加工公差 101：了解加工公差的基础知识、类型和重要性

在第一次工业革命的早期阶段，没有制造机器零件的标准。这意味着每台机器或制造的产品都有其定制设计，并以“一次性”生产方式制造。虽然这种方法可以让制造商达到尺寸精度，但它会导致交货时间长。

在第一次工业革命即将结束时，伊莱·惠特尼（轧棉机的发明者）想出了如何制造几种火枪，以便它们可以互换ㅡ，这意味着火枪是相同的，他可以互相替换。他的制造方法展示了如何按照一定的标准加工公差制造组件的组件。

但究竟什么是加工公差，它是如何工作的？本文回答了所有这些以及更多内容。

什么是加工公差？

公差只是零件尺寸可接受变化（或偏差）的量度。简而言之，加工公差允许您指定零件的最大和最小尺寸限制。它通常使用“±”（发音为加号或减号）表示，并伴有可接受的偏差（例如，±0.05）。

为了更好地理解公差，请考虑一个场景，您希望制造与轴承连接的轴，如图 1 所示。

图 1：轴和轴承联轴器

假设轴承的直径为 30 mm。在这种情况下，您会同意制造直径为 30 毫米（或更大）的轴可能难以装入轴承。同样，直径为 27 毫米的轴对于轴承来说太松了。

加工公差允许您指定零件尺寸的可接受偏差以简化装配。因此，例如，您可以在制造轴时指定 29 ± 0.05 mm 的轴尺寸。该尺寸表明轴直径在 28.95 毫米和 29.05 毫米之间就可以满足轴轴承组件的要求。

单边公差是一种公差，它只允许在一个方向（正或负）上与标称（或真实）尺寸发生变化。此类公差的示例如图 2 所示。该图说明了使用直径为 153.65 (+2.52/-0.00) mm 的轴的单边公差。

图2：单边公差

它告诉制造商，成品轴直径必须至少为153.65毫米，最大为156.17毫米ㅡ，即153.65毫米和2.52毫米之和。

了解更多：了解精密加工

与单边加工公差不同，双边公差允许标称尺寸在正向和负向的变化。这种公差的示例如图 3 所示，其中我们有一个直径为 102.00 ±0.10 mm 的孔。

图 3：双边公差

请注意此公差如何允许在两个方向上与标称值有相同的变化。因此，假设您的制造商制造了一个直径在 101.90 毫米和 102.10 毫米之间的孔。在这种情况下，它不会影响您的零件的功能。

如果您希望批量生产外部零件，则应选择双边公差，因为它消除了导致成品无法使用的代价高昂的错误的可能性。

顾名思义，极限公差是一种表示零件的极限（或极端）可能值的公差。例如，图 4 说明了极限加工公差。它告诉制造商，只要轴尺寸在 99.50 mm（下限）和 101.80 mm（上限）之间，加工零件（或最终产品）是令人满意的。

图 4：极限公差

标准公差是当今大多数制造零件使用最广泛的加工公差。这些公差通常在±0.005”和±0.030”的范围内，当客户没有指定公差等级时，机械师通常会应用它们。

例如，表 1 显示了不同制造工艺的标准公差：

这些公差值由多个国际标准机构（如 ASME 和 ANSI）设定。当您希望制造简单的零件（或零件特征），如管道、螺纹和销钉时，它们是理想的选择。但是，对于更复杂的零件特征，您可能需要使用几何尺寸和公差 (GD&T) 标准指定公差和要求。

与其他加工公差相比，几何尺寸和公差 (GD&T) 提供了更高水平的质量控制。例如，它允许您指定独特的几何特征，例如特征的真实位置、零件的平面度、垂直度、平行度和同心度。

图 5 显示了带有 GD&T 的零件的 2D 计算机辅助设计 (CAD) 图。请注意此绘图和加工公差如何提供有关某些表面应如何平行和垂直于其他表面的有用信息。

图 5：几何尺寸和公差

GD&T 是设计和制造的主要部分，您会发现顶级产品设计师使用这种公差方法和其他公差类型进行产品设计。这种加工公差方法的组合使您可以准确地传达您的设计意图。它还减少了解释复杂要求的需要，尤其是当您希望将制造外包给国外的机械车间时。

图 6：具有不同公差要求的多个零件的感应电机的分解图和组装图

当您设计要制造的零件时，加工公差至关重要。但是，您的制造项目的成功还取决于您决定与之合作的机械车间。

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