《機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)》課件第7章

第7章機(jī)械設(shè)備裝配工藝7.1機(jī)械裝配概述7.2裝配尺寸鏈7.3裝配方法7.4裝配工藝規(guī)程的制訂7.1機(jī)械裝配概述

根據(jù)規(guī)定的技術(shù)要求,將若干零件組裝配合成部件,或?qū)⑷舾闪慵筒考M裝配合、聯(lián)接,使之成為半成品或成品的過程,稱為裝配。前者稱為部裝,后者稱為總裝。機(jī)械設(shè)備的裝配是其制造過程中最后一個(gè)環(huán)節(jié),它包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作。裝配過程使零件、套件、組件和部件間獲得一定的相互位置關(guān)系。機(jī)械設(shè)備質(zhì)量最終是通過裝配保證的,裝配質(zhì)量在很大程度上決定了機(jī)械設(shè)備的最終質(zhì)量。裝配工藝過程在機(jī)械制造中占有十分重要的地位。

為保證有效地進(jìn)行裝配工作,通常將機(jī)械設(shè)備劃分為若干能進(jìn)行獨(dú)立裝配的裝配單元。零件是組成機(jī)械設(shè)備的最小單元。套(合)件是在基準(zhǔn)零件上裝上一個(gè)或若干個(gè)零件構(gòu)成的,是比零件大一級(jí)的裝配單元。組件是在基準(zhǔn)件上,裝上若干個(gè)零件和套件構(gòu)成的,車床主軸箱中的主軸組件就是在主軸上裝上若干齒輪、套、墊、軸承等零件的組件,為此而進(jìn)行的裝配工作稱為組裝。部件是在基準(zhǔn)件上裝上若干個(gè)組件、套件和零件構(gòu)成的,為此而進(jìn)行的裝配工作稱為部裝。車床主軸箱裝配就是部裝,主軸箱箱體是進(jìn)行主軸箱部件裝配的基準(zhǔn)件。一臺(tái)機(jī)械設(shè)備則是在基準(zhǔn)件上,裝上若干部件、組件、套件和零件構(gòu)成的,為此而進(jìn)行的裝配工作稱為總裝。如圖7-1所示。

圖7-1裝配單元系統(tǒng)圖

在裝配工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中,常用裝配工藝系統(tǒng)圖表示零、部件的裝配流程和零、部件間相互裝配關(guān)系。在裝配工藝系統(tǒng)圖上,每一個(gè)單元用一個(gè)長(zhǎng)方形框表示,標(biāo)明零件、套件、組件和部件的名稱、編號(hào)及數(shù)量。在裝配工藝系統(tǒng)圖上,裝配工作由基準(zhǔn)件開始沿水平線自左向右進(jìn)行,一般將零件畫在上方,套件、組件、部件畫在下方,其排列次序就是裝配工作的先后次序。如圖7-2所示。

圖7-2

裝配單元系統(tǒng)邏輯頭系為了使讀者更好的理解產(chǎn)品的裝配過程及裝配過程中各個(gè)部分的組成,我們用圖7-3來說明裝配系統(tǒng)單元的邏輯關(guān)系。因此,一個(gè)裝配單元通常可劃分為零件、合(套)件、組件、部件及機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品等五個(gè)等級(jí)。

圖7-3裝配單元系統(tǒng)邏輯關(guān)系

7.1.1裝配精度

(1)零部件間的尺寸精度。零部件間的尺寸精度包括配合精度和距離精度。配合精度是指配合面間達(dá)到規(guī)定的間隙或過盈的要求。距離精度是指零部件間的軸向間隙、軸向距離和軸線距離等。

(2)零部件間的位置精度。零部件間的位置精度是指產(chǎn)品中相關(guān)零部件間的相互位置精度,包括平行度、垂直度、同軸度和各種跳動(dòng)等。

(3)零部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度是產(chǎn)品中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件之間在運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)位置上的精度。運(yùn)動(dòng)方向上的精度包括零部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的直線度、平行度和垂直度等。如機(jī)床溜板移動(dòng)在水平面內(nèi)的直線度、尾座移動(dòng)對(duì)溜板移動(dòng)的平行度,以及主軸軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度等。運(yùn)動(dòng)位置精度即傳動(dòng)精度是指內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈中,始末兩端傳動(dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。如:滾齒機(jī)的滾刀主軸與工作臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度和車床車螺紋時(shí)的主軸與刀架移動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。

(4)接觸精度。接觸精度是指兩配合表面、接觸表面和連接表面間達(dá)到規(guī)定的接觸面積大小與接觸點(diǎn)分布情況。它影響接觸剛度和配合質(zhì)量的穩(wěn)定性。如錐體配合、齒輪配合和導(dǎo)軌面之間均有接觸精度要求。從以上不難看出,各種裝配精度之間存在著一定的關(guān)系。接觸精度和配合精度是距離精度和位置精度的基礎(chǔ),而位置精度又是相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的基礎(chǔ)。機(jī)器的裝配精度最終影響機(jī)器實(shí)際工作時(shí)的精度,即工作精度。例如,機(jī)床的裝配精度將直接影響在此機(jī)床上加工的零件精度。在機(jī)床的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,有直接用工作精度作為裝配精度的，如規(guī)定精車端面的平行度就是車床的工作精度。

