学习盘类零件的特点及三维建模方法

任务描述

盘类零件是机械加工中常见的典型零件之一。它的应用范围很广，如支撑传动轴的各种形式的轴承、夹具上的导向套和气缸套等。盘类零件通常起支撑和导向作用。不同的盘类零件也有很多的相同点，如主要表面基本上都是圆柱形的，它们有较高的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求，而且有高的同轴度要求等诸多共同之处。

本任务主要通过识读法兰盘零件图，建立法兰盘三维模型，让理论知识与三维建模相结合，对盘类零件的表达方法、尺寸标注及技术要求等进行学习。

任务目标

（1）了解盘类零件的结构特点和表达方法。

（2）掌握盘类零件的尺寸标注及技术要求。

（3）对法兰盘进行三维建模并生成零件图。

相关理论知识点

知识点一 盘类零件的结构特点和表达方法

图4-1-1和图4-1-2所示分别为法兰盘的立体图和零件图。通过分析法兰盘的零件图，可以了解盘类零件的结构特点和表达方法。

图4-1-1 法兰盘立体图

1.盘类零件的结构特点

（1）直径大，厚度小。

（2）常有肋、轮辐、孔、键槽等结构。

（3）为了减少加工面，设计有凸缘、凸台、凹坑等。

（4）有用于安装的沉孔、螺孔、光孔、定位销孔等。

2.盘类零件的表达方法

（1）由于盘类零件主要在车床或磨床上加工，为了加工时读图方便，此类零件的主视图一般选择其加工位置，即轴线应水平放置。

（2）盘类零件一般为中空件，因此主视图一般选全剖或半剖视图表达，如图4-1-2中的主视图便选择全剖视图。

图4-1-2 法兰盘零件图

（3）盘类零件一般不画俯视图，但必须绘制视图为圆的左视图，用以表达零件上孔、槽等结构的分布情况。如图4-2-2中，左视图表达了孔的分布情况和缺槽的位置和形状。

（4）当零件上的局部结构需要进一步表达时，可采用局部视图、局部剖视图、局部放大图、断面图来表达尚未表达清楚的结构。

知识点二 零件的尺寸标注

1.尺寸基准

（1）尺寸基准分类。

标注和度量尺寸的起点称为尺寸基准（简称基准）。尺寸基准的选择既要考虑零件在机器中的作用和装配关系，又要考虑零件在设计、加工和测量等方面的要求。根据尺寸基准的作用不同，一般将其分为设计基准和工艺基准。

设计基准：是指在设计零件时，根据该零件在机器中的位置和几何关系所选定的一些面、线、点。

常见的设计基准有：

① 零件上主要回转结构的轴线；

② 零件的对称中心面；

③ 零件的重要支承面、装配面及两零件间的重要结合面；

④ 零件的主要加工面。

工艺基准：是指零件在加工制造、测量和检验等过程中要求选定的一些面、线、点。

（2）合理选择尺寸基准。

任何一个零件都有长、宽、高三个方向的尺寸，每个方向上至少要有一个尺寸基准。当同一个方向上有多个基准时，其中必有一个是设计基准，其余为工艺基准。从设计基准标注的尺寸可以满足设计要求，且能保证零件的功能，而从工艺基准标注的尺寸则便于零件的加工和测量。

在选择零件的尺寸基准时，应尽量使设计基准与工艺基准重合，以减少尺寸误差，使所标注的尺寸既能满足设计要求，又能满足工艺要求，从而保证产品质量。

2.标注尺寸应注意的几个问题

（1）功能尺寸要直接标注。

零件上凡是影响产品性能、工作精度和互换性的尺寸都是功能尺寸。零件上的功能尺寸必须直接注出，以保证设计精度要求。如反映零件所属机器（或部件）规格性能的尺寸、零件间的配合尺寸、有装配要求的尺寸及保证机器（或部件）正确安装的尺寸等，都应直接注出，不能通过其他尺寸计算得出，如图4-1-3所示的尺寸A。

