第一单元几何量公差与检测 第1课
  1.
  1.1 概述 什么是几何尺寸与公差 几何尺寸与公差
几何尺寸与公差是在机械制图中应用的三维的国际化的工程语言.这一语言主要由符号构成,它们清楚 地在由美国机械工程师学会制订的 ASME Y
  14.5M-1994 标准中被定义. ASME Y
  14.5M-1994 是一个在北美 采用并为世界广泛承认的制图标准. 它取代 ANSI Y
  14.5-1982 标准并且被扩展到几乎等同于对应的 ISO 标 准. 在采用不同的几何量符号和其他方法的辩识方式上完成该标准旨在明确表示设计者的意图。该标准在 采用不同的几何量符号和其他方法的辩识方式上是完备的以明确的表示设计者的意图。
  2. 我们为何需要几何尺寸和公差? 恰当地采用几何尺寸和公差可保证形状,配合和工程所需的功能而无须在车间设想或特别的(麻烦的、 复杂的、费心的)解释,这种解释往往因人而异. 几何尺寸和公差将通过贯穿工程,制造和质量功能提供一致 的解释,增加公差,提高效率和质量而节约公司成本. 设计和生产系统, 复杂性,计算机化和全球制造已使严格的工程制图要求具有强制性. 功能量规,工具, 零件尺寸和制造受益于几何尺寸与公差设计. 几何尺寸与公差设计领域的研究是重要的,因为它是在设计, 制造过程和质量之间的交流媒介. 制造和工程系统要求一种可以理解的语言,否则,它就不是贯通一致便于使用的. 技术语言通过标准定 义, 现已广泛应用的一个标准就是 ASME Y
  14.5M-19
  94. 我们的目的是协调几何精度设计与制造过程. 你或 许在一个 CAD 或者制图课上遇到几何尺寸与公差设计. 本课给予这些符号制造上的理解.
  3. 几何尺寸与公差设计 一个要素的尺寸和位置由一尺寸决定. 尺寸建于工程图纸中,它代表近似于实际制造中的一个数字。 一个轴可以有一个 21/2 英寸(
  63.5mm)公称尺寸,但准确的十进制相当的测量在制造中是难以得到的.尽管 分数形式的尺寸在旧图上可见到, 十进制在实践中优先采用。通常,制造很难产生到达
  2.500 英寸的零件,因 为在制造中有正常的波动. 公差是允许的尺寸变动量。所有尺寸都有公差,无论特殊或一般(后者在标题栏中说明) 。尺寸是一个 包括基本尺寸和其公差的组合数。公差考虑功能方面的工程要求和制造要求。例如,一个尺寸可能是
  2.500 ±
  0.005, 或
  2.5±
  0.00
  05。尺寸给定在千分之一位或万分之一位意味着较低或较高的精度。 认同某尺寸决不可能准确是,例如,
  2.50000 英寸,因而公差是允许的尺寸范围。公差类似于术语“有 效数字” 。它为机械师提供了一个可实现的界限值。公差可能很“紧”或有太多有效数字。对于一个紧公差, 成本迅速增加。 尺寸可以极限,单向或双向公差形式。极限尺寸的一个例子是
  3.495 .极限尺寸将大的值放在上方,两个 值之间的分数线省略。尺寸的极限标注方法优先采用。双向公差形式是
  2.500 ±
  0.0
  05,此情形下公差值是 相等的。双向公差并不要求上下偏差值相等。 一种特例是单向公差形式,例如
  3.495 ?
  0.000 ,其下偏差是 零。单向公差意味着任何偏差只能位于公称尺寸的一侧。 制造涉及配合及配合件,例如,一个轴在孔中。配合公差,有时和公差有混淆,定义不同。它是配合 零件之间的最小间隙并代表配合的最紧的条件。见图 1-1a,图中采用单向公差。在图 1-1a 中两种情况下, 间隙是
  0.0
  01。同样, 在图 1-1b 中,双向公差的采用显示间隙是
  0.0
  01。单向公差的优点是在保持相同的间隙 饿同时允许改变公差。配合零件之间的压配合或过盈配合要求公差设计具有零或负间隙。 三、符号 几何精度标注符号由图 1-2 给出。这些符号取代了工程图纸上许多注释。符号相对于注释的优点是: 统一和定义含义,一个注释或许阐述得不一致。 紧凑
+
  0.010
  3.505
一种国际性的语言。注释或许要求两种语言之间的翻译 制造明了 这些符号的部分见图 1-
  3。研究这些加工的零件,其尺寸用毫米标注。 最大实体条件或 含更多的材料。 对于轴考虑到 MMC 则相反。例如,若轴直径是
  0.750±
  0.004 英寸,应用到轴,公差上限是
