1.1　互換性概述

1.1.1　互換性的含義

互換性在日常生活中隨處可見(jiàn)，例如，燈泡壞了換個(gè)新的，手機(jī)、電腦的零件壞了也可以換新的，這是因?yàn)楹细竦漠a(chǎn)品和零部件都具有在材料性能、幾何尺寸、使用功能上彼此互相替換的性能，即具有互換性。廣義上說(shuō)，互換性是指某一產(chǎn)品、過(guò)程或服務(wù)能用來(lái)代替另一產(chǎn)品、過(guò)程或服務(wù)并滿(mǎn)足同樣要求的能力。

制造業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要求產(chǎn)品的零部件具有互換性。產(chǎn)品或者機(jī)器由許多零部件組成，而這些零部件是由不同的工廠和車(chē)間制成的，“在同一規(guī)格的一批零部件中任取一件，不需要經(jīng)過(guò)任何選擇、修配或調(diào)整，就能裝配在機(jī)器上，并且滿(mǎn)足使用要求”的特性就是零部件的互換性。廣義上講，互換性包括幾何參數(shù)（如尺寸、形狀、相對(duì)位置、表面質(zhì)量）、力學(xué)性能（如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性）、理化性能（如磁性、化學(xué)成分）的互換，本書(shū)只討論幾何參數(shù)的互換性。

1.1.2　互換性的分類(lèi)

（1）按互換程度的不同，可以把互換性分為完全互換性和不完全互換性?xún)深?lèi)。

完全互換性簡(jiǎn)稱(chēng)互換性，以零部件裝配或更換時(shí)不需要挑選或修配為條件。一般來(lái)說(shuō)孔和軸加工后只要符合設(shè)計(jì)的規(guī)定要求，就具有完全互換性。

不完全互換性也稱(chēng)有限互換性，在零部件裝配時(shí)允許有附加條件的選擇或調(diào)整。對(duì)于不完全互換性可以采用分組裝配法、修配法、調(diào)整法或其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

所謂分組裝配法是將加工好的零件按照實(shí)測(cè)尺寸分為若干組，使每組內(nèi)的尺寸差別比較小，再按相應(yīng)組進(jìn)行裝配，大孔配大軸，小孔配小軸，組內(nèi)零件可以互換，組與組之間不可互換。分組互換既可以保證裝配精度和使用要求，又可以降低成本。

修配法用補(bǔ)充機(jī)械加工或鉗工修刮的辦法來(lái)獲得所需的精度，如普通車(chē)床尾座部件中的墊板，其厚度需要在裝配時(shí)再進(jìn)行修磨，以滿(mǎn)足頭尾座頂尖等高的要求。

調(diào)整法也是一種保證裝配精度的方法，其特點(diǎn)是在機(jī)器裝配或使用過(guò)程中，對(duì)某一特定零件按所需要的尺寸進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到裝配精度要求。例如在裝配時(shí)對(duì)減速器中的端蓋與箱體間的墊片的厚度進(jìn)行調(diào)整，使軸承的一端與端蓋的底端之間預(yù)留適當(dāng)?shù)妮S向間隙，以補(bǔ)償溫度變化時(shí)軸的微量伸長(zhǎng)，從而避免在工作時(shí)可能產(chǎn)生軸向應(yīng)力而導(dǎo)致軸的彎曲。

（2）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)零部件或機(jī)構(gòu)來(lái)講，其互換性又可分為內(nèi)互換性和外互換性。

內(nèi)互換性是指部件或機(jī)構(gòu)內(nèi)部組成零件間的互換性，外互換性是指部件或機(jī)構(gòu)與其相配合件間的互換性。例如，滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈滾道直徑與滾動(dòng)體直徑間的配合為內(nèi)互換性；滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)徑與傳動(dòng)軸的配合、滾動(dòng)軸承外圈外徑與殼體孔的配合為外互換性。

為使用方便起見(jiàn)，滾動(dòng)軸承的外互換采用完全互換，內(nèi)互換則因?yàn)榻M成零件的精度要求較高、加工困難而采用分組裝配法，為不完全互換。一般來(lái)說(shuō)，不完全互換只用于制造廠內(nèi)部的裝配，廠際協(xié)作即使產(chǎn)量不大也采用完全互換。

