《機(jī)械制造工藝學(xué)（3D版）》 課件 第5、6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量、機(jī)械裝配工藝基礎(chǔ)

第5章機(jī)械加工表面質(zhì)量5.1表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響5.2影響表面粗糙度的工藝因素5.3影響加工表面物理機(jī)械性能的工藝因素5.4機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)5.5控制加工表面質(zhì)量的途徑5.1表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響5.1.1表面質(zhì)量的含義5.1.2表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響5.1.3表面的完整性5.1.1表面質(zhì)量的含義機(jī)械加工表面質(zhì)量是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后，在零件已加工表面上幾微米至幾百微米表層所產(chǎn)生的組織成分和理化性能的變化以及表面層微觀幾何形狀誤差。所以，機(jī)械加工表面質(zhì)量的主要內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面：1.表面的幾何形狀特征加工后的表面形狀，總是以“峰”、“谷”的形式偏離其理想光滑表面。按其偏離程度有宏觀微觀之分。一般包括表面粗糙度、表面波紋度和形狀誤差，可以按波距（波形起伏間距）λ來(lái)劃分，圖5-1零件實(shí)際表面輪廓的形狀和組成部分5.1.1表面質(zhì)量的含義表面幾何形狀特征主要由以下幾部分組成：(1)表面粗糙度即表面的微觀幾何形狀誤差。它是切削過(guò)程中，刀刃在被切削表面形成的凹凸不平的痕跡。(2)波度介于宏觀幾何形狀誤差和表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。它主要是由于加工過(guò)程中工藝系統(tǒng)的振動(dòng)所產(chǎn)生的。(3)紋理方向指表面刀紋的方向，取決于表面形成所采用的加工方法。一般運(yùn)動(dòng)副或密封件對(duì)紋理方向有要求。圖5-2繪出了各種加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注。(4)指在加工表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)的缺陷，如沙眼、氣孔、裂痕等。圖5-2加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注5.1.1表面質(zhì)量的含義2.表面層物理機(jī)械性能的變化表面層的金屬材料在切削加工時(shí)產(chǎn)生的物理、機(jī)械以及化學(xué)性質(zhì)的變化，主要有：(1)表面層加工硬化（冷作硬化）表面冷作硬化是由于機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使金屬的晶格被拉長(zhǎng)、扭曲，甚至破壞而引起的。其結(jié)果引起材料的強(qiáng)化，表面硬度提高，塑性降低，物理機(jī)械性能發(fā)生變化。另一方面，機(jī)械加工中產(chǎn)生的切削熱在一定條件下會(huì)使金屬在塑性變形中產(chǎn)生回復(fù)現(xiàn)象（已強(qiáng)化的金屬回復(fù)到正常狀態(tài)），使金屬失去冷作硬化中所得到的物理機(jī)械性能，因此，機(jī)械加工表面層的冷硬，是強(qiáng)化作用與回復(fù)作用綜合結(jié)果。5.1.1表面質(zhì)量的含義2.表面層物理機(jī)械性能的變化表面層的金屬材料在切削加工時(shí)產(chǎn)生的物理、機(jī)械以及化學(xué)性質(zhì)的變化，主要有：(2)表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力是指工件經(jīng)機(jī)械加工后，由于表面層組織發(fā)生形狀或組織變化導(dǎo)致在表面層與基體材料的交界處產(chǎn)生互相平衡的內(nèi)部應(yīng)力。表面殘余壓應(yīng)力可提高工件表面的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而殘余拉應(yīng)力則降低工件表面的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，且當(dāng)拉應(yīng)力值超過(guò)工件材料的疲勞強(qiáng)度極限值時(shí)，會(huì)使工件表面產(chǎn)生裂紋，加速工件損壞。5.1.1表面質(zhì)量的含義2.表面層物理機(jī)械性能的變化表面層的金屬材料在切削加工時(shí)產(chǎn)生的物理、機(jī)械以及化學(xué)性質(zhì)的變化，主要有：(3)表面層金相組織的改變對(duì)于一般的切削加工，切削熱大部分被切屑帶走，加工表面溫升不高，故對(duì)工件表面層的金相組織的影響不甚嚴(yán)重。而磨削時(shí)，磨粒在高速（一般是35m/s）下以很大的負(fù)前角切削薄層金屬，在工件表面引起很大的摩擦和塑性變形，其單位切削功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般切削加工。由于消耗的功率大部分轉(zhuǎn)化為磨削熱，其中約80%的熱量將傳給工件，所以磨削是一種典型的容易產(chǎn)生加工表面金相組織變化（磨削燒傷）的加工方法。磨削燒傷分為回火燒傷、淬火燒傷和退火燒傷，它們的特征是在工件表面呈現(xiàn)燒傷色，不同的燒傷色表明表面層具有不同的溫度與不同的燒傷深度。