尺寸公差

尺寸公差（精选9篇）

尺寸公差 篇1

1 引言

机械零件除了要求有一定的尺寸精度来控制零件的大小外,为了保证装配过程中各零件间的配合关系,以满足零件在工作过程中的各种性能要求,零件必须具有一定的形状精度和位置精度。尺寸公差、形位公差项目及精度的合理选择不仅是保证零件技术性能的要求的基础,也是降低生产成本,提高产品经济性的重要因素。零件的尺寸精度、形状精度以及位置精度之间既相互联系,又相互制约,因此,只有弄清它们之间的相互关系,才能做到合理选用。

2 确定零件形体的要素

由于零件是空间形体,是三维空间的量,因此要描述它的形体,就必须在六个自由度即沿x、y、z三个坐标轴的移动自由度和分别绕这三个坐标轴转动的旋转自由度加以限定。如图1所示的具有六个自由度的长方体来说,只要标注出其长、宽、高度尺寸a、b、c,就可以确定这个长方体的大小形状。也就是说,长方体的长、宽、高所描述的是各不相同的自由度上的量,即分别沿y、x、z轴的移动自由度的量,并且,它们之间是相互独立的,是一个平移自由度上的量。

零件构成要素在旋转自由度上的情况如图2所示。平面ABCO绕x轴的旋转至平面AB0C0O的位置时,引起平面ABCO对平面xoy的垂直度误差;若该平面绕z轴旋转至平面A′B′CO的位置,虽然两平面之间的位置变了,但并不影响该两平面间的垂直度;如果ABCO平面绕y轴旋转到A″B″CO位置,也不会改变平面ABCO对平面xoy的垂直度。另外,零件绕x轴的回转误差,不会改变零件绕y轴或z轴的回转误差;同理,零件绕y轴(或z轴)的回转误差,也不会改变零件绕x轴或z轴(或x轴或y轴)的回转误差。可见,平面与平面之间的垂直度,只反映它们在一个旋转自由度上的位置误差。

平面ABCD对平面xoy的平行度,如图3所示。当平面ABCD绕x轴旋转到A′B′CD后,将造成此两平面的不平行。同样平面绕y轴旋转到平面AB0C0D的位置,也必导致该两平面的不平行。但是平面ABCD绕z轴旋转到AB″C″D位置,对该两平面的平行度没有影响,因此,平面与平面之间的平行度,反映了二个旋转自由度上的误差要求。

可见,尺寸及其公差都反映在数轴上,描述了平移自由度,它是一个自由度上的量。位置关系则描述了旋转自由度。

3 尺寸公差与形状公差的关系

国标GB/T 1958-2004规定,形状误差是指单一被测提取要素对其拟合要素的变动量[1]。形状误差包括直线度误差、平面度误差、圆度误差、圆柱度误差等4项。圆柱度是限制提取圆柱面对拟合圆柱面变动量的一项指标。它的公差带是以公差值f为半径差的两个同轴圆柱面之间的区域如图4(a)。它控制了圆柱体径向剖面和轴向剖面内的各项形状公差,如圆度公差带图4(b)、轴线直线度,素线直线度公差带如图4(c)等。可见,其公差带是宽度为f的移动自由度的量,所以,可以用尺寸公差来控制。例如某轴的尺寸要求为ɸ500-0.025,即表示轴径允许在ɸ49.975～ɸ50mm之间变动,则圆度误差也就自然地控制在直径差为0.025mm的两个同心圆之间。所以当形状误差可由尺寸公差控制时,就不必再给出形状公差要求。只有在给定的尺寸公差范围内,形状精度尚不能满足设计要求时,才可给出形状公差。

4 尺寸公差与位置公差之间的关系

国标GB/T 1958-2004规定位置误差由定向误差、定位误差、圆跳动3项组成。

4.1 定向误差

定向误差包括平行度误差、垂直度误差、倾斜度误差等3项。根据上面的分析,垂直度误差、倾斜度误差是一个旋转自由度上的位置关系,所以,可以用尺寸公差来控制。至于平行度误差,平面对平面的平行度误差是二个旋转自由度上的位置关系(如图3),所以,不能用尺寸公差来完全控制。但是圆柱体是规则的回转体如图5所示,当它绕y轴(轴线)转动时,其中的素线AB与相对应的素线以及平面xoy的平行度不会改变。同样,绕z轴转动,也不会改变其平行度。但绕x轴转动,则改变其平行度。可见,圆柱体表面间的平行度是一个旋转自由度上的位置关系,所以可以用尺寸公差来控制。

4.2 定位误差

定位误差包括同轴度、对称度及位置度误差,其公差带如图6所示。可见,定位误差公差带也是移动自由度上的量,可以用尺寸公差来控制。

4.3 跳动

跳动包括圆跳动和全跳动,圆跳动是指关联被测提取要素绕基准轴线做无轴向移动回转一周时,由位置固定的指示计在给定方向上测得的最大与最小示值之差[1]。其中,径向圆跳动的公差带与圆度误差公差带相同时移动自由度上的量可以用尺寸公差来控制。而端面跳动误差的公差带,则是二个旋转自由度上的量,不能用尺寸公差带来完全控制。

零件上的尺寸公差与有关位置公差相互牵连,当尺寸精度要求高于位置公差精度要求,且可用尺寸公差来控制的位置公差项目,就不必再标注位置公差。反之,位置精度要求高于尺寸精度要求时,在零件图中必须标注位置公差。

