王洪剛

（慶安集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710077）

基于通止規(guī)原理的產(chǎn)品安裝孔量具設(shè)計(jì)

王洪剛

（慶安集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710077）

通止規(guī)的操作簡(jiǎn)單，費(fèi)時(shí)較少，具有極高的實(shí)際價(jià)值。通過(guò)運(yùn)用通止規(guī)的原理，產(chǎn)品安裝孔的量具更加方便快捷。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，量具的精度得到了保證，而且具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。本文以某一產(chǎn)品為例，研究了通止規(guī)原理下的安裝量具設(shè)計(jì)過(guò)程，首先要對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定量具需要具備的測(cè)量功能、測(cè)量精度等，然后運(yùn)用通止規(guī)的原理分別設(shè)定其安裝孔的最小通過(guò)數(shù)值，以及最大阻止數(shù)值，進(jìn)而將量具的精度限定在這2個(gè)數(shù)值之內(nèi)。

通止規(guī)原理；產(chǎn)品安裝孔；量具設(shè)計(jì)

1 通止規(guī)原理簡(jiǎn)介

在過(guò)去的測(cè)量過(guò)程中，大多使用卡尺等工具測(cè)量出安裝孔的數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析其是否符合標(biāo)準(zhǔn)，但是這一方法導(dǎo)致測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在部分需要普查的工序花費(fèi)了大量的資金。而且部分產(chǎn)品的安裝精度較高，電子產(chǎn)品的安裝孔誤差更小，就需要精密的設(shè)備進(jìn)行激光掃面探測(cè)，或采取其他方式進(jìn)行測(cè)量。這一過(guò)程往往需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還不具備普及的價(jià)值，制約了制造企業(yè)的發(fā)展。于是，通止規(guī)被設(shè)計(jì)出來(lái)，因?yàn)楫a(chǎn)品的安裝精度是允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，就可以通過(guò)剛性材料分別制作符合其誤差波動(dòng)范圍的最大值的止規(guī)、通規(guī)，來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品的外形參數(shù)是否符合要求。同樣，將這一原理引入到產(chǎn)品安裝孔量具中，它同樣具備了方便快捷、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)。通過(guò)分析得到產(chǎn)品安裝孔的最大值，將其制作為止規(guī)，將其安裝孔誤差范圍的最小值設(shè)定為通規(guī)的數(shù)值，即可檢驗(yàn)其安裝孔是否合格。通止規(guī)的材料都是穩(wěn)定性較高的，避免測(cè)量工序?qū)ζ湓斐蓳p傷，影響測(cè)量精度。

2 結(jié)構(gòu)分析

圖3 定位銷(xiāo)檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 螺釘孔檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖

在此次研究中，我們以某一產(chǎn)品元件為例，研究了通止規(guī)原理下的測(cè)量工具設(shè)計(jì)流程。該產(chǎn)品元件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，在安裝過(guò)程中需要檢測(cè)的一些數(shù)值項(xiàng)目如圖2所示。

由上述2圖可以較為直觀(guān)地看出：在安裝時(shí)，需要監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的安裝孔大??；安裝部位位置排布角度；以及安裝深度。因此得出，設(shè)計(jì)的量具需要滿(mǎn)足以下的功能：第一，要有定位銷(xiāo)，從而確定4個(gè)安裝孔的排布角度符合產(chǎn)品要求，并且使元件的整體數(shù)值滿(mǎn)足要求，詳情見(jiàn)圖3所示；第二，要有螺釘孔的通止規(guī)，從而滿(mǎn)足4個(gè)安裝孔的大小符合產(chǎn)品要求，詳情見(jiàn)圖4所示。除了滿(mǎn)足上述的測(cè)量參數(shù)要求外，還要滿(mǎn)足較高的穩(wěn)定性。此次使用的材料是GCr15軸承鋼，該材料的物理穩(wěn)定性高，不易受損，在進(jìn)行生產(chǎn)前，要將材料進(jìn)行低溫處理，提升其剛度（該材料的硬度較高，為59～64HRC之間），避免測(cè)量過(guò)程中的產(chǎn)品對(duì)測(cè)量工具形成損傷。另外，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，要考慮到操作的方便性，以及保護(hù)測(cè)量工具，要在產(chǎn)品和測(cè)量工具接觸的邊緣部分進(jìn)行圓弧倒角，從而使其具備一定的導(dǎo)向功能，且不影響測(cè)量精度。此次設(shè)定的倒角大小設(shè)定為0．5mm，該數(shù)值根據(jù)零件安裝倒角R2．0mm 分析得來(lái)。

