机械装配工艺新建+Microsoft+PowerPoint+演示文稿.ppt

5 机器装配工艺规程的制定 5 1概述5 2装配尺寸链5 3装配工艺的制定 5 1概述 5 1 1基本概念 任何机器都由许多零件 组件或部件组成 按照规定的技术要求 将若干个零件 组件或部件组合成整个产品的过程 称为装配 为了保证装配工作有序 高效地进行 通常将机器分成若干个能进行独立装配的部分 称为装配单元 零件是组成机器的最小单元 零件一般是先装配成组件或部件再安装在机器上 除了大型基础部件外 直接装入机器的零件不是太多 把零件装配成组件的过程称为组件装配 把零件和组件装成部件的过程称为部件装配 把零件 组件和部件装配成最终产品的过程称为总装配 装配是机器制造过程中的最后一个阶段 机器的质量最终通过装配来保证 装配质量在很大程度上决定于机器的最终质量 另外 通过机器的装配过程 还可以发现机器结构设计和零件制造质量方面存在的问题 并加以改进 选择合适的装配方法是保证装配精度的重要途径 5 1 2机器的装配精度 装配精度是产品在装配过程中应该达到的各项技术要求 1 零件加工精度和装配精度的关系 关键零件的加工精度与装配精度有着密切关系 机器装配精度有时和单个零件制造精度有关 称为 单件自保 如普通车床大拖板在纵向方向上移动的直线度完全由床身纵向导轨的制造精度决定 有时和几个零件的加工精度有关 这种情况涉及到解算装配尺寸链问题 即装配精度是由几个零件的加工尺寸共同决定的 如卧式万能铣床 要求升降台上下移动时工作台面与垂直导轨保持垂直 垂直度为0 03 300 且要求台面前高 这一装配要求由工作台上下面平行度 回转盘上下面平行度 床鞍上下面平行度和升降台工作面对垂直导轨的垂直度决定 见教材168页图5 1所示 因此要保证这项精度 必须将上述装配要求分解为四个零件的平行度要求或垂直度要求 这就需要解算装配尺寸链 但解算装配尺寸链比工艺尺寸链复杂得多 上面介绍了机器的装配精度和零件加工精度的关系 但有了合格零件 装配方法不合适 仍有可能装配不出合格的机器来 因此机器的装配精度不但取决于零件精度 还与装配方法 产品数量 装配精度 产品的零件数量有关 大批大量生产一般采用互换法 选配法或修配法进行装配 小批量生产一般采用修配法进行装配 为达到机器的装配精度就要选择不同的装配方法 2 机器的装配精度 几何精度 运动精度 尺寸精度 传动精度 位置精度 回转精度 1 几何精度 尺寸精度 普通车床在垂直平面内 要求主轴锥孔中心线和尾架顶尖锥孔中心线对车床纵向导轨等高 且只许尾架顶尖锥孔中心线比主轴锥孔中心线高不大于0 06mm 这个尺寸关系与三个尺寸有关 1 主轴箱主轴孔与底面距离A1 2 尾架底板厚度A2 3 尾架顶尖锥孔中心至底面的距离A3 这是由多个零件尺寸组成的装配精度问题 因此要保证车床在垂直平面的装配关系 必须控制A1 A2和A3这三个尺寸 相互位置精度 发动机装配后要求活塞外圆中心线与曲轴主轴径中心线垂直 这项要求与下列条件有关 1 活塞销孔中心线和活塞外圆中心线的垂直度 1 2 连杆大小头孔的平行度 2 3 曲柄连杆轴颈和主轴颈的平行度 3 4 主轴孔和缸体孔垂直度 4 这也是一个由多个零件组成的相互位置精度的装配问题 2 运动精度 回转精度 回转精度是机床主轴装配后的径向跳动和轴向串动 影响主轴回转精度的因素有 1 主轴前后支承轴颈和主轴箱体孔的椭圆度和同轴度 2 前 后轴承内外环的径向跳动 3 推力轴承止推面对主轴中心线的垂直度等 传动链精度 包括传动齿轮或蜗轮的的周节误差和丝杠的螺距误差等 5 1 3影响装配精度的主要因素由同学们自学 5 2装配尺寸链 机器的装配关系确定后 