图4-1-3 重要尺寸要直接注出

（2）毛坯表面的尺寸标注。

在铸造或锻造零件上标注尺寸时，若在同一个方向上有若干个毛坯表面，一般只能有一个毛坯面与加工面有联系尺寸，而其他毛坯面则要以该毛坯面为基准进行标注。因为毛坯面制造误差较大，如果多个毛坯面以统一的基准进行标注，则往往不能同时保证这些尺寸要求。如图4-1-4所示，A为联系尺寸。这样标注虽不好直接测量，但通过间接测量也容易保证尺寸要求。

图4-1-4 毛坯面的尺寸标注

（3）尺寸标注要考虑测量的方便与可能。

在零件图上进行尺寸标注时，不但要考虑设计要求，还要考虑加工和测量的方便性。如图4-1-5（a）套筒中的尺寸A不便于测量，应按图4-1-5（b）所示标注尺寸。

图4-1-5 按测量的方便与可能标注尺寸

（4）尺寸标注应避免形成封闭的尺寸链。

封闭的尺寸链是指同一个方向上，首尾相接形成的一个封闭圈的一组尺寸。如图4-1-6（a）中的尺寸标注形成了封闭尺寸链，尺寸链中任一环的尺寸误差等于其他各环尺寸误差之和，无法同时满足各尺寸的加工要求。因此，在标注尺寸时，应选择一个不重要的尺寸（如尺寸B）空出不标，如图4-1-6（b）所示，这样尺寸A、C互不影响。

图4-1-6 避免封闭的尺寸链

（5）尺寸标注的工艺要求。

尺寸标注要尽可能符合工艺要求。如图4-1-7（a）所示，轴承盖的半圆孔是和轴承座配合在一起加工而成的，所以要标注直径。此外，标注轴的长度尺寸时要考虑加工顺序，如图4-1-7（b）所示；半圆键的键槽也要标注直径，以便选择铣刀，键槽的深度要以素线为基准标注，这样有利于铣键槽时定位和测量，如图4-1-7（c）所示。

图4-1-7 尺寸标注的工艺要求

3.零件上常见孔的尺寸标注（见表4-1-1）

表4-1-1 常见孔的尺寸标注

知识点三 零件图的技术要求

1.表面结构的图样表示法

表面结构是表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面纹理和几何形状的总称。表面结构的各项要求在图样上的表示法在GB/T 131—2006《产品几何技术规范（GPS）技术产品文件中表面结构的表示法》中均有规定。这里主要介绍常用的表面粗糙度表示法。

（1）表面粗糙度的概念。

零件在经过机械加工后的表面会留有许多高低不平的凸峰和凹谷，零件加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征称为表面粗糙度。

表面粗糙度是评定零件表面质量的一项重要技术指标，对于零件的配合性、耐磨性、抗腐蚀性及密封性等都有显著影响，是零件图中必不可少的一项技术要求。

零件表面粗糙度的选用，既要能满足零件表面的功能要求，又要考虑经济合理。一般情况下，凡是零件上有配合要求或有相对运动的表面，粗糙度参数值要小，参数值越小，表面质量越高，但加工成本也越高。因此，在满足使用要求的前提下，应尽量选用较大的粗糙度参数值，以降低加工成本。

（2）评定表面结构常用的轮廓参数。

零件表面结构的状况可以由3个参数组加以评定：即轮廓参数（由GB/T 3505—2000定义）、图形参数（由GB/T 18618—2002定义）、支承率曲线参数（由GB/T 18778.2—2003和GB/T 18778.3—2003定义）。其中，轮廓参数是我国机械图样中目前最常用的评定参数。

这里仅介绍轮廓参数中评定粗糙度轮廓（R轮廓）的两个高度参数Ra和Rz。

轮廓的算数平均偏差Ra：是指在一个取样长度内，零件表面上各点到轮廓中线的纵坐标Z（X）绝对值的算数平均值，如图4-1-8所示。

轮廓的最大高度Rz：是指在同一取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之间的距离，如图4-1-8所示。

