機械精度設計與測量技術緒論

機械精度設計與測量技術■精度設計包括尺寸精度設計、形位精度設計和表面精度設計；■設計原則是互換性原則和經(jīng)濟性原則；■討論互換性為主的精度設計及其檢測原理和方法。緒論●明確本課程的性質和特點；●深刻理解精度設計的內(nèi)容和基本原則；●掌握互換性的概念、意義及其條件；●了解公差與配合標準和測量技術的發(fā)展概況；●了解優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系。提示：要求：1.1

概述（1）系統(tǒng)設計：運動學的設計，如傳動系統(tǒng)、位移、速度、加速度等，這些內(nèi)容主要由機械原理課程研究；（2）參數(shù)設計：確定產(chǎn)品各零件幾何要素的公稱值，以保證系統(tǒng)的能量轉換和工作壽命，如結構、強度、剛度、壽命等，這些內(nèi)容主要由機械設計課程研究?！鰴C械設計內(nèi)容

系統(tǒng)設計參數(shù)設計精度設計（3）精度設計：

依據(jù)對機械的靜態(tài)和動態(tài)精度的要求以及制造的經(jīng)濟性，確定零件幾何要素的允許誤差，也就是設計尺寸精度、形狀和位置精度以及表面粗糙度，并將它們正確地標注在零件圖和裝配圖上?！鰷y量技術基礎

講述零件幾何參數(shù)測量的基本知識、檢測原理和常用的檢測方法。1.2機械零件的幾何精度設計原則●互換性原則1.2.1互換性的定義

▲定義：互換性是指在同一規(guī)格的一批合格零件或部件中任取其中一件，不需要做任何的選擇、修配或調整就能裝配到整機上，并且能滿足機器或儀器的使用性能要求的特性。

也就是說：互換性是同一規(guī)格的零部件按規(guī)定要求制造，能夠彼此相互替換并且能保證使用要求的一種特性。

●經(jīng)濟性原則（1）不需要做任何的選擇、修配或調整就能裝配到整機上；（2）裝配后能滿足機器或儀器的使用性能的要求。※

互換性的兩個必要條件※怎樣保證零件不挑選、不修配、不調整就能順利地安裝到機器上,并保證達到預定的使用要求?※是否應該使這批零件的尺寸、形狀都保持一致,也就是說,將所有零件制造的沒有絲毫誤差呢?●只要使零件的尺寸、形狀充分近似,能滿足裝配和使用性能即可，即規(guī)定公差。零部件具有互換性，必須同時具備兩個條件，缺一不可：1、機械制造中互換性可分為兩類：●幾何參數(shù)的互換性●功能的互換性（1）幾何參數(shù)的互換性（狹義互換性）

機器的零部件只在幾何參數(shù)(如尺寸、形狀、位置和表面粗糙度)方面和保證零件尺寸配合要求方面充分近似所要達到的互換性。（2）功能的互換性（廣義互換性）

機器的零部件在各種性能方面都達到了互換性的要求，如幾何參數(shù)的精度、強度、剛度、硬度、使用壽命、抗腐蝕性、電導性等都能滿足機器的功能要求。1.2.2互換性的分類本課程只研究幾何參數(shù)方面的互換性2、互換性按其互換程度可分為：

完全互換(絕對互換)不完全互換(有限互換)(1)完全互換

▲定義：如果零件在裝配或更換時，不僅不需要選擇，而且不需要輔助加工與修配，則其互換性為完全互換。（2）不完全互換特點■零件的制造公差適當?shù)胤糯?，使之便于加工；■將零件按實際的尺寸大小分為若干組，使每組零件間實際尺寸的差別減小，裝配時按相應組進行；這樣，既能保證較高的裝配精度和使用要求，又能解決加工中的困難，從而降低成本；■組內(nèi)之間零件可以互換，組與組之間不可以互換，所以稱為不完全互換?！瓌t上，廠際之間的協(xié)作采用完全互換，廠內(nèi)生產(chǎn)的零部件的裝配可以采用不完全互換

