機(jī)械制圖筆記

1、精品文檔Richard Leach 博士在2003 年就說(shuō)過(guò)“計(jì)量不僅僅是最終產(chǎn)品的測(cè)量過(guò)程，而且在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮。在設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)的各個(gè)階段，均應(yīng)按照產(chǎn)品幾何量規(guī)范(GPS)的模式、公差及不確定度要求考慮公差的合理性。其最根本的原因在于：若產(chǎn)品難于測(cè)量而須重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，比在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了計(jì)量，則要付出更高的代價(jià)?！碑a(chǎn)品必須滿(mǎn)足其設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而且應(yīng)在所處環(huán)境下，選用適當(dāng)、經(jīng)濟(jì)的方法生產(chǎn)。產(chǎn)品生產(chǎn)必須從設(shè)計(jì)到裝配的每個(gè)階段都考慮且量化質(zhì)量，而不僅僅是檢測(cè)最后成品。面對(duì)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，制造方法必須柔性化，這樣，才能對(duì)市場(chǎng)需求、產(chǎn)品類(lèi)型、數(shù)量及生產(chǎn)率迅速做出反應(yīng)；還必須考慮使用新

2、材料、新制造方法以及計(jì)算機(jī)輔助制造。整個(gè)生產(chǎn)組織是一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)，它們要求從所有的層次做出反饋，來(lái)保證優(yōu)化使用所有的原材料、機(jī)器、能源、資金、勞動(dòng)和技術(shù)資源。標(biāo)準(zhǔn)參考溫度GPS 標(biāo)準(zhǔn)中的ISO 1: 2002“產(chǎn)品幾何量規(guī)范(GPS) 產(chǎn)品幾何量規(guī)范及檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)參考溫度”定義了標(biāo)準(zhǔn)參考溫度為20C”。這個(gè)對(duì)于設(shè)計(jì)人員、制造人員和計(jì)量人員意味著什么呢？對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，圖紙上所有的尺寸及公差都是指在標(biāo)準(zhǔn)溫度為20C 時(shí)定義的，若零件實(shí)際工作在較高的溫度，那么設(shè)計(jì)人員需要修正此尺寸，把較高溫度的尺寸轉(zhuǎn)換為在20C 時(shí)的尺寸；對(duì)于制造人員來(lái)說(shuō)，零件必須在接近20C 的情況下測(cè)量，接近的程度取決

3、于所用材料及公差值。設(shè)計(jì)當(dāng)設(shè)計(jì)零件時(shí)考慮到制造： 我是否能設(shè)計(jì)一個(gè)較易制造的零件？當(dāng)設(shè)計(jì)零件時(shí)考慮到測(cè)量： 我是否能設(shè)計(jì)一個(gè)較易測(cè)量的零件？ 改變?cè)O(shè)計(jì)以便于零件裝夾 改變?cè)O(shè)計(jì)以便于觸測(cè)零件設(shè)計(jì)零件時(shí)對(duì)于測(cè)量的考慮設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，必須經(jīng)常問(wèn)“這個(gè)項(xiàng)目能測(cè)量嗎？”。對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)給出的公差，若還不存在檢測(cè)技術(shù)，來(lái)判斷它合格或不合格；若存在此技術(shù)，但你所在的公司還沒(méi)有觸及或此測(cè)量非常昂貴，超出你的財(cái)政預(yù)算；是否有足夠的幾何空間來(lái)測(cè)量被測(cè)要素？公差是否合理？基準(zhǔn)是否足夠大？對(duì)局部要素是否用最恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)了公差要求(例如局部圓弧)？ 在設(shè)計(jì)的早期階段，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)與計(jì)量室進(jìn)行溝通，特別當(dāng)檢測(cè)不屬于自己的組織

4、，在設(shè)計(jì)階段的微小變化將防止以后昂貴的測(cè)量。我是否能設(shè)計(jì)一個(gè)較易測(cè)量的零件？這個(gè)問(wèn)題的回答是完全肯定的，可以在不影響零件的功能前提下添加方便測(cè)量的輔助要素。設(shè)計(jì)人員在完成圖紙前，應(yīng)與檢測(cè)人員談話(huà)，在最終定圖紙前，圖紙細(xì)微的變化將為以后節(jié)約很多時(shí)間。設(shè)計(jì)時(shí)考慮零件的裝夾對(duì)于小零件，經(jīng)常碰到的問(wèn)題是如何在測(cè)量時(shí)固定它們又不引起變形或不會(huì)妨礙測(cè)量。有時(shí)在設(shè)計(jì)階段簡(jiǎn)單的加幾個(gè)孔、一個(gè)法蘭或一個(gè)定位套，以便于測(cè)量；有時(shí)甚至設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮測(cè)量用的夾具。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要素的可觸測(cè)性設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常要考慮測(cè)量?jī)x器是否可觸測(cè)被測(cè)要素，這可能只要加一個(gè)小的觀察孔或移去不起作用的材料，例如把槽加寬以放下千分尺的砧座。