5 位置公差与形状公差之间的关系

在一般情况下,由二个旋转自由度控制的位置误差,能够控制有一个旋转自由度的形状误差。如定位公差中的平行度可以控制形状误差中的平面度;径向跳动可以控制圆度;同轴度可以控制轴线的直线度等。因此,在选择形位公差时,首先考虑位置公差。当位置公差选定后,且能够控制相应的形状误差,并能满足使用要求,则可以不考虑形状公差的要求[2]。

用尺寸公差、形状公差以及位置公差来确定零件同一要素的各种不同公差时,应注意它们之间的相互关系,一般应符合T形状

6 结语

零件的尺寸精度、形状精度、位置精度,对其技术性能、加工、检测及评定方法都有很大的影响。因此,只有在保证零件功能的前提下,根据不同的生产条件、检测条件合理选择尺寸公差、形状公差以及位置公差,才能降低制造成本,提高产品的经济性。

摘要：零件的尺寸公差、形位公差项目及精度的合理选择不仅是保证零件技术性能要求的基础,也是降低生产成本,提高产品经济性的重要因素。零件的尺寸精度、形状精度以及位置精度之间既相互联系,又相互制约,因此,弄清它们之间的相互关系,对机械零件的设计是十分重要的。

关键词：尺寸公差,形位公差,关系

参考文献

[1]GB/T 1958-2004,产品几何量技术规范(GPS)形状和位置公差检测规定[S].

[2]李国富.简析形位公差选择的合理性[J].鄂州大学学报,2007(3):350-37.

[3]任桂华.零件设计中形位公差的正确选用[J].机械工程师,2007(10):119-120.

尺寸公差 篇2

钻套内孔(又称导向孔)直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，并采用基轴制间隙配合，钻孔或扩孔时其公差取F7或F8，粗铰时取G7，精铰时取G6。若钻套引导的是刀具的导柱部分，则可按基孔制的相应配合选取，如H7/f7、H7/g6或H6/g5等。

②导向长度H

钻套的导向长度H对刀具的导向作用影响很大，H较大时，刀具在钻套内不易产生偏斜，但会加快刀具与钻套的磨损;H过小时，则钻孔时导向性不好，

通常取导向长度H与其孔径之比为：H/d=1~2.5。当加工精度要求较高或加工的孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则H/d值可取大些，如钻孔直径d<5mm时，应取H/d≥2.5;如加工两孔的距离公差为±0.05mm时，可取H/d=2.5~3.5。

③排屑间隙h

尺寸公差 篇3

图1为前、后大梁搭接处。从搭接处的截面图 (如图2) 可知, 搭接区域都是作为焊接面的。所以, 在制造工艺上大梁的翻边、两边的侧壁、底部3个区域都是作为贴合面要求的。但在实际生产中, 同时满足这种复杂结构的所有面都贴合是很困难的。因此, 在实际生产中要分析确定这几个贴合面的优先级以及它们在失效时可能会造成的影响, 再从尺寸公差角度分析控制大梁搭接匹配区域各个匹配面的公差。

1.1 截面图分段

先将大梁搭接区域的截面图分为几段 (如图3) , 大梁两侧要求相同, 所以在此只标出一侧, 另一侧与之对称。a到b部分是大梁翻边搭接区域;c到d部分是大梁侧壁搭接区域;e到f部分是大梁底部搭接区域;b到c和d到e两部分是内外大梁的圆角配合区域, 是一个特殊的匹配区域, 属于非焊接区域。

1.2 截面图分段的优先级

确定将大梁搭接区域截面分为上述4个部分后, 再确定各个部分匹配的优先级问题。首先应该保证底部贴合, 其次是内外大梁侧壁间隙尺寸控制, 最后才是翻边间隙的尺寸控制。因为大梁底部的可变形量最小, 如果底部不贴合, 会发生下面两种情况。

(1) 如果内外大梁搭接匹配时底部离空尺寸较大, 会直接导致焊接时发生焊穿, 无法完成零件焊接。

(2) 如果内外大梁搭接匹配时底部离空较小, 焊接时焊枪压力使零件发生局部变形, 焊接在一起, 会造成很大的焊接应力存在, 影响大梁的焊接强度。

侧壁的贴合度要求次之是因为侧壁的可变形量比底部钣金可变形量大。但是, 侧壁的变形量和翻边的可变形量相比就较小。另外, 侧壁的焊接强度也比翻边重要。所以, 翻边的贴合度要求在整个大梁搭接区域的公差尺寸环中应该是作为最后一个闭合要素的, 是作为最后一级的匹配面来要求的。

2 搭接匹配失效模式及公差控制分析

下面列出了大梁搭接匹配区域的几种可能失效模式, 同样分为4种匹配失效模式。

a.匹配失效模式一:内外大梁的两边侧壁干涉, 导致内大梁下不到位。

b.匹配失效模式二:内外大梁圆角干涉, 导致内大梁下不到位。

c.匹配失效模式三:内外大梁翻边贴合后, 底部区域没有贴合, 间隙较大。

d.匹配失效模式四:内外大梁底部区域贴合后, 翻边离空。

2.1 匹配失效模式一

如图4, 如果侧壁发生干涉, 就会导致内大梁下不到位, 造成翻边离空和底部离空。正如前面提到:底部离空是不可接受的, 因为底部的钣金变形能力最小, 底部离空会造成焊接击穿。即使没有击穿, 也会产生很大的焊接应力, 直接影响前后大梁焊接强度。而对于翻边离空, 焊接时可以通过钣金局部变形来完成内外大梁翻边的焊接。

