1、第1章 绪论第 1 章 绪论1.1 本课程的研究对象、任务及基本本课程的研究对象、任务及基本特点特点1.2 互换性互换性 1.3 标准化与优先数系标准化与优先数系 1.4 极限与配合标准以及检测技术的发展极限与配合标准以及检测技术的发展 习题与思考题习题与思考题第1章 绪论1.1 本课程的研究对象、任务及基本特点本课程的研究对象、任务及基本特点1.1.1 本课程的研究对象本课程的研究对象“互换性与测量技术”是机械类及相关专业的一门重要专业基础课，是从基础课及其他专业基础课到专业课学习的桥梁，也是机械设计类课程与机械制造工艺类课程之间的纽带。第1章 绪论础课到专业课学习的桥梁，也是机械设计类课程
2、与机械制造工艺类课程之间的纽带。互换性与测量技术是从“精度”和“误差”两个方面对机械零部件的几何参数进行分析和研究的。在设计任何一台机器时，除了要进行运动分析、结构分析设计、强度刚度计算之外，还要进行精度设计，这是因为机器的精度直接影响其工作性能和寿命。随着科学技术的进步，对机器的机械精度要求和互换性要求会越来越高，机械加工也会愈加困难，这就要求必须解决机器的使用要求与制造工艺之间的矛盾，而互换性与测量技术正是解决这一矛盾的重要手段。第1章 绪论1.1.2 本课程的任务本课程的任务本课程研究的主要内容是机械零部件的几何精度设计及其检测。几何精度设计主要通过课堂教学和课外作业来完成，测量技术主要
3、通过实验课来完成。学生在学习本课程之前，必须修完“机械制图”、“工程材料”和“机械原理”等课程。学生学完本课程后，应达到下列基本要求:第1章 绪论(1)掌握标准化和互换性的基本概念及有关的基本术语和定义。(2)掌握相关国家标准的基本内容、特点和应用原则。(3)初步会根据机器和零部件的功能要求设计和选用公差极限与配合。(4)初步具备能在图样上正确标注和解释常见的公差要求的能力。(5)了解各种典型几何参数的检测方法，会使用常用的计量器具。(6)能根据生产实际需要设计光滑极限量规。第1章 绪论1.1.3 本课程的基本特点本课程的基本特点本课程由“极限与配合”和“测量技术”两部分有机地组成。前者属标准
4、化范畴，主要研究几何参数的精度设计;后者属工程计量学范畴，主要研究几何量测量技术的基本原理、测量方法和测量误差及数据处理。因此，本课程的特点是:概念性强，定义、术语多，涉及面广，符号、代号多，标准规定多，实践性强，对具体工程存在标准原则和合理应用的矛盾等。第1章 绪论1.2 互互 换换 性性1.2.1 互换性的概念互换性的概念互换性是指事物之间可以相互替代的特性。互换性现象在工业及日常生活中经常见到。现代化生产的产品都是由众多专业化企业协作生产完成的。例如一辆家用轿车，通常有 2500 多个零部件，分别由几百多家专业工厂配套生产，而汽车生产公司仅生产发动机和车身及完成汽车的组装。第1章 绪论在
5、装配线上将来自各个专业工厂的各种零部件迅速组装成符合标准的各类型轿车，这就要求所有的零部件必须符合各自的技术性能指标。这种由不同专业工厂、不同工装设备条件、不同人员生产的零部件，可不经选择、修配或调整，就能装配成合格的产品，我们称这种零部件具有互换性。能够保证产品具有互换性的生产，便称之为遵循互换性原则的生产。由此可定义，制造业中的互换性是指按规定的几何、物理及其他质量参数的公差，制造技术装备的各个组成部分，使其在装配时，无需辅助加工和修配便能很好地满足使用和生产上的要求。第1章 绪论手表、自行车、电视机等小家电中的零部件都具有互换性，若有损坏，只需换一个新的零部件即可正常使用。显然，制造业中
6、的互换性表现在零部件的生产、使用、维修等不同阶段，即装配前无需选择、装配时无需修配或调整、装配后能满足设计、使用上的要求。互换性不仅与零部件的装配性能有关，而且涉及设计、制造及使用和成本等技术经济问题。第1章 绪论1.2.2 互换性的分类互换性的分类按照零部件互换性的程度，互换性可分为以下两种:(1)完全互换性。完全互换性简称互换性，指同一规格的零部件在装配或更换时，无需挑选和修配就能满足使用要求。一般标准件，如螺钉、螺母、滚动轴承的内外圈、齿轮等都具有完全互换性，适合专业化生产和装配。第1章 绪论(2)不完全互换性。不完全互换性也称为有限互换性，指产品装配精度要求较高时，若采用完全互换，将使