  0.754 英 寸,这就是轴的最大实体尺寸,它比下限具有更多的材料。通常,最大实体条件允许较大的公差。它有助 于互换性并允许采用功能量规技术。最大实体条件意味着最坏的条件或苛刻的尺寸,并涉及配合零件。最 大实体原则应用于尺寸要素,如具有轴线或中心平面的孔,槽,以及销。 最小实体条件 LMC,或图样符号 径或最小轴径。 RFS 表示几何公差或基准应用到要素在其尺寸公差内的任何增量状态。它表示公差应用到一几何要素 无须考虑从 MMC 到 LMC 的尺寸变化。RFS 不允许有额外的位置,形状或定向公差。RFS 只用于尺寸要 素, 如具有轴线或中心平面的孔, 以及销。 槽, 除非另外注明采用最大实体原则, 一般采用独立原则 (RFS) 。 术语 basic 是一个数值描述准确一个要素或基准的尺寸,轮廓,方向或位置。它是要求尺寸附带一个要 素控制框格中(见图 1-2 和 1-
  3) 。须强调的是,不是所有尺寸均带有框格。只有重要的才加框格,这取决 于工程设计要求。 基准是某个理论上准确的点、平面或轴线,它是一个零件的位置或几何要素赖以建立的起始点。每个 基准标示在框格中并由大写的阿拉伯字母区别。 对于一个位置公差,在形位公差框格中基准代号后有一个适当修改的符号。对所有其他的符号,除非 另有说明,RFS 是隐含的。在尺寸的基准是基于 RFS 原则应用,基准是由形体表面之间或表面和工艺设备 表面之间的物理接触建立。各种尺寸的机器元件(卡盘,心轴,或顶尖) ,用于模拟体现一个确立基准的真 实几何形体。 4 CAD 和 CAM 计算机辅助设计和计算机辅助制造是将零件作为一个几何模型交互式地加入制造数据并将这一信息传 送到制造系统或机床完成零件制造。 几何尺寸与公差设计是将零件的尺寸设计纳入目标产品的制造的实践。 对于由 CAD 和生产零件的 CAM 产生的几何模型的坐标系统是相同的。 直角或笛卡尔坐标系统通过其 距离相互垂直的相交的两个或三个平面定位一个点。二维坐标)在 X 和 Y 方向)定位一个平面上的点,在 XYZ 三个方向的坐标点定位一个空间上的点。一旦点位定义好,就有可能对机床做指令,由机床实现要求 的刀具对于工件的相对运动。直线的,旋转或合成的机床运动是可能的。
  5.适当的公差 是 L 尺寸要素在尺寸极限内包含最小材料量的状态。它是最大孔 涉及孔轴直径和类似要素。附在圆圈的确 M 是制图符号,尽管 MMC 在讨论中采 M 用。一个给定为
  2.500±
  0.005 英寸的孔范围从最大
  2.505 到最小
  2.495 英寸。孔在最小极限比其最大极限包
当一个工程师对一个要制造的零件规定尺寸, 必需包括该尺寸的公差。 公差必须按实际 的设计要求而定,但心中必须对制造能力有数。它们不应过分精确,尽管 CAM 设备可达到 很高精度。了解适合的公差,工程师就能设计一个有效成本的零件。
公差可通过一般的例如象
  2.500±
  0.005 这种在图纸上紧随在尺寸后的标注,或在明细表中对一些尺寸 统一应用公差。 例如, 若尺寸是
  2.500 英寸, 该尺寸后没有特定的公差, 那么, 它所采用的公差是基于
  0.xxx 的第三位有效数字,如在明细表中所示。在一个通用的明细表中惯例的尺寸公差以英寸为单位的一个示例 按如下给出: 2 位,
  0.xx 3 位,
  0.xxx 4 位,
  0.xxxx ±
  0.010 in. ±
  0.005 in. ±
  0.0005 in.
对一个
  2.240-in.尺寸,允许的尺寸范围是
  2.235 至
  2.245 in.。图纸上多数尺寸采用通用明细表公差。 公差可被直接用于尺寸并表示在图纸上两个尺寸箭头之间。在此情形下,公差不从明细表去除,但随
着尺寸给出。 公司将决定适合于它们制造设备和产品的适当的公差。对于某个拥有设备的学校或的车间实施的公差 的例子见表 1-
  1,例如,用于零件的非回转表面金属切削的铣床 具有
  0.001 in 的标准精度。刚性机床能达 到
  0.0005 in. 精度。 Table 1-1 Machine Mill Sample Tolerance for Traditional Machine Tools Condition Minimum geometric Surface roughness (side cut) Surface roughness (end cut) Straightness Flatness Parallelism (same side) Parallelism (opposite side) Angularity Perpendicularity Minimum geometric Lathe Surface roughness Concentricity Minimum geometric Surface roughness Grinder Flatness (plate>1 in. long) Flatness (plate <1 in. long) Tolerance
  0.005 in. 32 63 ?in. ?in.

