1.1　互換性概述

1.1.1　互換性的含義

互換性在日常生活中隨處可見，例如，燈泡壞了換個新的，手機、電腦的零件壞了也可以換新的，這是因為合格的產品和零部件都具有在材料性能、幾何尺寸、使用功能上彼此互相替換的性能，即具有互換性。廣義上說，互換性是指某一產品、過程或服務能用來代替另一產品、過程或服務并滿足同樣要求的能力。

制造業生產中，經常要求產品的零部件具有互換性。產品或者機器由許多零部件組成，而這些零部件是由不同的工廠和車間制成的，“在同一規格的一批零部件中任取一件，不需要經過任何選擇、修配或調整，就能裝配在機器上，并且滿足使用要求”的特性就是零部件的互換性。廣義上講，互換性包括幾何參數（如尺寸、形狀、相對位置、表面質量）、力學性能（如強度、硬度、塑性、韌性）、理化性能（如磁性、化學成分）的互換，本書只討論幾何參數的互換性。

1.1.2　互換性的分類

（1）按互換程度的不同，可以把互換性分為完全互換性和不完全互換性兩類。

完全互換性簡稱互換性，以零部件裝配或更換時不需要挑選或修配為條件。一般來說孔和軸加工后只要符合設計的規定要求，就具有完全互換性。

不完全互換性也稱有限互換性，在零部件裝配時允許有附加條件的選擇或調整。對于不完全互換性可以采用分組裝配法、修配法、調整法或其他方法來實現。

所謂分組裝配法是將加工好的零件按照實測尺寸分為若干組，使每組內的尺寸差別比較小，再按相應組進行裝配，大孔配大軸，小孔配小軸，組內零件可以互換，組與組之間不可互換。分組互換既可以保證裝配精度和使用要求，又可以降低成本。

修配法用補充機械加工或鉗工修刮的辦法來獲得所需的精度，如普通車床尾座部件中的墊板，其厚度需要在裝配時再進行修磨，以滿足頭尾座頂尖等高的要求。

調整法也是一種保證裝配精度的方法，其特點是在機器裝配或使用過程中，對某一特定零件按所需要的尺寸進行調整以達到裝配精度要求。例如在裝配時對減速器中的端蓋與箱體間的墊片的厚度進行調整，使軸承的一端與端蓋的底端之間預留適當的軸向間隙，以補償溫度變化時軸的微量伸長，從而避免在工作時可能產生軸向應力而導致軸的彎曲。

（2）對標準零部件或機構來講，其互換性又可分為內互換性和外互換性。

內互換性是指部件或機構內部組成零件間的互換性，外互換性是指部件或機構與其相配合件間的互換性。例如，滾動軸承內、外圈滾道直徑與滾動體直徑間的配合為內互換性；滾動軸承內圈內徑與傳動軸的配合、滾動軸承外圈外徑與殼體孔的配合為外互換性。

為使用方便起見，滾動軸承的外互換采用完全互換，內互換則因為組成零件的精度要求較高、加工困難而采用分組裝配法，為不完全互換。一般來說，不完全互換只用于制造廠內部的裝配，廠際協作即使產量不大也采用完全互換。

1.1.3　互換性的作用

互換性原則被廣泛采用，因為它不僅對生產過程有影響，還涉及產品的設計、制造、裝配、使用、維修等各方面。

（1）在設計方面，零、部件具有互換性可以最大限度地采用標準件和通用件。減少設計工作量，縮短設計周期，有利于開展計算機輔助設計和實現產品品種的多樣化。例如開發汽車新產品時，可以采用具有互換性的發動機和底盤，不需要重新設計，而把設計重點放在外觀等方面，大大縮短了設計與生產準備的周期。

（2）在制造方面，互換性有利于組織專業化生產，可采用高效率的專用設備，有利于組織流水線和自動線等先進生產方式，有助于進行計算機輔助制造，從而提高產品質量和生產效率，降低生產成本。例如在汽車制造業，汽車制造廠通常只生產主要部件，其他大部分的零、部件采用專業化的協作生產。

（3）在裝配方面，由于零、部件具有互換性，因此裝配時不需任何輔助加工，減輕了勞動強度，縮短了裝配周期，有利于實現裝配過程的機械化和自動化。

（4）在使用和維修方面，零、部件具有互換性，可及時更換已經磨損或損壞的零、部件，以減少機器的維修時間和費用，保證機器的使用效率，延長使用壽命。

綜上所述，互換性在提高勞動生產率、保證產品質量和降低生產成本等方面具有重大的意義。互換性原則已成為現代制造業中的重要生產手段和有效的技術措施。應當指出，互換性原則不是在任何情況下都適用的，有的零件必須單配才能制成或者符合經濟原則，然而在這種情況下，也不可避免地要用到具有互換性的刀具或量具，因此互換性確實是基本的技術經濟原則。

1.1.4　互換性的實現

任何零件都有一個加工的過程，無論設備的精度和操作工人的水平多么高，加工后的一批同規格的零、部件之間，相對應的實際幾何參數（如尺寸、形狀、相對位置、表面質量）也不可能完全一樣。實際上，為了保證幾何參數的互換性，只要把加工后的零、部件的實際幾何參數控制在產品性能所允許的變動范圍內即可，這個允許的變動范圍叫做“公差”。至于零、部件的實際幾何參數的變動量是否在規定的公差范圍內，則要通過測量和檢驗手段來判斷。

為了使零、部件具有互換性，首先必須對幾何參數提出公差要求，只有在公差要求范圍內的合格零件才能實現互換性。為了實現互換性生產，對各種公差要求還必須具有統一的術語、協調的數據和正確的標注方式，使從事機械設計或加工的人員具有共同的技術語言和依據，因此必須制定公差標準。公差標準是對零件的公差和相互配合制定的技術基礎標準。

有了公差標準，還要有相應的檢測技術措施來保證檢測實際幾何參數是否合格，從而保證零、部件的互換性。在檢測過程中必須保證計量基準和單位的統一，這就需要規定嚴格的尺寸傳遞系統，從而保證計量單位的統一。檢測不僅用來評定產品質量，還能用于分析產品不合格的原因，以便及時調整生產，預防廢品的產生。產品質量的提高，除了設計和加工精度的提高外，往往更有賴于檢測精度的提高。

綜上，制定和貫徹公差標準、合理設計公差、采用相應的檢測技術是實現互換性、保證產品質量的必要條件。