装配工艺基础认知详解

知识要点

★机械产品的装配工艺过程，装配工艺规程的作用和内容

★装配工作的组织形式、装配方法及适用场合

★装配尺寸链的建立

学习目标

通过本任务的学习，进行装配车间见习实习，掌握装配工艺规程与相关内容，确定图9-1所示零件在仅有外径千分尺测量工具条件下，A、B两个面间的距离应控制在什么尺寸范围才能满足加工要求，并做到以下几点。

图9-1　加工工件图样

(1)了解机械产品的装配工艺过程，理解装配工艺规程的作用和内容。

(2)熟知装配工作的组织形式、装配方法及适用场合。

(3)明确产品装配系统的构成，理解尺寸链的重要作用。

(4)能正确建立装配尺寸链，掌握完全互换法和分组选择装配法解尺寸链。

相关知识

1.机械产品及构成

机械产品多指机器，也可以是零件或部件。机器是由若干个零件、部件按一定规则装配组合的总成。零件是机械产品的最小制造单元，例如一个螺钉，一根轴等。两个或两个以上零件结合形成机器的某一部分称为部件，例如车床主轴箱、汽车底盘、滚动轴承等。装配顺序中部件是多层次的，直接进入总装的部件称为组件，直接进入组件装配的部件称为一级分组件，依此类推，产品越复杂，分组件级数越多，如图9-2所示。

可以独立进行装配的部件称为装配单元。机械产品的装配可分成若干个装配单元。最小的装配单元又称套件。

在机械产品装配中，最先进入装配的零件或部件称为基准件。

图9-2　产品装配系统图

2.装配工艺过程

装配工艺过程一般分为四个步骤。

1)装配前的准备工作

(1)熟悉产品(包括部件、组件)装配图样、装配工艺文件和产品质量验收标准等，分析产品结构，了解零件间的连接关系和装配技术要求。

(2)确定装配方法、顺序，准备所需的工具及材料。

(3)对装配所需零件进行清洗，去除毛刺、油污。必要时，对有特殊要求的零件进行平衡试验或压力试验。

2)装配

装配是将若干个零件和套件装配成组件或部件，或将若干个零件、套件、组件和部件装配成产品的操作过程。图9-3和图9-4为组件和部件及其装配系统示意图。

图9-3　组件及装配系统示意

(a)组件分解图　(b)组件装配系统图

图9-4　部件及装配系统示意

(a)部件装配图　(b)部件装配系统图

3)调整、检验和试车

(1)调整是指调节零件或机构间结合的松紧程度、配合间隙和相互位置使机构或机器能协调工作。常见的调整有轴承间隙调整、镶条位置调整、蜗轮轴向位置调整等。

(2)检验是指检验机构或机器的几何精度和工作精度等。几何精度主要检验产品静态时的精度，例如车床主轴中心线与床身导轨平行度的检验、主轴顶尖与尾座顶尖中心等高的检验、中滑板与主中心轴线垂直度的检验等；工作精度主要检验产品在工作状态下的精度，一般是指机床的切削试验，例如铣床的铣削精度、车床的车削精度、磨床的磨削精度等。

(3)试车是指机器装配后进行的运转试验，用来检验产品运转的灵活性、密封性能、工作升温、振动、噪声、转速、功率等是否达到设计要求。试车包括空运转试验、负荷试验和超负荷试验。

4)喷漆、涂油、装箱

对产品非加工表面进行喷涂机械油漆，以装饰、保护外观。装箱前对产品导轨等加工部位进行涂油防锈。

3.装配工作的组织形式及生产类型

1)装配工作的组织形成

装配工作的组织形式随着生产类型、产品的复杂程度和技术要求的不同而不同。就装配的组织形式而言，有固定式装配和移动式装配两种类型。

(1)固定式装配。固定式装配是将产品或部件的全部装配工作安排在一个固定的工作地点进行装配，装配过程中产品位置不变，装配所需的零部件都汇集在工作地点附近。

①集中装配。部装和总装均由一个工人或一组工人在一个工作地点完成。此类装配对工人技术水平要求高，装配周期长，适用于装配精度较高的单件或小批量产品或新产品试制。

②分散装配。将产品分为部装和总装，分配给个人或各小组以平行作业方式完成。此类装配工人密度大、生产周期短、效率高，多用于成批生产或较复杂的大型机器的装配，例如机床、飞机制造等。

