在机器的装配中,当装配精度要求较高且组成环数目又较多时,常采用修配法进行装配。采用修配法 时,尺寸链中各组成环尺寸均按经济加工精度进行制造,因而装配时必然会有超差(即装配精度达 不到要求)的情况。为达到要求的装配精度,就需要根据实际装配的结果,对尺寸链中某一预定的 组成环加以修配,即通过再加工改变该组成环的尺寸,从而对封闭环进行补偿。这个预定的组成环 称为修配环。采用修配法时,需解决的主要问题是确定修配环在修配前的尺寸,即修配环的预加工 尺寸。但现有的几种文献<1～3>所介绍的方法都比较繁琐,应用时很容易产生混乱和错误。笔 者对此进行了分析研究,找到了一种确定修配环尺寸的简捷方法。1 修配环尺寸的确定1.1 对修配环尺寸的要求采用修配法时,首先要合理地将尺寸链中各组成环的公差放大到经济可行的程 度,以使零件制造容易。这里的放大是相对于用互换法求解的组成环公差值而言。根据尺寸链误差 累积原理可知,各组成环尺寸公差放大后的装配精度必然低于设计要求的装配精度,即对一批产品 来说,修配前实际的封闭环的公差值ＴＡ′0大于设计要求的封闭环的公差值ＴＡ0,因此在装配 时,要对修配环进行修配,使封闭环得到补偿,以达到设计要求的装配精度。从整个装配过程来看 ,要求修配量的大小要合适。修配量过小时,会造成装配时有些产品因修配余量不足无法修配而成 为废品;修配量过大时,又会造成装配时的修配工作量增多,从而使装配生产率降低、成本提高。 而由尺寸链原理可知,修配量的大小取决于修配环的尺寸。由此可知,对修配环尺寸的要求是:修 配环尺寸大小应使修配环在修配时有足够的且是最小的修配量,保证装配时既不会产生不可修配的 装配件,又使整个装配过程的修配工作量最小,以获得最佳的经济效果。1.2 修配环尺寸的确 定修配环被修配时,实际的封闭环尺寸也将随之变化,其变化情况有下面3种:①修配环被修配时 封闭环变小;②修配环被修配时封闭环变大;③对修配环的不同表面进行修配时,封闭环变大或变 小。1.2.1 修配环被修配时封闭环变小的情况 以卧式车床头尾等高性装配精度要求为例, 其装配结构如图1所示,要求装配后主轴锥孔轴线与尾座顶尖套锥孔轴线对溜板移动的等高度误差 不超过0.06ｍｍ,且只许尾座高,即Ａ0=0～0.06ｍｍ。装配时选尾座顶尖套锥孔轴线 高度尺寸为修配环(修配面为尾座垫板底面),其修配前尺寸为Ａ2。由尺寸链图(图2)可知, 修配环被修配时Ａ2减小,封闭环Ａ′0也随之减小。现将实际得到的封闭环公差带与设计要求的 封闭环公差带之间的位置关系用图3表示。 图1 卧式车床头尾等高性装配结构 图2 卧式车床头尾等高性装配尺寸链由图3可知:①由于修配环被修配时封闭环变小,因此, 为避免出现不可修配的装配件,需要限制实际封闭环的最小极限尺寸Ａ′0ｍｉｎ,使其满足Ａ′ 0ｍｉｎ≥Ａ0ｍｉｎ否则将有一部分装配件因无法修配而成为废品;②因实际封闭环的公差值Ｔ Ａ′0一定,若Ａ′0ｍｉｎ增大,则Ａ′0ｍａｘ也随之增大,这样,由Ａ′0ｍａｘ修配到Ａ 0ｍａｘ所需要的修配工作量也就随之增大。因此,要减小修配工作量,就要尽量减小Ａ′0ｍｉ ｎ的值。综合上述两点,为保证修配工作量最小且无不可修配的情况出现,应取Ａ′0ｍｉｎ=Ａ 0ｍｉｎ。