第5章机械装配工艺

第5章机械装配工艺本章要点装配工艺及其与机械加工工艺的关系、保证装配精度的几种方法、装配工艺规程的制订。5.1机械装配概述装配是整个机械制造过程的后期工作。机器的各种零部件只有经过正确的装配，才能完成符合要求的产品。怎样将零件装配成机器，零件精度与产品精度的关系，以及达到装配精度的方法，是装配工艺所要解决的问题。5.1.1装配的概念零件是构成及其（或产品）的最小单元。将若干个零件结合在一起组成及其的一部分，称为部件。直接进入机器（或产品）装配的部件成为组件。任何机器都是由许多零件、组件和部件组成。根据规定的技术要求，将若干零件结合成组件和部件，并进一步将零件、组件和部件结合成机器的过程称为装配。前者称为部件装配；后者称为总装配。装配是机器制造过程中的最后一个阶段。为了使产品达到规定的技术要求，装配不仅是指零、部件的结合过程，还应包括调整、检验、试验、油漆和包装等工作。5.1.2装配精度装配精度是产品设计时根据使用性能规定的、装配时必须保证的质量指标。正确地规定机器和部件的装配精度是产品设计的重要环节之一，它不仅关系到产品质量，也影响产品制造的经济性。装配精度是制订装配工艺规程的主要依据，也是选择合理的装配方法和确定零件加工精度的依据。所以，应正确规定机器的装配精度。装配精度一般包括：（1）尺寸精度尺寸精度是指装配后相关零部件间应该保证的距离和间隙。尺寸精度包括配合精度和距离精度。如轴孔的配合间隙或过盈，车床床头和尾座两顶尖的等高度等。（2）位置精度位置精度是指装配后零部件间应该保证的平行度、垂直度、同轴度和各种跳动等。如普通车床溜板移动对尾座顶尖套锥孔轴心的平行度要求等。（3）相对运动精度相对运动精度是指装配后有相对运动的零部件间在运动方向和运动准确性上应保证的要求。如普通车床尾座移动对溜板移动的平行度，滚齿机滚刀主轴与工作台相对运动的准确性等。（4）接触精度接触精度是指相互配合表面、接触表面间接触面积的大小和接触点分布的情况。它影响到部件的接触刚度和配合质量的稳定性。如齿轮啮合、锥体配合、移动导轨间均有接触精度的要求。不难看出，上述各装配精度之间存在一定的关系，如接触精度是尺寸精度和位置精度的基础，而位置精度又是相对运动精度的基础。5.1.3装配精度与零件精度间的关系机器及其部件都是由零件所组成。因此，机器的装配精度和零件的精度有着密切的关系。零件的精度特别是关键零件的加工精度，对装配精度有很大影响。例如图5-1所示，普通车床尾座移动对溜板移动的平行度要求，就主要取决于床身上溜板移动的导轨A与尾座移动的导轨B的平行度以及导轨面间的接触精度。一般而言，多数的装配精度是和它相关的若干个零部件的加工精度有关，所以应合理地规定和控制这些相关零件的加工精度，在加工条件允许时，它们的加工误差累积起来，仍能满足装配精度的要求。但是，当遇到有些要求较高的装配精度，如果完全靠相关零件的制造精度来直接保证，则零件的加工精度将会很高，给加工带来较大的困难。如图5-2所示，普通车床床头和尾座两顶尖的等高度要求，主要取决于主轴箱1、尾座2、底板3和床身4等零部件的加工精度。该装配精度很难由相关零部件的加工精度直接保证。在生产中，常按较经济的精度来加工相关零部件，而在装配时则采用一定的工艺措施（如选择、修配、调整等措施），从而形成不同的装配方法，来保证装配精度。本例中，采用修配底板3的工艺措施保证装配精度，这样做，虽然增加了装配的劳动量，但从整个产品制造的全局分析，仍是经济可行的。综上所述，产品的装配精度和零件的加工精度有密切的关系，零件精度是保证装配精度的基础，但装配精度并不完全取决于零件的加工精度，还取决于装配精度。如果装配方法不同，对各个零件的精度要求也不同。同样，即使零件的加工精度很高，如果装配方法不当，也保证不了高的装配精度。5.1.4装配尺寸链的建立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。