對標準部件或機構來說，互換性又可分為外互換和內(nèi)互換?！鐾饣Q是指整個部件或機構與其相配件之間的互換性?！鰞?nèi)互換是指部件或機構內(nèi)部組成零件間的互換性。3、外互換和內(nèi)互換舉例：滾動軸承的內(nèi)互換、外互換滾動軸承與外部相配部件為外互換，采用完全互換。

軸承內(nèi)部零件為內(nèi)互換，因為其組成零件的精度要求高，加工困難。所以對零件分組裝配，采用不完全互換?！龌Q性生產(chǎn)原則和方式是隨著大批量生產(chǎn)而發(fā)展和完善起來的，它不僅在單一品種的大批量生產(chǎn)中廣為采用，而且已用于多品種、小批量生產(chǎn)中。■柔性生產(chǎn)系統(tǒng)(FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)對互換性的要求就越高、越嚴格。■互換性原則是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)中極為重要的技術經(jīng)濟原則。1.2.3互換性在機械行業(yè)中的作用●使用上：以新?lián)Q舊，方便維修，提高設備利用率和壽命；●制造上：專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)的基礎；●設計上：簡化制圖、計算工作，縮短設計周期。▲

作用

▲合理確定公差與正確進行檢測保證產(chǎn)品質量、實現(xiàn)互換性生產(chǎn)的兩個必不可少的條件和手段。1.2.4互換性生產(chǎn)的實現(xiàn)■將零件加工后的各幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）所產(chǎn)生的誤差控制在一定的設定范圍內(nèi)，就可以保證零件的使用功能，同時還能實現(xiàn)互換性?！隽慵缀螀?shù)這種允許的變動量稱為公差，它包括尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度等?！龉钍怯脕砜刂萍庸ぶ械恼`差以保證互換性的實現(xiàn)的?！鰩缀螀?shù)的公差標準是實現(xiàn)對零件誤差的控制和保證互換性的基礎?！鴻z驗是指確定零件的幾何參數(shù)是否在規(guī)定的極限范圍內(nèi)，并判斷其是否合格，而不一定得出被測量的具體數(shù)值；▲測量是將被測量與作為計量單位的標準量進行比較，以確定被測量的具體數(shù)值的過程?！鴻z測不僅用來評定產(chǎn)品的質量，而且用于分析產(chǎn)生不合格品的原因，以便及時調整生產(chǎn)，監(jiān)督工藝過程，預防廢品產(chǎn)生?！鴻z測包含檢驗與測量1、幾何量誤差

零件在加工過程中，由于各種因素的影響，故不可能做到絕對準確，加工后零件的幾何參數(shù)總是不可避免地會產(chǎn)生誤差。2、幾何量的誤差分類（1）尺寸誤差

工件加工后的實際尺寸與理想尺寸之差。（2）幾何形狀誤差

工件加工后除有尺寸誤差外，還會有幾何形狀誤差，一般可分為以下3種。1.3加工誤差和公差▲宏觀幾何形狀誤差

整個表面范圍內(nèi)的形狀誤差，一般由機床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)的誤差所造成。例如孔、軸橫截面的形狀應該是正圓形，如果加工實際形狀為橢圓形，這就是形狀誤差。▲微觀幾何形狀誤差

稱為表面粗糙度，它是指加工后，刀具在工件表面上留下的大量很微小的高低不平的波形，其波峰和波長都很小。▲表面波度

介于宏觀和微觀幾何形狀誤差之間的一種表面形狀誤差，一般由加工過程中的振動所引起，在其表面形成明顯的周期性波形，它的波峰和波長比表面粗糙度要大得多。這種誤差不是所有加工表面都有的，目前這種誤差尚無標準。（3）相互位置誤差

