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技術趨勢
極小公差大訂單生管規劃
2018.05.15∣瀏覽數:15

委製件如遇到公差值極小,但需求數量極大,可是加工含金量較高之組件,既具吸引力 又怕受退貨之傷害,老闆抉擇在於研判公差放大之技術,是否能滿足訂單需求,本文提 供建議,或許能協助企業公司之主管於分析利弊時更具科學化。
文 ◆ 陳銘德

目前精密加工精度(CNC加工機±0.005 mm;車床±0.01mm;銑床±0.05mm; EDM±0.005mm;磨床±0.003mm)約可 達半條(0.005mm),但需熟練師傅及高精度 之工作母機,近乎精雕細琢,再篩選出來, 不適合一般大量生產模式。如果遇到客戶之 需求量極大,尺寸精度又極高,加工承商將 面臨較高風險,既使利潤較高,因製作加工 費用與尺寸精度成指數型關係,要求精度一 旦接近工作機本身精度之尺寸,表示不容許 工作者有操作、夾持與釋放後變形誤差,及 工作環境溫度變化等誤差空間,條件極為嚴苛。

依正常設計思維,既然功能需求如此 精密,必有配合件,也同時產生公、母件 (軸、孔配合,鍵寬與鍵槽配合)之配差範圍 (Allowance),不然就直接不標註公差(未註 公差),而且未註公差值皆比有標註公差大上 10~20倍以上之裕度,加工成本可大幅降低。

進一步探討公、母配合件之公差,以餘 隙配合模式而言,可得最小餘隙值及最大餘 隙值,同理;干涉配合模式,可計算出最小 緊配值與最大緊配值,而第三種過渡配合模 式,亦可得知最大餘隙值及最大緊配值。如 設計圖有標註公、母各自零件尺寸與公差, 則量測後均符合圖規,就算滿足需求,客戶 與承商均無異議。但當公件切削尺寸稍有出 入,一定列入不合格,如果針對尺寸稍有出 入之公件而製作母件,但仍滿足配差要求, 則組配後之功能測試基本上呈現一樣之結 果,因為公稱尺寸(Nominal size)不變,只是 公差部分超出設計圖而已,列入拒收,屬浪 費資源,顯不合理。

如圖規只要求公稱尺寸及配差變化範圍, 則對一般加工業界可能造成困擾,因欠缺回 溯計算出零件之尺寸與公差值,從兩個已知 數(配差範圍)要找出兩個公、母件之上、下 偏差,計四個未知數,是有些難度,這點可能有賴對公差配合相當運用程度之經驗者克服,計算驗證滿足圖規後,就可建議老闆勇 於承接並爭取較高之利潤。

假設孔徑為ψ25.0+0.010mm;軸徑為ψ24.96-0.010 mm,相當於ISO國際標準公差之IT5級之 精度(量規層級),如因應量產訂單,公差 0.01mm確實較嚴苛,是否考量將公差放大 2、3倍又不影響設計之公、母件之配差需 求,另立即向上游委製商說明溝通,交貨驗 收將以組件方式而非零件交貨,善意說服, 即可滿足功能測試,又可放寬製作公差,不 僅增加可製性,更趨向易製性,降低製作成 本,達到雙贏局面。

表1為原始設計尺寸與實品量測,項次4~6 因超出些微公差(0.001~0.010mm)被列入拒 收,可惜。如將公差放大一倍到0.020mm, 且配合母件亦同時增加一倍到0.020mm,然 後分成兩堆組配,則公零件項次4~6原不合 格件均變為合格件如表2。同理;如先製作母 件發生略超公差,亦可依公差放大辦法製作 公件配合,避免浪費資源,前提是需先滿足 配差範圍,以維持功測不變。

分析
公差放大,再篩選分堆組立,達到易製 性與易組性。配差變化總量=最大公隙-最小公隙。最大公隙=25.01(母件最大尺寸)- 24.95(公件最小尺寸)=0.06mm,最小公隙 =25.0(母件最小尺寸)-24.96(公件最大尺 寸)=0.04mm,配差變化總量=最大公隙-最 小公隙=0.06-0.04=0.02。

生管規劃​​​​​​​
放大2倍,再篩選分堆組立。第一堆孔 徑ψ25.0 +0.010mm配軸徑ψ24.96-0.010mm, 其最大公隙=25.01-24.95=0.06mm;最 小公隙=25.0-24.96=0.04mm,符合圖 規要求。第二堆孔徑ψ25.01 +0.010mm配軸 徑ψ24.97-0.010mm,其最大公隙=25.02- 24.96=0.06mm ;最小公隙 =25.01 - 24.97=0.04mm,亦符合圖規需求。則可將 公差各增大一倍至0.02mm,比0.01mm容易 加工,合格率亦提高,發工製作圖改為孔徑 ψ25.0+0.020mm,軸徑ψ24.97-0.020mm,相當 於ISO國際標準公差之IT6~IT7級之精度,再 篩選分2堆組立。

建議​​​​​​​
機械製作加工實務上,有2條(0.02mmm) 以上之精度要求,較屬正常操作,致於要求 在0.01mm以下之要求,通常屬於量規、檢 具級或物理實驗儀器重要零件需求。如屬一 般商品,老闆或高階主管有必要請設計工程 師說明為何標註0.01mm之公差,及功能需 求之實際測試結果,並請加做如增大公差為0.02mm(或0.03mm)之測試結果,最好能 提出最大極限公差值之測試報告,這也是最 佳之機會教育,讓年輕工程師有學習成長之 空間,因為學校沒排授公差配合課程,進入 職場工程師皆懷抱小心翼翼之敬業精神,碰 到公差就盡量縮小,表示為精密設計,避免 挨槍,致於製作成本則非第一考量。企業公 司主管一旦不察或不深入公差配合之實際意 義,直接審批出圖,發工委製,將面臨不可 預測之狀況,如良率過低,供應商極少,甚 至被鎖定特定承製商,製作成本過高,降低 市場競爭力,不能如期獲得合格零組件,延 誤上市時機等問題。上例公差原0.01mm量規 級可放大到0.02mm精密切削級,明顯好施 工,如再放大到0.03mm,配差均維持不變, 更適合量產,大幅降低成本,相對增加獲 利,惟需篩分為三堆,組配時不可混淆。

參考文獻
1.美國ASA 34a/USAS B4.1/B4.2,1925/1967/1978。
2. ISO R286/286-1-2,Limits and Fits,1962/2012。
3.小栗富士雄,標準機械設計圖表便覽,台隆書店,中華民國60/71年。

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