就可以建立起装配尺寸链 机器的装配精度是在机器装配最后形成的 因此机器的装配精度就是装配尺寸链的封闭环 解算装配尺寸链 就是根据机器装配图规定的装配精度要求 通过某种方式将机器的装配精度分配给装配尺寸链中每个零件的尺寸 公差和极限偏差的问题 根据尺寸链的基本理论 当装配尺寸链的封闭环公差一定时 组成环越多 每个组成环分得的公差越少 因此 应使装配尺寸链的组成环最少 即 装配尺寸链最短原则 举一例 求解装配尺寸链和装配方法有关 应根据机器产量的多少 装配精度高低和机器结构不同先确定合理的装配方法 再确定各个零件的加工的尺寸和公差 根据机器产量的多少 装配精度高低和机器的结构不同 求解装配尺寸链的办法有 互换装配法 分组选配法 修配装配法 调整装配法 5 2 1互换装配法 根据互换程度不同 有完全互换法和大数互换法两种 1 完全互换法 特点 每个零件按图纸要求加工 装配时不需要进行任何修配和调整就能装配在一起 并达到预定的装配精度要求的方法 装配过程简单 生产效率高 对工人技术水平要求低 易于组织流水线生产和装配 1 完全互换法装配尺寸链计算 装配尺寸链各组成环尺寸采用极大极小值解法进行计算 为保证装配要求 装配尺寸链中各个组成环的公差之和应小于或等于装配尺寸链的封闭环公差 即 应用 大批大量生产下采用 如家电业生产和标准件生产等 To Ti 式中 To 装配尺寸链封闭环公差 即装配尺寸链的装配精度 Ti 装配尺寸链中任一组成环的公差 将已知装配尺寸链的公差分配每个组成环上去的方法有两种 等公差法等精度法 1 等公差法 将装配尺寸链封闭环的公差平均分配给每个组成环 即 T平均 To n 再考虑每个组成环加工的难易程度进行调整 一般原则是 公称尺寸大 分配公差多 难加工 分配公差多一些 孔的公差比轴的公差大一些 当组成环是标准件时 如装配尺寸链中有轴承 垫圈 内外卡簧时 标准件公差按标准件制造精度决定 2 等精度法 除了用等公差法分配公差外 还有采用等精度法的 等精度法是各个零件的公差均按同一精度等级制造 由此求出公差等级系数 再按尺寸查出各个组成环的公差值 最后调整各个组成环的公差 这种方法应用的不多 确定了各个零件的公差后 还要确定各零件的偏差位置 确定原责是 采用 入体原则 标注极限偏差 即 对包容面 如孔的内径或孔的深度尺寸 取下偏差为零 上偏差为正 对被包容面 如轴的外径或轴的长度尺寸 取上偏差为零 下偏差为负 若为孔的中心距 则偏差按 正负对称各半分布 但当各零件的极限偏差都按上述原则进行分布时 按公式计算出的装配尺寸链的封闭环并不是要求的数值 这时需要在所有组成环中找出一个 协调环 它的极限尺寸不是事先计算好 而是根据装配尺寸链封闭环的上下偏差和其余组成环的上下偏差进行计算出来 来最后满足封闭环的要求 完全互换装配法的缺点 装配尺寸链中各个零件的公差是封闭环在极大极小的极端情况计算出来的 当装配尺寸链的公差很小 或是组成零件的数量很多时 计算出来的零件的公差将会偏小 使零件加工产生困难 采用大数互换法可以解决这个问题 2 大数互换法 原理 从第三章 加工误差的统计分析 中知道 在稳定的工艺条件下成批加工零件的尺寸呈正态分布 出现极大值和极小值的可能性很小 其次 装配时各个零件的尺寸同时为极大和极小配合时出现的可能性更小 显然 用完全互换法来确定零件的加工公差过于严格 在生产上很不经济 绝大多数产品装配时 多数零件不需要挑选 装配后就能得到装配精度要求 而极少数产品可以通过挑选或试配的方法来达到装配精度 称为大数互换法 或称部分互换法 这种装配方法的特点是 零件加工时的公差比完全互换法大 有利于零件经济加工 而装配过程和完全互换法一样简单 