(2)移动式装配。移动式装配是将工作对象(零件、部件或组件)置于装配线上，通过连续或间歇的移动使其顺序经过各装配工作地点以完成全部装配工作的一种组织形式。其特点是装配工序划分细致，广泛采用专用设备及工装，生产率高，对工人技术水平要求较低。工人劳动强度大，适用于大批量生产。

①自由移动装配。装配时产品以自由节奏、间歇移动进行装配，适用于修配、调整量较多的装配。

②强制移动装配。装配时产品以一定的速度连续移动进行装配。每道工序都必须在规定的时间内完成，否则整个装配工作将无法正常进行，例如汽车自动装配线等。

2)装配工作的生产类型

机器的装配根据生产批量大致可分为大批量生产、成批生产和单件小批生产三种类型。各种生产类型的装配工作特点，即组织形式、装配工艺方法、工艺过程、工艺装备及操作要求等方面的内容如表9-4所示。

表9-4　各种生产类型的装配工作特点

4.尺寸链

1)尺寸链的定义

在零件加工或机器装配中，由相互关联的尺寸按一定顺序连接而成的封闭尺寸组，称为尺寸链。尺寸链中的全部组成尺寸均为同一零件尺寸所形成的，用于零件加工分析的尺寸链，称为工艺尺寸链；全部组成尺寸为不同零件相关尺寸所形成的尺寸链，称为装配尺寸链。

图9-5(a)所示钻孔工件，A1、A2为两孔长度方向的定位尺寸，钻孔时以工件左端面为定位基准，则A0为钻孔后形成的尺寸。此时，三个相互关联的尺寸构成的封闭尺寸组即为工艺尺寸链，依此画出的封闭尺寸组如图9-5(b)所示。

图9-5　工艺尺寸链的形成

图9-6(a)所示为轴与轴孔的装配，原有轴和轴孔两个尺寸(A1、A2)在轴与孔装配后而产生的配合间隙(A0)是一个新的尺寸，同样A1、A2、A0之间也形成链式封闭。又如图9-6(b)所示齿轮轴组的装配尺寸关系，箱体内壁净尺寸为B1，齿轮宽度为B2，和垫圈厚度为B3，装配后齿轮端面与箱体内壁凸台端面间所产生的轴向配合间隙为B0，各尺寸仍形成链式封闭外形。两例中由各零件间相互关联的尺寸而形成的封闭尺寸组即为装配尺寸链。

图9-6　装配尺寸链的形成

(a)轴与孔的配合间隙　(b)齿轮与箱体的配合间隙

不考虑零件或装配实体的具体结构，只将其相关封闭尺寸组简化成的链式尺寸图，称为尺寸链简图，图9-6中轴与孔的配合、齿轮与箱体装配尺寸链简图如图9-7所示。

图9-7　装配尺寸链简图

(a)轴与孔配合尺寸链简图　(b)齿轮与箱体装配尺寸链简图

2)尺寸链的组成

尺寸链由一个一个的“环”组成，构成尺寸链的每个尺寸都称为尺寸链的环，每个尺寸链至少应有三个环。尺寸链的环按其由来分为封闭环和组成环。

(1)封闭环。在零件加工或机器装配过程中，最后自然形成的新的尺寸，称为封闭环。在零件尺寸链中，最后间接获得的尺寸为封闭环；在装配尺寸链中，装配精度即为其封闭环公差。一个尺寸链只有一个封闭环，常用大写字母A0、B0或N等表示。

(2)组成环。在装配尺寸链中，各零件的相关尺寸称为组成环。同一尺寸链中的组成环用同一字母表示，例如A1、A2、A3；B1、B2等。

在组成环的各尺寸中，若某尺寸增大时，封闭环的尺寸也随之增加，则该组成环称为增环；若某组成环的尺寸增大时，而封闭环的尺寸反而减小，则该组成环称为减环。

增环和减环可用简易方法判断:从尺寸链上任一环的基面出发，按顺时针(或逆时针)方向给每个尺寸画出箭头，则箭头和封闭环箭头相同的为减环，和封闭环箭头相反的为增环。如图9-7所示装配尺寸链中的A1、B1为增环，其余均为减环。

