第1章 绪论
1.1 互换性的概念和作用
1.1.1 互换性的基本概念
在日常生活中，经常遇到有关零件互换性方面的问题。例如，电灯泡坏了，更换一个新的；机器掉了一个螺母，按同样规格购买一个装上即可；等等。之所以这样方便，是因为灯泡、螺母等零件具有互换性。
互换性是指同一品种规格的一批零部件可以相互替换的性能。互换性体现了产品生产的三个过程：零部件在制造时按同一尺寸规格要求，装配时不需要选择或附加修配，装配成机器后能保证预定的使用性能要求。这样的零部件称为具有互换性的零部件。
互换性通常包括几何参数（如尺寸、几何形状及相互位置）、机械性能（如硬度、强度）及理化性能（如化学成分）等的互换性，本书仅讨论几何参数的互换性。
要使具有互换性的产品的几何参数完全一致，是不可能的，也是不必要的。在此情况下，要使同种产品具有互换性，只能使其几何参数、功能参数充分近似，其近似程度随着产品质量要求的不同而不同。允许的零件几何参数的变动量称为公差。
1.1.2 互换性生产
1.误差与公差
（1）误差：实际生产中，由于工艺系统相关因素的影响，机械零部件的实际几何参数与理想几何参数的差异。
（2）公差：允许实际零件几何参数的最大变动量，即允许尺寸、几何形状和相互位置误差最大变动的范围，以控制加工误差和装配误差，它是由设计人员根据产品使用性能要求给定的。公差标准是实现对零件的误差控制和保证互换性的基础。
公差的规定是保证互换性生产的一项基本技术措施。在设计机械产品时，合理规定公差十分重要。公差过大，不能保证产品质量；公差过小，加工困难，且成本增加。所以在精度设计时，要力求获得技术-经济的最佳综合效益。
2.测量、检验、测试与检测
（1）测量：将被测量与已知的标准量进行比较，并获得被测量具体数值的过程。
（2）检验：判断被测量是否合格，即是否在规定范围内的过程，通常不一定要求测出具体值，为不知道具体数值的测量。
（3）测试：具有试验性质的测量过程，也可理解为试验和测量过程。
（4）检测：在工艺流程中，包括测量、检验和测试等意义比较宽广的参数测量过程。它不仅用来评定产品质量，还用于分析产品不合格的原因，通过监督工艺过程及时调整生产，预防废品发生。
合理确定公差与正确进行检测是保证产品质量、实现互换性生产的两个必不可少的条件和手段。
1.1.3 互换性的种类
（1）按其程度，互换性分为完全互换和不完全互换。
①完全互换。零件或部件在装配成机器或更换时，不仅不需要选择，而且不需要辅助加工与修配就能装配成机器，并能满足预定的使用性能要求，这样的零部件属于完全互换零部件。
②不完全互换。当机器的装配精度要求很高时，或单件生产的重型机器、零部件结构复杂时，则可以采用不完全互换。采用不完全互换时，制造可按一定公差加工，但在装配时要经过适当选择才能装配成机器，装配后仍能满足使用性能要求。例如，当机器零件的装配精度要求很高时，采用完全互换将使零件尺寸公差很小，给加工带来一定的困难，且加工成本很高，有时甚至无法加工，这时可将零件的加工公差适当加大，以便于加工，然后按零件加工完后的实际尺寸大小分成若干组，使同组零件间的尺寸差别减小，按组进行装配，大孔与大轴相配，小孔与小轴相配，这样既可以满足装配精度高的要求，又解决了加工难题，降低了加工成本。这样的零部件属于不完全互换零部件。这时仅同组内的零件可以互换，组与组之间的零件则不可以互换。
（2）对标准部件或机构来讲，互换性又分为内互换与外互换。
①内互换，指部件或机构内部组成零件间的互换性。如滚动轴承内部组成零件之间的配合为内互换，在使用过程中不再更换内部零件，所以可采用不完全互换。
②外互换，指部件或机构与其外部配件之间的互换性。如上述滚动轴承中的内圈与轴、外圈与壳体孔之间的配合为外互换。其特点是，常用于厂与厂之间、部门与部门之间协作件的配合和在使用过程中需要更换的零件，以及与标准件相配合的零件，所以可采用完全互换。
1.1.4 互换性在机械制造业中的应用
在现代化的机械制造业中，互换性原则已成为提高生产水平和促进技术进步强有力的手段之一，其作用主要体现在以下几个方面。
（1）对机械设计。在设计过程中，设计人员尽量采用具有互换性的标准化零部件，这样将简化设计量，大大缩短设计周期，同时有利于实现计算机辅助设计。
（2）对零部件的加工。零部件具有互换性，有利于实现专业化协作生产，这样产品单一，有利于提高产品质量和提高生产效率，同时可以采用高效率的专用设备，实现生产过程的自动化（汽车制造即为多厂家专业化生产，然后集中装配）。
（3）在装配过程中。零部件具有互换性，有利于专业化分散生产，集中装配。所以可以大大提高生产率，同时可实现自动化流水作业，大大降低工人的劳动强度。
（4）对机器的使用和维修。当机器零件磨损或损坏后，可用相同规格的备件迅速替换，缩短修理时间，节约维修费用，保证机器工作的连续性和持久性，提高机器的使用率。