《机械制造工艺学（3D版）》 课件 第5、6章 机械加工表面质量、机械装配工艺基础

第5章机械加工表面质量5.1表面质量及其对使用性能的影响5.2影响表面粗糙度的工艺因素5.3影响加工表面物理机械性能的工艺因素5.4机械加工过程中的振动5.5控制加工表面质量的途径5.1表面质量及其对使用性能的影响5.1.1表面质量的含义5.1.2表面质量对产品使用性能的影响5.1.3表面的完整性5.1.1表面质量的含义机械加工表面质量是经过机械加工后，在零件已加工表面上几微米至几百微米表层所产生的组织成分和理化性能的变化以及表面层微观几何形状误差。所以，机械加工表面质量的主要内容包括以下两个方面：1.表面的几何形状特征加工后的表面形状，总是以“峰”、“谷”的形式偏离其理想光滑表面。按其偏离程度有宏观微观之分。一般包括表面粗糙度、表面波纹度和形状误差，可以按波距（波形起伏间距）λ来划分，图5-1零件实际表面轮廓的形状和组成部分5.1.1表面质量的含义表面几何形状特征主要由以下几部分组成：(1)表面粗糙度即表面的微观几何形状误差。它是切削过程中，刀刃在被切削表面形成的凹凸不平的痕迹。(2)波度介于宏观几何形状误差和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。它主要是由于加工过程中工艺系统的振动所产生的。(3)纹理方向指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采用的加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。图5-2绘出了各种加工纹理方向及其符号标注。(4)指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气孔、裂痕等。图5-2加工纹理方向及其符号标注5.1.1表面质量的含义2.表面层物理机械性能的变化表面层的金属材料在切削加工时产生的物理、机械以及化学性质的变化，主要有：(1)表面层加工硬化（冷作硬化）表面冷作硬化是由于机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用，产生强烈的塑性变形，使金属的晶格被拉长、扭曲，甚至破坏而引起的。其结果引起材料的强化，表面硬度提高，塑性降低，物理机械性能发生变化。另一方面，机械加工中产生的切削热在一定条件下会使金属在塑性变形中产生回复现象（已强化的金属回复到正常状态），使金属失去冷作硬化中所得到的物理机械性能，因此，机械加工表面层的冷硬，是强化作用与回复作用综合结果。5.1.1表面质量的含义2.表面层物理机械性能的变化表面层的金属材料在切削加工时产生的物理、机械以及化学性质的变化，主要有：(2)表面层残余应力表面层残余应力是指工件经机械加工后，由于表面层组织发生形状或组织变化导致在表面层与基体材料的交界处产生互相平衡的内部应力。表面残余压应力可提高工件表面的耐磨性和疲劳强度，而残余拉应力则降低工件表面的耐磨性和疲劳强度，且当拉应力值超过工件材料的疲劳强度极限值时，会使工件表面产生裂纹，加速工件损坏。5.1.1表面质量的含义2.表面层物理机械性能的变化表面层的金属材料在切削加工时产生的物理、机械以及化学性质的变化，主要有：(3)表面层金相组织的改变对于一般的切削加工，切削热大部分被切屑带走，加工表面温升不高，故对工件表面层的金相组织的影响不甚严重。而磨削时，磨粒在高速（一般是35m/s）下以很大的负前角切削薄层金属，在工件表面引起很大的摩擦和塑性变形，其单位切削功率消耗远远大于一般切削加工。由于消耗的功率大部分转化为磨削热，其中约80%的热量将传给工件，所以磨削是一种典型的容易产生加工表面金相组织变化（磨削烧伤）的加工方法。磨削烧伤分为回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤，它们的特征是在工件表面呈现烧伤色，不同的烧伤色表明表面层具有不同的温度与不同的烧伤深度。表面层烧伤将使零件的物理机械性能大为降低，使用寿命也可能成倍下降，因此工艺上必须采取措施，避免烧伤的出现。