對尺寸公差控制較為有利的設(shè)計(jì)方法

柳存昭

對尺寸公差控制較為有利的設(shè)計(jì)方法

柳存昭

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京101400）

通過對定位基準(zhǔn)和尺寸公差的理解，總結(jié)出對零件尺寸公差控制較為有利的設(shè)計(jì)方法，在滿足總成裝配質(zhì)量的前提下，降低零件尺寸公差要求，從而提高零件合格率，并降低零件制造成本。

定位基準(zhǔn)；公差控制；設(shè)計(jì)方法

1　前言

零件的尺寸公差控制是涉及到制造、工藝、設(shè)計(jì)甚至物流等多個(gè)部門的一項(xiàng)工作，作為設(shè)計(jì)人員，給出好的設(shè)計(jì)方法，可以讓零件消除部分公差累計(jì)和獲得更大的允許公差，從而提升零件尺寸的合格率并降低生產(chǎn)成本。

2　自由度與定位基準(zhǔn)

每一個(gè)剛體零件有6個(gè)自由度，即沿X、Y、 Z三個(gè)軸方向的平移自由度和繞沿X、Y、Z三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)自由度，見圖1：

為了限制零件的6個(gè)自由度，需要在零件上布置定位基準(zhǔn)，見圖2，A1、A2、A3三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成了A基準(zhǔn)，限制了Z向自由度和繞X軸、Y軸的旋轉(zhuǎn)自由度；B基準(zhǔn)限制了X向和Y向的自由度；C基準(zhǔn)則限制了繞Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。

3　定位基準(zhǔn)的理解

對定義的基準(zhǔn)的解釋如下：

（1）一般而言，對于面積小且剛性較好的零件，A基準(zhǔn)只需3個(gè)支撐點(diǎn)，但對大多數(shù)的零件而言，A基準(zhǔn)需要更多的支撐點(diǎn)，如圖3，除了構(gòu)成A基準(zhǔn)的三個(gè)主基準(zhǔn)點(diǎn)有X1X2X3，還有五個(gè)輔助基準(zhǔn)點(diǎn)Xa1Xa2Xa3Xa4Xa5；

（2）構(gòu)成A基準(zhǔn)的幾個(gè)支撐點(diǎn)所包絡(luò)的面積應(yīng)盡可能的大；

（3）構(gòu)成A基準(zhǔn)的點(diǎn)反饋到零件上是一個(gè)方形或矩形塊，如夾具壓緊塊、檢具支撐塊或零件上的裝配點(diǎn)所在平面；

（4）構(gòu)成A基準(zhǔn)的支撐面之間應(yīng)相互平行，且都與坐標(biāo)面平行，如果不平行，夾角應(yīng)盡可能?。?/p>

（5）B、C兩個(gè)基準(zhǔn)與A基準(zhǔn)垂直，且間距應(yīng)盡可能大，但不能布置在外觀件表面上。

（6）如果制造能力不足以保證裝配精度，那么需要將B基準(zhǔn)適度放開，即將圓孔改為長圓孔，長度方向與C基準(zhǔn)中心連線一致（原來的C基準(zhǔn)也變成了另一個(gè)B基準(zhǔn)），這時(shí)可以對零件的位置進(jìn)行調(diào)整，如圖4：

4　設(shè)計(jì)方法

通過對定位基準(zhǔn)及公差的理解，總結(jié)出以下對公差控制較為有利的方法。

4.1裝配孔和定位孔所在面的設(shè)計(jì)

裝配孔所在的平面設(shè)計(jì)有三種狀態(tài)：

（1）與一坐標(biāo)平面平行，與另兩個(gè)坐標(biāo)平面垂直，見圖5。

（2）與其中一個(gè)坐標(biāo)平面垂直，與另兩個(gè)坐標(biāo)平面既不垂直也不平行，見圖6。

（3）與任何一個(gè)坐標(biāo)平面既不垂直也不平行，見圖7：

其中第（1）種情況最優(yōu)，如圖5，但零件的部分固定點(diǎn)因結(jié)構(gòu)原因經(jīng)常不能設(shè)計(jì)成如此，這時(shí)，選擇次優(yōu)的第（2）種情況，如圖6；第（3）種最差，需要盡量避免。

選擇第（1）種和第（2）種情況原因：當(dāng)為了滿足零件與另一總成的面差a時(shí)，對零件的調(diào)整只發(fā)生平移運(yùn)動(dòng)，而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對間隙b不產(chǎn)生影響，可以將零件的裝配誤差降低到最小，見圖8～圖10。

所以，在設(shè)計(jì)零件的裝配孔和定位孔時(shí)，當(dāng)滿足如下條件后，能夠消除部分誤差積累：

（1）兩平面平行，且與坐標(biāo)面平行或垂直，優(yōu)先選擇與坐標(biāo)面平行；

（2）裝配孔與端頭距離近可能小；

（3）當(dāng)裝配精度不能滿足間隙面差要求時(shí)，需要將裝配孔設(shè)計(jì)成長圓孔，以讓零件可以適度的沿一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整；