对于这种失效模式, 在对内外大梁的尺寸公差控制上分别作如下要求。

(1) 外大梁公差控制

对于外大梁, 控制内壁的公差以内壁数模为基准, 控制单边公差, 控制尺寸向着外面偏差。这样, 在制造冲压件的模具时, 此区域内部模具的侧壁之间尺寸就应该比数模放大。在实际冲压模具制造时, 大梁搭接区域的模具应按照单向公差来制造, 如图5。

(2) 内大梁公差控制

对于内大梁, 控制外壁的公差以外壁数模为基准, 控制单边公差, 控制大梁外壁向里面偏差, 如图6。

这样, 在冲压件制造时根据单边公差来控制模具的整形尺寸和方向, 从冲压件制造源头防止内外大梁侧壁干涉带来的失效模式。

2.2 匹配失效模式二

如果内大梁的圆角小, 也就是圆角过渡太尖锐, 而外大梁的圆角大, 过渡得太平缓, 就会产生圆角干涉 (如图7) 。一旦发生圆角干涉, 其他如翻边、侧壁、底部等要求贴合匹配的面都不能够贴合。

解决上述问题的办法就是将内大梁的圆角设计较大, 而外大梁的圆角设计较小 (如图8) , 这样就在结构设计上解决了内外大梁圆角干涉的问题。

在实际制造中, 形成的弯曲段并不是R角, 而是一段曲线。与R角同样的道理, 这时将内大梁的弯曲区域曲率做小、外大梁的弯曲区域曲率做大就可以防止内外大梁圆角干涉这种失效模式的发生。

图9、图10分别是翻边处圆角、底部圆角的匹配情况。设计要达到的圆角匹配理想状态是内外大梁匹配后圆角匹配区域形成一定的间隙。

2.3 匹配失效模式三

造成翻边贴合后底部区域不能贴合的原因有两个:内大梁高度不够或者是外大梁高度太高 (如图11) 。由于确定了底部贴合面的优先级是最高的, 所以不允许这种失效模式发生。

2.4 匹配失效模式四

造成内外大梁底部区域贴合后翻边离空的原因也有两个:内大梁高度太高或者外大梁高度小 (如图12) 。翻边贴合面作为大梁贴合匹配区域的最低级的贴合面, 所以这种失效模式是希望得到的公差匹配结果, 可将翻边的离空尺寸作为整个尺寸环的最后一个环节来控制。

以上4种失效模式都是由大梁搭接区域的截面分析而来的, 实际贴合区域是一段大梁, 根据微分原理, 这段贴合区域是由无数小段截面组合而成的。

3 匹配分析总结

3.1 大梁匹配区域结构设计

前后大梁匹配贴合面区域作为大梁的一部分, 结构上应该对这段搭接匹配区域单独设计独立的面。内大梁的结构设计如图13。这种内大梁针对贴合区域单独设计贴合面, 如图13中b1 c1之间的面。翻边也要独立设计, 如图13中a1 d1。这样, 可以将要求的公差很好地应用到贴合面。

外大梁与内大梁的结构设计不同。外大梁的侧壁贴合区域是整个大梁的一部分, 如果要按照尺寸公差控制冲压件的制造, 就要将这整个面都作为公差调整面来处理。如果仅对这一段贴合区域进行单向偏差上的处理, 在模具制造上是很难实现的, 因为在一块连续的钣金上实际偏差处理是一个渐变的过程, 很难实现突变。所以, 单独对大梁的一部分进行单边公差处理必然会受到未处理公差部分大梁的回弹影响。因此, 本文中的外大梁的结构设计不合理, 应该为贴合匹配区域单独设计独立的贴合面, 如图13所示在g1的位置设计台阶, 保证g1～e1区域为大梁匹配面。

3.2 大梁匹配区域尺寸公差控制

初步确定大梁搭接区域的尺寸公差设计如图14、图15。

4 结束语

尺寸公差 篇4

UDC 621.71:744机械制图.4:621.753尺寸公差与配合注法.1/2Mechanical drawingsGB 4458.5-84Indication of tolerances for size and of fits代替GB 130-741 引言1.1 本标准规定了在机械图样中标注线性尺寸公差的方法，

机械制图标准-机械制图--尺寸公差与配合注法

尺寸公差 篇5

抽查结果:合格29个批次,不合格2个批次,不合格产品检出率为6.5%。

主要问题:尺寸公差与配合间隙不合格。

主要不合格项目分析

尺寸公差与配合间隙不合格。防盗安全门尺寸公差与配合间隙不合格,增加了防盗安全门沿门缝被撬开的几率,降低了产品的防盗安全性能。

防破坏性能不合格。防破坏性能不合格是影响防盗安全门防盗安全性的重要指标,此项目不合格,严重降低产品的防盗安全性能。

尺寸公差 篇6

随着数控机床在机械加工中的广泛应用, 计算机辅助设计与制造 (CAD/CAM) 软件也得到了迅速的发展, 对于数控编程与操作人员来说正确应用CAD/CAM软件在机床加工中是非常重要的。对于现有的CAD/CAM软件由于零件设计过程一般按照图样中的理论尺寸进行, 然后标注其尺寸公差, 其公差信息仅仅相当于CAD模型的一种点缀与符号, 在模型的几何数据及公差所传递的技术信息之间不存在什么联系[1], 因此在CAM设计过程中所生成的NC程序并不能解决加工中对零件尺寸公差的要求。同时在加工中受刀具磨损等因素的影响也会导致其实际加工尺寸不能满足尺寸公差的要求。因此必须考虑在自动编程和加工中如何控制零件尺寸公差, 使其满足设计要求。

