机械设计之测绘技术

测绘是根据已有的部件（机器）和零件进行绘制、测量，并整理画出零件工作图和装配图的过程。测绘在实际生产中应用比较广泛，其目的是仿制机器、修复与改造陈旧设备、加工已损零件、技术资料存档等。

在本课程的教学过程中，通过零部件测绘，可以继续深入学习零件图和装配图的表达和绘制，巩固前面所学知识，在实践中培养动手能力，是理论联系实际的一种有效方法。

任务描述

图8-22所示机用虎钳是机床工作台上，用于夹紧工件，以便切削加工的一种通用工具。8-23是机用虎钳的轴测分解图，它由11种零件组成，其中垫圈5、圆柱销7、螺钉10是标准件。机用虎钳测绘过程可分解为以下三个任务：拆卸装配体，画装配示意图；画零件草图；画装配图和零件工作图。

▲图8-22 机用虎钳轴测装配图

▲图8-23 机用虎钳的轴测分解图

相关知识

1.部件测绘

根据现有部件画出零件草图，然后整理绘制出装配图和零件图的过程称为测绘。测绘工作对推广先进技术、改进现有设备、保养维修等都有重要作用。测绘工作的一般步骤如下：

（1）了解和分析测绘对象 在实际测绘时，首先要了解测绘的任务和目的，从而决定测绘工作的内容和要求。如为了设计新产品提供参考图样，测绘时可进行修改；若为了补充图样或制作备件，测绘时必须准确，不得修改。其次要阅读有关技术资料，向有关人员了解使用情况，分析部件的结构、作用、原理及主要零件之间的装配关系和使用情况，并检测有关的技术性能指标等，为下一步拆装和测绘打下基础。

（2）拆卸零部件和测量尺寸 拆卸零件的过程也是进一步了解部件中各零件作用、结构、装配关系的过程。拆卸前应仔细研究拆卸顺序和方法，对不可拆的连接和过盈配合的零件尽量不拆，并应选择适当的拆卸工具。

常用的测量工具及测量方法如图8-24所示。一些重要的装配尺寸，如零件间的相对位置尺寸、极限位置尺寸、装配间隙等要先进行测量，并作好记录，以使重新装配时能保持原来的要求。拆卸后要将各零件编号（与装配示意图上编号一致），扎上标签，妥善保管，避免散失、错乱。还要防止零件生锈，对精度高的零件应防止碰伤和变形，以便测绘后重新装配时仍能保证部件的性能和要求。

▲图8-24 常用的测量方法

（3）画装配示意图 装配示意图是在部件拆卸过程中所画的记录图样。它的主要作用是避免零件拆卸后可能产生的错乱，是重新装配和绘制装配图的依据。画装配示意图时，一般用简单的线条和机构运动简图符号表达各零件的大致轮廓，甚至用单线来表示零件的基本特征。如螺栓、螺柱联接可用图8-25所示示意图表达。

▲图8-25 螺纹连接件装配示意图

画装配示意图的顺序，一般可从主要零件着手，由内向外扩展，按装配顺序把其他零件逐个画上。两相邻零件的接触面之间最好画出间隙，以便区别。对轴承、弹簧、齿轮等零件，可按《机械制图》国家标准规定的符号绘制。图形画好后，各零件编上序号，并列表注明各零件名称、数量、材料等。对于标准件，要及时确定其尺寸规格，连同数量直接注写在装配示意图上。

（4）画零件草图 零件草图是画装配图的依据，部件测绘中零件草图的内容和要求与零件图是一致的。零件的工艺结构，如倒角、退刀槽、中心孔等要全部表达清楚。画草图时要注意使配合零件的基本尺寸一致，有些重要尺寸如有些箱体上安装传动齿轮的轴孔中心距，要通过计算与齿轮的中心距一致。标准结构的尺寸应查阅有关手册确定，如V形带轮的槽宽、槽深，中径处槽宽、槽深度等尺寸应查表获取。一般尺寸测量后通常都要圆整，重要的直径要取标准值，安装滚动轴承的轴径要与滚动轴承内径尺寸一致。

（5）画装配图和零件图 根据零件草图和装配示意图画出装配图。在画装配图时，应对零件草图上可能出现的差错予以纠正。根据画好的装配图及零件草图再画零件图，对草图中的尺寸配置等可作适当调整和重新布置。

