對(duì)虛擬設(shè)計(jì)中公差與配合的檢驗(yàn)和分析方法

胡曉明（上海雄博精密儀器股份有限公司, 上海 200444）

對(duì)虛擬設(shè)計(jì)中公差與配合的檢驗(yàn)和分析方法

胡曉明
（上海雄博精密儀器股份有限公司, 上海 200444）

將虛擬設(shè)計(jì)應(yīng)用在公差與配合檢驗(yàn)中。首先通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)公差及優(yōu)先配合建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，其次確立公差與配合的檢驗(yàn)準(zhǔn)則，并對(duì)不合理的公差給出修正意見，然后對(duì)公差與配合進(jìn)行了優(yōu)化分析，最后以套筒作為實(shí)例進(jìn)行了公差與配合優(yōu)化分析，分析結(jié)果顯示滿足檢驗(yàn)要求。

虛擬設(shè)計(jì)；檢驗(yàn)方法；公差配合

1 引言

虛擬設(shè)計(jì)是將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息處理技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等集為一體，在虛擬的情況下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)想、設(shè)計(jì)、分析、制造和測試[1,2]。其本質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)階段模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程，并進(jìn)行仿真、分析，從而預(yù)測產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、成本、可制造性等，進(jìn)而提高產(chǎn)品的全局優(yōu)化和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次性成功率。目前，虛擬設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)的多個(gè)設(shè)計(jì)過程，包括機(jī)械建模、動(dòng)態(tài)仿真、裝配干涉等方面，然而虛擬設(shè)計(jì)在公差與配合方面鮮有研究[3]。由于公差與配合的設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的制造和裝配過程中扮演了很重要的角色，因此本文將重點(diǎn)研究虛擬設(shè)計(jì)中的公差與配合檢驗(yàn)分析方法，這樣將對(duì)產(chǎn)品的制造成本及產(chǎn)品功能具有更好的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。

2 虛擬設(shè)計(jì)中公差與配合的檢驗(yàn)與分析

在虛擬的環(huán)境下建立零件的裝配模型，并進(jìn)行公差與配合的檢驗(yàn)與分析，看其是否可以滿足零件的設(shè)計(jì)和裝配要求，對(duì)一些不滿足要求的公差進(jìn)行修正分析，然后用面向?qū)ο蠡目梢暬Z言VB進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)公差與配合的檢驗(yàn)分析。首先，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)提取公差與配合信息，并建立標(biāo)準(zhǔn)公差與基本偏差數(shù)據(jù)庫；然后通過優(yōu)先常用的配合數(shù)據(jù)庫對(duì)公差和配合進(jìn)行檢驗(yàn)；最后對(duì)公差進(jìn)行分析優(yōu)化, 以便檢驗(yàn)閉環(huán)尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求, 若不滿足，則提出公差與配合的合理范圍，并重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的公差與配合。

2.1 建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫

根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，公差的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按國標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)公差值進(jìn)行檢驗(yàn)，配合的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按國標(biāo)的優(yōu)先配合和常用配合進(jìn)行檢驗(yàn)。由于基本偏差有28中，而且公差等級(jí)也有20級(jí)，其優(yōu)先配合和常用配合也有很多種類型，因此這么龐大的組合需要用VB建立的強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫，從而能更換的解決這一問題。在標(biāo)準(zhǔn)公差中，共劃分了13 個(gè)尺寸段（此尺寸段小于等于500 mm），此對(duì)應(yīng)的每個(gè)尺寸段，對(duì)應(yīng)的20個(gè)精度等級(jí)均有一個(gè)確定的標(biāo)準(zhǔn)公差值。因此，在建數(shù)據(jù)庫時(shí)，可以分開對(duì)常用尺寸和常用公差進(jìn)行建立數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)國標(biāo)規(guī)定的孔和軸公差帶配合，基孔制的常用配合有59種,優(yōu)先配合有13 種； 基軸制的常用配合有47 種, 優(yōu)先配合有13 種。根據(jù)孔和軸的常用配合和優(yōu)先配合參考標(biāo)準(zhǔn)，建立數(shù)據(jù)庫。

2.2 確立公差與配合的檢驗(yàn)準(zhǔn)則

2.2.1 確立公差檢驗(yàn)準(zhǔn)則

公差檢驗(yàn)可以分三種，即零件只標(biāo)注公差代號(hào)、只標(biāo)注偏差數(shù)值、既標(biāo)注公差代號(hào)又標(biāo)注偏差數(shù)值。

（1）在零件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，若只標(biāo)注了公差帶代號(hào), 則只檢驗(yàn)其公差等級(jí)是否符合國標(biāo)的20 個(gè)等級(jí)；

