試論機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的公差配合

嚴(yán)冬青

（宿遷澤達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

運(yùn)動(dòng)精度是衡量機(jī)械裝備質(zhì)量的重要性能指標(biāo)，裝備整體裝配公差質(zhì)量是保證運(yùn)行精度的前提，可以從靜態(tài)裝配公差方面評(píng)估機(jī)械裝配設(shè)計(jì)質(zhì)量。機(jī)械裝備由若干零件按照規(guī)定方式裝配，裝配成功后，產(chǎn)品需要完成規(guī)定運(yùn)動(dòng)操作，對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)精度分析非常必要。裝配公差精度對(duì)機(jī)械裝備動(dòng)態(tài)性能具有很大影響。裝配公差精度是衡量裝備質(zhì)量的重要指標(biāo)，裝配運(yùn)動(dòng)精度與復(fù)雜工況有關(guān)。機(jī)床主體機(jī)械結(jié)構(gòu)由床身工作臺(tái)、主軸箱等主要零部件裝配，運(yùn)動(dòng)精度表現(xiàn)為靜態(tài)時(shí)刨刀對(duì)工作臺(tái)的偏差精度，機(jī)械裝備設(shè)計(jì)必須綜合分析運(yùn)動(dòng)精度。統(tǒng)計(jì)公差理論研究，及統(tǒng)計(jì)公差統(tǒng)計(jì)工序控制參數(shù)需要深入研究，對(duì)我國(guó)統(tǒng)計(jì)公差修訂非常必要，對(duì)制造業(yè)推廣應(yīng)用統(tǒng)計(jì)公差技術(shù)具有重要意義。

1 公差配合概念

公差是可變動(dòng)零件幾何參數(shù)量，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，幾何參數(shù)是角度等物理參數(shù)，要確認(rèn)可換零件規(guī)格在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)變動(dòng)。公差可分為尺寸、形狀與位置公差。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中公差等級(jí)分為20個(gè)等級(jí)，配合是公差尺寸相同的孔軸公差帶關(guān)系，包括過盈、間隙配合。不同孔軸配合具有不同松緊要求，最大間隙值是孔與軸的公差值之差。面向質(zhì)量目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)公差方法思路是將工序質(zhì)量共性要求建立標(biāo)準(zhǔn)量化指標(biāo)，采用RESPONCE SURFACE方法，由軟件生成二維平面下標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)公差，指導(dǎo)相應(yīng)工序控制方案。最優(yōu)的過程質(zhì)量控制方案是EPC、SPC等綜合繼承，如圖1所示智能集成框架系統(tǒng)。

圖1 EPC和SPC智能集成框架

公差配合是間隙范圍內(nèi)的變動(dòng)量，配合公差影響配合精度，配合制包括基軸制與基孔制，在一些等直徑長(zhǎng)軸配合應(yīng)用中宜選用基軸制。公差配合應(yīng)用體現(xiàn)在評(píng)估零件表面質(zhì)量等方面。加工條件不同導(dǎo)致零件幾何參數(shù)不同，常用的精度包括位置與尺寸精度。零件表面質(zhì)量評(píng)估分析產(chǎn)品誤差。零件層次統(tǒng)計(jì)公差是對(duì)零件給定技術(shù)規(guī)范，面向質(zhì)量目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)公差帶使統(tǒng)計(jì)公差成為聯(lián)系質(zhì)量目標(biāo)不同層面的標(biāo)準(zhǔn)化截面。質(zhì)量特性值均值是統(tǒng)計(jì)公差主要對(duì)象，對(duì)不同質(zhì)量特性值有特定物理量單位，需要為標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)公差尋找標(biāo)準(zhǔn)化界面，要求能方便轉(zhuǎn)換為實(shí)際統(tǒng)計(jì)控制參數(shù)，與設(shè)計(jì)規(guī)格界限有明確函數(shù)關(guān)系，應(yīng)是無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。

2 機(jī)械制造中公差配合的重要性

機(jī)械裝備裝配質(zhì)量與零件公差設(shè)計(jì)有關(guān)，公差信息必須在設(shè)計(jì)中通盤考慮，裝配精度如由零件加工精度直徑保障，會(huì)給零件加工帶來(lái)障礙。如何通過公差優(yōu)化提高機(jī)械產(chǎn)品裝配精度非常關(guān)鍵。裝配方式不當(dāng)，不能裝配出高品質(zhì)的機(jī)械產(chǎn)品。部分零件裝配采用合理工藝手段可以使機(jī)械產(chǎn)品裝配達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量依靠裝配工藝實(shí)現(xiàn)，裝配質(zhì)量對(duì)保證產(chǎn)品運(yùn)行效果發(fā)揮決定性功效。