图4-1-8 轮廓算术平均偏差Ra和轮廓最大高度Rz

（3）标注表面结构的图形符号。

标注表面结构要素要求时的图形符号的名称、符号、含义及其尺寸如表4-1-2和表4-1-3所示。

表4-1-2 表面结构符号的尺寸

表4-1-3 表面结构符号和画法

（4）表面结构要求在图形符号中的注写位置。

为了明确表面结构要求，除了标注表面结构参数和数值外，必要时还应标注其他补充要求，如取样长度、加工工艺、表面纹理、加工余量等。这些要求在图形符号中的注写位置如图4-1-9所示。

图4-1-9 注写位置

位置a：注写第一个表面结构要求，如结构参数代号、极限值、取样长度或传输带等。参数代号和极限值间应插入空格。

位置b：注写第二个或多个表面结构要求。

位置c：注写加工方法、表面处理或涂层等，如“车”“磨”等。

位置d：注写表面纹理和纹理方向，如“＝”“M”等。

位置e：注写加工余量。

（5）表面结构要求在图样中的注法。

为避免误解，表面结构要求需在参数代号和极限值之间插入空格，如“Ra6.3”。标注表面结构要求时应注意以下几点：

① 每一个表面一般只标注一次表面结构要求，并尽可能标注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。所标注的表面结构要求是对完工零件表面的最终要求，否则应另加说明。

② 表面结构要求的注写和读取方向与尺寸的注写与读取方向一致。表面结构要求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向被接触表面，如图4-1-10（a）所示。必要时，表面结构也可以用带箭头或黑点的指引线引出标注，如图4-2-10（b）、（c）所示。

③ 在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上、尺寸界线上、轮廓的延长线上，也可以标注在几何公差框格的上方，如图4-1-10（d）、（e）所示。

4-1-10 表面结构要求在图样中的注法

表面结构要求的注写方向：

（6）表面结构要求的简化注法。

有相同表面结构要求的简化注法：如果工件的多数表面（不包括全部表面）具有相同的表面结构要求时，可以先将不同的表面结构要求直接标注在视图上，然后将相同的表面结构要求统一标注在标题栏附近。此时，该表面结构要求后面应加圆括号，且圆括号内应给出基本符号或标出不同的表面结构要求，具体的意义如下：

如果圆括号内给出基本符号，表示除了图上标出来的表面结构要求外，其余表面的表面结构要求均与标题栏附近的那个表面结构要求相同，如图4-1-11（a）、（b）所示。

如果圆括号内给出不同的表面结构要求，表示与大多数表面的表面粗糙度要求不同的几个表面的表面粗糙度要求，则必须在图形的对应位置处注出括号内的表面粗糙度数值，如图4-1-11（c）所示。

4-1-11 表面结构要求的简化注法

多个表面有共同要求的注法：当工件上多个表面有相同的表面结构要求，或图纸的标注空间较小时，可以采用图4-1-12所示的两种简化注法。即在视图上用带字母的完整符号标注，然后在标题栏附近以等式的形式对有相同表面结构要求的表面进行简化标注，如图4-1-12（a）所示；也可以在视图中只用表面结构符号简化标注，然后在标题栏附近以等式的形式给出具体的表面粗糙度值，如图4-1-12（b）所示。

4-1-12 多个表面有共同要求的注法

2.极限与配合

（1）尺寸公差和极限。

在成批或大量生产中，一批零件在装配前不经过挑选，在装配过程中不经过修配，其装配后就能满足设计和使用性能要求，零件的这种在尺寸与功能上可以互相替代的性质称为互换性。极限与配合是保证零件具有互换性重要标准。

零件在制造过程中，由于加工或测量等因素的影响，完工后的实际尺寸总存在一定程度的误差。为保证零件的互换性，必须将零件的实际尺寸控制在允许变动的范围内，这个允许的尺寸变动量称为尺寸公差，简称公差；允许变动的两个极端界限称为极限尺寸。

