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技術趨勢
治具干涉分析
2019.06.13∣瀏覽數:105

客製化量產件之組裝治具如發生與零件干涉情況,造成組裝工序不順利,勢必直覺更換零件,浪費零件又影響組裝效率,產線大忌,如發生次數頻繁,可能暫停組裝,待改善後再上線,如產線員工人數愈多,損失愈大,必立即處理。
文 ◆ 陳銘德

前些日子發生電腦及週邊設備業之I公司有 三位高階主管複製幾項該公司之營業機密資訊,準備投奔同業另一家競爭公司而挨告, 其中有一樣「治具干涉檢查報告」檔案,顯 示出治具(檢具)設計之重要性,關係到資訊產品業之組裝產線之品質良率與效率,對產生治具干涉之除錯方法與步驟視同極寶貴之經驗資料。實際上從幾何公差規範(ASME Y14.5M)中之ㄧ些原則,即可輕鬆簡易計算解決,且直接憑基本物理觀念而無須高深理 論,只需機械高職以上程度即可勝任。

初步問題在零件是否合格與治具設計正確性,產線員工與治具設計部門員工直覺是 對方的品質造成。正常運作是治具設計必須依據零件圖之尺寸與公差,不會擅自主張偏離設計圖零件尺寸與公差之要求,因此可能先檢討零件圖是否正確完整,無其他可能之 解釋,如果零件圖沒清楚標註基準位置、基準尺寸、未註公差規定、幾何公差、最大材料情況等要素,必發生累積誤差與設計、製作、檢測、客戶等部門間各自解讀之爭議, 莫衷一是。

基準是可接觸、可量測、可計算或可參考之目的,形體上之點、線、面、柱、銷、 棒、軸等是精確的,零件其他形體之位置與幾何關係才能確認。設計圖必需明示基準位 置,製作加工可依基準指示施作,並將誤差 導向未註公差處,以確保有標註公差處能落 於公差內,完成製作加工工序,才能自加工機械卸下工件。基準之符號由代字外加方 框,如 A 或 -A- 表示。基準點是一種有位 置無大小之點,如圓錐或角錐狀之頂點,圓 球之中心點,或為表示功能、工具、刀具位 置、量測等目的,而在形體表面所設立之參 考點。基準線為一條有長度、無寬度、無高 度之線,如孔、圓柱體等之中心線,提供加 工刀具定位參考與量測工作之依據。基準軸 線是由形體基準形體圓柱形表面上之凸出點 或接觸點所建立基準圓柱理論上之精確中心 線,或兩個基準平面相交形成之軸線。基準 表面是由形體基準形體圓柱形表面上之凸出 點或接觸點,對一參考平面所建立理論上之 精確平面。基準表面為由零件表面或形體 (孔、槽、直徑)建立為基準,或與基準重合。

基準尺寸是顯示形體精確尺寸大小、位 置與形狀之理想理論值,據以對其他尺寸 或註解尺寸建立公差,其符號為在尺寸數值 外加方形框,如 20.6 ,或於備註說明區以 BASIC、BSC註明。

國內企業公司之設計圖如仍停留在尺寸 公差階段,則技術層次猶如大清帝國時代, 孤芳自賞,無法跟上當代列強之工業水準一 樣,因尺寸公差有其侷限與不合理處,缺少 基準符號與上述之基準點、線、面規範,應 用最廣之結合孔位必產生累積誤差,包含直 線性孔位及環狀形孔位之零件,孔數愈多,累積誤差愈嚴重複雜,造成設計、加工、量 測、客戶各自解讀,堅持己見,爭議不斷, 浪費資源。

為克服累積誤差困擾,二戰前美國推出 幾何公差規範(自己領域同業間先應用數年 實證可行好用,才獲頒佈國家標準與國際 標準版),簡單、迅速、有效解決累積誤差 問題,如加上最大材料情況(最大留料情況 Maximum material condition MMC M )觀 念,同時可兩度擴增製作公差,驟降工具、 模具成本,提高易製性、易組性,不需偷 工減料犧牲品質。對孔件而言,最大材料 情況意義為孔徑最小,隨加工變大(須滿足 孔徑上下限之內),正位度(位置度 Position tolerance) 亦可隨之等量增大。對軸件(銷、 柱、棒)而言,最大材料情況意義為軸徑最 大,隨加工變小(須落於軸徑上下限之內), 正位度(位置度)亦隨之等量增大。同理;對 壁厚要求較嚴格時,則使用最小材料情況(最 少留料情況 Least material condition LMC L ),對孔件而言,最小材料情況意義為孔 徑最大,如隨加工變小,正位度亦隨之等量 增大。對軸件而言,最小材料情況意義為軸 徑最小,隨加工變大,正位度亦隨之等量增 大。規範另以紅利公差(Bonus tolerance)稱 呼其增加值,蠻符合工商企業經營活動之員 工薪酬制度,貢獻度愈大,獎金紅利愈多。

當孔徑處於最小時,治具(檢具)之軸徑設 計(銷、柱、棒)仍可穿過,反之;當軸徑處於最大時,治具(檢具)之孔徑設計仍可完全套 上,換言之;軸孔配均處於最嚴苛情況下, 仍可滿足公母組配需求。幾何公差規範提出虛擬情況(可達情況實效情況Virtual condition VC)觀念,適用於功能檢具與治具之設計尺寸 (ASME Y14.43),形體虛擬情況是由諸指定公差所容許各輪廓變異之綜合效果所得之大 小,亦即在最大材料情況(MMC)時最極端之組配情形。對孔件之VC=尺寸-位置公差(正位 度),而軸件之VC=尺寸+位置公差(正位度)。 另外;孔徑之檢具、治具軸徑(銷、柱、棒) 尚須考量軸徑公差、位置公差及耐磨耗量因素,一般以5~10%之孔件正位度(位置公差)範圍給製作師傅使用。換言之;當孔徑為MMC 時(孔徑最小),功能檢具與治具之軸徑(銷、 柱、棒)亦為MMC時(軸徑最大),亦即最嚴苛情況下,尚能通過,則當孔徑或軸徑(銷、 柱、棒)偏離MMC時,隨即產生等量餘隙,則公母組配(軸孔組配)就更可順利進行,組裝直通率100%輕鬆達成,不浪費零件。

國內機械產品、資訊產品等組裝業為大量生產企業公司,於不增加額外機具設備、檢測儀具量具與人力情況下,經營者要求或鼓 勵設計主管、工程師認識、接觸、學習活用已逾半世紀之國際通用版規範,迎頭趕上, 立可提升兩率(良率與效率),杜絕以往組裝產線不順利之時間與資源浪費,縮短與高科技國家技術落差,早日立於平等地位,互惠互利,雙贏局面。

參考文獻
1.ASME /ANSI Y14.5M, Dimensioning and Tolerancing, An international standard, 2009.
2.JIS B 0022, Datums and Datum-systems for Geometrical Tolerances 1984.
3.JIS B 0023, Maximum material requirement and least material requirement, 1996.
4.ASME Y14.43, Dimensioning and Tolerancing, Principles for Gages and Fixtures, 2011.
5.ISO 1101, Geometric tolerancing- Tolerances of form, orientation, location and run-out, 2012.

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