5.1.2表面质量对产品使用性能的影响表面质量对零件的使用性能，如耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和配合质量等都有一定程度的影响。1.表面质量对耐磨性的影响(1)表面粗糙度对耐磨性的影响零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关，在这些条件已满足的情况下。零件的表面质量就起决定性作用。图5-3所示的磨损曲线表示了零件磨损过程的三个阶段：磨损开始时比较明显，称为初期磨损阶段。经过初期磨损之后，两表面的接触面积增大，磨损变缓，此时进入磨损的第二阶段，即正常磨损阶段。正常磨损阶段的磨损率基本保持不变。最后，磨损又突然加剧，导致零件不能正常工作，此阶段成为急剧磨损阶段。图5-3磨损过程的三个阶段5.1.2表面质量对产品使用性能的影响表面质量对零件的使用性能，如耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和配合质量等都有一定程度的影响。1.表面质量对耐磨性的影响(2)冷作硬化对耐磨性的影响表面层的冷作硬化，一般能提高耐磨性。但过度冷作硬化会使金属组织疏松，加剧磨损，甚至会出现裂纹、剥落等。(3)表面纹理对耐磨性的影响表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。(4)表面层产生的金相组织变化零件耐磨性的影响金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。5.1.2表面质量对产品使用性能的影响表面质量对零件的使用性能，如耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和配合质量等都有一定程度的影响。2.表面质量对疲劳强度的影响金属受交变应力作用后产生的疲劳破坏往往起源于零件表面和表面冷硬层，因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。(1)表面粗糙度对疲劳强度的影响在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力就愈差。实验表明，减小表面粗糙度值可以使零件的疲劳强度有所提高。(2)残余应力、加工硬化对疲劳强度的影响残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层存在的残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层存在的残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。5.1.2表面质量对产品使用性能的影响表面质量对零件的使用性能，如耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和配合质量等都有一定程度的影响。3.表面质量对耐腐蚀性的影响零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性介质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。残余应力使表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而拉应力将降低耐腐蚀性。4.表面质量对配合质量的影响对于动配合表面，如果粗糙度参数值过大，初期磨损就较严重，从而配合间隙增大，降底了配合精度。对于静配合表面，装配时表面粗糙度部分的凸峰会被挤平，使实际的配合过盈减少，降低了配合表面的结合强度。5.表面质量对其他性能的影响表面质量对零件的接触刚度、结合面的导热性、导电性、导磁性、密封性、光的反射与吸收、气体和液体的流动阻力均有一定程度的影响。5.1.3表面的完整性表面的完整性主要是反映表面层的性能，包括：(1)表面形貌主要包括表面粗糙度、表面波度和纹理。(2)表面缺陷主要是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀。(3)微观组织和表面层的冶金化学性能主要包括微观裂纹、微观组织变化及晶间腐蚀等。(4)表面层物理力学性能主要包括表面层硬化深度和程度、表面层残余应力的大小、分布。(5)表面层的其他工程技术特征主要包括摩擦特性、光的反射率、导电性和导磁性等。5.2影响表面粗糙度的工艺因素5.2.1影响切削加工表面粗糙度的工艺因素影响表面粗糙度的主要因素有几何因素和物理因素两个方面。1.几何因素几何因素主要是指刀具的几何形状和角度，特别是刀尖圆弧半径rε和主偏角kr的影响，其次是进给量f。图5-6a表明主偏角kr副偏角kr´和进给量f对粗糙度Rz的影响；图5-6b表示刀尖圆弧半径rε和进给量f对加工表面残留部分高度Rz的关系：a）b）图5-6刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响5.2影响表面粗糙度的工艺因素5.2影响表面粗糙度的工艺因素2.物理因素（非几何因素）切削加工后，表面粗糙度的实际轮廓形状一般都与纯几何因素所形成的理想轮廓有较大的差别，这是由于存在着与被加工材料的性质及切削机理有关的物理因素的缘故。在切削过程中刀具刃口圆角几刀具后刀面的挤压与摩擦使金属材料产生塑性变形，使理想残留面积挤压或沟纹加深，因而增加了表面粗糙度。1)工件材料的影响2)切削速度的影响3)进给量的影响4)其它因素的影响5.2影响表面粗糙度的工艺因素5.2.2影响磨削加工后表面粗糙度的工艺因素磨削加工与切削加工有许多不同之处。磨削加工表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽形成的。单位面积上的刻痕越多，即通过单位面积上的磨粒越多，刻痕的等高性越好，则粗糙度值也就越小。1.砂轮粒度砂轮粒度越大，则砂轮单位面积上的磨粒数越多，在工件上的刻痕也密而细，所以，粗糙度值也越小。2.砂轮的修整用金刚石修正砂轮相当于在砂轮上车出一道螺纹，修整导程和切深越小，修整出的砂轮越光滑，磨削刃的等高性越好，因而磨出的工件表面粗糙度也就越小。5.2影响表面粗糙度的工艺因素5.2.2影响磨削加工后表面粗糙度的工艺因素磨削加工与切削加工有许多不同之处。磨削加工表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽形成的。单位面积上的刻痕越多，即通过单位面积上的磨粒越多，刻痕的等高性越好，则粗糙度值也就越小。3.砂轮速度提高砂轮速度可以增加在工件单位面积上的刻痕，同时塑性变形造成的隆起两随着砂轮速度的增大而下降，所以粗糙度值越小。4.磨削深度与工件速度增大磨削深度与工件速度，将增大塑性变形的程度，从而增大粗糙度值，通常，在磨削过程中开始采用较大的磨削深度，以提高生产率，在最后采用较小的磨削深度或“无火花”磨削，以减小粗糙度。5.2影响表面粗糙度的工艺因素5.2.3改善表面粗糙度的方法1.光整加工2.研磨3.抛光4.珩磨5.3影响加工表面物理机械性能的工艺因素5.3.1表面层加工硬化1.加工硬化及其评价参数机械加工过程中，加工表面层由于受力的作用而产生塑性变形，使晶格间产生滑移、晶格严重扭曲、拉长、纤维化以及破碎，从而引起表面层的强化和硬度的增加。这种现象称作冷作硬化现象。2.影响加工表面层冷作硬化程度的因素1)切削力切削力越大，塑性变形越大，硬化程度越大，硬化层深度越大。因此，大的进给量、切削深度和小的刀具前角，会使得切削力增大，冷作硬化严重。2)切削温度切削温度越高，冷作硬化越小。3)切削速度当切削速度很高时，变形速度很快，塑性变形将不充分，因此，硬化层深度和硬化程度都减小。5.3影响加工表面物理机械性能的工艺因素3.影响表层金属残余应力的工艺因素影响表层金属残余应力的主要因素有：刀具几何参数、刀具磨损、切削用量以及工件材料等。(1)刀具几何参数刀具几何参数中对残余应力影响最大的是刀具前角。刀具前角由正变为负时，表层残余拉应力逐渐减小。当前角为较大负值且切削用量合适时，甚至可得到残余压应力。(2)工件材料切削加工奥氏体不锈钢等塑性材料时，加工表面易产生残余拉应力。切削灰铸铁等脆性材料时，加工表面易产生残余压应力。(3)刀具磨损刀具后刀面磨损值增大，使后刀面与加工表面摩擦增大，由热应力引起的残余应力增强，使加工表面呈残余拉应力，并使残余拉应力层深度加大。