3)封闭环的尺寸及公差

(1)封闭环的公称尺寸。尺寸链中封闭环的公称尺寸为所有增环公称尺寸之和各减去所有减环公称尺寸之和，即

A0＝∑Az-∑Aj

式中，A0——封闭环公称尺寸；

∑Az——增环公称尺寸总和；

∑Aj——减环公称尺寸总和。

(2)封闭环的极限尺寸。封闭环的上极限尺寸为所有增环的上极限尺寸之和减去所有减环的下极限尺寸之和；封闭环的下极限尺寸为所有增环的下极限尺寸之和减去所有减环的上极限尺寸之和，即如果所有增环的尺寸都是最大值，而减环的尺寸都是最小值，则封闭环的尺寸最大，反之封闭环的尺寸最小，关系为

A0max＝∑Azmax-∑Ajmin

A0min＝∑Azmin-∑Ajmax

(3)封闭环的公差。封闭环公差为其上、下极限尺寸之差，即所有组成环公差之和:

T0＝A0max-A0min＝∑Tz＋∑Tj＝∑Ts

式中，T0——封闭环公差；

∑Tz——增环公差之和:

∑Tj——减环公差之和；

∑Ts——所有组成环公差之和。

例9-1　图9-6(b)所示装配中，要求装配后齿轮端面和箱体内壁凸台端面之间具有0.2～0.5mm的轴向配合间隙。已知问尺寸B3应控制在什么范围内才能满足装配要求?

解:①根据题意绘尺寸链简图[见图9-7(b)]。

②确定封闭环B0，增环B1，减环B2、B3。

③列尺寸链方程式，计算B3公称尺寸。

由B0＝B1-(B2＋B3)，得

④确定B3的极限尺寸。

由B0max＝B1max-(B2min＋B3min)，得

由B0min＝B1min-(B2max＋B3max)，得

则

5.装配方法与装配尺寸链的解法

产品的装配过程不仅要将有关零件连接起来，而且要求每一步装配工作都必须满足预定的装配要求。产品的装配精度是由相关零件的加工精度和合理的装配方法共同保证的，而对装配尺寸链的分析求解，是在寻求一定条件下部件或机器的合理的装配方法。

1)常用的装配方法

(1)完全互换装配法。在装配同类零件中，任取一个零件，不经修配即可装入部件中，并能达到规定的装配精度，这种装配方法称为互换装配法。

互换装配法具有装配操作简单，生产率高，便于组织生产流水线，零件磨损后便于更换等特点。该方法适宜于参与装配零件较少，生产批量大、零件精度要求不高的场合。

(2)选择装配法。选择装配法有直接选配法和分组选配法两种。

①直接选配法。由装配工人直接从一批零件中选择合适的零件进行装配的操作方法，称为直接选配法。该方法操作简单，其装配质量凭借操作者的经验和技术水平，装配效率低，不宜在节奏化的装配中采用。

②分组选配法。在大批量生产中，将产品各配合副的零件按实测尺寸分组，装配时按组进行互换装配以达到装配要求，这种方法称为分组装配法。分组装配法的配合精度取决于分组数，细化分组数可提高装配精度。

(3)修配装配法。如图9-8所示，为使车床两顶尖中心线达到规定的等高装配要求，装配时需修刮尾座底板尺寸A2的预留量来达到装配精度。这种通过修去指定零件上预留修配量以达到装配精度的方法，称为修配装配法。

图9-8　修配装配法示例

修配装配法的特点是零件的加工精度要求较低，无须采用高精度的加工设备就能得到很高的装配精度。但这种方法使装配工作复杂化，装配时间增加，仅适用于在单件或小批量生产中采用。

