對尺寸公差控制較為有利的設計方法

柳存昭

對尺寸公差控制較為有利的設計方法

柳存昭

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京101400）

通過對定位基準和尺寸公差的理解，總結出對零件尺寸公差控制較為有利的設計方法，在滿足總成裝配質量的前提下，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；公差控制；設計方法

1　前言

零件的尺寸公差控制是涉及到制造、工藝、設計甚至物流等多個部門的一項工作，作為設計人員，給出好的設計方法，可以讓零件消除部分公差累計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成本。

2　自由度與定位基準

每一個剛體零件有6個自由度，即沿X、Y、 Z三個軸方向的平移自由度和繞沿X、Y、Z三個軸的旋轉自由度，見圖1：

為了限制零件的6個自由度，需要在零件上布置定位基準，見圖2，A1、A2、A3三個基準點構成了A基準，限制了Z向自由度和繞X軸、Y軸的旋轉自由度；B基準限制了X向和Y向的自由度；C基準則限制了繞Z軸的旋轉自由度。

3　定位基準的理解

對定義的基準的解釋如下：

（1）一般而言，對于面積小且剛性較好的零件，A基準只需3個支撐點，但對大多數的零件而言，A基準需要更多的支撐點，如圖3，除了構成A基準的三個主基準點有X1X2X3，還有五個輔助基準點Xa1Xa2Xa3Xa4Xa5；

（2）構成A基準的幾個支撐點所包絡的面積應盡可能的大；

（3）構成A基準的點反饋到零件上是一個方形或矩形塊，如夾具壓緊塊、檢具支撐塊或零件上的裝配點所在平面；

（4）構成A基準的支撐面之間應相互平行，且都與坐標面平行，如果不平行，夾角應盡可能小；

（5）B、C兩個基準與A基準垂直，且間距應盡可能大，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基準適度放開，即將圓孔改為長圓孔，長度方向與C基準中心連線一致（原來的C基準也變成了另一個B基準），這時可以對零件的位置進行調整，如圖4：

4　設計方法

通過對定位基準及公差的理解，總結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計

裝配孔所在的平面設計有三種狀態：

（1）與一坐標平面平行，與另兩個坐標平面垂直，見圖5。

（2）與其中一個坐標平面垂直，與另兩個坐標平面既不垂直也不平行，見圖6。

（3）與任何一個坐標平面既不垂直也不平行，見圖7：

其中第（1）種情況最優，如圖5，但零件的部分固定點因結構原因經常不能設計成如此，這時，選擇次優的第（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：當為了滿足零件與另一總成的面差a時，對零件的調整只發生平移運動，而不產生旋轉運動，對間隙b不產生影響，可以將零件的裝配誤差降低到最小，見圖8～圖10。

所以，在設計零件的裝配孔和定位孔時，當滿足如下條件后，能夠消除部分誤差積累：

（1）兩平面平行，且與坐標面平行或垂直，優先選擇與坐標面平行；

（2）裝配孔與端頭距離近可能小；

（3）當裝配精度不能滿足間隙面差要求時，需要將裝配孔設計成長圓孔，以讓零件可以適度的沿一個方向進行調整；

（4）當零件在調整時，在設計上確保零件只進行平移，而不產生旋轉。

4.2縮短尺寸鏈

尺寸鏈越長，產生公差的環節就越多，公差也就越大。圖11～12是方案一和相對應的裝配尺寸鏈示意圖，圖13～14是方案二和相對應的裝配尺寸鏈示意圖，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杠上（與車架橫梁沒有關聯）。

方案一：大燈與保險杠的面差公差值為：

假設x1=x2=x3=x4，那么：

方案二：大燈與保險杠的面差公差值為：

假設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。

4.3兩零件的關聯設計

兩零件的關聯設計，是指在不易控制的DTS區域，把兩個零件直接聯接起來（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聯變化，最大限度的保證了兩零件的間隙面差。

如圖15，翼子板和前保險杠的間隙面差是DTS控制的難點，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Φ6定位螺栓，保險杠上對應的孔位Φ6.2。

根據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》，保險杠上定位孔與保險杠型面的間距＜14 mm，保險杠材料為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：

根據以上兩項公差，再加上0.2 mm的孔對銷直徑差值，最終保險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。

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

根據兩件的尺寸，見圖21和圖22，再根據圖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：保險杠和翼子板的X向間隙公差可以控制在1 mm內。

將兩個零件的定位和裝配直接關聯，同時將定位和裝配孔與零件外觀型面距離設計成最小，是保證此兩零件間隙面差的有效手段之一。

5　結束語

零件裝配孔和定位孔的所在面的優化設計、縮短尺寸鏈和兩零件的關聯設計等，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，是比較好的設計方法。

專家推薦

王銀明：

該文章用定位基準、尺寸公差原理對如何控制前大燈、保險杠、前翼子板之間的面差進行分析，提出解決前大燈、保險杠、前翼子板之間面差過大的一種方法，并推廣到設計中，在汽車產品設計、汽車制造工藝解決方案中具有一定的使用價值。可以發表。

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