机械精度设计与检测_第1章_绪论

1、 概概 论论第第1 1章章中南林业科技大学精品课程中南林业科技大学精品课程机械精度设计与检测课程组 制作 互换性的概念、实质及其与公差的关系。互换性的概念、实质及其与公差的关系。 1.1 机械产品与质量机械产品与质量 1.2 机械精度设计机械精度设计 1.3 互换性概述互换性概述 1.4 产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS)概述概述 1.5 标准与标准化标准与标准化 1.6 优先数系与标准尺寸优先数系与标准尺寸 1.7 检测技术及其发展概述检测技术及其发展概述 1.8 本课程的性质和任务本课程的性质和任务 1.9 本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法1.1机械产品与质量n机械产品

2、机械产品是指：通过机械加工或以机械加工为主要方法生产出来的产品。n机械产品质量机械产品质量是指：机械产品这一实体满足明确和隐含要求的能力和特性的总和。 1.1机械产品与质量机械产品质量总的包括三个方面：机械产品质量总的包括三个方面：n(1) 最终产品质量，即成品质量。是实体质量状态与产品设计技术性能指标的符合程度以及是否满足设计要求的具体表现。n(2) 过程质量，即半成品质量。它反映了生产系统的技术状态水平与生产图样、技术文件等的一致性。n(3) 质量体系运行质量。它是一项保证最终产品质量和过程质量的重要质量活动，是改善和提高最终产品质量和过程质量的有效手段。1.2 机械精度设计n大致分三个阶

3、段n1、总体设计:它主要是根据产品的功能和性能要求，并应用人机工程学原理、空气动力学理论、美学原理等进行产品的方案、布局和造型设计。n2、结构设计:它主要是应用运动学、力学（理论力学、材料力学、弹性力学等）、机械制造理论和技术、数控原理和技术、以及三维设计分析与动态仿真优化技术等，对总体设计进行细化，确定产品的系统、结构及其参数。n3、精度设计:主要为产品的系统和结构的各种技术参数确定合理的精度，并考虑一定的精度储备。 n机械精度设计机械精度设计就是依据产品的技术要求，遵循新一代GPS（产品几何技术规范与认证)等国家标准，运用计算机技术、尺寸链理论、概率论与统计学、材料学、摩擦学、计算几何学、

4、最优化原理与算法、以及模糊数学等技术和理论，并考虑产品的工程实际状态， 科学合理地设计该产品及其零部件几何参数几何参数的精度，以获得技术与经济的最佳综合效应。 n1、互换性原则n2、经济性原则n3、标准化原则n4、最优化原则n5、符合工程实际原则n1、类比法n2、试验法n3、计算法1.3 1.3 互换性概述互换性概述互互 换换几何参数（尺寸参数，形状参数，位置参数，表面粗糙度参数等）几何参数（尺寸参数，形状参数，位置参数，表面粗糙度参数等）物理参数（硬度，强度，刚度等）物理参数（硬度，强度，刚度等）化学参数（构成材料的成分）化学参数（构成材料的成分） “机器制造中的互换性，是指按规定的几何、物

5、理化学及其他机器制造中的互换性，是指按规定的几何、物理化学及其他质量参数的公差，分别制造合格的零部件，在其装配与更换时随质量参数的公差，分别制造合格的零部件，在其装配与更换时随机任取其一，无需再经辅助加工或装配，便能达到设计时规定的机任取其一，无需再经辅助加工或装配，便能达到设计时规定的使用要求。使用要求。” 装装 配配设计时规定公差设计时规定公差产品存在误差产品存在误差 零件间参数的误差在公差零件间参数的误差在公差范围内，我们就认为它们近似范围内，我们就认为它们近似相等，在实际中就不会影响使相等，在实际中就不会影响使用性能，为此，该规格零件就用性能，为此，该规格零件就具备了互换性的这一条件。

