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要在不偏离原设计的情况下制造产品是极其复杂的。即使您能够获得与设计意图相当的实例,也几乎不可能在批处理过程中实现完全相同的维度。

这就是说,为了被接受,你可以决定一个制造的产品可以偏离最初的意图多少。在制造过程中,该验收范围由公差限值定义。这些公差表示标称尺寸(设计的初衷)与仍然保证配合的尺寸的最大值和最小值之间的变化。换句话说,这是一个可控的误差范围。

例如,假设您指定了一个长度为100mm、带有Ø50mm的圆形实心杆,该实心杆将安装在另一个构件的孔内。你下订单制造200根50毫米的圆钢,当你收到并测量它们时,你会得到像53毫米,47毫米,51毫米,49毫米这样的数值,变化很大。这些条的长度也各不相同,当你仔细观察时,你会发现它们并不是完美的圆形。

你还能用吗?如果没有,您是否可以拒绝并要求供应商免费重做?你真的应该离地球有多近?

ISO 2768:国际标准

ISO 2768是一项国际制造标准,它不仅可以帮助回答这些问题,还可以在考虑制造成本的同时最大限度地减少不一致性。因为该标准是由一个国际委员会制定的,所以它使您与世界各地的公司站在同一页上,以防止误解。因为这是全球行业标准,虚拟电视数控加工服务符合ISO 2768介质要求。

ISO 2768分为两部分,旨在通过将精度级别定义为一般规则来简化图纸:

  1. 线性和角度尺寸的一般公差,精度等级定义为:f-细、m-中、c-粗、v-极粗
  2. 精度等级定义为公差级别的特征的几何公差:H, K, L

例如,图纸可指定为ISO 2768 mK,这意味着它应满足第1部分“中等”的公差范围和第2部分的公差等级“K”。通过包含ISO 2768规范,您可以简化图形,避免为每个尺寸和特征编写公差。本标准由一般规则组成,因为当零件上的尺寸需要比ISO 2768规定的公差更严格的公差时,存在例外情况。这种情况是正常的,并非罕见,因此应始终检查图纸标题栏中的一般公差要求,并注意任何特殊零件规范或项目要求。

将ISO 2768应用于图形

为了理解本标准的内容及其各部分,最好使用一个实际的工程实例。图1显示了带有空调压缩机的汽车发动机。支持压缩机并将其连接到发动机的组件是我们的重点;我们称它为“压缩机底座”。我们的压缩机基地原型例子将由铝铸造,然后机加工和钻孔。

车用空调发动机压缩机底座原型的三维模型
图1:压缩机基础原型示例

一旦我们定义了具有标称尺寸的三维模型,我们将确定哪些特征需要严格公差,哪些不需要,以便我们可以在图纸上传达这些要求。我们包括区分容忍度以有效管理成本。如果所有尺寸都要求严格的公差,那么由于对工具/夹具、操作员技能的要求更高,以及报废/返工要求的可能性增加,成本将显著增加。(你可以了解更多关于宽容如何推动制造努力在我们的虚构大师班)。交货时间也增加了,因为每个部件都需要严格的质量检查来确定每个尺寸,特别是当组件具有复杂的复合几何形状时,不容易量化。

设计零件时,重点关注每个特征的主要功能非常重要。某些尺寸的误差范围对控制至关重要,因为它们的目的是与其他零件对齐。其他特征的尺寸和位置对对齐并不重要,因此它们在制造过程中可以有更宽的公差-这是精度和成本之间的折衷。

对于我们的压缩机底座示例,下面的图2显示了哪些功能需要严格公差,哪些不需要。请记住,这是一个不同于其他设计的示例,但每个设计师都应该根据其产品的功能制定适当的分类。

在我们的例子中,钻洞连接到引擎块和压缩机需要一致和正确定位,因此他们的宽容是细类(参见图2 # 1和# 2)。对齐的组件之间的接触表面也很重要(# 3和# 4)。然而,对于这个例子,我们能够使用一个中等公差,因为一个更精确的机器粗糙度没有获得足够的校准,以证明额外的成本是合理的。