（4）當(dāng)零件在調(diào)整時(shí)，在設(shè)計(jì)上確保零件只進(jìn)行平移，而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

4.2縮短尺寸鏈

尺寸鏈越長，產(chǎn)生公差的環(huán)節(jié)就越多，公差也就越大。圖11～12是方案一和相對應(yīng)的裝配尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D，圖13～14是方案二和相對應(yīng)的裝配尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D，其中a1～an是尺寸名義值，x1～xn是公差。

方案一：大燈裝配在大燈安裝支架上，大燈安裝支架安裝在車架橫梁上；

方案二：大燈裝配在大燈安裝支架上，大燈安裝支架焊接在保險(xiǎn)杠上（與車架橫梁沒有關(guān)聯(lián)）。

方案一：大燈與保險(xiǎn)杠的面差公差值為：

假設(shè)x1=x2=x3=x4，那么：

方案二：大燈與保險(xiǎn)杠的面差公差值為：

假設(shè)x4=x5=x1，那么：

通過對兩種方案的對比，方案二面差公差與方案一面差公差之比為：

所以，縮短尺寸鏈長度是減小公差的有效方法之一。

4.3兩零件的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

兩零件的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，是指在不易控制的DTS區(qū)域，把兩個(gè)零件直接聯(lián)接起來（不借用過渡零件），剛性較弱的零件公差隨另一零件的公差一起關(guān)聯(lián)變化，最大限度的保證了兩零件的間隙面差。

如圖15，翼子板和前保險(xiǎn)杠的間隙面差是DTS控制的難點(diǎn)，為了更容易的控制兩零件的DTS，兩零件先定位再用卡扣和螺栓聯(lián)接。

（1）零件間的定位及Y向公差控制。如圖16和圖17，翼子板上焊接兩個(gè)Φ6定位螺栓，保險(xiǎn)杠上對應(yīng)的孔位Φ6.2。

根據(jù)GB/T 15055-2007《沖壓件未注公差尺寸極限偏差》，翼子板上定位銷孔距離翼子板型面14 mm，其公差為±0.3甚至更小，見圖18：

根據(jù)QC/T 29017-1991《汽車模制塑料零件未注公差尺寸的極限偏差》，保險(xiǎn)杠上定位孔與保險(xiǎn)杠型面的間距＜14 mm，保險(xiǎn)杠材料為ABS或改性PP或SMC，其收縮特性值為0～2，其公差最大為±0.27，見圖19：

根據(jù)以上兩項(xiàng)公差，再加上0.2 mm的孔對銷直徑差值，最終保險(xiǎn)杠與翼子板的面差可以控制在

通過這種定位方式，可以將兩面差公差控制在1 mm內(nèi)。

（2）零件間的固定及X向公差控制。如圖20～圖23，保險(xiǎn)杠與翼子板上端用卡子固定，下端用螺栓固定。

根據(jù)兩件的尺寸，見圖21和圖22，再根據(jù)圖18和圖19查詢公差，可以得出，兩件的前后間距公差可以控制在：

即：保險(xiǎn)杠和翼子板的X向間隙公差可以控制在1 mm內(nèi)。

將兩個(gè)零件的定位和裝配直接關(guān)聯(lián)，同時(shí)將定位和裝配孔與零件外觀型面距離設(shè)計(jì)成最小，是保證此兩零件間隙面差的有效手段之一。

5　結(jié)束語

零件裝配孔和定位孔的所在面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、縮短尺寸鏈和兩零件的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等，在滿足總成裝配精度的前提下，可以將零件的公差放寬，從而提升零件尺寸合格率和降低制造成本，是比較好的設(shè)計(jì)方法。

專家推薦

王銀明：

該文章用定位基準(zhǔn)、尺寸公差原理對如何控制前大燈、保險(xiǎn)杠、前翼子板之間的面差進(jìn)行分析，提出解決前大燈、保險(xiǎn)杠、前翼子板之間面差過大的一種方法，并推廣到設(shè)計(jì)中，在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)、汽車制造工藝解決方案中具有一定的使用價(jià)值。可以發(fā)表。

The Appropriate Design Methods for Dimension Tolerance Control

lIU Cun-zhao
（Beijing Foton Daimler Automotive Co.，Ltd， Beijing 101400， China）

Through comprehending datum reference and dimension tolerance， some appropriate design methods are summed， which can increase the qualified rate and reduce the manufacture cost by widening part's dimension tolerance， being based on assembly quality.

datum reference； tolerance control； design method

TH124

A

1005-2550（2015）02-0028-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.02.007

2014-08