采用大数互换法装配 各零件公差根据概率统计公式计算 根据概率论原理 各零件的标准差与装配尺寸链封闭环的均方差之间的关系用下式表示 o i2 当各个零件的加工尺寸均为正态分布时 装配尺寸链的封闭环也为正态分布 这时各个零件的尺寸分散范围与其均方根差的关系为 wi 6 i 即 i wi 6 当误差范围等于公差值时 即wi Ti时 To nTi2 这说明 采用大数互换法时 封闭环的公差等于所有组成环公差平方和的平方根 各组成环的平均平方公差为 Ti To n 两者相比 To n To n n 这说明 采用大数互换装配法时求解出来的平均公差比采用完全互换法求解平均公差时的平均公差大了根号下的N倍 上述计算是在装配尺寸链中各零件的尺寸都是在正态分布时得出的 实际加工过程中各个零件尺寸的分布可能不为正态分布 这时在上面的计算公式中还要除以一个相对分布系数k 而等公差法解算组成环的平均公差为 Ti To n 由此看出 当不为正态分布时 由于相对分布系数k是一个大于1的量 因此各零件的公差变小了 大数互换法的加工特点是 零件的加工公差可以比完全互换法零件规定的公差大 有利于零件的经济加工 而装配过程和完全互换法一样简单 适用于大批大量生产 组成环较多 装配精度有很高的场合 大数互换法是根据概率的基础上推断出来的 因此大数互换法又称为概率互换法 5 2 2分组选配法 1 应用环境 上述两种互换装配方法都是靠控制零件的加工公差来保证的 当生产批量很大 装配精度很高 而组成环较少的装配尺寸链 采用互换装配法会使零件的加工公差过于严格 甚至超过了现场工艺条件的可能性 这时可以采用分组选配法 实质 分组装配法是将各个零件的公差放大到经济加工程度进行加工 然后对各零件测量后分成若干组 各对应组进行装配 以保证达到规定的装配精度的方法 由于同组零件仍然可以互换装配 因此又称为分组互换法 不足之处 增加零件测量分组 零件存储和运输比较麻烦 2 尺寸链的计算方法 现以教材179页图5 12所示的某发动机的活塞销和活塞销孔的配合为例 说明分组装配法的计算方法 该装配要求为 活塞销与活塞销孔在常温下进行配合应有0 0025 0 0075mm的过盈量 即 Ymax Dmin dmax 0 0075Ymin Dmax dmin 0 0025式中Dmax Dmin分别为活塞销孔的最大和最小直径dmax dmin分别为活塞销的最大和最小直径 封闭环公差 Ymax Ymin 0 0075 0 0025 0 005 绝对值 封闭环公差为0005 如按照完全互换法的等公差分配法对销孔和销轴分配公差 仅为0 0025 当公称尺寸28mm 其公差等级为IT2级 加工极困难又不经济 因此生产中采用分组装配法 其方法是 将销公差和销孔公差向同一方向放大四倍 即活塞销孔的尺寸为 28 0 005 0 015活塞销的尺寸为 28 0 010 这时活塞销可用无心磨床加工 活塞销孔可以采用金钢镗 然后 进行精密测量 并按179页图5 12进行分组 分组数等于公差放大的倍数 即四组 各组涂上不同的颜色 装配时只要把相同颜色的活塞销和活塞销孔进行装配 即大的活塞销配大的活塞销孔 小的活塞销配小的活塞销孔 装配后仍能保证达到要求的装配精度 采用分组装配法时要注意满足一下条件 配合件的公差应该相等 并向同一方向增大 增大的倍数等于分组数 应保证同一配合组内的零件数目大致相等 因此在零件制造时使配合件的尺寸分布为正态分布 以免造成某一组内的配合件出现剩余 而另一组的配合件出先不足情况 分组数不易过多 分组数只要使零件的制造精度达到经济精度就可以了 大批量生产 当配合精度较高 配合件较少 一般不超过3环 时采用分组装配法较多 