第一章　緒論

第一節(jié)　概　　述

一、互換性的概念

在日常生活中，經(jīng)常會遇到電燈泡、洗衣機(jī)、電視機(jī)、熱水器等家用電器設(shè)備的某一個零部件出現(xiàn)故障而不能正常使用，只要換上相同型號的零（部）件就能正常運轉(zhuǎn)了。不必要考慮生產(chǎn)廠家，這是因為相同規(guī)格的這些零（部）件具有互相替換的性能。

現(xiàn)代化工業(yè)是按專業(yè)化大協(xié)作組織生產(chǎn)的，即用分散加工、集中裝配的方法來保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本。如一臺小轎車由上萬個零部件組成，這些零部件分別由幾百家專業(yè)工廠按照技術(shù)要求，成批加工生產(chǎn)，而生產(chǎn)汽車的總公司僅生產(chǎn)發(fā)動機(jī)和車身，并把加工出的合格零件裝配在一起，組成一輛完整的符合使用性能要求的轎車。這種由不同專業(yè)工廠、不同設(shè)備條件、不同人員生產(chǎn)的零部件，可不經(jīng)選擇、修配和調(diào)整，就能裝配成合格的產(chǎn)品，這種零部件稱為具有互換性的零部件。

零件的互換性是指在同一規(guī)格的一批零部件中，可以不經(jīng)選擇、修配或調(diào)整，任取一件裝配在機(jī)器或部件上，裝配后能滿足設(shè)計、使用和生產(chǎn)上的要求。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)已由傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式發(fā)展到利用數(shù)控技術(shù)（NC、CNC）、計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助制造工藝（CAPP）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等進(jìn)行現(xiàn)代化生產(chǎn)?；Q性是利用這些先進(jìn)制造技術(shù)組織生產(chǎn)的基本條件，按照互換性原則進(jìn)行生產(chǎn)，有利于廣泛的組織協(xié)作，進(jìn)行高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，從而便于組織流水作業(yè)和自動化生產(chǎn)，簡化零部件的設(shè)計、制造和裝配過程，縮短生產(chǎn)周期，提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于使用維修。所以，互換性是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的生產(chǎn)原則和有效的技術(shù)措施。

二、互換性在機(jī)械制造中的應(yīng)用

互換性在保證產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升經(jīng)濟(jì)效益等方面有著重大的實際意義，互換性原則已成為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中一個普遍遵守的原則，是制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。互換性原則是用來發(fā)展現(xiàn)代化機(jī)械工業(yè)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低經(jīng)濟(jì)成本的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

互換性原則的普及和深化對我國現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義，特別是在機(jī)械行業(yè)中，遵循互換性原則，不僅能夠大大提高勞動生產(chǎn)率，而且能促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其主要表現(xiàn)有以下幾個方面：

（1）在設(shè)計方面　零件具有互換性，就可以最大限度地利用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)部件，這樣可以簡化制圖、減少計算工作量，縮短設(shè)計周期，并便于采用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計。這對發(fā)展系列產(chǎn)品、改善產(chǎn)品性能都有重大的作用。例如在研發(fā)設(shè)計新產(chǎn)品時，通常基于互換性原則，利用游標(biāo)卡尺、卡鉗、卷尺、千分尺、水平儀、角度儀和三坐標(biāo)測量儀等工具“反求”相似產(chǎn)品的尺寸、形狀等幾何信息（圖1-1），分析尺寸公差、表面粗糙度、制造工藝等技術(shù)指標(biāo)，快速生成工程圖紙（圖1-2），縮短研發(fā)周期。

（2）在制造加工方面　同一臺設(shè)備的各個零部件可以分散在多個工廠同時加工，可合理地進(jìn)行生產(chǎn)分工和專業(yè)化協(xié)作。這樣，每個工廠由于產(chǎn)品單一，批量較大，有利于采用高效率的專用設(shè)備制造，容易實現(xiàn)高質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，生產(chǎn)周期也會顯著縮短。尤其對計算機(jī)輔

