基于機械產(chǎn)品大量生產(chǎn)中的公差設(shè)計

摘 要：產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線。為確保機械產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，文章應(yīng)用尺寸鏈原理校驗、計算了原公差設(shè)計方案。并提出了經(jīng)計算后的可行性調(diào)整建議，在實際生產(chǎn)中保證了機械產(chǎn)品的裝配精度和使用可靠性。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；大量生產(chǎn)；尺寸鏈；公差

引言

機械產(chǎn)品一般都是由若干零件、組件和部件裝配而成的。零件是構(gòu)成機械的最小單元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保證裝配精度、機械使用可靠性的基礎(chǔ)和根本。因此，零件工藝制造設(shè)計時不但要考慮滿足最小單元的技術(shù)要求，還必須考慮該零件是否能滿足裝配的技術(shù)要求。即能否滿足裝配中的尺寸精度、位置精度、運動精度、接觸精度等方面的技術(shù)要求。在大量生產(chǎn)中，控制上述精度的最有效方法是應(yīng)用裝配尺寸鏈原理進(jìn)行綜合分析、計算、校驗、合理設(shè)計零件公差。以期達(dá)到所生產(chǎn)的零件都是合格品，通過完全互換裝配法，裝配成性能可靠、使用方便、品質(zhì)優(yōu)良的機械產(chǎn)品。

1 問題的提出

課題為某廠的機械產(chǎn)品一A型機械手。取物部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中機械手沿A向運動，通過B 向施力，將03-5（撥柄）轉(zhuǎn)動（撥柄通過撥柄軸安裝在支座上），夾持位置由對面距Xd尺寸限制（如圖2所示），夾持力大小通過直面距Xj調(diào)整（如圖1所示）。這兩個尺寸相關(guān)聯(lián)，若設(shè)計不合理，導(dǎo)致裝配中出現(xiàn)了超差問題，廢品率約占25%。現(xiàn)通過尺寸鏈分析、計算、校驗A型機械手/03-01裝配03-3（支座）、03-5（撥柄）后，能否保證滿足裝配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技術(shù)要求。

2 校驗計算

所謂大量生產(chǎn)是指：同一產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量很大（5000件/年以上），大多數(shù)工作地點經(jīng)常按一定節(jié)奏重復(fù)進(jìn)行某一零件的某一工序的加工。大量生產(chǎn)類型所采用的裝配方法是完全互換法，裝配時各配合零件可不經(jīng)挑選、修配及調(diào)換，即可達(dá)到規(guī)定的裝配精度的裝配方法。為確保機械裝配后的精度，其裝配尺寸鏈采用極值法解算，計算公式如下。

封閉環(huán)的基本尺寸：

封閉環(huán)的極限尺寸：

封閉環(huán)的上偏差：

封閉環(huán)的下偏差：

封閉環(huán)的公差：

2.1 計算條件

2.1.1 條件一

根據(jù)受力條件并簡化分析計算，考慮撥柄通過03-6（撥柄軸）與支座的相對位置：當(dāng)計算直面距Xj時，認(rèn)為撥柄與支座接觸的位置在1點；計算對面距Xd時認(rèn)為撥柄與支座接觸的位置在2點。