以图4-1-13为例，介绍与极限相关的基本术语。

图4-1-13 尺寸公差和极限

① 公称尺寸—— 设计时根据零件的使用要求给定的尺寸，如φ50。

② 极限尺寸—— 允许尺寸变化的两个极限值。加工尺寸的最大允许值称为上极限尺寸，最小允许值称为下极限尺寸。如φ50.007为孔的上极限尺寸，φ49.982为孔的下极限尺寸。

③ 极限偏差—— 有上极限偏差和下极限偏差之分，上极限尺寸与公称尺寸的代数差称为上极限偏差；下极限尺寸与公称尺寸的代数差称为下极限偏差。孔的上极限偏差用ES表示，下极限偏差用EI表示；轴的上极限偏差用es表示，下极限偏差用ei表示。极限偏差可以是正、负或零值。

④ 尺寸公差（简称公差）—— 允许尺寸的变动量。尺寸公差等于上极限尺寸减去下极限尺寸，或上极限偏差减去下极限偏差。公差总是大于零的正数。如图4-1-13中孔的公差为0.025。

⑤ 零线—— 在公差带图解中表示公称尺寸的一条直线，以该直线为基准确定偏差和公差。通常零线沿水平方向绘制，其上方为正，下方为负。

⑥ 公差带—— 代表上、下极限偏差的两条直线所限定的区域。如图4-1-13所示，图中矩形的上边代表上极限偏差，下边代表下极限偏差，矩形的长度无实际意义，高度代表公差。

（2）标准公差与基本偏差。

决定公差带的因素有两个，一个是公差带的大小（即矩形的高度），另一个是公差带距零线的位置。公差带的大小由标准公差确定，公差带距零线的位置由基本偏差确定。

① 标准公差的大小由两个因素决定，一个是公差等级，另一个是公称尺寸。国家标准GB/T 1800.1—2009将公差划分为20个等级，分别为IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18。其中，IT01级的精度最高，IT18级的精度最低。公称尺寸相同时，公差等级越高（数值越小），标准公差越小；公差等级相同时，公称尺寸越大，标准公差越大。

② 基本偏差是用以确定公差带相对于零线位置的那个极限偏差，一般为靠近零线的那个偏差，如图4-1-14所示。当公差带在零线上方时，基本偏差为下极限偏差；当公差带在零线下方时，基本偏差为上极限偏差；当零线穿过公差带时，离零线近的偏差为基本偏差；当公差带关于零线对称时，基本偏差为上极限偏差或下极限偏差。基本偏差有正号和负号。

图4-1-14 基本偏差

（3）配合。

公称尺寸相同的相互结合的轴和孔的公差带之间的关系称为配合。按孔和轴公差带间的相对位置关系，配合可分为间隙配合、过盈配合和过渡配合3种。

间隙配合：孔与轴配合时，具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上，如图4-1-15（a）所示。

过盈配合：孔与轴配合时，具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下，如图4-1-15（b）所示。

过渡配合：孔与轴配合时，既可能存在间隙又可能存在过盈的配合。此时，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图4-1-15（c）所示。

图4-1-15 配合

（4）配合制及其选择。

当基本偏差一定的基准件与其他零件相配时，只需改变配合件的公差带，便可获得不同松紧程度的配合，从而达到减少零件加工的定值刀具和量具的规格数量。为此，国家标准规定了两种配合制，即基孔制和基轴制。

