淺析產(chǎn)品設(shè)計(jì)中公差與配合及尺寸鏈分析的應(yīng)用

劉學(xué)成

摘要：產(chǎn)品品質(zhì)是企業(yè)最為關(guān)注的核心版塊，穩(wěn)定和可靠的產(chǎn)品品質(zhì)是需要合理科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)確保，產(chǎn)品設(shè)計(jì)核心之一是如何正確分析產(chǎn)品主要組件的尺寸鏈關(guān)系從而設(shè)定合理的公差與配合，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)品品質(zhì)。筆者使用尺寸鏈分析驗(yàn)證學(xué)說(shuō)、演算了最初公差設(shè)計(jì)預(yù)案，并給出了通過(guò)演算后的可操作性調(diào)節(jié)意見(jiàn)，確保具體生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的控制。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì)；公差；配合；尺寸鏈；探討

產(chǎn)品通常由一部分部件、組件與零件按照一定機(jī)械原理裝配而成的。零件是產(chǎn)品的最小單元，零件之間結(jié)構(gòu)連接和運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品功能的分析設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖并找出相關(guān)的尺寸鏈關(guān)系，進(jìn)一步設(shè)定零件影響產(chǎn)品功能的尺寸公差與配合的方案。在此過(guò)程中不僅要權(quán)衡零件的制造技術(shù)，還要權(quán)衡到該部件是不是可以滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能的技術(shù)需求。就是說(shuō)其是不是與尺寸精度、位置精度、制造精度、接觸精度等層面的技術(shù)。在大規(guī)模生產(chǎn)中，保證這部分精度的最基本的辦法是運(yùn)用功能尺寸鏈學(xué)說(shuō)實(shí)施整體解析、換算、驗(yàn)證，科學(xué)設(shè)計(jì)零件公差。[1]

一、 公差尺寸鏈原理

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的尺寸鏈往往比較復(fù)雜，需要將其中大多數(shù)轉(zhuǎn)化為平面尺寸鏈，平面尺寸鏈換算條件是：

（一）找到封閉環(huán)，就是說(shuō)找出產(chǎn)品非動(dòng)態(tài)的合理節(jié)點(diǎn)。

（二）各尺寸公差相對(duì)獨(dú)立。

公差尺寸鏈解析的目標(biāo)是通過(guò)公差可控點(diǎn)推導(dǎo)不可控點(diǎn)的公差范疇。見(jiàn)下圖。

目標(biāo)尺寸方位NM與其他尺寸NiM關(guān)聯(lián)能夠表示成：NM=f（N1M、N2M…Nn-1M）。目標(biāo)公差δ與剩余公差δ1關(guān)聯(lián)能夠表述為：

δM=

各公差透過(guò)幾何關(guān)系的運(yùn)算，確定目標(biāo)方位的極值總和，從而定義目標(biāo)方位的公差范疇。

二、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中公差與尺寸鏈解析

（一） 疑問(wèn)的出現(xiàn)

例如，某廠(chǎng)商的機(jī)器商品A型機(jī)械手。取物階段的構(gòu)造圖見(jiàn)圖2。

從上圖中能夠看到，機(jī)械手依著A 方位活動(dòng)，透過(guò)B向加力，將03-5（撥動(dòng)手柄）運(yùn)作，夾持方位通過(guò)對(duì)面距Xd尺寸約束。夾持強(qiáng)度通常透過(guò)直面距Xj來(lái)調(diào)節(jié)。這兩類(lèi)尺寸是既定的。假如設(shè)計(jì)不科學(xué)，會(huì)致使裝配后運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生相互干涉及超差難題，廢棄率達(dá)到25%。筆者透過(guò)尺寸鏈的解讀、換算、驗(yàn)證A型機(jī)械手/03-01裝配03-3底座、03-05（撥柄）后，可以確保裝配尺寸xd=24.35-24.75、Xj取值為2.9-3.2。

（二） 驗(yàn)證換算

通常所說(shuō)的大規(guī)模工業(yè)化學(xué)說(shuō)，同樣產(chǎn)品的產(chǎn)能極高，大部分作業(yè)區(qū)域通常依照特定的步驟來(lái)重復(fù)完成某個(gè)零件的某個(gè)工序的加工。大規(guī)模生產(chǎn)類(lèi)型所使用的裝配模式是完全互換法，裝配階段各配合零件無(wú)需選擇、修正與互換，就能夠讓裝配進(jìn)度達(dá)標(biāo)的裝配模式。為了保證機(jī)器裝配后的精度，其裝配尺寸鏈?zhǔn)褂脴O值法來(lái)?yè)Q算。

（三）車(chē)身尺寸鏈的運(yùn)用

1. 車(chē)身尺寸鏈運(yùn)用的目標(biāo)

尺寸鏈解析通常是通過(guò)構(gòu)建尺寸鏈環(huán)，細(xì)分機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡估計(jì)來(lái)設(shè)定尺寸之間配合和極值范圍。透過(guò)尺寸鏈的構(gòu)建，體系化地完成整個(gè)車(chē)身元件的定位系統(tǒng)與公差創(chuàng)設(shè)、測(cè)試點(diǎn)創(chuàng)設(shè)，并優(yōu)化產(chǎn)品品構(gòu)造與工藝。