而由尺寸链的极值原理可得: Ａ′0ｍｉｎ=∑ｍｉ=1Ａｉｍｉｎ-∑ｎ- 1ｉ=ｍ+1Ａｉｍａｘ所以 ∑ｍｉ=1Ａｉｍｉｎ-∑ｎ-1ｉ=ｍ+1Ａｉｍａｘ=Ａ0 ｍｉｎ(1) 式中:ｍ─增环数,ｎ─总环数,Ａｉｍｉｎ─各增环最小极限尺寸,Ａｉｍａｘ ─各减环最大极限尺寸。在(1)式中,只有修配环的某一极限尺寸是未知的,其余皆为已知量, 因此只要判定出修配环是增环还是减环,就可由式(1)计算出它的一个极限尺寸。再考虑到其公 差值已按经济加工精度确定,则修配环的尺寸即可确定。1.2.2 修配环被修配时封闭环变大 的情况 以牛头刨床摇杆滑块机构为例,装配要求摇杆槽与滑块的配合间隙为Ａ0=0.03～0 .05ｍｍ(如图4所示)。在装配时,取滑块的宽度尺寸为修配环,其修配前尺寸为Ａ2。由尺 寸链图(图5)可知,修配环被修配时Ａ2减小,封闭环Ａ′0则随之增大。现将实际得到的封闭 环公差带与设计要求的封闭环公差带之间的位置关系用图6表示。图3 Ａ′0与Ａ0的公差带的 位置关系(越修越小) 图4 牛头刨床摇杆滑块间隙配合装配结构图5 摇杆滑块配 合间隙装配尺寸链 图6 Ａ′0与Ａ0的公差带的位置关系(越修越大)由图6可知 :①由于修配环被修配时封闭环变大,因此,为避免出现不可修的装配件,需限制实际封闭环的最 大极限尺寸Ａ′0ｍａｘ,使其满足Ａ′0ｍａｘ≤Ａ0ｍａｘ,否则将有一部分装配件因无法修 配而成为废品;②因ＴＡ′0一定,若Ａ′0ｍａｘ减小,则Ａ′0ｍｉｎ也随之减小,这样,由 Ａ′0ｍｉｎ修配到Ａ0ｍｉｎ的修配工作量也随之增大。因此,要减小修配工作量,就要尽可能 增大Ａ′0ｍａｘ。综合上述两点,为保证修配工作量最小且无不可修配的情况出现,应取Ａ′0 ｍａｘ=Ａ0ｍａｘ。而由尺寸链的极值原理可得: Ａ′0ｍａｘ=∑ｍｉ=1Ａｉｍａｘ -∑ｎ-1ｉ=ｍ+1Ａｉｍｉｎ所以 ∑ｍｉ=1Ａｉｍａｘ-∑ｎ-1ｉ=ｍ+1Ａｉｍｉ ｎ=Ａ0ｍａｘ(2) 式中:ｍ─增环数,ｎ─总环数,Ａｉｍａｘ─各增环最大极限尺寸,Ａ ｉｍｉｎ─各减环最小极限尺寸。在(2)式中,只有修配环的某一极限尺寸是未知的,其余皆为 已知量。因此,只要判断出修配环是增环还是减环,就可由(2)式计算出修配环的一个极限尺寸 ,再考虑到其公差值已按经济加工精度确定,则修配环的尺寸即可确定。1.2.3 对修配环的 不同表面进行修配时封闭环变小或变大的情况 某铣床矩形导轨的结构如图7所示,装配要求配合 间隙0.01～0.07ｍｍ。装配时通过对压板进行修配来达到装配要求。但由图7可知,当对 压板的两个不同表面Ａ、Ｂ进行修配时,封闭环的变化情况是不同的:修配Ａ面时,越修配封闭环 越小;修配Ｂ面时,越修配封闭环越大。遇到这种情况时,较为简单的处理方法是首先把修配面确 定下来。修配面确定了,修配时封闭环的变化情况也就确定了,这样就转化成了前面已分析过的两 种情况中的一种,用相应的关系式即可计算出修配环的尺寸。图7 铣床矩形导轨结构及装配尺寸 链2 最小修配量不为零时修配环尺寸的确定在实际生产中,有时候修配面本身的质量要求较高, 这样就需要在装配时对所有修配件的修配面都进行刮研或其它精加工,即在装配时不论合格与否都 要进行修配加工。在所有允许去掉的修配量中的最小值,即为最小修配量。