表面層燒傷將使零件的物理機(jī)械性能大為降低，使用壽命也可能成倍下降，因此工藝上必須采取措施，避免燒傷的出現(xiàn)。5.1.2表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能，如耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性和配合質(zhì)量等都有一定程度的影響。1.表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響(1)表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響零件的耐磨性主要與摩擦副的材料、熱處理情況和潤(rùn)滑條件有關(guān)，在這些條件已滿足的情況下。零件的表面質(zhì)量就起決定性作用。圖5-3所示的磨損曲線表示了零件磨損過(guò)程的三個(gè)階段：磨損開(kāi)始時(shí)比較明顯，稱(chēng)為初期磨損階段。經(jīng)過(guò)初期磨損之后，兩表面的接觸面積增大，磨損變緩，此時(shí)進(jìn)入磨損的第二階段，即正常磨損階段。正常磨損階段的磨損率基本保持不變。最后，磨損又突然加劇，導(dǎo)致零件不能正常工作，此階段成為急劇磨損階段。圖5-3磨損過(guò)程的三個(gè)階段5.1.2表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能，如耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性和配合質(zhì)量等都有一定程度的影響。1.表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響(2)冷作硬化對(duì)耐磨性的影響表面層的冷作硬化，一般能提高耐磨性。但過(guò)度冷作硬化會(huì)使金屬組織疏松，加劇磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋、剝落等。(3)表面紋理對(duì)耐磨性的影響表面紋理的形狀及刀紋方向?qū)δ湍バ缘挠绊?，紋理形狀及刀紋方向影響有效接觸面積與潤(rùn)滑液的存留。(4)表面層產(chǎn)生的金相組織變化零件耐磨性的影響金相組織的變化引起基體材料硬度的變化，進(jìn)而影響零件的耐磨性。5.1.2表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能，如耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性和配合質(zhì)量等都有一定程度的影響。2.表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響金屬受交變應(yīng)力作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往起源于零件表面和表面冷硬層，因此零件的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度影響很大。(1)表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞的能力就愈差。實(shí)驗(yàn)表明，減小表面粗糙度值可以使零件的疲勞強(qiáng)度有所提高。(2)殘余應(yīng)力、加工硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層存在的殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面層存在的殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。5.1.2表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能，如耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性和配合質(zhì)量等都有一定程度的影響。3.表面質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性的影響零件的耐腐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，越容易積聚腐蝕性介質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。殘余應(yīng)力使表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而拉應(yīng)力將降低耐腐蝕性。4.表面質(zhì)量對(duì)配合質(zhì)量的影響對(duì)于動(dòng)配合表面，如果粗糙度參數(shù)值過(guò)大，初期磨損就較嚴(yán)重，從而配合間隙增大，降底了配合精度。對(duì)于靜配合表面，裝配時(shí)表面粗糙度部分的凸峰會(huì)被擠平，使實(shí)際的配合過(guò)盈減少，降低了配合表面的結(jié)合強(qiáng)度。5.表面質(zhì)量對(duì)其他性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件的接觸剛度、結(jié)合面的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、密封性、光的反射與吸收、氣體和液體的流動(dòng)阻力均有一定程度的影響。5.1.3表面的完整性表面的完整性主要是反映表面層的性能，包括：(1)表面形貌主要包括表面粗糙度、表面波度和紋理。(2)表面缺陷主要是指加工表面上出現(xiàn)的宏觀裂紋、傷痕和腐蝕。(3)微觀組織和表面層的冶金化學(xué)性能主要包括微觀裂紋、微觀組織變化及晶間腐蝕等。