【正文】 公差配合與測量技術(shù)教案 第 1： 第一章 緒 論 本課程的性質(zhì)與任務(wù) 互換性的概念及其在機(jī)械制造中的作用 加工誤差、公差及檢測 標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù) 教學(xué)目的： 了解課程的性質(zhì)與 任務(wù) 互換性的定義及實際應(yīng)用 掌握 加工誤差、公差及檢測 掌握 標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù) 概念 教學(xué)重點與難點： 互換性的定義及實際應(yīng)用 加工誤差、公差及檢測 教學(xué)方法：講授法 教學(xué)過程： 【新課講授】 第一章 緒 論 本課程的性質(zhì)與任務(wù) 公差配合與技術(shù)測量是機(jī)械類、儀器儀表類和機(jī)電相結(jié)合類的各專業(yè)必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課，起著聯(lián)系基 礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁作用，也起著聯(lián)系設(shè)計類課程和制造工藝類課程的紐帶作用。 本課程就是研究精度設(shè)計及機(jī)械加工誤差的有關(guān)問題和幾何形狀測量中的一些問題。這是一門實踐性很強(qiáng)的課程。 本課程的任務(wù)是：了解互換性與標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，熟悉極限與配合的基本概念，掌握極限配合標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，初步掌握確定公差的原則和方法，了解各種典型的測量方法和常用計量器具的使用，為正確地理解和繪制設(shè)計圖樣及正確地表達(dá)設(shè)計思想打下良好的基礎(chǔ)。 本課程的內(nèi)容在生產(chǎn)實踐應(yīng)用廣泛、實踐性強(qiáng)，它由 “公差配合 ”與 “技術(shù)測量 ”兩部分組成。本課 程的基本理論是精度理論，研究的對象是零、部件幾何參數(shù)的互換性。 互換性的概念及其在機(jī)械制造中的作用 互換性的基本概念 在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，零部件的互換性就是同一規(guī)格的零部件按規(guī)定要求制造，能夠彼此相互替換且能保證使用要求的一種特性。 互換性的分類 幾何參數(shù) (如尺寸 )的互換性，機(jī)械性能 (如硬度、強(qiáng)度等 )的互換性，以及理化性能 (如化學(xué)成分、導(dǎo)電性等 )的互換性等。本課程僅討論幾何參數(shù)的互換性。 為了完全滿足互換性的要求，將同一規(guī)格的零部件的幾何參數(shù)做 得完全一致是最理想的，但在實踐中是不可能的，因為加工誤差是永遠(yuǎn)存在的。在實際中只要求同一規(guī)格的零部件的幾何參數(shù)保持在一定的范圍內(nèi)，就能達(dá)到互換性的目的。這個允許零件幾何參數(shù)的變動量就稱為“公差 ”。 互換性按照互換程度的不同，可分為完全互換和不完全互換。 1．完全互換 完全互換要求零部件在裝配時，不需要挑選和輔助加工，裝配后就能保證達(dá)到預(yù)定的使用性能要求。如常見的螺栓、螺母、鍵、銷、滾動軸承等。 2．不完全互換 不完全互 換允許零部件在裝配前預(yù)先分組或在裝配時采取調(diào)整等措施， 稱為有限互換。 如某零部件精度很高， 既要求配合后間隙變動量很小，又要求孔與軸都具有完全互換性，為了減小加工困難，可將孔、軸各自的變動范圍加大，使生產(chǎn)難度減小。裝配前通過測量，分別將孔、軸按尺寸大小分成若干組，裝配時按對應(yīng)組進(jìn)行，同一組號間進(jìn)行互換。這樣既達(dá)到了裝配要求，又適應(yīng)了生產(chǎn)需要，這種方法稱為分組裝配。此時，組與組之間不能互換，故稱為不公差配合與測量技術(shù)教案 第 2 頁 完全互換。裝配時需要進(jìn)行挑選或調(diào)整的零部件也屬于不完全互換。 ? 對于標(biāo)準(zhǔn)件，互換性又可分為內(nèi)互換和外互換。構(gòu)成標(biāo)推部件的零件之間的互換稱為內(nèi)互換。標(biāo)準(zhǔn)部件與其他零部件之間的互換稱為外互換。 