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技術趨勢
設計便覽欠缺之公差配合對策
2018.04.15∣瀏覽數:1273

文 ◆ 陳銘德

設計便覽公差表缺陷之一為第10c-1章節內容可惜未全錄原版全部之公差表,因JIS B 0401-2 1998版直接採用ISO 286-2 1988版,內分28等20級,但只選錄到10級,之後 付之闕如,假使遇到10級之後之公差配合需求,一般工程師就被困住,不知如何決定 公、母配之各自製作公差,內心焦慮又無助,是自己能力不足,還是老闆故意出難題, 感到惶恐不安。

國內機械設計加工製造業大多參考日本小 栗富士雄原著,台隆書店編譯之[標準機械設 計便覽],除有螺釘規範、材質成分外,設計 工程師於訂公差選用幾乎先查10c-1,其中 又以查JIS B0401 1976之公差範圍居多, 較少看後段10c-19之美國規格配合表(ASA 1925),一方面因JIS單位為公制,而美國公差表單位為英制。

在日本、歐、美等國極為外暢銷商品,某公司目前正陷入關鍵組件之功能運作不順暢,品質不穩,無法量產,交貨時程又逼近,組裝產線無零件可裝,加工現場無正式版之製作公差圖可據以加工,測試部門全力分組、分次做測試協助找出最佳配合,設計
部門正絞盡腦汁,如何決定公差,全廠員工焦慮無解,最後如實稟報老闆現況,請求協助解決。老闆親自出面設法克服,即電請上游給訂單之客戶承辦人吃大餐,後再續第二、第三攤,才得知組件公差配合為 ψ66H11c11,老闆興致沖沖,立即Line給
設計部門發工,加班試作,設計工程師標註公、母件製造公差與正位度公差,試製品供原廠檢驗,不得延誤。

從業人員(設計工程師基本素養)首先須瞭 解ψ66H11c11之意義內涵,ψ66是指公稱尺 寸為ψ66 mm,而大寫H11代表基孔制,國 際標準公差第11級(IT11),母件下偏差為0, 又因IT11(100i)對照公稱尺寸50-80 mm之範 圍,得標準公差值為190μ,可視為上偏差, 母件製作公差完成,即為ψ66 ㎜。小寫 c11代表公件,為國際標準公差位置28等中 之c等,意義屬餘隙配合,大小為IT11級,當 要直接查表,可惜查遍[設計便覽]卻無結果,令新進工程師無法決定製作公差,不知所措。

如無完整版之JIS或ISO公差表,資深工程師或設計主管對其原始相關數學式有瞭解, 亦可利用[設計便覽]之 ,i 為國際公差基量,單位為μ,D為公稱尺寸範 圍之幾何平均值,計算得公、母件之上下偏 差。公件之上偏差取es=-(95+0.8D),係參 閱[設計便覽]10c-2 軸之基礎尺寸容許誤差 參數值之算法(1)表。而公件之下偏差ei=esIT11,一樣可計算出公件之上下偏差,公件 ψ66c11為ψ66 ㎜。

不幸,隔日原廠通知老闆(可能對公差沒 深入認識)審查時退回設計圖,是基軸制之 ψ66h11C11。又要弄得人仰馬翻,趕緊計 算交出結果。細部計算請參閱附錄一。或直接找有經驗之公差顧問,查表立即可得公、 母件製作公差值,公件ψ66h11製作公差為 66 ㎜。母件66C11=66 ㎜。節省寶貴時間。如能進一步加以修正,則更能貼近實務需求,公差修正考量因素請參閱附錄二。

建議
常用機製件之公差如遇到業界普遍使用 JIS之[設計便覽]翻查不到時,可就10c-1內相關數學公式計算,大致均可獲得上、下偏 差值,最好有完整版之ISO或JIS版之公差表以資驗證。如再深入綜合基孔制與基軸 制、ISO國際標準公差表與上、下偏差相關公式,即可獲得公、母件之製作公差值。如 配合虛擬情況(Virtual condition)概念,可得正位度公差值,以利大量生產情況下,零件具備互換性之優勢,方便組裝產線組配工作順利無礙,提升組裝效率,同時提供功能檢具設計與製作公差之基本數據,因量產件值得製作檢具套量零件,搭配定量抽樣量測尺寸,一方面減少高級品檢人力負荷,同時又可確保後續組裝順利。

附錄一 
基孔制:ψ66H11c11,國際標準公差 IT11=100i;因孔件66介於50與80之範圍, D=(50×80)1/2=63.2456; =1.8559μ;得IT11= 185.6μ;查表為190μ; 得母件製作公差ψ66H11為ψ66 ㎜。因公 件之公稱尺寸細分為50~65及65~80,可能 考量軸件比孔件較易加工而再細分,而66 介於65與80之間,D=(65×80)1/2=72.11, =1.94µ,又66>40;公 件上偏差取es=-(95+0.8D)=-152.7μ;公件 下偏差為ei=es-IT11=-342.7μ;得到公件ψ66c11(66 ㎜)=ψ65.847~ψ65.657㎜。因 屬餘隙配合,其間隙=0.153~0.533㎜。如查 ISO表(50~80㎜),母件ψ66H11=ψ66 ㎜; 公件(65~80),得ψ66c11=ψ66 ㎜。另依 Virtual condition concept正位度公差=ψ66ψ65.850=ψ0.150 等分或不等分。

如為基軸制:ψ66h11C11,IT11=100i; D=63.2456; =1.8559μ;得 IT11=185.6μ;查表為190μ;得公件ψ66h11 製作公差為66 ㎜。因孔件再細分50~65及 65~80,則D=(65×80)1/2=72.11,且66>40; 母件C11下偏差取EI=95+0.8D=152.7μ;母件 上偏差=EI+IT11=342.7μ;母件ψ66C11(66 ㎜)=ψ66.153~ψ66.343㎜。其配合餘隙 =0.153~0.533㎜。如直接查ISO表(50~80 ㎜),公件ψ66h11=66 ㎜;在查母件 (65~80),可得ψ66C11=66  ㎜。另依Virtual condition concept正位度公差=ψ66.150ψ66=ψ0.150等分或不等分。

附錄二
公差修正:(1).直徑因分段關係近於限界者, IT可提前或推後一級。(2).配件之接觸長度為 長件,IT可推後。(3).工具機之加工精度能力 為精密者,IT可提前。(4).壓入座之打入力為 難打入者,IT可提前。(5).相對旋轉速度為快 者,IT可推後。(6).荷重壓力為大力、磨擦大,IT可推後。(7).容易裝配為易者,IT可推 後。(8).互換或互換裝配為選換者,IT可粗。 (9).材料軟硬為硬料,IT可精。(10).溫度影響 膨脹為變動大者,IT應推後。(11).彎曲可能為 可能性大者,IT應推後。(12).表面粗度為光滑 者,IT可精。(13).間隙為大者,IT可精。(14). 容留漏氣為須留備者,IT應推後。(15).潤滑油 層為油多且濃者,IT應推後。