机械制图笔记

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1、Richard Leach 博士在2003 年就说过“计量不仅仅是最终产品的测量过程，而且在设计阶段就应考虑。在设计、制造和检测的各个阶段，均应按照产品几何量规范(GPS)的模式、公差及不确定度要求考虑公差的合理性。其最根本的原因在于：若产品难于测量而须重新设计产品，比在开始设计时就考虑了计量，则要付出更高的代价。”产品必须满足其设计要求和标准规范，而且应在所处环境下，选用适当、经济的方法生产。产品生产必须从设计到装配的每个阶段都考虑且量化质量，而不仅仅是检测最后成品。面对市场激烈的竞争环境，制造方法必须柔性化，这样，才能对市场需求、产品类型、数量及生产率迅速做出反应；还必须考虑使用新材料、新

2、制造方法以及计算机辅助制造。整个生产组织是一个庞大且复杂的系统，它们要求从所有的层次做出反馈，来保证优化使用所有的原材料、机器、能源、资金、劳动和技术资源。标准参考温度GPS 标准中的ISO 1: 2002“产品几何量规范(GPS) 产品几何量规范及检测的标准参考温度”定义了标准参考温度为20C”。这个对于设计人员、制造人员和计量人员意味着什么呢？对于设计人员来说，图纸上所有的尺寸及公差都是指在标准温度为20C 时定义的，若零件实际工作在较高的温度，那么设计人员需要修正此尺寸，把较高温度的尺寸转换为在20C 时的尺寸；对于制造人员来说，零件必须在接近20C 的情况下测量，接近的程度取决于所用材

3、料及公差值。设计当设计零件时考虑到制造：􀁺 我是否能设计一个较易制造的零件？当设计零件时考虑到测量：􀁺 我是否能设计一个较易测量的零件？􀁺 改变设计以便于零件装夹􀁺 改变设计以便于触测零件设计零件时对于测量的考虑设计者在设计时，必须经常问“这个项目能测量吗？”。对于设计时给出的公差，若还不存在检测技术，来判断它合格或不合格；若存在此技术，但你所在的公司还没有触及或此测量非常昂贵，超出你的财政预算；是否有足够的几何空间来测量被测要素？公差是否合理？基准是否足够大？对局部要素是否用最恰当的方式表达了公差要求(例如局部圆弧)？

4、在设计的早期阶段，设计者应当与计量室进行沟通，特别当检测不属于自己的组织，在设计阶段的微小变化将防止以后昂贵的测量。我是否能设计一个较易测量的零件？这个问题的回答是完全肯定的，可以在不影响零件的功能前提下添加方便测量的辅助要素。设计人员在完成图纸前，应与检测人员谈话，在最终定图纸前，图纸细微的变化将为以后节约很多时间。设计时考虑零件的装夹对于小零件，经常碰到的问题是如何在测量时固定它们又不引起变形或不会妨碍测量。有时在设计阶段简单的加几个孔、一个法兰或一个定位套，以便于测量；有时甚至设计者应考虑测量用的夹具。设计时考虑要素的可触测性设计时，设计人员经常要考虑测量仪器是否可触测被测要素，这可能只

5、要加一个小的观察孔或移去不起作用的材料，例如把槽加宽以放下千分尺的砧座。设计时考虑再次定位再次定位常用于零件大于特定的测量机行程，而要分两段测量。在零件上设计几个螺纹孔，用于安装标准球，这样，两段测量可以使用同一个坐标系。如图15所示，此零件的尺寸大于该测量机的行程。首先，操作者把几个球依次安装在零件上；然后，分几次进行测量；最后把测量数据在同一个坐标系中进行拼合。第三章 制造，车床宜加工回转类零件，零件若用掉头的方法（用卡盘夹住零件的另一端）加工内孔，内孔的同轴度公差不可能要求得很高；同样地，用两次装夹的方法加工的法兰盘其厚度亦会变化。三轴铣床三轴铣床一般利用刀具旋转实现铣削。三轴铣床有不同