(4)表面層物理力學(xué)性能主要包括表面層硬化深度和程度、表面層殘余應(yīng)力的大小、分布。(5)表面層的其他工程技術(shù)特征主要包括摩擦特性、光的反射率、導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性等。5.2影響表面粗糙度的工藝因素5.2.1影響切削加工表面粗糙度的工藝因素影響表面粗糙度的主要因素有幾何因素和物理因素兩個(gè)方面。1.幾何因素幾何因素主要是指刀具的幾何形狀和角度，特別是刀尖圓弧半徑rε和主偏角kr的影響，其次是進(jìn)給量f。圖5-6a表明主偏角kr副偏角kr′和進(jìn)給量f對(duì)粗糙度Rz的影響；圖5-6b表示刀尖圓弧半徑rε和進(jìn)給量f對(duì)加工表面殘留部分高度Rz的關(guān)系：a）b）圖5-6刀具幾何形狀和切削運(yùn)動(dòng)對(duì)表面粗糙度的影響5.2影響表面粗糙度的工藝因素5.2影響表面粗糙度的工藝因素2.物理因素（非幾何因素）切削加工后，表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀一般都與純幾何因素所形成的理想輪廓有較大的差別，這是由于存在著與被加工材料的性質(zhì)及切削機(jī)理有關(guān)的物理因素的緣故。在切削過(guò)程中刀具刃口圓角幾刀具后刀面的擠壓與摩擦使金屬材料產(chǎn)生塑性變形，使理想殘留面積擠壓或溝紋加深，因而增加了表面粗糙度。1)工件材料的影響2)切削速度的影響3)進(jìn)給量的影響4)其它因素的影響5.2影響表面粗糙度的工藝因素5.2.2影響磨削加工后表面粗糙度的工藝因素磨削加工與切削加工有許多不同之處。磨削加工表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇龅臒o(wú)數(shù)極細(xì)的溝槽形成的。單位面積上的刻痕越多，即通過(guò)單位面積上的磨粒越多，刻痕的等高性越好，則粗糙度值也就越小。1.砂輪粒度砂輪粒度越大，則砂輪單位面積上的磨粒數(shù)越多，在工件上的刻痕也密而細(xì)，所以，粗糙度值也越小。2.砂輪的修整用金剛石修正砂輪相當(dāng)于在砂輪上車(chē)出一道螺紋，修整導(dǎo)程和切深越小，修整出的砂輪越光滑，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影響表面粗糙度的工藝因素5.2.2影響磨削加工后表面粗糙度的工藝因素磨削加工與切削加工有許多不同之處。磨削加工表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇龅臒o(wú)數(shù)極細(xì)的溝槽形成的。單位面積上的刻痕越多，即通過(guò)單位面積上的磨粒越多，刻痕的等高性越好，則粗糙度值也就越小。3.砂輪速度提高砂輪速度可以增加在工件單位面積上的刻痕，同時(shí)塑性變形造成的隆起兩隨著砂輪速度的增大而下降，所以粗糙度值越小。4.磨削深度與工件速度增大磨削深度與工件速度，將增大塑性變形的程度，從而增大粗糙度值，通常，在磨削過(guò)程中開(kāi)始采用較大的磨削深度，以提高生產(chǎn)率，在最后采用較小的磨削深度或“無(wú)火花”磨削，以減小粗糙度。5.2影響表面粗糙度的工藝因素5.2.3改善表面粗糙度的方法1.光整加工2.研磨3.拋光4.珩磨5.3影響加工表面物理機(jī)械性能的工藝因素5.3.1表面層加工硬化1.加工硬化及其評(píng)價(jià)參數(shù)機(jī)械加工過(guò)程中，加工表面層由于受力的作用而產(chǎn)生塑性變形，使晶格間產(chǎn)生滑移、晶格嚴(yán)重扭曲、拉長(zhǎng)、纖維化以及破碎，從而引起表面層的強(qiáng)化和硬度的增加。這種現(xiàn)象稱(chēng)作冷作硬化現(xiàn)象。2.影響加工表面層冷作硬化程度的因素1)切削力切削力越大，塑性變形越大，硬化程度越大，硬化層深度越大。因此，大的進(jìn)給量、切削深度和小的刀具前角，會(huì)使得切削力增大，冷作硬化嚴(yán)重。2)切削溫度切削溫度越高，冷作硬化越小。3)切削速度當(dāng)切削速度很高時(shí)，變形速度很快，塑性變形將不充分，因此，硬化層深度和硬化程度都減小。5.3影響加工表面物理機(jī)械性能的工藝因素3.影響表層金屬殘余應(yīng)力的工藝因素影響表層金屬殘余應(yīng)力的主要因素有：刀具幾何參數(shù)、刀具磨損、切削用量以及工件材料等。(1)刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中對(duì)殘余應(yīng)力影響最大的是刀具前角。刀具前角由正變?yōu)樨?fù)時(shí)，表層殘余拉應(yīng)力逐漸減小。當(dāng)前角為較大負(fù)值且切削用量合適時(shí)，甚至可得到殘余壓應(yīng)力。(2)工件材料切削加工奧氏體不銹鋼等塑性材料時(shí)，加工表面易產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。切削灰鑄鐵等脆性材料時(shí)，加工表面易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。(3)刀具磨損刀具后刀面磨損值增大，使后刀面與加工表面摩擦增大，由熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力增強(qiáng)，使加工表面呈殘余拉應(yīng)力，并使殘余拉應(yīng)力層深度加大。(4)切削用量切削速度Vc和進(jìn)給量f對(duì)殘余應(yīng)力的影響較大。Vc增加，切削溫度升高，由切削溫度引起的熱應(yīng)力逐漸起主導(dǎo)作用，殘余應(yīng)力將增大，但殘余應(yīng)力層深度減小。進(jìn)給量f增加，殘余拉應(yīng)力增大，但壓應(yīng)力將向里層移動(dòng)。