例如，滾動軸 承外圈內(nèi)滾道、內(nèi)圈外滾道與滾動體之間的互換即為內(nèi)互換，而滾動軸承外圈外徑、內(nèi)圈內(nèi)徑與其相配的外殼孔、軸頸之間的互換則為外互換。 互換性在機(jī)械制造中的作用 ? 互換性在產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用和維修等方面有著極其重要的作用。 ? 在設(shè)計方面， 可以最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)部件，大大簡化制圖和計算等工作，縮短設(shè)計周期，并有利于用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計。 ? 在制造方面，互換性有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，有利于采用先進(jìn)工藝和高效率的設(shè)備，以至用計算機(jī)輔助制造，有利于實現(xiàn)加工過程和裝配過程的機(jī)械化、自動化，從而提高勞動生 產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。 ? 在使用維修方面， 可以方便地及時更換那些已經(jīng)磨損或損壞了的零部件，因此可以減少機(jī)器的維修時間和費用，保證機(jī)器能連續(xù)而持久地正常運轉(zhuǎn)，從而提高機(jī)器的使用壽命和使用價值。 ? 綜上所述，在機(jī)械制造中，遵循互換性原則，不僅能大大提高勞動生產(chǎn)率，而且能有效保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。 加工誤差、公差及檢測 ? 零件在加工過程中，由于種種因素的影響，不可能做得絕對準(zhǔn)確，其制得零件的幾何參數(shù)總是不可避免地會產(chǎn)生誤差，這樣的誤差稱為幾何量誤差。 幾何量誤差可分為：尺寸誤差，幾何形狀誤差和相 互位置誤差。 ? 尺寸誤差 —工件加工后的實際尺寸與理想尺寸之差。 ? 幾何形狀誤差 —工件加工后的實際形狀和理想形狀之差。幾何形狀誤差，一般可分為以下三種： ①宏觀幾何形狀誤差 即通常所指的形狀誤差。它是指工件整個表面范圍內(nèi)的形狀誤差，一般由機(jī)床、夾具、刀具、工件所組成的工藝系統(tǒng)的誤差所造成。 ②微觀幾何形狀誤差 通常稱為表面粗糙度。它是加工后，刀具在工件表面上留下的大量的很微小的高低不平的波形，其波峰和波長都很小。 ③表面波度 它是介于宏觀和微觀幾何形狀誤差之間的一種表面形狀誤差。 ? 相互位置誤差 —工件加工后，各表面 或中心線之間的實際相互位置與理想位置的差值。 零件應(yīng)按規(guī)定的極限，即 “公差 ”來制造。 ? 公差 —允許工件尺寸、幾何形狀和相互位置變動的范圍，用以限制誤差。工件的誤差在公差范圍內(nèi)，為合格件；超出了公差范圍，為不合格件。公差是允許實際參數(shù)值的最大變動量，也可以說是允許的最大誤差。誤差是在加工過程中產(chǎn)生的，而公差則是由設(shè)計人員給定的。設(shè)計者的任務(wù)就在于正確地規(guī)定公差，并把它在圖樣上明確表示出來。顯然，在滿足功能要求的前提下，公差應(yīng)盡量規(guī)定得大些，以方便制造和獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 ? 完工后的零件是否滿足公差要求， 要通過檢測加以判斷。檢測包含檢驗和測量。 ? 幾何量的檢驗是指確定零件的幾何參數(shù)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，并作出合格性判斷，而不必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(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定被測量的具體數(shù)值的過程。檢測不僅用來評定產(chǎn)品質(zhì)量，而且用于分析產(chǎn)生不合格品的原因，及時調(diào)整生產(chǎn)，監(jiān)督工藝過程，預(yù)防廢品產(chǎn)生。 ? 合理確定公差并正確進(jìn)行檢測，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)互換性生產(chǎn) 兩個必不可少的條件和手段。 標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化 ? 