《现代机械制造工艺》-第 ６ 章　机械装配工艺基础

６.１概述６.１.１装配的概念任何机械都是由许多零件和部件组成，根据规定的技术要求，将若干零件“拼装”成部件或将若干零件和部件“拼装”成新产品的过程，称为装配。前者称为部件装配，简称部装；后者称为总装配，简称总装。机械装配在新产品制造过程中占有非常重要的地位，因为产品的质量最终是由装配工作来保证的。零件的质量是产品质量的基础，但装配过程并不是将合格零、部件简单地连接起来的过程，而是根据各级部装和总装的技术要求，采取适当的工艺方法来保证产品质量的复杂过程。如果装配工艺水平不高，那么即使采用高质量的零件，也会装出质量差甚至不合格的产品。因此，必须十分重视产品的装配工作。下一页返回６.１概述６.１.２装配工艺的内容机械装配是产品制造过程中最后一个阶段，它包括装配、调整、检验和试验等工作。机械装配工作有以下基本内容。１.清洗清洗的目的是去除零件表面或部件中油污及机械杂质。清洗的方法有擦洗、浸洗、喷洗和超声波清洗等。常用的清洗液有煤油、汽油、碱液及各种化学清洗液。上一页下一页返回６.１概述２.连接机械装配中的连接一般有可拆卸连接和不可拆卸连接。常见的可拆卸连接有螺纹连接、键连接、销钉连接等。螺纹连接有三种，根据被连接工件的不同选择螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接；根据螺纹连接分布的情况，合理确定紧固的顺序，施力要均匀，大小要适度。键连接主要用于轴与轴上旋转零件的周向固定，并传递扭矩。销钉连接主要是用作定位，也可用于实现轴与轴上零件之间的轴向和周向固定。销钉有圆柱销和圆锥销两种，圆柱销用于不常拆卸的场合，圆锥销用于常拆卸的场合。上一页下一页返回６.１概述常见的不可拆卸连接有焊接、铆接、过盈连接等。过盈连接多用于轴、孔的配合。一般机械常采用压入配合法；重要或精密机械常用热胀或冷缩配合法。３.校正、调整与配作校正是指产品中相关零件间相互位置的找正、找平及相应调整工作。校正在产品总装和大型机械的基体件装配中应用较多。装配中的调整是指相关零部件相互位置的具体调节工作，如调节零部件的位置精度，调节运动副间的间隙，来保证产品中运动零部件的运动精度。上一页下一页返回６.１概述４.平衡对于转速较高、运转平稳性要求高的机器，为了防止使用中出现振动，在总装配时，需对有关旋转零部件进行平衡工作。平衡是一个消除不平衡的过程。生产中的平衡法有静平衡法和动平衡法两种。盘类零件一般采用静平衡法，轴类零件一般采用动平衡法。静平衡的步骤为：将盘类零件装上心轴，放到圆柱形的支架上；推动零件使其自由地滚动，待其静止后，在正下方画线做标记，经过几次滚动，确定偏心方向；在画线的相对方向的反向沿长线上某处黏上橡皮泥，并逐步增加橡皮泥的质量，直至标记线能停在任何方向；此时可采取三种方式达到静平衡，一是在黏橡皮泥处固定同等质量的配重，二是在标记线上去除一定质量的材料，三是调整平衡块的位置。上一页下一页返回６.１概述５.验收试验机械产品装配完后，应根据有关技术标准和规定，对产品进行较为全面的检验和试验工作，合格后方准出厂。例如，普通车床在总装后，需要进行静态检查、空运转试验、负荷试验等。上一页返回６.２机械产品的装配精度机械产品的装配精度，即装配时实际达到的精度，一般包括零部件间的距离精度、相互位置精度、相对运动精度、接触精度等。１.距离精度距离精度是指相关零部件间的距离尺寸精度，如车床主轴与尾座轴心线不等高的精度等。距离精度还包括装配中应保证的各种间隙，如轴和轴承的配合间隙、齿轮啮合中非工作齿面间的侧隙及其他一些运动副间的间隙等。２.相互位置精度装配中的位置精度包括相关零、部件间的平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度及各种跳动等。下一页返回６.２机械产品的装配精度３.相对运动精度相对运动精度是产品有相对运动的零、部件间在运动方向和相对速度上的精度。