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机械装配工艺基础知识讲义

机械装配工艺概述

职业生涯2010-01-1019:

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9．1机械装配工艺概述

一、机器装配的基本概念

   根据规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程，称为装配。

机器的装配是机器制造过程中最后一个环节，它包括装配、调整、检验和试验等工作。

装配过程使零件、套件、组件和部件间获得一定的相互位置关系，所以装配过程也是一种工艺过程。

   为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分为若干能进行独立装配的装配单元。

1、零件：

是组成机器的最小单元，由整块金属或其它材料制成的。

（见教材P246）

   2、套件（合件）：

是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成的。

是最小的装配单元。

   3、组件：

是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。

如，主轴组件。

   4、部件：

是在一个基准零件上，装上若干组件、套件和零件而构成的。

如，车床的主轴箱。

部件的特征：

是在机器中能完成一定的、完整的功能。

二、各种生产类型的装配特点：

（见教材P233表9.1）

三、装配精度与装配尺寸链

1、装配精度：

为了使机器具有正常工作性能，必须保证其装配精度。

机器的装配精度通常包含三个方面的含义：

（见教材P233）

（1）相互位置精度：

指产品中相关零部件之间的距离精度和相互位置精度。

如平行度、垂直度和同轴度等

（2）相对运动精度：

指产品中有相对运动的零部件之间在运动方向和相对运动速度上的精度。

如传动精度、回转精度等。

（3）相互配合精度：

指配合表面间的配合质量和接触质量。

2、装配尺寸链

（1）装配尺寸链的定义：

在机器的装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成的一个封闭的尺寸系统，称为装配尺寸链。

（2）装配尺寸链的分类：

    1）直线尺寸链：

由长度尺寸组成，且各环尺寸相互平行的装配尺寸链。

    2）角度尺寸链：

由角度、平行度、垂直度等组成的装配尺寸链。

    3）平面尺寸链：

由成角度关系布置的长度尺寸构成的装配尺寸链。

（3）装配尺寸链的建立方法：

    1）确定装配结构中的封闭环；

    2）确定组成环：

从封闭环的的一端出发，按顺序逐步追踪有关零件的有关尺寸，直至封闭环的另一端为止，而形成一个封闭的尺寸系统，即构成一个装配尺寸链。

（4）装配尺寸链的计算：

主要有两种计算方法：

极值法和统计法。

前面介绍的极值法工艺尺寸链基本计算公式，完全适用装配尺寸链的计算。

9．2保证装配精度的四种装配方法

保证装配精度的方法可归纳权为：

互换装配法、选择装配法、修配装配法和调整装配法四大类。

（见教材P234）

一、互换装配法（见教材P234）

采用互换法装配时，被装配的每一个零件不需作任何挑选、修配和调整就能达到规定的装配精度要求。

用互换法装配，其装配精度主要取决于零件的制造精度。

根据零件的互换程度，互换装配法可分为完全互换装配法和不完全互换装配法，现分述如下：

 1.完全互换装配法（见教材P234）

（1）定义：

在全部产品中，装配时各组成环不需挑选或不需改变其大小或位置，装配后即能达到装配精度要求的装配方法，称为完全互换法。

（2）特点：

优点：

装配质量稳定可靠（装配质量是靠零件的加工精度来保证）；装配过程简单，装配效率高（零件不需挑选，不需修磨）；易于实现自动装配,便于组织流水作业；产品维修方便。

不足之处：

当装配精度要求较高，尤其是在组成环数较多时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。

（3）应用：

完全互换装配法适用于在成批生产、大量生产中装配那些组成环数较少或组成环数虽多但装配精度要求不高的机器结构。

（4）完全互换法装配时零件公差的确定：

1）确定封闭环：

封闭环是产品装配后的精度，其要满足产品的技术要求。

封闭环的公差T0由产品的精度确定。