(4)切削用量切削速度Vc和进给量f对残余应力的影响较大。Vc增加，切削温度升高，由切削温度引起的热应力逐渐起主导作用，残余应力将增大，但残余应力层深度减小。进给量f增加，残余拉应力增大，但压应力将向里层移动。背吃刀量对残余应力的影响不显著。5.3影响加工表面物理机械性能的工艺因素5.3.2表面残余应力在切削过程中，表面曾发生形状变化和组织变化时，在表面层及其与基体材料的交界处，就会产生互相平衡的弹性内应力，称之为表面层残余应力。1.表面层残余应力产生的原因(1)冷态塑性变形的影响(2)热态塑性变形的影响(3)金相组织变化的影响2.表面残余应力与疲劳裂纹当残余应力超过材料的强度极限时，零件表面就会产生裂纹，有的磨削裂纹也可能不在零件的外表面，而是在表面层下成为肉眼难于发现的缺陷。裂纹的方向常与磨削方向垂直，或成网状，裂纹的产生常与烧伤同时出现。5.3影响加工表面物理机械性能的工艺因素5.3.3表面层金相组织的变化金相组织的变化主要受温度的影响。磨削时由于磨削温度较高，极易引起表面层的金相组织的变化和表面的氧化，严重时会造成工件报废。1.磨削烧伤淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种形式：(1)退火烧伤(2)淬火烧伤(3)回火烧伤2．防止磨削烧伤的途径磨削热是造成磨削烧伤的根源，故防止和抑制磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。具体工艺措施主要有以下几个方面：(1)正确选择砂轮(2)合理选择磨削用量(3)改善冷却条件图5-10改善冷却条件的方法a）内冷却砂轮b）开槽砂轮1-锥形盖2-切削液通孔3-砂轮中心腔4-开孔薄壁套5.4机械加工过程中的振动机械加工过程中，工艺系统会发生振动，即刀具与工件之间产生周期性往复运动。这种附加在正常切削运动上的周期性运动，会破坏工件与刀具之间的正常的运动轨迹，使加工表面产生振痕，将严重影响零件的表面质量和使用性能。动态交变载荷使刀具极易磨损（甚至崩刃），机床连接特性遭到破坏，缩短了刀具和机床的使用寿命。当振动严重时，使加工过程无法进行。为了减少振动，有时不得不降低切削用量，而使生产率下降。各种切削和磨削过程都可能发生振动，当速度高、金属切除率大时会产生较强烈的振动。5.4.1工艺系统中振动的分类1.自由振动2.强迫振动（受迫振动）3.自激振动（颤振、自振）5.4机械加工过程中的振动5.4.2强迫振动1.强迫振动产生的原因1)由外力所引起的机床振动2)机床传动部分的缺陷所引起的振动3)高速回转零件的不平衡4)由于加工面断续造成冲击，切削力周期变化而引起的振动。2.减少或消除强迫振动的工艺措施1)减少激振力2)调节振源频率3)提高工艺系统本身的抗振性4)隔振5.4机械加工过程中的振动5.4.3自激振动1.自激振动特征2.自激系统的控制图5-11自激振动系统框图自激振动主要受切削过程中的工艺系统内部因素的影响。主要影响因素有切削用量、刀具几何参数和切削过程中的阻尼等。通过合理控制这些因素，就能减小或消除自激振动。5.4机械加工过程中的振动3.减轻或消除自激振动的工艺措施1)合理选择与切削过程有关的参数①合理选择切削用量②合理选择刀具的几何参数2)提高工艺系统本身的抗振性①提高机床的抗振性②提高刀具的抗振性③提高工件安装时的刚性3)使用减震器装置5.5控制加工表面质量的途径5.5.1减小残余拉应力，防止磨削烧伤和磨削裂纹的工艺途径对零件使用性能危害甚大的残余拉应力、磨削烧伤和磨削裂纹均起因于磨削热，所以如何降低磨削热并减少其影响是生产上的一项重要问题。解决的原则：一是减少磨削热的发生，二是加速磨削热的传出。1.选择合理的磨削参数2.选择有效的冷却方法5.5.2采用冷压强化工艺对于承受高应力、交变载荷的零件可以来用喷丸、液压、挤压等表面强化工艺使表面层产生残余压应力和冷硬层并降低表面粗糙度值，从而提高耐疲劳强度及抗应力腐蚀性能。1.喷丸2.滚压5.5控制加工表面质量的途径5.5.3采用精密和光整加工工艺1.精密加工工艺加工工艺方法有高速精镗、高速精车、宽刃精刨和细密磨削等。2.