2.装配图的画法

①确定图幅比例，合理布局。根据部件的大小、复杂程度，选择恰当的比例，留出标题栏、明细栏的位置。布置视图时，应估计各视图所占面积，各视图间要留有适当的间隔以便标注尺寸及编写序号，从而决定图幅的大小。图面的总体布局既要均匀又要整齐，还要排列疏密得当。

②画出各视图的主要基准，如画出轴的对称中心线。

③画出各视图主要轮廓。围绕着装配线，一般从主视图开始，几个基本视图同时进行，先主后次。画剖视图时通常可先画出剖切到零件的剖面，再画剖切面后的零件。画外形视图时，应先画前面的零件，然后画后面的零件，这样被遮住零件的轮廓线可以不画。

④画出部件的次要结构和其他零件。

⑤完成装配图。检查、校核后注上尺寸和公差配合，画剖面线，加深图线，标注序号，填写标题栏和明细栏，最后完成装配图。

任务实施

1.准备测绘工具

测绘机用虎钳之前，应准备好以下工具、用品和资料。

工具：扳手、螺钉旋具、手锤、铜棒、钢直尺、内外卡钳、游标卡尺、千分尺等。

用品：细铁丝、标签、绘图用品等。

资料：有关国家标准、有关参考书籍等。

2.了解、分析测绘对象

机用虎钳主要零件之间的装配关系：螺母块9从固定钳座1的下方空腔装入工字形槽内，再装入螺杆8，并用垫圈11、垫圈5以及环6、圆柱销7将螺杆轴向固定；通过螺钉3将活动钳身4与螺母块9连接，最后用螺钉10将两块钳口板2分别与固定座和活动钳身连接。

机用虎钳的工作原理：旋转螺杆8，使螺母块9带动活动钳身4作水平方向左右移动，夹紧工件进行切削加工。

3.拆卸装配体

拆卸顺序：用铜棒、手锤拆下圆柱销7→取下环6、垫圈5→用扳手旋出螺杆8，取下垫圈11→用专用扳手旋出螺钉3，取下活动钳身4→用螺钉旋具拧出M8×18的螺钉，取下钳口板2→取下螺母块9→拧出固定钳座1上的M8×18的螺钉，取下钳口板。

注意，在拆卸的过程中，每拆下一件，都应贴上标签并按图8-23中的序号写上编号。拆卸时注意零件间的配合关系，如机用虎钳螺杆8与固定钳座1之间是间隙配合。

4.画装配示意图

图8-26所示为机用虎钳的装配示意图。

▲图8-26 机用虎钳装配示意图

5.画零件草图

测绘时对标准件不必画零件草图，只要测得几个主要尺寸，根据相应的标准确定其规格和标记，将这些标准件的名称、数量和标记列表即可。机用虎钳的标准件见表8-3。

表8-3 机用虎钳的标准件

除标准件以外的专用零件都必须测绘，画出草图。下面以用虎钳的螺杆与固定钳座为例，说明草图的画法。

（1）螺杆草图的绘制

零件草图是画装配图和零件工作图的重要依据，因此它必须具备零件图应有的全部内容和要求。

①了解分析零件。要将被测零件准确完整地表达清楚，应对被测零件进行详细分析。了解零件的名称、材料以及在部件中的位置与功能，并对零件进行结构形状和制造方法的分析。

从图8-22、图8-23可以看出，螺杆位于固定钳座左右两圆柱孔内。螺杆主要由三部分组成：右边部分用于工具旋转螺杆；接下来的部分和左部分是圆柱，起固定作用；中间部分是螺栓，作用是带动活动钳身左右移动。螺杆主要在车床上加工。

②确定表达方案。根据形状特征原则，按零件加工位置或工作位置选择主视图，再按零件的内外结构特点选择必要的其他视图，合理采用适当的方法，如视图、剖视、断面等。尽可能用较少的视图完整清晰地表达零件的内外形状。如图8-27（d）所示，为表达螺杆的结构特征，考虑加工位置使轴线水平放置，用一个视图表达，并配以一个移出断面图、一个局部剖视图分别表达方头、销孔。由于螺杆为方牙螺纹，属于非标准螺纹，因此需要用局部放大图来表达牙型。