2）查明全部组成环，画装配尺寸链图：

根据装配尺寸链的建立方法，由封闭环的一端开始查找全部组成环，然后画出装配尺寸链图。

3）校核各环的基本尺寸：

各环的基本尺寸必须满足下式要求：

Ao=ΣAi－ΣAi即封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。

4）决定各组成环的公差：

各组成环的公差必须满足下式的要求：

To≥ΣTi即各组成环的公差之和不允许大于封闭环的公差。

各组成环的平均公差Tp可按下式确定：

           Tp=To/m式中：

m----为组成环数。

  各组成环公差的分配应考虑以下因素：

孔比轴难加工，孔的公差应比轴的公差选择大一些；例如：

孔、轴配合H7/h6。

    b）尺寸大的零件比尺寸小的零件难加工，大尺寸零件的公差取大一些；

    c）组成环是标准件尺寸时，其公差值是确定值，可在相关标准中查询。

  5）决定各组成环的极限偏差：

    a）先选定一组成环作为协调环：

协调环一般选择易于加工和测量零件尺寸；

    b）包容尺寸（如孔）按基孔制确定其极限偏差：

即下偏差为0；

    c）被包容尺寸（如轴）按基轴制确定其极限偏差：

即上偏差为0。

6）协调环的极限偏差的确定：

      根据中间偏差的计算公式：

△0=Σ△i－Σ△j

式中：

△0---为封闭环的中间偏差，△0=（ES0+EI0）/2；

  Σ△i、Σ△j---分别为所有增环的中间偏差之和、所有减环的中间偏差之和。

  求出协调环的中间偏差，再由协调环的公差求出上下偏差为：

ES=△+T/2EI=△－T/2

应用举例：

如下图所示齿轮部件的装配，轴是固定不动的，齿轮在上面旋转，要求齿轮与挡圈的轴向间隙为0.1～0.35。

已知：

A1=30mm，A2=5mm，A3=43mm，A4=30-0.05mm（标准件），A5=5mm。

现采用完全互换法装配，试确定各组成环的公差和极限偏差。

解：

（1）确定封闭环：

图中尺寸A0是装配以后间接保证的尺寸，也是装配精度要求，所以A0是封闭环。

（2）由份量环查找各组成环，画装配尺寸链图：

（3）校核各环的基本尺寸：

 A0=A3－（A1+A2+A4+A5）=43－（30+5+3+5）=0可知各组成环的尺寸准确无误。

（4）确定各组成环的公差：

先计算各组成环的平均公差Tp：

Tp=T0/m因：

A0=3+0.35+0.10mm，所以：

T0=0.25mm。

m=5，即组成环数。

故：

Tp=T0/m=0.25/5=0.05mm而A4是标准件，其公差值为确定值，其值为T4=0.05mm。

根据加工的难易程度选择公差为T1=0.06mm，T2=0.04mm，T3=0.07mm，T5=0.03mm

（5）确定各组成环的极限偏差：

因A5是垫片，易于加工和测量，故选A5为协调环。

A1、A2为外尺寸，按基轴制确定极限偏差：

A1=300-0.06A2=50-0.04A3为内尺寸，按基孔制确定极限偏差：

A3=43+0.07

（6）协调环的极限偏差的确定：

封闭环的中间偏差为：

      △0=（0.35+0.1）/2=0.225

   各组成环的中间偏差为：

1=（0-0.06）/2=-0.03

      △2=（0-0.04）/2=-0.02

      △3=（0.07+0）/2=0.035

      △4=（0-0.05）/2=--0.025

   由：

△0=△3－（△1+△2+△4+△5）得：

        △5=△3－（△1+△2+△4+△0）=0.035－（--0.03-0.02--0.025+0.225）=--0.115

    协调环A4的极限偏差为：

     ES=△5+T5/2=--0.115+0.03/2=-0.10  EI=△5-T5/2=-0.115-0.03/2=-0.13

       所以有：

A5=5-0.10-0.13

2.统计互换装配法（不完全互换装配法）（见教材P236）

用完全互换法装配，装配过程虽然简单，但它是根据增环、减环同时出现极值情况来建立封闭环与组成环之间的尺寸关系的，由于组成环分得的制造公差过小常使零件加工产生困难。

完全互换法以提高零件加工精度为代价来换取完全互换装配有时是不经济的。

统计互换装配法又称不完全互换装配法，其实质是将组成环的制造公差适当放大，使零件容易加工，但这会使极少数产品的装配精度超出规定要求，但这种事件是小概率事件，很少发生。

