对尺寸公差控制较为有利的设计方法

柳存昭

对尺寸公差控制较为有利的设计方法

柳存昭

（北京福田戴姆勒汽车有限公司，北京101400）

通过对定位基准和尺寸公差的理解，总结出对零件尺寸公差控制较为有利的设计方法，在满足总成装配质量的前提下，降低零件尺寸公差要求，从而提高零件合格率，并降低零件制造成本。

定位基准；公差控制；设计方法

1　前言

零件的尺寸公差控制是涉及到制造、工艺、设计甚至物流等多个部门的一项工作，作为设计人员，给出好的设计方法，可以让零件消除部分公差累计和获得更大的允许公差，从而提升零件尺寸的合格率并降低生产成本。

2　自由度与定位基准

每一个刚体零件有6个自由度，即沿X、Y、 Z三个轴方向的平移自由度和绕沿X、Y、Z三个轴的旋转自由度，见图1：

为了限制零件的6个自由度，需要在零件上布置定位基准，见图2，A1、A2、A3三个基准点构成了A基准，限制了Z向自由度和绕X轴、Y轴的旋转自由度；B基准限制了X向和Y向的自由度；C基准则限制了绕Z轴的旋转自由度。

3　定位基准的理解

对定义的基准的解释如下：

（1）一般而言，对于面积小且刚性较好的零件，A基准只需3个支撑点，但对大多数的零件而言，A基准需要更多的支撑点，如图3，除了构成A基准的三个主基准点有X1X2X3，还有五个辅助基准点Xa1Xa2Xa3Xa4Xa5；

（2）构成A基准的几个支撑点所包络的面积应尽可能的大；

（3）构成A基准的点反馈到零件上是一个方形或矩形块，如夹具压紧块、检具支撑块或零件上的装配点所在平面；

（4）构成A基准的支撑面之间应相互平行，且都与坐标面平行，如果不平行，夹角应尽可能小；

（5）B、C两个基准与A基准垂直，且间距应尽可能大，但不能布置在外观件表面上。

（6）如果制造能力不足以保证装配精度，那么需要将B基准适度放开，即将圆孔改为长圆孔，长度方向与C基准中心连线一致（原来的C基准也变成了另一个B基准），这时可以对零件的位置进行调整，如图4：

4　设计方法

通过对定位基准及公差的理解，总结出以下对公差控制较为有利的方法。

4.1装配孔和定位孔所在面的设计

装配孔所在的平面设计有三种状态：

（1）与一坐标平面平行，与另两个坐标平面垂直，见图5。

（2）与其中一个坐标平面垂直，与另两个坐标平面既不垂直也不平行，见图6。

（3）与任何一个坐标平面既不垂直也不平行，见图7：

其中第（1）种情况最优，如图5，但零件的部分固定点因结构原因经常不能设计成如此，这时，选择次优的第（2）种情况，如图6；第（3）种最差，需要尽量避免。

选择第（1）种和第（2）种情况原因：当为了满足零件与另一总成的面差a时，对零件的调整只发生平移运动，而不产生旋转运动，对间隙b不产生影响，可以将零件的装配误差降低到最小，见图8～图10。

所以，在设计零件的装配孔和定位孔时，当满足如下条件后，能够消除部分误差积累：

（1）两平面平行，且与坐标面平行或垂直，优先选择与坐标面平行；

（2）装配孔与端头距离近可能小；

（3）当装配精度不能满足间隙面差要求时，需要将装配孔设计成长圆孔，以让零件可以适度的沿一个方向进行调整；

（4）当零件在调整时，在设计上确保零件只进行平移，而不产生旋转。

4.2缩短尺寸链

尺寸链越长，产生公差的环节就越多，公差也就越大。图11～12是方案一和相对应的装配尺寸链示意图，图13～14是方案二和相对应的装配尺寸链示意图，其中a1～an是尺寸名义值，x1～xn是公差。

方案一：大灯装配在大灯安装支架上，大灯安装支架安装在车架横梁上；

方案二：大灯装配在大灯安装支架上，大灯安装支架焊接在保险杠上（与车架横梁没有关联）。

方案一：大灯与保险杠的面差公差值为：

假设x1=x2=x3=x4，那么：

方案二：大灯与保险杠的面差公差值为：

假设x4=x5=x1，那么：

通过对两种方案的对比，方案二面差公差与方案一面差公差之比为：

所以，缩短尺寸链长度是减小公差的有效方法之一。

4.3两零件的关联设计

两零件的关联设计，是指在不易控制的DTS区域，把两个零件直接联接起来（不借用过渡零件），刚性较弱的零件公差随另一零件的公差一起关联变化，最大限度的保证了两零件的间隙面差。

如图15，翼子板和前保险杠的间隙面差是DTS控制的难点，为了更容易的控制两零件的DTS，两零件先定位再用卡扣和螺栓联接。

（1）零件间的定位及Y向公差控制。如图16和图17，翼子板上焊接两个Φ6定位螺栓，保险杠上对应的孔位Φ6.2。

根据GB/T 15055-2007《冲压件未注公差尺寸极限偏差》，翼子板上定位销孔距离翼子板型面14 mm，其公差为±0.3甚至更小，见图18：

根据QC/T 29017-1991《汽车模制塑料零件未注公差尺寸的极限偏差》，保险杠上定位孔与保险杠型面的间距＜14 mm，保险杠材料为ABS或改性PP或SMC，其收缩特性值为0～2，其公差最大为±0.27，见图19：

根据以上两项公差，再加上0.2 mm的孔对销直径差值，最终保险杠与翼子板的面差可以控制在

通过这种定位方式，可以将两面差公差控制在1 mm内。

（2）零件间的固定及X向公差控制。如图20～图23，保险杠与翼子板上端用卡子固定，下端用螺栓固定。

根据两件的尺寸，见图21和图22，再根据图18和图19查询公差，可以得出，两件的前后间距公差可以控制在：

即：保险杠和翼子板的X向间隙公差可以控制在1 mm内。

将两个零件的定位和装配直接关联，同时将定位和装配孔与零件外观型面距离设计成最小，是保证此两零件间隙面差的有效手段之一。

5　结束语

零件装配孔和定位孔的所在面的优化设计、缩短尺寸链和两零件的关联设计等，在满足总成装配精度的前提下，可以将零件的公差放宽，从而提升零件尺寸合格率和降低制造成本，是比较好的设计方法。

专家推荐

王银明：

该文章用定位基准、尺寸公差原理对如何控制前大灯、保险杠、前翼子板之间的面差进行分析，提出解决前大灯、保险杠、前翼子板之间面差过大的一种方法，并推广到设计中，在汽车产品设计、汽车制造工艺解决方案中具有一定的使用价值。可以发表。

The Appropriate Design Methods for Dimension Tolerance Control

lIU Cun-zhao
（Beijing Foton Daimler Automotive Co.，Ltd， Beijing 101400， China）

Through comprehending datum reference and dimension tolerance， some appropriate design methods are summed， which can increase the qualified rate and reduce the manufacture cost by widening part's dimension tolerance， being based on assembly quality.

datum reference； tolerance control； design method

TH124

A

1005-2550（2015）02-0028-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.02.007

2014-08