基孔制：是指孔的基本偏差保持不变，以改变轴的基本偏差来得到不同的配合。基孔制中的孔称为基准孔，基本偏差代号为H，如图4-1-16所示。

图4-1-16 基孔制

基轴制：是指轴的基本偏差保持不变，以改变孔的基本偏差来得到不同的配合。基轴制中的轴称为基准轴，基本偏差代号为h，如图4-1-17所示。

图4-1-17 基轴制

在选择配合制度时，需要考虑以下几个原则：

① 加工相同公差等级的孔和轴时，孔的加工难度比轴的加工难度大。因此，一般情况下应优先选用基孔制。

② 与标准件配合时，配合制度应依据标准件而定。例如，滚动轴承的内圈与轴的配合应选用基孔制，而滚动轴承的外圈与轴承座孔的配合应选用基轴制。

③ 基轴制主要用于结构设计要求不合适采用基孔制的场合。例如，同一轴与几个具有不同公差带的孔配合时，应选用基轴制。

（5）极限与配合的标注。

在零件图中，线性尺寸的公差有3种标注形式。

① 在公称尺寸后面标注公差带代号，如图4-1-18（a）所示。

② 在公称尺寸后面标注上、下极限偏差，如图4-1-18（b）所示。

③ 在公称尺寸后面同时标注公差带代号和上、下极限偏差。此时，偏差值用括号括起来，如图4-1-18（c）所示。

图4-1-18 极限与配合的标注

标注极限偏差时应注意以下几点：

① 上、下极限偏差的字高比公称尺寸数字小一号，且下极限偏差与公称尺寸数字在同一水平线上。

② 当公差带相对于公称尺寸对称时，上、下极限偏差互为相反数，此时极限偏差采用“±”加偏差的绝对值表示，且极限偏差和公称尺寸数字的大小一致，如“φ30±0.016”。

③ 上、下极限偏差的小数位必须相同且对齐，当上极限偏差或下极限偏差为零时，用数字“0”标出。

3.几何公差（GB/T 1182—2008）

零件在加工过程中，不仅会产生尺寸误差和表面粗糙度，还会产生几何误差，即零件几何要素的实际形状对理想形状或实际位置对其理想位置的误差。如果零件存在严重的几何误差，将直接影响机器的质量。因此，对于精度要求较高的零件，除了要给出尺寸公差外，还应根据设计要求合理地给出几何误差的允许变动量，即几何公差。

几何公差包括形状、方向、位置和跳动公差4项内容。

几何公差代号一般由带箭头的引线、公差框格、几何特征符号、公差值及基准代号字母（只有有基准的几何特征才有基准代号字母）组成。其中，指引线连接被测要素和公差框格，指引线的箭头指向被测要素的表面或其延长线，如图4-1-19（a）所示。

基准代号由正方形线框、字母和带黑三角（或白三角）的引线组成，h表示字体高度，如图4-1-19（b）所示。框格中的字符高度与尺寸数字的高度相同，且基准中的字母永远水平注写。

图4-1-19 几何公差

例4.1.1 在如图4-1-20所示的标注中，各几何公差的含义如下：

图4-1-20 例4.1.1

①：公差名称为圆跳动，被测要素是左球面，基准要素是φ16f7轴的轴线，公差带形状是以基准轴线为圆心的同心圆，同心圆半径差为0.03 mm。

②：公差名称为圆柱度，被测要素是φ16f7轴段的圆柱面，公差带形状是两个同心柱面，柱面的半径差为0.05 mm。

③：公差名称为同轴度，被测要素是螺纹M8×1的轴线，基准要素是φ16f7轴段的轴线，公差带形状是以基准轴线为轴线的圆柱面，圆柱面的直径为φ0.1 mm。其中，符号表示尺寸公差和形位公差的关系符合最大实体要求。

④：表示尺寸公差和形状公差的关系符合包容要求。

任务实施

1.建立法兰盘的三维模型

根据图4-1-21所示的零件图，使用Inventor建立法兰盘的三维模型。

图4-1-21 法兰盘

（1）模型的创建和保存：打开Inventor软件，在如图4-1-22所示的窗口中点击【零件】开始创建三维模型。

图4-1-22 开始创建三维模型

点击窗口左上角【文件】，在如图4-1-23（a）所示的菜单中，点击【保存】按钮，弹出界面如图4-1-23（b）所示，设置完成后点击【保存】，完成模型的保存。

图4-1-23 保存

（2）进入草图绘制：点击【三维模型】菜单中的图标，选择需要绘制的坐标平面（一般选择水平的xz平面），单击进入草图绘制，如图4-1-24（a）所示，点击以原点为圆心绘制直径为70的圆，最终完成草图如图4-1-24（b）所示。