光整加工工艺加工是用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削和挤压、擦光的过程。第6章机械装配工艺基础6.1装配工艺的概念6.2机器的装配精度6.3装配尺寸链6.4保证装配精度的方法6.5机器装配的自动化6.6数字化装配6.1装配工艺的概念6.1.1机器的组成和装配系统图6.1.2装配工艺规程的制订6.1.1机器的组成和装配系统图组成机器的最小单元是零件，无论如何复杂的机器都是由许多零件构成的。为了保证有效地进行装配工作，通常将机器划分成若干部件、组件、套件等能独立进行装配的装配单元。1.套件在一个基准零件上，装上一个或若干个零件就构成了一个套件，它是最小的装配单元，每个套件只有一个基准零件，它的作用是联接相关零件和确定各零件的相对位置。为套件而进行的装配工作称为套装。6.1.1机器的组成和装配系统图组成机器的最小单元是零件，无论如何复杂的机器都是由许多零件构成的。为了保证有效地进行装配工作，通常将机器划分成若干部件、组件、套件等能独立进行装配的装配单元。2.组件在一个基准零件上，装上一个或若干个套件和零件就构成一个组件，每个组件只有一个基准零件，它联接相关零件和套件，并确定它们的相对位置。为形成组件而进行的装配工作称之为组装。6.1.1机器的组成和装配系统图组成机器的最小单元是零件，无论如何复杂的机器都是由许多零件构成的。为了保证有效地进行装配工作，通常将机器划分成若干部件、组件、套件等能独立进行装配的装配单元。3.部件在一个基准零件上，装上若干个组件、套件和零件就构成部件，同样，一个部件只能有一个基准零件，由它来联接各个组件、套件和零件，并确定它们之间的相对位置。6.1.1机器的组成和装配系统图组成机器的最小单元是零件，无论如何复杂的机器都是由许多零件构成的。为了保证有效地进行装配工作，通常将机器划分成若干部件、组件、套件等能独立进行装配的装配单元。4.机器在一个基准零件上，装上若干个部件、组件、套件和零件就成为机器。同样，一台机器只能有一个基准零件，其作用与上述相同。为形成机器而进行的装配工作，称之为总装。6.1.2装配工艺规程的制订1.装配工艺规程概念及意义1)概念用表格的形式,把装配内容,装配方法及顺序,检验,试验等内容书写出来,并成为指导装配工作,处理装配工作中存在问题的依据。这一工艺文件,就称为装配工艺规程。2)意义装配工艺规程对于保证产品质量及装配工作总结,具有重要的意义。6.1.2装配工艺规程的制订2.制订装配工艺规程的原则在制订装配工艺规程时应遵循以下几个原则：1)保证产品的质量2)满足装配周期的要求3)

减少手工装配劳动量4)

降低装配成本6.1.2装配工艺规程的制订3.制订装配工艺规程的原始资料1)产品图纸及技术性能要求2)产品的生产纲领3)生产条件6.1.2装配工艺规程的制订4.装配工艺规程的内容及制订步骤1)产品图纸分析2)

确定装配的组织形式3)

确定装配顺序①先基准、重大件的装配，以保证装配过程的稳定性。②先复杂件、精密件和难装配件的装配，以保证装配顺利进行。③先进行易破坏以后装配质量的工作，如冲击性质的装配、压力装配和加热装配。④集中安排使用相同设备及工艺装备的工作和有共同特殊装配环境的装配。⑤处于基准件同一方位的装配应尽可能集中进行。⑥为了清晰表示装配顺序，常用装配系统图表示装配顺序。6.1.2装配工艺规程的制订4.装配工艺规程的内容及制订步骤4)

选择装配方法装配方法主要是根据生产纲领、产品结构及其精度要求等来选择。5)

