精密機械零件公差與互換性課件

精密機械零件公差與互換性§3-1概論一、誤差的概念零件的幾何參數(shù)：包括尺寸、形狀及位置參數(shù)等等。加工誤差——加工后，零件的實際幾何參數(shù)對其理想?yún)?shù)的變動量。幾何精度——而實際幾何參數(shù)近似于理想幾何參數(shù)的程度。零件的加工誤差愈小，則其幾何精度愈高。零件的加工誤差，按其幾何特征的不同可分為如下二類：1.尺寸誤差——加工后零件的實際尺寸與理想尺寸之差。如軸類零件的直徑及長度尺寸的誤差均屬此類。2．幾何形狀誤差——零件的實際幾何形狀(一般指各種線、面)與理想形狀的差別。形狀誤差又可分為：宏觀幾何形狀誤差(簡稱形狀誤差)；中間幾何形狀誤差(表面波度）；微觀幾何形狀誤差(表面粗糙度)。

表面形狀誤差的波距較大，表面粗糙度的波距較小，表面波度則介于兩者之間，如圖3-1所示。二．互換性

是指按規(guī)定的幾何、物理及其它質(zhì)量參數(shù)的公差來分別制造機械的各個零部件，任取其一，使其在裝配與更換時不需任何挑選、輔助加工或修配，就能裝在儀器上，達到規(guī)定的功能要求?；Q性的例子：1.鐘表、手表中的零件損壞了，可迅速換上一個同規(guī)格的零件，以恢復(fù)其使用功能。之所以如此方便，是因為這些零件具有互換性。2．汽車上的零件也具有互換性。買一個來就可以裝上。儀期制造中的互換性，通常包括：幾何參數(shù)(如尺寸、形狀等)；力學性能(如硬度、強度)；理化性能(如化學成分、線膨脹系數(shù))等方面的互換性。本章只討論幾何參數(shù)的互換性。

用公差來保證幾何參數(shù)的互換性公差值大小應(yīng)根據(jù)功能要求和經(jīng)濟性權(quán)衡而定。實際幾何參數(shù)是否合格，應(yīng)通過技術(shù)測量所得結(jié)果來判斷。互換性按其互換性程度分為完全互換和不完全互換。完全互換——零、部件在裝配時不需要挑選、調(diào)整和附加修配；不完全互換——允許零、部件在裝配前進行預(yù)先分組，對應(yīng)組內(nèi)的零、部件才可互換，而且只適用于廠內(nèi)組織生產(chǎn)采用（如滾動軸承的大批量生產(chǎn)）。

互換性的重要意義：互換性是組織現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)經(jīng)濟原則。它有利于在工業(yè)中廣泛地組織協(xié)作，進行高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，對產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用和維修等方面都具有重要的意義。1.從使用看，零部件新舊替換方便。2.從制造看，是提高生產(chǎn)水平和文明程度的有力手段。并行制造零件、自動裝配、CAM、產(chǎn)量質(zhì)量高、成本低。3.從設(shè)計看，可簡化計算、繪圖，可CAD。

§3-2公差與配合的基本術(shù)語和定義

1．孔：

通常指工件的圓柱形內(nèi)表面，也包括其它非圓柱形內(nèi)表面(由二平行平面形成的包容面)中由單一尺寸確定的部分(見圖3-2)。2．軸：

通常指工件的圓柱形外表面，也包括其它非圓柱形外表面(由二平行平面形成的被包容面)中由單一尺寸確定的部分。

孔與軸的基本特征表現(xiàn)為包容和被包容的關(guān)系，即孔為包容面，軸為被包容面。3．尺寸：以特定單位表示長度值的數(shù)字。由數(shù)字和長度單位(如mm)組成，如直徑Φ100mm.4．基本尺寸：

通過設(shè)計給定的尺寸（理論值）。通過它應(yīng)用上下偏差算出極限尺寸。它是根據(jù)使用要求，通過強度、剛度計算和結(jié)構(gòu)等方面的考慮，并按標準選取尺寸（可減少刀具、量具、夾具的規(guī)格數(shù)量）。5．實際尺寸：通過測量獲得的某一孔、軸的尺寸。由于存在測量誤差，所以實際尺寸并非尺寸的真值；同時，由于存在形狀誤差，工件同一表面的不同部位的實際尺寸往往是不相等的。因此，一個孔或軸的任意橫截面中的任一距離，即任何兩相對點之間測得的尺寸稱為局部實際尺寸。例如：測得軸的尺寸為Φ24.965mm,若測量的極限誤差為±0.001mm,則尺寸的真值在24.965±0.001mm范圍內(nèi)。6．極限尺寸：（孔或軸的）允許尺寸變化的兩個界限值，它以基本尺寸為基準來確定。最大極限尺寸——兩個界限值中，較大的一個；最小極限尺寸——兩個界限值中，較小的一個；實際尺寸應(yīng)位于其中，也可達到極限尺寸。7．尺寸偏差(簡稱偏差)某一尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。8．上偏差：最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為上偏差(孔ES、軸es)9．下偏差：最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為下偏差(孔EI、軸ei)ES、EI為孔的上、下偏差；es、ei為軸的上、下偏差。上偏差和下偏差統(tǒng)稱為極限偏差。10．實際偏差：