(4)调整装配法。装配时通过改变产品中可调整零件的相对位置或选用适合的调整件以达到装配精度的操作方法，称为调整装配法。

调整装配法的特点是使用中还可以定期调整装配精度，以保证配合精度，便于维护和修理，适宜于容易磨损或因热变形、弹性及塑性变形等原因引起装配误差的结构装配。调整件容易降低配合副的连接刚度和位置精度，调整装配后固定要坚实可靠。如图9-9(a)所示，1为固定补偿件，用其厚度尺寸来调整实际装配间隙大小；图9-9(b)中2为可动补偿件，轴向调整其位置，即可得到规定的装配间隙。

图9-9　调整装配法示例

2)装配尺寸链的解法

根据装配精度(即封闭环公差)对有关尺寸链进行正确分析，并合理分配各组成环公差的过程，称为解尺寸链。它是保证装配精度，降低产品制造成本，正确选择装配方法的重要依据。

解尺寸链的方法和采用的装配方法有关，不同的装配方法有不同的解法。现对完全互换法解尺寸链和分组选配法解装配尺寸链的方法加以举例说明。

(1)完全互换法解尺寸链。按完全互换装配法的要求解尺寸链，称为完全互换法解尺寸链。完全互换法的装配精度，主要由零件的加工精度来保证。其计算的一般步骤如下。

例9-2　图9-10为某减速器的齿轮轴组件装配示意图。齿轮轴在两个滑动轴承之间转动，两个轴承又分别压入左箱体和右箱体的轴承孔中，装配要求是齿轮轴台肩和轴承端面间的轴向配合间隙为0.2～0.7mm。已知A1＝140mm，A2＝A5＝5mm，A3＝122mm，A4＝28mm，建立装配尺寸链并用完全互换法求解。

解:①确定封闭环。轴向配合间隙A0(＝0.2～0.7mm)即为封闭环。(www.xing528.com)

②查找组成环及相关尺寸。装配尺寸链的组成环是相关零件的关联尺寸。从封闭环某一端所依靠的零件出发，其间所经过的所有零件都是相关零件。本例中相关零件有齿轮轴、右滑动轴承、右箱体、左箱体和左滑动轴承。从封闭环A0的右端出发:齿轮轴的装配基准是右滑动轴承，右滑动轴承的装配基准是右箱体，右箱体的装配基准是左箱体，左箱体又与左滑动轴承连接，左滑动轴承与齿轮轴的端面间隙形成封闭环。A1～A5分别为各零件间轴向关联尺寸。

③画出尺寸链，确定组成环性质。如图9-10(b)所示，将各关联尺寸按顺序连接而成的封闭尺寸组即为所求，其中A1、A2、A5为减环，A4、A5为增环。

图9-10　齿轮轴装配尺寸链

(a)装配关系　(b)尺寸链

④列尺寸链方程，求出封闭环公称尺寸以校验各环公称尺寸。

计算说明各组成环公称尺寸正确。

⑤确定各组成环尺寸公差及极限尺寸。计算封闭环公差:

T0＝0.7mm-0.2mm＝0.5mm

根据

T0＝∑Ts＝T1＋T2＋T3＋T4＋T5＝0.50mm

在等公差原则下，考虑各组成环尺寸加工难易程度，合理地分配各组成环公差，T1＝0.10mm，T2＝T5＝0.05mm，T3＝0.20mm，T4＝0.10mm

再按入体原则分配偏差得

⑥确定协调环。为了能满足装配精度要求，应在各组成环中选择一个环，其极限尺寸由封闭环极限尺寸方程式来确定，此环称为协调环。一般以便于制造及可用通用量具测量的尺寸充当，此题选定A1为协调环。

所以。

小提示

入体原则简介

标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注称为入体原则。例如对于轴类零件，其尺寸越加工越小，则轴的公称尺寸为其最大实体尺寸，即其上极限偏差为0；对于孔类零件，其尺寸越加工越大，则孔的公称尺寸为其最小实体尺寸，即其下极限偏差为0；长度尺寸的公差带对称分布。

在公差原则里，孔和轴是广义概念，并不特指孔，它是指在零件上越加工越大的尺寸，如在一个零件上加工一个槽，这个槽的尺寸会随着金属的去除越加工越大，那么在装配尺寸链中这个尺寸的下极限偏差为0，也就是要让槽的实际尺寸大于或等于公称尺寸这样才能“入体”。同理，轴类尺寸是指在零件上越加工越小的尺寸，零件的外廓都属于轴类尺寸，其上极限偏差为0，也就是零件的实际外廓要比公称尺寸确定的外廓小点，这样也才算“入体”。