工件加工后，各表面或中心線的實際位置與理想位置的差值。

例如兩個表面之間的平行度、垂直度誤差，階梯軸的同軸度誤差等。表面粗糙度、波度與宏觀幾何形狀誤差■加工過程產(chǎn)生誤差，設計人員給定公差；■公差是允許工件尺寸、幾何形狀和相互位置的變動范圍，公差是保證互換性的基礎；■設計者的任務就在于正確地規(guī)定公差，并把它在圖樣上明確地標注出來；■在滿足功能要求的前提下，公差應盡量規(guī)定得大些，以方便制造和獲得最大經(jīng)濟效益。

※正確理解誤差、公差1.4.1標準和標準化1.4標準化和優(yōu)先數(shù)系■標準化是廣泛實現(xiàn)互換性生產(chǎn)的前提。■標準應以科學、技術和經(jīng)驗的綜合成果為基礎，以促進最

佳社會效益為目的1、標準

▲概念：標準是指為在一定的范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對活動或其結果規(guī)定共同的和重復使用的規(guī)則、導則或特性的文件。該文件經(jīng)協(xié)商一致制定并經(jīng)一個公認機構的批準?！鰳藴史譃閲覙藴省⑿袠I(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準?！霭凑諛藴驶瘜ο蟮奶匦裕瑯藴史譃榛A標準、產(chǎn)品標準、方法標準、衛(wèi)生標準、安全與環(huán)境保護標準等。■以標準化共性要求和前提條件為對象的標準稱為基礎標準，如計量標準、術語、符號、優(yōu)先數(shù)系、機械制圖、極限與配合、零件結構要素等?！霰菊n程主要涉及的是基礎標準。

▲概念：標準化是指在經(jīng)濟、技術、科學及管理等社會實踐中，對重復性事物和概念通過制定、發(fā)布和實施標準，達到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會效益的全部活動過程。2、標準化■標準化是以標準的形式來體現(xiàn)的。3、標準化的作用■組織現(xiàn)代化大生產(chǎn)的重要手段■實現(xiàn)專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)的必要的前提■科學管理的重要組成部分■聯(lián)系科研、設計、生產(chǎn)和使用等方面的紐帶，是使整個社會經(jīng)濟合理化的技術基礎■發(fā)展貿(mào)易、提高產(chǎn)品在國際市場上競爭能力的技術保證■對于加速發(fā)展國民經(jīng)濟、提高產(chǎn)品和工程建設質量、提高勞動生產(chǎn)率、搞好環(huán)境保護和安全衛(wèi)生以及改善人民生活等都有著重要的作用■1902年，英國倫敦出現(xiàn)最早的尺寸公差的極限表，是最早的公差制；■

1906年開始，英國、美國相繼頒布國家標準；德國標準DIN占有重要位置，采用了基孔制和基軸制；■

1926年成立國際標準化協(xié)會（ISA），1947年改名為國際標準化組織（ISO）；■舊中國標準混亂，沒有統(tǒng)一的公差標準。☆公差與配合標準發(fā)展概述■從1958年發(fā)布第一批120個國家標準起，至今已制定10000多個國家標準?！鲎?978年我國恢復為國際標準化組織（ISO）成員國以來，陸續(xù)修定了我國的各種標準，并以國際標準為基礎制定了新的公差標準，以向國際標準ISO靠攏?！霎斶x定一個數(shù)值作為某種產(chǎn)品的參數(shù)指標后，這個數(shù)值就會按照一定的規(guī)律向相關的制品、材料等的有關參數(shù)指標傳播擴散?！龉こ碳夹g上的參數(shù)數(shù)值，即使只有很小的差別，經(jīng)過反復傳播以后，也會造成尺寸規(guī)格的繁多雜亂，以致給組織生產(chǎn)、協(xié)作配套及使用、維修等帶來很大的困難，因此對于各種技術參數(shù)必須從全局出發(fā)，加以協(xié)調。■優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系標準是重要的基礎標準，是各種技術參數(shù)在工程上的協(xié)調、簡化和統(tǒng)一，是標準化的重要內(nèi)容。1.4.2優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系☆例如：造紙機械的規(guī)格和參數(shù)值會影響印刷機械、書刊、報紙、復印機、文件柜等的規(guī)格和參數(shù)值。

