儀器制造技術中兩種修配裝配法的解析與對比

楊小輝，劉同義，許同樂

（山東理工大學機械工程學院，山東淄博 255000）

0 引言

儀器產品設計中的一個重要環(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濟成本。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量息息相關，即相關零件的加工誤差對整個儀器結構的裝配精度影響很大。因此，在零件的加工過程中必須嚴格控制各項尺寸公差，以防止裝配時誤差累積過大。

要有效保證裝配精度，必須對儀器的結構、零件的加工、裝配和最終檢驗等過程進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、修配法與調整法[2-3]。具體選用何種方法進行裝配，需要根據產品結構、公差要求、生產批量與生產條件的不同來具體分析與處理，從而在經濟性的前提下滿足設計要求。其中，互換法保證了裝配尺寸鏈中各零部件的可替換性，可以簡化裝配工作，并降低對裝配工人的技術要求，所以互換裝配法是相對理想的；但是，當裝配尺寸鏈封閉環(huán)精度要求很高，且組成環(huán)又較多時，互換法可能會使零件的加工精度過高，給其制造帶來困難[4-5]。分組法則可以在滿足設計要求的前提下，有效降低作為組成環(huán)的零部件尺寸的加工精度，但它需要測量、分組和配套等繁瑣操作，所以往往適用于組成環(huán)數不多于4個的裝配尺寸鏈中，且具備成批大量生產的情況。倘若在大量生產的情況下，組成裝配尺寸鏈的環(huán)數又較多時，就需要調整法來進行裝配。隨著現代社會的不斷發(fā)展，個性化、多樣化的需求越來越廣泛，那么單件小批量生產則成為普遍現象。那么此時，可以有效順應這種趨勢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，允許各組成環(huán)尺寸以經濟性為前提進行制造，勢必造成封閉環(huán)的極值公差超出設計公差。所以裝配過程中，必須加工修配某一特定組成環(huán)的尺寸[6]，使得整個裝配尺寸鏈達到設計公差要求。其中被修配加工的組成環(huán)稱為補償環(huán)（或修配環(huán)）。補償環(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償環(huán)，然后決定其余各組成環(huán)公差，最后計算補償環(huán)的預加工尺寸。至于如何計算補償環(huán)的預加工尺寸，則有傳統(tǒng)的分情況討論法與通用公式法兩種計算方法。

1.1 傳統(tǒng)的分情況討論法

以經濟性為前提，在正常生產條件下加工各組成環(huán)尺寸，那么，運用極值公差公式計算此時的封閉環(huán)公差為T0L，以及極限尺寸分別為A0Lmax和A0Lmin；倘若要采用修配法來實現儀器所需的裝配設計要求，即修配補償環(huán)之后獲得的封閉環(huán)尺寸應在設計要求的最大極限尺寸A0max與最小極限尺寸A0min之間，那么，在補償環(huán)修配前的封閉環(huán)公差T0L與設計要求的封閉環(huán)公差T0的對應關系應如圖1所示。通常，修配前的封閉環(huán)公差T0L要大于設計要求的封閉環(huán)公差T0。而修配前的封閉環(huán)尺寸如果已經處于設計要求的公差T0區(qū)間，則無需進行補償環(huán)修配。

圖1 修配法中封閉環(huán)公差設計值與實際值的相對關系

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

第一種情況：補償環(huán)是減環(huán)，修配補償環(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與設計要求的封閉環(huán)公差T0的相對位置關系應如圖1（a）所示。相關尺寸應滿足如下關系：

此時，修配前的公差T0L比設計要求的公差T0多出的那部分為F1，因為“越修越大”的情況，F1部分可以通過修配補償環(huán)，即減小補償環(huán)尺寸的措施，將其封閉環(huán)尺寸增大至設計要求的公差T0區(qū)間，便可符合裝配精度要求。

倘若A0Lmax＞A0max，即實際封閉環(huán)的最大極限尺寸超出設計尺寸，那么補償環(huán)被修配減小后，隨著“越修越大”，封閉環(huán)尺寸進一步增大，不僅無法將超出設計要求的封閉環(huán)尺寸進行修正，反而會加劇其尺寸偏離程度。

第二種情況：補償環(huán)是增環(huán)，修配補償環(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與設計要求的封閉環(huán)公差T0的相對位置關系應如圖1（b）所示。相關尺寸應滿足如下關系：

此時，修配前的公差T0L比設計要求的公差T0多出的那部分為F2，因為“越修越小”的情況，F2部分可以通過修配補償環(huán)，即減小補償環(huán)尺寸的措施，將其封閉環(huán)尺寸減小至設計要求的公差T0區(qū)間，便可符合裝配精度要求。

倘若A0Lmin＜A0min，即實際封閉環(huán)的最小極限尺寸小于設計尺寸，那么補償環(huán)被修配減小后，隨著“越修越小”，封閉環(huán)尺寸進一步減小，同樣無法將小于設計要求的封閉環(huán)尺寸進行修正，也會加劇其尺寸偏離程度。

1.2 通用公式法

無論補償環(huán)被修配后，封閉環(huán)的尺寸增大或者減小[9]，即無論選擇的補償環(huán)是增環(huán)還是減環(huán)，補償環(huán)的最小極限尺寸Abmin應為

2 兩種修配法的相互轉化

2.1 選定一減環(huán)作為補償環(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

當選取減環(huán)A2作為補償環(huán)時，根據傳統(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

當選取增環(huán)A2作為補償環(huán)時，根據傳統(tǒng)的分情況討論法，符合“越修越小”的情況，則有

式（7）的最終結果與通用公式法中式（3）亦完全一致。

3 結語

在修配裝配法中，無論選定的補償環(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算結果一致。傳統(tǒng)的分情況討論法簡單易懂，在判定補償環(huán)為增環(huán)或減環(huán)后，即可依照相應情況進行計算；通用公式法則無需提前判定補償環(huán)的屬性，即可通過既有公式進行計算，但通用公式相對復雜。所以，利用修配法計算裝配尺寸鏈時，兩種方法皆可通用，使用者可選取適合自己的方法進行計算，均可通過計算獲得正確的結果。