7.1.2零件精度與裝配精度的關(guān)系

機(jī)器、部件等既然是由零件裝配而成的,那么,零件的制造精度是保證裝配精度的基礎(chǔ),裝配工藝是保證裝配精度的方法和手段。例如,車床溜板移動(dòng)在水平面內(nèi)的直線度,主要與溜板所借以移動(dòng)的床身導(dǎo)軌本身的直線度和幾何形狀有關(guān),其次以溜板和床身導(dǎo)軌面間的配合接觸質(zhì)量有關(guān)。又如尾座移動(dòng)對(duì)溜板移動(dòng)的平行度要求主要取決于床身上溜板、尾座所借以移動(dòng)的導(dǎo)軌之間的平行度(如圖7－4所示),當(dāng)然還與導(dǎo)軌面間的配合接觸質(zhì)量有關(guān)?？梢?這些精度基本上都是由床身這個(gè)基礎(chǔ)件來保證的。所以,零件的制造精度是保證裝配精度的基礎(chǔ)。

圖7-4床身導(dǎo)軌簡(jiǎn)圖7.2裝配尺寸鏈

7.2.1裝配尺寸鏈概述

一臺(tái)機(jī)械設(shè)備從組裝、部裝、總裝,有很多裝配精度技術(shù)要求項(xiàng)目需要保證,在制訂產(chǎn)品的裝配工藝過程、確定裝配工序、解決生產(chǎn)中的裝配質(zhì)量問題時(shí),都可用尺寸鏈的分析計(jì)算方法予以解決。圖7-5為車床主軸與尾座頂尖的裝配簡(jiǎn)圖。為了保證尾座頂尖與車床主軸的等高要求,首先需要保證床頭箱部件主軸至導(dǎo)軌面的尺寸A1、底板尺寸A2與尾架至底板的尺寸A3,總裝時(shí),這三個(gè)裝配尺寸與兩頂尖的等高要求(A0)就形成了裝配尺寸鏈。

圖7-5主軸中心與尾座套筒中心等高示意圖

從上面例子分析中可知,所謂裝配尺寸鏈,是指在機(jī)械設(shè)備的裝配關(guān)系中,由相互連接的零件或部件的設(shè)計(jì)尺寸或相互位置關(guān)系(同軸度、平行度、垂直度等)所形成的尺寸鏈。裝配尺寸鏈也是尺寸鏈,就其抽象意義與工藝尺寸鏈并無(wú)區(qū)別,也有增環(huán)、減環(huán)、封閉環(huán),并且,增、減環(huán)的判斷方法也相同,尺寸鏈的特點(diǎn)也相同,計(jì)算方法也相同。但就實(shí)際意義與工藝尺寸鏈有區(qū)別,工藝尺寸鏈的各個(gè)環(huán)是在同一個(gè)零件上,而裝配尺寸鏈的每個(gè)環(huán)則是各個(gè)不同零件或部件在裝配關(guān)系中的尺寸。工藝尺寸鏈的封閉環(huán)往往是基準(zhǔn)不重合時(shí)形成的實(shí)際尺寸,而裝配尺寸鏈的封閉環(huán)往往是零件或部件裝配后形成的間隙或過盈等。

7.2.2裝配尺寸鏈的建立裝配尺寸鏈的建立是在裝配圖的基礎(chǔ)上,根據(jù)裝配精度的要求,找出與該項(xiàng)精度有關(guān)的零件及相應(yīng)的有關(guān)尺寸,并畫出尺寸鏈圖。這是解決裝配精度問題的第一步,只有所建立的裝配尺寸鏈?zhǔn)钦_的,求解它才有意義。建立裝配尺寸鏈的基本步驟如下:

(1)判別封閉環(huán)。如前所述,裝配精度即封閉環(huán)。為了正確地確定封閉環(huán),必須深入了解機(jī)器的使用要求及各部件的作用,明確設(shè)計(jì)人員對(duì)整機(jī)及部件所提出的裝配技術(shù)要求。

(2)查找組成環(huán)。裝配尺寸鏈的組成環(huán)是對(duì)機(jī)械設(shè)備或部件裝配精度有直接影響的環(huán)節(jié)。一般查找方法是取封閉環(huán)兩端為起點(diǎn),沿著相鄰零件由近及遠(yuǎn)地查找與封閉環(huán)有關(guān)的零件,直至找到同一個(gè)基準(zhǔn)零件或同一基準(zhǔn)表面為止。這樣,所有相關(guān)零件上直接影響封閉環(huán)大小的尺寸或位置關(guān)系,便是裝配尺寸鏈的全部組成環(huán),并且整個(gè)尺寸鏈系統(tǒng)要正確封閉。例如,圖7-5所示的裝配關(guān)系中,頭與尾座中心線的等高要求A0為封閉環(huán),按上述方法很快即可查出組成環(huán)為A1、A2和A3。

