工业设计实战攻略：创品千乘教你如何把0.1mm公差变成决胜关键！

产品结构设计做完后，一般会给客户评审一下，开个评审会。经常会遇到一个情况，就是对零件之间的间隙和公差，意见不一致，产生分歧。

会产生这样的情况的原因，很大程度上是因为，公差这个概念是很多人都会接触的知识，每个人对其都会有自己的理解。而且因为专业深度不同，理解也各不相同，里面往往会存在大量谬误，自然容易产生分歧。

首先大家要明白一个道理，即公差的作用。生产过程中因为设备精度等各种原因，产品尺寸往往不会正好符合设计值，或大或小，比如设计值30mm，有时做大到30.05mm，有时做小成29.95mm，设计公差实际上作用就是告诉工厂，在什么样的尺寸范围内算是合格品。精度要求越高，产品良率越低；精度要求越低，对零件间的配合间隙要求最大，产品质量不良风险上升，所以需要设计合适的公差要求和零件间的配合间隙。

要考虑单个零件的公差，就需要看这个零件加工上能达到的精度，和与该零件配合的其他零件的公差情况。以最常见的轴孔配合为例，假设轴的设计尺寸为30mm，加工能做到的公差范围是30+-0.05mm。这种情况下要让孔能使这个轴穿过，孔设计的尺寸和公差要求是什么样子的？机械手册中有过盈配合公差带、间隙配合公差带等标准，会有对应的标准值可以查询，今天我们不说这些，把问题进行简化，假设孔和轴都是刚性体无法过盈，那这个孔的最小值需要到30.05，才能保证每个轴都能穿过，如果孔的加工精度决定的公差范围也是+-0.05，那这个孔就需要做成30.1+-0.05才能保证每个孔一定能让所有轴穿过，从设计图上看，两个零件间就有0.1的间隙。

这种在产品结构设计中被称为极限公差值设计法，也就是算最大最小尺寸来决定设计间隙。但实际上在产品结构设计中并不会使用极限公差，因为一个产品往往有很多零件，都这么个算法，累计公差太大了。实际设计中，使用的是统计公差计算方式下的结果。

什么叫统计公差，这里涉及到一个概念，就是在设备良好，工艺正确，操作得当情况下，虽然轴的尺寸范围还是30+-0.05，但是实际上90%以上的零件尺寸集中在30+-0.02间，而且实际尺寸分布上，不是在区间之间均匀离散分布，是在尺寸和数量构成的曲线上，呈中间高两边低的正态分布状态，即越接近30mm的零件数量越多，这里就涉及一个知识，叫零件尺寸的CPK值，分为CP和CK，是通过测量几十组零件得出的情况，用来判定零件实际零件尺寸是否集中在某个尺寸，集中的这个尺寸是否是设计值。

产品结构设计中的统计公差，就是基于CPK值的计算公差的方式，不再以极限尺寸作为计算依据，而是按照设定的良率标准和CPK值来计算。仍然以上面这个轴孔配合为例，轴的尺寸公差还是30+-0.05，但是从CPK来看，99.5%的零件尺寸都在29.99~30.01之间，孔按照以往的CPK看，99.5%的零件尺寸精度能在+-0.01之间，生产上要求产品良率大于95%，那按照统计公差，孔设计值为30.02+-0.05即可，即这时设计上轴和孔之间的间隙只需要设计成0.02mm。

那在产品结构设计实际工作中，结构工程师就是一天到晚计算各种公差和间隙设计值么，还是在国内很多加工供应商无法提供CPK或者CPK造假的情况下？当然不是，工程师更常用的是经验值，每个行业在每种产品结构设计处都有经验值，这些经验值能符合该行业加工能力的实际情况，往往更符合实际更有效果，所以一个实战经验丰富的产品结构设计师，可比计算这些公差更靠谱的多。这里讲个段子，一天一个工厂要给一个圆锥状烟囱外侧加装一个螺旋而上的楼梯，要计算需要买多少长度的扶梯，这个扶梯的形状，显然是个螺旋渐开线，一个大学教授通过微积分的方法计算这条螺旋渐开线的长度，花了半天时间，而一名工程师翻开机械设计手册查看经验公式，十分钟算出结果。

产品结构设计中更常用的方式，就是使用经验公式，然后通过模型样品验证，有问题再微调（微调往往是因为加工商实际加工能力的原因），这是产品结构设计中更常见更有效的方式。所以如果仅仅只是知道一些公差的知识，并没有产品设计生产方面真正经验的人，真的没有必要在产品结构设计评审会上，与一名几十年实战经验的产品结构设计师讨论甚至争执这些设计值，连自己供应商的加工能力都不清楚，连CPK值都不知道，讨论这些真没什么意义，不够，加胶0.1，这方法看似粗糙，实际才是符合真实现状的大智慧。