尤其是组成环数目较少，产品批量大量，从总的经济效果分析，仍然是经济可行的。

统计互换装配方法的优点是：

扩大了组成环的制造公差，零件制造成本低；装配过程简单，生产效率高。

不足之处是：

装配后有极少数产品达不到规定的装配精度要求，须采取另外的返修措施。

大数互换装配方法适用于在大批大量生产中装配那些装配精度要求较高且组成环数又多的机器结构。

二、选择装配法（见教材P238）

1、选择装配法定义：

是将装配尺寸链中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，以保证装配精度要求的装配方法，称为选择装配法。

适用场合：

装配精度要求高，而组成环较少的成批或大批量生产。

2、选择装配法种类

直接选配法：

（1）定义：

在装配时，工人从许多待装配的零件中，直接选择合适的零件进行装配，以保证装配精度要求的选择装配法，称为直接选配法。

（2）特点：

1）装配精度较高；2）装配时凭经验和判断性测量来选择零件，装配时间不易准确控制；3）装配精度在很大程度上取决于工人的技术水平。

分组选配法：

（1）定义：

将各组成环的公差相对完全互换法所求数值放大数倍，使其能按经济精度加工，再按实际测量尺寸将零件分组，按对应的组分别进行装配，以达到装配精度要求的选

择装配法，称为分组选配法。

（2）应用：

在大批大量生产中，装配那些精度要求特别高同时又不便于采用调整装置的部件，若用互换装配法装配，组成环的制造公差过小，加工很困难或很不经济，此时可以采用分组选配法装配。

（3）分组选配法的一般要求：

（见教材P238）

1）采用分组法装配最好能使两相配件的尺寸分布曲线具有完全相同的对称分布曲线，如果尺寸分布曲线不相同或不对称，则将造成各组相配零件数不等而不能完全配套，造成浪费。

2）采用分组法装配时，零件的分组数不宜太多，否则会因零件测量、分类、保管、运输工作量的增大而使生产组织工作变得相当复杂。

（4）分组法装配的特点：

主要优点是：

零件的制造精度不高，但却可获得很高的装配精度；组内零件可以互换，装配效率高。

不足之处是：

增加了零件测量、分组、存贮、运输的工作量。

分组装配法适用于在大批大量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构。

三、修配装配法（见教材P240）

1、定义：

是将装配尺寸链中各组成环按经济加工精度制造，装配时，通过改变尺寸链中某一预先确定的组成环尺寸的方法来保证装配精度的装配法，称为修配装配法。

采用修配法装配时，各组成环均按该生产条件下经济可行的精度等级加工，装配时封闭环所积累的误差，势必会超出规定的装配精度要求；为了达到规定的装配精度，装配时须修配装配尺寸链中某一组成环的尺寸（此组成环称为修配环）。

为减少修配工作量，应选择那些便于进行修配的组成环做修配环。

在采用修配法装配时，要求修配环必须留有足够但又不是太大的修配量。

2、修配装配法的特点：

主要优点是：

组成环均可以加工经济精度制造，但却可获得很高的装配精度。

不足之处是：

增加了修配工作量，生产效率低；对装配工人的技术水平要求高。

3、应用：

修配装配法适用于单件小批生产中装配那些组成环数较多而装配精度又要求较高的机器结构。

四、调整装配法（见教材P242）

1、定义：

装配时用改变调整件在机器结构中的相对位置或选用合适的调整件来达到装配精度的装配方法，称为调整装配法。

调整装配法与修配装配法的原理基本相同。

在以装配精度要求为封闭环建立的装配尺寸链中，除调整环外各组成环均以加工经济精度制造，由于扩大组成环制造公差累积造成的封闭环过大的误差，通过调节调整件（或称补偿件）相对位置的方法消除，最后达到装配精度要求。