背吃刀量對(duì)殘余應(yīng)力的影響不顯著。5.3影響加工表面物理機(jī)械性能的工藝因素5.3.2表面殘余應(yīng)力在切削過(guò)程中，表面曾發(fā)生形狀變化和組織變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處，就會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性內(nèi)應(yīng)力，稱(chēng)之為表面層殘余應(yīng)力。1.表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因(1)冷態(tài)塑性變形的影響(2)熱態(tài)塑性變形的影響(3)金相組織變化的影響2.表面殘余應(yīng)力與疲勞裂紋當(dāng)殘余應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋，有的磨削裂紋也可能不在零件的外表面，而是在表面層下成為肉眼難于發(fā)現(xiàn)的缺陷。裂紋的方向常與磨削方向垂直，或成網(wǎng)狀，裂紋的產(chǎn)生常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。5.3影響加工表面物理機(jī)械性能的工藝因素5.3.3表面層金相組織的變化金相組織的變化主要受溫度的影響。磨削時(shí)由于磨削溫度較高，極易引起表面層的金相組織的變化和表面的氧化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成工件報(bào)廢。1.磨削燒傷淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式：(1)退火燒傷(2)淬火燒傷(3)回火燒傷2．防止磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故防止和抑制磨削燒傷有兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。具體工藝措施主要有以下幾個(gè)方面：(1)正確選擇砂輪(2)合理選擇磨削用量(3)改善冷卻條件圖5-10改善冷卻條件的方法a）內(nèi)冷卻砂輪b）開(kāi)槽砂輪1-錐形蓋2-切削液通孔3-砂輪中心腔4-開(kāi)孔薄壁套5.4機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，即刀具與工件之間產(chǎn)生周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種附加在正常切削運(yùn)動(dòng)上的周期性運(yùn)動(dòng)，會(huì)破壞工件與刀具之間的正常的運(yùn)動(dòng)軌跡，使加工表面產(chǎn)生振痕，將嚴(yán)重影響零件的表面質(zhì)量和使用性能。動(dòng)態(tài)交變載荷使刀具極易磨損（甚至崩刃），機(jī)床連接特性遭到破壞，縮短了刀具和機(jī)床的使用壽命。當(dāng)振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，使加工過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。為了減少振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，而使生產(chǎn)率下降。各種切削和磨削過(guò)程都可能發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)速度高、金屬切除率大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的振動(dòng)。5.4.1工藝系統(tǒng)中振動(dòng)的分類(lèi)1.自由振動(dòng)2.強(qiáng)迫振動(dòng)（受迫振動(dòng)）3.自激振動(dòng)（顫振、自振）5.4機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)5.4.2強(qiáng)迫振動(dòng)1.強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因1)由外力所引起的機(jī)床振動(dòng)2)機(jī)床傳動(dòng)部分的缺陷所引起的振動(dòng)3)高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡4)由于加工面斷續(xù)造成沖擊，切削力周期變化而引起的振動(dòng)。2.減少或消除強(qiáng)迫振動(dòng)的工藝措施1)減少激振力2)調(diào)節(jié)振源頻率3)提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性4)隔振5.4機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)5.4.3自激振動(dòng)1.自激振動(dòng)特征2.自激系統(tǒng)的控制圖5-11自激振動(dòng)系統(tǒng)框圖自激振動(dòng)主要受切削過(guò)程中的工藝系統(tǒng)內(nèi)部因素的影響。主要影響因素有切削用量、刀具幾何參數(shù)和切削過(guò)程中的阻尼等。通過(guò)合理控制這些因素，就能減小或消除自激振動(dòng)。5.4機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)3.