淺析零件的互換特性在機(jī)械制造中的作用

溫輝松　張建軍

[摘? ? ? ? ? ?要]? 企業(yè)員工對零件互換特性的正確認(rèn)識與理解，在提高員工對加工與裝配精度的理解上具有十分重要的意義。主要通過對現(xiàn)場培訓(xùn)的總結(jié)，分析零件的互換特性的作用、分類以及對零件制造誤差及其控制方法、配合的類型展開分析，說明實(shí)現(xiàn)零件的互換特性的基本條件及重要意義。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 互換特性;配合;分析

[中圖分類號]? TH131? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）09-0106-02

筆者在對企業(yè)員工培訓(xùn)的過程中，發(fā)現(xiàn)很多員工對工件加工和裝配尺寸精度的控制缺乏足夠的重視，究其原因，在很大程度上是因?yàn)閷α慵幕Q特性在機(jī)械制造中的作用認(rèn)識不足。因此，有必要對零件的互換特性在機(jī)械制造中的作用進(jìn)行有效分析，使員工有更深入的理解，以便對加工和裝配精度的控制更加認(rèn)真。在培訓(xùn)實(shí)踐中，通過加強(qiáng)這方面的分析，收到了較好的效果。在此就培訓(xùn)實(shí)踐中的一些知識點(diǎn)加以總結(jié)，希望與同仁共勉。

一、零件互換特性的含義及作用

機(jī)器是由很多零件裝配在一起所構(gòu)成的。在各種類型的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，我們將制成零件或部件按一定的公差要求制作成基本相同的、不用作特別選配，也不用對工件調(diào)整或修理就可以裝配到設(shè)備或部件上面去，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的使用性能目標(biāo)和技術(shù)要求的特性，叫零件的互換特性。這種可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品具有互換特性的制造加工，要嚴(yán)格遵守互換特性原理，這對提高生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。

由此我們可以清楚地了解到，互換特性是現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備制造生產(chǎn)中按照不同工種、不同崗位專業(yè)化協(xié)作原則組織分工生產(chǎn)的重要條件。按照零件的互換特性原則組織生產(chǎn)加工，有利于多工種、多設(shè)備廣泛地組織合作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效率、更加專業(yè)化的產(chǎn)品生產(chǎn)，更加便于組織現(xiàn)代化、自動化、無人化、柔性生產(chǎn)制造，這樣可以簡化零部件工程設(shè)計(jì)、加工制造和調(diào)整裝配過程，大大縮短生產(chǎn)周期，提高工業(yè)勞動生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)制造成本，保證工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，便于使用以及維修保養(yǎng)。由此可見，零件的互換特性是現(xiàn)代化機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要技術(shù)措施。在日常生活中，零件的互換特性的例子也是很多的。如，自行車的前軸或輻條損壞了、日光燈的啟輝器壞了等，可以在商店買回相應(yīng)的新零件，更換后仍能滿足使用要求。

二、零件的互換特性在機(jī)械制造中的不同

在現(xiàn)代化生產(chǎn)中我們可以看到，零件的互換特性按其互換比例程度可分為可完全互換特性和不可完全互換特性。完全互換是指加工生產(chǎn)的同批零、部件裝配前不經(jīng)選擇，裝配時也不需修配和調(diào)整，裝配后即可滿足預(yù)定的使用要求。例如連接螺栓、定位銷、各類滾動軸承等標(biāo)準(zhǔn)零部件的裝配都屬于這種情況;非全互換多數(shù)情況是指在裝配之前允許有其他的操作，裝配時可以調(diào)整但不允許對零件進(jìn)修配操作，在裝配后可以滿足預(yù)期的使用目標(biāo)。比如液壓機(jī)中活塞體及銷釘?shù)攘慵褪前催@種原則加工的。所以這類零件加工精度高、尺公差小，制造加工難度大些，成本更高些，有時甚至無法加工完成，如果把制造時將公差適當(dāng)放大，就可以方便加工，在加工以后，可以使用量具將零件按實(shí)際尺寸分組編排，依照不同尺寸組進(jìn)行裝配組合。這樣就可以保證裝配精度和使用要求了，而且又降低了制造成本。

前面所說兩種零件在互換特性使用的場合是不同的，在通常情況下，零件的不完全互換特性僅限于部件或機(jī)構(gòu)在制造廠內(nèi)部精度要求高的零件的裝配;零件的完全互換特性適用于廠際間的專業(yè)化協(xié)作和零件生產(chǎn)制造。從更全面的分析中可以了解到，機(jī)械零（部）件的互換特性應(yīng)包括其力學(xué)性能、幾何參數(shù)、物理化學(xué)等方面的互換特性。在這里主要對幾何參數(shù)的互換特性加以說明。因?yàn)樵诶浼庸ぶ兄饕菍缀螀?shù)的控制。

