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公差分析 | 为什么通常不推荐治具定位

钟元

1年前浏览1023

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，高精密治具成本高。

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。

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通过内定位，精度精度如何？

在公差分析 | 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。

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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。

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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计工程师。

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。

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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