機(jī)械裝配成功后，產(chǎn)品需要運(yùn)動(dòng)操作，運(yùn)動(dòng)精度是機(jī)械裝配完成規(guī)定操作任務(wù)的保障。運(yùn)動(dòng)副間隙誤差等因素對(duì)機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)精度造成影響，機(jī)械裝備工作中震動(dòng)等因素干擾使得機(jī)械裝備工作質(zhì)量難以預(yù)測(cè)評(píng)估。設(shè)計(jì)階段，對(duì)機(jī)械裝備運(yùn)動(dòng)精度分析非常重要。影響機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)精度誤差因素較多，目前缺乏將多個(gè)因素綜合考慮的分析方法。公差分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)連接加工使用的必要環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品裝配精度分析深入研究，對(duì)公差分析理論在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用具有積極意義。將公差建模與機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)精度分析結(jié)合，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)公差設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供可行意見。

產(chǎn)品制造質(zhì)量是企業(yè)永恒的主題，我國(guó)制造企業(yè)長(zhǎng)期存在的問題是效益低下，機(jī)械制造業(yè)面臨競(jìng)爭(zhēng)體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)及時(shí)性等方面。產(chǎn)品質(zhì)量是機(jī)械工業(yè)參與全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的薄弱環(huán)節(jié)，許多企業(yè)制造精度難以滿足高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)加工水平的要求，傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)控制方法是對(duì)工序過程穩(wěn)定性判別技術(shù)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以過程能力指數(shù)為生產(chǎn)過程質(zhì)量要求指標(biāo)，生產(chǎn)檢驗(yàn)中已有應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將最新統(tǒng)計(jì)公差與現(xiàn)代質(zhì)量控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)配合零件最佳配合質(zhì)量目標(biāo)，使我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品配合質(zhì)量得到提升。

3 公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用包括機(jī)械設(shè)備維護(hù)、單個(gè)零件生產(chǎn)的選用。公差配合決定機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用性能，公差配合需依據(jù)產(chǎn)品情況，選擇能獲得經(jīng)濟(jì)效益的公差配合。配合零件要分析選擇基準(zhǔn)制，配合方面通過類比法實(shí)現(xiàn)。如石油鉆井機(jī)械設(shè)備公差配合設(shè)計(jì)無(wú)法按傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)選擇，通常對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)角度考慮。

在配合公差選用上，考慮設(shè)備鏈輪承受負(fù)荷，較大時(shí)選用H8/k7，在軸等配合公差選擇時(shí)，依據(jù)零件特點(diǎn)選擇合理偏差值。車床夾具公差選擇依據(jù)配合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)用角度出發(fā)。注意軸配合下依據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇公差。軸承建選擇配合公差依據(jù)用途，相同孔空套旋轉(zhuǎn)配合選擇H7，用于支撐可選擇G。圖2為減速器輸出軸軸系部件示意圖。機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，公差項(xiàng)目選址是結(jié)合項(xiàng)目，選擇時(shí)要依據(jù)被測(cè)要素幾何性質(zhì)；類比法是公差等級(jí)選擇常用方法，保證按圖紙生產(chǎn)軸具有良好配合性。將被加工零件尺寸分布調(diào)整到公差帶中心，機(jī)械產(chǎn)品加工誤差值符合正態(tài)分布規(guī)律，操作者在加工孔時(shí)控制最小極限值處，生產(chǎn)中不出現(xiàn)極限配合尺寸，理論上會(huì)出現(xiàn)極限配合尺寸。

圖2 減速器輸出軸的軸系部件圖

隨著我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展，國(guó)家出臺(tái)了相應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)。類比法通過參照存在公差等級(jí)，確定配合類別，調(diào)整配合松緊。實(shí)驗(yàn)法周期較長(zhǎng)，選擇配合時(shí)應(yīng)推薦優(yōu)先使用基孔制，不同零件的加工方法不同，配合選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工需求，降低加工對(duì)配合的影響。經(jīng)常更換零件選擇較松的配件。如制漿造紙?jiān)O(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，設(shè)備購(gòu)買前無(wú)裝配圖?？紤]配合部位受力情況，制漿造紙?jiān)O(shè)備中限制過盈配合，傳遞扭矩相同，配合方式存在不同。應(yīng)考慮零件裝配難度，選擇過盈量較大配合裝拆困難，應(yīng)對(duì)零件尺寸全面考慮，小尺寸選擇較緊的配合。軸承需要經(jīng)常更換，應(yīng)合理選擇軸承配合。

4 結(jié)語(yǔ)

高的裝配質(zhì)量是保障裝備運(yùn)動(dòng)精度的前提，公差配合是機(jī)械設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。由于生產(chǎn)過程非理想狀態(tài)，零件制造誤差不可避免，必須合理規(guī)定公差保證產(chǎn)品使用性能。較小的公差導(dǎo)致制造成本提高，合適的公差設(shè)計(jì)提高制造成本效率。產(chǎn)品生產(chǎn)通常采用經(jīng)濟(jì)方式，公差確定應(yīng)滿足常規(guī)方法生產(chǎn)，應(yīng)不斷提升機(jī)械設(shè)備使用性能。隨著我國(guó)科技水平的提升，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)技術(shù)研究取得了可觀的發(fā)展成果。應(yīng)重視對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行深入探索，推進(jìn)國(guó)家機(jī)械制造領(lǐng)域長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。