儀器制造技術(shù)中兩種修配裝配法的解析與對(duì)比

楊小輝，劉同義，許同樂(lè)

（山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東淄博 255000）

0 引言

儀器產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，就是正確地規(guī)定儀器、部件或組件等的裝配精度[1]，以保證最終儀器的良好使用性能及合理的經(jīng)濟(jì)成本。各類儀器或其中的部件與組件的最小組成單位都是零件，那么裝配精度就必然與零件的加工質(zhì)量息息相關(guān)，即相關(guān)零件的加工誤差對(duì)整個(gè)儀器結(jié)構(gòu)的裝配精度影響很大。因此，在零件的加工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制各項(xiàng)尺寸公差，以防止裝配時(shí)誤差累積過(guò)大。

要有效保證裝配精度，必須對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)、零件的加工、裝配和最終檢驗(yàn)等過(guò)程進(jìn)行全面綜合的分析與考慮。其中，裝配方法的選擇是重中之重。通常有互換法、分組法、修配法與調(diào)整法[2-3]。具體選用何種方法進(jìn)行裝配，需要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、公差要求、生產(chǎn)批量與生產(chǎn)條件的不同來(lái)具體分析與處理，從而在經(jīng)濟(jì)性的前提下滿足設(shè)計(jì)要求。其中，互換法保證了裝配尺寸鏈中各零部件的可替換性，可以簡(jiǎn)化裝配工作，并降低對(duì)裝配工人的技術(shù)要求，所以互換裝配法是相對(duì)理想的；但是，當(dāng)裝配尺寸鏈封閉環(huán)精度要求很高，且組成環(huán)又較多時(shí)，互換法可能會(huì)使零件的加工精度過(guò)高，給其制造帶來(lái)困難[4-5]。分組法則可以在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，有效降低作為組成環(huán)的零部件尺寸的加工精度，但它需要測(cè)量、分組和配套等繁瑣操作，所以往往適用于組成環(huán)數(shù)不多于4個(gè)的裝配尺寸鏈中，且具備成批大量生產(chǎn)的情況。倘若在大量生產(chǎn)的情況下，組成裝配尺寸鏈的環(huán)數(shù)又較多時(shí)，就需要調(diào)整法來(lái)進(jìn)行裝配。隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，個(gè)性化、多樣化的需求越來(lái)越廣泛，那么單件小批量生產(chǎn)則成為普遍現(xiàn)象。那么此時(shí)，可以有效順應(yīng)這種趨勢(shì)的裝配方法就是修配法；而且，修配法尤其適用于裝配尺寸鏈中組成環(huán)較多的情況。

1 修配法

采用修配法裝配時(shí)，允許各組成環(huán)尺寸以經(jīng)濟(jì)性為前提進(jìn)行制造，勢(shì)必造成封閉環(huán)的極值公差超出設(shè)計(jì)公差。所以裝配過(guò)程中，必須加工修配某一特定組成環(huán)的尺寸[6]，使得整個(gè)裝配尺寸鏈達(dá)到設(shè)計(jì)公差要求。其中被修配加工的組成環(huán)稱為補(bǔ)償環(huán)（或修配環(huán)）。補(bǔ)償環(huán)通常選取易于修配加工且拆裝容易的零件[7]，如墊圈、墊塊、壓板等，且不能選取公共組成環(huán)，避免影響其它尺寸鏈。

修配法的第一步是選取補(bǔ)償環(huán)，然后決定其余各組成環(huán)公差，最后計(jì)算補(bǔ)償環(huán)的預(yù)加工尺寸。至于如何計(jì)算補(bǔ)償環(huán)的預(yù)加工尺寸，則有傳統(tǒng)的分情況討論法與通用公式法兩種計(jì)算方法。

1.1 傳統(tǒng)的分情況討論法

以經(jīng)濟(jì)性為前提，在正常生產(chǎn)條件下加工各組成環(huán)尺寸，那么，運(yùn)用極值公差公式計(jì)算此時(shí)的封閉環(huán)公差為T(mén)0L，以及極限尺寸分別為A0Lmax和A0Lmin；倘若要采用修配法來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器所需的裝配設(shè)計(jì)要求，即修配補(bǔ)償環(huán)之后獲得的封閉環(huán)尺寸應(yīng)在設(shè)計(jì)要求的最大極限尺寸A0max與最小極限尺寸A0min之間，那么，在補(bǔ)償環(huán)修配前的封閉環(huán)公差T0L與設(shè)計(jì)要求的封閉環(huán)公差T0的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)如圖1所示。通常，修配前的封閉環(huán)公差T0L要大于設(shè)計(jì)要求的封閉環(huán)公差T0。而修配前的封閉環(huán)尺寸如果已經(jīng)處于設(shè)計(jì)要求的公差T0區(qū)間，則無(wú)需進(jìn)行補(bǔ)償環(huán)修配。

圖1 修配法中封閉環(huán)公差設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的相對(duì)關(guān)系

首先要確定補(bǔ)償環(huán)是增環(huán)還是減環(huán)，以了解補(bǔ)償環(huán)被修配后，對(duì)封閉環(huán)尺寸的影響是增大還是減小[8]。