實際尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為實際偏差。偏差可以是正，負或零值。實際偏差應(yīng)位于極限偏差范圍之內(nèi)。

11．尺寸公差(簡稱公差)：

允許尺寸的變動量。是一個沒有符號的絕對值，它是最大極限尺寸減最小極限尺寸之差或上偏差減下偏差之差的絕對值。其計算公式如下：孔的公差:TH=|Dmax-Dmin|=|ES-EI|軸的公差:TS=|dmax-dmin|=|es-ei|例1：已知孔的基本尺寸D=軸的基本尺寸d=25mm,孔的最大極限尺寸Dmax=25.021mm,孔的最小極限尺寸Dmin=25.000mm;軸的最大極限尺寸dmax=24.980mm,軸的最小極限尺寸dmin=24.967mm。求孔與軸的極限偏差及公差。解：孔：ES=Dmax-D=25.021-25=+0.021mmEI=Dmin-D=25.000-25=0mmTH=|Dmax-Dmin|=|25.021-25.000|=0.021mm或TH=|ES-EI|=|0.021-0|=0.021mm軸：es=dmax-d=24.980-25=-0.020mmei=dmin-d=24.967-25=-0.033mmTS=|dmax-dmin|=|24.980-24.976|=0.013mm或TS=|es-ei|=|-0.020-(-0.033)|=0.013mm12.零線:

在公差帶圖中，表示基本尺寸的一條直線，以其為基準確定偏差和公差。正偏差位于其上，負偏差位于其下(見圖3-4)。13.公差帶:

在公差帶圖中，由代表上偏差和下偏差的兩條平行直線所限定的一個區(qū)域，見圖3-4。由此可見，公差帶是由“公差帶大小”和“公差帶位置”兩個要素組成的。前者由標準公差確定，后者由基本偏差確定。14.標準公差:在國標“公差與配合”中所規(guī)定的任一公差。15．公差等級：確定尺寸精確程度的等級。見P34表3-116．基本偏差

在國標“極限與配合”標準中表列的，用以確定公差帶相對零線位置的那個極限偏差(上偏差或下偏差)。一般為靠近零線的那個偏差。見P35圖3-9所示。

17．配合：基本尺寸相同的，相互結(jié)合的孔或軸公差帶之間的關(guān)系稱為配合。18．間隙或過盈：孔的尺寸減去相配合的軸的尺寸的代數(shù)差，此代數(shù)差為正稱為間隙；若為負稱為過盈。根據(jù)相配合的孔、軸公差帶的關(guān)系，可分為間隙配合，過渡配合和過盈配合三類。19．間隙配合：具有間隙(包括最小間隙等于零)的配合。特點：此時孔的公差帶在軸的公差帶之上(見圖3-5)，

用途：孔、軸間的活動聯(lián)結(jié)，貯藏潤滑油，補償熱變形、彈性變形及制造安裝誤差，影響活動程度及定位精度。20．過盈配合：具有過盈(包括最小過盈等于零)的配合。特點：此時孔的公差帶在軸的公差帶之下(見圖3-6)。用途：孔、軸間的緊固聯(lián)結(jié)，不允許兩者之間有相對運動。例如火車輪芯與耐磨的輪箍（gu）之間采用過盈配合（加熱、壓入）；光纖與套筒的聯(lián)結(jié)。21．過渡配合：可能具有間隙或過盈的配合。特點：此時孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊(見圖3-7)。用途：孔、軸間的定心聯(lián)結(jié)。過渡配合的間隙或過盈量一般較小，可保證定心精度的要求，也便于拆裝。例如光學透鏡與鏡筒的定心聯(lián)結(jié)；固定齒輪與軸的聯(lián)結(jié)。22．最小間隙：對間隙配合，孔的最小極限尺寸減軸的最大極限尺寸所得代數(shù)差的絕對值。

簡稱：“孔最小減軸最大”23．最大間隙：對間隙配合或過渡配合，孔的最大極限尺寸減軸的最小極限尺寸所得代數(shù)差的絕對值。簡稱：“孔最大減軸最小”24．最小過盈：對過盈配合，孔的最大極限尺寸減軸的最小極限尺寸所得代數(shù)差的絕對值。簡稱：“孔最大減軸最小”25．最大過盈：對過盈配合或過渡配合，孔的最小極限尺寸減軸的最大極限尺寸所得代數(shù)差的絕對值。簡稱：“孔最小減軸最大”26．配合公差(Tf)允許間隙或過盈的變動量。它等于組成配合的孔、軸公差之和，即：Tf=TH十TS