下面分别介绍长度尺寸链和角度尺寸链的建立方法。1.长度装配尺寸链（1）封闭环与组成环的查找装配尺寸链的封闭环多为产品或部件的装配精度,凡对某项装配精度有影响的零部件的有关尺寸或相互位置精度即为装配尺寸链的组成环。查找组成环的方法：从封闭环两边的零件或部件开始，沿着装配精度要求的方向，以相图5-2床头箱主轴与尾座套筒中心线等高示意图图5-1床身导轨简图A―溜板移动导轨B―尾座移动导轨邻零件装配基准间的联系为线索，分别由近及远地去查找装配关系中影响装配精度的有关零件，直至找到同一基准零件的同一基准表面为止，这些有关尺寸或位置关系，即为装配尺寸链中的组成环。然后画出尺寸链图，判别组成环的性质。如图5-2所示装配关系中，主轴锥孔轴心线与尾座轴心线对溜板移动的等高度要求Ao为封闭环，按上述方法很快查找出组成环为A1、A2和A3，画出装配尺寸链（图5-2b）（2）建立装配尺寸链的注意事项①装配尺寸链中装配精度就是封闭环。②按一定层次分别建立产品与部件的装配尺寸链。机械产品通常都比较复杂，为便于装配和提高装配效率，整个产品多划分为若干部件，装配工作分为部件装配和总装配，因此，应分别建立产品总装尺寸链和部件装配尺寸链。产品总装尺寸链以产品精度为封闭环，以总装中有关零部件的尺寸为组成环。部件装配尺寸链以部件装配精度要求为封闭环（总装时则为组成环），以有关零件的尺寸为组成环。这样分层次建立的装配尺寸链比较清晰，表达的装配关系也更加清楚。③在保证装配精度的前提下，装配尺寸链组成环可适当简化。图5-3为车床头尾座中心线等高的装配尺寸链。图中各组成环的意义如下：A1—主轴轴承孔轴心线至底面的距离；A2—尾座底板厚度；A3—尾座孔轴心线至底面的距离；e1—主轴滚动轴承外圈内滚道对其外圆的同轴度误差；e2—顶尖套锥孔相对外圆的同轴度误差；e3—顶尖套与尾座孔配合间隙引起的偏移量（向下）；e4—床身上安装主轴箱和尾座的平导轨之间的等高度。通常由于e1~e4的公差数值相对于A1~A3的公差很小，故装配尺寸链可简化成图5-2b所示。④确定相关零件的相关尺寸应采用“尺寸链环数最少”原则（亦称最短路线原则）。由尺寸链的基本理论可知，封闭环公差等于各组成环公差之和。当封闭环公差一定时，组成环越少，各环就越容易加工，因此每个相关零件上仅有一个尺寸作为相关尺寸最为理想，即用相关零件上装配基准间的尺寸作为相关尺寸。同理，对于总装配尺寸链来说，一个部件也应当只有一个尺寸参加尺寸链。例如图5-4是一车床尾座顶尖套装配图，装配时，要求后盖3装入后螺母2在尾座套筒内的轴向窜动不大于某一数值。如果后盖尺寸标注不同，就可建立两个不同的装配尺寸链。图c较图b多了一个组成环，其原因是和封闭环Ao直接有关的凸台高度A3由图5-3车床头尾座中心线等高的装配尺寸链尺寸B1和B2间接获得，即相关零件上同时出现两个相关尺寸，这是不合理的。⑤当同一装配结构在不同位置方向有装配精度要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。例如，常见的蜗杆副结构，为保证正常啮合，蜗杆副中心距、轴线垂直度以及蜗杆轴线与蜗轮中心平面的重合度均有一定的精度要求，这是三个不同位置方向的装配精度，因而需要在三个不同方向建立尺寸链。2.角度装配尺寸链角度装配尺寸链的封闭环就是机器装配后的平行度、垂直度等技术要求。尺寸链的查找方法与长度装配尺寸链的查找方法相同。图5-5所示的装配关系中，铣床主轴中心线对工作台面的平行度要求为封闭环。分析铣床结构后知道，影响上述装配精度的有关零件有工作台、转台、床鞍、升降台和床身等。其相应的组成环为：α1—工作台面对其导轨面的平行度；α2—转台导轨面对其下支承平面的平行度；α3—床鞍上平面对其下导轨面的平行度；α4—升降台水平导轨对床身导轨的垂直度；α5—主轴回转轴线对床身导轨的垂直度。为了将呈垂直度形式的组成环转化成平行度形式，可作一条和床身导轨垂直的理想直线。