在機(jī)械制造中，標(biāo)準(zhǔn)化是廣泛實現(xiàn)互換性生產(chǎn)的前提。 ? 所謂 標(biāo)準(zhǔn)是指對需要協(xié)調(diào)統(tǒng)一的重復(fù)性事物（如產(chǎn)品、零部件）和概念（如術(shù)語、規(guī)則、方法、代號、量值）所做的統(tǒng)一規(guī)定。 ? 所謂標(biāo)準(zhǔn)化是指在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會實踐中，對重復(fù)性事物和概念通過制訂、發(fā)布和實施標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會效益。 公差配合與測量技術(shù)教案 第 3 頁 ? 標(biāo)準(zhǔn)化是以標(biāo)準(zhǔn)的形式來體現(xiàn)的。按照標(biāo)準(zhǔn)化對象的特性，標(biāo)準(zhǔn)分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、安全與環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等。 ? 以標(biāo)準(zhǔn)化共性要求和前提條件為對象的標(biāo)準(zhǔn)稱為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。如計量單位、術(shù)語、符號、優(yōu)先數(shù)系、機(jī)械制圖、極限與配合、零件結(jié)構(gòu)要素等。本課程主要涉及的是基 礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。 ? 按照標(biāo)準(zhǔn)的級別，我國將標(biāo)準(zhǔn)分為國家標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（部標(biāo)準(zhǔn)）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三級。 ? 我國政府十分重視標(biāo)準(zhǔn)化工作，從 1958 年發(fā)布第一批 120 個國家標(biāo)準(zhǔn)起，至今已制定 1 萬多個國家標(biāo)準(zhǔn)，自 1978 年我國恢復(fù)為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）成員國以來，陸續(xù)地修訂了我國的標(biāo)準(zhǔn)，并以國際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)制定了新的公差標(biāo)準(zhǔn)，向 ISO 靠攏?？梢灶A(yù)料，在我國現(xiàn)代化建設(shè)過程中，我國標(biāo)準(zhǔn)化的水平和公差標(biāo)準(zhǔn)的水平將大大提高，并對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 ? 工程上各種技術(shù)參數(shù)協(xié)調(diào)、簡化和統(tǒng)一，是標(biāo)準(zhǔn) 化的重要內(nèi)容。 ? 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系 是對各種技術(shù)參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行協(xié)調(diào)、簡化和統(tǒng)一的一種科學(xué)的數(shù)值制度。 ? 工程技術(shù)上通常采用的優(yōu)先數(shù)系，是一種十進(jìn)幾何級數(shù)。即級數(shù)的各項數(shù)值中，包括 1， 10，100， … ， 10N 和 ， ， … ， 1/10N 這些數(shù)，其中的指數(shù) N 是整數(shù)。 ? 對每個十進(jìn)段再進(jìn)行細(xì)分。設(shè)計、使用時必須選擇優(yōu)先數(shù)系列中的某一項值。 ? 幾何級數(shù)的數(shù)系是按一定的公比 q 來排列每一項數(shù)值的，其中每一項數(shù)值就稱為優(yōu)先數(shù)。 ? 范圍 1 到 10 的優(yōu)先數(shù)系列如表 11 所示，所有大于 10 的優(yōu)先數(shù)均可按表列數(shù)乘以 10， 100， …求得，所有小于 1 的數(shù)均可按表列數(shù)乘以 ， ， … 求得。 