  调节调整件相对位置的方法有可动调整法、固定调整法和误差抵消调整法等三种。

2、调整装配法的特点：

主要优点是：

组成环均可以加工经济精度制造，但却可获得较高的装配精度；装配效率比修配装配法高。

不足之之处是要另外增加一套调整装置。

3、应用：

可动调整法和误差抵消调整法适用于在小批生产中应用，固定调整法则主要适用于大批量生产。

9．3机械装配工艺规程设计机械装配工艺规程设计

一、制定装配工艺过程的基本原则：

1、保证产品的装配质量，以延长产品的使用寿命；

2、合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量，缩短装配周期，提高装配效率；

3、尽量减少装配占地面积；

 4、尽量减少装配工作的成本。

二、制订装配工艺规程的步骤：

（见教材P245-247）

1、研究产品的装配图及验收技术条件：

（1）审核产品图样的完整性、正确性；

（2）分析产品的结构工艺性；

（3）审核产品装配的技术要求和验收标准；

（4）分析和计算产品装配尺寸链。

2、确定装配方法与组织形式：

（1）装配方法的确定：

主要取决于产品结构的尺寸大小和重量，以及产品的生产纲领。

（2）装配组织形式：

1）固定式装配：

全部装配工作在一固定的地点完成。

适用于单件小批生产和体积、重量大的设备的装配。

   2）移动式装配：

是将零部件按装配顺序从一个装配地点移动到下一个装配地点，分别完成一部分装配工作，各装配点工作的总和就是整个产品的全部装配工作。

适用于大批量生产。

3、划分装配单元，确定装配顺序：

（1）将产品划分为套件、组件和部件等装配单元，进行分级装配；

（2）确定装配单元的基准零件；

（3）根据基准零件确定装配单元的装配顺序。

4、划分装配工序：

（1）划分装配工序，确定工序内容（如清洗、刮削、平衡、过盈连接、螺纹连接、校正、检验、试运转、油漆、包装等）；

（2）确定各工序所需的设备和工具；

（3）制定各工序装配操作规范：

如过盈配合的压入力等；

（4）制定各工序装配质量要求与检验方法；

（5）确定各工序的时间定额，平衡各工序的工作节拍。

5、编制装配工艺文件

一、装配的概念

任何一台机器设备都是有许多零件所组成，将若干合格的零件按规定的技术要求组合成部件，或将若干个零件和部件组合成机器设备，并经过调整、试验等成为合格产品的工艺过程称为装配。