编制装配工艺文件装配工艺文件主要有装配工艺过程卡片、装配工序卡片、检验和试车卡片等。6.2机器的装配精度6.2.1装配精度的内容1.几何精度几何精度反映了装配中各有关零件的尺寸、配合性质和相互位置关系。几何精度又是机器实现运动精度的基础。因此，机器装配的首要任务就是保证几何精度。图6-7普通卧式车床装配尺寸精度6.2机器的装配精度6.2.1装配精度的内容2.运动精度运动精度包括零、部件间的回转精度、直线运动精度和传动精度。运动方向上：直线度、平行度、垂直度；运动位置上（传动精度）：内传动链中始末两传动元件间的相对传动精度6.2机器的装配精度6.2.2影响装配精度的因素1.零件的加工精度2.零件之间的配合要求和接触质量3.力、热、内应力等所引起的零件变形4.旋转零件的不平衡图6-9直齿轮、斜齿轮及蜗轮蜗杆啮合时齿面接触区域6.2机器的装配精度6.2.3零件精度和装配精度的关系零件的精度和机器的装配精度有着密切的关系。机器中有些装配精度往往只和一个零件有关，要保证该项装配精度只要保证该零件的精度即可，俗称“单件自保"，这种情况比较简单。而有些装配精度则和几个零件有关，要保证该项装配精度则必须同时保证这些零件的相关精度，这种情况比较复杂，涉及尺寸链问题，要用装配尺寸链来解决。6.3装配尺寸链6.3.1装配尺寸链概念及形式1.装配尺寸链概念装配尺寸链是以某项装配精度指标（或装配要求）作为封闭环，查找所有与该项精度指标（或装配要求）有关零件的尺寸（或位置要求）作为组成环而形成的尺寸链。6.3装配尺寸链2.装配尺寸链的基本形式根据尺寸链中各组成环尺寸的几何特征及相互关系，装配尺寸链分为以下几种：1)装配尺寸链按照各环的几何特征和所处空间位置分为直线尺寸链（图6-l2）、平面尺寸链（图6-13）和空间尺寸链。2)装配尺寸链又可分为长度尺寸链和角度尺寸链。6.3装配尺寸链6.3.2装配尺寸链的建立装配尺寸链的建立就是在装配图上，根据装配精度的要求，找出与该项精度有关的零件及其有关的尺寸，最后画出相应的尺寸链线图。通常称与该项精度有关的零件为相关零件，零件上有关的尺寸称为相关尺寸。装配尺寸链的建立是解决装配精度问题的第一步，只有当所建立起来的尺寸链正确时，求解尺寸链才有意义，因此在装配尺寸链中，如何正确地建立尺寸链，是一个十分重要的问题。6.3装配尺寸链6.3.2装配尺寸链的建立1.长度尺寸链的建立方法1)确定封闭环2)查找组成环3)画出尺寸链线图6.3装配尺寸链在建立装配尺寸链的过程中，会碰到以下一些问题，值得注意。1)封闭的原则尺寸链的封闭环和组成环一定要构成一个封闭的环链，在查找组成环时，从封闭环出发寻找相关零件，最后回到封闭环。2)最短的原则装配尺寸链应力求组成环最少，以便于保证装配精度。因要使组成环数最少，就要注意相关零件的判别和装配尺寸链中的工艺尺寸链。3)增减环的判别尺寸链中的组成环，其增减环判别的原则是：当其他组成环尺寸不变时，该组成环的尺寸增加使封闭环的尺寸也增加的环为增环；该组成环的尺寸增加使封闭环的尺寸减小的环为减环。6.4保证装配精度的方法选择装配方法的实质，就是在满足装配精度要求的条件下选择相应的经济合理的解尺寸链的方法。在生产中常用的保证装配精度的方法有：互换装配法、分组装配法、修配装配法和调整装配法。6.4.1互换装配法按互换程度的不同，互换装配法分为完全互换装配法和不完全互换装配法。1.完全互换装配法（极值法）合格的零件在进入装配时，不经任何选择、调整和修配，就可达到所要求的装配精度，称之为完全互换法。由于合格的零件是有公差的，因此在用完全互换法时，当所有零件的相关尺寸都出现极限尺寸时，仍应能进行装配并保证装配精度。从尺寸链的角度，即当所有增环出现最大值，所有减环出现最小值，或当所有增环出现最小值，所有减环出现最大值，也应能达到装配精度。由此可知，完全互换法就是用极值法来求解尺寸链。6.4保证装配精度的方法1)正面问题解正面问题是已知各组成环的尺寸和公差，求封闭环的尺寸和公差，这类问题多出现在装配工作和检验工作中，以校验产品装配时能否合格。例6-1图6-22所示结构为一个四环装配尺寸链，封闭环A0为装配所要求的间隙。现已知：