1.1.3　互換性的作用

互換性原則被廣泛采用，因?yàn)樗粌H對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有影響，還涉及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維修等各方面。

（1）在設(shè)計(jì)方面，零、部件具有互換性可以最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件。減少設(shè)計(jì)工作量，縮短設(shè)計(jì)周期，有利于開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品種的多樣化。例如開(kāi)發(fā)汽車(chē)新產(chǎn)品時(shí)，可以采用具有互換性的發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)，不需要重新設(shè)計(jì)，而把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在外觀等方面，大大縮短了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)準(zhǔn)備的周期。

（2）在制造方面，互換性有利于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，可采用高效率的專(zhuān)用設(shè)備，有利于組織流水線和自動(dòng)線等先進(jìn)生產(chǎn)方式，有助于進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助制造，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。例如在汽車(chē)制造業(yè)，汽車(chē)制造廠通常只生產(chǎn)主要部件，其他大部分的零、部件采用專(zhuān)業(yè)化的協(xié)作生產(chǎn)。

（3）在裝配方面，由于零、部件具有互換性，因此裝配時(shí)不需任何輔助加工，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了裝配周期，有利于實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化。

（4）在使用和維修方面，零、部件具有互換性，可及時(shí)更換已經(jīng)磨損或損壞的零、部件，以減少機(jī)器的維修時(shí)間和費(fèi)用，保證機(jī)器的使用效率，延長(zhǎng)使用壽命。

綜上所述，互換性在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本等方面具有重大的意義。互換性原則已成為現(xiàn)代制造業(yè)中的重要生產(chǎn)手段和有效的技術(shù)措施。應(yīng)當(dāng)指出，互換性原則不是在任何情況下都適用的，有的零件必須單配才能制成或者符合經(jīng)濟(jì)原則，然而在這種情況下，也不可避免地要用到具有互換性的刀具或量具，因此互換性確實(shí)是基本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則。

1.1.4　互換性的實(shí)現(xiàn)

任何零件都有一個(gè)加工的過(guò)程，無(wú)論設(shè)備的精度和操作工人的水平多么高，加工后的一批同規(guī)格的零、部件之間，相對(duì)應(yīng)的實(shí)際幾何參數(shù)（如尺寸、形狀、相對(duì)位置、表面質(zhì)量）也不可能完全一樣。實(shí)際上，為了保證幾何參數(shù)的互換性，只要把加工后的零、部件的實(shí)際幾何參數(shù)控制在產(chǎn)品性能所允許的變動(dòng)范圍內(nèi)即可，這個(gè)允許的變動(dòng)范圍叫做“公差”。至于零、部件的實(shí)際幾何參數(shù)的變動(dòng)量是否在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，則要通過(guò)測(cè)量和檢驗(yàn)手段來(lái)判斷。

為了使零、部件具有互換性，首先必須對(duì)幾何參數(shù)提出公差要求，只有在公差要求范圍內(nèi)的合格零件才能實(shí)現(xiàn)互換性。為了實(shí)現(xiàn)互換性生產(chǎn)，對(duì)各種公差要求還必須具有統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)、協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)和正確的標(biāo)注方式，使從事機(jī)械設(shè)計(jì)或加工的人員具有共同的技術(shù)語(yǔ)言和依據(jù)，因此必須制定公差標(biāo)準(zhǔn)。公差標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)零件的公差和相互配合制定的技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

有了公差標(biāo)準(zhǔn)，還要有相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)措施來(lái)保證檢測(cè)實(shí)際幾何參數(shù)是否合格，從而保證零、部件的互換性。在檢測(cè)過(guò)程中必須保證計(jì)量基準(zhǔn)和單位的統(tǒng)一，這就需要規(guī)定嚴(yán)格的尺寸傳遞系統(tǒng)，從而保證計(jì)量單位的統(tǒng)一。檢測(cè)不僅用來(lái)評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量，還能用于分析產(chǎn)品不合格的原因，以便及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)，預(yù)防廢品的產(chǎn)生。產(chǎn)品質(zhì)量的提高，除了設(shè)計(jì)和加工精度的提高外，往往更有賴(lài)于檢測(cè)精度的提高。

綜上，制定和貫徹公差標(biāo)準(zhǔn)、合理設(shè)計(jì)公差、采用相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)互換性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的必要條件。