基于通止規原理的產品安裝孔量具設計

王洪剛

（慶安集團有限公司,陜西 西安 710077）

基于通止規原理的產品安裝孔量具設計

王洪剛

（慶安集團有限公司,陜西 西安 710077）

通止規的操作簡單，費時較少，具有極高的實際價值。通過運用通止規的原理，產品安裝孔的量具更加方便快捷。通過合理的設計，量具的精度得到了保證，而且具有極高的經濟效益。本文以某一產品為例，研究了通止規原理下的安裝量具設計過程，首先要對產品的結構進行分析，確定量具需要具備的測量功能、測量精度等，然后運用通止規的原理分別設定其安裝孔的最小通過數值，以及最大阻止數值，進而將量具的精度限定在這2個數值之內。

通止規原理；產品安裝孔；量具設計

1 通止規原理簡介

在過去的測量過程中，大多使用卡尺等工具測量出安裝孔的數據，進而分析其是否符合標準，但是這一方法導致測量費時費力，在部分需要普查的工序花費了大量的資金。而且部分產品的安裝精度較高，電子產品的安裝孔誤差更小，就需要精密的設備進行激光掃面探測，或采取其他方式進行測量。這一過程往往需要在實驗室進行，費時費力，還不具備普及的價值，制約了制造企業的發展。于是，通止規被設計出來，因為產品的安裝精度是允許在一定范圍內波動，就可以通過剛性材料分別制作符合其誤差波動范圍的最大值的止規、通規，來檢驗產品的外形參數是否符合要求。同樣，將這一原理引入到產品安裝孔量具中，它同樣具備了方便快捷、經濟效益高的特點。通過分析得到產品安裝孔的最大值，將其制作為止規，將其安裝孔誤差范圍的最小值設定為通規的數值，即可檢驗其安裝孔是否合格。通止規的材料都是穩定性較高的，避免測量工序對其造成損傷，影響測量精度。

2 結構分析

圖3 定位銷檢測結構示意圖

圖4 螺釘孔檢測結構示意圖

在此次研究中，我們以某一產品元件為例，研究了通止規原理下的測量工具設計流程。該產品元件的結構示意圖如圖1所示，在安裝過程中需要檢測的一些數值項目如圖2所示。

由上述2圖可以較為直觀地看出：在安裝時，需要監測產品的安裝孔大小；安裝部位位置排布角度；以及安裝深度。因此得出，設計的量具需要滿足以下的功能：第一，要有定位銷，從而確定4個安裝孔的排布角度符合產品要求，并且使元件的整體數值滿足要求，詳情見圖3所示；第二，要有螺釘孔的通止規，從而滿足4個安裝孔的大小符合產品要求，詳情見圖4所示。除了滿足上述的測量參數要求外，還要滿足較高的穩定性。此次使用的材料是GCr15軸承鋼，該材料的物理穩定性高，不易受損，在進行生產前，要將材料進行低溫處理，提升其剛度（該材料的硬度較高，為59～64HRC之間），避免測量過程中的產品對測量工具形成損傷。另外，在實際測量過程中，要考慮到操作的方便性，以及保護測量工具，要在產品和測量工具接觸的邊緣部分進行圓弧倒角，從而使其具備一定的導向功能，且不影響測量精度。此次設定的倒角大小設定為0．5mm，該數值根據零件安裝倒角R2．0mm 分析得來。

3 測量工具設計

圖1 某產品元件結構三維圖

圖2 某產品安裝檢測項目示意圖

3.1 定位銷設計

（1）定位銷通規極限尺寸。根據查閱相關標準和計算分析，得知定位銷通規誤差為：極限上偏差為0．0051mm，極限下偏差為0．0029mm，即定位銷通規的實際尺寸可以允許在2．0029mm～2．0051mm之間。但是在實際制作過程中，會出現尺寸較小的狀況，不會出現尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為0mm，即可表示為 2．00510～0．0022mm，該數值的范圍同樣是2．0029～2．0051mm之間，但更加便于生產控制。

（2）定位銷止規極限尺寸。在進行止規的設計時，其流程與通規相似。其極限上偏差為0．04mm，極限下偏差為+0．0375mm，即定位銷止規的實際尺寸可以允許在2．04mm～2．0375mm之間。但是在實際制作過程中，會出現尺寸較小的狀況，不會出現尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為0，即可表示為2．040～0．0025該數值的范圍同樣是2．04mm～2．0375，更加便于生產控制。