5、設(shè)計(jì)時(shí)考慮再次定位再次定位常用于零件大于特定的測(cè)量機(jī)行程，而要分兩段測(cè)量。在零件上設(shè)計(jì)幾個(gè)螺紋孔，用于安裝標(biāo)準(zhǔn)球，這樣，兩段測(cè)量可以使用同一個(gè)坐標(biāo)系。如圖15所示，此零件的尺寸大于該測(cè)量機(jī)的行程。首先，操作者把幾個(gè)球依次安裝在零件上；然后，分幾次進(jìn)行測(cè)量；最后把測(cè)量數(shù)據(jù)在同一個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行拼合。第三章 制造，車(chē)床宜加工回轉(zhuǎn)類(lèi)零件，零件若用掉頭的方法（用卡盤(pán)夾住零件的另一端）加工內(nèi)孔，內(nèi)孔的同軸度公差不可能要求得很高；同樣地，用兩次裝夾的方法加工的法蘭盤(pán)其厚度亦會(huì)變化。三軸銑床三軸銑床一般利用刀具旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)銑削。三軸銑床有不同的性能參數(shù)，如圖20所示，此三軸銑床垂直安裝刀具，工作臺(tái)可在兩個(gè)垂直方向

6、的水平面內(nèi)移動(dòng)。零件可以用虎鉗、卡盤(pán)或壓板裝夾在工作臺(tái)上，還可以用轉(zhuǎn)臺(tái)或傾斜的工作臺(tái)來(lái)加工零件，但是，不是在任何方向都可以加工到零件。五軸數(shù)控機(jī)床五軸數(shù)控銑床是在三軸銑床的基礎(chǔ)上又加了兩個(gè)互相垂直的旋轉(zhuǎn)軸。它們?cè)谟?jì)算機(jī)控制下，可以加工出更為復(fù)雜的空間三維形狀，例如，離心壓縮機(jī)葉輪或螺旋推進(jìn)器。五軸數(shù)控銑床可以在一次裝夾中同時(shí)加工零件的五個(gè)表面。線(xiàn)切割線(xiàn)切割應(yīng)用電化學(xué)工藝，用可導(dǎo)電的細(xì)絲來(lái)加工導(dǎo)電的材料，被加工零件裝在兩軸工作臺(tái)上，此工藝適于加工二維的復(fù)雜外形的表面。如圖21和圖22所示，線(xiàn)切割機(jī)床在加工內(nèi)表面零件時(shí)，須預(yù)加工一個(gè)孔，用來(lái)穿鉬絲。更高級(jí)的線(xiàn)切割機(jī)床的頭還可以?xún)A斜，以加工外錐體及內(nèi)

7、錐孔，此工藝適用于高精度要求的薄壁零件,它不會(huì)由于機(jī)床承載及變形造成工件加工失敗。過(guò)程控制及測(cè)量反饋當(dāng)在制造階段或檢測(cè)階段進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以使用包括趨勢(shì)監(jiān)測(cè)和SPC技術(shù)的質(zhì)量管理工具建立一個(gè)誤差控制系統(tǒng)。 其工作原理是使用測(cè)量?jī)x器（諸如千分尺、卡尺、在線(xiàn)量?jī)x、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)使用SPC應(yīng)用軟件來(lái)統(tǒng)計(jì)分析測(cè)量數(shù)據(jù)（測(cè)量數(shù)據(jù)以圖形顯示），并且給出測(cè)量值的趨勢(shì)，以及把數(shù)據(jù)反饋給工藝過(guò)程，可參考附錄B.2 。從測(cè)量?jī)x器所得到的數(shù)據(jù)，SPC 可以反饋給生產(chǎn)過(guò)程，以便對(duì)機(jī)床作相關(guān)的調(diào)整，預(yù)防產(chǎn)品超差。如圖24 所示， SPC 的圖形反映了隨時(shí)間變化的誤差。USL 表示規(guī)定的上偏差極限UCL 表示上