运动方向的精度多表现为部件间相对运动的平行度和垂直度，如车床床鞍移动精度及床鞍移动相对主轴轴心线的平行度等。相对速度的精度即传动精度，表现为传动链的两末端执行件之间速度的协调性和均匀性，如滚齿机滚刀主轴与工作台的相对运动，车床车螺纹时主轴与刀架移动的相对运动等，在速比上均有严格的精度要求。４.接触精度接触精度常以接触面积的大小及接触点的分布来衡量，如齿轮啮合、锥体配合及导轨之间均有接触精度要求。上一页下一页返回６.２机械产品的装配精度机器是由零件和部件组成的，故零件的精度特别是关键零件的加工精度，对装配精度有很大的影响。图６-２所示车床主轴锥孔轴心线和尾座套筒锥孔轴心线对床鞍移动的等高要求（ＡΔ

），即取决于主轴箱、底板及尾座的Ａ１、Ａ２及Ａ３的尺寸精度。车床等高度的要求是很高的，如果单靠提高尺寸Ａ１、Ａ２及Ａ３的尺寸精度来保证是很不经济的，甚至在技术上也是很困难的。产品的装配精度和零件的加工精度有很密切的关系：零件精度是保证装配精度的基础，但装配精度不完全取决于零件精度。要合理地获得装配精度，应从产品结构、机械加工和装配等方面进行综合考虑。上一页返回６.３装配尺寸链６.３.１装配尺寸链的基本概念装配尺寸链是产品或部件在装配过程中，由相关零件的有关尺寸（表面或轴线间距离）或相互位置关系（平行度、垂直度或同轴度等）所组成的尺寸链。其基本特征依然是尺寸（或相互位置关系）组合的封闭性，即由一个封闭环和若干个组成环所构成的尺寸链呈封闭图形（图６-２（ｂ））。装配尺寸链各环的定义及特征同前所述，如装配尺寸链封闭环的基本特征，依然是不具有独立变化的特性，它是装配后才间接形成的，多为产品或部件的装配精度指标，如图６-２中的ＡΔ

。装配尺寸链中的组成环是指那些对装配精度有直接影响的零件上的尺寸或相互位置关系，如图６-２中的Ａ１、Ａ２及Ａ３。显然，Ａ２和Ａ３是增环，Ａ１则是减环。下一页返回６.３装配尺寸链６.３.２装配尺寸链的建立当运用装配尺寸链去分析和解决装配精度问题时，首先要正确地建立装配尺寸链，即正确地确定封闭环，并根据封闭环的要求查明各组成环。装配尺寸链的封闭环多为产品或部件的装配精度。为了正确地确定封闭环，必须深入了解产品的使用要求及各部件的作用，明确设计人员对产品及部件提出的装配技术要求。装配尺寸链的组成环是对产品或部件装配精度有直接影响的环节，为了迅速而正确地查明各组成环，必须仔细地分析产品或部件的结构，了解各个零件连接的具体情况。上一页下一页返回６.３装配尺寸链６.３.３装配尺寸链的计算装配尺寸链建立后，需要通过计算来确定封闭环和各组成环的数量关系，尺寸链的计算有极值法（极大极小法）和概率法。极值法是各组成环误差处于极端的情况下，来确定封闭环与组成环关系的一种计算方法。这种方法简单可靠，但在封闭环公差较小且组成环较多时，各组成环的公差将会更小，使加工困难，制造成本增加。概率法是应用概率论原理来进行尺寸链计算的一种方法，在封闭环公差较小且组成环较多的情况下比极值法将更合理。上一页下一页返回６.３装配尺寸链１.极值法（极大极小法）有关极值法的计算公式在前面工艺尺寸链中已作阐述。在装配尺寸链的计算中也有“正计算”和“反计算”两种形式。正计算发生在已有产品装配图和全部零件图的情况下，用以验证组成环公差、基本尺寸及其偏差的规定是否正确，是否满足装配精度指标。装配工人通常要用到正计算。反计算产生在产品设计阶段，即根据装配精度指标确定组成环公差、标注组成环基本尺寸及其偏差，然后将这些已确定的基本尺寸及其偏差标注到零件图上。反计算工作是由工程设计人员进行的。上一页下一页返回６.３装配尺寸链３.装配尺寸链的解算所谓装配尺寸链的解算，是指应用装配尺寸链方法解决实际问题，并作必要的计算。解算时，首先要根据装配精度建立相应的装配尺寸链，然后合理选择达到装配精度的方法，同时应用合适的计算方法进行尺寸链计算。上一页返回６.４保证装配精度的方法６.４.