0.2 實現互換性的條件——公差標準化和技術測量

0.2.1 公差與加工誤差

為了滿足互換性要求，最理想的是同一規格的零部件的幾何參數做得完全一樣。由于任何零件都要經過加工的過程，無論設備的精度和操作工人的技術水平多么高，要使加工零件的尺寸、形狀和位置關系做到絕對準確，是不可能的。實際上，只要將同規格的零部件的幾何參數控制在一定的范圍內，就能達到互換的目的。也就是說，要使零件具有互換性，就應按“公差”制造。

1.機械加工誤差

加工精度是指機械加工后，零件幾何參數（尺寸、幾何要素的形狀和相互位置、輪廓的微觀不平程度等）的實際值與設計理想值相符合的程度。

加工誤差是指實際幾何參數對其設計理想值的偏離程度，加工誤差越小，加工精度越高。加工誤差是由工藝系統的諸多誤差因素所造成的。如加工方法的原理誤差，工件裝卡定位誤差，夾具、刀具的制造誤差與磨損，機床的制造、安裝誤差與磨損，機床、刀具的誤差，切削過程中的受力、受熱變形和摩擦振動，還有毛坯的幾何誤差及加工中的測量誤差等。

機械加工誤差主要有以下幾類。

（1）尺寸誤差

尺寸誤差指零件加工后的實際尺寸相對理想尺寸的偏離程度。理想尺寸是指圖樣上標注的最大、最小兩極限尺寸的平均值，即尺寸公差帶的中心值。

（2）形狀誤差

形狀誤差指加工后零件的實際表面形狀相對其理想形狀的差異（或偏離程度），如圓度、直線度等。

（3）位置誤差

位置誤差指加工后零件的表面、軸線或對稱平面之間的相互位置相對其理想位置的差異（或偏離程度），如同軸度、位置度等。

（4）表面微觀不平度

表面微觀不平度指加工后的零件表面上由較小間距的峰和谷所組成的微觀幾何形狀誤差。零件表面微觀不平度用表面粗糙度的評定參數值表示。

2.幾何量公差

幾何量公差是實際幾何參數值允許的變動范圍。公差規范限制了誤差，體現了對產品精度的要求。

精度設計是指為了控制加工誤差，滿足零件功能要求，設計者根據機械產品的使用要求經濟合理地提出相應的公差要求，以便在加工過程中將加工誤差限定在一定的范圍內，從而能夠保證產品裝配后正常工作。這些要求通過零件圖樣，用幾何量公差的標注形式給出。

相對于各類加工誤差，幾何量公差分為尺寸公差、形位公差和表面粗糙度指標允許值及典型零件特殊幾何參數的公差等。

0.2.2 標準和標準化

現代化工業生產的特點是規模大，協作單位多，互換性要求高。為了正確協調各生產部門和準確銜接各生產環節，必須有一種協調手段，使分散的局部生產部門和生產環節保持必要的技術統一，成為一個有機的整體，以實現互換性生產。

標準與標準化正是聯系這種關系的主要途徑和手段，是實現互換性的基礎。

1.標準和標準化概念

標準是對重復性事物和概念所作的統一規定，它以科學、技術和實踐經驗的綜合成果為基礎，經有關方面協商一致，由主管機構批準，以特定形式發布，作為共同遵守的準則和依據。

在國際上，為了促進世界各國在技術上的統一，成立了國際標準化組織（簡稱ISO）和國際電工委員會（簡稱IEC），由這兩個組織負責制定和頒發國際標準。我國于1978年恢復參加ISO組織后，陸續修訂了自己的標準。修訂的原則是，在立足我國生產實際的基礎上向ISO靠攏，以利于加強我國在國際上的技術交流和產品互換。標準按不同的級別頒發。我國標準分為國家標準、行業標準、地方標準和企業標準。對需要在全國范圍內統一的技術要求，應當制定國家標準，代號為GB；對沒有國家標準而又需要在全國某個行業范圍內統一的技術要求，可制定行業標準，如機械標準（JB）等；對沒有國家標準和行業標準而又需要在某個范圍內統一的技術要求，可制定地方標準或企業標準，它們的代號分別用DB、QB表示。

標準的范圍極廣，種類繁多，涉及人類生活的各個方面。按標準化對象的特征，可以分為基礎標準、產品標準、方法標準和安全與環境保護標準等。

基礎標準是以標準化共性要求和前提條件為對象的標準，是為了保證產品的結構功能和制造質量而制定的，一般工程技術人員必須采用的通用性標準，也是制定其他標準時可依據的標準。本書所涉及的標準就是基礎標準。

標準化是指標準的制定、發布和貫徹實施的全部活動過程，包括從調查標準化對象開始，經試驗、分析和綜合歸納，進而制定和貫徹標準，以后還要修訂標準等。標準化是以標準的形式體現的，也是一個不斷循環、不斷提高的過程。

2.優先數和優先數系

工程上各種技術參數的簡化、協調和統一，是標準化的重要內容。

在機械設計中，常常需要確定很多參數，而這些參數又會按照一定規律向有關的參數傳遞下去。例如加工螺栓，其直徑尺寸一旦確定，將會影響螺母的尺寸以及絲錐、板牙、鉆頭等加工工具的尺寸等。如果螺栓規格數值繁多，由于數值不斷關聯、不斷傳播，必然會給生產的組織和管理帶來困難并增加生產成本。

為了減少各環節的生產成本，必須對各種技術參數的數值做出統一規定，使參數選擇一開始就納入標準化軌道。《優先數和優先數系》國家標準（GB/T 321—1980）就是其中最重要的一個標準，要求工業產品技術參數盡可能符合它的要求。如機床主軸轉速的分級間距，鉆頭直徑尺寸的分類均符合某一優先數系。

GB/T 321—1980中規定以十進制等比數列為優先數系，并規定了五個系列，它們分別用系列符號R5、R10、R20、R40和R80表示，其中前四個系列作為基本系列，R80為補充系列，僅用于分級很細的特殊場合。各系列的公比為：

R5系列 公比為

R10系列 公比為

R20系列 公比為

R40系列 公比為

R80系列 公比為

范圍為1～10的優先數系列見表0-1。如將表中的所列優先數值乘以10，100，…，或乘以0.1，0.01，…，即可得到所有大于10或者小于1的優先數。標準還允許從基本系列和補充系列中按照一定規律隔項取值組成派生系列,以Rr/p表示，r代表5、10、20、40、80。如派生系列R10/3，r為10，p為3，就是從基本系列R10中，從某一項開始，每逢3項留取一個優先數，若從1開始，得到1.00，2.00，4.00，…數系；若從1.25開始，就可得到1.25，2.50，5.00，10.00，…數系。

本課程所涉及的有關標準里，如尺寸分段、公差分級及表面粗糙度的參數系列等，基本上采用優先數系。

0.2.3 技術檢測

零件加工后能否滿足精度要求要通過檢測加以判斷，因此檢測是產品達到精度要求的技術保證。

檢測是檢驗和測量的統稱。幾何量的檢驗是指確定所加工零件的幾何參數是否在規定的極限范圍內，并做出合格與否的判斷，而不必得出被測量值的具體數值；測量是將被測幾何量與作為計量單位的標準量進行比較，以確定其具體數值的過程。

檢測是機械制造的“眼睛”。檢測不僅用來評定產品質量，而且可用于分析產品不合格的原因，從而及時調整加工工藝，預防廢品的進一步產生，以達到降低產品成本的目的。

因此，產品質量的提高，除依賴設計和加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。所以，合理地確定公差與正確地進行檢測，是保證產品質量，實現互換性生產的兩個必不可少的條件和手段。