6、的性能参数，如图20所示，此三轴铣床垂直安装刀具，工作台可在两个垂直方向的水平面内移动。零件可以用虎钳、卡盘或压板装夹在工作台上，还可以用转台或倾斜的工作台来加工零件，但是，不是在任何方向都可以加工到零件。五轴数控机床五轴数控铣床是在三轴铣床的基础上又加了两个互相垂直的旋转轴。它们在计算机控制下，可以加工出更为复杂的空间三维形状，例如，离心压缩机叶轮或螺旋推进器。五轴数控铣床可以在一次装夹中同时加工零件的五个表面。线切割线切割应用电化学工艺，用可导电的细丝来加工导电的材料，被加工零件装在两轴工作台上，此工艺适于加工二维的复杂外形的表面。如图21和图22所示，线切割机床在加工内表面零件时，须预加

7、工一个孔，用来穿钼丝。更高级的线切割机床的头还可以倾斜，以加工外锥体及内锥孔，此工艺适用于高精度要求的薄壁零件,它不会由于机床承载及变形造成工件加工失败。过程控制及测量反馈当在制造阶段或检测阶段进行测量时，可以使用包括趋势监测和SPC技术的质量管理工具建立一个误差控制系统。 其工作原理是使用测量仪器（诸如千分尺、卡尺、在线量仪、坐标测量机）进行监测，同时使用SPC应用软件来统计分析测量数据（测量数据以图形显示），并且给出测量值的趋势，以及把数据反馈给工艺过程，可参考附录B.2 。从测量仪器所得到的数据，SPC 可以反馈给生产过程，以便对机床作相关的调整，预防产品超差。如图24 所示， SPC

8、的图形反映了随时间变化的误差。USL 表示规定的上偏差极限UCL 表示上偏差控制极限LSL 表示规定的下偏差极限LCL 表示下偏差控制极限第四章 图纸􀁺 基准（几何参考）基准应在图纸上或CAD 模块上明确标注，在图纸上往往用填充了颜色或没填充的三角形表示，框内的大写字母表示基准A，如图28 所示，此字母A还与形位公差控制框关联，如图33所示，要素控制框内应标注出与此公差相关联的所有基准。当测量时，首先要创建坐标系。基准又可分为主基准、第二基准和第三基准。主基准（第一基准）：可以用单一要素或组成要素来定义，一般为表面或轴线。它主要用来找正零件。第二基准：可以用单一要素或组成要素

9、来定义，用来确定相对于主基准的旋转；第三基准：可以用单一要素或组成要素来定义，相对于主基准及第二基准用来完成坐标系的建立。形状公差圆度圆度公差符号或代号如图34所示，圆度公差带是指两同心圆之间的区域。如图35所示，轮廓线必须位于半径差为0.038mm的同心圆之间的区域。圆度可用圆度仪(如图12所示)或坐标测量机进行测量。圆度仪测量时，传感器与零件表面接触，零件做旋转运动时，传感器记录相对于理想圆的偏差；坐标测量机测量时，将绕圆周表面按照适当的间距采多个样点，并用圆来拟合这些数据然后评价圆度。两种方法均使用用滤波器，并且其滤波算法须得到大家的一致认可，而且采点的密度应反应出加工过程中的典型形状误

10、差。直线度直线度公差符号如图36所示，直线度公差带是指两平行线之间的区域，如图37所示。直线度可用千分表与其他的基本测量工具一起进行测量，也可以用坐标测量机在表面上测线。平面度平面度公差符号如图38所示，平面度公差带是指两平行平面之间的区域，如图39所示。平面度可用光学平镜精密水平仪或千分表与其他的基本测量工具一起进行测量，也可以用坐标测量机在表面上测点阵。圆柱度圆柱度公差符号如图40所示，圆柱度公差带是指两同心圆柱之间的区域，如图41所示。圆柱度可用圆度仪或用坐标测量机按一定的点阵测量。轮廓度轮廓度一般用来控制不规则的面和线。轮廓度公差带是指位于一系列的直径为给定公差值的圆或球的两包络曲线之