減輕或消除自激振動(dòng)的工藝措施1)合理選擇與切削過(guò)程有關(guān)的參數(shù)①合理選擇切削用量②合理選擇刀具的幾何參數(shù)2)提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性①提高機(jī)床的抗振性②提高刀具的抗振性③提高工件安裝時(shí)的剛性3)使用減震器裝置5.5控制加工表面質(zhì)量的途徑5.5.1減小殘余拉應(yīng)力，防止磨削燒傷和磨削裂紋的工藝途徑對(duì)零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要問(wèn)題。解決的原則：一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。1.選擇合理的磨削參數(shù)2.選擇有效的冷卻方法5.5.2采用冷壓強(qiáng)化工藝對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以來(lái)用噴丸、液壓、擠壓等表面強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷硬層并降低表面粗糙度值，從而提高耐疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。1.噴丸2.滾壓5.5控制加工表面質(zhì)量的途徑5.5.3采用精密和光整加工工藝1.精密加工工藝加工工藝方法有高速精鏜、高速精車(chē)、寬刃精刨和細(xì)密磨削等。2.

光整加工工藝加工是用粒度很細(xì)的磨料對(duì)工件表面進(jìn)行微量切削和擠壓、擦光的過(guò)程。第6章機(jī)械裝配工藝基礎(chǔ)6.1裝配工藝的概念6.2機(jī)器的裝配精度6.3裝配尺寸鏈6.4保證裝配精度的方法6.5機(jī)器裝配的自動(dòng)化6.6數(shù)字化裝配6.1裝配工藝的概念6.1.1機(jī)器的組成和裝配系統(tǒng)圖6.1.2裝配工藝規(guī)程的制訂6.1.1機(jī)器的組成和裝配系統(tǒng)圖組成機(jī)器的最小單元是零件，無(wú)論如何復(fù)雜的機(jī)器都是由許多零件構(gòu)成的。為了保證有效地進(jìn)行裝配工作，通常將機(jī)器劃分成若干部件、組件、套件等能獨(dú)立進(jìn)行裝配的裝配單元。1.套件在一個(gè)基準(zhǔn)零件上，裝上一個(gè)或若干個(gè)零件就構(gòu)成了一個(gè)套件，它是最小的裝配單元，每個(gè)套件只有一個(gè)基準(zhǔn)零件，它的作用是聯(lián)接相關(guān)零件和確定各零件的相對(duì)位置。為套件而進(jìn)行的裝配工作稱(chēng)為套裝。6.1.1機(jī)器的組成和裝配系統(tǒng)圖組成機(jī)器的最小單元是零件，無(wú)論如何復(fù)雜的機(jī)器都是由許多零件構(gòu)成的。為了保證有效地進(jìn)行裝配工作，通常將機(jī)器劃分成若干部件、組件、套件等能獨(dú)立進(jìn)行裝配的裝配單元。2.組件在一個(gè)基準(zhǔn)零件上，裝上一個(gè)或若干個(gè)套件和零件就構(gòu)成一個(gè)組件，每個(gè)組件只有一個(gè)基準(zhǔn)零件，它聯(lián)接相關(guān)零件和套件，并確定它們的相對(duì)位置。為形成組件而進(jìn)行的裝配工作稱(chēng)之為組裝。6.1.1機(jī)器的組成和裝配系統(tǒng)圖組成機(jī)器的最小單元是零件，無(wú)論如何復(fù)雜的機(jī)器都是由許多零件構(gòu)成的。為了保證有效地進(jìn)行裝配工作，通常將機(jī)器劃分成若干部件、組件、套件等能獨(dú)立進(jìn)行裝配的裝配單元。3.部件在一個(gè)基準(zhǔn)零件上，裝上若干個(gè)組件、套件和零件就構(gòu)成部件，同樣，一個(gè)部件只能有一個(gè)基準(zhǔn)零件，由它來(lái)聯(lián)接各個(gè)組件、套件和零件，并確定它們之間的相對(duì)位置。6.1.1機(jī)器的組成和裝配系統(tǒng)圖組成機(jī)器的最小單元是零件，無(wú)論如何復(fù)雜的機(jī)器都是由許多零件構(gòu)成的。為了保證有效地進(jìn)行裝配工作，通常將機(jī)器劃分成若干部件、組件、套件等能獨(dú)立進(jìn)行裝配的裝配單元。4.機(jī)器在一個(gè)基準(zhǔn)零件上，裝上若干個(gè)部件、組件、套件和零件就成為機(jī)器。同樣，一臺(tái)機(jī)器只能有一個(gè)基準(zhǔn)零件，其作用與上述相同。為形成機(jī)器而進(jìn)行的裝配工作，稱(chēng)之為總裝。6.1.2裝配工藝規(guī)程的制訂1.裝配工藝規(guī)程概念及意義1)概念用表格的形式,把裝配內(nèi)容,裝配方法及順序,檢驗(yàn),試驗(yàn)等內(nèi)容書(shū)寫(xiě)出來(lái),并成為指導(dǎo)裝配工作,處理裝配工作中存在問(wèn)題的依據(jù)。這一工藝文件,就稱(chēng)為裝配工藝規(guī)程。2)意義裝配工藝規(guī)程對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量及裝配工作總結(jié),具有重要的意義。6.1.2裝配工藝規(guī)程的制訂2.制訂裝配工藝規(guī)程的原則在制訂裝配工藝規(guī)程時(shí)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：1)保證產(chǎn)品的質(zhì)量2)滿足裝配周期的要求3)

減少手工裝配勞動(dòng)量4)

降低裝配成本6.1.2裝配工藝規(guī)程的制訂3.制訂裝配工藝規(guī)程的原始資料1)產(chǎn)品圖紙及技術(shù)性能要求2)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)3)生產(chǎn)條件6.1.2裝配工藝規(guī)程的制訂4.裝配工藝規(guī)程的內(nèi)容及制訂步驟1)產(chǎn)品圖紙分析2)