6、具备了互换性的这一条件。 在我们的日常生活中，很多机电产品都具备这种性质，只要是同在我们的日常生活中，很多机电产品都具备这种性质，只要是同规格的合格产品，无论哪个厂家生产的均可互换。规格的合格产品，无论哪个厂家生产的均可互换。 本教材讨论的互换性概念主要是几何尺寸参数的互换性本教材讨论的互换性概念主要是几何尺寸参数的互换性。完全互换完全互换大数互换大数互换分组互换分组互换调整互换调整互换修配互换修配互换不完全互换不完全互换 机械制造中的互换性按互换的程度分机械制造中的互换性按互换的程度分 指同一规格的一批零件或部件，在装配或更换时，不需经过任何挑选、指同一规格的一批零件或部件，在装配或更换时，

7、不需经过任何挑选、辅助加工或附加修配（如钳工修配）及调整，就能装配到机器上，并能辅助加工或附加修配（如钳工修配）及调整，就能装配到机器上，并能达到设计时规定的功能要求。达到设计时规定的功能要求。 这种互换适合于机器中大量的通用件和标准件。这种互换适合于机器中大量的通用件和标准件。 互换性概率控制互换性概率控制P=1-在范围内的互换我们就称其为大数互换。在范围内的互换我们就称其为大数互换。 为了降低零件的加工成本，可增大零件的加工误差，然后将相关的零为了降低零件的加工成本，可增大零件的加工误差，然后将相关的零件尺寸一一测量出来，根据零件的实际尺寸分成若干组（装配精度要求越件尺寸一一测量出来，根据

8、零件的实际尺寸分成若干组（装配精度要求越高，分组数就越多），按组进行装配，仅组内零件可互换，组与组之间不高，分组数就越多），按组进行装配，仅组内零件可互换，组与组之间不可互换。这种方法就称其为分组互换法。可互换。这种方法就称其为分组互换法。 采用更换零件或改变零件位置（如增减或更换垫片、垫圈等）来改变采用更换零件或改变零件位置（如增减或更换垫片、垫圈等）来改变补偿环尺寸大小的方法则称调整互换。补偿环尺寸大小的方法则称调整互换。 将补偿环的零件用钳工或其他方法精确的修配（通常是去除多余的材将补偿环的零件用钳工或其他方法精确的修配（通常是去除多余的材料），以期达到装配精度的要求。料），以期达到装配

9、精度的要求。 1.3.3 1.3.3 互换性在机械工程互换性在机械工程 中的意义中的意义节省很多设计工作（如计算、绘图等）节省很多设计工作（如计算、绘图等）缩短新产品的设计周期缩短新产品的设计周期有利于增加产品规格的多样性有利于增加产品规格的多样性有利于结构性能的改进有利于结构性能的改进有利于成组技术的应用有利于成组技术的应用有利于专业化制造有利于专业化制造提高经济效益和市场竞争力提高经济效益和市场竞争力提高产品的加工质量提高产品的加工质量加工过程中的管理水平加工过程中的管理水平缩短机器的装配周期缩短机器的装配周期大大减轻工人的劳动强度大大减轻工人的劳动强度有利于实现文明生产有利于实现文明生产

10、1.4 产品几何技术规范产品几何技术规范（GPS）概述概述 GPS体系的形成大概分为三个阶段：n1、第一阶段：GPS概念的提出 n2、第二阶段：第一代GPS语言的形成 n3、第三阶段：新一代GPS体系的形成1.5 1.5 标准与标准化标准与标准化 标准是指在一定的范围内为了获得最佳秩序，经有关方面协商标准是指在一定的范围内为了获得最佳秩序，经有关方面协商一致，对重复性事物和概念通过科学的简化、优选后做出的统一规一致，对重复性事物和概念通过科学的简化、优选后做出的统一规定。並将其制成规范性文件，通过主管机构批准发布，作为共同遵定。並将其制成规范性文件，通过主管机构批准发布，作为共同遵守的准则和依

11、据。守的准则和依据。1.标准的展示形式：标准的展示形式： 标准一般以文字、图表的形式出现，也以实物形式出现。标准一般以文字、图表的形式出现，也以实物形式出现。2、标准的种类：、标准的种类： 按标准化工作对象按标准化工作对象技术标准技术标准管理标准管理标准工作标准工作标准 按标准的性质按标准的性质基础标准基础标准产品标准产品标准方法标准方法标准安全标准安全标准卫生标准卫生标准环保标准环保标准 3、标准的等级：、标准的等级：4.标准的性质：标准的性质：推荐性标准推荐性标准强制性标准强制性标准 标准化（标准化（Standardization）是指在一定范围内的经济、技）是指在一定范围内的经济、技术、

