機械設計與機械制造中公差配合探析
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摘要：公差配合在機械設計制造中占據重要地位，在維護零件質量方面具有重要作用。機械制造業(yè)發(fā)展體現(xiàn)了國家科技發(fā)展水平，隨著國家經濟發(fā)展的加快，使機械制造領域取得了很大進步。機械設計制造中應用公差配合有助于減少生產時間，對促進機械設計制造實效性具有積極作用。統(tǒng)計公差技術研究對現(xiàn)代制造模式下產品質量控制、對降低生產成本控制、提高產品性能質量具有重要意義。本文分析公差配合的概念，闡述公差配合在機械設計制造中的應用。
關鍵詞：機械設計制造；公差配合；質量控制
運動精度是衡量機械裝備質量的重要性能指標，裝備整體裝配公差質量是保證運行精度的前提，可以從靜態(tài)裝配公差方面評估機械裝配設計質量。機械裝備由若干零件按照規(guī)定方式裝配，裝配成功后，產品需要完成規(guī)定運動操作，對機械設備產品運動精度分析非常必要。裝配公差精度對機械裝備動態(tài)性能具有很大影響。裝配公差精度是衡量裝備質量的重要指標，裝配運動精度與復雜工況有關。機床主體機械結構由床身工作臺、主軸箱等主要零部件裝配，運動精度表現(xiàn)為靜態(tài)時刨刀對工作臺的偏差精度，機械裝備設計必須綜合分析運動精度。統(tǒng)計公差理論研究，及統(tǒng)計公差統(tǒng)計工序控制參數(shù)需要深入研究，對我國統(tǒng)計公差修訂非常必要，對制造業(yè)推廣應用統(tǒng)計公差技術具有重要意義。
1公差配合概念
公差是可變動零件幾何參數(shù)量，在機械設計中，幾何參數(shù)是角度等物理參數(shù)，要確認可換零件規(guī)格在標準范圍內變動。公差可分為尺寸、形狀與位置公差。國際標準中公差等級分為20個等級，配合是公差尺寸相同的孔軸公差帶關系，包括過盈、間隙配合。不同孔軸配合具有不同松緊要求，最大間隙值是孔與軸的公差值之差。面向質量目標的統(tǒng)計公差方法思路是將工序質量共性要求建立標準量化指標，采用RESPONCESURFACE方法，由軟件生成二維平面下標準化統(tǒng)計公差，指導相應工序控制方案。最優(yōu)的過程質量控制方案是EPC、SPC等綜合繼承，如圖1所示智能集成框架系統(tǒng)。公差配合是間隙范圍內的變動量，配合公差影響配合精度，配合制包括基軸制與基孔制，在一些等直徑長軸配合應用中宜選用基軸制。公差配合應用體現(xiàn)在評估零件表面質量等方面。加工條件不同導致零件幾何參數(shù)不同，常用的精度包括位置與尺寸精度。零件表面質量評估分析產品誤差。零件層次統(tǒng)計公差是對零件給定技術規(guī)范，面向質量目標的統(tǒng)計公差帶使統(tǒng)計公差成為聯(lián)系質量目標不同層面的標準化截面。質量特性值均值是統(tǒng)計公差主要對象，對不同質量特性值有特定物理量單位，需要為標準化統(tǒng)計公差尋找標準化界面，要求能方便轉換為實際統(tǒng)計控制參數(shù)，與設計規(guī)格界限有明確函數(shù)關系，應是無量綱標準化參數(shù)。
2機械制造中公差配合的重要性