(3)畫出裝配尺寸鏈圖。根據(jù)分析,畫出裝配尺寸鏈圖(如圖7-5(b)所示),并判別出增環(huán)和減環(huán),便于進(jìn)行求解。在封閉環(huán)精度一定時(shí),尺寸鏈的組成環(huán)數(shù)越少,則每個(gè)環(huán)分配到的公差越大,這有利于減小加工的難度和成本的降低。因此,在建立裝配尺寸鏈時(shí),要遵循最短路線(環(huán)數(shù)最少)原則,即應(yīng)使每一相關(guān)零件僅有一個(gè)組成環(huán)列入尺寸鏈。

裝配尺寸鏈的計(jì)算類型有以下三種:

(1)正計(jì)算法。即已知組成環(huán)的尺寸和公差,求解封閉環(huán)的尺寸和公差。這類問題多出現(xiàn)在裝配工作、檢驗(yàn)工作中,以便校驗(yàn)產(chǎn)品是否合格。解正面問題比較簡(jiǎn)單。

(2)反計(jì)算法。即已知封閉環(huán)的尺寸和公差,求解組成環(huán)的尺寸和公差。這類問題多出現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中,已知裝配精度要求,要設(shè)計(jì)各相關(guān)零件的精度。由于這時(shí)的已知數(shù)為一個(gè),未知數(shù)為多個(gè),故求解比較復(fù)雜。需要注意的是在分配各組成環(huán)公差時(shí),可以采用等公差法、等精度法和經(jīng)驗(yàn)法。等公差法是不論零件的相關(guān)尺寸大小如何,分配公差值卻是一樣的,不夠合理。等精度法是設(shè)定各組成環(huán)的精度相等,這樣在相同精度時(shí),尺寸大者公差值大,尺寸小者公差值也小。此時(shí),等精度法相對(duì)比較合理,但等精度法計(jì)算較復(fù)雜。

(3)中間計(jì)算法。即已知封閉環(huán)與部分組成環(huán)的尺寸和公差,求解其余組成環(huán)的尺寸和公差。這類問題在設(shè)計(jì)和工藝都有,許多反計(jì)算問題最后都是轉(zhuǎn)化為中間計(jì)算問題來求解的。7.3裝配方法7.3.1完全互換裝配法只要零件各個(gè)尺寸分別按尺寸要求制造,就能做到完全互換裝配。也就是說,機(jī)械零、部件經(jīng)加工與檢驗(yàn)合格后,不再經(jīng)過任何選擇或修整,裝配起來后就能達(dá)到預(yù)先所規(guī)定的裝配精度和技術(shù)要求。這種裝配方法稱為完全互換裝配法。完全互換裝配的優(yōu)點(diǎn)是:裝配質(zhì)量穩(wěn)定可靠;裝配過程簡(jiǎn)單,裝配效率高;對(duì)工人技術(shù)水平要求不高;易于組織流水作業(yè)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配;容易實(shí)現(xiàn)零部件的專業(yè)協(xié)作,成本低;便于備件供應(yīng)及機(jī)械產(chǎn)品維修工作。不足之處是:當(dāng)裝配精度要求較高,尤其是在組成環(huán)數(shù)較多時(shí),組成環(huán)的制造公差規(guī)定得嚴(yán),零件制造困難,加工成本高。完全互換裝配法適于在成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)中裝配那些組成環(huán)數(shù)較少或組成環(huán)數(shù)雖多但裝配精度要求不高的機(jī)械設(shè)備之中。要能采用完全互換裝配法,必須要按極值法解裝配尺寸鏈,滿足裝配尺寸鏈的封閉環(huán)公差等于或大于各組成環(huán)公差之和,其公式為(7-1)式中:TN為封閉環(huán)公差;TAi為增環(huán)公差；TAj為減環(huán)公差；n為尺寸鏈總環(huán)數(shù)；m為增環(huán)環(huán)數(shù)。在封閉環(huán)公差已定的情況下,如何向各組成環(huán)分配誤差呢?有以下兩種反計(jì)算的方法。1.等公差法按平均分配的簡(jiǎn)單方法,使各組成環(huán)的公差都相等。即

(7-2)

以圖7-6為例,裝配精度技術(shù)要求為間隙N達(dá)到0～0.2mm,需確定組成環(huán)尺寸A1＝80mm、A2=50mm、A3=30mm等的公差。裝配后要求間隙N=0+0.2+0.2,按等公差方法計(jì)算則得

等公差法很簡(jiǎn)單,但未考慮到各組成環(huán)公稱尺寸的大小,公差值平均分配,在實(shí)際中并不合理,使各組成環(huán)尺寸在零件加工時(shí)難度不一,當(dāng)各組成環(huán)公稱尺寸相差大的情況下表現(xiàn)得更突出。