(2)分组选择装配法解尺寸链。分组选择装配法是将尺寸链中组成环的制造公差放大到经济精度的程度，然后分组进行装配，以保证规定的装配精度。具体方法如下。

图9-11　活塞销装配示意

例9-3　图9-11为某发动机内直径为ϕ28mm的活塞销与销孔的装配示意图。装配时要求销与销孔的配合应有0.01～0.02mm的过盈量。用分组装配法解该尺寸链，并确定各组成环的偏差值。设轴与孔的经济公差均为0.02mm。

解:①先按完全互换法确定各组成环的公差和偏差值。

T0＝(-0.01)mm-(-0.02)mm＝0.01mm

根据等公差分配原则，取

按基轴制原则，销的尺寸为　。

根据配合要求，可知销孔的尺寸为根据题意画出销与销孔的尺寸公差带图，如图9-12(a)所示。

②将得出的组成环公差按经济公差0.02mm均扩大四倍，得到4×0.005mm＝0.02mm。

③按同方向扩大经济公差，得销的极限尺寸:销孔的极限尺寸:尺寸公差带如图9-12(b)所示。

图9-12　销与销孔尺寸公差带

(a)原尺寸公差带　(b)分组尺寸公差带

④加工后，按实际尺寸分成四组，然后按组进行装配，各组配合的情况如表9-5所示。

表9-5　活塞销、销孔分组尺寸　(单位:mm)

任务实施

1.认知装配工艺过程

根据教学安排，组织进入机械产品装配车间进行见习实习。

(1)认知产品生产任务单、装配工艺规程等指导装配生产的技术文件。熟知装配车间管理规定并严格遵守。

(2)了解产品结构、各装配零件的作用和其装配关系。掌握装配方法、装配顺序和装配组织形式及生产类型。弄清组件划分与装配单元的构成。熟悉产品装配所需工具、量具、设备等工艺装备。

(3)了解产品装配精度的检验方法和操作要求。

2.尺寸链计算

(1)建立装配尺寸链。因只能用外径千分尺测量，所以尺寸(25±0.06)mm不能被直接测得，需要通过测量AB两个面之间的尺寸间接保证。根据题意给出尺寸链简图(见9-13)。

(2)尺寸链计算。

①确定封闭环、增环和减环。A1、A2为直接测得尺寸，(25±0.06)mm为间接得到的尺寸，为封闭环A0；显然有A1为增环，A2为减环。

②计算A2公称尺寸

A2＝A1-A0＝45mm-25mm＝20mm

③确定A2极限尺寸，即

A2max＝A1min-A0min＝45mm-0.08mm-25mm-0.06mm＝19.98mm

A2min＝A1max-A0max＝45mm-25mm-0.06mm＝19.94mm

得A、B间尺寸:

图9-13　尺寸链简图

任务评价与反馈

装配是机器制造和维修的重要环节，熟知装配工艺过程和装配方法及与尺寸链的关系等工艺知识，是做好装配工作的基础。通过本任务实施，体会装配工作的重要性，了解装配工艺的规范性、工作程序和操作规程的必要性，积累装配知识，增强对机械产品构成的认知和积累，为后续学习打好基础。

1.自我测评

(1)通过任务实施，对装配工作有哪些认识?其工作特点是什么?

(2)什么是装配单元?基准件是指一个零件吗?

(3)装配组织形式有哪几种?见习车间的产品装配采用哪种形式?为什么?