3 測(cè)量工具設(shè)計(jì)

圖1 某產(chǎn)品元件結(jié)構(gòu)三維圖

圖2 某產(chǎn)品安裝檢測(cè)項(xiàng)目示意圖

3.1 定位銷(xiāo)設(shè)計(jì)

（1）定位銷(xiāo)通規(guī)極限尺寸。根據(jù)查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算分析，得知定位銷(xiāo)通規(guī)誤差為：極限上偏差為0．0051mm，極限下偏差為0．0029mm，即定位銷(xiāo)通規(guī)的實(shí)際尺寸可以允許在2．0029mm～2．0051mm之間。但是在實(shí)際制作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)尺寸較小的狀況，不會(huì)出現(xiàn)尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為0mm，即可表示為 2．00510～0．0022mm，該數(shù)值的范圍同樣是2．0029～2．0051mm之間，但更加便于生產(chǎn)控制。

（2）定位銷(xiāo)止規(guī)極限尺寸。在進(jìn)行止規(guī)的設(shè)計(jì)時(shí)，其流程與通規(guī)相似。其極限上偏差為0．04mm，極限下偏差為+0．0375mm，即定位銷(xiāo)止規(guī)的實(shí)際尺寸可以允許在2．04mm～2．0375mm之間。但是在實(shí)際制作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)尺寸較小的狀況，不會(huì)出現(xiàn)尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為0，即可表示為2．040～0．0025該數(shù)值的范圍同樣是2．04mm～2．0375，更加便于生產(chǎn)控制。

3.2 螺釘過(guò)孔公差設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的分析和國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以得出其尺寸的波動(dòng)范圍是±0．1mm，其基本尺寸是3．2mm，即允許其數(shù)值在3．3mmm～3．1mm之間；測(cè)量工具的誤差允許在9μm之內(nèi)；位置關(guān)鍵因素的誤差要小于4μm。

（1）螺釘通規(guī)極限尺寸。根據(jù)查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算分析，得螺釘孔通規(guī)誤差為：極限上偏差為-0．088mm，極限下偏差為-0．092mm，即螺釘孔通規(guī)的實(shí)際尺寸可以允許在3．108mm～3．112mm之間。但是在實(shí)際制作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)尺寸較小的狀況，不會(huì)出現(xiàn)尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為 0，即可表示為 3．1120～0．004mm，該數(shù)值的范圍同樣是3．108mm～3．112mm之間，但更加便于生產(chǎn)控制。

（2）螺釘止規(guī)極限尺寸。在進(jìn)行螺釘止規(guī)的設(shè)計(jì)時(shí)，其流程與通規(guī)相似。其極限上偏差為0．1mm，極限下偏差為0．097mm，即止規(guī)的實(shí)際尺寸可以允許在3．297mm～3．3mm之間。但是在實(shí)際制作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)尺寸較小的狀況，不會(huì)出現(xiàn)尺寸偏大的情況，因此可以將上偏差消除為0，即可表示為3．30～0．003mm，該數(shù)值的范圍同樣是3．297mm～3．3mm之間，但更加便于生產(chǎn)控制。

