸可看作个组成环， 这使尺寸链组成环的数目减少，相应减少修配 的劳动量。这种方法多用于单件小批生产中。 2011-12-8 修配法 l就地加工修配法就地加工某些部位，以 保证装配精度要求的工艺方法。当装配精度 要求较高，又没有合适的修配件可选时，若 有可能（如在机床制造中），可在总装后， 就地加工某些部位，保证装配精度要求。例 如，在牛头刨床总装后，用自刨的方法加工 工作台面，可较容易保证滑枕运动方向与工 作台面平行度的装配精度要求。 2011-12-8 修配法例一 2011-12-8 修配法例一 2011-12-8 修配法 例一 2011-12-8 修 配 法 例 一 2011-12-8 修配法例一 2011-12-8 修 配 法 例 一 2011-12-8 修配法例一 2011-12-8 修配法例二 2011-12-8 修配法例二 2011-12-8 修配法例二 2011-12-8 修 配 法 例 二 2011-12-8 修配法例二 2011-12-8 修配法例二 2011-12-8 修配法例二 2011-12-8 调整法 l修配法一般在装配现场进行修配，修配工作 多数是手工操作，技术要求高而效率低。这 使修配法难于应用于大批量生产。 l大批量生产中，可以采用调整法来保证装配 精度要求。调整法是将装配尺寸链中各组成 环按经济加工精度制造；同时，选定一个易 于调整的零件作为调整环；装配时，通过更 换不同尺寸的该零件或调整该零件的位置来 补偿各组成环的累积误差，保证装配精度要 求的工艺方法。 l调整法放宽组成环公差，装配时，通过调整 来保证装配精度要求。因此，采用调整法也 导致装配后不具有互换性，零件不可以简单 地互换。即调整法也是用牺牲互换性来换取 零件加工精度要求的降低。 2011-12-8 调整法 l常见的调整方法有固定调整法、可动调整法 、误差抵消调整法三种。 l固定调整法选定一个形状简单，容易制 造和装拆的零件作为调整环，按经济加工精 度制造出具有不同尺寸的该零件；装配时， 根据各组成环实际形成累积误差的大小，选 择合适尺寸的调整件进行装配，以保证装配 精度要求的工艺方法。 2011-12-8 调整法 l可动调整法通过改变调整件的相对位置 来保证装配精度的工艺方法。它的优点：除 了能按经济加工精度加工零件，装配方便， 可获得较高的装配精度之外，还可以在使用 期间，通过调整来补偿由于磨损、热变形所 引起的误差，使之恢复原来的精度要求。它 的缺点是要求较高的调整技术。由于它优点 突出，因而使用较为广泛。 l误差抵消调整法预先测量出相关零部件 误差的大小和方向，在装配时作定向装配， 使其误差相互抵消一部分，以既放宽组成环 公差，又保证装配精度要求的工艺方法。 2011-12-8 固 定 调 整 法 例 l固定调整法所选的调整件应形状简单，容易 制造和装拆。常用的调整件有：轴套、垫片 、垫圈等。 2011-12-8 固 定 调 整 法 例 2011-12-8 固 定 调 整 法 例 2011-12-8 可动调整法 l在机械产品的装配中，零件可动调整的方法很 多，下页图表示卧式车床中可动调整的一些实 例。图a是通过调整套筒的轴向位置来保证齿 轮的轴向间隙；图b表示机床横刀架采用调整 螺钉使楔块上下移动来调整丝杠和螺母的轴向 间隙；调整法有很多优点：除了能按经济加工 精度加工零件外，而且装配方便，可以获得比 较高的装配精度。在使用期间，可以通过调整 件来补偿由于磨损、热变形所引起的误差，使 之恢复原来的精度要求。它的缺点是增加了一 定的零件数及要求较高的调整技术。但是由于 调整法优点突出，因而使用较为广泛。 2011-12-8 可动调整法应用实例 2011-12-8 可动调整法 应用实例 2011-12-8 l预先测量出相关零部件误差的大小和方向，在 装配时作定向装配，使其误差相互抵消一部分 ，以提高产品精度的装配方法称为误差抵消调 整法。这种方法在机床装配时应用较多，如在 装配机床主轴时，通过调整前后轴承的径向圆 跳动方向来控制主轴的径向圆跳动；在滚齿机 工作台分度蜗轮装配中，通过调整二者偏心方 向达到抵消误差、提高分度蜗轮装配精度的目 的。 误差抵消 调整法 2011-12-8 误差抵消调整法 2011-12-8 误差抵消调整法 2011-12-8 误差抵消调整法 2011-12-8 合并尺寸链调整法 2011-12-8 思考 l单件修配法和固定调整法有 何异同？ l如何依据生产类型及具体生 产条件等因素来选择不同的 保证装配精度工艺方法？ 2011-12-8 总结 2011-12-8 装配方法的选择 l通常，机械产品的设计步骤是：首先根据设计 任务书的要求设计产品的总装图，并根据产品 的技术性能指标制订总装图的技术要求；再根 据总装图的技术要求（如间隙、过盈量、位置 要求等）设计各零件并制订零件的技术要求。 零件的技术要求包括零件各表面的尺寸及其偏 差、形状、位置要求等等。在制订零件的技术 要求前，应确定机械产品各部分的装配方法。 而装配方法的确定应考虑产品的结构、装配精 度要求、装配尺寸链环数的多少、生产类型及 具体生产条件等因素。同一机械产品的不同部 分可以采用不同的装配方法。 2011-12-8 实训题目