三、零件制造誤差以及控制辦法

想要保證零件具有互換特性，必須保證零件的制造公差的準(zhǔn)確，也就是保證零件在一定的加工精度范圍。可是，因?yàn)闄C(jī)床精度、測量工具以及操作工人生產(chǎn)技術(shù)水平和生產(chǎn)環(huán)境等因素的影響下，加工后所得到的零件的尺寸公差會不可避免地偏離設(shè)計(jì)時的理想目標(biāo)，因而產(chǎn)生制造誤差，這種誤差稱為零件的加工誤差。零件的加工誤差主要有尺寸誤差、形狀誤差、位置誤差和表面粗糙度等。通常把加工后零件的實(shí)際值與理想值之間的誤差，稱為制造誤差。顯然，零件的幾何量誤差就是零件在加工后的幾何參數(shù)方面的加工誤差。然而，從零件的使用功能要求來看也不要求把零件都加工成理想狀態(tài)，而只要將各類零件的加工誤差控制在一定范圍內(nèi)，便可滿足零件的互換特性的要求。在生產(chǎn)中，是通過設(shè)計(jì)的圖樣上給定的公差來控制各類加工誤差的。這樣就可以保證所加工零件可以實(shí)現(xiàn)互換。

四、零件的互換特性對配合的影響（結(jié)合現(xiàn)場實(shí)物檢測）

（一）孔與軸的配合公差分析

所謂配合公差是指相互配合的孔與軸的公差相加值?？住⑤S配合公差一般根據(jù)零部件配合部位的配合松緊變動的要求確定。配合公差值越大，配合時所形成的間隙或過盈也越大，這時配合后產(chǎn)生的松緊差別的程度完全不同，也就是配合的精度更低。相反，如果配合公差很小，那么間隙或過盈的差別也不大，配合松緊差別的程度也較小，這樣配合的精度更高?？着c軸的配合公差是指允許孔和軸的配合間隙或過盈的變動量，因此對間隙配合的情況，孔與軸的配合公差等于最大間隙與最小間隙之差的絕對值;對過盈配合，其配合公差等于最小過盈與最大過盈之差的絕對值;孔、軸的過渡配合，其配合公差等于最大間隙與最大過盈之差的絕對值。配合公差總是大于零的，不可能為負(fù)?？着c軸的配合精度的高低，是由相互配合的孔和軸的精度決定的?？着c軸配合公差精度要求越高，制造的孔和軸的精度要求也越高，制造越困難，制造成本越高;相反，孔和軸的制造越容易些，制造成本更低些。

（二）孔、軸配合

是指基本尺寸完全相同，互相組合的孔和軸的公差帶之間的裝配關(guān)系，互相配合的孔與軸，它們的基本尺寸應(yīng)該是完全相同的?？着c軸裝配后的松緊程度，應(yīng)取決于互相配合的孔和軸公差帶的不同位置。

（三）零件配合中的間隙配合與過盈配合

通常把孔的尺寸減去與之相配合的軸的尺寸為正時是稱為間隙配合，通常用X（隙的漢語拼音）代表;把孔的尺寸減去與之相配合的軸的尺寸為負(fù)時稱過盈配合，通常用Y（盈的漢語拼音）來代表。在間隙數(shù)值前應(yīng)標(biāo)“+”號表示;在過盈數(shù)值前應(yīng)標(biāo)“-”號表示。通常在孔和軸的配合中，配合間隙的存在是配合后能產(chǎn)生相對運(yùn)動的基本保證。相反過盈的存在是使兩個配合零件位置固定或傳遞力。

（四）零件配合的分類

根據(jù)配合的性質(zhì)不同，配合有：間隙、過盈和過渡三類。

1.組件間隙配合：是孔與軸的配合間具有間隙的配合，通常稱間隙配合

基本尺寸相同的孔和基本尺寸相同的軸，可從其中任選對孔和軸，孔的尺寸都大于或等于軸的尺寸，尺寸差為正或零。這批孔件和零件軸的配合就是間隙配合。間隙配合的時候，零件孔的公差帶在零件軸的公差帶之上。因?yàn)榭住⑤S的實(shí)際尺寸允許在其公差帶變動的，所以，它們的配合間隙也是變動的。在孔是最大極限尺寸時與之相配的軸是最小極限尺寸，這種配合處于最寬松情況，這時的配合間隙稱為最大間隙，通常用Xmax標(biāo)記。并且最小間隙等于孔的最小極限尺寸與軸的最大極限尺寸之差值。而最大間隙等于孔的最大極限尺寸與軸的最小極限尺寸之差值。在孔為最小極限尺寸而與其相配的軸為最大極限尺寸的時候，孔與零件軸的配合處于最緊情況，這時的配合間隙稱為最小配合間隙，采用Xmin標(biāo)記。對孔、軸間隙配合來說，其最大間隙等于孔的上偏差減去軸的下偏差所得的值;而最小間隙等于孔的下偏差減去軸的上偏差所得的值?？着c軸最大間隙與最小間隙統(tǒng)稱為極限間隙值，這是間隙配合中允許間隙變動的最大與最小兩個界限值。