由于加强筋的目的是增加强度,只要满足下限(#5,粗公差),其壁厚可以用不太严格的公差定义。底座主体被定义为非常粗糙的公差(#6),我们定义参考平面或基准来控制其余尺寸(#7,精细公差,因为我们将从这些表面进行尺寸标注)。请记住,对于其他设计,肋、圆角和倒角等特征可能需要更严格的公差,这取决于它们的功能。

显示压缩机基础部件两侧的图形,带有标注,标明每个特征是否需要精细公差、中等公差、粗糙公差或非常粗糙公差。
图2:压缩机底座示例的精度等级要求

值得一提的是,其他标准使用类似的尺寸概念,其中最常见的是几何尺寸和公差(GD&T),与ISO 2768第2部分相关。在这里了解更多关于GD&T的基础知识.

ISO 2768第1部分:线性和角度尺寸

表1显示了精度等级或线性尺寸的公差等级名称。一个应用是压缩机底座示例的孔之间的尺寸(见图3)。

表1:公差等级-线性尺寸

允许偏差(mm)
基本尺寸范围(mm) F
(罚款)
M
(中)
C
(粗略)
v
(非常粗糙)
0.5至3 ±0.05 ±0.1 ±0.2
超过3到6 ±0.05 ±0.1 ±0.3 ±0.5
超过6到30 ±0.1 ±0.2 ±0.5 ±1.0
30岁以上至120岁 ±0.15 ±0.3 ±0.8 ±1.5
超过120到400 ±0.2 ±0.5 ±1.2 ±2.5
超过400到1000 ±0.3 ±0.8 ±2.0 ±4.0
截至2000年超过1000人 ±0.5 ±1.2 ±3.0 ±6.0
2000多到4000 ±2.0 ±4.0 ±8.0

压缩机基础原型的三维模型,带有线性尺寸标签,显示两个孔之间的距离
图3:线性尺寸示例

同样,表2显示了外半径和倒角的公差。

表2:公差等级-外半径和倒角

允许偏差(mm)
基本尺寸范围(mm) F
(罚款)
M
(中)
C
(粗略)
v
(非常粗糙)
0.5至3 ±0.2 ±0.2 ±0.4 ±0.4
超过3到6 ±0.5 ±0.5 ±1.0 ±1.0
六岁以上 ±1.0 ±1.0 ±2.0 ±2.0

表3定义了角度尺寸的公差。注意,表3上的公差单位是角度尺寸的度数和分数。在下一节中,我们将讨论“垂直度”,它的单位实际上是长度(mm),尽管它以一个角度控制两个表面。

表3:公差等级-角度尺寸

允许的度数和分钟偏差
基本尺寸范围,单位为mm(相关角度的较短一侧) F
(罚款)
m(中) c(粗加工) v(非常粗糙)
最多10个 ±1º ±1º ±1º30′ ±3º
10岁以上至50岁 ±0º30′ ±0º30′ ±1º ±2º
超过50到120 ±0º20′ ±0º20′ ±0º30′ ±1º
超过120到400 ±0º10′ ±0º10′ ±0º15′ ±0º30′
400多 ±0º5′ ±0º5′ ±0º10′ ±0º20′

ISO 2768第2部分:特性的几何公差

第2部分定义了三个公差范围H, K和l。这些公差与也使用字母和数字的配合公差和间隙公差等级不同。与ISO 2768第1部分类似,也有标称范围和偏差,但区别在于我们如何定义这些偏差。

例如,在图4中,我们没有定义上限和下限,而是定义了两个参考(即平行平面)之间的区域,因此制造表面应位于它们之间。这听起来可能更复杂,但当您意识到如果放置卡尺测量两个粗糙表面时,由于表面的粗糙度,您将获得多个不同的值时,这是有意义的。我们将基准定义为尺寸参考,以控制可接受的偏差程度。在图2中,我们为基础压缩机选择了三个垂直平面(图1中的基准面A、B、C)。