7、零件尺寸公差较小，造成加工困难、成本高、生产率低，甚至无法加工。此时，为了加工方便，可放宽零件尺寸公差。待加工后，将零件按尺寸大小分为若干组，使每组零件之间的实际尺寸差别减小，装配时则按相应组进行。这样，既方便了加工，又满足了装配精度和使用要求，将零件仅仅在同组内互换，不同组不可互换，称为不完全互换或有限互换。如滚动轴承的内、外圈与滚珠间的互换性，通常采用分组装配，为不完全互换。第1章 绪论按照互换性用于标准部件或机构内部和外部，互换性可分为以下两种:(1)外互换。部件或机构与其相配件之间的互换性称外互换。如滚动轴承内圈与轴径的配合，外圈与机座孔的配合。一般来说，外互换用于厂外协作件的配合和使
8、用中需要更换的零件及与标准件配合的零件。(2)内互换。部件或机构内部零件之间的互换性称内互换。如滚动轴承的内、外圈和滚珠为部件内部零件之间的配合。内互换一般装配精度要求高，在厂内组装，使用中不再更换内部零件。第1章 绪论通常，滚动轴承的外互换采用完全互换，其内互换由于组成零件的精度要求较高，应采用不完全互换。对于厂外协作件，即使是单件或小批量生产，也应采用完全互换;对于部件或机构制造厂内部的装配应采用不完全互换。具体采用何种互换，应根据产品精度要求、复杂程度、生产纲领、工装设备、使用要求、技术水平等因素综合考虑确定。零部件能否互换，要看装配后产品是否达到使用要求。因此，具有互换性的零部件，一要
9、满足零部件的几何参数达到零部件结合的要求，既称为几何参数互换性，又称为狭义互换性;二要使零部件的力学和化学性能满足产品的功能要求，既称为功能互换性，又称为广互换性。本书主要讨论零件几何参数互换性。第1章 绪论1.2.3 互换性的作用互换性的作用在制造业中，互换性在设计、制造、装配、使用等方面至关重要，已成为制造业重要的生产原则和有效的技术措施。其重要作用表现在以下几个方面:(1)设计过程中，按照互换性要求设计产品，最适合选用具有互换性的标准零部件、通用件，使设计、计算、制图等工作大为简化，缩短了设计周期，加速了产品更新换代，且便于计算机辅助设计(CAD)。第1章 绪论(2)制造过程中，按照互换
10、性原则组织生产，各个工件可同时分别加工，实现专业化协调生产，便于计算机辅助制造(CAM)，以提高产品质量和生产率，降低制造成本。(3)装配过程中，由于零部件具有互换性，可提高装配质量，缩短装配周期，便于实现装配自动化，提高装配生产率。(4)使用过程中，由于零部件具有互换性，若零部件磨损，可方便地用备件替换，从而缩短修理时间，节约修理费用，提高修理质量，延长机器的使用寿命。对重、大型技术装备和军用品的修复，具有互换性的零部件更具有重大意义。第1章 绪论用品的修复，具有互换性的零部件更具有重大意义。随着科学技术的发展，现代制造业已由传统的生产方式发展到利用数控技术(NC，CNC)、计算机辅助设计(
11、CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助制造工艺过程设计(CAPP)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)等进行现代化生产。这些先进制造技术无一不对互换性提出严格的要求，也无一不遵循互换性原则。所以，互换性是现在和今后生产上不可缺少的生产原则和有效的技术措施。第1章 绪论1.2.4 互换性的实现互换性的实现零部件在加工过程中，不可避免地要产生加工误差。因此，加工后的同一批、同一规格的零部件，它们之间相对应的实际几何参数不可能完全一样。实际上，为了保证几何参数的互换性，应把加工后的零部件的实际几何参数控制在产品性能所允许的“公差”内。第1章 绪论为了使零部件具有互换性，首
12、先必须对几何要素提出公差要求，只有在公差要求范围内的合格零件才能实现互换。为了实现互换性生产，对各种公差要求必须具有统一的术语、协调的数据和正确的标注方式，使机械设计和机械制造人员具有共同的技术语言和依据，因此，必须制定公差标准。有了公差标准，还要有相应的检测技术，在检测过程中必须保证计量基准和单位的统一。因此，制定和贯彻公差标准，合理进行几何精度设计，采用相应的检测技术措施，是实现互换性的必要条件。第1章 绪论在制造业实现互换性，就要严格按照统一的标准进行设计、制造、装配、检验等。因为现代制造业分工细、生产规模大、协作工厂多、互换性要求高，因此，必须严格按标准协调各个生产环节，才能使分散、局