显然,前面推导出的两 个关系式,都是以最小修配量Ｚｋｍｉｎ=0为前提的。现推导最小修配量不为零时修配环尺寸的 计算公式,推导时按修配环被修配封闭环变大和变小两种情况进行分析。2.1 修配环被修配时 封闭环变小的情况由图8可知,由于修配环被修配时封闭环变小,因此,当实际封闭环取得最小极 限尺寸Ａ′0ｍｉｎ时,为保证其仍有Ｚｋｍｉｎ的修配量可修,应有 Ａ′0ｍｉｎ- Ｚｋｍｉｎ≥Ａ0ｍｉｎ再考虑到要使修配工作量最小,应取 Ａ′0ｍｉｎ-Ｚｋｍｉ ｎ=Ａ0ｍｉｎ所以 Ａ′0ｍｉｎ=Ａ0ｍｉｎ+Ｚｋｍｉｎ又 Ａ′0ｍｉｎ=∑ ｍｉ=1Ａｉｍｉｎ-∑ｎ-1ｉ=ｍ+1Ａｉｍａｘ所以 ∑ｍｉ=1Ａｉｍｉｎ-∑ｎ- 1ｉ=ｍ+1Ａｉｍａｘ=Ａ0ｍｉｎ+Ｚｋｍｉｎ(3) 由此式即可得到修配环的某一极限尺 寸,而其公差值已定,则修配环尺寸即可确定。2.2 修配环被修配封闭环变大的情况由图9可 知,由于修配环被修配时封闭环变大,因此,当实际封闭环取得最大极限尺寸Ａ′0ｍａｘ时,为 保证其仍有Ｚｋｍｉｎ的修配量可修,应有 Ａ′0ｍａｘ+Ｚｋｍｉｎ≤Ａ0ｍａｘ再 考虑到要使修配工作量最小,应取 Ａ′0ｍａｘ+Ｚｋｍｉｎ=Ａ0ｍａｘ所以 Ａ′0ｍａｘ=Ａ0ｍａｘ-Ｚｋｍｉｎ又 Ａ′0ｍａｘ=∑ｍｉ=1Ａｉｍａｘ-∑ｎ -1ｉ=ｍ+1Ａｉｍｉｎ所以 ∑ｍｉ=1Ａｉｍａｘ-∑ｎ-1ｉ=ｍ+1Ａｉｍｉｎ= Ａ0ｍａｘ-Ｚｋｍｉｎ(4) 由此式即可求出修配环的某一个极限尺寸,而其公差值已定,则 修配环尺寸即可确定。图8 Ｚｋｍｉｎ不为零时Ａ′0与Ａ0的公差带位置关系 图9 Ｚ ｋｍｉｎ不为零时Ａ′0与Ａ0的公差带位置关系(越修越小) (越修越大)3 结 论以上分析,得到了采用修配法达到装配精度时修配环尺寸的计算 公式。比较(3)式和(1)式、(4)式和(2)式可以发现,(1)式和(2)式实质上分别 是(3)式和(4)式在最小修配量为零时的特例。因此,在实际应用时,只需要(3)、(4) 两个关系式就可以了。利用这两个关系式,便可在最小修配量为零或不为零的任何情况下,一步到 位计算出修配环尺寸。此法简捷方便,不需要进行繁琐的分析,而且公式的表达也非常简练,便于 记忆和应用。修配环尺寸的确定方法研究@吕宝君$莱阳农学院农业工程系!山东莱阳26520 0@王继伟$莱阳农学院农业工程系!山东莱阳265200@黄新平$莱阳农学院农业工程系! 山东莱阳265200@宫国浩$莱阳重型机械厂修配法;;装配精度;;修配环尺寸;;最小修配量对采用修配法达到装配精度时修配环尺寸的确定方法进行了研究,给出了两个计算修配环尺寸的公式。应用该公式,可在最小修配量为零或不为零的任何情况下,简捷方便地确定出修配环的尺寸。<1>哈尔滨工业大学,上海工业大学 .机械制造工艺规程制订及装配尺寸链 (第 1版 )
.上海 :上海科学技术出版社 ,1980 .90～ 96
<2 >王启平 .机械制造工艺学 (第 3版 ) .哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版社 ,
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