仪器制造技术中两种修配装配法的解析与对比

杨小辉，刘同义，许同乐

（山东理工大学机械工程学院，山东淄博 255000）

0 引言

仪器产品设计中的一个重要环节，就是正确地规定仪器、部件或组件等的装配精度[1]，以保证最终仪器的良好使用性能及合理的经济成本。各类仪器或其中的部件与组件的最小组成单位都是零件，那么装配精度就必然与零件的加工质量息息相关，即相关零件的加工误差对整个仪器结构的装配精度影响很大。因此，在零件的加工过程中必须严格控制各项尺寸公差，以防止装配时误差累积过大。

要有效保证装配精度，必须对仪器的结构、零件的加工、装配和最终检验等过程进行全面综合的分析与考虑。其中，装配方法的选择是重中之重。通常有互换法、分组法、修配法与调整法[2-3]。具体选用何种方法进行装配，需要根据产品结构、公差要求、生产批量与生产条件的不同来具体分析与处理，从而在经济性的前提下满足设计要求。其中，互换法保证了装配尺寸链中各零部件的可替换性，可以简化装配工作，并降低对装配工人的技术要求，所以互换装配法是相对理想的；但是，当装配尺寸链封闭环精度要求很高，且组成环又较多时，互换法可能会使零件的加工精度过高，给其制造带来困难[4-5]。分组法则可以在满足设计要求的前提下，有效降低作为组成环的零部件尺寸的加工精度，但它需要测量、分组和配套等繁琐操作，所以往往适用于组成环数不多于4个的装配尺寸链中，且具备成批大量生产的情况。倘若在大量生产的情况下，组成装配尺寸链的环数又较多时，就需要调整法来进行装配。随着现代社会的不断发展，个性化、多样化的需求越来越广泛，那么单件小批量生产则成为普遍现象。那么此时，可以有效顺应这种趋势的装配方法就是修配法；而且，修配法尤其适用于装配尺寸链中组成环较多的情况。

1 修配法

采用修配法装配时，允许各组成环尺寸以经济性为前提进行制造，势必造成封闭环的极值公差超出设计公差。所以装配过程中，必须加工修配某一特定组成环的尺寸[6]，使得整个装配尺寸链达到设计公差要求。其中被修配加工的组成环称为补偿环（或修配环）。补偿环通常选取易于修配加工且拆装容易的零件[7]，如垫圈、垫块、压板等，且不能选取公共组成环，避免影响其它尺寸链。

修配法的第一步是选取补偿环，然后决定其余各组成环公差，最后计算补偿环的预加工尺寸。至于如何计算补偿环的预加工尺寸，则有传统的分情况讨论法与通用公式法两种计算方法。

1.1 传统的分情况讨论法

以经济性为前提，在正常生产条件下加工各组成环尺寸，那么，运用极值公差公式计算此时的封闭环公差为T0L，以及极限尺寸分别为A0Lmax和A0Lmin；倘若要采用修配法来实现仪器所需的装配设计要求，即修配补偿环之后获得的封闭环尺寸应在设计要求的最大极限尺寸A0max与最小极限尺寸A0min之间，那么，在补偿环修配前的封闭环公差T0L与设计要求的封闭环公差T0的对应关系应如图1所示。通常，修配前的封闭环公差T0L要大于设计要求的封闭环公差T0。而修配前的封闭环尺寸如果已经处于设计要求的公差T0区间，则无需进行补偿环修配。

图1 修配法中封闭环公差设计值与实际值的相对关系

首先要确定补偿环是增环还是减环，以了解补偿环被修配后，对封闭环尺寸的影响是增大还是减小[8]。

第一种情况：补偿环是减环，修配补偿环，将增大封闭环尺寸，即“越修越大”。那么，修配前的封闭环公差T0L与设计要求的封闭环公差T0的相对位置关系应如图1（a）所示。相关尺寸应满足如下关系：

此时，修配前的公差T0L比设计要求的公差T0多出的那部分为F1，因为“越修越大”的情况，F1部分可以通过修配补偿环，即减小补偿环尺寸的措施，将其封闭环尺寸增大至设计要求的公差T0区间，便可符合装配精度要求。

倘若A0Lmax＞A0max，即实际封闭环的最大极限尺寸超出设计尺寸，那么补偿环被修配减小后，随着“越修越大”，封闭环尺寸进一步增大，不仅无法将超出设计要求的封闭环尺寸进行修正，反而会加剧其尺寸偏离程度。

第二种情况：补偿环是增环，修配补偿环，将减小封闭环尺寸，即“越修越小”。那么，修配前的封闭环公差T0L与设计要求的封闭环公差T0的相对位置关系应如图1（b）所示。相关尺寸应满足如下关系：

此时，修配前的公差T0L比设计要求的公差T0多出的那部分为F2，因为“越修越小”的情况，F2部分可以通过修配补偿环，即减小补偿环尺寸的措施，将其封闭环尺寸减小至设计要求的公差T0区间，便可符合装配精度要求。

倘若A0Lmin＜A0min，即实际封闭环的最小极限尺寸小于设计尺寸，那么补偿环被修配减小后，随着“越修越小”，封闭环尺寸进一步减小，同样无法将小于设计要求的封闭环尺寸进行修正，也会加剧其尺寸偏离程度。

1.2 通用公式法

无论补偿环被修配后，封闭环的尺寸增大或者减小[9]，即无论选择的补偿环是增环还是减环，补偿环的最小极限尺寸Abmin应为

2 两种修配法的相互转化

2.1 选定一减环作为补偿环

以图2为例，在装配尺寸链一中，A0为封闭环，还有3个组成环，其中：A1为增环；A2和A3为减环。

图2 装配尺寸链一

当选取减环A2作为补偿环时，根据传统的分情况讨论法，符合“越修越大”的情况，则有

式（5）的最终结果与通用公式法中式（3）完全一致。

2.2 选定一增环作为补偿环

以图3为例，在装配尺寸链二中，A0为封闭环，还有3个组成环，其中：A1和A2为增环；A3为减环。

图3 装配尺寸链二

当选取增环A2作为补偿环时，根据传统的分情况讨论法，符合“越修越小”的情况，则有

式（7）的最终结果与通用公式法中式（3）亦完全一致。

3 结语

在修配装配法中，无论选定的补偿环属于增环还是减环，传统的分情况讨论法与通用公式法的计算结果一致。传统的分情况讨论法简单易懂，在判定补偿环为增环或减环后，即可依照相应情况进行计算；通用公式法则无需提前判定补偿环的属性，即可通过既有公式进行计算，但通用公式相对复杂。所以，利用修配法计算装配尺寸链时，两种方法皆可通用，使用者可选取适合自己的方法进行计算，均可通过计算获得正确的结果。