11、间的区域。轮廓度可用千分表、样件及其他基本测量工具进行测量，也可以用轮廓投影仪、轮廓测量仪或坐标测量机进行测量。轮廓度公差可以是双向或单向的， 取决于箭头相对名义尺寸的方向和公差带（如图43所示）如图43 的左图所示，线轮廓的公差带总是在两包络线之间，此两包络线由一组直径为t 的圆的公切线构成，且此组包络圆的中心位于名义轮廓线上。位置度公差位置度公差表示一个几何要素的位置相对于另一个要素或基准的变化量， 基本尺寸建立了要素相对于基准的位置关系，如图45所示，被测孔相对于基准B 和C 的基本尺寸分别为15mm和42mm。位置度公差描述要素相对于基准理论位置的变化量。对于圆柱类要素，例如孔和外直径

12、，位置公差带呈圆柱形。如图46 所示，圆柱的公差带是直径为0.375 mm 的圆柱，且其轴线是相对于基准B 和C 定义的。最大实体条件最大实体条件(MMC)对应着材料最多的状态，这对零件的装配是极其重要的。如果最大实体条件作用于内孔，对应孔的最小尺寸；如果对于外尺寸，对应轴的最大尺寸。最大实体条件符号放在如图47 所示的公差框内，可放在所要求的公差值或基准符号之后。MMC定义的虚拟条件指孔和轴的最差装配条件。图48 的最小实体条件，对应轴的最小尺寸；反之，对应孔的最大尺寸。当两个零件处于虚拟条件时，它们仅仅能装配在一起，若偏离此条件，则两个要素更容易装配在一起，请牢牢记住这原理只有误差小于公差

13、才有效。此虚拟条件是由最大实体条件和公差叠加形成的，若作用于内孔尺寸，虚拟条件将是最大实体条件减去形位公差；反之，若作用于实体外尺寸，虚拟条件将是最大实体条件加上形位公差。更多信息请参考BS ISO 2692:1988 工程制图.形位公差.最大实体原理。最大实体条件符号的应用示例如图49所示。同心度/同轴度同心度/同轴度公差符号如图50和图51所示，同心度/同轴度可用圆度仪或坐标测量机进行检测，对于同心度，应测两个圆；对于同轴度，应测两个圆柱，即相对于一个圆柱面的轴线，测量另一个圆柱面。如图50所示，被测要素的实际轴线须位于直径为0.3mm，轴线与基准直线B重合的圆柱面内。对称度对称度公差符号

14、如图52所示，对一些非圆柱形的元素，例如槽，位置公差可以是公差带的总宽度，而被测要素的中心平面必须位于公差带内。在检测时，可以用千分表与其他的基本测量工具一起进行测量，也可以用坐标测量机进行测量。如图53 所示的槽，若给出图52 的对称度公差要求，槽的中心平面须位于相距为0.175mm的两平行平面之间，且两平行平面相对于基准平面H对称分布。方向性公差平行度公差符号如图54所示，平行度公差带是指平行于基准平面的两平行平面或两平行线之间的区域。平行度可用千分表与其他的基本测量工具一起进行测量，也可以用坐标测量机进行测量，如图55所示。注：平面A对基准平面B的平行度公差要求不同于平面B对基准平面A的

15、平行度公差要求。垂直度垂直度公差符号如图57所示，垂直度公差带是指垂直于基准平面或轴线的两平行平面之间的区域，如图58和图59所示。垂直度可用千分表与其他的基本测量工具一起进行测量，也可以用圆度仪或坐标测量机进行测量。注：平面A 对基准平面B 的垂直度公差要求不同于平面B对基准平面A 的垂直度公差要求。角度公差角度公差符号如图61所示，角度公差带是指相对于基准平面或轴线（基准B）成给定的角度（除90度之外）的两平行平面或两平行线之间的区域，如图62所示。角度公差可用千分表、正弦规与其他基本测量工具进行测量，也可以用坐标测量机进行测量。跳动公差跳动公差符号如图63所示，跳动公差是针对回转特征的公