2.1.2 條件二

形位公差中只考慮支座撥柄槽直徑的同軸度和撥柄φ6.04H9孔的垂直度影響，其余忽略不計。

2.1.3 列出已知條件：03-3（支座）、03-5（撥柄）零件圖如圖3所示，已知數(shù)據(jù)如表1所示。

圖3

表1

2.2 根據(jù)已知條件繪制尺寸鏈圖如圖4所示

圖4

2.3 依據(jù)組成環(huán)性質(zhì)判斷各環(huán)增減性

封閉環(huán)：Xj、Xd

增環(huán)、減環(huán)判斷可根據(jù)公式：

當(dāng)？孜i為正值時，為增環(huán)；當(dāng)？孜i為負(fù)值時，為減環(huán)。

2.4 根據(jù)極值法基本公式建立方程式：

Ci2=C1i2+C2i2 （i=3，4，5） （1）

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-Ci×cos（аji）+L15/2=0 （2）

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-Ci×sin（аji）=0 （3）

аji=аj+аni （j=1，2） （4）

аni=atan（C1i/C2i） （i=3，4，5） （5）

а1=а01-а0 （6）

B1-A×cos（а2）- sqrt（A12+B12-A2）×sin（а2）=0 （7）

а2=π/2- atan（A1/B1）- atan（A/sqrt（A12+B12-A2）） （8）

а01=asin（LB/B） （9）

а0=atan（L13/（L12-L14） （10）

A1=L1-L4+LR； B1=L8-L2-L6

LR=L6× tan（π/2-（π/2+L7）/2）

A=L13-L6 ； B=（（L12-L14）2+L15/2

LB=L8-L2+L3/2-L20+L17/2

C13=L13-L16 ； C23=L12

C14=L13+L18-L19 ； C24=L12

C15=L13-L16 ； C25=L12 +L11

2.5 依據(jù)方程式計算Xj

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C3× cos（а13） -L15=0

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C4× cos（а14） -L15=0

2.6 依據(jù)方程式計算Xd

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C3× sin（а13）=0

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C5× sin（а15）=0

2.7 計算結(jié)果：計算結(jié)果如表2所示（代入數(shù)據(jù)計算略）

表2

2.8 計算結(jié)果分析

從計算結(jié)果表2中可知，按照原圖紙尺寸制造的支座、撥柄，不能夠保證產(chǎn)品圖裝配要求，在極限情況時，直面距最小可到2.803，而此時相應(yīng)的對面距到了最大24.905，若修銼保證對面距，則直面距更小，裝配中不可再調(diào)整。

3 調(diào)整建議

通過對計算結(jié)果的分析，可看出直面距最大值、對面距最小值離產(chǎn)品圖要求還有余量，是尺寸分配不合理造成，將支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）調(diào)整為11.95JS11和11.05JS11后，調(diào)整后的計算結(jié)果如表3所示。

表3

從表3中可看出，在極限情況時，直面距最小值、對面距最大值可位于產(chǎn)品圖要求范圍內(nèi)；而直面距最大值若處于極限情況時，超差有0.0144，而此時對面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通過修銼支座保證滿足產(chǎn)品圖要求。

因此，建議調(diào)整03-3（支座）的12.05JS11為11.95JS11；調(diào)整11.1JS11為11.05JS11。

4 結(jié)束語

通過建立尺寸鏈分析，可以對機械產(chǎn)品的尺寸公差進(jìn)行合理性校驗、計算，從中發(fā)現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)和加工中存在的問題。從而加以改進(jìn)和調(diào)整設(shè)計中不合理的尺寸，避免大量生產(chǎn)中出現(xiàn)批量廢品，對實際生產(chǎn)過程有指導(dǎo)作用。使機械制造活動達(dá)到低成本、高精度、高可靠性的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]吳拓.機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]鄭修本，馮冠大.機械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[3]顧崇銜.機械制造工藝學(xué)[M].陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1981.

[4]劉守勇. 機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]馮之敬.機械制造工程原理[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1999.

作者簡介：李煥英（1961-），女，云南昆明人，云南開放大學(xué)，講師，大學(xué)本科，研究方向為機械制造及機械課教學(xué)。endprint

摘 要：產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線。為確保機械產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，文章應(yīng)用尺寸鏈原理校驗、計算了原公差設(shè)計方案。并提出了經(jīng)計算后的可行性調(diào)整建議，在實際生產(chǎn)中保證了機械產(chǎn)品的裝配精度和使用可靠性。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；大量生產(chǎn)；尺寸鏈；公差

引言

機械產(chǎn)品一般都是由若干零件、組件和部件裝配而成的。零件是構(gòu)成機械的最小單元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保證裝配精度、機械使用可靠性的基礎(chǔ)和根本。因此，零件工藝制造設(shè)計時不但要考慮滿足最小單元的技術(shù)要求，還必須考慮該零件是否能滿足裝配的技術(shù)要求。即能否滿足裝配中的尺寸精度、位置精度、運動精度、接觸精度等方面的技術(shù)要求。在大量生產(chǎn)中，控制上述精度的最有效方法是應(yīng)用裝配尺寸鏈原理進(jìn)行綜合分析、計算、校驗、合理設(shè)計零件公差。以期達(dá)到所生產(chǎn)的零件都是合格品，通過完全互換裝配法，裝配成性能可靠、使用方便、品質(zhì)優(yōu)良的機械產(chǎn)品。

