基于通止规原理的产品安装孔量具设计

王洪刚

（庆安集团有限公司,陕西 西安 710077）

基于通止规原理的产品安装孔量具设计

王洪刚

（庆安集团有限公司,陕西 西安 710077）

通止规的操作简单，费时较少，具有极高的实际价值。通过运用通止规的原理，产品安装孔的量具更加方便快捷。通过合理的设计，量具的精度得到了保证，而且具有极高的经济效益。本文以某一产品为例，研究了通止规原理下的安装量具设计过程，首先要对产品的结构进行分析，确定量具需要具备的测量功能、测量精度等，然后运用通止规的原理分别设定其安装孔的最小通过数值，以及最大阻止数值，进而将量具的精度限定在这2个数值之内。

通止规原理；产品安装孔；量具设计

1 通止规原理简介

在过去的测量过程中，大多使用卡尺等工具测量出安装孔的数据，进而分析其是否符合标准，但是这一方法导致测量费时费力，在部分需要普查的工序花费了大量的资金。而且部分产品的安装精度较高，电子产品的安装孔误差更小，就需要精密的设备进行激光扫面探测，或采取其他方式进行测量。这一过程往往需要在实验室进行，费时费力，还不具备普及的价值，制约了制造企业的发展。于是，通止规被设计出来，因为产品的安装精度是允许在一定范围内波动，就可以通过刚性材料分别制作符合其误差波动范围的最大值的止规、通规，来检验产品的外形参数是否符合要求。同样，将这一原理引入到产品安装孔量具中，它同样具备了方便快捷、经济效益高的特点。通过分析得到产品安装孔的最大值，将其制作为止规，将其安装孔误差范围的最小值设定为通规的数值，即可检验其安装孔是否合格。通止规的材料都是稳定性较高的，避免测量工序对其造成损伤，影响测量精度。

2 结构分析

图3 定位销检测结构示意图

图4 螺钉孔检测结构示意图

在此次研究中，我们以某一产品元件为例，研究了通止规原理下的测量工具设计流程。该产品元件的结构示意图如图1所示，在安装过程中需要检测的一些数值项目如图2所示。

由上述2图可以较为直观地看出：在安装时，需要监测产品的安装孔大小；安装部位位置排布角度；以及安装深度。因此得出，设计的量具需要满足以下的功能：第一，要有定位销，从而确定4个安装孔的排布角度符合产品要求，并且使元件的整体数值满足要求，详情见图3所示；第二，要有螺钉孔的通止规，从而满足4个安装孔的大小符合产品要求，详情见图4所示。除了满足上述的测量参数要求外，还要满足较高的稳定性。此次使用的材料是GCr15轴承钢，该材料的物理稳定性高，不易受损，在进行生产前，要将材料进行低温处理，提升其刚度（该材料的硬度较高，为59～64HRC之间），避免测量过程中的产品对测量工具形成损伤。另外，在实际测量过程中，要考虑到操作的方便性，以及保护测量工具，要在产品和测量工具接触的边缘部分进行圆弧倒角，从而使其具备一定的导向功能，且不影响测量精度。此次设定的倒角大小设定为0．5mm，该数值根据零件安装倒角R2．0mm 分析得来。

3 测量工具设计

图1 某产品元件结构三维图

图2 某产品安装检测项目示意图

3.1 定位销设计

（1）定位销通规极限尺寸。根据查阅相关标准和计算分析，得知定位销通规误差为：极限上偏差为0．0051mm，极限下偏差为0．0029mm，即定位销通规的实际尺寸可以允许在2．0029mm～2．0051mm之间。但是在实际制作过程中，会出现尺寸较小的状况，不会出现尺寸偏大的情况，因此可以将上偏差消除为0mm，即可表示为 2．00510～0．0022mm，该数值的范围同样是2．0029～2．0051mm之间，但更加便于生产控制。

（2）定位销止规极限尺寸。在进行止规的设计时，其流程与通规相似。其极限上偏差为0．04mm，极限下偏差为+0．0375mm，即定位销止规的实际尺寸可以允许在2．04mm～2．0375mm之间。但是在实际制作过程中，会出现尺寸较小的状况，不会出现尺寸偏大的情况，因此可以将上偏差消除为0，即可表示为2．040～0．0025该数值的范围同样是2．04mm～2．0375，更加便于生产控制。