3.2 螺釘過孔公差設計

根據上述的分析和國家相關標準，可以得出其尺寸的波動范圍是±0．1mm，其基本尺寸是3．2mm，即允許其數值在3．3mmm～3．1mm之間；測量工具的誤差允許在9μm之內；位置關鍵因素的誤差要小于4μm。

（1）螺釘通規極限尺寸。根據查閱相關標準和計算分析，得螺釘孔通規誤差為：極限上偏差為-0．088mm，極限下偏差為-0．092mm，即螺釘孔通規的實際尺寸可以允許在3．108mm～3．112mm之間。但是在實際制作過程中，會出現尺寸較小的狀況，不會出現尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為 0，即可表示為 3．1120～0．004mm，該數值的范圍同樣是3．108mm～3．112mm之間，但更加便于生產控制。

（2）螺釘止規極限尺寸。在進行螺釘止規的設計時，其流程與通規相似。其極限上偏差為0．1mm，極限下偏差為0．097mm，即止規的實際尺寸可以允許在3．297mm～3．3mm之間。但是在實際制作過程中，會出現尺寸較小的狀況，不會出現尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為0，即可表示為3．30～0．003mm，該數值的范圍同樣是3．297mm～3．3mm之間，但更加便于生產控制。

4 誤差分析

在上述計算過程中，雖然存在一些理論上的誤差，但其結果基本符合理論要求的安裝參數數值。但會因為實際生產過程中的一些操作流程導致檢查失效，一般要求安裝孔要比軸的半徑大0．005mm左右，在安裝時一旦兩者的間隙小于該數值，就會出現軸無法插進孔的現象。而按照上述的結果檢查，就會出現將難以安裝的廢品判定為合格產品的現象，造成安裝工藝流程受阻，還會導致部分合格產品被淘汰，形成資源浪費。前者會損傷機器，且沒有被檢查出來，一旦形成產品進行銷售，會極大地損傷企業形象；后者雖然有較多的浪費，但基本符合生產需求。因此，進行誤差分析是量具生產前的重要步驟。我們通過對產品的參數進行分析，發現其安裝孔的數據分布與一維正態吻合，如圖5所示。

在上述式子中：a為安裝孔數據的數學期望值，σ是均方偏差。

在圖5中，可以看出：該產品零件的尺寸參數分布都在公差中心值的兩側，其數值與中心值差距越大，產品零件的數量越少，到了小于-2σ或大于2σ的區域，則基本沒有。

圖5 正態分布曲線

最終根據正態分布的相關計算理論，結合其參數值，即定位銷的計算中，a等于2．02，σ等于1，則直徑數值在 2mm～2．009mm 之間的概率是 0．0036。在螺釘孔的計算中，a等于3．2，σ等于1，則直徑數值在3．1mm～3．114mm 之間的概率是 0．0056。上述的 2 個概率數值都表示，在此種量具檢驗下，將合格產品判定成為不合格產品的數學期望數值。即產品2個參數檢查情況屬于實際情況的概率分別是0．9964和0．9944。即10000個產品中，出現誤判的個數是40～60個之間，且都是將合格的判定為不合格，在對這些不合格的產品進行其他方式的檢查，即可規避經濟損失，且大大地降低了工作量。

5 結語

通過本文的研究，我們總結了產品安裝孔量具設計的流程，首先要分析產品的結構以及重要的安裝參數，進而結合企業安裝標準以及國家標準分析計算其量具的參數。此次主要運用了通止規原理，將其參數的波動差計算出來，進而確定其參數值的上下極限值范圍，通過檢驗其2個極限值來確定其是否合格。在計算完成后，要結合實際情況進行計算優化，規避誤差影響，最終實現量具與安裝要求的完美契合。在本文中例舉的產品安裝過程中，通過使用通止規原理的量具，檢查效果明顯加快，節省了大量的人力、時間，提升了產品的經濟效益。因此，可以將此種量具設計方法向其他產品類比推廣。

[1]王東．基于通止規原理的電子產品安裝孔量具設計[J]．機械工程師,2017(4):148-150．

[2]蔡斌,呂宇升,董凱林,等．套類零件內外徑組合量具的設計[J]．四川冶金,2015(4):79-82．

TN02

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1671-0711（2017）10（上）-0199-02