8、偏差控制極限LSL 表示規(guī)定的下偏差極限LCL 表示下偏差控制極限第四章 圖紙 基準(zhǔn)（幾何參考）基準(zhǔn)應(yīng)在圖紙上或CAD 模塊上明確標(biāo)注，在圖紙上往往用填充了顏色或沒(méi)填充的三角形表示，框內(nèi)的大寫(xiě)字母表示基準(zhǔn)A，如圖28 所示，此字母A還與形位公差控制框關(guān)聯(lián)，如圖33所示，要素控制框內(nèi)應(yīng)標(biāo)注出與此公差相關(guān)聯(lián)的所有基準(zhǔn)。當(dāng)測(cè)量時(shí)，首先要?jiǎng)?chuàng)建坐標(biāo)系。基準(zhǔn)又可分為主基準(zhǔn)、第二基準(zhǔn)和第三基準(zhǔn)。主基準(zhǔn)（第一基準(zhǔn)）：可以用單一要素或組成要素來(lái)定義，一般為表面或軸線(xiàn)。它主要用來(lái)找正零件。第二基準(zhǔn)：可以用單一要素或組成要素來(lái)定義，用來(lái)確定相對(duì)于主基準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)；第三基準(zhǔn)：可以用單一要素或組成要素來(lái)定義，相對(duì)于主基準(zhǔn)及

9、第二基準(zhǔn)用來(lái)完成坐標(biāo)系的建立。形狀公差圓度圓度公差符號(hào)或代號(hào)如圖34所示，圓度公差帶是指兩同心圓之間的區(qū)域。如圖35所示，輪廓線(xiàn)必須位于半徑差為0.038mm的同心圓之間的區(qū)域。圓度可用圓度儀(如圖12所示)或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。圓度儀測(cè)量時(shí)，傳感器與零件表面接觸，零件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器記錄相對(duì)于理想圓的偏差；坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí)，將繞圓周表面按照適當(dāng)?shù)拈g距采多個(gè)樣點(diǎn)，并用圓來(lái)擬合這些數(shù)據(jù)然后評(píng)價(jià)圓度。兩種方法均使用用濾波器，并且其濾波算法須得到大家的一致認(rèn)可，而且采點(diǎn)的密度應(yīng)反應(yīng)出加工過(guò)程中的典型形狀誤差。直線(xiàn)度直線(xiàn)度公差符號(hào)如圖36所示，直線(xiàn)度公差帶是指兩平行線(xiàn)之間的區(qū)域，如圖37所示。直線(xiàn)

10、度可用千分表與其他的基本測(cè)量工具一起進(jìn)行測(cè)量，也可以用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在表面上測(cè)線(xiàn)。平面度平面度公差符號(hào)如圖38所示，平面度公差帶是指兩平行平面之間的區(qū)域，如圖39所示。平面度可用光學(xué)平鏡精密水平儀或千分表與其他的基本測(cè)量工具一起進(jìn)行測(cè)量，也可以用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在表面上測(cè)點(diǎn)陣。圓柱度圓柱度公差符號(hào)如圖40所示，圓柱度公差帶是指兩同心圓柱之間的區(qū)域，如圖41所示。圓柱度可用圓度儀或用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)按一定的點(diǎn)陣測(cè)量。輪廓度輪廓度一般用來(lái)控制不規(guī)則的面和線(xiàn)。輪廓度公差帶是指位于一系列的直徑為給定公差值的圓或球的兩包絡(luò)曲線(xiàn)之間的區(qū)域。輪廓度可用千分表、樣件及其他基本測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，也可以用輪廓投影儀、輪廓測(cè)量?jī)x或

11、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。輪廓度公差可以是雙向或單向的， 取決于箭頭相對(duì)名義尺寸的方向和公差帶（如圖43所示）如圖43 的左圖所示，線(xiàn)輪廓的公差帶總是在兩包絡(luò)線(xiàn)之間，此兩包絡(luò)線(xiàn)由一組直徑為t 的圓的公切線(xiàn)構(gòu)成，且此組包絡(luò)圓的中心位于名義輪廓線(xiàn)上。位置度公差位置度公差表示一個(gè)幾何要素的位置相對(duì)于另一個(gè)要素或基準(zhǔn)的變化量， 基本尺寸建立了要素相對(duì)于基準(zhǔn)的位置關(guān)系，如圖45所示，被測(cè)孔相對(duì)于基準(zhǔn)B 和C 的基本尺寸分別為15mm和42mm。位置度公差描述要素相對(duì)于基準(zhǔn)理論位置的變化量。對(duì)于圓柱類(lèi)要素，例如孔和外直徑，位置公差帶呈圓柱形。如圖46 所示，圓柱的公差帶是直徑為0.375 mm 的圓柱，且其軸線(xiàn)