確定裝配的組織形式3)

確定裝配順序①先基準(zhǔn)、重大件的裝配，以保證裝配過(guò)程的穩(wěn)定性。②先復(fù)雜件、精密件和難裝配件的裝配，以保證裝配順利進(jìn)行。③先進(jìn)行易破壞以后裝配質(zhì)量的工作，如沖擊性質(zhì)的裝配、壓力裝配和加熱裝配。④集中安排使用相同設(shè)備及工藝裝備的工作和有共同特殊裝配環(huán)境的裝配。⑤處于基準(zhǔn)件同一方位的裝配應(yīng)盡可能集中進(jìn)行。⑥為了清晰表示裝配順序，常用裝配系統(tǒng)圖表示裝配順序。6.1.2裝配工藝規(guī)程的制訂4.裝配工藝規(guī)程的內(nèi)容及制訂步驟4)

選擇裝配方法裝配方法主要是根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其精度要求等來(lái)選擇。5)

編制裝配工藝文件裝配工藝文件主要有裝配工藝過(guò)程卡片、裝配工序卡片、檢驗(yàn)和試車(chē)卡片等。6.2機(jī)器的裝配精度6.2.1裝配精度的內(nèi)容1.幾何精度幾何精度反映了裝配中各有關(guān)零件的尺寸、配合性質(zhì)和相互位置關(guān)系。幾何精度又是機(jī)器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度的基礎(chǔ)。因此，機(jī)器裝配的首要任務(wù)就是保證幾何精度。圖6-7普通臥式車(chē)床裝配尺寸精度6.2機(jī)器的裝配精度6.2.1裝配精度的內(nèi)容2.運(yùn)動(dòng)精度運(yùn)動(dòng)精度包括零、部件間的回轉(zhuǎn)精度、直線運(yùn)動(dòng)精度和傳動(dòng)精度。運(yùn)動(dòng)方向上：直線度、平行度、垂直度；運(yùn)動(dòng)位置上（傳動(dòng)精度）：內(nèi)傳動(dòng)鏈中始末兩傳動(dòng)元件間的相對(duì)傳動(dòng)精度6.2機(jī)器的裝配精度6.2.2影響裝配精度的因素1.零件的加工精度2.零件之間的配合要求和接觸質(zhì)量3.力、熱、內(nèi)應(yīng)力等所引起的零件變形4.旋轉(zhuǎn)零件的不平衡圖6-9直齒輪、斜齒輪及蝸輪蝸桿嚙合時(shí)齒面接觸區(qū)域6.2機(jī)器的裝配精度6.2.3零件精度和裝配精度的關(guān)系零件的精度和機(jī)器的裝配精度有著密切的關(guān)系。機(jī)器中有些裝配精度往往只和一個(gè)零件有關(guān)，要保證該項(xiàng)裝配精度只要保證該零件的精度即可，俗稱(chēng)“單件自保"，這種情況比較簡(jiǎn)單。而有些裝配精度則和幾個(gè)零件有關(guān)，要保證該項(xiàng)裝配精度則必須同時(shí)保證這些零件的相關(guān)精度，這種情況比較復(fù)雜，涉及尺寸鏈問(wèn)題，要用裝配尺寸鏈來(lái)解決。6.3裝配尺寸鏈6.3.1裝配尺寸鏈概念及形式1.裝配尺寸鏈概念裝配尺寸鏈?zhǔn)且阅稠?xiàng)裝配精度指標(biāo)（或裝配要求）作為封閉環(huán)，查找所有與該項(xiàng)精度指標(biāo)（或裝配要求）有關(guān)零件的尺寸（或位置要求）作為組成環(huán)而形成的尺寸鏈。6.3裝配尺寸鏈2.裝配尺寸鏈的基本形式根據(jù)尺寸鏈中各組成環(huán)尺寸的幾何特征及相互關(guān)系，裝配尺寸鏈分為以下幾種：1)裝配尺寸鏈按照各環(huán)的幾何特征和所處空間位置分為直線尺寸鏈（圖6-l2）、平面尺寸鏈（圖6-13）和空間尺寸鏈。2)裝配尺寸鏈又可分為長(zhǎng)度尺寸鏈和角度尺寸鏈。6.3裝配尺寸鏈6.3.2裝配尺寸鏈的建立裝配尺寸鏈的建立就是在裝配圖上，根據(jù)裝配精度的要求，找出與該項(xiàng)精度有關(guān)的零件及其有關(guān)的尺寸，最后畫(huà)出相應(yīng)的尺寸鏈線圖。通常稱(chēng)與該項(xiàng)精度有關(guān)的零件為相關(guān)零件，零件上有關(guān)的尺寸稱(chēng)為相關(guān)尺寸。裝配尺寸鏈的建立是解決裝配精度問(wèn)題的第一步，只有當(dāng)所建立起來(lái)的尺寸鏈正確時(shí)，求解尺寸鏈才有意義，因此在裝配尺寸鏈中，如何正確地建立尺寸鏈，是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。6.3裝配尺寸鏈6.3.2裝配尺寸鏈的建立1.長(zhǎng)度尺寸鏈的建立方法1)確定封閉環(huán)2)查找組成環(huán)3)畫(huà)出尺寸鏈線圖6.3裝配尺寸鏈在建立裝配尺寸鏈的過(guò)程中，會(huì)碰到以下一些問(wèn)題，值得注意。1)封閉的原則尺寸鏈的封閉環(huán)和組成環(huán)一定要構(gòu)成一個(gè)封閉的環(huán)鏈，在查找組成環(huán)時(shí)，從封閉環(huán)出發(fā)尋找相關(guān)零件，最后回到封閉環(huán)。2)最短的原則裝配尺寸鏈應(yīng)力求組成環(huán)最少，以便于保證裝配精度。因要使組成環(huán)數(shù)最少，就要注意相關(guān)零件的判別和裝配尺寸鏈中的工藝尺寸鏈。3)增減環(huán)的判別尺寸鏈中的組成環(huán)，其增減環(huán)判別的原則是：當(dāng)其他組成環(huán)尺寸不變時(shí)，該組成環(huán)的尺寸增加使封閉環(huán)的尺寸也增加的環(huán)為增環(huán)；該組成環(huán)的尺寸增加使封閉環(huán)的尺寸減小的環(huán)為減環(huán)。6.4保證裝配精度的方法選擇裝配方法的實(shí)質(zhì)，就是在滿足裝配精度要求的條件下選擇相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理的解尺寸鏈的方法。