圖7-6完全互換法實(shí)例

2.等精度法等精度法在于:使各組成環(huán)分配誤差時(shí),其尺寸精度等級(jí)一致;某組成環(huán)公稱尺寸較大,則分配到的誤差值也較大;另一組成環(huán)若公稱尺寸較小,則分配到的誤差值也較小。而它們的精度等級(jí)是相同的。最終封閉環(huán)的裝配精度要求也需得到保證。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),零件尺寸公差與其基本尺寸有如下關(guān)系:(7-3)式中:T為零件尺寸公差(μm);D為零件尺寸所屬尺寸段的幾何平均尺寸(mm);a為精度系數(shù)(無(wú)量綱),參考表7-1;I為公差單位(μm),參考表7-2。

表7-1標(biāo)準(zhǔn)公差及精度系數(shù)采用了等精度分配原則,應(yīng)該有

(7-4)將(7-3)式與(7-4)式代入(7-1)式就可得

(7-5)表7-2尺寸分段的公差單位

以圖7-6為例。A1＝80的IA1＝1.86;A2＝50的IA2＝1.56;A3＝30的IA3＝1.31。

查表7-1確定a＝40,即精度等級(jí)為IT9。進(jìn)一步算得各組成環(huán)公差為

因?yàn)樗【认禂?shù)標(biāo)準(zhǔn)值40小于計(jì)算值a′＝42.28,故

小于TN值0.2。

各組成環(huán)的極限偏差按“入體原則”確定,則

零件加工時(shí)按以上規(guī)定的偏差加工,對(duì)每個(gè)組成環(huán)來說,精度等級(jí)相同,但公差數(shù)值不同,這種公差分配比前法要合理一些。組成環(huán)加工時(shí)滿足以上要求后,裝配時(shí)就可以不經(jīng)任何選擇和修整,裝配間隙N就能保證為0～0.2mm的要求。

由于完全互換裝配法,是按照極值法決定零件尺寸公差的,因此,分配給零件的公差較小,零件的加工精度要求較高。特別是在裝配精度要求較高,即封閉環(huán)公差小時(shí);或者是尺寸鏈環(huán)數(shù)n較多時(shí),零件的加工精度很高,造成加工困難,甚至常常超出現(xiàn)有工藝技術(shù)水平而無(wú)法實(shí)現(xiàn);或者提高加工成本,經(jīng)濟(jì)上很不合算。所以完全互換裝配法適用于大批大量生產(chǎn)中,裝配精度要求不高,或尺寸鏈環(huán)數(shù)少的場(chǎng)合。根據(jù)概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)可知,在一個(gè)穩(wěn)定的加工工藝系統(tǒng)中進(jìn)行大批大量的加工,零件加工誤差出現(xiàn)極值的概率是相當(dāng)小的。在裝配時(shí),不作挑選,各零件的誤差同時(shí)為極值,發(fā)生“最差組合”的概率則更小。“最差組合”有兩種狀態(tài):

(1)所有的增環(huán)全部出現(xiàn)最大值和所有的減環(huán)全部出現(xiàn)最小值,即封閉環(huán)達(dá)最大極值;

(2)所有的增環(huán)全部出現(xiàn)最小值和所有減環(huán)全部出現(xiàn)最大值,即封閉環(huán)達(dá)最小極值。若零件公差越大,尺寸鏈環(huán)數(shù)越多,裝配時(shí)各零件尺寸的“最差組合”的概率更加微小,完全有理由忽略不計(jì)。

7.3.2部分互換裝配法用完全互換法裝配,裝配過程雖然簡(jiǎn)單,但它是根據(jù)增環(huán)、減環(huán)同時(shí)出現(xiàn)極值情況來建立封閉環(huán)與組成環(huán)之間的尺寸關(guān)系的,由于組成環(huán)分得的制造公差過小常使零件加工產(chǎn)生困難。實(shí)際上,在一個(gè)穩(wěn)定的工藝系統(tǒng)中進(jìn)行成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)時(shí),零件尺寸出現(xiàn)極值的可能性極小;裝配時(shí),所有增環(huán)同時(shí)接近最大(或最小),而所有減環(huán)又同時(shí)接近最小(或最大)的可能性極小,可以忽略不計(jì)。完全互換法裝配以提高零件加工精度為代價(jià)來?yè)Q取完全互換裝配,有時(shí)是不經(jīng)濟(jì)的。部分互換裝配法又稱不完全互換裝配法,其實(shí)質(zhì)是將組成環(huán)的制造公差適當(dāng)放大,使零件容易加工,這會(huì)使極少數(shù)產(chǎn)品的裝配精度超出規(guī)定要求,但這是小概率事件,很少發(fā)生。從總的經(jīng)濟(jì)效果分析,仍然是經(jīng)濟(jì)可行的。

部分互換裝配方法的優(yōu)點(diǎn)是:與完全互換法裝配相比,組成環(huán)的制造公差較大,零件制造成本低;裝配過程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高。不足之處是:裝配后有極少數(shù)產(chǎn)品達(dá)不到規(guī)定的裝配精度要求,須采取相應(yīng)的返修措施。部分互換裝配方法適于在大批大量生產(chǎn)中裝配那些裝配精度要求較高且組成環(huán)數(shù)又多的機(jī)器結(jié)構(gòu)。從概率論中得知:各獨(dú)立隨機(jī)變量的均方根偏差σi與這些隨機(jī)變量之和的均方根偏差σN之間的關(guān)系為