滚动轴承的装配就是采用分组装配法的典型例子 5 2 3修配装配法 1 应用场合 成批装配时 当装配精度很高 零件数量很多 若按互换装配法装配 每个零件分配的公差过于严格 从而使制造困难 而采用分组装配法时 又由于零件数量多而难于分组 这时可以采用修配装配法来保证装配要求 2 修配装配法的实质 这种装配方法是将各零件的制造公差按经济加工精度制造 装配时由于各个零件总的累积误差超过了装配尺寸链封闭环的公差要求 为了达到预定的装配要求 可以在装配时通过修配某一预先确定的零件尺寸的方法来保证装配精度 这种装配方法称为修配装配法 这个装配时被修配的零件便称为修配环 通常取容易修配 并对其它尺寸没有影响的零件作为修配环 由于修配装配法要逐个修配 因此修配装配的零件不能互换 采用修配装配法解装配尺寸链时要解决两个问题 1 要修配的零件有最小的修配余量 2 要保证修配环有足够的修配余量 修配环被修配后对封闭环的尺寸变化有两种情况 封闭环的尺寸 越修越大 封闭环的尺寸 越修越小 用修配法解装配尺寸链 要根据两种不同情况进行计算 下面通过实例 说明采用修配装配法时装配尺寸链的计算步骤和方法 3 修配装配法 实例 以普通车床尾座的装配为例 装配时要求尾座中心线比主轴中心线高0 0 06mm 已知 主轴锥孔到底面的中心高A1 202mm 尾座锥孔中心线到底面的中心高A2 46mm 尾座底板高度A3 156mm 试确定各组成环尺寸和公差 1 建立装配尺寸链 封闭环A0 0 0 06 T0 0 06mm A2 A3为增环 A1为减环 如按完全互换法的极值解法计算出各组成环的平均公差为 Tavl 0 06 3 0 02mm 显然 各组成环公差太小 零件加工很困难 现采用修配装配法 确定各组成环公差和偏差 2 确定修配环 组成环A2是尾座底板 面积不大 重量较轻 形状简单 便于修刮和拆装 选A2作为修配环 属于修配后封闭环尺寸变小 3 确定各组成环的公差 按经济加工精度确定各组成环公差 A1 A3在镗床加工 取T1 T2 0 10mm 底板采用半精刨加工 取A1公差T3 0 15mm 4 确定各组成环的偏差 A1 A2是孔位置尺寸 按 双向正负各半 原则分布公差带 因此 A1 202 0 10 A3 156 0 10 5 确定补偿环A2的尺寸 本修配方案补偿环A2为增环 被修配后 底板尺寸变小 封闭环尺寸变小 可以设想 对于一个较大的A2值 总有办法通过修配使装配精度达到要求 但A2尺寸过大 修配工作量也大 A2尺寸过小 又不能满足装配要求 因此必须保证有足够的修配余量又有最小的修配余量 所以 当装配后封闭环实际最小尺寸不小于封闭环要求的最小尺寸 才能进行修配 否则即使修配也达不到装配精度要求 这时应使 封闭环实际的最小极限尺寸等于封闭环的最小极限尺寸 由此可以求出修配环最小尺寸的计算公式为 0 A2min A3min A1max 155 95 A2min 202 05 解得 A2min 46 10 则A2max 46 10 0 15 46 25 显然 当A2取最大尺寸时有最大修配量 而且当所有增环为最大尺寸 所有减环为最小尺寸 封闭环的最大值为 A0 156 05 46 25 201 95 0 35 而当封闭环的最大值为0 06 最大修配量 0 35 0 06 0 29 由于装配时的特殊要求 即尾架底板和导轨有一定的接触要求 必须有一定的刮研量 上述计算是在在小的刮研量为0时计算出来的 A2尺寸的最小刮研量为零 这不符合装配要求 因此 必须将A2保持一个最小的刮研量 根据现场经验 最小刮研量为0 1mm 修正后的A2的实际尺寸应再加上0 1mm 即 A2 46 0 2 0 35 6 修配法的种类 1 