具有锯齿状上表面的块体的三维模型,锯齿状表面上下浮动两个平行平面
图4:几何公差示例

表4定义了平面度和直线度公差等级。在我们的压缩机底座中,压缩机和底座之间的接触面以及底座和发动机之间的接触面非常重要,因此图纸中将规定它们的平面度。

直线度控制曲面在该曲面上的指定直线内的变化程度。直线度的另一个用途是控制零件的轴线允许多少弯曲或扭曲。

表4:直线度和平整度公差

允许偏差(mm)
标称长度范围(单位:mm) H K L
最多10个 0.02 0.05 0.1
10岁以上至30岁 0.05 0.1 0.2
30岁以上至100岁 0.1 0.2 0.4
超过100到300 0.2 0.4 0.8
超过300到1000 0.3 0.6 1.2
超过1000到3000 0.4 0.8 1.6

一个压缩机基地的三维模型与一个面爆炸视图和一个显示几何平面的模型
图5:压缩机底座平整度示例

如前所述,垂直度有距离单位(mm或in)。与平面度类似,我们定义两个平面,间隔等于表5中允许的偏差。我们间接地控制了90度角因为我们测量的是表面是否在允许的区域。(参见图6)

表5:垂直度公差

允许偏差(mm)
标称长度范围(单位:mm)(短边) H K L
最多100 0.2 0.4 0.6
超过100到300 0.3 0.6 1.
超过300到1000 0.4 0.8 1.5
超过1000到3000 0.5 0.8 2.

压气机底座三维模型,表面爆炸图,显示垂直度公差及公差外的例子
图6:垂直压缩机底座示例。请注意,位于两个红色平面之间的曲面如何在垂直于蓝色基准面的范围内,但当它超出公差时,曲面和基准面之间的角度更明显

表6显示了在基准面上均匀的零件上两个特征的对称公差和允许偏差。

表6:对称公差

允许偏差(mm)
标称长度范围(单位:mm) H K L
最多100 0.5 0.6 0.6
超过100到300 0.5 0.6 1.
超过300到1000 0.5 0.8 1.5
超过1000到3000 0.5 1. 2.

表7对应的是跳动量,即当零件绕基准轴旋转时,表面可能产生的总变化量。请注意,标记的曲面位于公差范围内,尽管它不是完美的圆柱形。

表7:跳动公差

允许偏差(mm)
循环跳动 H K L
0.1 0.2 0.5

压缩机底座的三维模型,分解图显示圆柱形特征和跳动公差带
图7:运行时压缩机底座示例

您可能已经注意到,没有为并行性定义表。这是因为ISO 2768第2部分将平行度定义为等于尺寸公差或平面度/直线度公差的数值,以较大者为准。

结论和下一步

ISO 2768涵盖了制造中使用的一些公差和几何特征,但几何尺寸和公差(GD&T)中有更多的标准,其符号如表8所示。对于那些对该主题感兴趣的人,我们建议您阅读更多关于GD&T和ASME Y14标准。

一些公司已经实施了一种称为基于模型的定义(MBD)的方法,目的是通过将所有GD&T、公差和基准信息包括在三维模型中而不是二维图纸中来增加协作。从理论上讲,这是可能的,因为某些CAD软件具有将这些符号和值作为参数信息包含在内的工具。这是一个有趣的想法,但用3D模型取代2D图纸作为权威记录可能不会很快发生。

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表8:GD&T条款

控制类型 几何特征 象征
类型 笔直
类型 平整度
类型 圆度
类型 圆柱度
轮廓 线条轮廓
轮廓 表面轮廓
方向 垂直度
方向 棱角性
方向 相似
地方 对称性
地方 真实位置
地方 同心度
耗尽 跳动
耗尽 全跳动