13、部生产部门和生产环节保持技术统一，使之成为一个有机的生产系统，以实现互换性生产。第1章 绪论1.3 标准化与优先数系标准化与优先数系现代化工业生产的特点是规模大、协作单位多、互换性要求高。为了正确协调各生产部门和准确衔接各生产环节，必须有一种协调手段，使分散的局部的生产部门和生产环节保持必要的技术统一，成为一个有机的整体，以实现互换性生产。标准与标准化正是联系这种关系的主要途径和手段，是实现互换性的基础。第1章 绪论1.3.1 标准标准标准可定义为是在一定的范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用的和重复使用的一种规范性文件。标准是生产、建设和商品流通等工作中共同遵守的一种
14、技术依据，由有关方面协调制定，经一定程序批准，并在一定范围内具有约束力。标准的种类繁多，从不同角度可对标准进行分类，习惯上将标准分为三类:技术标准、管理标准和工作标准。本书仅介绍技术标准。第1章 绪论技术标准是指为科研、设计、制造、检验和工程技术、产品、技术设备等制定的标准，其面广，种类繁多，一般可归纳为以下几种:(1)基础标准:指技术生产活动中最基本、最具有广泛指导意义的标准，也是最具有一般共性、通用性的标准，如机械制图、法定计量单位、优先数系、表面粗糙度、极限与配合和通用的名词术语等标准，本课程主要涉及的是基础标准。第1章 绪论(2)产品标准:对产品的类型、尺寸、主要性能参数、质量指标、试
15、验方法、验收规则、包装、运输、使用、储存、安全、卫生、环保等制定的标准。如仪器、仪表和农用柴油机都有不同的、具体的产品标准。(3)方法标准:指对试验、检验、分析、统计、测量等对象所制定的标准。如机械零件的测量方法、内燃机的台架试验方法、药品成分的检验方法等标准。第1章 绪论(4)安全卫生与环保标准:指关于技术设备、人身安全、卫生、环保等方面的标准。技术标准是对产品和工程建设质量、规格及检验等方面所作的技术规定，按不同的级别颁布。我国的技术标准分三级:国家标准(GB)、行业(团体)标准、地方标准或企业标准。标准按适用领域、有效作用范围和发布权力不同，一般分为:国际标准(如 ISO、IEC 分别为
16、国际标准化组织和国际电工委员会制定的标准)、区域标准(如 EN、ANST、DIN 分别为欧共体、美国和德国制定的标准)、国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。第1章 绪论1.3.2 标准化标准化标准化是指制定、贯彻标准的全过程。它是组织现代化生产的重要手段，是国家现代化水平的重要标志之一。机械制造中的几何量测量公差与检测是建立在标准化基础上的，标准化是实现互换性的前提。第1章 绪论各国经济发展的过程表明，标准化是实现现代化的重要手段之一，也是反映现代化水平的重要标志之一。随着科技和经济的发展，我国的标准化工作成效日益提高，在发展产品种类、组织现代化生产、确保零部件互换性、提高产品质量、实现专
17、业化协作生产、加强企业科学管理和产品售后服务等方面发挥了积极的作用，推动了技术、经济和社会的发展。第1章 绪论标准化是组织现代化生产的一个重要手段，是实现专业化协调生产的必要前提，是科学管理的重要组成部分。同时，它又是联系科研、生产、物流、使用等方面的纽带，是社会经济合理化的技术基础，还是发展经贸、提高产品在国际市场上竞争能力的技术保证。此外，在制造业，标准化是实现互换性生产的基础和前提。总之，标准化直接影响科技、生产、管理、贸易、安全卫生、环境保护等诸多方面，必须坚持贯彻执行标准，不断提高标准化水平。第1章 绪论1.3.3 优先数与优先数系优先数与优先数系1.优先数优先数制定公差标准以及设计
