几何精度设计概论

1、互换性与技术测量互换性与技术测量（几何精度规范学）（几何精度规范学） 联系电话办公地址：CN304贾贵西第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件关于上“互换性与技术测量”课程几点希望l 希望各位同学能够按时上课l 希望上课期间各位同学不要说话l 希望各位及时学习相关内容，与教学同步l 希望作业独立完成、按时上交l 学会方法l 培养能力l 学到知识技术是基础，管理是动力！l 要有一个良好的心态l 要学点东西l 要珍惜时间寸金难买寸光阴！态度决定一切，细节决定成败！第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 该课程的性质、任务及要求该课程的性质、任务及要求课

2、程性质课程性质：技术基础课，承上启下技术基础课，承上启下。课程任务课程任务：学会对机械产品进行精度设计，即合理规定公学会对机械产品进行精度设计，即合理规定公 差差 ，通过实验掌握测量的基本技能。，通过实验掌握测量的基本技能。 基本要求基本要求： 1 1理解基本概念，重要概念要熟记；理解基本概念，重要概念要熟记； 2 2熟悉各个公差标准的内容及特点，能正确选择公差熟悉各个公差标准的内容及特点，能正确选择公差 并能正确地标注到图样上；并能正确地标注到图样上； 3 3独立完成作业及实验独立完成作业及实验课程特点课程特点：三多一少三多一少课时安排课时安排：32248考核方式考核方式：平时（平时（20%

3、）+实验（实验（20%）+末考（末考（60%）教学重点教学重点：实际工程应用实际工程应用第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件该课程主要内容该课程主要内容 几何精度设计概论（第几何精度设计概论（第1章）章） 尺寸精度设计（第尺寸精度设计（第2章）章） 表面精度设计（第表面精度设计（第3章）章） 形位精度设计（第形位精度设计（第4章）章） 综合精度设计（第综合精度设计（第5章）章） 典型零件应用实例（第典型零件应用实例（第6、7章）章） 几何精度检测（下篇）（自学）几何精度检测（下篇）（自学）互换性与技术测量多媒体课件 第1章 几何精度设计概论第1章 几何精度设计概论 一几何误差的基础

4、知识一几何误差的基础知识 本章主要内容本章主要内容二几何精度的基础知识二几何精度的基础知识三几何精度规范三几何精度规范四课程的性质、任务及要求四课程的性质、任务及要求重点要求重点要求互换性与公差的定义及作用互换性与公差的定义及作用第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件一、几何误差基础知识一、几何误差基础知识 1. 几何误差几何误差 本课程研究机械产品的精度设计问题，机械产品本课程研究机械产品的精度设计问题，机械产品是固态产品，主要是由具有一定几何形状的零、部件是固态产品，主要是由具有一定几何形状的零、部件安装组成。安装组成。 固态产品的特点是具有特定的几何外形，而几何固态产品的特点是

5、具有特定的几何外形，而几何外形的特性对其使用功能具有直接的影响。外形的特性对其使用功能具有直接的影响。 几何误差几何误差就是指制成产品的实际几何参数（就是指制成产品的实际几何参数（表面表面结构、几何尺寸、几何形状和相互位置结构、几何尺寸、几何形状和相互位置）与设计给定）与设计给定的理想几何参数之间偏离的程度。的理想几何参数之间偏离的程度。第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 2 2、几何误差产生的原因、几何误差产生的原因n 几何误差是由于加工和装配过程的实际状态偏几何误差是由于加工和装配过程的实际状态偏离其理想状态所形成的。造成几何误差的原因主要离其理想状态所形成的。造成几何误差的

6、原因主要有：有：加工原理误差加工原理误差 、工艺系统的几何误差、工艺系、工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差、工件内应力引起的加工误差和测量误差等。误差、工件内应力引起的加工误差和测量误差等。n 产生几何误差的主要因素有产生几何误差的主要因素有机床、刀具、夹具、机床、刀具、夹具、工艺、环境、材料和人员工艺、环境、材料和人员等等。一、几何误差基础知识一、几何误差基础知识 第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件n 机床机床用以保证刀具与工件间的相对运动。刀具与工件间不准用以保证刀具与工件间的相对运动。刀具与

7、工件间不准确的相对运动使工件产生形状误差。确的相对运动使工件产生形状误差。n 夹具夹具的作用是确定工件在机床上的位置。夹具的制造和安装的作用是确定工件在机床上的位置。夹具的制造和安装误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差。误差将直接影响工件的正确定位，造成工件方向和位置误差。n 工艺工艺因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受因素主要有切削用量、切削力及热处理。它们将产生受力变形和温度变形。直接影响加工表面质量。力变形和温度变形。直接影响加工表面质量。n 环境环境因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动因素主要是切削热导致的工件与刀具的变形和温度变动产生的加工系统