例如一辆自行车有几十个零件组成，前轮和后轮就是部件。

装配是机器制造中的最后一道工序，因此它是保证机器达到各项技术要求的关键。

装配工作的好坏，对产品的质量起着重要的作用。

二、装配的工艺过程

1.装配前的准备工作

（1）研究和熟悉装配图的技术条件，了解产品的结构和零件作用，以及相连接关系。

（2）确定装配的方法、程序和所需的工具。

（3）领取和清洗零件。

2.装配

装配又有组件装配、部件装配和总装配之分，整个装配过程要按次序进行。

（1）组件装配  将若干零件安装在一个基础零件上而构成组件。

如减速器中一根传动轴，就由轴、齿轮、键等零件装配而成的组件。

（2）部件装配 将若干个零件、组件安装在另一个基础零件上而构成部件（独立机构）。

如车床的床头箱、进给箱、尾架等。

（3）总装配 将若干个零件、组件、部件组合成整台机器的操作过程称为总装配。

例如车床就是把几个箱体等部件、组件、零件组合而成。

3.装配工作的要求

（1）装配时，应检查零件与装配有关的形状和尺寸精度是否合格，检查有无变形、损坏等，并应注意零件上各种标记，防止错装。

（2）固定连接的零部件，不允许有间隙。

活动的零件，能在正常的间隙下，灵活均匀地按规定方向运动，不应有跳动。

（3）各运动部件（或零件）的接触表面，必须保证有足够的润滑、若有油路，必须畅通。

（4）各种管道和密封部位，装配后不得有渗漏现象。

（5）试车前，应检查个部件连接的可靠性和运动的灵活性，各操纵手柄是否灵活和手柄位置是否在合适的位置；试车前，从低速到高速逐步进行。

三、典型组件装配方法

1.螺钉、螺母的装配

螺钉、螺母的装配是用螺纹的连接装配，它在机器制造中广泛使用。

装拆、更换方便，易于多次装拆等优点。

螺钉、螺母装配中的注意事项：

（1）螺纹配合应做到用手能自由旋入，过紧会咬坏螺纹，过松则受力后螺纹会断裂。

（2）螺母端面应与螺纹轴线垂直，以受力均匀。

（3）装配成组螺钉、螺母时，为保证零件贴合面受力均匀，应按一定要求旋紧（如图所示），并且不要一次完全旋紧，应按次序分两次或三次旋紧。

                                                           1

                                                    6         3

1                                                   4         5

                                                            2  

（4）对于在变载荷和振动载荷下工作的螺纹连接，必须采用防松保险装置。

2.滚动轴承的装配

滚动轴承的装配多数为较小的过盈配合，装配时常用手锤或压力机压装。

轴承装配到轴上时，应通过垫套施力于内圈端面上；轴承装配到机体孔内时，则应施力于外圈端面上；若同时压到轴上和机体孔中时，则内外圈端面应同时加压。

如果没有专用垫套时，也可用手锤、铜棒沿着轴承端面四周对称均匀地敲入，用力不能太大。

如果轴承与轴是较大过盈配合时，可将轴承吊放到80～90℃的热油中加热，然后趁热装配。

四、拆卸工作的要求

1.机器拆卸工作，应按其结构的不同，预先考虑操作顺序，以免先后倒置，或贪图省事猛拆猛敲，造成零件的损伤或变形。

2.拆卸的顺序，应与装配的顺序相反。

3.拆卸时，使用的工具必须保证对合格零件不会发生损伤，严禁用手锤直接在零件的工作表面上敲击。

4.拆卸时，零件的旋松方向必须辨别清楚。

5.拆下的零部件必须有次序、有规则地放好，并按原来结构套在一起，配合件上做记号，以免搞乱。

对丝杠、长轴类零件必须将其吊起，防止变形。

1.了解关于装配工作的原始资料 

   通过对产品装配图和技术要求的研究，深入了解产品及各部件的具体结构，各部件之间的相互关系，结合方式及要求。

如果发现原始资料在完整性、技术要求、结构工艺性及尺寸链等方面有缺点，应及时提出，这一阶段的重点是分析产品的装配结构工艺性。

2.确定生产组织形式 

  装配组织形式主要取决于产品的生产纲领和结构特点。

确定装配组织形式后，也就相应确定了工作地布置，运输方式等内容，对总装和部装、工序划分、工序的集中与分散、所用的工装设备等都有很大影响。