表 11 優(yōu)先數(shù)系的基本系列（ GB/T321—2020） ? 【課后總結(jié)】： ①互換性的含義及其在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的意義 ②合理制定公差，正確進(jìn)行檢測是保證產(chǎn)品質(zhì)量實現(xiàn)互換性生產(chǎn)不可缺少的條件 ③互換性通 過標(biāo)準(zhǔn)化實現(xiàn) 【技能考核項目及要求】： P5 4 公差配合與測量技術(shù)教案 第 4 頁 第二講 授課章節(jié)及主要內(nèi)容 ： 第 2章 光滑圓柱的極限與配合 概述 極限與配合的基本術(shù)語及定義 教學(xué)目 的： 掌握基本術(shù)語及定義，要會用尺寸公差表格 教學(xué)重點與難點： 偏差的標(biāo)注、計算及其與公差的區(qū) 別 三類配合 教學(xué)方法：講授法 教學(xué)過程： 【知識回顧】 互換性的定義及實際應(yīng)用 加工誤差、公差及檢測 【新課講授】 概述 光滑圓柱體結(jié)合是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)合形式?，F(xiàn)代化的機(jī)械工業(yè)，要求機(jī)械零件具有互換性 ， 極限 ” 用于協(xié)調(diào)機(jī)器零件使用要求與制造經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾，而 “ 配合 ” 則反映零件組合時相互之間的關(guān)系。 “ 極限 ” 與 “ 配合 ” 的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于機(jī)器的設(shè)計、制造、使用和 維修，有利于保證機(jī)械零件的精度、使用性能和壽命等要求，也有利于刀具、量具、機(jī)床等工藝裝備的標(biāo)準(zhǔn)化。 孔和軸 ? 孔 通常指工件的圓柱形內(nèi)表面，也包括非圓柱形內(nèi)表面（由二平行平面或切面形成的包容面）。 ? 軸 通常指工件的圓柱形外表面，也包括非圓柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）。 ? 圓柱形內(nèi)表面或外表面及由兩平行平面或切面形成的內(nèi)、外表面如圖所示。 （ a）孔 （ b）軸 有關(guān) 尺寸的術(shù)語 ? 以特定單位表示線性尺寸值的數(shù)值。 ? 在機(jī)械制造中，常用毫米（ mm）作為特定單位，在書寫或標(biāo)注尺寸時，可以只寫數(shù)字不寫單位。 2．基本尺寸（ D、 d） ? 基本尺寸是根據(jù)使用要求，通過強(qiáng)度、剛度等方面的計算或結(jié)構(gòu)的需要而確定的。通過基本尺寸應(yīng)用上、下偏差可算出極限尺寸，它只是一個基準(zhǔn)尺寸，并不是實際加工中要求得到的尺寸?？椎幕境叽缬么髮懽帜?D表示，軸的基本尺寸用小寫字母 d表示。 3．實際尺寸（ Da， da ） ? 通過測量獲得的尺寸稱為實際尺寸?？缀洼S的實際尺寸分別用 Da 和 da表示 ? 由于幾何形狀誤差 是客觀存在的，工件的同一表面的不同部位的實際尺寸往往也是不等的，如圖所示。 4．極限尺寸 公差配合與測量技術(shù)教案 第 5 頁 ? 極限尺寸是一個孔或軸允許的尺寸的兩個極端。其中較大的一個稱為最大極限尺寸，較小的一個稱為最小極限尺寸?？缀洼S的最大極限尺寸分別用 Dmax和 dmax表示，孔和軸的最小極限尺寸分別用Dmax和 dmax表示。 偏差和公差 1．偏差 ? 偏差是某一尺寸（實際尺寸、極限尺寸等）減其基本尺寸所得的代數(shù)差。 2．實際偏差 ? 實際偏差是實際尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差。 ? 孔的實際偏差： Ea=DaD ? 軸的實際偏差： ea=dad 3．極限偏差 ? 極限偏差是極限尺寸減去基本尺寸所得的代數(shù)差。包括上偏差、下偏差。最大極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為上偏差（ ES、 es），最小極限尺寸減其基本尺寸所得的代數(shù)差稱為下偏差（ EI、ei），即 ? 孔的上、下偏差： ES=DmaxD EI=DminD ? 軸的上、下偏差： es=dmaxd ei=dmind ? 極限偏差用于控制實際偏差。完工后零件的尺寸的合格條件常用偏差的關(guān)系式表示如下 ? 孔的合格條件 EI≤ E