这样，原来的垂直度和就转化为主轴轴心线和升降台水平导轨相对于理想直线的平行度和，其装配尺寸链如图5-4所示，它类似于线性尺寸链，但是基本尺寸为零，可应用线性尺寸链的有关公式求解。图5-4车床尾座顶尖套装配图1―顶尖套2―螺母3―后盖图5-5角度装配尺寸链结合上例可将角度尺寸链的计算步骤的原则简述如下：（1）转化和统一角度尺寸链的表达形式即把用垂直度表示的组成环转化为以平行度表示的组成环。如将图5-5表达形式转化为图b表达的尺寸链形式（二者都称为无公共顶角的尺寸链），假设各基线在左侧或右侧有公共顶点，可进一步将图b转化为图c的形式（称具有公共顶角的角度尺寸链）。（2）增减环的判定增减环的判别通常是根据增减环的定义来判断，在角度尺寸链的平面图中，根据角度环的增加或减少来判别对封闭环的影响从而确定其性质。图5-4的尺寸链中可以判断α5是增环，α1、α2、α3、α4是减环。5.2装配方法及其选择机械产品的精度要求，最终要靠装配工艺来保证。因此用方法什么方法能够以最快的速度、最小的装配工作量和较低的成本来达到较高的装配精度要求，是装配工艺的核心问题。生产中保证产品精度的具体方法有许多种，经过归纳可分为：互换法、选配法、修配法和调整法四大类。而且同一项装配精度，因采用的装配方法不同，其装配尺寸链的解算方法亦不相同。现分述如下：5.2.1互换法互换法即零件具有互换性，就是在装配过程中，各相关零件不经任何选择、调整、装配，安装后就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。其实质就是用控制零件的加工误差来保证产品的装配精度。按互换程度的不同，互换装配法又分为完全互换法和大数互换法两种。1.完全互换法在全部产品中，装配时各零件不需挑选、修配或调整就能保证装配精度的装配方法称为完全互换法。选择完全互换装配法时，其装配尺寸链采用极值公差公式计算，即各有关零件的公差之和小于或等于装配公差：01TTnmii（5-１）故装配中零件可以完全互换。当遇到反计算形式时，可按“等公差”原则先求出各组成环的平均公差：nmTToM（5-２）再根据生产经验，考虑到各组成环尺寸的大小和加工难易程度进行适当调整。如尺寸大、加工困难的组成环应给以较大公差；反之，尺寸小、加工容易的组成环就给较小公差。对于组成环是标准件的尺寸（如轴承0010.028尺寸）则仍按标准规定；对于组成环是几个尺寸链中的公共环时，其公差值由要求最严的尺寸链确定。确定好各组成环的公差后，按“入体原则”确定极限偏差，即组成环为包容面时，取下偏差为零；组成环为被包容面时，取上偏差为零。若组成环是中心距，则偏差按对称分布。按上述原则确定偏差后，有利于组成环的加工。但是，当各组成环都按上述原则确定偏差时按公式计算的封闭环极限偏差常不符合封闭岸的要求值。因此就需选取一个组成环，它的极限偏差不是事先定好，而是经过计算确定，以便与其它组成环协调，最后满足封闭环极限偏差的要求，这个组成环称为协调环。一般协调环不能选取标准件或几个尺寸链的公共组成环。其余计算公式的解算同工艺尺寸链，不再赘述。采用完全互换法进行装配，使装配质量稳定可靠，装配过程简单，生产率高，易于组织流水作业及自动化装配，也便于采用协作方式组织专业化生产。但是当装配精度要求较高，尤其组成环较多时，零件就难以按经济精度制造。因此，这种装配方法多用于高精度的少环尺寸链或低精度多环尺寸链中。2.大数互换法大数互换法是指在绝大多数产品中，装配时各零件不要挑选、修配或调整就能保证装配精度要求的装配方法。该方法尺寸链计算采用概率法公差公式计算，即当各组成环呈正态分布时，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。onmiTTi12（5-3）若各组成环的公差相等，则可得各组成环的平均公差TM为：ooMTnmnmnmTT（5-4）将上式和极值法的oMTnmT1相比，可知概率法将组成环的平均公差扩大了nm倍。其它计算与完全互换法相同。可