1 CAD/CAM设计与机械加工的关系

手工编程中为了解决零件轮廓与刀具中心之间相差一个刀具半径的问题, 往往采用刀具半径补偿指令进行编程, 同时在不修改NC程序的情况下可通过修改CNC刀补参数实现零件加工尺寸的修改, 对于零件深度方向尺寸的修改则可通过刀具长度补偿指令来实现[2]。因此在自动编程中如果可以生成含有刀具补偿指令的NC程序则可以像手工编程那样灵活调整零件尺寸, 而不需要修改NC程序, 其自动编程与机械加工的关系如图1所示。

从图1中可以看出采用刀具补偿指令控制尺寸公差有两大优点。一是分工明确, 在企业中数控编程和机床操作为两个不同的部门, 如果在加工时为了保证尺寸公差而对NC程序进行修改则必须先让编程人员对其CAD/CAM设计文件加以修改重新生成刀具路径和NC程序, 同时需要再次传输NC程序至数控机床, 这一工作不仅会影响企业的生产效率, 也不利于设计文件的管理。在图1的流程中由于NC程序中已包含刀补信息, 实际加工时可通过调整机床数控系统的刀补参数对尺寸公差加以控制, 因此保证了设计文件一般无需修改, 设计过程不受加工过程的影响;二是刀具调整方便, 在加工中无论是刀具磨损还是刀具更换, 只需更改数控系统中的刀补参数即可, 而不需要修改NC程序。

2 自动编程及加工与尺寸公差的保证

从图1可以看出, 在零件加工工艺合理的情况下要想保证零件加工后的尺寸公差符合要求, 必须解决自动编程过程中刀补信息的生成、CNC刀补值的设置和磨损量的计算, 下面就这3个问题进行阐述。

a) 自动编程中刀补信息的生成:图2为待加工的外形零件, 下面以Mastercam软件对其加工进行自动编程为例说明NC程序中如何生成刀补信息。在零件CAD造型过程中可直接绘制待加工轮廓的二维图形, 图形按照给定的基本尺寸绘制, 无需考虑尺寸公差。完成零件造型后, 选择二维加工方式中的Contour命令进行外形加工[3], 在拾取完待加工轮廓后即弹出参数设置页面, 在此页面中包含刀具参数和外形参数两个部分。其中刀具参数页面的Dia和Len参数分别用来设置刀具半径补偿指令和刀具长度补偿指令的补偿号, 而要想使将来生成的NC程序中应用刀具半径补偿指令还必须设置外形参数页面中的Compensation type (补偿类型) 选项为Control (采用CNC控制器补偿) , Compensation direction选项为Left或Right (左补偿或右补偿, 此处考虑顺铣加工应选左补偿) , 其参数设置界面如图3所示。完成所有参数设置后即可生成刀具路径, 通过后置处理选项生成适合FANUC系统的NC程序如下:

以上程序中已包含刀具半径补偿指令G41和刀具长度补偿指令G43, 其补偿号分别为D01和H01。

b) CNC刀补值的设置:下面以FANUC-0i-MC数控系统为例说明其CNC刀补值的设置原理和方法。进入CNC系统OFFSET (刀补设置) 界面后可以看到其刀具半径补偿和长度补偿分别用D参数和H参数描述, 且分别由形状值和磨损值两个部分构成, 用公式描述以上两参数的构成可写为:

D=D (形状) +D (磨损)

H=H (形状) +H (磨损)

其中, D参数表示刀具中心在半径方向偏离待加工轮廓的距离, D (形状) 一般为刀具的半径值, 而D (磨损) 可理解为刀具中心偏置的微调;H参数表示刀具底端在长度方向偏离零件上表面的距离, H (形状) 对于基准刀具其值应该是零, 如有多个刀具则应根据当前刀具相对基准刀具的长短设置其值为正或负, 而H (磨损) 可理解为刀具长度偏置的微调, 因此要使加工的零件符合尺寸公差的要求可通过调整D参数和H参数的磨损值来实现。

下面以d8mm立铣刀加工图2中的外形结构为例说明其粗加工过程时如何设置其CNC刀补值。由于当前只有一把刀具, 可以设置其为基准刀, 刀具号为T01, 由此可得D01 (形状) =4, H01 (形状) =0;粗加工如需在外形和深度方向均留出0.3mm余量, 则设置D01 (磨损) =0.3, H01 (磨损) =0.3。对于零件的精加工, 则只需修改此时的磨损值即可, 而形状值保持不变。

c) 磨损量的计算:粗加工完成后, 可测出当前零件的外形尺寸和深度尺寸, 并通过与零件的公差尺寸进行比较, 获得最终的磨损值, 该磨损值包含了对零件精加工余量、尺寸公差及刀具磨损量的补偿。其具体公式可写为:

D (磨损) =原有D (磨损) + (外形基本尺寸+外形上下偏差平均值-外形测量值) /2

H (磨损) =原有H (磨损) + (深度测量值-深度基本尺寸-深度上下偏差平均值)