3.2 螺钉过孔公差设计

根据上述的分析和国家相关标准，可以得出其尺寸的波动范围是±0．1mm，其基本尺寸是3．2mm，即允许其数值在3．3mmm～3．1mm之间；测量工具的误差允许在9μm之内；位置关键因素的误差要小于4μm。

（1）螺钉通规极限尺寸。根据查阅相关标准和计算分析，得螺钉孔通规误差为：极限上偏差为-0．088mm，极限下偏差为-0．092mm，即螺钉孔通规的实际尺寸可以允许在3．108mm～3．112mm之间。但是在实际制作过程中，会出现尺寸较小的状况，不会出现尺寸偏大的情况，因此可以将上偏差消除为 0，即可表示为 3．1120～0．004mm，该数值的范围同样是3．108mm～3．112mm之间，但更加便于生产控制。

（2）螺钉止规极限尺寸。在进行螺钉止规的设计时，其流程与通规相似。其极限上偏差为0．1mm，极限下偏差为0．097mm，即止规的实际尺寸可以允许在3．297mm～3．3mm之间。但是在实际制作过程中，会出现尺寸较小的状况，不会出现尺寸偏大的情况，因此可以将上偏差消除为0，即可表示为3．30～0．003mm，该数值的范围同样是3．297mm～3．3mm之间，但更加便于生产控制。

4 误差分析

在上述计算过程中，虽然存在一些理论上的误差，但其结果基本符合理论要求的安装参数数值。但会因为实际生产过程中的一些操作流程导致检查失效，一般要求安装孔要比轴的半径大0．005mm左右，在安装时一旦两者的间隙小于该数值，就会出现轴无法插进孔的现象。而按照上述的结果检查，就会出现将难以安装的废品判定为合格产品的现象，造成安装工艺流程受阻，还会导致部分合格产品被淘汰，形成资源浪费。前者会损伤机器，且没有被检查出来，一旦形成产品进行销售，会极大地损伤企业形象；后者虽然有较多的浪费，但基本符合生产需求。因此，进行误差分析是量具生产前的重要步骤。我们通过对产品的参数进行分析，发现其安装孔的数据分布与一维正态吻合，如图5所示。

在上述式子中：a为安装孔数据的数学期望值，σ是均方偏差。

在图5中，可以看出：该产品零件的尺寸参数分布都在公差中心值的两侧，其数值与中心值差距越大，产品零件的数量越少，到了小于-2σ或大于2σ的区域，则基本没有。

图5 正态分布曲线

最终根据正态分布的相关计算理论，结合其参数值，即定位销的计算中，a等于2．02，σ等于1，则直径数值在 2mm～2．009mm 之间的概率是 0．0036。在螺钉孔的计算中，a等于3．2，σ等于1，则直径数值在3．1mm～3．114mm 之间的概率是 0．0056。上述的 2 个概率数值都表示，在此种量具检验下，将合格产品判定成为不合格产品的数学期望数值。即产品2个参数检查情况属于实际情况的概率分别是0．9964和0．9944。即10000个产品中，出现误判的个数是40～60个之间，且都是将合格的判定为不合格，在对这些不合格的产品进行其他方式的检查，即可规避经济损失，且大大地降低了工作量。

5 结语

通过本文的研究，我们总结了产品安装孔量具设计的流程，首先要分析产品的结构以及重要的安装参数，进而结合企业安装标准以及国家标准分析计算其量具的参数。此次主要运用了通止规原理，将其参数的波动差计算出来，进而确定其参数值的上下极限值范围，通过检验其2个极限值来确定其是否合格。在计算完成后，要结合实际情况进行计算优化，规避误差影响，最终实现量具与安装要求的完美契合。在本文中例举的产品安装过程中，通过使用通止规原理的量具，检查效果明显加快，节省了大量的人力、时间，提升了产品的经济效益。因此，可以将此种量具设计方法向其他产品类比推广。

[1]王东．基于通止规原理的电子产品安装孔量具设计[J]．机械工程师,2017(4):148-150．

[2]蔡斌,吕宇升,董凯林,等．套类零件内外径组合量具的设计[J]．四川冶金,2015(4):79-82．

TN02

A

1671-0711（2017）10（上）-0199-02