機械裝備裝配質量與零件公差設計有關，公差信息必須在設計中通盤考慮，裝配精度如由零件加工精度直徑保障，會給零件加工帶來障礙。如何通過公差優(yōu)化提高機械產品裝配精度非常關鍵。裝配方式不當，不能裝配出高品質的機械產品。部分零件裝配采用合理工藝手段可以使機械產品裝配達到設計質量要求。機械產品質量依靠裝配工藝實現(xiàn)，裝配質量對保證產品運行效果發(fā)揮決定性功效。機械裝配成功后，產品需要運動操作，運動精度是機械裝配完成規(guī)定操作任務的保障。運動副間隙誤差等因素對機械產品運動精度造成影響，機械裝備工作中震動等因素干擾使得機械裝備工作質量難以預測評估。設計階段，對機械裝備運動精度分析非常重要。影響機械產品運動精度誤差因素較多，目前缺乏將多個因素綜合考慮的分析方法。公差分析是產品設計連接加工使用的必要環(huán)節(jié)，對機械產品裝配精度分析深入研究，對公差分析理論在實際生產中應用具有積極意義。將公差建模與機械產品運動精度分析結合，為及時發(fā)現(xiàn)公差設計缺陷，優(yōu)化產品設計提供可行意見。產品制造質量是企業(yè)永恒的主題，我國制造企業(yè)長期存在的問題是效益低下，機械制造業(yè)面臨競爭體現(xiàn)在產品質量、服務及時性等方面。產品質量是機械工業(yè)參與全球市場競爭的薄弱環(huán)節(jié)，許多企業(yè)制造精度難以滿足高新技術產業(yè)對加工水平的要求，傳統(tǒng)統(tǒng)計控制方法是對工序過程穩(wěn)定性判別技術，國家標準以過程能力指數(shù)為生產過程質量要求指標，生產檢驗中已有應用統(tǒng)計方法國際標準，將最新統(tǒng)計公差與現(xiàn)代質量控制技術結合，實現(xiàn)配合零件最佳配合質量目標，使我國機械產品配合質量得到提升。
3公差配合在機械設計制造中的應用
公差配合在機械設計制造中的應用包括機械設備維護、單個零件生產的選用。公差配合決定機械設計產品的使用性能，公差配合需依據產品情況，選擇能獲得經濟效益的公差配合。配合零件要分析選擇基準制，配合方面通過類比法實現(xiàn)。如石油鉆井機械設備公差配合設計無法按傳統(tǒng)標準選擇，通常對設備設計從經濟角度考慮。在配合公差選用上，考慮設備鏈輪承受負荷，較大時選用H8/k7，在軸等配合公差選擇時，依據零件特點選擇合理偏差值。車床夾具公差選擇依據配合設計標準，從實用角度出發(fā)。注意軸配合下依據產品特點選擇公差。軸承建選擇配合公差依據用途，相同孔空套旋轉配合選擇H7，用于支撐可選擇G。圖2為減速器輸出軸軸系部件示意圖。機械設計制造中，公差項目選址是結合項目，選擇時要依據被測要素幾何性質；類比法是公差等級選擇常用方法，保證按圖紙生產軸具有良好配合性。將被加工零件尺寸分布調整到公差帶中心，機械產品加工誤差值符合正態(tài)分布規(guī)律，操作者在加工孔時控制最小極限值處，生產中不出現(xiàn)極限配合尺寸，理論上會出現(xiàn)極限配合尺寸。隨著我國機械設計制造業(yè)的發(fā)展，國家出臺了相應選擇標準。類比法通過參照存在公差等級，確定配合類別，調整配合松緊。實驗法周期較長，選擇配合時應推薦優(yōu)先使用基孔制，不同零件的加工方法不同，配合選擇應根據實際加工需求，降低加工對配合的影響。經常更換零件選擇較松的配件。如制漿造紙設備運行環(huán)境惡劣，設備購買前無裝配圖。考慮配合部位受力情況，制漿造紙設備中限制過盈配合，傳遞扭矩相同，配合方式存在不同。應考慮零件裝配難度，選擇過盈量較大配合裝拆困難，應對零件尺寸全面考慮，小尺寸選擇較緊的配合。軸承需要經常更換，應合理選擇軸承配合。
4結語
高的裝配質量是保障裝備運動精度的前提，公差配合是機械設計制造的關鍵。由于生產過程非理想狀態(tài)，零件制造誤差不可避免，必須合理規(guī)定公差保證產品使用性能。較小的公差導致制造成本提高，合適的公差設計提高制造成本效率。產品生產通常采用經濟方式，公差確定應滿足常規(guī)方法生產，應不斷提升機械設備使用性能。隨著我國科技水平的提升，機械設計制造行業(yè)技術研究取得了可觀的發(fā)展成果。應重視對相關研究進行深入探索，推進國家機械制造領域長遠發(fā)展。
作者:嚴冬青 單位:宿遷澤達職業(yè)技術學院