在生產(chǎn)中常用的保證裝配精度的方法有：互換裝配法、分組裝配法、修配裝配法和調(diào)整裝配法。6.4.1互換裝配法按互換程度的不同，互換裝配法分為完全互換裝配法和不完全互換裝配法。1.完全互換裝配法（極值法）合格的零件在進(jìn)入裝配時(shí)，不經(jīng)任何選擇、調(diào)整和修配，就可達(dá)到所要求的裝配精度，稱(chēng)之為完全互換法。由于合格的零件是有公差的，因此在用完全互換法時(shí)，當(dāng)所有零件的相關(guān)尺寸都出現(xiàn)極限尺寸時(shí)，仍應(yīng)能進(jìn)行裝配并保證裝配精度。從尺寸鏈的角度，即當(dāng)所有增環(huán)出現(xiàn)最大值，所有減環(huán)出現(xiàn)最小值，或當(dāng)所有增環(huán)出現(xiàn)最小值，所有減環(huán)出現(xiàn)最大值，也應(yīng)能達(dá)到裝配精度。由此可知，完全互換法就是用極值法來(lái)求解尺寸鏈。6.4保證裝配精度的方法1)正面問(wèn)題解正面問(wèn)題是已知各組成環(huán)的尺寸和公差，求封閉環(huán)的尺寸和公差，這類(lèi)問(wèn)題多出現(xiàn)在裝配工作和檢驗(yàn)工作中，以校驗(yàn)產(chǎn)品裝配時(shí)能否合格。例6-1圖6-22所示結(jié)構(gòu)為一個(gè)四環(huán)裝配尺寸鏈，封閉環(huán)A0為裝配所要求的間隙。現(xiàn)已知：

mm，

mm，

mm，求封閉環(huán)的尺寸和上下偏差。6.4保證裝配精度的方法圖6-22完全互換法裝配尺寸鏈舉例6.4保證裝配精度的方法6.4保證裝配精度的方法2)反面問(wèn)題和中間問(wèn)題解反面問(wèn)題是已知封閉環(huán)的尺寸和公差，求各組成環(huán)的尺寸和公差。這類(lèi)問(wèn)題多出現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中，即已知裝配精度要求，要設(shè)計(jì)各相關(guān)零件的相關(guān)尺寸和公差，由于這時(shí)只有一個(gè)已知數(shù)，卻要求解多個(gè)未知數(shù)，因此多采用設(shè)定一些組成環(huán)的尺寸和公差，只留一個(gè)組成環(huán)作為未知數(shù)來(lái)求解，這種方法稱(chēng)之為解中間問(wèn)題，即已知封閉環(huán)和部分組成環(huán)的尺寸和公差，求其余組成環(huán)的尺寸和公差。許多反面問(wèn)題多是轉(zhuǎn)化為中間問(wèn)題來(lái)求解的。反面問(wèn)題求解時(shí)要增加一些條件來(lái)減少未知數(shù)，因此可以有三種方法，即設(shè)定各組成環(huán)公差相等的等公差法、設(shè)定各組成環(huán)精度相同的等精度法和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)法。6.4保證裝配精度的方法6.4保證裝配精度的方法b.選擇協(xié)調(diào)環(huán)選擇最易于加工和測(cè)量的組成環(huán)作為協(xié)調(diào)環(huán)，在此尺寸鏈中，選擇齒輪A3作為協(xié)調(diào)環(huán)。c.確定其余各組成環(huán)極限偏差按最大實(shí)體原則確定其余各組成環(huán)極限偏差。A1、A2為內(nèi)尺寸按基孔制確定其極限偏差：

，

mm。6.4保證裝配精度的方法d.計(jì)算協(xié)調(diào)環(huán)公差和極限偏差協(xié)調(diào)環(huán)A3的極限偏差為EI3=ES1+ES2-ES0=(0.039+0.033-0.12)mm=-0.048mmES3=EI1+EI2-EI0=(0+0-0)mm=0mm可知組成環(huán)A3=顯然，由于零件尺寸大小不同，加工難易程度各異，用等公差法是不合理的，從而出現(xiàn)了等精度法。②等精度法用等精度法求解尺寸鏈的反面問(wèn)題比較復(fù)雜，這種方法是設(shè)定各組成環(huán)的精度相等。

下略6.4保證裝配精度的方法完全互換法的特點(diǎn)是：零件可以互換，裝配方便容易，工人技術(shù)水平要求不高，裝配生產(chǎn)率高，裝配時(shí)間穩(wěn)定，易于組織裝配流水線，企業(yè)之間的協(xié)作與備品問(wèn)題也易于解決。由于完全互換法是用極值法求解，封閉環(huán)公差等于各組成環(huán)公差之和，因此對(duì)于高精度的多環(huán)尺寸鏈，組成環(huán)的精度比較高，甚至使加工發(fā)生困難，因此完全互換法多用于精度不是太高的短環(huán)尺寸鏈。6.4保證裝配精度的方法2.不完全互換法（統(tǒng)計(jì)法）用極值法來(lái)求解裝配尺寸鏈時(shí)，所有零件同時(shí)出現(xiàn)極值的概率是很小的，而所有增環(huán)出現(xiàn)最大值，所有減環(huán)出現(xiàn)最小值，或所有增環(huán)出現(xiàn)最小值，所有減環(huán)出現(xiàn)最大值的概率就更小，因此可以不考慮出現(xiàn)極值的情況，而將組成環(huán)的公差適當(dāng)加大，這樣在裝配時(shí)就可能出現(xiàn)不能完全互換的情況，產(chǎn)生裝不上或裝配精度不合格等現(xiàn)象，這就是裝配中的部分互換法，或稱(chēng)不完全互換法。6.4保證裝配精度的方法6.4.2分組法分組法又稱(chēng)分組互換法或選擇裝配法。當(dāng)封閉環(huán)的精度要求很高，用完全互換法和不完全互換法來(lái)解時(shí)，組成環(huán)的公差非常小，使加工十分困難甚至不可能，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)。