12、是相對(duì)于基準(zhǔn)B 和C 定義的。最大實(shí)體條件最大實(shí)體條件(MMC)對(duì)應(yīng)著材料最多的狀態(tài)，這對(duì)零件的裝配是極其重要的。如果最大實(shí)體條件作用于內(nèi)孔，對(duì)應(yīng)孔的最小尺寸；如果對(duì)于外尺寸，對(duì)應(yīng)軸的最大尺寸。最大實(shí)體條件符號(hào)放在如圖47 所示的公差框內(nèi)，可放在所要求的公差值或基準(zhǔn)符號(hào)之后。MMC定義的虛擬條件指孔和軸的最差裝配條件。圖48 的最小實(shí)體條件，對(duì)應(yīng)軸的最小尺寸；反之，對(duì)應(yīng)孔的最大尺寸。當(dāng)兩個(gè)零件處于虛擬條件時(shí)，它們僅僅能裝配在一起，若偏離此條件，則兩個(gè)要素更容易裝配在一起，請(qǐng)牢牢記住這原理只有誤差小于公差才有效。此虛擬條件是由最大實(shí)體條件和公差疊加形成的，若作用于內(nèi)孔尺寸，虛擬條件將是最大實(shí)體條

13、件減去形位公差；反之，若作用于實(shí)體外尺寸，虛擬條件將是最大實(shí)體條件加上形位公差。更多信息請(qǐng)參考BS ISO 2692:1988 工程制圖.形位公差.最大實(shí)體原理。最大實(shí)體條件符號(hào)的應(yīng)用示例如圖49所示。同心度/同軸度同心度/同軸度公差符號(hào)如圖50和圖51所示，同心度/同軸度可用圓度儀或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于同心度，應(yīng)測(cè)兩個(gè)圓；對(duì)于同軸度，應(yīng)測(cè)兩個(gè)圓柱，即相對(duì)于一個(gè)圓柱面的軸線(xiàn)，測(cè)量另一個(gè)圓柱面。如圖50所示，被測(cè)要素的實(shí)際軸線(xiàn)須位于直徑為0.3mm，軸線(xiàn)與基準(zhǔn)直線(xiàn)B重合的圓柱面內(nèi)。對(duì)稱(chēng)度對(duì)稱(chēng)度公差符號(hào)如圖52所示，對(duì)一些非圓柱形的元素，例如槽，位置公差可以是公差帶的總寬度，而被測(cè)要素的中心平

14、面必須位于公差帶內(nèi)。在檢測(cè)時(shí)，可以用千分表與其他的基本測(cè)量工具一起進(jìn)行測(cè)量，也可以用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。如圖53 所示的槽，若給出圖52 的對(duì)稱(chēng)度公差要求，槽的中心平面須位于相距為0.175mm的兩平行平面之間，且兩平行平面相對(duì)于基準(zhǔn)平面H對(duì)稱(chēng)分布。方向性公差平行度公差符號(hào)如圖54所示，平行度公差帶是指平行于基準(zhǔn)平面的兩平行平面或兩平行線(xiàn)之間的區(qū)域。平行度可用千分表與其他的基本測(cè)量工具一起進(jìn)行測(cè)量，也可以用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量，如圖55所示。注：平面A對(duì)基準(zhǔn)平面B的平行度公差要求不同于平面B對(duì)基準(zhǔn)平面A的平行度公差要求。垂直度垂直度公差符號(hào)如圖57所示，垂直度公差帶是指垂直于基準(zhǔn)平面或軸線(xiàn)的兩平