16、差要求。此类公差进行的圆周测量，完全独立于任何在直径或表面区域的测量，因为进行此项测量时，工件要转360 度。在检测时，可以用千分表、V 形块与其他的基本测量工具一起进行测量，也可以用圆度仪、坐标测量机测量。如图64 所示，跳动又可分为径向跳动和轴向跳动两种。不同截面的跳动公差是相互独立的, 这与全跳动不同；全跳动要求各截面是相互关联的，例如，所有的截面都有相同的零点。全跳动的应用场合与跳动类似，但它更为复杂，因为它要控制多个几何特征，如图64 所示，被测外径的全跳动包括圆度、圆柱度和同轴度。基准是否容易测到？当设计零件时，设计者应当确信基准表面很容易测量或夹持，基准表面与被测表面相比较，应当

17、大很多，若基准很小，用坐标测量机测得的误差比用大基准面测得的要大得多，基准尺寸与最大被测尺寸的比应当作为一个重要的参考值。例如，测量直径5mm 长为300mm 的棒，用5mm 的表面作基准建坐标系，不如用棒的轴线，对于300mm 基准测量出的误差比用50mm 作基准的误差要小得多。虚拟基准当测量零件时，工程图纸上的虚拟基准不可能被测量到；这是因为虚拟基准不在实际零件上，例如从零件的外侧切除一个圆孔，若这圆孔的中心在实际零件的边界之外，则这圆孔就很难准确测量，这种情况，应尽可能避免选此圆孔作为基准。为什么局部圆弧是坏基准？一般来说，测得的局部要素是完整要素的一小部分，出现这种情况，一个可能是真实

18、的要素确实如此，另一可能就是触测它很困难，于是只能测完整要素的一小部分。例如，局部圆弧是圆的一部分，一个面片可能是球的一部分，一个截头圆锥是圆锥的一部分。如图75所示，局部圆弧可能是一个倒角。测量这样的要素比测量完整的要素要困难得多，由于这种表面不完整的特性，用测量机测得的数据用最佳拟合的办法来定半径及中心位置是会产生较大误差的。因此，尽可能地避免选用这样的局部要素作为基准。若用最小二乘法去拟合这些点以得到圆的半径及圆心坐标，此时弧仅是此圆上的一局部区域，由于坐标测量机不确定度的影响，这些圆的参数亦会存在相关的不确定度，这时由局部圆弧所决定的不确定度比相对于覆盖整个圆弧的不确定度会大得多。局部

19、圆弧是圆的某个中心角对应的弧，设想圆弧缩短了一半，那么中心角亦为一半，若仍均匀采十点，但只覆盖了较短的圆弧，此时所计算得到的半径的不确定度增加了四倍，而且中心坐标也有了较大的变化，这种情况在中心角为80以内均是这样。若一段弧对应中心角为80， 另一段弧中心角为5，那么结果非常明显，后者半径的不确定度为前者的250倍。对局部圆弧在设计时的考虑在极端的情况下，例如中心角为5的圆弧，我们必须质疑上述圆的参数（圆心坐标及圆弧半径）在实际测量时是否合适？如果给出局部圆弧的半径和圆心位置很小的不确定度的要求，那么就需要很高的坐标测量精度，很显然，这是不现实的。这样的设计要求可被看作毫无道理的，对于局部圆弧

20、，给出轮廓度要求更加合理些（如图77所示），亦较易于实现；很显然局部圆弧并不适于作基准。公差真的要求那样小吗？当设计者在图纸上标注尺寸时应当考虑制造及测量，例如要求直径公差为0.001mm，那么按惯例测量仪器的不确定度至少为被测件公差的十分之一，即为0.0001mm， 这样小的不确定度只有在国家测量研究院（如NPL） 才能达到，因为要达到这样的不确定度，需要很好的表面粗糙度及形状误差（圆度）。设计者应当问自己“为了零件正常工作，公差真的需要这么小吗？”B.1 最大实体条件示例如图84 和图85所示， 举例说明了最大实体条件原理带来的好处，图上显示了公差带如何被加大，而孔的位置在不影响设计功能的前提下仍可以被接受。3 机械制图中规定的线型（9种） 粗线：粗实线 粗虚线 粗点画线 细线：细实线 波浪线 双折线 细虚线 细点画线 细双点画 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注！）