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公差分析 | 为什么通常不推荐治具定位

5月前浏览541

在谈到零部件之间的定位时,有的工程师这样说:

 有定位啊,我们通过治具定位。          

然而,在通常情况下,我们都不推荐通过治具定位。

为什么?

因为治具定位会带来一系列问题:

1)治具一般会降低定位精度,不如零部件之间内定位精度高;

2)大批量使用时,治具容易磨损,会造成定位精度降低;有可能最初定位精度符合要求,然而过一段时间之后因为磨损,精度就无法达标;

3)高精密治具本身会带来成本。治具批量一般不大,通常需要CNC加工,高精治具成本高。

本文将用公差分析的理论计算来说明,为什么通常情况下治具定位会降低定位精度。


       
       
 1          
       
通过内定位,精度精度如何?        
       
公差分析 | 为什么说定位特征可以提高装配位置精度?一文中,我们计算了两个零件通过内定位(定位柱/定位孔)进行定位,两个零件右侧端面的装配位置精度为0±0.20mm(极值法)。        
       
       
       
       

       
       
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通过治具定位,装配精度如何?        
       
如果两个零件之间,没有定位柱定位孔等内定位,为了保证零件右侧端面对齐,需要通过治具定位,如图所示:        

       
在通过治具定位时,公差分析计算两个零件端面对齐所能达到的精度,需要经过两步计算:        
第1步,计算治具内侧宽度的值(此处以极值法为例)        
零件1和零件2需要放入治具中,治具内侧宽度在尺寸最小时必须足够大,以保证零件1和零件2处在尺寸最大时,零件1和零件2放入治具中不发生干涉。
       
如果零件1和零件2的尺寸公差为50±0.3mm,治具的公差为±0.3mm,那么我们可计算出治具的尺寸为50.6mm,即50.6±0.3mm。
       

       
第2步,计算两个零件右侧对齐(此处以极值法为例)          
       
零件1和零件2对齐的两个极端是:        
1)治具处在尺寸最大值,零件1靠治具左侧,零件2靠治具右侧,那么零件1和2右侧对齐的最大偏移为1.2mm(零件1靠左)。        

       
2)治具处在尺寸最大值,零件1靠治具右侧,零件2靠治具左侧,那么零件1和2右侧对齐的最大偏移为1.2mm(零件1靠右)。        

       
那么,零件1和零件2右侧端面对齐的最终装配精度为0±1.20mm(极值法)。        
       
注:        
我们可以把零件1、零件2和治具的尺寸精度增加到±0.1mm,对齐的最终装配精度为0±0.4mm(极值法),当然成本会比较高。        

       

       
       
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结果对比,治具定位精度低        
       
通过对比我们发现,相对于零部件之间内定位,治具定位精度比较低:        
  • 零部件通过内定位(定位柱/孔),装配精度为0±0.20mm(极值法);
  • 零部件通过治具定位,装配精度为0±1.20mm(极值法);即使把尺寸精度要求提高,装配精度为0±0.40mm(极值法);
       
为什么会出现治具定位精度比较低的现象呢?
       
这主要有两点原因:        
1)治具与零部件之间的组装配合,必然要求一定的间隙,以防止治具和零部件发生干涉,间隙会使得公差累积增加。        
       
2)治具作为第三方,必然会增加尺寸链长度,继续使得公差累积增加。定位柱/孔等内定位,并不会增加尺寸链长度。        
       
       

       
       
 4        
       
哪些情况下治具定位会增加精度呢        
       
当然,在有些情况下,使用治具定位比使用零部件内定位的精度高。        
例如,零件1和2右侧端面对齐很重要,那么我们可以设计一个治具,并通过相应的机构保证零件1和零件2组装时都向治具右侧靠齐,那么这样的装配精度会非常高。        
这种情况一般依靠机构动作来保证,不能通过组装时要求人工靠右对齐。        
       
       
       
       
       

       
 5          
       
关于治具磨损        

       
       
治具容易发生磨损的原因是:        
1)为了保证定位精度,治具与零部件之间通常要求较小间隙,这就使得治具与零部件之间不可避免发生经常性的摩擦。        
2)治具材质通常是塑料,塑料本身不耐磨。为了生产线上传动方便性,治具需要使用较轻的塑料,而不使用金属。有时可以使用较轻的铝合金,但铝合金也不耐磨。        
       
治具的磨损会是一个潜在大问题,因为在产品开发早期、甚至量产早期都不会出现。        
当产品开始量产、当治具还没有磨损时,装配精度可以满足要求。        
然而,过一段时间之后,治具开始磨损,装配精度就开始不满足要求了。        
这时,要么重新更换新治具,这是一笔不小的成本;要么修改零部件增加自身定位,这要求改模改生产线,同样是不小支出。        
还有一种可能就是告诉客户:产品品质只能做到这个程度了。        
几杯毒酒,只能两权相害取其轻了。        
       
PS:当治具磨损造成装配精度不达标时,通常是生产线或者治具供应商去背这个锅。        
很少有产品设计去背这个锅。        
其实,从根本上来说,这个锅应该产品设计去背。(希望产品设计工程师不要骂我😀)        
从避免背锅角度来说,从事生产线设计或管理的工程师、以及新产品导入的工程师,都需要懂一些DFMA知识。        
例如,当发现零部件之间没有设计定位特征、而要求治具定位时,就应该尽早把其中的风险传达给产品设工程师。        

       


       

         
最后的话        
       
通过公差分析的理论计算,我们发现通常情况下,治具定位的精度远低于零部件之间的自身定位。        
所以,当零部件之间有装配精度要求时,我们首先应当考虑零部件之间自身定位,只有在不得已的情况之下,才考虑治具定位。        
       

----END---        

来源:降本设计

理论尺寸链传动
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首次发布时间:2023-11-16
最近编辑:5月前
钟元
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