③画零件草图的各个视图。布置视图的位置，画出每个视图的中心线、轴线等主要作图基准线，如图8-27（a）所示。徒手画出每个视图，如图8-27（b）所示。

④标注尺寸。首先确定尺寸基准，画出尺寸界线和尺寸线。为了加工和测量方便，对于回转类零件，径向尺寸基准一般选择轴线，轴向尺寸基准常选择某一端面或轴肩。如图8-27（c）所示，以轴线为径向尺寸基准画出各轴段直径尺寸线；以右端面和轴环（即轴上直径最大、长度较短的那段）的左轴肩为轴向尺寸的主要基准，画出总长、右侧两段长度的尺寸界线和尺寸线，以左端面及退刀槽右轴肩为基准画出轴向其他尺寸的尺寸界线和尺寸线，如图8-27（c）所示。

注意，在画轴向尺寸界线和尺寸线时不能出现封闭尺寸链，如螺杆左边有销孔的一段及轴环的长度均不应标出。

其次量取尺寸，填写尺寸数字。尺寸测量是零件测绘过程中的重要环节。常用的测量方法见图8-24。螺杆各段的直径（包括螺纹大径）如精度要求较高，可用游标卡尺、外径千分尺测量，如螺杆上与固定钳座相配合的轴段；如精度要求不高，也可用外卡钳测量。但要注意轴的配合直径需按照国家标准GB/T2822-2005圆整为标准值。螺杆小径可通过用深度游标卡尺测量牙高后计算获得。

螺杆轴向尺寸可用游标卡尺或直尺测量，但要从主要尺寸基准开始测量。螺杆的总长度应直接测量，不要各段长度累加计算。螺纹的螺距可用压痕法测得。

螺杆上的工艺结构，如退刀槽和倒角，需要根据轴径查国家标准（附表19至附表20）得到。

⑤注写技术要求。螺杆零件草图上的尺寸公差、表面结构、形位公差、材料及热处理方式等技术要求，可采用类比法参考同类型零件图选择。

▲图8-27 螺杆草图画图步骤

选择确定公差带与配合时，既需要满足零件的使用要求，又要兼顾加工制造的工艺性和经济性。因此，选择公差等级的基本原则应是在保证使用要求的前提下选用较低的等级。配合类别的选择则完全取决于零件在装配体中的功能要求。选择配合值时应尽量采用基孔制。孔轴公差及配合可参照表8-4确定。

机用虎钳中，螺杆装在固定钳座左右两圆孔内，工作时应能自由转动，属间隙不大的转动配合，查表8-4可知，应选择的配合代号为H8/f7。因此，螺杆与固定钳座相配合处两轴段的公差代号为f7。根据量出的基本尺寸即可查出上、下偏差。

表8-4 优先配合选用说明

（续表）

对零件表面结构的判断，可通过表面结构对照样块来确定，或参考同类零件的表面结构要求来确定。螺杆上螺纹的工作表面与固定钳座左右两孔相配合的圆柱表面的结构要求较高，Ra的上限值分别为1.6μm、3.2μm；其余表面的表面结构要求较低，Ra的上限值为6.3μm。

螺杆工作时只要能够灵活转动，无特殊要求。加工时各段圆柱的同轴度、圆柱度等形位公差一般机床都能保证，故无需标注。

螺杆是轴类零件，常选用优质碳素结构钢，如45钢。若其性能足够，可不进行处理。

完成后的螺杆草图如图8-27（d）所示。

（2）固定钳座草图的绘制

①了解分析零件。固定钳座是机用虎钳的主要零件。它实际上是一个座体，底部两端有两个支撑轴孔，座体内空腔有工字槽，是为了装入螺母块而设的；上面有导轨，可使活动钳身在导轨上滑动；凸起的部分开有螺孔，通过螺钉与钳口板连接。钳座底部两侧对称，设有两个安装螺栓孔。

②确定表达方案。固定钳座结构比较复杂，通常要选择三个基本视图。主视图的选择应按照工作位置放置，选择外形特征较明显的一面作为主视方向，并选择沿对称面剖切的全剖视图表达内部结构。左视图采用沿安装孔轴线剖切的半剖视表达方法，将固定钳座空腔的断面结构和安装钳口板的两个螺孔的分布情况表达清楚。俯视图主要表达外形，加一局部剖视表达螺孔的深度。固定钳座是铸造零件，其铸造圆角、起模斜度等铸造工艺结构都要表达清楚。