這時(shí)可將全部組成環(huán)的公差擴(kuò)大3~6倍，使組成環(huán)能夠按經(jīng)濟(jì)公差加工，然后再將各組成環(huán)按原公差大小分組，并按相應(yīng)組進(jìn)行裝配，這就是分組法。6.4保證裝配精度的方法采用分組法時(shí)，必須保證各組的配合精度和配合性質(zhì)與原來(lái)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，增大的倍數(shù)就是以后的分組數(shù)。6.4保證裝配精度的方法6.4.3修配法在封閉環(huán)精度要求較高的裝配尺寸鏈中，特別是組成環(huán)數(shù)較多的尺寸鏈,用互換法來(lái)裝配，由于組成環(huán)公差很小,會(huì)增加機(jī)械加工的難度，同時(shí)提高了成本。另外，在單件小批或中批生產(chǎn)中，由于產(chǎn)量不大,也不必要用互換法來(lái)裝配。這時(shí)可采用修配法來(lái)裝配。6.4保證裝配精度的方法1.基本方法先將各組成環(huán)的尺寸按可能的經(jīng)濟(jì)公差制造，選定一個(gè)組成環(huán)為修配環(huán)，在裝配時(shí)通過(guò)就地修配該環(huán)以達(dá)到裝配精度。由于這種方法的生產(chǎn)效率較低，因此適用于單件小批生產(chǎn)、裝配精度要求較高的場(chǎng)合。采用修配法裝配時(shí)，修配環(huán)的修配加工是保證裝配精度的最終環(huán)節(jié)。因此，在尺寸鏈計(jì)算中，必須保證修配環(huán)在裝配時(shí)有足夠的修配量且修配量最小。即在其余各組成環(huán)極限偏差累計(jì)使修配環(huán)尺寸最大時(shí)，在保證裝配精度的前提下，使修配環(huán)的修配量為零。在其余組成環(huán)各極限偏差累計(jì)使修配環(huán)尺寸最小時(shí)，在保證裝配精度的前提下，使修配環(huán)的修配量最小。6.4保證裝配精度的方法2.尺寸鏈解算步驟已知：封閉環(huán)尺寸及各組成環(huán)的基本尺寸；求：各組成環(huán)的尺寸公差及偏差解算：1）選擇修配環(huán)。修配環(huán)應(yīng)選擇易于修配的零件尺寸；2）按經(jīng)濟(jì)精度確定各組成環(huán)公差；3）按入體原則確定除修配環(huán)以外的各組成環(huán)尺寸偏差；4）計(jì)算修配環(huán)的尺寸和偏差。3.最大修配量最大修配量為根據(jù)放大公差后的組成環(huán)計(jì)算出的實(shí)際封閉環(huán)的公差與要求的封閉環(huán)公差之差。如果必須修配，再加上最小修配量。最大修配量影響修配的勞動(dòng)量，應(yīng)盡量小。6.4保證裝配精度的方法圖6-18普通車(chē)床前后頂尖等高裝配尺寸鏈6.4保證裝配精度的方法例6-5圖6-l8所示是一臺(tái)普通車(chē)床的前后頂尖等高的裝配尺寸鏈，在生產(chǎn)中簡(jiǎn)化為一個(gè)四環(huán)尺寸鏈，已知只允許后頂尖高。A2=30mm，A3=130mm，A1=160,若用完全互換法和不完全互換法來(lái)求解，零部件的加工精度都難以保證，由于機(jī)床多為成批生產(chǎn)，故采用修配法來(lái)裝配。用修配法來(lái)裝配時(shí)，有組成環(huán)尺寸公差的確定、修配環(huán)的選擇、修配環(huán)基本尺寸的確定和修配環(huán)的計(jì)算等幾個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)結(jié)合圖6-18所示的裝配尺寸鏈來(lái)說(shuō)明。1)選擇修配環(huán)要從裝配時(shí)便于修配來(lái)考慮，顯然，在這些組成環(huán)中，尾架底板最便于在裝配時(shí)修配加工，故選A2為修配環(huán)。2)確定各組成環(huán)公差根據(jù)各組成環(huán)尺寸大小和加工難易程度確定：T1=T2=T3=0.2mm。3)確定除修配環(huán)外各組成環(huán)偏差由于主軸箱前頂尖至底面的尺寸為距離尺寸，取雙向公差，確定為：A1=160土0.1mm。同理，確定尾架頂尖至底面的尺寸公差為A3=130±0.1mm。4)計(jì)算修配環(huán)的尺寸及偏差由于修配A2使封閉環(huán)減小，因此,修配環(huán)A2的最小極限尺寸為當(dāng)尺寸鏈中增環(huán)A3出現(xiàn)最小值，減環(huán)A1出現(xiàn)最大值，在保證封閉環(huán)最小的前提下計(jì)算出的修配環(huán)尺寸。6.4保證裝配精度的方法修配環(huán)A2的尺寸為：最大修配量△max出現(xiàn)在尺寸鏈中增環(huán)A3出現(xiàn)最大值，減環(huán)A1出現(xiàn)最小值，修配環(huán)出現(xiàn)最大值，在保證封閉環(huán)最大時(shí)計(jì)算出的修配量。△max==5)校核修配環(huán)的最大修配量最大修配量為根據(jù)放大公差后的組成環(huán)計(jì)算出的實(shí)際封閉環(huán)的公差與要求的封閉環(huán)公差之差。即實(shí)際組成環(huán)公差之和減去封閉環(huán)公差?！鱩ax=按此法計(jì)算出的修配環(huán)最小修配量為0，最大修配量為0.54mm。如果必須修配，修配環(huán)的最小極限尺寸還應(yīng)加上最小修配量。6.4保證裝配精度的方法6.4.4調(diào)整法當(dāng)裝配精度較高，組成環(huán)數(shù)較多，大批量生產(chǎn)時(shí)，可采用調(diào)整法裝配。調(diào)整法有固定調(diào)整法和可動(dòng)調(diào)整法兩種。1.固定調(diào)整法固定調(diào)整法就是按經(jīng)濟(jì)精度加工除組成環(huán)外的其他組成環(huán)零件。由于組成環(huán)公差放大，其實(shí)際封閉環(huán)公差大于裝配精度，因此，需制造不同