１互换装配法互换装配法就是装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度要求的一种方法。产品采用互换装配法时，装配精度主要取决于零件的加工精度。互换装配法的实质就是用控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。采用互换性保证产品装配精度时，零件公差的确定有极值法和概率法两种方法。采用极值法时，由于各有关零件的公差之和小于或等于装配公差，故装配中零件可以完全互换，即装配时零件不经任何选择、修配和调整，均能达到装配的要求。因此，它又称为“完全互换法”。下一页返回６.４保证装配精度的方法采用概率法时，各有关零件公差值的平方之和的平方根小于或等于装配公差，当生产条件比较稳定，从而使各组成环的尺寸分布也比较稳定时，也能达到完全互换的效果。否则，将有一部分产品达不到装配精度的要求，因此称概率法为“不完全互换法”。显然，概率法适用于大批大量生产。６.４.２选配装配法在成批或大量生产条件下，对于组成环不多而装配精度要求却很高的尺寸链，若采用完全互换法，则零件的公差将过严，甚至超过了加工工艺的现实可能性。在这种情况下可采用选配装配法，该方法是将组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证规定的装配精度要求。上一页下一页返回６.４保证装配精度的方法选配法有直接选配法、分组选配法和复合选配法三种。１.直接选配法直接选配法是由装配工人从许多待装配的零件中，凭经验挑选合适的零件通过试凑进行装配的方法。这种方法的优点是简单，零件不必事先分组，但装配中挑选零件的时间长，装配质量取决于工人的技术水平，不宜用于节拍要求较严的大批量生产。２.分组选配法分组选配法是事先将互配零件测量分组，装配时按对应组进行装配以达到装配精度的方法。上一页下一页返回６.４保证装配精度的方法分组装配在机床装配中用得很少，但在内燃机、轴承等大批、大量生产中有一定应用，如活塞与活塞销的连接，如图６-５（ａ）所示。３.复合选配法复合选配法是上述两种方法的复合，即零件预先测量分组装配时再在各对应组内凭工人经验直接选配。这一方法的特点是配合件公差可以不等，装配质量高，且速度较快，能满足一定的节拍要求。例如，发动机装配中，气缸与活塞的装配多采用这种方法。上一页下一页返回６.４保证装配精度的方法６.４.３修配装配法在单件、小批生产中，装配精度要求高而且组成件多时，完全互换法或不完全互换法均不能采用，在这些情况下，修配法是被广泛采用的方法之一。修配法是指在零件上预留修配量，在装配过程中用手工锉、刮、研等方法修去该零件上多余的材料，使装配精度达到要求。修配法的优点是能够获得很高的装配精度，而零件的制造精度要求可以放宽。其缺点是装配过程中以手工操作为主，劳动量大，工时不易预定，生产率低，不便于组织流水作业，而且装配质量依赖于工人的技术水平。上一页下一页返回６.４保证装配精度的方法６.４.４调整装配法调整法与修配法在原则上是相似的，但具体方法不同。这种方法是用一个可调整零件，在装配时调整它在机器中的位置，或增加一个定尺寸零件（如垫片、垫圈、套筒等）以达到装配精度的。上述两种零件，都起到补偿装配累积误差的作用，故称之为补偿件。相应于这两种补偿件的调整法分别叫做可动补偿调整法和固定补偿件调整法。调整法的优点是：（１）能获得很高的装配精度，在采用可动补偿件调整法时，可达到理想的精度，而且可以随时调整由于磨损、热变形或弹性变形等原因所引起的误差。上一页下一页返回６.４保证装配精度的方法（２）零件可按经济精度要求确定加工公差。它的缺点是：（１）往往需要增加调整件，这就增加了零件的数量，增加了制造费用。（２）在应用可动调整件时，往往要增大机构的体积。（３）装配精度在一定程度上依赖于工人的技术水平，对于复杂的调整工作，工时较长，时间较难预定，因此不便于组织流水作业。