8、的变形。它们主要影响大尺寸工件的尺寸误差和产生的加工系统的变形。它们主要影响大尺寸工件的尺寸误差和形状误差。形状误差。n 材料特性材料特性: 由于材料的内应力、材料的腐蚀、弹性和塑性变形由于材料的内应力、材料的腐蚀、弹性和塑性变形等因素，直接导致产品几何特性产生变化。原材料和毛坯的内应等因素，直接导致产品几何特性产生变化。原材料和毛坯的内应力和尺寸稳定性，将影响完工工件的几何精度及其持久性。力和尺寸稳定性，将影响完工工件的几何精度及其持久性。一、几何误差基础知识一、几何误差基础知识 第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 3 3、几何误差对使用功能的影响、几何误差对使用功能的影响n

9、在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性设计是相同在相同型号的一批产品中，零部件的几何特性设计是相同的，但是其成品质量差异很大，这是由于产品零部件在制造、的，但是其成品质量差异很大，这是由于产品零部件在制造、装配过程中存在的几何误差所造成的。装配过程中存在的几何误差所造成的。n 测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用寿命，其关测绘仿制产品无法具备原型产品的性能和使用寿命，其关键原因也是在测绘仿制过程中，虽然能够得到原型产品的原理、键原因也是在测绘仿制过程中，虽然能够得到原型产品的原理、结构等信息，但无法得到原型产品的精度设计信息（几何误差结构等信息，但无法得到原型产品的精度设计信息（几何误差

10、允许范围）。允许范围）。一、几何误差基础知识一、几何误差基础知识 n 几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平几何误差的大小体现了国家和企业的工业水平。机械工业的。机械工业的能力关键体现在其高精度制造能力上，体现在几何精度的设计、能力关键体现在其高精度制造能力上，体现在几何精度的设计、生产和检测等方面的水平上。生产和检测等方面的水平上。第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件4 4、几何误差与成本的关系、几何误差与成本的关系n 几何误差与制造成本、几何误差与制造成本、检测成本和维修成本之间检测成本和维修成本之间存在密切的关系。存在密切的关系。n 制造时，为获得较小制造时，为获得较小的几

11、何误差，必然需要采的几何误差，必然需要采用相对复杂的工艺过程，用相对复杂的工艺过程，使用相对精密的工艺设备，使用相对精密的工艺设备，由技术水平较高的操作人由技术水平较高的操作人员操作，所以相对生产成员操作，所以相对生产成本较高。本较高。一、几何误差基础知识一、几何误差基础知识 第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件1.1.几何精度的概念几何精度的概念n 几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为几何几何精度就是零、部件允许的几何误差，也称为几何公差，简称公差。公差，简称公差。几何精度设计的主要依据是产品功能对几何精度设计的主要依据是产品功能对零部件的静态与动态精度要求，以及产品生产和

12、使用维护零部件的静态与动态精度要求，以及产品生产和使用维护的经济性。的经济性。n 根据市场需求在进行产品的概念设计之后，转入产品根据市场需求在进行产品的概念设计之后，转入产品的工程设计阶段，进行产品的的工程设计阶段，进行产品的系统设计、参数设计和精度系统设计、参数设计和精度设计。设计。二、几何精度基础知识二、几何精度基础知识第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件n 系统设计系统设计是根据使用功能要求确定机械产品的基本工作是根据使用功能要求确定机械产品的基本工作原理和总体布局，以保证总体方案的合理和先进。原理和总体布局，以保证总体方案的合理和先进。n 参数设计参数设计是根据产品的使用功

13、能要求确定机构各零件的是根据产品的使用功能要求确定机构各零件的结构和尺寸，即产品几何形体各要素的标称值。参数设计主结构和尺寸，即产品几何形体各要素的标称值。参数设计主要是结构设计，须按照力学、摩擦学、可靠性等原理，采用要是结构设计，须按照力学、摩擦学、可靠性等原理，采用优化、有限元等方法进行设计计算，选择合适的形状、尺寸、优化、有限元等方法进行设计计算，选择合适的形状、尺寸、材料等。材料等。n 精度设计精度设计是根据产品的使用功能要求和制造条件确定机是根据产品的使用功能要求和制造条件确定机械零部件几何要素允许的加工和装配误差。械零部件几何要素允许的加工和装配误差。二、几何精度基础知识二、几何精

14、度基础知识第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 2. 2. 几何精度设计的基本原则几何精度设计的基本原则n 一般说来，产品几何精度设计的基本原则是最经济地一般说来，产品几何精度设计的基本原则是最经济地满足功能要求。满足功能要求。n 精度设计时，应该考虑产品的精度设计时，应该考虑产品的使用功能使用功能、精度储备、精度储备、经济性、互换性经济性、互换性、协调匹配等主要因素。、协调匹配等主要因素。二、二、几何精度基础知识几何精度基础知识第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 3. 3. 几何精度设计的主要方法几何精度设计的主要方法 n 几何精度设计的原始依据是产品的技术要求。因

