Ds 007 公差與配合2. 公差與配合之優點、效益-
「快速查表,一次就做對,與國際工藝接軌」
一、 公差意義、符號、標註
二、 公差與配合、等級、配差、計算、選用
三、 USAS、ASA、DIN、BS、JIS、CNS等級、與ISO等級對
照
四、 基孔制與基軸制之意義、優點、選用
五、 表面粗度與公差之關係
六、 幾何公差意義、符號、重要性、量測、選用
七、 影響組合公差因子、計算方法、工業界實用法
八、 位置公差、增額公差、效益
九、 電鍍層前後加工裕度計算
十、 組件間隙預估、模擬設計盲點
十一、 統計公差 3. 公差配合之沿革
1812
Eli Whitney:毛瑟槍(德)零件大量生產互換性之問題。
Joseph Whitworth:標準化之構想,製造互換性之螺絲(55o/60
o)。
William Taylor:零件生產與量測,Taylor原理、量測方法及公差技
術。
1926
英、美、德、比、捷克、瑞士、瑞典七國代表於紐約成立組織。同
年法國、挪威加入,於倫敦再商議,委由德國標準協會主持研究,
定名為International Federation of the National Standardizing
Associations (ISA)。
1944
我國頒佈國家標準(CNS)。
1960
ISA 改名為ISO。德日法英美加陸續沿用。我國工業落後,未能普遍
重視,工業水準仍未趕上先進國家。 7. 公差配合之重要性
(1). 產品之複雜性
早期農業社會之機具所需功能較簡單,種類亦
少,公差問題不嚴重。後來因應產量擴大,功
能需求複雜,工業產品多元化、精緻化、量產
化,產品設計愈複雜,製造單位與工序既繁且
多,彼此界面協調產生問題,反應到品質即屬
公差問題。 8. (2). 生產自動化
因工業化之後,產品盡可能利用機器生產,速
度加快,品質控管更加重要。因此零件公差需
控制在合理範圍,以使加工組裝順利,品質一
致。 10. 實務上決定零件之公差並不容易,因公差於加工、製
作、裝配時會因機器、工具精度與人員熟練度之認知
差異而造成尺寸、品質功能特性之變動。因而在進行
裝配時各零件之尺寸並非如原先設計標註之容許範圍
內(公差帶tolerance zone)。設計人員將公差標註
在尺寸邊或另一區域,係藉以和製造、裝配人員有溝
通之方式,然而仍然存在一些問題:(a)受時程與
工具限制難以對每項公差校對,(b)設計人員之素
養、安全係數之認知、成本觀念等的影響。 11. (4). 同步工程之需求
世界經濟活動日益激烈,產品生命週期日益縮
短,從研發至完成品之時程也跟著壓縮,因此
開發流程從序列式改為並列式,亦即同步工程
(Concurrent engineering)運用而生。於設
計階段就考慮加工、裝配等問題,期望減少修
改次數,其中公差配合是一項重要工程。 12. (5). 成本因素
每次修改均會增加成本與時程,合理之公差配
合訂定可以獲得最大機率之合格產品產出,節
省修改次數之成本與時程,提供更具競爭的價
格上市。 13. (6). 互換性之需求
制定經統計歸納之公差並據以與大量生產,可
獲得裝配順暢、高合格率、維修容易等之效果
且可得到一致之預期功能。 15. * 公差位置
以A…ZC(母件)a…zc(公件),計分28等。
A、B、C、CD、D、E、EF、F、FG、G、H、
J、JS、K、M、N、P、R、S、T、U、V、X、
Y、Z、ZA、ZB、ZC。 22. 美國最新公差配合USAS B4.1 1967等別
1. 轉動滑動配合RC (Running or sliding fit):
RC1…….RC9
2. 定位公隙配合LC (Locational clearance fit):
LC1……LC11
3. 定位過渡配合LT (Locational transition fit):
LT1…….LT6
4. 定位公緊配合LN (Locational interence fit):
LN1……LN3
5. 壓入或收縮配合FN (Force or shrink fit):
FN1……….FN5 25. *基孔制與基軸制之適用時機
1. 基孔制:工具、兵器、戰車
(1) 精密孔加工較難,以孔為基準,將變動軸之
配差來配合,工程較易。
(2) 定位配合,較易精密。選擇配合時,先量孔
徑在加工軸配合。
(3) 準備刀具與量具較容易。
(4) 整修較易,先修孔徑再換軸。
2. 基軸制:粗大之軸件、紡織工業。
(1) 同一軸配合不同母件。
(2) 可用壓延材料。 30. *Surface Roughness(表面粗度):
(1) Arithmetical Average (A.A.)、 Center Line Average
(CLA)、Roughness Height Rating (RHR)(算數平均值、
中心線平均粗度高)Ra-(a):於取樣長度內,各高點、低點
對高低平均線之距離。
(2) 最大表面粗度高Rmax-S≒4Ra:於取樣長度內,通過最
高與最低點各劃一條平行於平均線之直線,其間之距離。
(3) 十點平均粗度高Rz-Z≒4Ra:於取樣長度內,自一平行
於平均線但位於輪廓下方之直線出發定五個高點及五個低點之距
離。
(4) Root of Mean Square,RMS≒1.1-1.3RHR(均方根
值):於取樣長度內等分量得n個距離,各平方和再除n,在開平
方,電機工業用。 32. *表面粗度
製程中產生微小不平坦之現象。機械或工件
Deflection、Vibration、Chatter(顫動)、