(7-6)或有

解尺寸鏈時(shí),是以誤差量或公差量來進(jìn)行計(jì)算的。因此,要將均方根偏差的(7－6)式作一定的轉(zhuǎn)換。當(dāng)零件加工尺寸呈正態(tài)分布曲線時(shí),其尺寸分散范圍ωi與均方根偏差σi有下列關(guān)系:(7-7)

ki的數(shù)值可查有關(guān)誤差統(tǒng)計(jì)分析表。例如:零件尺寸呈正態(tài)分布ki為1;三角形分布為1.22;均勻分布為1.73;偏態(tài)分布為1.17等。

當(dāng)零件尺寸不是正態(tài)分布時(shí),需引入一個(gè)相對(duì)分布系數(shù)ki,就有

一般情況下,當(dāng)組成環(huán)的數(shù)目足夠大,約為6以上時(shí),不論各組成環(huán)尺寸為何種分布狀態(tài),而封閉環(huán)的尺寸分布都趨于正態(tài)分布。因此,可得下式

(7-8)當(dāng)然,在各組成環(huán)的分布偏離正態(tài)分布不很遠(yuǎn)的情況下,還可以近似來計(jì)算。各組成環(huán)取同一相對(duì)分布系數(shù)的平均值km＝1.5。則(7-8)式簡(jiǎn)化為

當(dāng)各組成環(huán)均呈正態(tài)分布時(shí),則(7-8)式更簡(jiǎn)化為

(7-9)1.等公差法若使各組成環(huán)的公差分配均勻,則應(yīng)按下式計(jì)算

(7-10)

可見,與極值法相比,用概率法已將各組成環(huán)的平均公差擴(kuò)大了倍。

2.等精度法使各組成環(huán)尺寸的精度系數(shù)相等均為a′將(7-3)式與(7-4)式的關(guān)系代入(7-9)式,即得

(7-11)式中的IAi為尺寸鏈中各組成環(huán)的公差單位。如若各組成環(huán)不呈正態(tài)分布,則需代入(7-8)式后得下式

仍然以圖7-6為例。(1)用部分互換裝配法的等公差分配法,各組成環(huán)公差為

(2)用部分互換裝配法的等精度法,有

取標(biāo)準(zhǔn)值a為64,即精度等級(jí)IT10級(jí),則

7.3.3選擇裝配法

1.直接選配法直接選配法是由裝配工人從許多待裝的零件中,憑經(jīng)驗(yàn)挑選合適的零件通過試湊進(jìn)行裝配的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,零件不必事先分組,但裝配中挑選零件的時(shí)間長(zhǎng),裝配質(zhì)量取決于工人的技術(shù)水平,不宜用于節(jié)拍要求較嚴(yán)的大批量生產(chǎn)。

2.分組裝配法分組裝配法是在大批大量生產(chǎn)中,將產(chǎn)品各配合副的零件按實(shí)測(cè)尺寸分組,裝配時(shí)按組進(jìn)行互換裝配以達(dá)到裝配精度的裝配方法。分組裝配在單件或小批量機(jī)床裝配中用得很少,但在內(nèi)燃機(jī)、軸承等大批大量生產(chǎn)中有一定應(yīng)用。例如,圖7-7(a)表示出了活塞與活塞銷的連接情況。根據(jù)裝配技術(shù)要求,活塞銷孔與活塞銷外徑在冷態(tài)裝配時(shí)應(yīng)有0.0025～0.0075mm的過盈量。與此相應(yīng)的配合公差僅為0.005mm。若活塞與活塞銷采用完全互換法裝配,且銷孔與活塞直徑公差按“等公差”分配,則它們的公差只有0.0025mm。如果上述配合采用基軸制原則,則活塞銷外徑尺寸d=280-0.0025mm,相應(yīng)的銷孔直徑D=28-0.0050-0.0076mm。顯然,制造這樣精確的活塞銷和活塞孔是很困難的,也是不經(jīng)濟(jì)的。生產(chǎn)中采用的辦法是先將上述公差值都增大4倍(d=￠280-0.010mm,D=￠28-0.005-0.015mm)這樣即可采用高效率的無(wú)心磨和金剛鏜去分別加工活塞銷外圓和活塞銷孔,然后用精密量?jī)x進(jìn)行測(cè)量,并按尺寸大小分成4組,涂上不同的顏色,以便進(jìn)行分組裝配。具體分組情況見表7-3。圖7-7活塞與活塞銷連接

表7-3活塞銷和活塞銷孔分組尺寸

(mm)從該表可以看出,各組的公差和配合性質(zhì)與原來要求相同。采用分組互換裝配時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)為了保證分組后各組的配合精度和配合性質(zhì)符合原設(shè)計(jì)要求,配合件的公差應(yīng)當(dāng)相等,公差增大的方向要相同,增大的倍數(shù)要等于以后的分組數(shù),如圖7-6(b)所示。