是一個沒有符號的絕對值。也可按下式計算：對間隙配合Tf=|最大間隙Xmax-最小間隙Xmin|=TH十TS；對過盈配合（過盈是一種“負間隙”）Tf=|最大過盈Ymax-最小過盈Ymin|=TH十TS；對過渡配合Tf=|最大間隙Xmax-（-最大過盈Ymax）|=TH十TS

例：已知公差帶圖，求配合公差。解：以X代表間隙，Y代表過盈，則：a)其最大間隙Xmax=|Dmax-dmin|=|25.021-24.967|=0.054mm=54μm最小間隙Xmin=|Dmin-dmax|=|0-(-20)|=20μm配合公差Tf=Xmax-Xmin=54-20=34μm+0-+0—+0-Ф25+21+21+21+28+41+2+15a)間隙配合c)過渡配合b)過盈配合-20-33孔公差帶軸公差帶Ф25Ф25或配合公差Tf=|21-0|+|-33-20|=34μmb)其最大過盈Ymax=|Dmin-dmax|=|(25mm+0μm)-(25mm+41μm)|=41μm其最小過盈Ymin=|Dmax-dmin|=|(25mm+21μm)-(25mm+28μm)|=7μm配合公差Tf=|Ymax-Ymin|=34μmc)其最大間隙Xmax=|Dmax-dmin|=|(25mm+21μm)-(25mm+2μm)|=19μm其最大過盈Ymax=|Dmin-dmax|=|(25mm+0μm)-(25mm+15μm)|=15μm配合公差Tf=|Xmax+Ymax|=15+19=34μm以上三例說明：三例的配合松緊程度不同，但配合精度Tf相同。說明：Tf=TH+TS為配合公差與孔、軸公差的關(guān)系。Tf表示配合精度，是使用要求；TH、TS分別表示孔、軸的加工精度，是制造要求。關(guān)系式反映了使用要求與制造工藝要求的對立統(tǒng)一關(guān)系。

27．基孔制配合：基本偏差固定不變的孔的公差帶，與不同基本偏差的軸的公差帶形成各種配合的一種制度?；字婆浜系目诪榛鶞士?，其基本偏差為下偏差(EI)，且為零，即孔的最小極限尺寸與基本尺寸相等，用H表示，見圖3-8a基準孔公差帶基準軸公差帶軸公差帶孔公差帶28．基軸制配合：基本偏差固定不變的軸的公差帶，與不同基本偏差的孔的公差帶形成各種配合的一種制度。基軸制配合的軸為基準軸，其基本偏差為上偏差(es)，且為零，即軸的最大極限尺寸與基本尺寸相等，用h表示，見圖3-8b。按照孔、軸公差帶相對位置的不同，兩種配合制度都可形成間隙配合，過渡配合和過盈配合三類配合。高速電主軸在臥式鏜銑床上的應(yīng)用越來越多，除了主軸速度和精度大幅提高外，還簡化了主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，縮短了制造周期，尤其是能進行高速切削，電主軸轉(zhuǎn)速最高可大10000r/min以上。不足之處在于功率受到限制，其制造成本較高，尤其是不能進行深孔加工。而鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)其速度有限，精度雖不如電主軸結(jié)構(gòu)，但可進行深孔加工，且功率大，可進行滿負荷加工，效率高，是電主軸無法比擬的。因此，兩種結(jié)構(gòu)并存，工藝性能各異，卻給用戶提供了更多的選擇?，F(xiàn)在，又開發(fā)了一種可更換式主軸系統(tǒng)，具有一機兩用的功效，用戶根據(jù)不同的加工對象選擇使用，即電主軸和鏜桿可相互更換使用。這種結(jié)構(gòu)兼顧了兩種結(jié)構(gòu)的不足，還大大降低了成本。是當今臥式鏜銑床的一大創(chuàng)舉。電主軸的優(yōu)點在于高速切削和快速進給，大大提高了機床的精度和效率。臥式鏜銑床運行速度越來越高，快速移動速度達到25～30m/min，鏜桿最高轉(zhuǎn)速6000r/min。而臥式加工中心的速度更高，快速移動高達50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重復(fù)定位精度0.004～0.005mm。落地式銑鏜床銑刀由于落地式銑鏜床以加工大型零件為主，銑削工藝范圍廣，尤其是大功率、強力切削是落地銑鏜床的一大加工優(yōu)勢，這也是落地銑鏜床的傳統(tǒng)工藝概念。而當代落地銑鏜床的技術(shù)發(fā)展，正在改變傳統(tǒng)的工藝概念與加工方法，高速加工的工藝概念正在替代傳統(tǒng)的重切削概念，以高速、高精、高效帶來加工工藝方法的改變，