2.車(chē)身尺寸鏈的運(yùn)用階段

尺寸鏈分析牽涉到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝制造、模具與焊裝設(shè)計(jì)、元件的制作與組裝全流程的解析科技。另外，在方案時(shí)段，應(yīng)明確尺寸配合公差，并依照工藝、制作效能來(lái)明確目標(biāo)公差；創(chuàng)設(shè)時(shí)段，構(gòu)建整車(chē)、元部件定位系統(tǒng)、形位公差概念與公差三維虛擬化解析，建設(shè)科學(xué)的定位系統(tǒng)，完善有合理尺寸公差設(shè)計(jì)圖紙，并依照?qǐng)D完成模具創(chuàng)設(shè)、夾具創(chuàng)設(shè)、檢具創(chuàng)設(shè)與項(xiàng)目方案等。投入生產(chǎn)后，應(yīng)考評(píng)元件尺寸、工裝、過(guò)程管控，并根據(jù)試生產(chǎn)與量產(chǎn)結(jié)果最終優(yōu)化車(chē)輛綜合尺寸的公差與配合。

2.1產(chǎn)品創(chuàng)設(shè)時(shí)段的運(yùn)用

在產(chǎn)品創(chuàng)設(shè)時(shí)段，特別是在解讀產(chǎn)品整體尺寸公差以前，通常要完成的工作是產(chǎn)品模型建立、0#-3#商品創(chuàng)造時(shí)段，使用尺寸鏈來(lái)解析產(chǎn)品的整體構(gòu)造，透過(guò)對(duì)制造系統(tǒng)功能的考評(píng)與公差換算，對(duì)車(chē)身間隙、面差與內(nèi)部裝飾進(jìn)行解析，并設(shè)定公差目標(biāo)，確立車(chē)身外表尺寸公差準(zhǔn)則，最后明確車(chē)身質(zhì)量目標(biāo)與技術(shù)要求。該時(shí)段，全部尺寸鏈的解析流程與成果需要嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。專(zhuān)業(yè)功能模塊工藝創(chuàng)設(shè)需要形成一定的準(zhǔn)則，這也是為后期生產(chǎn)制作做鋪墊。[2]

2.2工藝創(chuàng)設(shè)時(shí)段的運(yùn)用

在工藝創(chuàng)設(shè)階段，使用同步項(xiàng)目解析、沖壓CAE解讀與車(chē)身公差解析來(lái)進(jìn)行操作，這部分作業(yè)的中心目標(biāo)是在產(chǎn)創(chuàng)設(shè)階段技術(shù)要求下，確定工藝制作的可靠性。設(shè)計(jì)模具工藝制作方案，撰寫(xiě)焊裝工裝定位加緊式樣書(shū)，內(nèi)部裝飾預(yù)案等，讓車(chē)身定位體系能夠常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且明確模具、夾具、檢具的定位準(zhǔn)則，使模具、夾具、檢具能夠達(dá)到創(chuàng)設(shè)要求。尺寸公差解析的另一的模式是包含全部元件與車(chē)身總成詳細(xì)的測(cè)試規(guī)劃書(shū)，測(cè)試并規(guī)劃出各元件與總成的測(cè)試方位，測(cè)試準(zhǔn)則方面沒(méi)有強(qiáng)制性要求。透過(guò)尺寸公差解析、提升產(chǎn)品品構(gòu)造合理性、工藝創(chuàng)設(shè)的品質(zhì)，并透過(guò)仿真解析、使用對(duì)應(yīng)的舉措，規(guī)避后續(xù)生產(chǎn)尺寸偏差過(guò)大問(wèn)題。

（四）車(chē)型試操作時(shí)段的運(yùn)用

在新車(chē)型試操作時(shí)段，使用車(chē)型S-LOT、PT1、PT2，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)設(shè)的流程與工藝創(chuàng)設(shè)階段的尺寸公差來(lái)完成證實(shí)，必須運(yùn)用各類(lèi)工具測(cè)試、解析并排查出各元件、車(chē)身總成的尺寸公差問(wèn)題，讓實(shí)物元件的尺寸公差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。其中借用的用具包含單件檢具、分總成檢具、總成檢具、檢具、功能模型、匹配夾具等。并且透過(guò)先進(jìn)的統(tǒng)籌模式，換算CAM、CPK等統(tǒng)籌參數(shù)，排查出實(shí)物元件的缺陷，改善元件與車(chē)身尺寸鏈關(guān)系，滿(mǎn)足規(guī)模生產(chǎn)需求。

通過(guò)以上內(nèi)容的闡述，筆者認(rèn)為應(yīng)著重預(yù)判并解析沖壓工藝是不是與沖壓尺寸公差要求相符；預(yù)判焊裝夾具的定位基準(zhǔn)、確保符合設(shè)計(jì)要求；預(yù)判裝飾元件的配合公差是否科學(xué)；預(yù)判在產(chǎn)品創(chuàng)設(shè)階段，尺寸公差創(chuàng)設(shè)的科學(xué)性等。

結(jié)束語(yǔ)：

在尺寸公差與尺寸鏈分析驗(yàn)證階段，其測(cè)試值應(yīng)該符合正態(tài)分布原理，如此可確保公差設(shè)定更科學(xué)。樣本數(shù)量應(yīng)盡量的多，否則，換算出的CAP數(shù)據(jù)、CPK數(shù)據(jù)等參數(shù)會(huì)有誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉飛.唐鋼利用信息化手段通過(guò)SAP系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)冷軋產(chǎn)品公差控制[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014，（12）：16-17.

[2]龔鑫，黃美發(fā)，孫永厚等.基于極值法與統(tǒng)計(jì)公差法的不同尺寸公差分配方法的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015，（3）：5-8，12.