(2)分組數(shù)不宜多,多了會(huì)增加零件的測(cè)量和分組工作量,并使零件的儲(chǔ)存、運(yùn)輸及裝配等工作復(fù)雜化。

(3)分組后各組內(nèi)相配合零件的數(shù)量要相符,形成配套,否則會(huì)出現(xiàn)某些尺寸零件的積壓浪費(fèi)現(xiàn)象。

3.復(fù)合選配法復(fù)合選配法是直接選配與分組裝配的綜合裝配法,即預(yù)先測(cè)量分組,裝配時(shí)再在各對(duì)應(yīng)組內(nèi)憑工人經(jīng)驗(yàn)直接選配。這一方法的特點(diǎn)是配合件公差可以不等,裝配質(zhì)量高,且速度較快,

能滿足一定的節(jié)拍要求。在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中,氣缸與活塞的裝配多采用這種方法。

7.3.4修配裝配法

1.單件修配法這種方法是將零件按經(jīng)濟(jì)精度加工后,裝配時(shí)將預(yù)定的修配環(huán)用修配加工來改變其尺寸,以保證裝配精度。如圖7-5所示,臥式車床前后頂尖對(duì)床身導(dǎo)軌的等高要求為0.06mm(只許尾座高),此尺寸鏈中的組成環(huán)有3個(gè):主軸箱主軸中心到底面高度A1=201mm,尾座底板厚度A2=49mm,尾座頂尖中心到底面距離A3=156mm,A1為減環(huán),A2、A3為增環(huán)。

若用完全互換法裝配,則各組成環(huán)平均公差為

這樣小的公差將使加工變得困難，所以一般采用修配法，各組成環(huán)仍按經(jīng)濟(jì)精度加工。根據(jù)鏜孔的經(jīng)濟(jì)加工精度，取TA1=0.lmm，TA3=0.lmm，根據(jù)半精刨的經(jīng)濟(jì)加工精度，取TA2=0.15mm。由于在裝配中修刮尾座底板的下表面是比較方便的，修配面也不大，所以選尾座底座板為修配件。這樣小的公差將使加工變得困難,所以一般采用修配法,各組成環(huán)仍按經(jīng)濟(jì)精度加工。根據(jù)鏜孔的經(jīng)濟(jì)加工精度,取TA1=0.1mm,TA3=0.1mm,根據(jù)半精刨的經(jīng)濟(jì)加工精度,取TA2=0.15mm。由于在裝配中修刮尾座底板的下表面是比較方便的,修配面也不大,所以選尾座底座板為修配件。組成環(huán)的公差一般按“單向入體原則”分布,此例中A1、A3系中心距尺寸,故采用“對(duì)稱原則”分布,A1=(205±0.05)mm,A3=(156±0.05)mm。至于A2的公差帶分布,要通過計(jì)算確定。修配環(huán)在修配時(shí)對(duì)封閉環(huán)尺寸變化的影響有兩種情況:一種是使封閉環(huán)尺寸變大,另一種是使封閉環(huán)尺寸變小。因此修配環(huán)公差帶分布的計(jì)算也相應(yīng)分為兩種情況。圖7-8所示為封閉環(huán)公差帶與各組成環(huán)(含修配環(huán))公差放大后的累積誤差之間的關(guān)系。圖中T0、L0max、L0min分別為封閉環(huán)公差和極限尺寸;T0′、L0max′、L0min′分別為各組成環(huán)的累積誤差和極限尺寸;Fmax為最大修配量。圖7-8封閉環(huán)公差帶與組成環(huán)累計(jì)誤差的關(guān)系

當(dāng)修配結(jié)果使封閉環(huán)尺寸變大時(shí),簡(jiǎn)稱“越修越大”,從圖7-8(a)可知

(7-12)

當(dāng)修配結(jié)果使封閉環(huán)尺寸變小,簡(jiǎn)稱“越修越小”,從圖7-8(b)可知

(7-13)上例中,修配尾座底座板的下表面,使封閉環(huán)尺寸變小,因此應(yīng)按求封閉環(huán)最小極限尺寸的公式計(jì)算,即

因?yàn)門A2=0.15mm,所以

修配加工是為了補(bǔ)償組成環(huán)累積誤差與封閉環(huán)公差超差部分的誤差,所以最多修配量

而最小修配量為0?？紤]到車床總裝時(shí),尾座底板與床身配合的導(dǎo)軌面還需配刮,則應(yīng)補(bǔ)充修正,取最小修刮量為0.05mm修正后的A2尺寸為49+0.15+0.30mm,此時(shí)最多修配量為0.34mm。

2.合并修配法這種方法是將兩個(gè)或多個(gè)零件合并在一起進(jìn)行加工修配。合并加工所得的尺寸可看做一個(gè)組成環(huán),這樣減少了組成環(huán)的環(huán)數(shù),就相應(yīng)減少了修配的勞動(dòng)量。如上例中,為減少對(duì)尾座底板的修配量,一般先把尾座和底板的配合面加工后,配刮橫向小導(dǎo)軌,然后再將兩者裝配為一體,以底板的底面為基準(zhǔn),鏜尾座的套筒孔,直接控制尾座套筒孔至底板底面的尺寸公差,這樣組成環(huán)A2、A3合并成一環(huán),仍取公差為0.1mm,其最多修配量Fmax=∑TAi-TA0=0.0+0.1-0.06=0.14(mm)。修配工作量相應(yīng)減少了。