以上D (磨损) 计算公式中的“除以2”是因为外形测量尺寸为双边值, 而刀具半径的补偿则是单边补偿, 如果遇到测量结果已经是单边值的情况则不能“除以2”。

下面以图2中的外形结构进行精加工为例说明其磨损量的计算方法。假设粗加工后经测量外形尺寸为50.31mm, 深度尺寸为2.75mm, 由以上磨损量计算公式可求出D01 (磨损) =0.3+[50+ (-0.04) -50.31]/2=0.125, H01 (磨损) =0.3+[2.75-3- (-0.025) ]=0.075。将计算后新的磨损量值输入CNC刀补参数中覆盖原有的磨损量值后, 即可开始进行外形结构的精加工。

3 结语

讨论了在自动编程及加工中如何控制零件尺寸公差的方法, 该方法不仅可以有效保证零件加工中的尺寸公差要求, 同时在刀具更换或磨损时只需修改CNC刀补参数, 无需修改CAD/CAM设计文件, 即可快速适应加工要求, 大大提高了设计文件的可管理性和企业的生产效率。

摘要：针对现有CAD模型的公差信息不能用来支持后续的CAM工作, 在零件的自动编程和加工中必须考虑控制其尺寸公差的方法和具体操作流程。通过研究不仅可以有效保证零件加工中的尺寸公差要求, 同时在刀具更换或磨损时只需修改CNC刀补参数, 无需修改CAD/CAM设计文件, 即可快速适应加工要求, 大大提高了设计文件的可管理性和企业的生产效率。

关键词：尺寸公差,自动编程,加工,刀具补偿

参考文献

[1]刘玉生, 吴昭同.基于特征的层次式公差信息表示模型及其实现[J].机械工程学报, 2003 (3) :1-7.

[2]李健, 韦灵南, 靳龙.CAD/CAM自动编程中零件尺寸公差的保证[J].组合机床与自动化加工技术, 2004 (7) :52-54.

尺寸链中形位公差的判别与解算 篇7

在机械加工或装配的过程中,尺寸链是求解工序尺寸或装配精度的重要手段。在查找尺寸链组成环时,除了零件上的长度尺寸外,还经常涉及到零件上的形位公差。尺寸精度、形位精度是保证机械零件功能要求的基础,二者既相互联系,又相互制约,公差原则是处理尺寸公差与形位公差关系的重要原则。以往在计算尺寸链时,通常把与线性尺寸环相连接的零件要素作为具有理想形状和理想位置来处理,或把形位公差包含在尺寸公差之内处理。随着检测技术以及人们对产品质量要求的不断提高,我们认识到在工程中若回避或忽略形位误差的影响,可能会造成零件的报废或产品不合格,给生产带来不应有的经济损失。

文献[1,2]等对形位公差在尺寸链中的处理作了有益的探索,但主要针对同轴度、对称度等少数形位公差,缺乏较全面的分析。本文从零件形位公差要素所采用的公差原则入手,理清形位公差与尺寸公差之间的关系,从而确定形位公差是否应该计入尺寸链,以及尺寸链中形位公差环性质的判别方法,从而为涉及形位公差的尺寸链的求解提供思路。

1 形位公差作为尺寸链组成环的条件

由于零件功能要求的不同,所采用的公差原则也不同[3]。公差原则分为独立原则和相关原则,相关原则又可分为包容原则和最大实体原则。根据零件尺寸及形位公差所采用的公差原则,在建立尺寸链的过程中,对形位公差的处理方法也有所不同。

1.1 对于按包容要求设计的零件要素

包容要求是被测实际要素处处不得超越最大实体边界的一种要求,它只适用于单一尺寸要素(圆柱面、两平行平面)的尺寸公差与形位公差之间的关系。采用包容要求的尺寸要素,应在其尺寸极限偏差或公差代号后加注符号“E”。包容要求的实质就是用零件的尺寸公差控制其形位公差,因此,形位公差不会对封闭环产生影响, 在尺寸链的建立过程中,只需计入零件的尺寸及公差,而相应的形位公差不应计入尺寸链。

1.2 对于按独立原则设计的零件要素

独立原则是指图样上给定的各个尺寸和形状、位置要求都是独立的,应该分别满足各自的要求。独立原则是尺寸公差和形位公差相互关系遵循的基本原则,凡是图样上给出的尺寸公差和形位公差未用特定符号或文字说明它们有联系者,就表示它们遵守独立原则。尺寸公差只控制要素实际尺寸的变动量,把实际尺寸控制在给定的极限尺寸范围内,不控制形位公差;而形位公差只控制被测要素的形位公差,与实际尺寸无关。因此,在建立尺寸链时,除了将零件的尺寸公差计入尺寸链外,还应将相应的形位公差作为尺寸链的组成环计入。

2 尺寸链中形位公差环性质的判别

在机械加工或装配尺寸链中,出现形位公差环的情况有两种:一种是角度尺寸链中的形位公差环;另一种是尺寸链中既有线性尺寸环,又有形位公差环。

2.1 角度尺寸链中的形位公差环

角度尺寸链中常见的形位公差环有垂直度、平行度、直线度和平面度等,它们都是角度尺寸环。其中:垂直度相当于角度为90o的环,平行度相当于角度为0o的环,直线度或平面度相当于0o或180o的环。角度尺寸链的建立与直线尺寸链相似,首先确定封闭环,再查找组成环,最后画出尺寸链图。但求解尺寸链存在一定的困难,其难点之一是确定尺寸链各组成环的性质,即判别其是增环或减环。常用的判别方法有[4]:直观法、公共角顶法、角度转化法等。

(1)直观法:

直接在角度尺寸链的平面图中,根据角度环的增加或减少来判别其对封闭环的影响,从而确定其性质。

(2)公共角顶法:

把角度尺寸链的各环画成具有公共角顶形式的尺寸链图,进而判别其组成环的性质。

(3)角度转化法:

用直角尺将尺寸链中所有垂直度都转化为平行度,进而判别其组成环的性质。

2.2 尺寸链中既有线性尺寸环又有形位公差环

尺寸链中的形位公差组成环基本尺寸为零,根据形位公差的几何含义及分布特点可分为两类[5]:其一,形位公差的上、下偏差对称分布,如同轴度和对称度,那么无论把该环定为增环还是减环,它们对封闭环的影响将是相同的,因此,上、下偏差对称分布的形位公差环,可以不必判定其是增环还是减环,任意假定都可;其二,形位公差的上、下偏差虽对称分布,而实际上是只允许单向偏差的环,如车床上只许尾座顶尖高、铣床上只许工作台向前倾等,那么就必须判定其是增环还是减环,在判别组成环性质时,将形位公差组成环看成是基本尺寸数值趋近于零的尺寸环,这样就可将尺寸链转化成线性尺寸链的形式,然后按照线性尺寸来判别其性质。

3 应用实例

如图1(a)所示小轴的加工工艺过程为:①车外圆至Φ30.5undefined;②铣键槽;③热处理;④磨外圆至Φ30undefined,并间接获得键槽深度尺寸4undefined。若磨后外圆与车后外圆的同轴度公差为Φ0.05,试确定铣键槽工序尺寸。

作工艺尺寸链,如图1(b)所示。因车外圆后需先进行热处理,然后再磨削外圆,铣键槽工序基准需要继续加工,因此,键槽深度的设计尺寸L0=4undefined是间接获得的,为封闭环,尺寸L1=15undefined、L2(铣键槽工序尺寸)为增环,尺寸L3=15.25undefined为减环;磨后外圆与车后外圆同轴度误差与轴的尺寸公差是按照独立原则设计的,所以同轴度公差应计入尺寸链,按对称公差分布,即L4=0±0.025,且可任意假定为增环或减环,此处设为减环。

3.1 确定键槽的基本尺寸

按极值法解工艺尺寸链,有:

undefined。 (1)

式中:L0——封闭环的基本尺寸;

Lp ——增环的基本尺寸;

Lq ——减环的基本尺寸;

m ——增环环数;

n ——尺寸链总环数(包括封闭环和组成环)。

将相关尺寸代入式(1),得:

4=15+L2-15.25-0 ,

L2=4.25 。

3.2 确定键槽尺寸的上、下偏差

上、下偏差的计算公式如下:

undefined。 (2)

undefined。 (3)

式中:ES0——封闭环的上偏差;

ESp ——增环的上偏差;

EIq ——减环的下偏差;

EI0 ——封闭环的下偏差;

EIp ——增环的下偏差;

ESq ——减环的上偏差。

将相关尺寸代入式(2)、式(3)得:

0.2=+0.018+ES2-(-0.05)-(-0.025) ,

ES2=0.107 。

0=0.007 5+EI2-0-0.025 ,

EI2=0.017 5 。

所以L2=4.25undefined。

也可将同轴度误差设为增环,计算结果相同,此处不再细述。

4 结语

(1)从零件要素所采用的公差原则入手,分析了形位公差作为尺寸链组成环的条件:如尺寸公差、形位公差采用包容原则,则形位公差不必计入尺寸链;如采用独立原则,则应将形位公差计入尺寸链。

(2) 分析了尺寸链中形位公差环性质的判断方法。角度尺寸链中的形位公差,可采用直观法、公共角顶法、角度转化法等方法判别其性质。如尺寸链中既有线性尺寸环,又有形位公差环,可按形位公差的分布特征来判别。

(3)通过实例说明了形位公差的判别及解算方法。

参考文献

[1]郭崇善,冯超光.尺寸链中形位公差环的分析[J].青海大学学报(自然科学版),2007(4):22-25.

[2]陈飞,徐学林.尺寸链计算中对称度误差的处理方法[J].林业机械与木工设备,2006(1):37-38.

[3]甘永立,吕林森.新编公差原则与几何精度设计[M].北京:国防工业出版社,2007.

[4]郑修本,冯冠大.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1998.

尺寸公差 篇8

AutoCAD在机械行业的使用非常广泛,它操作界面友好,图形编辑和输出功能强大,绘图速度和精度高,但仍然存在不足,例如它没有尺寸公差自动查询功能,设计人员必须通过相关手册查询尺寸的极限偏差,然后再标注。AutoCAD环境下尺寸公差值的自动查询并标注的功能已有学者进行了研究[1,2,3],他们给出的方法能直接按公差值进行标注,但工程设计人员习惯采用公差代号标注的方式,而且上述文献提出的方法每次只能处理一个尺寸。作者提出的方法使设计人员可先按公差带代号标注形式绘制图形,然后实现公差代号的自动搜索和批量转换,直接将各公差带代号标注形式转换为公差值标注形式。

1 尺寸公差识别方法

1.1 尺寸公差常用表示方法

所谓公差就是允许的尺寸变动量,尺寸公差的标注方法是将公差带代号写在基本尺寸之后,有3种表示方式:d40H8; d40undefined; d40H8undefined。