③画零件草图的各个视图。布置视图的位置，画出每个视图的中心线、轴线等主要作图基准线，如图8-28（a）所示。徒手绘出每个视图，如图8-28（b）所示。

画图时应注意，零件的制造缺陷，如位置不准确、砂眼、缩孔、裂纹以及破旧磨损等，画草图时应予以修正。

▲图8-28 固定钳座草图画图步骤

④标注尺寸。

首先确定尺寸基准，画尺寸界限和尺寸线。固定钳座长度方向应选择空腔内右表面作为主要尺寸基准，因其表面结构要求较高。由此画出空腔总长、内部长方凸台定位、右侧部分长度、中部凹槽的尺寸界线和尺寸线，其余长度方向的尺寸界线和尺寸线可结合加工情况选择合适的辅助基准后画出。宽度方向的主要尺寸基准选择对称面，由此画出所有对称尺寸的尺寸界线和尺寸线。高度方向的主要尺寸基准应选择固定钳座的底面，画出总高、前后安装部位的厚度、与螺杆配合孔的定位、内腔下部高度的尺寸界线和尺寸线，其余高度方向的尺寸界线和尺寸线可结合加工情况合理选择辅助基准后画出。最后画出所有孔、圆角的直径或半径尺寸的尺寸线，如图8-28（c）所示

其次逐一量取尺寸，填写尺寸数字。注意：固定钳座两端支撑孔尺寸精度要求较高，其尺寸误差影响螺杆传动精度和工作性能。螺孔上的螺纹（是标准螺纹）的尺寸可通过测量与之连接的螺钉尺寸获得。螺孔深与钻孔深可参考螺钉公称长度及被连接件的厚度而定。

⑤注写技术要求。固定钳座零件上的尺寸公差、表面结构、形位公差、材料与热处理等技术要求，可采用类比法参考同类型零件图选择。

固定钳座与螺杆相配合处的配合代号在测绘螺杆时已经确定，为H8/f7，所以固定钳座上配合的两孔的公差代号为H8。根据量出的基本尺寸即可查出上、下偏差。

固定钳座两端支撑孔应标注同轴度位置公差，选择右侧支撑孔φ30 mm的轴线为基准，公差值为0.04 mm。

加工表面应标注表面结构要求，有相对运动的表面及结合面的表面结构较高，如与螺杆配合的孔的表面选用Ra1.6～3.2μm，导轨面选用Ra1.6μm，其他加工表面如螺孔、固定钳座底面和钳口板结合面等可选用Ra6.3～12.5μm，未加工表面为毛坯面，统一注写在标题栏上方。

固定钳座为铸件，一般采用铸铁材料，如HT200。其毛坯应经过时效处理。图中未画出的铸造圆角等内容均可在技术要求中用文字统一说明。

图8-28（d）为完成后的固定钳座的零件草图。

机用虎钳等其余几种专用件的零件草图，请读者可自行绘制。

6.画装配图及零件工作图

在画装配图的过程中，一项重要的工作就是要对草图中存在的零件形状、尺寸和技术要求等方面的不妥之处作必要的修正。

（1）确定装配体表达方案 首先应确定装配体主视图的投射方向和主要表达目的。主视图应能较多地反映部件中各零件间的装配关系，尽可能按部件的工作位置画出，使部件的主要装配关系或主要安装面呈水平或垂直布置。主视图一般都画成通过主要装配干线进行剖切的剖视图。所以，机用虎钳主视图可采用全剖视表达。

主视图选定后，对一些尚未表达清楚的结构、装配关系等，可根据需要选用其他视图、剖视及特殊画法等各种表达方法予以补充，以便完整、清晰地表达装配图的装配关系和主要零件的形状。装配体的表达方案应尽可能采用较少的视图。机用虎钳前后对称，为进一步表达活动钳身和固定钳座的装配关系及螺母块结构特点，左视图可采用半剖视。为表达固定钳座和钳口板用螺钉联接的情况，俯视图可采用局部剖视，同时也可进一步表达装配体外形。机用虎钳的表达方案如图8-29所示。

▲图8-29 机用虎钳装配图

（2）画装配图 按照机用虎钳的主要装配干线依次画固定钳身、活动钳身［图8-30 （a）］→螺杆、垫圈［图8-30（b）］→螺母块、螺钉和钳口板［图8-30（c）］→其他零件［图8-30（d）］。标注主要尺寸，编写零件序号，填写技术要求、标题栏和明细栏。完成后的装配图如图8-29所示。

零件图如图8-31至图8-35所示。

▲图8-30 机用虎钳装配图作图顺序

▲图8-31 固定钳座零件图

▲图8-32 螺杆零件图

▲图8-33 螺母块零件图

▲图8-34 钳口板零件图

▲图8-35 环、螺钉零件图