助制造（CAM）的產(chǎn)品，不但產(chǎn)量和質(zhì)量高，且加工靈活性大，生產(chǎn)周期縮短，成本低，從而提高勞動生產(chǎn)率。例如，每個生產(chǎn)線上的工人都可以根據(jù)包含幾何尺寸與公差等技術(shù)要求的工藝卡片（圖1-3）進(jìn)行零件加工制造，零件制作完成后，工作人員還需要依據(jù)設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗。

（3）在產(chǎn)品裝配方面　由于其零部件具有互換性，使裝配作業(yè)順利，易于實現(xiàn)流水作業(yè)或自動化裝配，從而縮短裝配周期，提高裝配作業(yè)質(zhì)量。例如，裝配工人可以根據(jù)某型減速器裝配圖（圖1-4）提取配合類型和連接要求，進(jìn)而確定裝配工藝，組裝零部件，而配合類型和連接要求等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均是互換性原則的基本內(nèi)容。

（4）在使用維修方面　互換性原則可以保證失效后的零件得以及時更換，可以減少機(jī)器的維修時間和費用，保證機(jī)器再次正常運轉(zhuǎn)，從而提高機(jī)器的壽命和使用價值，使之“物盡其用”。例如，某減速器端蓋螺栓損壞，根據(jù)互換性原則，換用同型號的螺栓即可保證整個減速器繼續(xù)使用，避免因單一零件失效而浪費整機(jī)的運行。

總之，互換性原則可以為產(chǎn)品的設(shè)計、制造、維護(hù)和使用以及組織管理等各個領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而生產(chǎn)水平的提高、技術(shù)的進(jìn)步又可促進(jìn)互換性在深度和廣度方面進(jìn)一步發(fā)展。

三、互換性的分類

互換性按互換的程度可分為完全互換性、不完全互換性兩種。

（1）完全互換性　完全互換性是零部件在裝配或更換時不經(jīng)挑選、調(diào)整或修配，裝配后能夠滿足預(yù)定的使用性能，這樣的零部件就具有完全互換性。如標(biāo)準(zhǔn)件螺釘、螺母、滾動軸承、齒輪等。

（2）不完全互換性　當(dāng)裝配精度要求很高時，若采用完全互換將使零件的尺寸公差很小，加工困難，成本很高，甚至無法加工。為了便于加工，這時可將其制造公差適當(dāng)放大，在完工后，再用測量儀器將零件按實際尺寸分組，按組進(jìn)行裝配。如此，既保證裝配精度與使用要求，又降低成本。此時，僅是組內(nèi)零件可以互換，組與組之間不可互換，稱為不完全互換。不完全互換性是零（部）件在裝配或更換時，允許有附加選擇或附加調(diào)整，但不允許修配，裝配后能夠滿足預(yù)定的使用性能。

互換性按照決定參數(shù)或使用要求可分為幾何參數(shù)互換性、功能互換性兩種。

（1）幾何參數(shù)互換性　幾何參數(shù)互換性是指規(guī)定幾何參數(shù)（包括尺寸大小、幾何形狀及相互位置關(guān)系）的極限，來保證產(chǎn)品的幾何參數(shù)充分近似達(dá)到的互換性，又稱為狹義互換性，本書所講的就是幾何參數(shù)的互換性。

（2）功能互換性　功能互換性是指規(guī)定功能參數(shù)的極限所達(dá)到的互換性。功能參數(shù)不僅包括幾何參數(shù)，還包括其他一些參數(shù)，如物理、化學(xué)等參數(shù)，又稱為廣義互換性。

生產(chǎn)中究竟采用何種互換性方式由產(chǎn)品精度、產(chǎn)品的復(fù)雜程度、生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備條件以及技術(shù)水平等一系列因素決定。一般大量和批量生產(chǎn)采用完全互換法。精度要求很高，常采用分組裝配，即不完全互換法生產(chǎn)。