1.2 AutoCAD环境下尺寸公差标注方法

由于AutoCAD环境下提供多种标注公差的方法,要想识别公差,必须先对公差标注的常用方法进行分析。

a) 当直接标注公差数值时,对于对称公差标注,如d40±0.015,可采用两种标注方法:一种是利用文字替代输入,替代内容为“%%c40%%p0.015”(当采用英文字体标注时)或“d40±0.015”(当采用中文字体标注时);另一种是把显示公差特性栏设置为“对称”,并在公差上偏差特性栏输入“0.015”。

b) 当直接标注公差数值时,对于非对称公差标注,如d40undefined,一般是把显示公差特性栏设置为“极限偏差”,并在公差上偏差特性栏输入“0.039”,公差下偏差特性栏输入“0”。

c) 当直接标注公差代号时,如d40H8,可采用两种标注方法:一种是利用文字替代输入,替代内容为“%%c40H8”(当采用英文字体标注时)或“d40H8”(当采用中文字体标注时);另一种是在标注后缀中输入“H8”。

由于不同的绘图人员在绘图时有不同的绘图习惯,故公差识别需考虑上述多种情况。

1.3 AutoCAD环境下尺寸公差的提取算法

若要提取尺寸公差,需分析上述不同标注方法在AutoCAD下形成的不同的内部数据表达形式,并且分析公差显示的控制变量,通过分析可得到如下结论:

a) 尺寸标注是否显示公差数值,由变量DIMTOL和DIMLIM控制,当DIMTOL=TRUE时,将显示公差数值;当DINLIM=TRUE时,将显示极限尺寸。故当只要这两个变量中有一个为TRUE,即意味着该尺寸标注有尺寸公差要求。此时可通过变量DIMTP和DIMTM提取该尺寸的上、下偏差。

b) 若尺寸标注采用尺寸公差代号形式表示,则需提取基本偏差代号和公差等级。此时可分为两种情况处理:一种是使用了文字替代功能;另一种是没有使用文字替代功能。

当无文字替代时,AutoCAD将按“前缀+<>+公差数值+后缀”内容显示尺寸文字,其中“<>”表示测量尺寸。此时若变量DIMTOL或DIMLIM有一个为TRUE,则可通过变量DIMTP和DIMTM提取该尺寸的上、下偏差的数值,若变量DIMTOL和DIMLIM均为FALSE,则意味着公差代号可能由后缀保存,此时可通过变量DIMPOST取得标注的尺寸文字,其格式是“前缀+<>+公差数值+后缀”,然后取“<>”后面的后缀作为尺寸公差代号。

当有文字替代时,若替代文字中有“<>”,则直接取替代文字中“<>”后面的内容作为公差带代号。若替代文字中无“<>”,如“d40H8”形式,则取第二个非数字字符及其后的内容作为公差带代号。

c) 获得公差带代号后,应该分离出基本偏差代号和公差等级,然后通过数据库操作得到对应的上、下偏差。

d) 对于未标注公差要求的尺寸应按未注尺寸公差处理,精度等级若无特殊说明,按中等精度等级处理。

根据上述分析,可得公差识别的流程图如图1所示。

1.4 尺寸公差值标注

当尺寸标注采用公差数值标注时,无需转换。但尺寸标注采用公差带代号标注时,将通过数据库技术查询得到上偏差赋值给变量DIMTP,下偏差赋值给变量DIMTM。若想显示上下偏差,则赋值DIMTOL=TRUE,若想显示极限尺寸则赋值DINLIM=TRUE。

2 螺纹公差识别

2.1 螺纹公差标注方法

国家标准《普通螺纹》GB 197-81将螺纹公差带的两个基本要素—公差带大小(公差等级)和公差带位置(基本偏差)进行标准化,组成各种螺纹公差带。

对于外螺纹大径,公差等级有4,6和8级,对于外螺纹中径,公差等级有3, 4, 5, 6, 7和8级,基本偏差代号为e, f, g和h。

螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和旋合长度等组成。在零件图上标注方法为M10×1LH-5g6g-L。M表示普通螺纹,10表示公称直径,1表示螺距,LH表示左旋螺纹,5g6g表示中径和顶径的公差带代号,L表示旋合长度。

2.2 螺纹公差识别

螺纹公差的识别主要是从螺纹标注中识别出公称直径,螺距、旋向和中径和顶径代号。螺纹识别过程是:

a) 首先获得直径方向尺寸标注,方法同上面尺寸标注识别时的判断方法。

b) 然后提取直径方向尺寸的前后缀,方法同上面尺寸标注的前缀和后缀的提取算法。如对于螺纹标注M10×1LH-5g6g-L提取的前缀将为M,后缀为×1LH-5g6g-L。

c) 若前缀为M,可据此判断为螺纹标注,然后可从后缀中分离出螺距、旋向、中径和顶径的公差带代号。处理螺距时需注意如果标注中没有给出螺距,应该通过数据库检索出对应的粗牙螺距,若没有给出旋向,则按右旋默认值处理。若只给出了一个公差带代号,则意味着中径和顶径具有相同的公差带代号。若没有给出公差带代号,则按“6g”默认值处理。

d) 根据公差带代号通过螺纹数据库获得极限偏差,并计算出极限尺寸。

3 自动搜索方法

尺寸的自动识别是通过遍历AutoCAD数据库得以实现。实现代码如下:

4 数据库技术

由于零件图上通常标注公差带代号,所以在工艺参数的提取过程中需要将公差带代号通过数据库技术得到对应的上下偏差。本文利用DAO数据库接口技术实现数据库的操作。数据库文件由ACCESS建立。