2.任务考评

记录收获心得，填写任务考评表(见表9-6)。

3.实训感悟

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表9-6　装配工艺认知任务考评表

(续表)

知识储备

装配工艺规程

1.装配工艺规程及作用

装配工艺规程是指导产品装配的主要技术文件之一。

机械产品的装配工作是在装配工艺规程的指导下有序进行的。装配工艺规程规定产品或部件的装配顺序、装配方法、装配技术要求和检验方法，以及装配所需设备、工具、量具、时间定额等，是装配工作中必须严格遵守的技术规范。

装配工艺规程是生产实践和科学实验的总结，是制订装配计划和技术准备，指导装配工作和处理装配工作问题的重要依据。先进的工艺规程助推制造技术的提升、交流和应用，典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程，因此，装配工艺规程对保证装配质量、提高装配生产率、降低成本以及减轻工人劳动强度等方面都有非常重要的作用。

2.工艺规程的制订

装配工艺规程必须依照产品的特点和要求及工厂的生产规模和条件来制订。

1)制订装配工艺规程的基本原则

(1)保证产品装配质量。

(2)合理安排装配工序，尽量减少装配工作量，减轻劳动强度，提高装配效率。缩短装配周期。

(3)尽可能充分利用工作场地。

2)装配工序和工步

装配工艺规程通常按工序和工步的顺序编制。

装配工序是由一个工人或一组工人在同一地点，利用同一设备的情况下完成的装配工作。装配工步是一个工人或一组工人在同一位置，利用同一工具不改变工作方法的情况下所完成的装配工作。

一个装配工序中可以包括一个或几个装配工步，装配工作是由若干个装配工序所组成的。

3)制订装配工艺规程所需的原始材料

(1)产品的总装配图、部件装配图、零件明细表及主要零件的工作图等。

(2)产品的验收技术条件，包括试验工作的内容及方法。

(3)产品的生产规模。

(4)现有工艺装备、装配人员技术水平及工时定额标准等。

4)制订装配工艺规程的方法和步骤

(1)对产品进行分析。研究产品的装配图及装配技术要求；对产品进行结构尺寸分析，根据装配精度进行必要的尺寸链计算，以确定达到装配精度的装配方法；对产品结构进行工艺性分析，将产品分解成可独立的组件和分组件。

(2)确定装配组织形式。主要根据产品结构特点和生产批量，选择适当的装配组织形式，进而确定总装配及部件装配的划分，装配工序是集中还是分散，产品装配运输方式及工作场地准备等。

(3)根据装配单元确定装配顺序。在编制装配工艺时，为了便于研究，首先将产品分解，划分装配单元，选择装配基准件，然后根据装配的具体情况，按先上后下、先内后外、先难后易、先精密后一般、先重后轻的规律，确定其他零件或分组件的装配顺序，绘制产品装配系统图，制订装配工艺。

(4)划分装配工序。装配顺序确定后，还要将装配工艺过程划分为若干工序，并确定各个工序的工作内容、所需设备、工具、夹具及工时定额等。

(5)编制装配工艺卡片。单件小批量生产时，不需制订工艺卡，按装配图和装配单元系统图进行装配即可。成批生产时，应根据装配系统图分别制订总装和部件装配的装配工艺卡片。大批量生产时，需要“一工序一卡片”。

图9-14所示为某减速器锥齿轮轴组件的装配图，分解其装配顺序可按图9-15所示进行装配。表9-7为锥齿轮轴组件装配工艺卡。

图9-14　锥齿轮轴件组

图9-15　锥齿轮轴件组装配顺序

表9-7　锥齿轮轴组件装配工艺卡

(续表)

5)产品装配系统图的绘制

产品装配系统图是用来表示产品装配单元的划分及其装配顺序的图。绘制装配单元系统图时，先画一条横线，在横线左端画出代表基准件的长方格，在横线右端画出代表产品的长方格，然后在横线上画出按装配顺序从左向右代表直接装到产品上的零件或组件的长方格；零件画在横线上方，组件画在横线下方。用同样的方法可把每个组件及分组件的系统图画出来。长方格内要注明零件或组件名称、编号和件数。

图9-16即为锥齿轮轴组件装配系统图。

图9-16　锥齿轮轴组件装配系统图

产品装配系统图能反映装配的基本过程和顺序，以及各部件、组件、分组件和零件的从属关系，从中可看出各工序之间的关系和采用的装配工艺等。

由图9-16可看出，锥齿轮轴组件装配可分成:锥齿轮分组件(201)装配、轴承套分组件(202)装配、轴承盖分组件(203)装配和锥齿轮轴组件总成(101)装配四个工序进行。