第一種情況：補(bǔ)償環(huán)是減環(huán)，修配補(bǔ)償環(huán)，將增大封閉環(huán)尺寸，即“越修越大”。那么，修配前的封閉環(huán)公差T0L與設(shè)計(jì)要求的封閉環(huán)公差T0的相對(duì)位置關(guān)系應(yīng)如圖1（a）所示。相關(guān)尺寸應(yīng)滿足如下關(guān)系：

此時(shí)，修配前的公差T0L比設(shè)計(jì)要求的公差T0多出的那部分為F1，因?yàn)椤霸叫拊酱蟆钡那闆r，F(xiàn)1部分可以通過(guò)修配補(bǔ)償環(huán)，即減小補(bǔ)償環(huán)尺寸的措施，將其封閉環(huán)尺寸增大至設(shè)計(jì)要求的公差T0區(qū)間，便可符合裝配精度要求。

倘若A0Lmax＞A0max，即實(shí)際封閉環(huán)的最大極限尺寸超出設(shè)計(jì)尺寸，那么補(bǔ)償環(huán)被修配減小后，隨著“越修越大”，封閉環(huán)尺寸進(jìn)一步增大，不僅無(wú)法將超出設(shè)計(jì)要求的封閉環(huán)尺寸進(jìn)行修正，反而會(huì)加劇其尺寸偏離程度。

第二種情況：補(bǔ)償環(huán)是增環(huán)，修配補(bǔ)償環(huán)，將減小封閉環(huán)尺寸，即“越修越小”。那么，修配前的封閉環(huán)公差T0L與設(shè)計(jì)要求的封閉環(huán)公差T0的相對(duì)位置關(guān)系應(yīng)如圖1（b）所示。相關(guān)尺寸應(yīng)滿足如下關(guān)系：

此時(shí)，修配前的公差T0L比設(shè)計(jì)要求的公差T0多出的那部分為F2，因?yàn)椤霸叫拊叫　钡那闆r，F(xiàn)2部分可以通過(guò)修配補(bǔ)償環(huán)，即減小補(bǔ)償環(huán)尺寸的措施，將其封閉環(huán)尺寸減小至設(shè)計(jì)要求的公差T0區(qū)間，便可符合裝配精度要求。

倘若A0Lmin＜A0min，即實(shí)際封閉環(huán)的最小極限尺寸小于設(shè)計(jì)尺寸，那么補(bǔ)償環(huán)被修配減小后，隨著“越修越小”，封閉環(huán)尺寸進(jìn)一步減小，同樣無(wú)法將小于設(shè)計(jì)要求的封閉環(huán)尺寸進(jìn)行修正，也會(huì)加劇其尺寸偏離程度。

1.2 通用公式法

無(wú)論補(bǔ)償環(huán)被修配后，封閉環(huán)的尺寸增大或者減小[9]，即無(wú)論選擇的補(bǔ)償環(huán)是增環(huán)還是減環(huán)，補(bǔ)償環(huán)的最小極限尺寸Abmin應(yīng)為

2 兩種修配法的相互轉(zhuǎn)化

2.1 選定一減環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)

以圖2為例，在裝配尺寸鏈一中，A0為封閉環(huán)，還有3個(gè)組成環(huán)，其中：A1為增環(huán)；A2和A3為減環(huán)。

圖2 裝配尺寸鏈一

當(dāng)選取減環(huán)A2作為補(bǔ)償環(huán)時(shí)，根據(jù)傳統(tǒng)的分情況討論法，符合“越修越大”的情況，則有

式（5）的最終結(jié)果與通用公式法中式（3）完全一致。

2.2 選定一增環(huán)作為補(bǔ)償環(huán)

以圖3為例，在裝配尺寸鏈二中，A0為封閉環(huán)，還有3個(gè)組成環(huán)，其中：A1和A2為增環(huán)；A3為減環(huán)。

圖3 裝配尺寸鏈二

當(dāng)選取增環(huán)A2作為補(bǔ)償環(huán)時(shí)，根據(jù)傳統(tǒng)的分情況討論法，符合“越修越小”的情況，則有

式（7）的最終結(jié)果與通用公式法中式（3）亦完全一致。

3 結(jié)語(yǔ)

在修配裝配法中，無(wú)論選定的補(bǔ)償環(huán)屬于增環(huán)還是減環(huán)，傳統(tǒng)的分情況討論法與通用公式法的計(jì)算結(jié)果一致。傳統(tǒng)的分情況討論法簡(jiǎn)單易懂，在判定補(bǔ)償環(huán)為增環(huán)或減環(huán)后，即可依照相應(yīng)情況進(jìn)行計(jì)算；通用公式法則無(wú)需提前判定補(bǔ)償環(huán)的屬性，即可通過(guò)既有公式進(jìn)行計(jì)算，但通用公式相對(duì)復(fù)雜。所以，利用修配法計(jì)算裝配尺寸鏈時(shí)，兩種方法皆可通用，使用者可選取適合自己的方法進(jìn)行計(jì)算，均可通過(guò)計(jì)算獲得正確的結(jié)果。