第一章　绪论

第一节　概　　述

一、互换性的概念

在日常生活中，经常会遇到电灯泡、洗衣机、电视机、热水器等家用电器设备的某一个零部件出现故障而不能正常使用，只要换上相同型号的零（部）件就能正常运转了。不必要考虑生产厂家，这是因为相同规格的这些零（部）件具有互相替换的性能。

现代化工业是按专业化大协作组织生产的，即用分散加工、集中装配的方法来保证产品质量、提高生产率和降低成本。如一台小轿车由上万个零部件组成，这些零部件分别由几百家专业工厂按照技术要求，成批加工生产，而生产汽车的总公司仅生产发动机和车身，并把加工出的合格零件装配在一起，组成一辆完整的符合使用性能要求的轿车。这种由不同专业工厂、不同设备条件、不同人员生产的零部件，可不经选择、修配和调整，就能装配成合格的产品，这种零部件称为具有互换性的零部件。

零件的互换性是指在同一规格的一批零部件中，可以不经选择、修配或调整，任取一件装配在机器或部件上，装配后能满足设计、使用和生产上的要求。

随着科学技术的发展，现代制造业已由传统的生产方式发展到利用数控技术（NC、CNC）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助制造工艺（CAPP）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等进行现代化生产。互换性是利用这些先进制造技术组织生产的基本条件，按照互换性原则进行生产，有利于广泛的组织协作，进行高效率的专业化生产，从而便于组织流水作业和自动化生产，简化零部件的设计、制造和装配过程，缩短生产周期，提高劳动生产率，降低成本，保证产品质量，便于使用维修。所以，互换性是现代机械工业生产中不可缺少的生产原则和有效的技术措施。

二、互换性在机械制造中的应用

互换性在保证产品性能、提高产品质量、提升经济效益等方面有着重大的实际意义，互换性原则已成为现代机械制造业中一个普遍遵守的原则，是制造业可持续发展的重要技术基础。互换性原则是用来发展现代化机械工业、提高生产效率、保证产品质量、降低经济成本的重要技术经济原则，是工业发展的必然趋势。

互换性原则的普及和深化对我国现代化建设具有重要意义，特别是在机械行业中，遵循互换性原则，不仅能够大大提高劳动生产率，而且能促进技术进步，显著提高经济效益和社会效益。其主要表现有以下几个方面：

（1）在设计方面　零件具有互换性，就可以最大限度地利用标准件、通用件和标准部件，这样可以简化制图、减少计算工作量，缩短设计周期，并便于采用计算机进行辅助设计。这对发展系列产品、改善产品性能都有重大的作用。例如在研发设计新产品时，通常基于互换性原则，利用游标卡尺、卡钳、卷尺、千分尺、水平仪、角度仪和三坐标测量仪等工具“反求”相似产品的尺寸、形状等几何信息（图1-1），分析尺寸公差、表面粗糙度、制造工艺等技术指标，快速生成工程图纸（图1-2），缩短研发周期。

（2）在制造加工方面　同一台设备的各个零部件可以分散在多个工厂同时加工，可合理地进行生产分工和专业化协作。这样，每个工厂由于产品单一，批量较大，有利于采用高效率的专用设备制造，容易实现高质、高产、低耗，生产周期也会显著缩短。尤其对计算机辅

助制造（CAM）的产品，不但产量和质量高，且加工灵活性大，生产周期缩短，成本低，从而提高劳动生产率。例如，每个生产线上的工人都可以根据包含几何尺寸与公差等技术要求的工艺卡片（图1-3）进行零件加工制造，零件制作完成后，工作人员还需要依据设计要求和标准对产品进行检验。

（3）在产品装配方面　由于其零部件具有互换性，使装配作业顺利，易于实现流水作业或自动化装配，从而缩短装配周期，提高装配作业质量。例如，装配工人可以根据某型减速器装配图（图1-4）提取配合类型和连接要求，进而确定装配工艺，组装零部件，而配合类型和连接要求等技术标准均是互换性原则的基本内容。

（4）在使用维修方面　互换性原则可以保证失效后的零件得以及时更换，可以减少机器的维修时间和费用，保证机器再次正常运转，从而提高机器的寿命和使用价值，使之“物尽其用”。例如，某减速器端盖螺栓损坏，根据互换性原则，换用同型号的螺栓即可保证整个减速器继续使用，避免因单一零件失效而浪费整机的运行。

总之，互换性原则可以为产品的设计、制造、维护和使用以及组织管理等各个领域带来巨大的经济效益和社会效益，而生产水平的提高、技术的进步又可促进互换性在深度和广度方面进一步发展。

三、互换性的分类

互换性按互换的程度可分为完全互换性、不完全互换性两种。

（1）完全互换性　完全互换性是零部件在装配或更换时不经挑选、调整或修配，装配后能够满足预定的使用性能，这样的零部件就具有完全互换性。如标准件螺钉、螺母、滚动轴承、齿轮等。

（2）不完全互换性　当装配精度要求很高时，若采用完全互换将使零件的尺寸公差很小，加工困难，成本很高，甚至无法加工。为了便于加工，这时可将其制造公差适当放大，在完工后，再用测量仪器将零件按实际尺寸分组，按组进行装配。如此，既保证装配精度与使用要求，又降低成本。此时，仅是组内零件可以互换，组与组之间不可互换，称为不完全互换。不完全互换性是零（部）件在装配或更换时，允许有附加选择或附加调整，但不允许修配，装配后能够满足预定的使用性能。

互换性按照决定参数或使用要求可分为几何参数互换性、功能互换性两种。

（1）几何参数互换性　几何参数互换性是指规定几何参数（包括尺寸大小、几何形状及相互位置关系）的极限，来保证产品的几何参数充分近似达到的互换性，又称为狭义互换性，本书所讲的就是几何参数的互换性。

（2）功能互换性　功能互换性是指规定功能参数的极限所达到的互换性。功能参数不仅包括几何参数，还包括其他一些参数，如物理、化学等参数，又称为广义互换性。

生产中究竟采用何种互换性方式由产品精度、产品的复杂程度、生产规模、设备条件以及技术水平等一系列因素决定。一般大量和批量生产采用完全互换法。精度要求很高，常采用分组装配，即不完全互换法生产。