   常用装配组织形式的一些基本特点见表57-4。

   装配组织形式可以根据生产情况混合使用。

如长规格的直线滚动导轨轴的作业采用固定式装配，最终组成导轨副产品。

3.划分产品装配单元，确定装配顺序 

   从装配工艺的角度出发，将产品分解为可以独立装配的各级部件及组件。

应尽可能减少进入总装配的单个零件以缩短装配周期。

   划分装配单元后，要确定各部件，组件的装配顺序，首先选择装配基准件。

基准件通常是装配单元的基体或主干零、部件，一般应具有相对较大的体积，质量和足够的支承面。

基准件应尽可能没有后续加工工序。

例如，在普通车床的床身装配中，床身零件是床身组件的装配基准件，床身组件是床身部件的基准件，床身部件是机床产品的基准件。

   基准件在装配单元中首先进入装配，然后根据装配单元的具体结构，按照先下后上，先内后外，先难后易，先精密后一般，先重大后轻小的规律确定其他零、部件的装配顺序。

   确定装配顺序后，即可绘制装配单元系统图。

                           表57-4 常用装配组织形式的基本特点

组织形式

工艺特点

适用对象

固定式装配

产品或部件的装配工作安排在一个固定的工作地上进行装配，所需要的零件汇集在工作地附近。

当批量很小时可以由同一组工人完成全部装配工作，对工人技术要求高，装配周期较长。

批量较大时，可以由几组工人在不同工作地同时进行部装和总装，采用高效的夹具等装备，在总装场地形成转对象固定而操作者流动的流水作业。

小批、成批生产或大型产品生产，如机床或重型机械

人工移动式装配

装配对象用人工依次移动，操作者只完成一定的工作，工作场地和设备按装配工序的顺序不止，生产效率高，操作者的技术要求稍低，设备费用不高。

对生产节拍有明确要求，但也有一定的灵活性

小批、成批及批量较大但工作较精细的轻型产品，如滚动导轨副的滑板部件

机械传送式装配

装配对象用机械化传送线依次移动，主要由人工和高效的工具，装配进行装配。

生产率高，操作者的技术要求较低，调整者技术要求较高，设备费用较高，节奏性强，但灵活性较差，对工艺相似的多品种产品宜采用具有柔性的传送方式

成批或大批生产，如汽车发动机

刚性半自动及自动装配

装配对象用机械化传送线依次移动，装配作业主要由自动机完成，半自动装配用人工上、下料，部分装配作业由人工进行，全自动装配包括自动上，下料，生产率高，质量稳定，设备费用及调整要求高，节奏性强，但灵活性差

大批大量生产，如滚动轴承、冰箱压缩机，汽车变速箱

柔性半自动及自动装配

以茁壮陪中心，装配机器人及可编程乃至可重组的传送线为装配系统的主要组成，大量应用高新技术，设备费用及管理，控制要求高。

能保证较强的生产节拍和缴高的灵活性

批量生产的各种中下型机电产品

4.划分装配工序 

（1）划分装配工序的一般原则 

   1）前面工序不应妨碍后面工序的进行。

因此，预处理工序要先行，如清晰、倒角、去毛刺和飞边、防腐除锈处理、油漆等安排在前。

   2）后面工序不能损坏前面工序的装配质量。

因此，冲击性装配、压力转、加热装配、补充加工工序等应尽量安排早期进行。

   3）减少装配过程中的运输，翻身、转位等工作量。

因此，相对基准件处于同一范围的装配作业，使用同样装配工装、设备或对装配环境有同样特殊要求的作业应尽可能连续安排。

   4）减少安全防护工作量及其设备。

对于易燃、易爆、易碎、有毒物质或零、部件的安装，应尽可能放到后期进行。

   5）电线、气管、油管等管、线的安装根据情况安排在合适工序中。

   6）即使安排检验工序，特别是在对产品质量影响较大的工序后，要经检验合格后才允许进行后面的装配工序。

（2）划分装配工序，主要工作如下：

   1）确定工序集中与分散的程度。

   2）划分装配工序，确定各工序的作业内容。

   3）确定各工序所需的设备和工序，需要时要拟定专用装配的设计任务书。

   4）制订各工序操作规范，如清洗工序的清洗液，清洗湿度及时间，过盈配合的压入力，变温装配的加热温度，紧固螺栓，螺母的旋紧力矩和旋紧顺序，装配环境要求等等。

   5）制订各工序装配质量要求，检测项目和方法。

   6）确定各工序工时定额，并平衡各工序的生产节拍 

5.填写装配工艺规程文件