12、科学及管理等社会实践活动中，对存在的重复性事物（如产术、科学及管理等社会实践活动中，对存在的重复性事物（如产品）和概念（如术语、量值等），通过制订、发布和实施标准，品）和概念（如术语、量值等），通过制订、发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的活动过程。达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的活动过程。 标准化是一个标准化是一个“活动过程活动过程”，而且是一个循序渐进的过程。显，而且是一个循序渐进的过程。显然，制订标准和实施标准是这个过程的核心内容。然，制订标准和实施标准是这个过程的核心内容。1 1、标准化的原则、标准化的原则 规范原则规范原则 简化原则简化原则 协调原则协调原则 优化

13、原则优化原则 2 2、标准化的方法、标准化的方法统一化统一化 通用化通用化 系列化系列化 制定产品参数系列制定产品参数系列 编制系列型谱编制系列型谱 系列设计系列设计 1.6 1.6 优先数系优先数系1.数系的传播数系的传播纸张的尺寸纸张的尺寸书本的尺寸书本的尺寸打印机的尺寸打印机的尺寸复印机的尺寸复印机的尺寸书架的尺寸书架的尺寸包装箱的尺寸包装箱的尺寸打印机零件的尺寸打印机零件的尺寸硒鼓的尺寸硒鼓的尺寸包装箱的尺寸包装箱的尺寸模具的尺寸模具的尺寸. 显然，对于这种传播，如果没有一定的规则和标准加以协调和引导，显然，对于这种传播，如果没有一定的规则和标准加以协调和引导，就会造成产品尺寸规格的杂

14、乱。所以数系的传播也存在有优化问题，这就会造成产品尺寸规格的杂乱。所以数系的传播也存在有优化问题，这就是所谓就是所谓“优先数系优先数系”。 GB321-80规定采用规定采用ISO所推荐的以所推荐的以m=5、10、20、40、80为公比的雷诺数系。为公比的雷诺数系。55101.6q 1010101.25q2020101.12q4040101.06q8080101.03q公差等级公差等级IT5IT5IT18,IT18,采用采用5RIT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12；7i 10i 16i 25i 4

15、0i 64i 100i 160i7i 10i 16i 25i 40i 64i 100i 160i；系列：系列：应用实例：应用实例： 表面粗糙度表面粗糙度Ra值（第一系列）采用值（第一系列）采用R10/3派生系列：派生系列：0.012，0.025，0.050，0.10，0.20，50；1010, 12.5, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 320,R 系列1444444444444444444444444444444 42444444444444444444444444444444 4 310400 450710 900 1

16、120 1400R20R 系列系列，500，560，144444444 42 444444444 314444444442 444444444 3 CA6140 CA6140普通车床（沈阳第一机床厂产品）主轴转速采用普通车床（沈阳第一机床厂产品）主轴转速采用R10和和R20组合的复合系列组合的复合系列1.7 检测技术及其发展概述检测技术及其发展概述n测量是为确定被测对象特征尺寸或变动量的量值而进行的一组操作。n检验是将被检对象与规定的极限尺寸相比较，从而确定被检对象是否超出极限的一个判断过程。n检测是检验和测量的统称。1.8 本课程的性质和任务本课程的性质和任务本课程的性质：n本课程是高等学校

17、机械类、金属材料类、仪器仪表类、机电工程类各专业的一门重要的技术基础课。本课程的任务:n1、了解新一代GPS体系，建立互换性与标准化的概念；学会选用优先数。 1.8 本课程的性质和任务本课程的性质和任务n2、学会初步选用尺寸公差与配合、形位公差、表面粗糙度；对常用的公差要求会正确标注、解释和查用有关表格。 n3、初步掌握误差理论和计量检测技术的基础知识，能对一般几何量进行综合检测,并能正确地进行误差数据的分析、处理和评定。 1.8 本课程的性质和任务本课程的性质和任务n4、掌握机械精度设计的原理与方法，学会公差设计和公差分配，以及尺寸链的计算。1.9 本课程的特点及学习方本课程的特点及学习方法法特点n1、内容多、知识面广。 n2、概念、术语、定义多，透彻理解困难