15、此，首几何精度设计的原始依据是产品的技术要求。因此，首先应调查、分析、提出产品的技术要求。在明确产品的使用先应调查、分析、提出产品的技术要求。在明确产品的使用功能、使用环境、批量等因素后，然后才可以开始几何精度功能、使用环境、批量等因素后，然后才可以开始几何精度设计。设计。n 精度设计时，首先需要确定产品整机的精度，随后确定精度设计时，首先需要确定产品整机的精度，随后确定部件的精度，最后确定零件的精度。部件的精度，最后确定零件的精度。n 精度设计的方法主要有：精度设计的方法主要有：类比法类比法、计算法计算法和和试验法试验法三种。三种。二、二、几何精度基础知识几何精度基础知识第1章 几何精度设计

16、概论几何精度规范学多媒体课件 （1 1）互换性）互换性二、二、几何精度基础知识几何精度基础知识4. 4. 互换性与公差互换性与公差 互换性互换性：一批相同规格的零部件，任取其一，不经任何挑一批相同规格的零部件，任取其一，不经任何挑选和修配就能装在机器上，并能满足其使用要求的特性。选和修配就能装在机器上，并能满足其使用要求的特性。 机械制造的互换性通常包括几何参数和物理参数的互换，机械制造的互换性通常包括几何参数和物理参数的互换，本本课程仅讨论几何参数的互换性课程仅讨论几何参数的互换性。第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 互换性的种类互换性的种类 （1 1）完全互换完全互换：一批零

17、件可以进行任意的替换使用，装一批零件可以进行任意的替换使用，装配时不需挑选和修配。配时不需挑选和修配。 （2 2）不完全互换）不完全互换：装配时允许挑选、调整和修配。装配时允许挑选、调整和修配。 区别在于区别在于：完全互换适合于精度要求不高，生产批量较大，：完全互换适合于精度要求不高，生产批量较大，或与外厂协作生产的情况；不完全互换适合于精度要求很高，生或与外厂协作生产的情况；不完全互换适合于精度要求很高，生产批量较大，通常是制造厂内部装配的机构或构件。产批量较大，通常是制造厂内部装配的机构或构件。 二、几何精度基础知识二、几何精度基础知识 不完全互换常用的有不完全互换常用的有分组互换法分组互

18、换法和和调整法调整法。如发动机的汽。如发动机的汽缸和活塞即采用分组互换法。缸和活塞即采用分组互换法。第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 活塞 气缸03.004.002.003.001.002.0001.0004.0404040404001.0002.001.003.002.004.003.004.004040404040加工尺寸加工尺寸测量分组测量分组 1 2 3 4二、二、几何精度基础知识几何精度基础知识第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 互换性的作用 设计方面：设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件，简化设可以最大限度地采用标准件、通用件，简化设计绘图和计算

19、工作，从而缩短设计周期，并有利于计算机辅助计绘图和计算工作，从而缩短设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。设计和产品的多样化。 制造方面：制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，从而降低加工成本，并能够实现流水线装高效率的专用设备，从而降低加工成本，并能够实现流水线装配甚至在自动线上进行装配。配甚至在自动线上进行装配。 使用维修方面：使用维修方面：及时更换损坏的零部件，减少了机器维修及时更换损坏的零部件，减少了机器维修的时间和费用，提高了机器的使用效率，保持生产的连续性。的时间和费用，提高了机器的使用效率，保持生产的

20、连续性。二、几何精度基础知识二、几何精度基础知识问题：如何使工件具有互换性？问题：如何使工件具有互换性？ 第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 2. 2.几何量公差几何量公差 公差是指允许几何量的变动范围。包括尺寸公公差是指允许几何量的变动范围。包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。差、形位公差和表面粗糙度等。二、二、几何精度基础知识几何精度基础知识第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件1、标准及标准化标准及标准化 现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和现代化生产的特点是品种多、规模大、分工细和协作多。为使社会生产有序地进行，必须通过标准化协作多。为使社会生产有序地进

21、行，必须通过标准化使产品规格品种简化，使分散的、局部的生产环节相使产品规格品种简化，使分散的、局部的生产环节相互协调和统一。互协调和统一。 例如：为使两个生产厂家生产的产品能够实现自例如：为使两个生产厂家生产的产品能够实现自由装配由装配 ，这些产品必须按相同的标准制造。自行车，这些产品必须按相同的标准制造。自行车的损坏零件能及时更换，是因为它们是按相同的标准的损坏零件能及时更换，是因为它们是按相同的标准制造的。制造的。 三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 标准标准是重复性事物（如：产品、零部件等）和是重复性事物（如：产品、零部件等）和概念（如：术语