4 誤差分析

在上述計(jì)算過(guò)程中，雖然存在一些理論上的誤差，但其結(jié)果基本符合理論要求的安裝參數(shù)數(shù)值。但會(huì)因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的一些操作流程導(dǎo)致檢查失效，一般要求安裝孔要比軸的半徑大0．005mm左右，在安裝時(shí)一旦兩者的間隙小于該數(shù)值，就會(huì)出現(xiàn)軸無(wú)法插進(jìn)孔的現(xiàn)象。而按照上述的結(jié)果檢查，就會(huì)出現(xiàn)將難以安裝的廢品判定為合格產(chǎn)品的現(xiàn)象，造成安裝工藝流程受阻，還會(huì)導(dǎo)致部分合格產(chǎn)品被淘汰，形成資源浪費(fèi)。前者會(huì)損傷機(jī)器，且沒(méi)有被檢查出來(lái)，一旦形成產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，會(huì)極大地?fù)p傷企業(yè)形象；后者雖然有較多的浪費(fèi)，但基本符合生產(chǎn)需求。因此，進(jìn)行誤差分析是量具生產(chǎn)前的重要步驟。我們通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其安裝孔的數(shù)據(jù)分布與一維正態(tài)吻合，如圖5所示。

在上述式子中：a為安裝孔數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)期望值，σ是均方偏差。

在圖5中，可以看出：該產(chǎn)品零件的尺寸參數(shù)分布都在公差中心值的兩側(cè)，其數(shù)值與中心值差距越大，產(chǎn)品零件的數(shù)量越少，到了小于-2σ或大于2σ的區(qū)域，則基本沒(méi)有。

圖5 正態(tài)分布曲線(xiàn)

最終根據(jù)正態(tài)分布的相關(guān)計(jì)算理論，結(jié)合其參數(shù)值，即定位銷(xiāo)的計(jì)算中，a等于2．02，σ等于1，則直徑數(shù)值在 2mm～2．009mm 之間的概率是 0．0036。在螺釘孔的計(jì)算中，a等于3．2，σ等于1，則直徑數(shù)值在3．1mm～3．114mm 之間的概率是 0．0056。上述的 2 個(gè)概率數(shù)值都表示，在此種量具檢驗(yàn)下，將合格產(chǎn)品判定成為不合格產(chǎn)品的數(shù)學(xué)期望數(shù)值。即產(chǎn)品2個(gè)參數(shù)檢查情況屬于實(shí)際情況的概率分別是0．9964和0．9944。即10000個(gè)產(chǎn)品中，出現(xiàn)誤判的個(gè)數(shù)是40～60個(gè)之間，且都是將合格的判定為不合格，在對(duì)這些不合格的產(chǎn)品進(jìn)行其他方式的檢查，即可規(guī)避經(jīng)濟(jì)損失，且大大地降低了工作量。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的研究，我們總結(jié)了產(chǎn)品安裝孔量具設(shè)計(jì)的流程，首先要分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及重要的安裝參數(shù)，進(jìn)而結(jié)合企業(yè)安裝標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析計(jì)算其量具的參數(shù)。此次主要運(yùn)用了通止規(guī)原理，將其參數(shù)的波動(dòng)差計(jì)算出來(lái)，進(jìn)而確定其參數(shù)值的上下極限值范圍，通過(guò)檢驗(yàn)其2個(gè)極限值來(lái)確定其是否合格。在計(jì)算完成后，要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，規(guī)避誤差影響，最終實(shí)現(xiàn)量具與安裝要求的完美契合。在本文中例舉的產(chǎn)品安裝過(guò)程中，通過(guò)使用通止規(guī)原理的量具，檢查效果明顯加快，節(jié)省了大量的人力、時(shí)間，提升了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。因此，可以將此種量具設(shè)計(jì)方法向其他產(chǎn)品類(lèi)比推廣。

[1]王東．基于通止規(guī)原理的電子產(chǎn)品安裝孔量具設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械工程師,2017(4):148-150．

[2]蔡斌,呂宇升,董凱林,等．套類(lèi)零件內(nèi)外徑組合量具的設(shè)計(jì)[J]．四川冶金,2015(4):79-82．

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1671-0711（2017）10（上）-0199-02