1 問題的提出

課題為某廠的機械產(chǎn)品一A型機械手。取物部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中機械手沿A向運動，通過B 向施力，將03-5（撥柄）轉(zhuǎn)動（撥柄通過撥柄軸安裝在支座上），夾持位置由對面距Xd尺寸限制（如圖2所示），夾持力大小通過直面距Xj調(diào)整（如圖1所示）。這兩個尺寸相關(guān)聯(lián)，若設(shè)計不合理，導(dǎo)致裝配中出現(xiàn)了超差問題，廢品率約占25%。現(xiàn)通過尺寸鏈分析、計算、校驗A型機械手/03-01裝配03-3（支座）、03-5（撥柄）后，能否保證滿足裝配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技術(shù)要求。

2 校驗計算

所謂大量生產(chǎn)是指：同一產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量很大（5000件/年以上），大多數(shù)工作地點經(jīng)常按一定節(jié)奏重復(fù)進(jìn)行某一零件的某一工序的加工。大量生產(chǎn)類型所采用的裝配方法是完全互換法，裝配時各配合零件可不經(jīng)挑選、修配及調(diào)換，即可達(dá)到規(guī)定的裝配精度的裝配方法。為確保機械裝配后的精度，其裝配尺寸鏈采用極值法解算，計算公式如下。

封閉環(huán)的基本尺寸：

封閉環(huán)的極限尺寸：

封閉環(huán)的上偏差：

封閉環(huán)的下偏差：

封閉環(huán)的公差：

2.1 計算條件

2.1.1 條件一

根據(jù)受力條件并簡化分析計算，考慮撥柄通過03-6（撥柄軸）與支座的相對位置：當(dāng)計算直面距Xj時，認(rèn)為撥柄與支座接觸的位置在1點；計算對面距Xd時認(rèn)為撥柄與支座接觸的位置在2點。

2.1.2 條件二

形位公差中只考慮支座撥柄槽直徑的同軸度和撥柄φ6.04H9孔的垂直度影響，其余忽略不計。

2.1.3 列出已知條件：03-3（支座）、03-5（撥柄）零件圖如圖3所示，已知數(shù)據(jù)如表1所示。

圖3

表1

2.2 根據(jù)已知條件繪制尺寸鏈圖如圖4所示

圖4

2.3 依據(jù)組成環(huán)性質(zhì)判斷各環(huán)增減性

封閉環(huán)：Xj、Xd

增環(huán)、減環(huán)判斷可根據(jù)公式：

當(dāng)？孜i為正值時，為增環(huán)；當(dāng)？孜i為負(fù)值時，為減環(huán)。

2.4 根據(jù)極值法基本公式建立方程式：

Ci2=C1i2+C2i2 （i=3，4，5） （1）

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-Ci×cos（аji）+L15/2=0 （2）

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-Ci×sin（аji）=0 （3）

аji=аj+аni （j=1，2） （4）

аni=atan（C1i/C2i） （i=3，4，5） （5）

а1=а01-а0 （6）

B1-A×cos（а2）- sqrt（A12+B12-A2）×sin（а2）=0 （7）

а2=π/2- atan（A1/B1）- atan（A/sqrt（A12+B12-A2）） （8）

а01=asin（LB/B） （9）

а0=atan（L13/（L12-L14） （10）

A1=L1-L4+LR； B1=L8-L2-L6

LR=L6× tan（π/2-（π/2+L7）/2）

A=L13-L6 ； B=（（L12-L14）2+L15/2

LB=L8-L2+L3/2-L20+L17/2

C13=L13-L16 ； C23=L12

C14=L13+L18-L19 ； C24=L12

C15=L13-L16 ； C25=L12 +L11

2.5 依據(jù)方程式計算Xj

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C3× cos（а13） -L15=0

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C4× cos（а14） -L15=0

2.6 依據(jù)方程式計算Xd

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C3× sin（а13）=0

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C5× sin（а15）=0

2.7 計算結(jié)果：計算結(jié)果如表2所示（代入數(shù)據(jù)計算略）

表2

2.8 計算結(jié)果分析

從計算結(jié)果表2中可知，按照原圖紙尺寸制造的支座、撥柄，不能夠保證產(chǎn)品圖裝配要求，在極限情況時，直面距最小可到2.803，而此時相應(yīng)的對面距到了最大24.905，若修銼保證對面距，則直面距更小，裝配中不可再調(diào)整。

3 調(diào)整建議

通過對計算結(jié)果的分析，可看出直面距最大值、對面距最小值離產(chǎn)品圖要求還有余量，是尺寸分配不合理造成，將支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）調(diào)整為11.95JS11和11.05JS11后，調(diào)整后的計算結(jié)果如表3所示。