22、、规则、方法、代号、量值等）所概念（如：术语、规则、方法、代号、量值等）所作的统一规定，是科学、技术和实践经验的总结，作的统一规定，是科学、技术和实践经验的总结，为使在一定的范围内获得最佳秩序，经有关方面协为使在一定的范围内获得最佳秩序，经有关方面协调一致，由主管部门机构批准，以特定的形式发布，调一致，由主管部门机构批准，以特定的形式发布，作为共同遵守的准则和依据。作为共同遵守的准则和依据。 标准化标准化即为制定、发布及实施标准的过程，是即为制定、发布及实施标准的过程，是实现互换性生产的前提条件。实现互换性生产的前提条件。三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多

23、媒体课件u 标准的级别标准的级别三、几何精度规范三、几何精度规范注意：下级标准不能与上级标准相违背。注意：下级标准不能与上级标准相违背。 标准按不同的级别颁发，我国标准分为国家标准、行业标标准按不同的级别颁发，我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。准、地方标准和企业标准。GBGB国家标准国家标准JBJB机械标准机械标准DBDB地方标准地方标准QBQB企业标准企业标准ISOISO国际标准化组织国际标准化组织第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 国际标准：国际标准：在国际上，为了促进世界各国在技在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织（简称术上的统一

24、，成立了国际标准化组织（简称ISOISO）和）和国际电工委员会（简称国际电工委员会（简称IECIEC）由这两个组织负责制定）由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于和颁发国际标准。我国于19781978年恢复参加年恢复参加ISOISO组织后。组织后。陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向国生产实际的基础上向ISOISO靠拢，以利于加强我国在靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。国际上的技术交流和产品互换。 三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件u 标准的种类标准的种类

25、标准化涉及到国民经济的各个部门，因此标准种类繁多，标准化涉及到国民经济的各个部门，因此标准种类繁多，主要有：主要有： 基础标准：基础标准：作为其它标准的基础，应用广泛。作为其它标准的基础，应用广泛。 产品标准：产品标准：对产品的品种、规格、技术性能，质量检验对产品的品种、规格、技术性能，质量检验及包装运输等要求所制订的标准。及包装运输等要求所制订的标准。 此外还有工程建设标准、方法标准、安全标准环境保护此外还有工程建设标准、方法标准、安全标准环境保护标准、服务标准及管理标准等。标准、服务标准及管理标准等。 标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换

26、性的必要前提，它对人类进步和科学技术发展起着巨大性的必要前提，它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。的推动作用。三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 （1 1）优先数系的提出）优先数系的提出 在机械设计中，需要确定很多参数，参数一旦选定，这个数在机械设计中，需要确定很多参数，参数一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向一切有关的参数值就会按照一定规律，向一切有关的参数传播。传播。例如，例如， 螺栓的螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头尺寸

27、等。的尺寸以及加工螺栓孔的钻头尺寸等。 所以，机械产品中的各所以，机械产品中的各种技术参数不能随意确定，否则会给生产管理带来麻烦。种技术参数不能随意确定，否则会给生产管理带来麻烦。 为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统一规定。优先数和优先数系优先数和优先数系国家标准（国家标准（GB321GB3218080）就是其中最重要）就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用。的一个标准，要求工业产品技术参数尽可能采用。

28、2、优先数系三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件 （2 2）优先数系的规定）优先数系的规定 优先数系为优先数系为十进制等比数列十进制等比数列即数列中含有即数列中含有和和 项，它们分别用系列符号项，它们分别用系列符号R5R5、 R10R10、 R20R20、R40R40和和R80R80表示，各系列的公比表示，各系列的公比q q为；为；n R5 R5 的公比：的公比： n R10R10的公比：的公比： n R20R20的分比：的分比： n R40R40的公比：的公比： n R80R80的公比：的公比： n10n106 . 11055q25. 110101

29、0q12. 1102020q06. 1104040q03. 1108080q基本系列基本系列补充系列补充系列三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件优先数系的基本系列。如优先数系的基本系列。如 R5R5系列系列： 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00R10R10系列系列：1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00使用中可以每个隔几项取一个数，组成派生系列使用中可以每个隔几项取一个数，组成派生系列。 R5/2：1.00 2.50 6.30 16.0 40.0 100 R10/3：1.00 2.00 4.00 8.00 16.0 32.0取值方法取值方法：计算值计算值：取五位有效数字，供精确计算用：取五位有效数字，供精确计算用 常用值常用值：取三位有效数字，经常用的优先数：取三位有效数字，经常用的优先数三、几何精度规范三、几何精度规范第1章 几何精度设计概论几何精度规范学多媒体课件三、几何精度规范三、几何精度