3.自身加工修配法

在機(jī)床制造中,有一些裝配精度要求是在總裝時(shí)利用機(jī)床本身的加工能力“自己加工自己”,可以很簡(jiǎn)捷地解決,這即是自身加工修配法。例如圖7-9所示,在轉(zhuǎn)塔車床裝配中,要求轉(zhuǎn)塔上6個(gè)安裝刀架的大孔中心線必須保證和機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)中心線重合,而6個(gè)平面又必須和主軸中心線垂直。若將轉(zhuǎn)塔作為單獨(dú)零件加工出這些表面,在裝配中達(dá)到上述兩項(xiàng)要求,是非常困難的。當(dāng)采用自身加工修配法時(shí),這些表面在裝配前不進(jìn)行加工,而是在轉(zhuǎn)塔裝配到機(jī)床上后,在主軸上裝鏜桿,使鏜刀旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)塔作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),依次精鏜出轉(zhuǎn)塔上的6個(gè)孔;再在主軸上裝一個(gè)能徑向進(jìn)給的小刀架,刀具邊旋轉(zhuǎn)邊徑向進(jìn)給,依次精加工出轉(zhuǎn)塔的6個(gè)平面。這樣可很方便地保證上述兩項(xiàng)精度要求。

圖7-9轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔自身加工修配

7.3.5調(diào)整裝配法

1.可動(dòng)調(diào)整法用改變調(diào)整件的位置來達(dá)到裝配精度的方法,叫做可動(dòng)調(diào)整裝配法。調(diào)整過程中不需要拆卸零件,比較方便。采用可動(dòng)調(diào)整裝配法可以調(diào)整由于磨損、熱變形、彈性變形等所引起的誤差,所以它適用于高精度和組成環(huán)在工作中易于變化的尺寸鏈。機(jī)械制造中采用可動(dòng)調(diào)整裝配法的例子較多。例如圖7-10(a)是依靠轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘調(diào)整軸承外環(huán)的位置以得到合適的間隙;圖7-10(b)是用調(diào)整螺釘通過改變鑲條6的位置來保證車床溜板和床身導(dǎo)軌之間的間隙;圖7-10(c)是通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺釘,使斜楔塊上、下移動(dòng)來保證螺母和絲杠之間的合理間隙。

圖7-10可動(dòng)調(diào)整

2.固定調(diào)整法在以裝配精度要求為封閉環(huán)建立的裝配尺寸鏈中,組成環(huán)均按加工經(jīng)濟(jì)精度制造,由于擴(kuò)大組成環(huán)制造公差帶來的封閉環(huán)尺寸變動(dòng)范圍超差,可通過更換不同尺寸的固定調(diào)整環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償,最終達(dá)到裝配精度要求。這種裝配方法,稱為固定調(diào)整裝配方法。固定調(diào)整裝配方法適于在大批大量生產(chǎn)中裝配那些裝配精度要求較高的機(jī)器結(jié)構(gòu)。在產(chǎn)量大、裝配精度要求較高的場(chǎng)合,調(diào)整件還可以采用多件拼合的方式組成。這種調(diào)整裝配方法比較靈活,它在汽車、拖拉機(jī)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

固定調(diào)整法是按一定尺寸分級(jí)制造一套專用的固定調(diào)節(jié)零件。如墊片、墊圈、軸套等。裝配時(shí)選擇某一個(gè)合適的尺寸分級(jí)的調(diào)節(jié)件,加入裝配結(jié)構(gòu)作為補(bǔ)償,從而達(dá)到原裝配精度。其過程如下:

(1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或有關(guān)機(jī)械加工工藝手冊(cè),確定各組成環(huán)的經(jīng)濟(jì)加工精度下的公差值;

(2)求出擴(kuò)大后的封閉環(huán)公差TN′;

(3)算出封閉環(huán)的超差量Δ=TN′-TN;

(4)確定或增設(shè)調(diào)節(jié)環(huán),其尺寸為Ak、公差為Tk;

(5)求調(diào)節(jié)環(huán)零件的尺寸分級(jí)數(shù)值,即

(7-14)

(6)按照計(jì)算出的分級(jí)尺寸,制造一套調(diào)節(jié)環(huán)零件,供裝配時(shí)選用。如圖7-11所示的CA6140機(jī)床主軸局部雙聯(lián)齒輪的軸向裝配結(jié)構(gòu)。

圖7-11車床主軸雙聯(lián)齒輪的裝配結(jié)構(gòu)

要求的間隙量N＝0.05～0.20mm。圖7-12為其裝配尺寸鏈圖。各尺寸為A1＝15mm,A2＝8.5mm,A3＝95mm,A4＝2.5mm,墊片厚度Ak＝9mm。圖7-12裝配尺寸鏈

