关键词：公差配合；机械设计；机械制造
1、公差带的基本属性与分类
公差指机械零件、机械产品在生产过程中尺寸精度、表面精度、化学参数、电学参数的允许变动量，公差包含的概念较为广泛，但在机械制造中，公差主要还是指机械产品的几何参数，其目的是为了约束产品生产行为、方法，让其变动量符合设计预想，以达到相互配合以及更换的基础目的。公差和配合是机械制造中的一项重要专业学科，它是在机械设计、制造发展历程中，通过经验、案例总结出来的一门学科，公差配合的结果，直接关乎着机械产品的最终质量以及使用寿命，决定了机械设计、制造投入的实际价值。无论是机械制造还是机械设计，都需要将公差、配合作为首要考虑的质素。机械产品不同部位的机械零件，根据设计预想被设计成不同的尺寸、精度、形状，而公差、配合则是保证这些零件能有效配合安装的主要因素。公差带是产品在设计阶段，设计人员给予产品实际尺寸、形状及位置的变动范围，也是产品制造及检测的依据。几何要素的公差带具有形状、大小、方向和位置四个要素，可以根据公差带的方向和位置是否确定来对公差进行分类，具体可以分为3类，公差带固定的公差、公差带平动的公差和公差带浮动的公差。其中固定的公差带不仅可以控制几何要素对基准的位置变动，还能控制其对基准的方向变动，故如要控制几何要素对基准方向变动，其平动的公差带应小于该几何要素固定的公差带，同理，如要控制几何要素的形状，浮动的公差带应小于该几何要素平动的公差带。
2、公差规范设计方法
公差规范设计的特点是其设计结果并非数值，而是语义，此外，公差规范设计结果对于后续的公差分配和公差分析会产生巨大的影响，因此公差规范设计的研究对于产品的质量具有重要影响。目前对于公差规范设计的研究较少，在工程实践中，公差规范设计一般由设计人员基于经验通过查阅公差标准完成，但公差标准并未给出详尽的公差规范设计的方法。公差规范设计发展至今，学者们提出了许多种公差规范设计方法。其中，对公差规范设计方法进行了系统的研究，并将其按照所用的表达模型进行了分类。本文根据公差规范设计方法的规范规则，将目前的公差规范设计方法归类为经验规则法、定位规则法、理论规则法和案例推理法。（1）经验规则法。经验规则法指的是选择基准与几何公差主要依据于经验规则，该方法依靠已知的经验、知识、标准等，构建一套流程和经验规则，通过这套流程和规则，可为零件或装配体生成一套公差规范设计方案。在该方法中，零件各要素的几何信息、位置关系、与其它零件的配合情况、标准要求以及已知经验知识等都是DRF建立以及几何公差规范设计的重要依据。1）如果要素与尺寸有关，则选择直线度、平面度、圆度或圆柱度；否则，选择线轮廓度或面轮廓度。2）若要素与基准共线，则选用位置度、跳动或轮廓度；否则，选择位置度。经验规则法，该方法先根据几何模型和装配顺序生成装配要求；再根据功能要求和装配要求，确定待规范的要素；然后依据一个经验性的权重系数，计算相同零件各要素的优先级系数，并按照优先级系数的高低，选择具有最高优先级系数的几个要素作为基准；最后根据几个选择规则表，选择各要素的几何公差。目前该方法已通过文本程序实现DRF的建立和几何公差规范设计两部分，而为了集成至CAD系统中，待规范要素的确定和信息获取部分仍有待进一步的研发。经验规则法更易于理解且流程也较为简洁。几何公差的确定几乎都依赖于经验知识，在已有的方法中，一般以推理表格、一系列规则或一个流程表示。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果经验规则法的假设与实际情况不太符合，那么可能会在实践过程中获得较差的结果，这要求经验规则法的使用者要完全理解规则制定的原因和方法的使用前提。（2）定位规则法。定位规则法在建立DRF和规范设计几何公差时，主要依据要素的装配和位置信息。与经验规则法相比，定位规则法对经验规则的依赖较少，这使得装配关系和位置关系对于这些方法至关重要，而关键的装配要素很可能被选为主基准。在装配体中的主基准与次要配合表面对于DRF的建立和几何公差的规范设计也很重要。在采用位置表进行公差规范设计的过程中，需要构建一个位置表。位置表是一种表达定位和装配顺序的图表，设计者可根据一套定位模式表，选出装配面的几何公差和对应的基准参考系。这可能会生成多套DRF，引起基准参考系的冲突，因此，该方法引入了一套相关规则修正该问题。定位规则法更关注于装配关系，它相比其他方法要求更多的装配信息。一旦所有装配关系已知，则公差规范设计过程可自动实现。定位规则法能够引入其他因素进行改进，如经验知识、标准要求或理论模型等。（3）理论规则法理论规则法指引入一系列理论模型，并在TTRS和MGED等公差规范设计理论的基础之上发展出来的方法，这些方法将经验知识的因素以数学语言进行规范化表迗，让公差规范设计方法更为严谨。在采用该方法在进行公差规范设计时，先获产品的取装配约束关系和零件的装配要素，再建立装配关系矩阵；采用装配约束类型推理矩阵获取装配约束类型，采用装配公差推理矩阵获取装配公差功能，采用几何、位置关系等信息并基于TTRS生成装配公差规范设计，采用装配要素表面的装配顺序建立DRF，采用MGED和装配要素表面生成几何公差对应的公差域。最后在装配功能公差和公差域确定后，对规范设计结果进行标注。
3、机械设计中公差配合的应用
首先，基准制的应用，以轴、孔相互配合为例，基准值的选用需要选用“基孔制”，选择“基孔制”的原因是轴的加工精度相对孔加工来说，更容易控制，采用“基孔制”进行机械设计，能有效减少加工过程中精度的测试、效验次数，减少加工工序，从而降低零件加工成本，值得注意的是，如果多个零件需安装在同一根轴上，为保证有效配合，就需要采用“基轴制”进行机械设计。若两个标准件需要实现有效配合时，需要严格按照标准件规定的基准制进行设计。举例而言，轴承配合的实现，内圈设计需要采用基孔制、外圈设计则要采用基轴制。另外，在机械设计的过程中，基准制的应用还要综合考虑其余特殊情况。其次，机械设计公差等级的选用。在机械设计的过程中，需要根据以下原则来选用公差等级：①在能满足机械零件基本使用需求的情况下，需要尽可能选择低等级公差，以此来优化施工步骤，降低加工成本。②零件的基本尺寸为500mm，并需采用高配合等级时，考虑到孔和轴的加工难度，一般情况下，需要采用“基孔制”进行设计。在我国现行的标准中，如若公差等级高于IT8，轴的公差等级比孔的公差等级要低一级。最后，配合的应用。在考虑零件配合的时候，需要综合考虑到优先公差带、优先配合、常用配合、常用公差带，最好选用优先公差带、优先配合，也可根据实际情况选择适用于轴、孔加工的公差带。
结束语
公差和配合是机械设计、机械制造中极为重要的核心质素，从业者对其要有全面的认识，在设计、制造中将其合理的应用、控制，这样才能制造出高质量的机械产品。
参考文献
[1]徐红彦.叉形结构件小孔形位公差工艺探索[J].工具技术,2019,53(09):77-79.
[2]林祖伟.民机机身对接尺寸公差研究[J].机械制造,2019(09):55-57+64.
论文作者:付秋林
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/15
标签：公差论文; 规则论文; 几何论文; 要素论文; 基准论文; 方法论文; 经验论文; 《科学与技术》2019年第12期论文;