第二节机械制造中的互换性
一、互换性及其意义
1、什么叫互换性?
??????例如：组成现代技术装置和日用机电产品的各种零件，如电灯泡、自行车、手表、缝纫机上的零件、一批规格为M10-6H的螺母与M10-69螺栓的自由旋合。在现代化生产中，一般应遵守互换性原则。
（1）定义在制成的同一规格的一批零件中，不需任何挑选或附加加修配或再调整，就可装上机器（或部件）上，而且达到规定的使用性能要求，具有上述要求的零部件称为具有互换性的零部件。
（2）互换性给产品的设计、制造和使用带来很大方便
1）从设计方面按互换性进行设计可以最大限度地采用标准件、通用件，大大减少绘图、计算等工作量，缩短设计周期，并有利于产品多样化和计算机辅助设计。
2）从制造方面互换性有利于组织大规模专业化生产，有利于采用先先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造、实现加工、装配过程的机械化、自动化，减轻工人的劳动强度，提高生产效率，证产品质量，降低生产成本。
3）从使用方面零部件有互换性，可及时更换已经磨损、损坏了的零部件，减少了机器的维修时间和费用，保证机器能够连续而持久的运转，提高了机器的使用寿命。
所以互换性对保证产品质量，提高生产率和增加经济效益具有重要意义，因此互换性是现代机械制造业中一个普遍遵守的原则。
二、互换性的分类
按互换的范围分功能互换、几何参数互换
本课程研究几何参数互换。
什么是几何参数互换？
几何参数互换是指零部件的尺寸、形状、位置及表面粗糙度等参数具有互换性。
按互换程度分完全互换、不完全互换
什么是完全互换？
一批零件、部件在装配时不需分组、挑选、调整和修配、装配后既能满足预定的要求称为完全互换。
什么是不完全互换？
当装配精度要求较高时采用完全互换，将使零件精度要求提高、加工困难、成本增高。这时可适当降低零件制造精度，使之便于加工。而在加工好后通过测量将零件按实际尺寸的大小分为若干组，同一组内零件有互换性、组与组之间不能互换、属不完全互换，称为不完全互换。
当使用要求与制造水平、经济效益没有矛盾时采用完全互换，反之采用不完全互换。
三、公差与检测——实现互换性的条件
零件在加工过程中不可避免的会产生各种误差,只要把几何参数的误差控制在一定范围内就能满足互换性的要求。
零件几何参数误差的允许范围称为公差。包括尺寸公差、形状公差、位置公差等。
加工好的零件是否满足公差要求，通过检测来判断，检测是机械制造的“眼睛”，产品质量地提高除设计和加工的精度提高外，更有耐于检测精度地提高。
所以，合理确定公差、正确进行检测，是保证产品质量和实现互换性生产的两个必不可少的手段和条件。
第三节标准化
一、标准化和标准
什么是标准化？
标准化是指制定、贯彻标准的全过程。是实现互换性的前提。
标准分类按范围分为基础标准、产品标准、方法标准、安全与环境保护标准按级别分为国际标准和区域性标准、国家标准（GB）、部门标准（专业标准，如JB）、企业标准、行业标准、地方标准。
国家标准和行业标准又分为：强制性标准和推荐性标准，80%以上标准属于推荐性标准
公差标准属于基础标准。
二、优先数和优先数系
?