如用完全互換等公差,則各組成環(huán)分配到的公差,顯然不合適。改用固定調(diào)節(jié)法,Ak為調(diào)節(jié)環(huán)。按經(jīng)濟(jì)加工精度各零件尺寸及公差擴(kuò)大為

Ak的公差定為0.03mm,則有

擴(kuò)大后的封閉環(huán)公差也增大為

＝0.15十0.10十0.10十0.12＝0.47mm；

超差值,即補(bǔ)償量

Δ＝0.47一0.15＝O.32mm分級(jí)組數(shù)，

，取整數(shù)為4。

表7-4間隙尺寸分級(jí)與調(diào)整片厚度分檔

(mm)

3.誤差抵消調(diào)整法誤差抵消調(diào)整法是通過調(diào)整某些相關(guān)零件誤差的方向,使其互相抵消。這樣,各相關(guān)零件的尺寸公差可以擴(kuò)大,同時(shí)又保證了裝配精度。圖7-13所示為用這種方法裝配的鏜模實(shí)例。圖中要求裝配后二鏜套孔的中心距為100±0.015mm,如用完全互換裝配法制造則要求模板的孔距誤差和二鏜套內(nèi)、外圓同軸度誤差之總和不得大于±0.015mm,設(shè)模板孔距按100±0.009mm,鏜套內(nèi)、外圓的同軸度允差按0.003mm制造,則無(wú)論怎樣裝配均能滿足裝配精度要求。但其加工是相當(dāng)困難的,因而需要采用誤差抵消裝配法進(jìn)行裝配。

圖7-13鏜模板裝配尺寸分析

圖7-13中O1、O2為鏜模板孔中心,O1′、O2′為鏜套內(nèi)孔中心。裝配前先測(cè)量各零件的尺寸誤差及位置誤差,并記上誤差的方向,在裝配時(shí)有意識(shí)地將鏜套按誤差方向轉(zhuǎn)過α1、α2角,則裝配后二鏜套孔的孔距為設(shè)O1O2=100.015mm,二個(gè)鏜套孔內(nèi)、外圓同軸度為0.015mm,裝配時(shí)令α1=60°、α2=120°,則表7-55種裝配方法適用范圍及應(yīng)用實(shí)例

7.4裝配工藝規(guī)程的制訂

1.研究產(chǎn)品裝配圖和裝配技術(shù)條件審核產(chǎn)品圖紙的完整性、正確性;對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)作裝配尺寸鏈分析,主要裝配技術(shù)條件要逐一進(jìn)行研究分析,包括所選用的裝配方法、相關(guān)零件的相關(guān)尺寸等,以便把產(chǎn)品分解為可獨(dú)立進(jìn)行裝配的“裝配單元”,方便地組織裝配生產(chǎn)的平行、流水作業(yè);對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)作結(jié)構(gòu)工藝性分析。發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)及時(shí)提出,并同有關(guān)工程技術(shù)人員商討圖樣修改方案,報(bào)主管領(lǐng)導(dǎo)審批。

2.確定裝配的組織形式

(1)固定式裝配。全部裝配工作都在固定工作地進(jìn)行,這種裝配方式稱作固定式裝配。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模,固定式裝配又可分為集中式固定裝配和分散式固定裝配。按集中式固定裝配形式裝配,整臺(tái)產(chǎn)品的所有裝配工作都由一個(gè)工人或一組工人在一個(gè)工作地集中完成。它的工藝特點(diǎn)是:裝配周期長(zhǎng),對(duì)工人技術(shù)水平要求高,工作地面積大。按分散式固定裝配形式裝配,整臺(tái)產(chǎn)品的裝配分為部裝和總裝,各部件的部裝和產(chǎn)品總裝分別由幾個(gè)或幾組工人同時(shí)在不同工作地分散完成。它的工藝特點(diǎn)是:產(chǎn)品的裝配周期短,裝配工作專業(yè)化程度較高。集中式固定裝配多用于單件小批生產(chǎn);在成批生產(chǎn)中裝配那些重量大、裝配精度要求較高的產(chǎn)品(例如車床、磨床)時(shí),有些工廠采用固定流水裝配形式進(jìn)行裝配,裝配工作地固定不動(dòng),裝配工人帶著工具沿著裝配線上一個(gè)個(gè)固定式裝配臺(tái)重復(fù)完成某一裝配工序的裝配工作。

(2)移動(dòng)式裝配。被裝配產(chǎn)品(或部件)不斷地從一個(gè)工作地移動(dòng)到另一個(gè)工作地,每個(gè)工作地重復(fù)地完成某一固定的裝配工作,這種裝配方式稱作移動(dòng)式裝配。移動(dòng)式裝配又有自由移動(dòng)式和強(qiáng)制移動(dòng)式兩種,前者適于在大批大量生產(chǎn)中裝配那些尺寸和重量都不大的產(chǎn)品或部件;強(qiáng)制移動(dòng)式裝配又可分為連續(xù)移動(dòng)和間歇移動(dòng)兩種方式,連續(xù)移動(dòng)式裝配不適于裝配那些裝配精度要求較高的產(chǎn)品。裝配組織形式的選擇主要取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(包括尺寸、重量和裝配精