（2）在零件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，若只標(biāo)注了偏差數(shù)值, 則需要檢索標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù), 假如能找到與偏差數(shù)值一致的記錄, 則公差標(biāo)注正確。相反，可以從某一參考中找出最大的上偏差和最小的下偏差，此范圍為公差的區(qū)間，可以修改后進(jìn)一步驗(yàn)證。

（3）在零件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，若均標(biāo)注了公差代號(hào)和偏差數(shù)值, 先假設(shè)基本偏差正確, 依據(jù)公差參考標(biāo)準(zhǔn), 檢驗(yàn)其偏差數(shù)值是否和公差代號(hào)一致, 如果不一致,則給出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值, 進(jìn)行變更處理。

2.2.1 確立配合檢驗(yàn)準(zhǔn)則

通過在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中查詢，看零件之間的配合是否選用合理的基準(zhǔn)制、零件尺寸的公差等級(jí)是否合理、以及是否選用國標(biāo)的優(yōu)先配合和常用配合。若符合，則進(jìn)行檢驗(yàn)，等檢驗(yàn)完成后，選出配合類型和結(jié)果，并給出具體的改進(jìn)意見。

2.3 公差與配合的檢驗(yàn)分析優(yōu)化

確立公差與配合的檢驗(yàn)準(zhǔn)則后，需要對(duì)公差與配合進(jìn)一步分析優(yōu)化。公差與配合分析優(yōu)化是依據(jù)已知各環(huán)的尺寸和公差，計(jì)算最終閉環(huán)的公差。計(jì)算的首要條件是要依據(jù)設(shè)計(jì)要求來決定組成環(huán)和封閉環(huán),即把相互關(guān)聯(lián)尺寸的組成環(huán)連接, 形成一尺寸/公差鏈。通過對(duì)符合國標(biāo)的公差進(jìn)一步做公差分析, 以便檢驗(yàn)設(shè)計(jì)尺寸/公差鏈的完整性與正確性, 從而提出進(jìn)一步的建議。

3 根據(jù)實(shí)際案例進(jìn)一步分析

套筒外表面與機(jī)體孔的配合為Ф70H7/m6，套筒內(nèi)表面與軸的配合為Ф60H7/f7。由于套筒外表面與機(jī)體孔配合的最大過盈量為0.03mm，其內(nèi)孔可能收縮0.045mm（假定內(nèi)孔收縮量為此過盈量的1.5倍）。根據(jù)前文討論的公差與配合檢驗(yàn)方法，先用VB進(jìn)行建立數(shù)據(jù)庫，通過編程后對(duì)其公差和配合進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

（1） 首先，用國標(biāo)檢驗(yàn)零件的公差與配合的正確性和合理性,看是否滿足要求。根據(jù)套筒的尺寸公差，檢驗(yàn)其偏差數(shù)值是否符合國標(biāo)。通過檢索數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)Ф60 mm 直徑段的上偏差為0. 030 mm , 與標(biāo)準(zhǔn)偏差比較后顯示不一致, 建議改為0. 018 mm。

（2）其次，檢驗(yàn)配合是否正確和合理。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件之間的配合檢驗(yàn)準(zhǔn)則檢驗(yàn)套與筒的配合。通過檢索數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)套筒外表面與機(jī)體孔的配合為Ф70H7/m6，套筒內(nèi)表面與軸的配合為Ф60H7/f7，且不是優(yōu)先或常用配合。

（3）通過上述兩步，可以完成公差與配合檢驗(yàn)。

（4）根據(jù)幾何尺寸計(jì)算裝配零件的幾何尺寸誤差，從而判定尺寸/公差鏈?zhǔn)欠穹弦蟆?/p>

4 結(jié)論

運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)，通過對(duì)公差與配合建立數(shù)據(jù)庫，并經(jīng)過面向?qū)ο蟮腣B編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬設(shè)計(jì)過程中的公差與配合的檢驗(yàn)分析。從而找出產(chǎn)品裝配前的公差與配合的不合理性，實(shí)時(shí)提出意見進(jìn)行修正，從而提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，以及降低了生產(chǎn)成本，對(duì)后期的產(chǎn)品裝配有進(jìn)一步的指導(dǎo)意義。

[1]余寧，阮毅.虛擬設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床研究開發(fā)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2001(40).

[2]王剛，郭連水，韋雪琴. 基于制造能力的裝配公差分析和優(yōu)化方法[J].航空制造技術(shù), 2004(02):74-77.

[3]廖念釗.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:中國計(jì)量出版社,2002.