表3

從表3中可看出，在極限情況時，直面距最小值、對面距最大值可位于產(chǎn)品圖要求范圍內(nèi)；而直面距最大值若處于極限情況時，超差有0.0144，而此時對面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通過修銼支座保證滿足產(chǎn)品圖要求。

因此，建議調(diào)整03-3（支座）的12.05JS11為11.95JS11；調(diào)整11.1JS11為11.05JS11。

4 結(jié)束語

通過建立尺寸鏈分析，可以對機械產(chǎn)品的尺寸公差進(jìn)行合理性校驗、計算，從中發(fā)現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)和加工中存在的問題。從而加以改進(jìn)和調(diào)整設(shè)計中不合理的尺寸，避免大量生產(chǎn)中出現(xiàn)批量廢品，對實際生產(chǎn)過程有指導(dǎo)作用。使機械制造活動達(dá)到低成本、高精度、高可靠性的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]吳拓.機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]鄭修本，馮冠大.機械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[3]顧崇銜.機械制造工藝學(xué)[M].陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1981.

[4]劉守勇. 機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]馮之敬.機械制造工程原理[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1999.

作者簡介：李煥英（1961-），女，云南昆明人，云南開放大學(xué)，講師，大學(xué)本科，研究方向為機械制造及機械課教學(xué)。endprint

摘 要：產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線。為確保機械產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，文章應(yīng)用尺寸鏈原理校驗、計算了原公差設(shè)計方案。并提出了經(jīng)計算后的可行性調(diào)整建議，在實際生產(chǎn)中保證了機械產(chǎn)品的裝配精度和使用可靠性。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；大量生產(chǎn)；尺寸鏈；公差

引言

機械產(chǎn)品一般都是由若干零件、組件和部件裝配而成的。零件是構(gòu)成機械的最小單元，零件的加工精度和加工精度的一致性是保證裝配精度、機械使用可靠性的基礎(chǔ)和根本。因此，零件工藝制造設(shè)計時不但要考慮滿足最小單元的技術(shù)要求，還必須考慮該零件是否能滿足裝配的技術(shù)要求。即能否滿足裝配中的尺寸精度、位置精度、運動精度、接觸精度等方面的技術(shù)要求。在大量生產(chǎn)中，控制上述精度的最有效方法是應(yīng)用裝配尺寸鏈原理進(jìn)行綜合分析、計算、校驗、合理設(shè)計零件公差。以期達(dá)到所生產(chǎn)的零件都是合格品，通過完全互換裝配法，裝配成性能可靠、使用方便、品質(zhì)優(yōu)良的機械產(chǎn)品。

1 問題的提出

課題為某廠的機械產(chǎn)品一A型機械手。取物部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中機械手沿A向運動，通過B 向施力，將03-5（撥柄）轉(zhuǎn)動（撥柄通過撥柄軸安裝在支座上），夾持位置由對面距Xd尺寸限制（如圖2所示），夾持力大小通過直面距Xj調(diào)整（如圖1所示）。這兩個尺寸相關(guān)聯(lián)，若設(shè)計不合理，導(dǎo)致裝配中出現(xiàn)了超差問題，廢品率約占25%。現(xiàn)通過尺寸鏈分析、計算、校驗A型機械手/03-01裝配03-3（支座）、03-5（撥柄）后，能否保證滿足裝配尺寸Xd=24.35～24.75和Xj=2.9～3.2的技術(shù)要求。

2 校驗計算

所謂大量生產(chǎn)是指：同一產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量很大（5000件/年以上），大多數(shù)工作地點經(jīng)常按一定節(jié)奏重復(fù)進(jìn)行某一零件的某一工序的加工。大量生產(chǎn)類型所采用的裝配方法是完全互換法，裝配時各配合零件可不經(jīng)挑選、修配及調(diào)換，即可達(dá)到規(guī)定的裝配精度的裝配方法。為確保機械裝配后的精度，其裝配尺寸鏈采用極值法解算，計算公式如下。

封閉環(huán)的基本尺寸：

封閉環(huán)的極限尺寸：

封閉環(huán)的上偏差：

封閉環(huán)的下偏差：

封閉環(huán)的公差：

2.1 計算條件

2.1.1 條件一

根據(jù)受力條件并簡化分析計算，考慮撥柄通過03-6（撥柄軸）與支座的相對位置：當(dāng)計算直面距Xj時，認(rèn)為撥柄與支座接觸的位置在1點；計算對面距Xd時認(rèn)為撥柄與支座接觸的位置在2點。