mm，

mm，

mm，求封闭环的尺寸和上下偏差。6.4保证装配精度的方法图6-22完全互换法装配尺寸链举例6.4保证装配精度的方法6.4保证装配精度的方法2)反面问题和中间问题解反面问题是已知封闭环的尺寸和公差，求各组成环的尺寸和公差。这类问题多出现在设计工作中，即已知装配精度要求，要设计各相关零件的相关尺寸和公差，由于这时只有一个已知数，却要求解多个未知数，因此多采用设定一些组成环的尺寸和公差，只留一个组成环作为未知数来求解，这种方法称之为解中间问题，即已知封闭环和部分组成环的尺寸和公差，求其余组成环的尺寸和公差。许多反面问题多是转化为中间问题来求解的。反面问题求解时要增加一些条件来减少未知数，因此可以有三种方法，即设定各组成环公差相等的等公差法、设定各组成环精度相同的等精度法和根据经验来调整的经验法。6.4保证装配精度的方法6.4保证装配精度的方法b.选择协调环选择最易于加工和测量的组成环作为协调环，在此尺寸链中，选择齿轮A3作为协调环。c.确定其余各组成环极限偏差按最大实体原则确定其余各组成环极限偏差。A1、A2为内尺寸按基孔制确定其极限偏差：

，

mm。6.4保证装配精度的方法d.计算协调环公差和极限偏差协调环A3的极限偏差为EI3=ES1+ES2-ES0=(0.039+0.033-0.12)mm=-0.048mmES3=EI1+EI2-EI0=(0+0-0)mm=0mm可知组成环A3=显然，由于零件尺寸大小不同，加工难易程度各异，用等公差法是不合理的，从而出现了等精度法。②等精度法用等精度法求解尺寸链的反面问题比较复杂，这种方法是设定各组成环的精度相等。

下略6.4保证装配精度的方法完全互换法的特点是：零件可以互换，装配方便容易，工人技术水平要求不高，装配生产率高，装配时间稳定，易于组织装配流水线，企业之间的协作与备品问题也易于解决。由于完全互换法是用极值法求解，封闭环公差等于各组成环公差之和，因此对于高精度的多环尺寸链，组成环的精度比较高，甚至使加工发生困难，因此完全互换法多用于精度不是太高的短环尺寸链。6.4保证装配精度的方法2.不完全互换法（统计法）用极值法来求解装配尺寸链时，所有零件同时出现极值的概率是很小的，而所有增环出现最大值，所有减环出现最小值，或所有增环出现最小值，所有减环出现最大值的概率就更小，因此可以不考虑出现极值的情况，而将组成环的公差适当加大，这样在装配时就可能出现不能完全互换的情况，产生装不上或装配精度不合格等现象，这就是装配中的部分互换法，或称不完全互换法。6.4保证装配精度的方法6.4.2分组法分组法又称分组互换法或选择装配法。当封闭环的精度要求很高，用完全互换法和不完全互换法来解时，组成环的公差非常小，使加工十分困难甚至不可能，同时也不经济。这时可将全部组成环的公差扩大3~6倍，使组成环能够按经济公差加工，然后再将各组成环按原公差大小分组，并按相应组进行装配，这就是分组法。6.4保证装配精度的方法采用分组法时，必须保证各组的配合精度和配合性质与原来相同，因此要求配合件的公差相同，公差增大要向相同方向增大，增大的倍数就是以后的分组数。