对虚拟设计中公差与配合的检验和分析方法

胡晓明（上海雄博精密仪器股份有限公司, 上海 200444）

对虚拟设计中公差与配合的检验和分析方法

胡晓明
（上海雄博精密仪器股份有限公司, 上海 200444）

将虚拟设计应用在公差与配合检验中。首先通过对标准公差及优先配合建立标准数据库，其次确立公差与配合的检验准则，并对不合理的公差给出修正意见，然后对公差与配合进行了优化分析，最后以套筒作为实例进行了公差与配合优化分析，分析结果显示满足检验要求。

虚拟设计；检验方法；公差配合

1 引言

虚拟设计是将计算机图形学、人工智能、计算机网络技术、信息处理技术、机械设计与制造、虚拟现实技术等集为一体，在虚拟的情况下，对产品进行设想、设计、分析、制造和测试[1,2]。其本质是利用计算机仿真技术，在产品的初始设计阶段模拟出产品开发全过程，并进行仿真、分析，从而预测产品的性能、质量、成本、可制造性等，进而提高产品的全局优化和产品设计的一次性成功率。目前，虚拟设计已经应用在机械行业的多个设计过程，包括机械建模、动态仿真、装配干涉等方面，然而虚拟设计在公差与配合方面鲜有研究[3]。由于公差与配合的设计在产品的制造和装配过程中扮演了很重要的角色，因此本文将重点研究虚拟设计中的公差与配合检验分析方法，这样将对产品的制造成本及产品功能具有更好的现实意义和指导意义。

2 虚拟设计中公差与配合的检验与分析

在虚拟的环境下建立零件的装配模型，并进行公差与配合的检验与分析，看其是否可以满足零件的设计和装配要求，对一些不满足要求的公差进行修正分析，然后用面向对象化的可视化语言VB进行编程，实现公差与配合的检验分析。首先，依据国家标准提取公差与配合信息，并建立标准公差与基本偏差数据库；然后通过优先常用的配合数据库对公差和配合进行检验；最后对公差进行分析优化, 以便检验闭环尺寸是否符合设计要求, 若不满足，则提出公差与配合的合理范围，并重新设计产品的公差与配合。

2.1 建立标准数据库

根据国标规定，公差的检验标准按国标规定的标准公差值进行检验，配合的检验标准按国标的优先配合和常用配合进行检验。由于基本偏差有28中，而且公差等级也有20级，其优先配合和常用配合也有很多种类型，因此这么庞大的组合需要用VB建立的强大数据库，从而能更换的解决这一问题。在标准公差中，共划分了13 个尺寸段（此尺寸段小于等于500 mm），此对应的每个尺寸段，对应的20个精度等级均有一个确定的标准公差值。因此，在建数据库时，可以分开对常用尺寸和常用公差进行建立数据库。

根据国标规定的孔和轴公差带配合，基孔制的常用配合有59种,优先配合有13 种； 基轴制的常用配合有47 种, 优先配合有13 种。根据孔和轴的常用配合和优先配合参考标准，建立数据库。

2.2 确立公差与配合的检验准则

2.2.1 确立公差检验准则

公差检验可以分三种，即零件只标注公差代号、只标注偏差数值、既标注公差代号又标注偏差数值。

（1）在零件的设计当中，若只标注了公差带代号, 则只检验其公差等级是否符合国标的20 个等级；

（2）在零件的设计当中，若只标注了偏差数值, 则需要检索标准公差数据库中的所有数据, 假如能找到与偏差数值一致的记录, 则公差标注正确。相反，可以从某一参考中找出最大的上偏差和最小的下偏差，此范围为公差的区间，可以修改后进一步验证。

（3）在零件的设计当中，若均标注了公差代号和偏差数值, 先假设基本偏差正确, 依据公差参考标准, 检验其偏差数值是否和公差代号一致, 如果不一致,则给出标准数值, 进行变更处理。

2.2.1 确立配合检验准则

通过在标准数据库中查询，看零件之间的配合是否选用合理的基准制、零件尺寸的公差等级是否合理、以及是否选用国标的优先配合和常用配合。若符合，则进行检验，等检验完成后，选出配合类型和结果，并给出具体的改进意见。

2.3 公差与配合的检验分析优化

确立公差与配合的检验准则后，需要对公差与配合进一步分析优化。公差与配合分析优化是依据已知各环的尺寸和公差，计算最终闭环的公差。计算的首要条件是要依据设计要求来决定组成环和封闭环,即把相互关联尺寸的组成环连接, 形成一尺寸/公差链。通过对符合国标的公差进一步做公差分析, 以便检验设计尺寸/公差链的完整性与正确性, 从而提出进一步的建议。

3 根据实际案例进一步分析

套筒外表面与机体孔的配合为Ф70H7/m6，套筒内表面与轴的配合为Ф60H7/f7。由于套筒外表面与机体孔配合的最大过盈量为0.03mm，其内孔可能收缩0.045mm（假定内孔收缩量为此过盈量的1.5倍）。根据前文讨论的公差与配合检验方法，先用VB进行建立数据库，通过编程后对其公差和配合进行检验分析。

（1） 首先，用国标检验零件的公差与配合的正确性和合理性,看是否满足要求。根据套筒的尺寸公差，检验其偏差数值是否符合国标。通过检索数据库发现Ф60 mm 直径段的上偏差为0. 030 mm , 与标准偏差比较后显示不一致, 建议改为0. 018 mm。

（2）其次，检验配合是否正确和合理。根据标准件之间的配合检验准则检验套与筒的配合。通过检索数据库发现套筒外表面与机体孔的配合为Ф70H7/m6，套筒内表面与轴的配合为Ф60H7/f7，且不是优先或常用配合。

（3）通过上述两步，可以完成公差与配合检验。

（4）根据几何尺寸计算装配零件的几何尺寸误差，从而判定尺寸/公差链是否符合要求。

4 结论

运用虚拟设计，通过对公差与配合建立数据库，并经过面向对象的VB编程，实现对虚拟设计过程中的公差与配合的检验分析。从而找出产品装配前的公差与配合的不合理性，实时提出意见进行修正，从而提高了产品的设计生产效率，以及降低了生产成本，对后期的产品装配有进一步的指导意义。

[1]余宁，阮毅.虚拟设计在数控机床研究开发中的应用[J].机电工程技术，2001(40).

[2]王刚，郭连水，韦雪琴. 基于制造能力的装配公差分析和优化方法[J].航空制造技术, 2004(02):74-77.

[3]廖念钊.互换性与测量技术基础[M].北京:中国计量出版社,2002.