图4-1-24 进入草图绘制

（3）点击，按图4-1-25进行设置并完成拉伸。

图4-1-25 拉伸

（4）新建草图平面。在【定位特征】选项卡中找到【平面】，在【平面】下拉菜单中选择【从平面偏移】，选择拉伸得到的圆柱体端面作为偏移基准面，输入偏移的距离18mm（注意调整偏移的方向）。

（5）在偏移得到的平面上新建草图并完成拉伸，如图4-1-26（a）所示，在左侧导航栏中的“工作平面1”上单击右键，在弹出的菜单中点击【可见性】，将草图平面隐藏，如图4-1-26（b）所示。

图4-1-26 隐藏草图平面

（6）新建草图并拉伸完成内孔的制作。选择如图4-1-27所示的平面建立草图，绘制直径为60 mm的圆，并拉伸28 mm，完成孔的制作，如图4-1-28所示。

图4-1-27 绘制草图

图4-1-28 完成孔的制作

（7）退刀槽的制作。新建草图并拉伸，完成两个退刀槽的制作，如图4-1-29所示。（8）倒角的制作。点击倒角指令，在弹出的倒角属性对话框中进行设置，如图4-1-30所示，点击【确定】完成倒角。

图4-1-29 制作退刀槽

（9）使用阵列完成沉孔制作，在如图4-1-31（a）所示的平面新建草图，绘制直径为95 mm的圆，并作竖直的直线与圆相交，确定沉孔位置。点击命令，参数设置如图4-1-31（c）所示。

图4-1-30 倒角

图4-1-31 制作沉孔

点击，参数设置如图4-1-32所示，点击【确定】完成沉孔的阵列。

图4-1-32 阵列沉孔

（10）在如图4-1-33（a）所示的平面绘制草图，拉伸设置如图4-1-33（b）所示，点击【确定】完成所有的建模操作。设置零件材质后效果如图4-1-33（c）所示。完成建模后点击【保存】，完成模型的保存。

4-1-33 完成绘制

2.生成二维图纸

（1）新建零件图纸。点击【文件】打开文件菜单，如图4-1-34所示，点击【新建】按钮，选择【工程图】进入工程图生成环境。在工程图环境中对图纸进行设置，如图4-1-35所示，点击【确定】完成工程图环境的设置。

图4-1-34 新建

图4-1-35 设置工程图环境

（2）样式的设置。点击【管理】→【样式编辑器】，打开“样式和标准编辑器”对话框，如图4-1-36所示。

图4-1-36 “样式和标准编辑器”对话框

首先对注释文本的字体样式和字体大小进行设置，点击对话框中的【文本】→【注释文本（ISO）】→【新建样式】，弹出新建样式对话框，设置新样式名称为“制图注释文本”，如图4-1-37所示，点击【确定】完成新建。在左侧【文本】项目下多出了“制图注释文本”的子项，点击选中“制图注释文本”，在右侧属性选项卡中设置文字的样式和大小等属性。在对其他项目设置时弹出对话框“是否保存所做编辑”，选择【是】。

图4-1-37 文本样式

按以上方法，新建名称为“标注样式的尺寸”的尺寸样式，在文字样式中选择新建的“制图注释文本”样式，如图4-1-38所示，再对其他相关属性进行设置并保存。

图4-1-38 选择新建的“制图注释文本”样式

用同样的方法，根据所学知识完成基准、形位公差、剖面线、孔参数、标识符号、图层、指引线等相关参数的设置。

（3）放置视图。点击【放置视图】→【基础视图】，按图4-1-39进行设置，并将视图放置到适当位置。

图4-1-39 放置视图

（4）放置投影视图。点击【放置视图】→【投影视图】→点击图纸中的基础视图，向右移动选择合适的位置并单击右键，选择【创建】放置左视图。用同样的方法创建俯视图。

（5）零件图的标注。在标注菜单中选择适当标注方式对视图进行标注，如图4-1-40所示。

图4-1-40 标注零件图

（6）保存工程图纸。在标注完成后，经检查无误后即可导出工程图纸，工程图纸应与图4-1-21一致。

任务评价

任务评价单见表4-1-4。

表4-1-4 任务评价单