2.1.2 條件二

形位公差中只考慮支座撥柄槽直徑的同軸度和撥柄φ6.04H9孔的垂直度影響，其余忽略不計。

2.1.3 列出已知條件：03-3（支座）、03-5（撥柄）零件圖如圖3所示，已知數(shù)據(jù)如表1所示。

圖3

表1

2.2 根據(jù)已知條件繪制尺寸鏈圖如圖4所示

圖4

2.3 依據(jù)組成環(huán)性質(zhì)判斷各環(huán)增減性

封閉環(huán)：Xj、Xd

增環(huán)、減環(huán)判斷可根據(jù)公式：

當(dāng)？孜i為正值時，為增環(huán)；當(dāng)？孜i為負(fù)值時，為減環(huán)。

2.4 根據(jù)極值法基本公式建立方程式：

Ci2=C1i2+C2i2 （i=3，4，5） （1）

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-Ci×cos（аji）+L15/2=0 （2）

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-Ci×sin（аji）=0 （3）

аji=аj+аni （j=1，2） （4）

аni=atan（C1i/C2i） （i=3，4，5） （5）

а1=а01-а0 （6）

B1-A×cos（а2）- sqrt（A12+B12-A2）×sin（а2）=0 （7）

а2=π/2- atan（A1/B1）- atan（A/sqrt（A12+B12-A2）） （8）

а01=asin（LB/B） （9）

а0=atan（L13/（L12-L14） （10）

A1=L1-L4+LR； B1=L8-L2-L6

LR=L6× tan（π/2-（π/2+L7）/2）

A=L13-L6 ； B=（（L12-L14）2+L15/2

LB=L8-L2+L3/2-L20+L17/2

C13=L13-L16 ； C23=L12

C14=L13+L18-L19 ； C24=L12

C15=L13-L16 ； C25=L12 +L11

2.5 依據(jù)方程式計算Xj

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C3× cos（а13） -L15=0

Xj+L1-L3/2+L20-L17/2-C4× cos（а14） -L15=0

2.6 依據(jù)方程式計算Xd

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C3× sin（а13）=0

Xd-L9/2+ L10-L2-L3/2+L20-L17/2-C5× sin（а15）=0

2.7 計算結(jié)果：計算結(jié)果如表2所示（代入數(shù)據(jù)計算略）

表2

2.8 計算結(jié)果分析

從計算結(jié)果表2中可知，按照原圖紙尺寸制造的支座、撥柄，不能夠保證產(chǎn)品圖裝配要求，在極限情況時，直面距最小可到2.803，而此時相應(yīng)的對面距到了最大24.905，若修銼保證對面距，則直面距更小，裝配中不可再調(diào)整。

3 調(diào)整建議

通過對計算結(jié)果的分析，可看出直面距最大值、對面距最小值離產(chǎn)品圖要求還有余量，是尺寸分配不合理造成，將支座上的12.05JS11（L8）和11.1JS11（L1）調(diào)整為11.95JS11和11.05JS11后，調(diào)整后的計算結(jié)果如表3所示。

表3

從表3中可看出，在極限情況時，直面距最小值、對面距最大值可位于產(chǎn)品圖要求范圍內(nèi)；而直面距最大值若處于極限情況時，超差有0.0144，而此時對面距最小值在24.392，有0.042的余量，可通過修銼支座保證滿足產(chǎn)品圖要求。

因此，建議調(diào)整03-3（支座）的12.05JS11為11.95JS11；調(diào)整11.1JS11為11.05JS11。

4 結(jié)束語

通過建立尺寸鏈分析，可以對機械產(chǎn)品的尺寸公差進(jìn)行合理性校驗、計算，從中發(fā)現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)和加工中存在的問題。從而加以改進(jìn)和調(diào)整設(shè)計中不合理的尺寸，避免大量生產(chǎn)中出現(xiàn)批量廢品，對實際生產(chǎn)過程有指導(dǎo)作用。使機械制造活動達(dá)到低成本、高精度、高可靠性的目的。

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作者簡介：李煥英（1961-），女，云南昆明人，云南開放大學(xué)，講師，大學(xué)本科，研究方向為機械制造及機械課教學(xué)。endprint