2.孔、軸過渡配合：可能具有間隙配合也可能具有過盈的配合稱為孔、軸過渡配合

相同規(guī)格的一組孔件，和相同規(guī)格的一組軸件，任取其中一對孔、軸，這樣孔的尺寸可能大于，也可能小于或等于軸的尺寸，其代數(shù)差可能為正值，也可能為負(fù)值或零，則這批孔與這批軸的配合為過渡配合。過渡配合實(shí)際上是介于間隙配合與過盈配合之間的一種配合關(guān)系。在過渡配合時候，孔的公差帶與軸的公差帶互相交叉。

在過渡配合中也可能出現(xiàn)孔的尺寸減去軸的尺寸為零的特殊情況。這種情況稱為無間隙配合，其配合間隙為零。也可稱之為零過盈配合，這不能代表過渡配合的性質(zhì)特點(diǎn)，而代表過渡配合松緊程度的特征值是最大配合間隙和最大過盈配合。

相互配合孔、軸的實(shí)際加工尺寸是允許在其公差帶內(nèi)變動的，這與加工特性有關(guān)。當(dāng)加工孔的尺寸大于軸的尺寸時，存在配合間隙。當(dāng)加工的孔為最大極限尺寸，而加工的軸是最小極限尺寸時，其配合的情況表現(xiàn)為最寬松的配合狀態(tài)，這時的間隙表現(xiàn)為最大間隙值;當(dāng)孔的加工尺寸小于軸的加工尺寸時，表現(xiàn)為過盈配合。當(dāng)所加工的孔為最小極限尺寸，而所加工的軸為最大極限尺寸時，這種配合處于最緊的情況，這時的過盈值為最大過盈值。

3.孔與軸的過盈配合：軸的尺寸大于孔的尺寸的配合稱為過盈配合

一組基本尺寸相同的孔與軸，從中任取其中一對孔、軸，所取孔的尺寸值總是小于或等于軸的尺寸值，它們的測量尺寸差值為負(fù)值或零，那么這批孔與這批軸的配合表現(xiàn)為過盈配合。在過盈配合情況中，孔的尺寸公差帶在軸的尺寸公差帶的下面。

因?yàn)榱慵?、軸的實(shí)際尺寸允許在其公差帶之內(nèi)變化，所以它們配合的過盈也是變化的。零件孔是最小極限尺寸而與其相配的軸為最大極限尺寸的情況，孔與零件軸的配合處于最緊，這時的過盈稱為最大過盈量，可以用Ymax代表?？着c軸過盈配合時，其最大過盈量等于孔的最小極限尺寸與軸的最大極限尺寸之差值。如果孔為最大極限尺寸而與其相配的軸為最小極限尺寸的時候，它們的配合處于最松，這時的過盈稱為最小過盈量，可以用Ymin代表。通常在過盈配合時，孔與零件軸的配合得最小過盈量等于孔的最大極限尺寸與軸的最小極限尺寸的差值。

我們用孔、軸的極限偏差來判斷配合的性質(zhì)是十分重要的方法?？着c軸的配合中只要保證孔的下偏差大于或等于軸的上偏差值，這樣就可以保證孔的下偏差大于軸的上偏差值，也就可以保證這中配合為間隙配合的要求。與此相同，孔與軸的配合中只要保證孔的上偏差小于或等于軸的下偏差值，這樣就可以保證孔的上偏差小于軸的下偏差值，也就可保證這個配合是過盈配合的特性。由此我們可以得出的判斷條件如下：EI>es的情況，是間隙配合;ES

在我們分析過盈配合時，可以清楚地看到，孔與軸的最大過盈等于孔的下偏差減去軸的上偏差所得的值;而最小過盈則等于孔的上偏差減去軸的下偏差所得的值。這是孔與軸的配合得最大過盈與最小過盈都可稱為極限過盈量。

綜上所述，保證加工后的零件具有零件的互換特性，就必須把其零件的各類誤差控制在一定的范圍內(nèi)，這個允許的范圍就是按照零件的功能要求，根據(jù)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中公差確定的。只有在零件的制造過程中將各類誤差控制在相應(yīng)的公差范圍內(nèi)，才能保證零件互換特性的實(shí)現(xiàn)。分析可知，在零件的制造中要求零件幾何參數(shù)絕對準(zhǔn)確是沒有必要的。只要對同一規(guī)格的零件規(guī)定統(tǒng)一的技術(shù)性能要求標(biāo)準(zhǔn)，并按其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造，就能達(dá)到使用的要求。所以，實(shí)現(xiàn)零件的互換特性的基本條件是：（1）對同一規(guī)格的零件要按統(tǒng)一的精度標(biāo)準(zhǔn)制造;（2）要有能實(shí)現(xiàn)這種精度標(biāo)準(zhǔn)的工藝手段和測量技術(shù)，以保證和判斷是否能達(dá)到或已達(dá)到這種標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

徐峰.挖掘機(jī)維修入門[M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2009-02-01.