  0.005 in.
  0.005 in.
  0.005 in.
  0.015 in.
  0.1


  0.015 in.
  0.002 in. 16 ?in.

  0.005 in.
  0.001 in. 4 ?in.

  0.002 in.
  0.001 in. 计量学基础
.如果挠曲,热膨胀,非刚性零件,工具磨损,切削不足等因素很大, 经验法认为合适的公差为
  0.005 in. 第2课
  1. 计量学简介
简单地说, 计量学是测量科学.它涉及检验员、技术员、操作者和工程师。每一个和测量有关的事情, 无论是设计、管理、分析实验结果,都在计量学范畴。计量学工作包含从理论到实践的各种工作, 如比较 统计方法, 决定运用那种实验或读一个尺子的哪种刻度等。 测量科学的作用见于从人们计划他们的生活到有信心地从事商业交换的各个方面。例如,绝大多数人 假设他们家中的表和工作地点的表显示几乎相同的时间。在一个食品杂货店买的一磅汉堡饱包含与在镇那 边一个商店相同的食品数量。 同样, A 公司买的一个螺钉将适合装入由从 B 公司买的钻头钻的一个孔中, 从 假定他们规定相同的尺寸。 从事或涉及计量学需要了解一些必需的术语,表 2-1 定义其中一部分。 表 2-1 某些普通计量术语的定义 精确度*:一台仪器用小的不确定度进行测量的能力。 检定:为检测和报告,或通过调整消除被检仪器的误差,按照一定的文件程序进行的一套操作,将由 仪器进行的测量和由更高级的仪器进行的测量或是标准进行比较。 误差:被测目标的的真值和测得值之差. 测量:为确定某一物理性能而对一个物体或系统按照一个确定的文件程序进行的一套操作. 精密度:测量过程的重复性或相同进行的测量怎样一致. 可读性:如果测量值转换成一个已确定的数装置能读出. 千分尺上的游标使仪器更可读. 灵敏度:探测被测量数量上差异的能力. 标准:物体、人造物品、仪器系统或提供一个作为测量该量的基准的物理量的实验。 标准实验室:配备设备和标准,适当控制的环境和它支持的机构使用的测量设备的工作空间。
测量误差极限:在计量学中,应用于一个正常工作的测量仪器的不确定度数值的极限范围。 溯原性:从进行的测量到一个公认的国家的合法的标准的完整的对比过程。 不确定度:在一个测量中可能发生的误差的估计。更准确地说,包含一被测量的真值的估计范围。不 确定度通常以真值位于的一个说明的范围的概率术语来报告。 检验:保证满足规定要求或导致一个进行调整,修理,降级或退出使用的决定 的一系列操作。 灵敏度和可读性与设备有关而精密度和精确度和测量过程有关。
  2. 计量学的基本原理 计量学的基本原理是简洁的.它涉及一个测量标准和另一个测量标准或一个未知精度的装置的测量和 比较.它涉及进行测量和比较的实验和方法的设计,实验结果的分析。所有的测量(长度,电流,时间等)最 终的参照均与国际贸易相符。 由于测量是一门必要的比较科学,仪器必须检定。检定是一个测量装置(未知精度)和一个等同的或 更好的标准的比较。一个测量中的标准被看作参照;它是在比较中两个之中更正确的那个。为找出未知的 与标准之间的差异人们进行检定。在此方式下,仪器的准确度和绝对误差被估计为 绝对误差= ε=真值?测得值 并且
精度= 1-
ε
true value

如果进行几个测量,通常要计算算术平均值。 3 计量室和检定 有五种类型的计量室,每种有不同的功能。 第一级实验室是进行将新的研究转化为更好的测量方法的实验室。第一级和第二级标准的检定在此进 行。第二级和工作标准在第二级实验室进行检定。研究实验室是进行某些抽象项目(例如测量一个电子的 电流)的实验室。检定实验室,倾向于面向大批量检定,采用由第二级或第一级实验室检定的标准。移动 实
 

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