Wrap(翹曲)、Lay(刀痕方向)、Feed、
Crack、Blow hole、Check(裂縫)、
Scratch(刮痕)。 33. *表面粗度求法
1. 算數平均法
AA Arithmetical Average,CLA Center Line
Average(British),RHR Roughness
Height Rating(USA)。 35. 3. 表面粗度對機件之影響
(1)未潤滑面之摩擦及摩耗,因粗度大而增
加。
(2)潤滑面之摩擦及膠著危險,粗面大而大。
(3)機件疲勞強度,因光度大而增加。
(4)槽內流體之流速,因粗度大而遞減。
(5)粗糙面之公緊配合,接觸面小減低固著
力。 37. 3. 最大粗度,Rmax
取樣長度內,於最高峰及最低谷各畫一條平行
於平均線之直線,其間之距離即為最大粗度。 46. *真位置度公差註法
用兩無公差尺寸定出真位置,以該點配無公差
直徑確定一圓形公差區作為孔心位置之變化範
圍。
優點:
1.公差合格區增為1.57倍(方形擴為圓形)。
2.無累積公差現象,尺寸線佔用區減少。
3.人工劃線自基準面取1.6、3.2…,避免累積
誤差。 49. *保護層之間隙設計
精密配合件之電鍍層(保護、披覆)厚度預留量可依
電鍍前零件之加工精度考量:
1. 非關鍵型零件(Non-critical part):公差> ±0.127
mm(±127μ),圖上不必註明鍍層裕度,亦即該件之
尺寸公差可做為機械加工用,品檢可接受超過標註之
鍍後零件。
2. 邊際型零件(Marginal part):±0.0127 mm
(±12.7μ)<公差< ±0.127 mm(±127μ),如無配
合件則依第1項處理;如無配合件則依附表1處理。 50. 3. 關鍵型零件( Critical part):±0.005 mm(±5μ)
<公差< ±0.0127 mm(±12.7μ),需標註鍍前及鍍
後尺寸(表1)。
4. 超關鍵型零件(Super critical part):公差<
±0.005 mm(±5μ),不允許留有機械加工及電鍍層
之裕度,而可依下列方法解決。(1)超關鍵面加以
罩護免鍍。(2)零件鍍後選配。(3)如為圓柱型可
考慮壓花或溝槽,避免電鍍。(4)鍍後再整修至所
需之公差。
以上4種方法以第1種最便宜,第4種最費工,除非必
要,設計時應優先採用第1種。 52. C.F.:Clearance Fit
I..F.:Interference Fit
Pmin:Minimum thickness of plating
Pmax:Maximum thickness of plating
Nom.:Nominal size(公稱尺寸、基本工程尺寸、規範規定尺寸)
Pbmin:Minimum thickness of before-plating(鍍前最小厚度)
Pbmax:Maximum thickness of before-plating(鍍前最大厚度)
Pamin:Minimum thickness of after-plating(鍍後最小厚度)
Pamax:Maximum thickness of after-plating(鍍後最大厚度)
P.F.D.:Nominal Press-fit Diameter(工程壓配直徑) 57. 一、 統計控制(Statistical control) 定因制度
(Constant cause system):尺寸於生產及
檢驗過程中會產生偶發性、間斷性、顯著性之
變異(機具不同、材質不同、操作者不同、時
間不同),加以改正、矯正、控制,恢復原先
需求之狀況。 58. 二、大量生產依變動量與發生頻率繪圖,為一
圓滑如鐘形曲線,稱為正常頻率曲線(The
normal frequency curve)、誤差常態曲線
(The normal curve of error)、或然率曲線
(The probability curve)、高斯曲線(The
Gaussian curve)、拉普拉斯曲線(The
Laplacian curve)、正常分配曲線(The
normal distribution curve)。 59. 三、依統計原理可求出工件(產品)變數之平
均值x及標準差σ。
99.73%之工件(產品)落在σ3±x圖(b)範
圍內。此6σ稱為工件(產品)之自然公差
(Nature tolerance)。為符合設計需求,製
作偏差x=±3.33σ~4σ。 60. 四、工件長度變化=2x,如採高允收率之製作
方法,如圖(a),自然公差為製作公差之3/4,
即x=4σ,為最佳生產。次之為圖(b),即x
=3σ。較差為圖(c),即x<3σ,不合格數
量如尾部曲線下之面積,需全數檢驗。 66. 例:由5支桿組成軸,首尾各長20.02 mm,中
間3支長各為50.50 mm,每支之標準差均為
0.01 mm,採隨機法組立,依統計原理,求軸
長平均值?標準差?軸長自然公差?軸長自然
偏差? 68. 例:依高度正確之製作之3項零件,各個尺寸
統計均呈正常分佈,隨機各自3項零件各取一
件線性組立,期望全長變化不超過±3σt=±4
mm,依普通思維及統計原理求各項零件之製
作偏差? 70. * 量規公差與機製件公差
1. 量規製作公差約為5~10%之機製件公差,
成本隨之增加。
3. 1i=研磨;2 i=精車、搪、絞孔、拉孔;3 i=
車削、搪、絞孔;6 i=車削、搪、銑、插、刨;
12 i=粗車削、鑽。
4. 0.2i=高精度量規;0.4i=佳精度量規;0.8i=
一般精度量規。