18、零件的结构参数时，都需要通过数值表示。任何产品的参数值不仅与自身的技术特性有关，还直接或间接地影响与其配套系列产品的参数值，如螺母直径数值，影响并决定螺钉直径数值以及丝锥、螺纹量规、钻头等系列产品的直径数值。由于参数值间的关联产生的扩散称为“数值扩散”。为满足不同的需求，产品必然出现不同的规格，形成系列产品。产品数值的杂乱无章会给组织生产、协作配套、使用维修带来困难，故需对数值进行标准化，即为优先数。第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论1.4 极限与配合标准以及检测技术的发展极限与配合标准以及检测技术的发展1.4.1 极限与配合标准的发展概况极限与配合标准的发展概况19 世纪初，资本主义机器大
19、工业生产迅速发展。由于需要扩大互换性生产的规模和控制机器备件的供应，要求在工厂内部制订统一的公差与配合标准。于是，英国伦敦以生产剪羊毛机为主的纽瓦(Newall)公司率先制订和颁布了几何尺寸公差的“极限表”，建立了世界上最早的公差制。第1章 绪论之后，英国于 1906 年和 1924 年颁布了国家标准(B.S.27 和 B.S.164);美国于 1925 年出版了包括公差制的国家标准(A.S.A.B4a)。这些标准被看做是世界上初期的公差标准。德国的国家标准是在英、美初期公差制的基础上发展起来的。它采用了基孔制和基轴制，并提出了公差单位的概念，规定了 20 为标准温度，将精度等级与配合分开。前
20、苏联于 1929 年也颁布了“公差与配合”标准。第1章 绪论旧中国工业落后，无统一的公差标准。虽然于 1944 年颁布过中国标准(CIS)，其内容完全套用 ISA 标准，但并未贯彻执行。新中国成立后，随着社会主义建设的蓬勃发展，在借鉴一些国家公差标准方面的经验之后，原第一机械工业部于 1955 年颁布了第一个公差与配合标准;1959 年，由国家科委正式颁布了国家标准 GB159174 59 公差与配合。接着又陆续制定了各种结合件、传动件、表面形状和位置公差及表面光洁度等标准。第1章 绪论1979年，我国恢复参加了 ISO 组织，并参照国际标准逐步修订了极限与配合等各项国家标准，使之适应我国工业
21、不断发展的需要。随着我国科技与经济建设的发展和改革开放，特别是加入世贸组织(WTO)后，国际交流和全球化经济竞争日益加强，可以预见，极限与配合标准将会发挥更大的作用。第1章 绪论旧中国没有计量仪器制造工厂。新中国成立后，随着科技和工业生产的发展，很快建造了一批量仪制造厂，分布在全国各大城市，成批生产诸如工具显微镜、干涉显微镜、三坐标测量仪、齿轮单啮仪、电动轮廓仪、接触式干涉仪、双管显微镜、立式光较计等仪器。同时，在计量科学研究和计量管理方面，国家投入了大量的人力和物力，成立了完整的计量研究、制造、管理、鉴定、测量体系，并取得了令人瞩目的成绩。第1章 绪论如于 1962 1964 年建立了 K8
22、6 长度基准，接着又先后制成激光光电光波比长仪、激光量块干涉仪、激光二坐标测量仪，使我国的线纹尺和量块的测量技术达到世界先进水平。我国小批生产的光栅丝杠动态检查仪和光栅式齿轮全误差测量仪等，也都进入了世界先进行列。随着我国科技的发展和综合国力的不断增强，计量工程技术将全面达到世界先进水平。第1章 绪论习题习题与思考题与思考题1-1 什么是互换性?互换性有什么作用?列举互换性应用实例。1-2 完全互换性与不完全互换性有何区别?各用于什么场合?1-3 何谓标准化?标准化有何意义?1-4 为何采用优先数系?1-5 本课程的主要任务是什么?第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第
23、1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第
24、1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第
25、1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第
26、1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论第1章 绪论