（1）数值标准化(数值标准化的必要性)
?制定公差标准以及设计零件的结构参数时，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、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、螺纹塞规、钻头等系列产品的直径数值。
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。
（2）优先数系
优先数系是一种十进制的几何级数。我国标准GB/T321-1980与国际标准ISO推荐系列符号R5、R10、R20、R40、R80系列，前四项为基本系列,R80为补充系列。其公比为：
R5系列?????q5≈1.6?????R10系列???q10≈1.25
R20系列????q20≈1.12???R40系列???q40≈1.06
R80系列????q80≈1.03
本课程所涉及的有关标准中，诸如尺寸分段、公差分级及表面粗糙度的参数系列等，也采用优先数系。
课题第二章测量技术基础
学时3
目的要求
解测量的基本概念及其四要素、尺寸传递的概念、测量误差，理解测量方法的分类及其特点、计量器具的分类及常用的度量指标，掌握尺寸传递中的重要媒介、量块的基本知识。
本章为一般讲解，要求学生基本掌握。
重点量块的基本知识及应用
难点测量方法
教学方法
教学内容
第一节概述
检测的意义
为了满足机械产品的功能要求，在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、
生产流程及检测手段。其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检测。
测量的基本要素
“测量”是以确定量值为目的的全部操作。测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。若被测量为L，计量单位为E，确定的比值为，则测量可表示为
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??一个完整的测量过程应包含被测对象、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量精度等四个要素。
被测对象
被测对象在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是长度、角度、
计量单位
计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、“安”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、“微米”和“纳米”，常用的角度单位是非国际单位制的单位rad、μrad（微弧度）和“度”、“分”、“秒”。
测量方法
测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。
广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。
测量精度
测量结果与被测量真值的一致程度。（不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的）。
真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。
由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。
第二节长度基准与量值传递
一、长度基准
?
在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”。
1983年第17届国际计量大会上通过了作为长度基准的米的新定义，规定：“米”是在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。我国采用碘吸收稳定的0.633μm氦氖激光辐射作为波长标准来复现“米”定义。
二、量值传递
在实际应用中，不便于用光波作为长度基准进行测量，为了保证量值的准确和统一，必须把复现的长度基准的量值逐级准确地传递到生产中所应用的各种计量器具和被测工件上去，如图所示2-1为两个平行的系统向下传递，一个是端面量具（量块）系统，另一个是刻线量具（刻纹尺）系统。其中，以量块为量值传递媒介的系统应用较广。
三、量块
量块是没有刻度的、截面为矩形的平面平行端面。作为长度尺寸传递的实物基准，广泛应用于计量器具的校准、和鉴定，精密画线和精密工件的测量等。
1、量块的材料、形状和尺寸
?量块是用铬锰钢等特殊合金钢材料制成的，具有线膨胀系数小、性质稳定、耐磨性好、硬度高、工作表面粗糙度值小以及研合性好等特点。
量块通常制成正六面体，它有2个相互平行的测量面和4个非测量面。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度ln。标称长度小于6mm的量块，其公称值刻印在上测量面上；标称长度大于6mm的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧较宽的一个非测量面上。
2、量块的精度
按国标GB/T6093—2001《几何量技术规范（GPS）长度标准量块》对量块按制造精度分5级：即0、1、2、3和K级，其中0级精度最高，3级最低，K级为校准级，主要根据量块长度极限偏差±te和量块长度变动量的最大允许值tv来划分的。
量块生产企业大都按“级”向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大
长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按“级”使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。
图2—1长度量值传递系统
图2—2量块
制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等”，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。
?标准规定了量块按其检定精度分为六等，即1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低，“等”主要依据量块测量的不确定度和量块长度变动量的允许值来划分的。
量块的“级”与“等”
量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。
按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。
按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。
?就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。
3、量块的应用
量块有很好的研合性，所以将量块顺其测量面加压推合，就能研合在一起。在一定范围内根据需要将多个尺寸不同的量块研合成量块组，从而扩大了量块的应用。我国成套生产的量块共有17中套别，每套的块数分别为91、83、46、38块等。表2-1列出了量块的尺寸系列。
表2-1成套量块的组合尺寸
在使用量块组测量时，为了减少量块的组合误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过4块。选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。例如，从83块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为：??
?36.745?………………所需尺寸??????????
－?1.005?………………第一块量块尺寸
????35.740???
－?1.24??………………第二块量块尺寸
34.500
－?4.5???………………第三块量块尺寸
?30.000???……………第四块量块尺寸
4、量块使用的注意事项：
量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。
所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。
第三节计量器具
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