因此采用调整法时，应根据不同机器、不同生产类型予以妥善的考虑。在大量、大批生产条件下采用调整法，应该预先采取措施，尽量使调整方便迅速。例如用调整垫片时，垫片应准备几档不同规格。在单件、小批生产条件下，往往在调整好零件或部件位置后，再设法固定。上一页返回６.５装配的生产类型和组织形式６.５.１装配的生产类型及其特点机械装配的生产类型按装配生产批量可分为大批、大量生产，成批生产及单件、小批生产三种。生产类型支配着装配工作而各具特点，如在组织形式、装配方法、工艺装备等方面都有所不同。为提高装配工艺水平，必须注意各种生产类型的特点、现状及其本质联系。各种生产类型装配工作的特点见表６-２。６.５.２装配的组织形式装配工作组织的好坏，对装配效率的高低和装配周期的长短均有较大的影响。根据产品结构的特点和批量大小的不同，装配工作应采取不同的组织形式。装配的组织形式一般可分为固定式装配和移动式装配两大类。下一页返回６.５装配的生产类型和组织形式１.固定式装配固定式装配，是将产品或部件的全部装配工作安排在某一固定的工作地点进行装配，装配过程中产品位置不变，装配所需要的零部件都汇集在工作地点附近。当批量很小或单件生产时（如新产品试制），产品的全部装配工作可集中在同一工作地点由同一组工人去完成，这样就需要较大的生产面积和技术水平较高的工人，整个产品的装配周期也比较长。当产品的批量较大时，为提高装配效率，可将产品的装配分成部装和总装，分别由几组工人在不同的工作地点同时进行。上一页下一页返回６.５装配的生产类型和组织形式２.移动式装配移动式装配，是将产品或部件置于装配线上，通过连续或间歇的移动使其顺次经过各装配工作地点以完成全部装配工作。采用移动式装配时，装配过程分得较细，每个工作地点重复完成固定的工序，广泛采用专用设备及工具，生产率很高，多用于大批、大量生产。批量很大的定型产品还可采用自动装配线进行装配。上一页返回６.６装配工艺规程的制订６.６.１制订装配工艺规程应遵循的原则（１）保证并力求提高产品装配质量，以延长产品的使用寿命。（２）合理安排装配工序，尽量减少钳工装配的工作量，提高装配效率以缩短装配周期。（３）尽可能减少车间的生产面积，以提高单位面积的生产率。６.６.２制订装配工艺所需的原始资料１.产品的总装配图和部件装配图，以及主要零件的工作图下一页返回６.６装配工艺规程的制订产品的装配图应清楚地表示出：所有零件的相互连接情况；重要零部件的联系尺寸；配合零件间的配合性质及精度；装配的技术要求；零部件明细表等。２.产品验收的技术条件产品验收的技术条件，是产品总装后验收产品的一种重要技术文件。它主要规定了产品主要技术性能的检验、试验工作的内容及方法，是制订装配工艺规程的主要依据之一。３.产品的生产纲领产品的生产纲领即产品的生产批量，如单件、中批、大批等。上一页下一页返回６.６装配工艺规程的制订４.现有生产条件现有生产条件主要包括现有的装配设备及工艺装备、车间面积、工人的技术水平，以及时间定额标准等。６.６.３装配工艺规程的内容装配工艺规程一般应规定有下列内容：（１）产品及其部件的装配顺序。（２）装配方法。（３）装配的技术要求及检验方法。（４）装配所需的设备和工具。（５）必需的工人技术等级及装配的时间定额等。上一页下一页返回６.６装配工艺规程的制订６.６.４制订装配工艺规程的步骤根据上述原则和原始资料，可以按下列步骤制订装配工艺规程。１.研究产品装配图和验收技术条件制订装配工艺时，首先要仔细地研究产品的装配图及验收技术条件。通过上述技术文件的研究，要深入地了解产品及其各部分的具体结构；产品及各部件的装配技术要求；设计人员所确定的保证产品装配精度的方法，以及产品的试验内容、方法等。研究产品装配图时，如果发现图样在完整性、技术要求和结构工艺性方面有缺点或错误，应及时提出，由设计人员研究后予以修改。上一页下一页返回６.６装配工艺规程的制订２.确定装配的组织形式产品装配工艺方案的制订与装配的组织形式有关。