根据尺寸公差的知识,尺寸公差带由基本偏差和公差带大小两个要素组成,所以为了查询尺寸公差,建立了“标准公差数值”、“孔的基本偏差数值”、“轴的基本偏差数值”和“未注公差线性尺寸的极限偏差”4张数据表。为了查询螺纹的有关参数,建立了“普通螺纹粗牙螺距”、“普通螺纹基本偏差”和“普通螺纹外螺纹大径公差”3张数据表。表1为标准公差数值表的结构。

5 结语

尺寸公差自动识别与转换的方法使机械设计人员避开了烦琐的查询公差手册的工作,给设计工作带来了较大的便利。同时尺寸公差转换的结果能实现有关的自动计算,在作者开发的自动车床编程系统中就利用公差自动识别与转换功能,实现了自动计算零件的公差带中心尺寸,并成功应用于数控车床的自动编程。

摘要：分析了尺寸公差的标注方法,以ObjectARX为开发手段,实现尺寸公差的自动查询,能自动将尺寸公差带代号转换为对应的公差数值。分析了尺寸公差在AutoCAD数据库中的表示形式,介绍了尺寸公差和螺纹公差的提取算法及所使用的数据库技术。

关键词：AutoCAD,公差,自动识别,转换

参考文献

[1]段星光,徐岩,吴立勋.AutoCAD环境下公差与配合自动标注二次开发[J].现代制造工程,2004(9):103-105.

[2]潘应晖.用VBA开发公差自动查询标注[J].机械制造与自动化,2005,34(4):102-105.

尺寸公差 篇9

目前我国正处在经济蓬勃发展的时期, 中国已经成为世界制造大国, 正面临着严峻的挑战。我们只有不断加强自主创新, 不断改进和采取新的管理方法和技术, 才能从根本上提高企业质量管理水平。现在六西格玛已经从一种过程改进的方法演变成为一种提升企业竞争力和实现组织变革的战略举措。在产品制造业, 六西格玛通常应用于产品的品质管理上, 但也可以广泛应用于各个方面。例如六西格玛设计在帮助提高产品质量和可靠性的同时, 也是降低成本和缩短研发周期的有效方法, 具有很高的实用价值。

2 六西格玛概述

所谓西格玛, 最初的含义是建立在统计学中最常见的正态分布基础上的。σ (即西格玛) 是一个希腊字母, 在统计学中代表“标准差”。由于σ是衡量任意一组数据离散程度的指标, 可以被当做一种评估产品和生产过程特性波动大小的统计量。在质量管理理论中, 就由标准差的值导出了“西格玛水平”的概念, 用以衡量过程绩效的优劣。在六西格玛理论中, σ越小, 则“西格玛水平”越高, 表示过程满足顾客要求的能力就越强;σ越大, 则“西格玛水平”越低, 过程满足顾客要求的能力就越低。

所以, 如表1在质量统计与控制方面, 达到3σ水平就意味着在一次检验中, 产品合格率为99.7%, 或者说不良率为0.3%, 即1万件产品中有30件不合格。达到六西格玛水平, 产品不良率为0.0000002%, 即每一亿件产品中有0.2件不合格, 不合格品几乎为零。六西格玛方法的导入, 使其产品不合格率大幅下降。

下面将通过一个设计事例说明在产品的结构设计中, 采用六西格玛的设计方法, 对产品尺寸公差进行优化设计, 提高产品的商品性。

3 产品尺寸公差的优化设计

公差设计分两种:一次方求和法和平方求和法。二者在计算时的区别是: (1) 一次方求和仅将各尺寸公差的数字部分相加。 (2) 平方求和是将各尺寸公差的数字部分平方后相加、取其平方根的1.5倍。

一次方求和是比平方求和法更严格的验证方法。如果一次方求和结果OK、那么只要使用图纸公差OK的零件进行组装便不会发生问题。为了使一次方求和法结果OK、根据情况有时会使零件成本上升或产品大型化而导致商品性的降低, 达不到顾客满意。所以, 考虑到公差和工程能力的平衡、务必确保经济的设计品质。由统计的概率论计算实际可能引起的最差尺寸的方法就是:

通过此方法设计出的不良发生概率为0.00068%, 也就是7ppm, 每百万件产品中有7件不合格。

如图2和图3在汽车音响的内机设计中, 机芯通过与支架固定, 然后再一起固定在内机中。通常采用定位孔的方式把二者固定起来。在定位孔的设计时, 采用平方求和法利用下面的公差计算工具, 对定位孔的尺寸进行设计。

4 通过cpk对零件尺寸进行管控

对定位孔的设计尺寸可以通过工程能力 (cpk) 进行管理, 即在该批次的零件中对一定数量的定位孔孔径进行测量, 计算cpk。监控该匹次零件的cpk是否满足设计初期的预想值。当cpk不满足时, 及时分析原因, 解决问题点。

(1) 工程能力指数:Cp

(2) 考虑到中心值偏移的工程能力指数:Cpk

关于工程能力指数的管理标准, 新产品Cpk≧1.67, 成熟产品Cpk≧1.33。

5 结语

综上所述, 利用六西格玛的思想, 把西格玛和不良率结合起来进行产品的尺寸公差设计。然后对零件供应商进行零件尺寸的工程能力指数 (cpk) 管理, 当某个批次的Cpk不合格时, 我们就能及时发现, 及时分析原因, 解决问题点, 把潜在的不良品拦截在生产加工之前。大幅降低了由于不良品返修带来的成本增加, 为企业赢得了效益。