6.4保证装配精度的方法6.4.3修配法在封闭环精度要求较高的装配尺寸链中，特别是组成环数较多的尺寸链,用互换法来装配，由于组成环公差很小,会增加机械加工的难度，同时提高了成本。另外，在单件小批或中批生产中，由于产量不大,也不必要用互换法来装配。这时可采用修配法来装配。6.4保证装配精度的方法1.基本方法先将各组成环的尺寸按可能的经济公差制造，选定一个组成环为修配环，在装配时通过就地修配该环以达到装配精度。由于这种方法的生产效率较低，因此适用于单件小批生产、装配精度要求较高的场合。采用修配法装配时，修配环的修配加工是保证装配精度的最终环节。因此，在尺寸链计算中，必须保证修配环在装配时有足够的修配量且修配量最小。即在其余各组成环极限偏差累计使修配环尺寸最大时，在保证装配精度的前提下，使修配环的修配量为零。在其余组成环各极限偏差累计使修配环尺寸最小时，在保证装配精度的前提下，使修配环的修配量最小。6.4保证装配精度的方法2.尺寸链解算步骤已知：封闭环尺寸及各组成环的基本尺寸；求：各组成环的尺寸公差及偏差解算：1）选择修配环。修配环应选择易于修配的零件尺寸；2）按经济精度确定各组成环公差；3）按入体原则确定除修配环以外的各组成环尺寸偏差；4）计算修配环的尺寸和偏差。3.最大修配量最大修配量为根据放大公差后的组成环计算出的实际封闭环的公差与要求的封闭环公差之差。如果必须修配，再加上最小修配量。最大修配量影响修配的劳动量，应尽量小。6.4保证装配精度的方法图6-18普通车床前后顶尖等高装配尺寸链6.4保证装配精度的方法例6-5图6-l8所示是一台普通车床的前后顶尖等高的装配尺寸链，在生产中简化为一个四环尺寸链，已知只允许后顶尖高。A2=30mm，A3=130mm，A1=160,若用完全互换法和不完全互换法来求解，零部件的加工精度都难以保证，由于机床多为成批生产，故采用修配法来装配。用修配法来装配时，有组成环尺寸公差的确定、修配环的选择、修配环基本尺寸的确定和修配环的计算等几个问题，现结合图6-18所示的装配尺寸链来说明。1)选择修配环要从装配时便于修配来考虑，显然，在这些组成环中，尾架底板最便于在装配时修配加工，故选A2为修配环。2)确定各组成环公差根据各组成环尺寸大小和加工难易程度确定：T1=T2=T3=0.2mm。3)确定除修配环外各组成环偏差由于主轴箱前顶尖至底面的尺寸为距离尺寸，取双向公差，确定为：A1=160土0.1mm。同理，确定尾架顶尖至底面的尺寸公差为A3=130±0.1mm。4)计算修配环的尺寸及偏差由于修配A2使封闭环减小，因此,修配环A2的最小极限尺寸为当尺寸链中增环A3出现最小值，减环A1出现最大值，在保证封闭环最小的前提下计算出的修配环尺寸。6.4保证装配精度的方法修配环A2的尺寸为：最大修配量△max出现在尺寸链中增环A3出现最大值，减环A1出现最小值，修配环出现最大值，在保证封闭环最大时计算出的修配量。△max==5)校核修配环的最大修配量最大修配量为根据放大公差后的组成环计算出的实际封闭环的公差与要求的封闭环公差之差。即实际组成环公差之和减去封闭环公差。△max=按此法计算出的修配环最小修配量为0，最大修配量为0.54mm。如果必须修配，修配环的最小极限尺寸还应加上最小修配量。6.4保证装配精度的方法6.4.4调整法当装配精度较高，组成环数较多，大批量生产时，可采用调整法装配。调整法有固定调整法和可动调整法两种。1.固定调整法固定调整法就是按经济精度加工除组成环外的其他组成环零件。由于组成环公差放大，其实际封闭环公差大于装配精度，因此，需制造不同