例如，总装、部装的具体划分；装配工序划分时的集中、分散程度；产品装配的运输方式以及工作地的组织等都与组织形式有关。装配组织形式的选择，主要取决于产品结构特点（尺寸大小与质量）和生产批量。３.划分装配单元，确定装配顺序装配单元包括零件和部件。装配单元的划分，就是从工艺角度出发，将产品分解成可以独立装配的组件及各级分组件，它是装配工艺制订中极其重要的一项工作。上一页下一页返回６.６装配工艺规程的制订零件是组成产品的最基本单元。部件是许多零件组成的产品的一部分，是个通称，其划分是多层次的。直接进入产品总装的部件称为组件，直接进入组件装配的部件称为第一级分组件，直接进入第一级分组件装配的部件称为第二级分组件，以此类推。机械产品结构越复杂，分组件的级数就越多。用图解法表示的产品装配单元（即可以单独进行装配的部件）的划分，如图６-６所示。图６-７所示为产品装配单元的划分及其装配的顺序，通过装配单元系统图直观地表示了出来。图中每一个零件、分组件或组件都用长方格表示，长方格的上方注明装配单元的名称，左下方填写装配单元的编号，右下方填写装配单元的数量。装配单元的编号必须和装配图及零件明细表中的编号一致。上一页下一页返回６.６装配工艺规程的制订当产品构造较复杂时，按上述方法绘制的装配单元系统图将过分复杂，故常分别绘制产品总装及各部装的装配单元系统图，如图６-８所示。图６-８（ａ）为产品总装的系统图，图６-８（ｂ）～图６-８（ｄ）为图６-８中基准组件及其各级分组件的装配单元系统图。组件结构不太复杂时，不必逐级绘制分图。在装配单元系统图上，加注必要的工艺说明（如焊接、配钻、铰孔及检验等），则成为装配工艺系统图，如图６-９所示。此图较全面地反映了装配单元的划分、装配的顺序及方法，是装配工艺中的主要文件之一。上一页下一页返回６.６装配工艺规程的制订４.划分装配工序装配顺序确定后，还要将装配工艺过程划分为若干工序，并确定各个工序的工作内容、所需的设备和工具、夹具及工时定额等。装配工序应包括检查和试验工序。５.制订装配工艺卡片在单件、小批生产时，通常不制订工艺卡片，工人按装配图和装配工艺系统图进行装配。成批生产时，应根据装配工艺系统图分别制订总装和部装的装配工艺卡片。卡片的每一道工序内容应简要地说明工序的工作内容、所需设备和工具、夹具的名称及编号、工人技术等级及时间定额等。大批、大量生产时，应每一道工序单独具制订工序卡片，详细说明该工序的工艺内容。工序卡片能具体指导工人进行装配。上一页返回６.７装配工艺规程编制实例为了进一步掌握装配工艺规程的编制过程，下面介绍主轴部件装配工艺规程的制订。主轴及其轴承是主轴箱最重要的部分。主轴的旋转精度、刚度和抗振性等对工件的加工精度和表面粗糙度有直接影响。掌握主轴部件的装配和调整工艺显得相当重要。６.７.１主轴部件的结构主轴部件的结构如图６-１０所示。主轴是车床的关键部件之一，在工作时承受很大的切削力，故要求具有足够的刚度和较高的精度。它是一个空心的阶梯轴。主轴前端的锥孔为莫氏６号锥度，用于安装前顶尖和心轴。主轴前端采用短锥法兰式结构，用于安装卡盘或拨盘。下一页返回６.７装配工艺规程编制实例６.７.２主轴部件的装配技术要求主轴轴承对主轴的旋转精度及刚度影响很大，轴承中的间隙直接影响机床的加工精度，主轴轴承应在无间隙（或少许过盈）的条件下运转，因此，主轴轴承的间隙应定期进行调整。该主轴的精度要求为径向跳动和轴向窜动均不超过０.０１ｍｍ，通常为１～３μｍ。６.７.３主轴部件的装配工艺过程１.装配顺序主轴部件的装配基准件是主轴，主轴上各直径向右呈阶梯状，这就决定了装配的顺序应当是主轴自右向左装入箱体，右边的零件先装到主轴上，左边的零件后装到主轴上。上一页下一页返回６.７装配工艺规程编制实例２.装配单元系统图主轴部件的装配用如图６-１１所示的装配单元系统图来表达。３.主轴部件的精度检验（１）主轴径向跳动的检验。如图６-１２所示，在锥孔中紧密地插入一根锥柄检验棒２，将百分表１固定在机床上，使百分表１