15、行平面之間的區(qū)域，如圖58和圖59所示。垂直度可用千分表與其他的基本測(cè)量工具一起進(jìn)行測(cè)量，也可以用圓度儀或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。注：平面A 對(duì)基準(zhǔn)平面B 的垂直度公差要求不同于平面B對(duì)基準(zhǔn)平面A 的垂直度公差要求。角度公差角度公差符號(hào)如圖61所示，角度公差帶是指相對(duì)于基準(zhǔn)平面或軸線(xiàn)（基準(zhǔn)B）成給定的角度（除90度之外）的兩平行平面或兩平行線(xiàn)之間的區(qū)域，如圖62所示。角度公差可用千分表、正弦規(guī)與其他基本測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，也可以用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量。跳動(dòng)公差跳動(dòng)公差符號(hào)如圖63所示，跳動(dòng)公差是針對(duì)回轉(zhuǎn)特征的公差要求。此類(lèi)公差進(jìn)行的圓周測(cè)量，完全獨(dú)立于任何在直徑或表面區(qū)域的測(cè)量，因?yàn)檫M(jìn)行此項(xiàng)測(cè)量時(shí)，工

16、件要轉(zhuǎn)360 度。在檢測(cè)時(shí)，可以用千分表、V 形塊與其他的基本測(cè)量工具一起進(jìn)行測(cè)量，也可以用圓度儀、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量。如圖64 所示，跳動(dòng)又可分為徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)兩種。不同截面的跳動(dòng)公差是相互獨(dú)立的, 這與全跳動(dòng)不同；全跳動(dòng)要求各截面是相互關(guān)聯(lián)的，例如，所有的截面都有相同的零點(diǎn)。全跳動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合與跳動(dòng)類(lèi)似，但它更為復(fù)雜，因?yàn)樗刂贫鄠€(gè)幾何特征，如圖64 所示，被測(cè)外徑的全跳動(dòng)包括圓度、圓柱度和同軸度?；鶞?zhǔn)是否容易測(cè)到？當(dāng)設(shè)計(jì)零件時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)確信基準(zhǔn)表面很容易測(cè)量或夾持，基準(zhǔn)表面與被測(cè)表面相比較，應(yīng)當(dāng)大很多，若基準(zhǔn)很小，用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)得的誤差比用大基準(zhǔn)面測(cè)得的要大得多，基準(zhǔn)尺寸與最大被測(cè)尺寸

17、的比應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)重要的參考值。例如，測(cè)量直徑5mm 長(zhǎng)為300mm 的棒，用5mm 的表面作基準(zhǔn)建坐標(biāo)系，不如用棒的軸線(xiàn)，對(duì)于300mm 基準(zhǔn)測(cè)量出的誤差比用50mm 作基準(zhǔn)的誤差要小得多。虛擬基準(zhǔn)當(dāng)測(cè)量零件時(shí)，工程圖紙上的虛擬基準(zhǔn)不可能被測(cè)量到；這是因?yàn)樘摂M基準(zhǔn)不在實(shí)際零件上，例如從零件的外側(cè)切除一個(gè)圓孔，若這圓孔的中心在實(shí)際零件的邊界之外，則這圓孔就很難準(zhǔn)確測(cè)量，這種情況，應(yīng)盡可能避免選此圓孔作為基準(zhǔn)。為什么局部圓弧是壞基準(zhǔn)？一般來(lái)說(shuō)，測(cè)得的局部要素是完整要素的一小部分，出現(xiàn)這種情況，一個(gè)可能是真實(shí)的要素確實(shí)如此，另一可能就是觸測(cè)它很困難，于是只能測(cè)完整要素的一小部分。例如，局部圓弧是圓的

18、一部分，一個(gè)面片可能是球的一部分，一個(gè)截頭圓錐是圓錐的一部分。如圖75所示，局部圓弧可能是一個(gè)倒角。測(cè)量這樣的要素比測(cè)量完整的要素要困難得多，由于這種表面不完整的特性，用測(cè)量機(jī)測(cè)得的數(shù)據(jù)用最佳擬合的辦法來(lái)定半徑及中心位置是會(huì)產(chǎn)生較大誤差的。因此，盡可能地避免選用這樣的局部要素作為基準(zhǔn)。若用最小二乘法去擬合這些點(diǎn)以得到圓的半徑及圓心坐標(biāo)，此時(shí)弧僅是此圓上的一局部區(qū)域，由于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)不確定度的影響，這些圓的參數(shù)亦會(huì)存在相關(guān)的不確定度，這時(shí)由局部圓弧所決定的不確定度比相對(duì)于覆蓋整個(gè)圓弧的不確定度會(huì)大得多。局部圓弧是圓的某個(gè)中心角對(duì)應(yīng)的弧，設(shè)想圓弧縮短了一半，那么中心角亦為一半，若仍均勻采十點(diǎn)，但只覆蓋了較短的圓弧，此時(shí)所計(jì)算得到的半徑的不確定度增加了