任务1 了解互换性与公差基础知识

【任务目标】

知识目标：（1）了解互换性、标准及标准化的基本概念；

（2）了解加工精度、加工误差的基本概念；

（3）理解几何误差、公差的基本概念。

【任务分析】

在现代工业生产中常采用专业化的协作生产，即用分散制造、集中装配的办法来提高生产率，保证产品质量和降低成本。要实行专业化生产，保证产品具有互换性，必须采用互换性生产原则，而保证产品具有互换性的前提是产品的精度必须控制在合理的公差范围之内。本任务主要介绍互换性及公差的概念，以及加工精度与加工误差的相关内容。

【知识准备】

一、互换性的定义及分类

（一）互换性的概念

互换性是现代化生产的一个重要技术原则，从广义上来说，它是一种产品、过程或服务代替另一产品、过程或服务，且能满足同样要求的能力。在现代制造业中，互换性是指对同一规格的一批零件或部件，从中任意取出一件，不需再经任何挑选、调整或者利用钳工修配等其他方式进行修配，从而可以完成装配，并且能够满足机械产品使用性能要求的一种特性。我们将具有这种技术特性的一批零件或部件称为具有互换性的零件或部件。

日常生活中，灯泡坏了，只要换上相同规格的新灯泡就能正常使用；若机器上缺损螺钉，则重新装上一个相同规格的新螺钉；电视机、自行车、钟表中的零件损坏了，换一个同样规格的新零件也可以达到其使用功能要求，这些都是互换性的体现。图1-1-1所示为具有互换性的零件。

互换性的作用主要体现在以下三个方面：

（1）设计方面：可以最大限度地采用标准件、通用件和标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。

（2）制造方面：有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，以及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。

（3）使用维护方面：减少了机器使用维护的时间和费用，提高了机器的使用价值。

（二）互换性的分类

互换性按其互换程度和范围的不同分为完全互换性和不完全互换性两种，见表1-1-1。

选择哪种互换方式，需要根据产品精度、产品复杂程度、生产规模、设备条件及技术水平等实际情况进行选择。不完全互换性应用于高精度或超高精度、小批量或单件生产。

当装配精度要求较高时，采用完全互换将使零件制造精度要求很高，难以加工，成本增高。这时，可以根据生产批量、精度要求、结构特点等具体条件，或者采用分组互换法，或者采用调整互换法，或者采用修配互换法，这样做既可保证装配精度和使用要求，又能适当地放宽加工公差，减小零件加工难度，降低成本。

（三）互换性的内容

互换性通常包括几何参数互换、机械性能互换、理化性能互换（如化学成分、导电性等）等。

（1）几何参数互换：包括尺寸、形状、方向、位置、跳动、表面微观形状误差的互换性。

（2）机械性能互换：如强度、硬度等的互换性。

（3）理化性能互换：如化学成分、导电性等的互换性。

二、加工精度与加工误差

（一）加工精度

所谓加工精度是指零件加工后的几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）与理想零件几何参数相符合的程度。加工精度包括如下三个方面：

（1）尺寸精度：限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围。

（2）几何形状精度：限制加工表面的宏观几何形状误差，如：圆度、圆柱度、平面度、直线度等。

（3）相互位置精度：限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。

在机械加工中，误差是不可避免的，但误差必须控制在允许的范围内。通过误差分析，掌握其变化的基本规律，从而采取相应的措施减少加工误差，提高加工精度。

（二）加工误差

加工误差是指实际几何参数对其设计理想值的偏离程度。

机械加工误差主要有以下几类：

（1）尺寸误差：是指零件加工后的实际尺寸对理想尺寸的偏离程度。

（2）形状误差：是指零件加工后的实际表面形状对于理想形状的差异（或偏离程度），如圆度、直线度。

（3）位置误差：是指零件加工后的表面、轴线或对称平面之间的相互位置对于理想位置的差异（或偏离程度），如同轴度、位置度等。

（4）表面微观不平度：是指加工后的零件表面上由较小间距和峰谷所组成的微观几何形状误差。零件表面微观不平度用表面粗糙度的评定参数值表示。

在生产实际中，加工误差是由工艺系统的诸多因素所造成的，如机床的制造误差、刀具的几何误差、夹具的几何误差、定位误差、工艺系统受力和受热变形产生的误差、测量误差、调整误差、毛坯的几何误差等。

任何加工和测量都不可避免地存在误差，加工误差的大小反映了加工精度的高低，加工误差越小，加工精度越高。为保证产品及其零部件的使用要求，必须将加工误差控制在一定的范围，只要将零部件的加工误差控制在规定的范围内，就能满足互换性的要求。

三、标准与标准化

（一）标准

1．标准的定义

标准是指对需要协调统一的重复性事物（如产品、零部件等）和概念（如术语、规则、方法、代号、量值等）所做的统一规定。它是以科学技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，经主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。

2．标准的分类

按照标准的适用领域和有效范围的不同，可将标准划分为不同的层次，这种层次关系，通常称为标准的级别，见表1-1-2。

（1）按使用范围可以分为国际标准、区域标准、国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。

（2）按标准化对象的特征可以分为基础标准、产品标准、方法标准和安全、卫生与环境保护标准等。

（3）按标准的性质可以分为技术标准、工作标准和管理标准。

标准对于改进产品质量、缩短产品生产制造周期、开发新产品和协作配套、提高经济效益、发展市场经济和对外贸易等有着重要的意义。

（二）标准化

1．标准化的定义

为适应科学发展和组织生产的需要，在产品质量、品种规格、零部件通用等方面规定统一的技术标准，叫标准化。标准化可分为国际或全国范围的标准化及工业部门的标准化。

2．标准化的工作

标准化的工作包括制定标准、发布标准、组织实施标准和对标准的实施进行监督的全部活动过程。

3．标准化的作用与意义

标准化的主要作用是组织现代化生产的重要手段和必要条件；是合理发展产品品种、组织专业化生产的前提；是公司实现科学管理和现代化管理的基础；是提高产品质量，保证安全、卫生的技术保证；是国家资源合理利用、节约能源和节约原材料的有效途径；是推广新材料、新技术、新科研成果的桥梁；是消除贸易障碍、促进国际贸易发展的通行证。标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现互换性的必要前提，是国家现代化水平的重要标志之一。它对人类进步和科学技术发展起着巨大的推动作用。

四、误差、公差基本概念

要保证零件具有互换性，既要包括几何参数（如零件的尺寸、形状、方向、位置、跳动和表面粗糙度等）的互换性，又要包括物理、机械性能参数（如强度、硬度和刚度等）的互换性。产品在制造过程中将产生加工误差，由于机床精度、计量器具精度、操作工人技术水平及生产环境等因素，其加工后得到的几何参数会不可避免地偏离设计时的理想要求而产生误差，这种误差称为零件的几何量误差。

为了控制几何量误差，提出了公差的概念。在零件制造过程中，由于加工或测量等因素的影响，完工后零件的实际尺寸、形状和表面粗糙度等几何量与理想状态相比总存在一定的误差。为保证零件的互换性，必须将零件的实际几何量控制在允许变动的范围内，我们把这个允许零件几何量变动的范围称为公差。

【任务总结】

保证产品的互换性需要控制产品的尺寸、几何公差及表面质量满足公差要求。本任务通过互换性相关理论逐步引出公差理论知识，帮助同学们开始建立互换性与公差的基础知识。