對虛擬設計中公差與配合的檢驗和分析方法

胡曉明（上海雄博精密儀器股份有限公司, 上海 200444）

對虛擬設計中公差與配合的檢驗和分析方法

胡曉明
（上海雄博精密儀器股份有限公司, 上海 200444）

將虛擬設計應用在公差與配合檢驗中。首先通過對標準公差及優先配合建立標準數據庫，其次確立公差與配合的檢驗準則，并對不合理的公差給出修正意見，然后對公差與配合進行了優化分析，最后以套筒作為實例進行了公差與配合優化分析，分析結果顯示滿足檢驗要求。

虛擬設計；檢驗方法；公差配合

1 引言

虛擬設計是將計算機圖形學、人工智能、計算機網絡技術、信息處理技術、機械設計與制造、虛擬現實技術等集為一體，在虛擬的情況下，對產品進行設想、設計、分析、制造和測試[1,2]。其本質是利用計算機仿真技術，在產品的初始設計階段模擬出產品開發全過程，并進行仿真、分析，從而預測產品的性能、質量、成本、可制造性等，進而提高產品的全局優化和產品設計的一次性成功率。目前，虛擬設計已經應用在機械行業的多個設計過程，包括機械建模、動態仿真、裝配干涉等方面，然而虛擬設計在公差與配合方面鮮有研究[3]。由于公差與配合的設計在產品的制造和裝配過程中扮演了很重要的角色，因此本文將重點研究虛擬設計中的公差與配合檢驗分析方法，這樣將對產品的制造成本及產品功能具有更好的現實意義和指導意義。

2 虛擬設計中公差與配合的檢驗與分析

在虛擬的環境下建立零件的裝配模型，并進行公差與配合的檢驗與分析，看其是否可以滿足零件的設計和裝配要求，對一些不滿足要求的公差進行修正分析，然后用面向對象化的可視化語言VB進行編程，實現公差與配合的檢驗分析。首先，依據國家標準提取公差與配合信息，并建立標準公差與基本偏差數據庫；然后通過優先常用的配合數據庫對公差和配合進行檢驗；最后對公差進行分析優化, 以便檢驗閉環尺寸是否符合設計要求, 若不滿足，則提出公差與配合的合理范圍，并重新設計產品的公差與配合。

2.1 建立標準數據庫

根據國標規定，公差的檢驗標準按國標規定的標準公差值進行檢驗，配合的檢驗標準按國標的優先配合和常用配合進行檢驗。由于基本偏差有28中，而且公差等級也有20級，其優先配合和常用配合也有很多種類型，因此這么龐大的組合需要用VB建立的強大數據庫，從而能更換的解決這一問題。在標準公差中，共劃分了13 個尺寸段（此尺寸段小于等于500 mm），此對應的每個尺寸段，對應的20個精度等級均有一個確定的標準公差值。因此，在建數據庫時，可以分開對常用尺寸和常用公差進行建立數據庫。

根據國標規定的孔和軸公差帶配合，基孔制的常用配合有59種,優先配合有13 種； 基軸制的常用配合有47 種, 優先配合有13 種。根據孔和軸的常用配合和優先配合參考標準，建立數據庫。

2.2 確立公差與配合的檢驗準則

2.2.1 確立公差檢驗準則

公差檢驗可以分三種，即零件只標注公差代號、只標注偏差數值、既標注公差代號又標注偏差數值。

（1）在零件的設計當中，若只標注了公差帶代號, 則只檢驗其公差等級是否符合國標的20 個等級；

（2）在零件的設計當中，若只標注了偏差數值, 則需要檢索標準公差數據庫中的所有數據, 假如能找到與偏差數值一致的記錄, 則公差標注正確。相反，可以從某一參考中找出最大的上偏差和最小的下偏差，此范圍為公差的區間，可以修改后進一步驗證。

（3）在零件的設計當中，若均標注了公差代號和偏差數值, 先假設基本偏差正確, 依據公差參考標準, 檢驗其偏差數值是否和公差代號一致, 如果不一致,則給出標準數值, 進行變更處理。

2.2.1 確立配合檢驗準則

通過在標準數據庫中查詢，看零件之間的配合是否選用合理的基準制、零件尺寸的公差等級是否合理、以及是否選用國標的優先配合和常用配合。若符合，則進行檢驗，等檢驗完成后，選出配合類型和結果，并給出具體的改進意見。

2.3 公差與配合的檢驗分析優化

確立公差與配合的檢驗準則后，需要對公差與配合進一步分析優化。公差與配合分析優化是依據已知各環的尺寸和公差，計算最終閉環的公差。計算的首要條件是要依據設計要求來決定組成環和封閉環,即把相互關聯尺寸的組成環連接, 形成一尺寸/公差鏈。通過對符合國標的公差進一步做公差分析, 以便檢驗設計尺寸/公差鏈的完整性與正確性, 從而提出進一步的建議。

3 根據實際案例進一步分析

套筒外表面與機體孔的配合為Ф70H7/m6，套筒內表面與軸的配合為Ф60H7/f7。由于套筒外表面與機體孔配合的最大過盈量為0.03mm，其內孔可能收縮0.045mm（假定內孔收縮量為此過盈量的1.5倍）。根據前文討論的公差與配合檢驗方法，先用VB進行建立數據庫，通過編程后對其公差和配合進行檢驗分析。

（1） 首先，用國標檢驗零件的公差與配合的正確性和合理性,看是否滿足要求。根據套筒的尺寸公差，檢驗其偏差數值是否符合國標。通過檢索數據庫發現Ф60 mm 直徑段的上偏差為0. 030 mm , 與標準偏差比較后顯示不一致, 建議改為0. 018 mm。

（2）其次，檢驗配合是否正確和合理。根據標準件之間的配合檢驗準則檢驗套與筒的配合。通過檢索數據庫發現套筒外表面與機體孔的配合為Ф70H7/m6，套筒內表面與軸的配合為Ф60H7/f7，且不是優先或常用配合。

（3）通過上述兩步，可以完成公差與配合檢驗。

（4）根據幾何尺寸計算裝配零件的幾何尺寸誤差，從而判定尺寸/公差鏈是否符合要求。

4 結論

運用虛擬設計，通過對公差與配合建立數據庫，并經過面向對象的VB編程，實現對虛擬設計過程中的公差與配合的檢驗分析。從而找出產品裝配前的公差與配合的不合理性，實時提出意見進行修正，從而提高了產品的設計生產效率，以及降低了生產成本，對后期的產品裝配有進一步的指導意義。

[1]余寧，阮毅.虛擬設計在數控機床研究開發中的應用[J].機電工程技術，2001(40).

[2]王剛，郭連水，韋雪琴. 基于制造能力的裝配公差分析和優化方法[J].航空制造技術, 2004(02):74-77.

[3]廖念釗.互換性與測量技術基礎[M].北京:中國計量出版社,2002.