单件修配法上述方法就是单件修配法 2 合并修配法即将两个或两个以上的零件结合在一起进行修配 当作一个组成环 这种方法可以减少组成环的数量 有利于减少修配量 3 自身修配法 有时为了减少装配误差 普通机床装配后采用自己加工自己的方法进行修配 直接保证封闭环达到公差要求 如六角车床刀架装配后 将刀具装在主轴上来镗刀架上六个刀具安装孔 以保证主轴轴线和刀具安装孔的等高性 万能铣床在总装时 为了保证主轴吊架上的刀杆支承孔与主轴孔的同轴度 在装配时将吊架装到横梁上 用装在主轴上的镗刀镗吊架孔 以保证吊架孔和主轴孔的同轴度 龙门刨床 牛头刨床或龙门铣床总装后会自刨或自铣工作台 使工作台面主轴箱或滑枕运动方向平行 车床精加工工件时先用镗刀自加工软爪 以保证三爪夹盘的夹持中心和主轴的回转轴线相一致 5 2 4调整装配法 调整装配法与修配装配法相似 即各个零件的尺寸也是按照经济加工精度进行加工 由此引起的装配尺寸链封闭环公差的增大 也是通过改变某一工件的尺寸来进行补偿 但调整装配法不是在现场对该组成环尺寸进行修配 而是通过更换不同尺寸大小的某个零件 或者通过这个零件的位置来达到装配尺寸链封闭环的精度要求 被调整的零件就称为调整环 调整环一般选取体积较小 外型比较简单 重量较轻的零件 调整装配法用在装配精度很高 零件数量很多的大批大量装配过程中 调整装配法有 可动调整法 固定调整法和误差抵消调整法 1 可动调整法 可动调整法是改变调整件的位置来保证装配精度要求 如教材P299页的四种情况 2 固定调整装配法 基本概念 固定调整装配法和修配装配法不同 固定调整法是用一组不同尺寸的调整环来调整装配尺寸链的封闭环 使封闭环达到要求的公差和极限偏差的目的 调整环一般采用体积和质量较小的垫圈 套筒和挡片等 采用固定调整装配法时 首先要测量出封闭环的实际尺寸 然后根据实际尺寸分别装入不同尺寸的调整环 当封闭环尺寸很大时 加入一个尺寸较大的调整环 当封闭环尺寸较小时 加入一个尺寸较小的调整环来补偿封闭环的偏差 这种方法需要事先作成一组大小尺寸不一的调整环 供装配时采用 一般为3 5件左右 确定补偿环组数和各组尺寸 采用固定调整法要确定调整环的组数和各组的尺寸两个问题 1 确定补偿量 采用固定调整法装配时 各个零件的公差按零件的经济加工精度制造 因此装配尺寸链的封闭环将超出设计要求 其超出量要用调整环来补偿 该补偿量等于超出量 可用下式计算 F Tol To 式中 F 补偿量Tol 实际封闭环的大小To 封闭环公差的要求值 2 确定每一组调整环的补偿能力S 如果忽略调整环的公差Tk 则调整环的补偿能力S就等于封闭环公差的要求值To 若同时考虑补偿环的制造公差Tk 则补偿环的补偿值为 S To Tk 当第一组的补偿环不能满足要求时 这时可以用第二组的补偿环来补偿 相隔两组的补偿环的基本尺寸之差也等于补偿能力S 以保证补偿作用连续地进行 因此分组数可以用下式计算 Z F S 1 求出的Z应为整数 如不为整数 可将Z圆整为较大的整数 3 计算各组补偿环的尺寸 由于各组补偿环基本尺寸等于补偿能力S 所以只要求出一组最大或最小补偿环的尺寸 就可以求出其它各组补偿环的尺寸 普通车床主轴装配图 装配后齿轮和垫圈的间隙为0 05 0 20 各零件公称尺寸 A1 115 A2 8 5 A3 95 A4 2 5 Ak 9 如果采用等公差法分配公差 则每个零件分得的平均公差为 Tav 0 20 0 05 5 0 03 每个零件公差太小 现采用固定调整法进行装配 1 选择补偿环 Ak为垫圈 形状简单加工 装配方便 选Ak为补偿环 2 确定各组成环的公差和偏差 根据公称尺寸和加工经济精度确定各零件的公差如下 T1 0