優(yōu)先數(shù)系的的由來

十九世紀末，法國工程師雷諾（CharlesRenard）對氣球使用的繩索的尺寸規(guī)格簡化進行研究，提出了簡化的數(shù)值系列，這些數(shù)值是等比數(shù)列，即每進5項數(shù)值增大10倍，所以q公比為（10的5次方根），得到各個系數(shù)為

這樣把400多種繩索尺寸規(guī)格簡化為17種。為了紀念雷諾的貢獻，把這個數(shù)系稱為R數(shù)系，也就是優(yōu)先數(shù)系。●各數(shù)列分別用符號R5、R10、R20、R40、R80表示，并分別稱為R5系列、R10系列、R20系列、R40系列、R80系列●

其中R5、R10、R20、R40這4個系列是優(yōu)先數(shù)系中的常用系列，也稱為基本系列?！駜?yōu)先數(shù)系中的任意一個項值稱為優(yōu)先數(shù)?！襁€有派生系列、復合系列。國家標準《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》(GB321—1980)規(guī)定優(yōu)先數(shù)系公比為：▲優(yōu)先數(shù)系由一些十進制等比數(shù)列構成▲代號為，公比為

即:1.61.251.121.061.03R5R10R20R40R5R10R20R40R5R10R20R401.01.61.01.251.602.001.001.121.251.401.601.802.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.54.02.503.154.002.242.502.803.153.554.004.502.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.756.3010.005.006.308.0010.005.005.606.307.108.009.0010.005.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00表1-1優(yōu)先數(shù)系的基本系列（1-10）(1)在同一系列中相鄰的兩項相對差均勻，疏密適中，而且運算方便，簡單易記；(2)在同一系列中優(yōu)先數(shù)(理論值)的積、商、整數(shù)冪等仍為該系列的優(yōu)先數(shù)；(3)優(yōu)先數(shù)可以向兩端延伸或中間插入，以滿足將來發(fā)展的需要。▲優(yōu)先數(shù)系的主要優(yōu)點■優(yōu)先數(shù)系在各項公差標準中得到了廣泛的應用，公差標準中的許多值都是按照優(yōu)先數(shù)選定的。1.5精度設計課程內(nèi)容的研究對象及任務●

建立互換性的基本概念，掌握各有關公差標準的基本內(nèi)容、特點和表格的使用，能根據(jù)零部件的使用要求，初步選用公差等級、配合種類、形位公差和表面粗糙度的參數(shù)值，并能進行正確標注。●建立技術測量的基本概念，了解常用測量方法和測量器具的工作原理，通過實踐，初步掌握測量操作技能，并能準確分析測量誤差與處理測量結果?！鰩缀尉仍O計原則是互換性原則和經(jīng)濟性原則?！隽悴考哂谢Q性必須同時滿足兩個條件，缺一不可：①裝配前不需挑選，不經(jīng)修理就能進行裝配；②裝配后能滿足使用性能要求。■本門課程所研究的互換性，主要是圍繞幾何量參數(shù)而進行的，根據(jù)不同的對象、不同的部門、不同的技術要求可采用完全互換或不完全互換?！龌Q性在設計、制造、使用、維修等方面都起著很大的作用。小結■幾何量誤差可分為尺寸誤差、幾何形狀誤差、相互位置誤差?！稣`差的產(chǎn)生是不可避免的，但必須控制在公差所規(guī)定的范圍內(nèi)?！龌Q性只有通過標準化來實現(xiàn)?！鲋贫ê拓?/p>