公差累积讲透:5 个合格件,装出 1 个装不上的产品

公差累积讲透:5 个零件各 ±0.5 mm,极值法算出来是 ±2.5 mm,方和根法只有 ±1.118 mm。两种算法各自该用在什么时候,以及 ISO 2768-mK 为什么已经作废了一半。

公差累积讲透:5 个合格件,装出 1 个装不上的产品

五个零件到货,每一个测出来都在自己的公差带里。装到一起,整机偏了 4 mm,合不上。没有人做出一个坏件,你手上却是一台坏产品——这就是一段话讲完的公差累积,也是"每个件我们都检过"和"它一定装得上"从来不是一回事的原因。

公差累积,是装配体因各零件自身的公差、以及零件之间的间隙而叠加出来的总偏差。单件公差是对某一个尺寸的承诺;公差累积是对那个没人画出来的尺寸的预测。

公差、配合、公差累积是三件不同的事

术语 约束的对象 谁负责 常见错误
公差 一个零件上的一个尺寸 零件图 以为每个件都收紧,装配就一定紧
配合 两个相配特征之间的关系 属于这一对,不属于单件 报间隙却不说在哪种材料条件下
公差累积 沿一条由零件和间隙组成的尺寸链的变动之和 装配图——而装配图往往根本不存在 没人负责,于是没人核算
一般公差(未注公差) 图上所有没有单独标公差的尺寸 标题栏 把一般公差当成"小到可以忽略"

最后一行是绝大多数外贸纠纷的起点。标题栏里那一行一般公差会悄悄套用到几十个尺寸上(国内图纸常引的 GB/T 1804 也是同一回事),而在一条几十环的尺寸链里,它一点都不小。

极值法 vs 方和根法:同一个问题的两种答案

把公差加起来有两种标准做法,给出的数字差得很远。

极值法假设每个零件同时落到最不利的极限上,公差直接算术相加。

**方和根法(统计法,RSS)**假设各零件围绕公差带中心独立波动、极端值很少同时出现,取各项公差平方和的平方根。

尺寸链 极值法 方和根法 倍数
5 个零件,各 ±0.1 mm ±0.5 mm ±0.224 mm 2.2×
5 个零件,各 ±0.5 mm ±2.5 mm ±1.118 mm 2.2×
4 个柜体,各 ±2 mm ±8 mm ±4 mm
10 个零件,各 ±0.2 mm ±2.0 mm ±0.632 mm 3.2×

链越长,两个数字差得越开。所以长装配恰恰是最容易让人想换算法的地方,也恰恰是换算法最危险的地方。

各自该用在什么时候

该用极值法:尺寸链短;装不上的后果是整柜被拒收;零件来自不止一家供应商;或者你手上根本没有过程数据。报给买家的必须是极值法的结果,因为那是保证,不是概率。

该用方和根法:过程在你自己手里;你实测过分布,确认零件确实落在公差带中间;而且你接受一个很小的失败率。方和根法是排产工具,不是承诺。

方和根法的失效方式很具体,值得点名:它假设变动是居中的、独立的、正态分布的。一家刀具已经磨损的供应商,会稳定地偏向公差带的同一侧,这个习惯直接把统计假设变成虚构。对一家你没实测过的供应商用方和根法,那不是计算,那是乐观。

ISO 2768 的坑:它有一半已经不存在了

不少图纸的标题栏里至今还写着 "ISO 2768-mK"。关于这件事,有两点值得知道。

ISO 2768-1(线性和角度尺寸的一般公差,f / m / c / v 四个等级)仍然有效,2022 年最近一次复审确认继续有效,合并修订版预计还会出。

ISO 2768-2(一般几何公差,也就是 mK 里的那个 "K")已被作废,并由 ISO 22081:2021 取代。而且 ISO 22081 换了模型:它给的是如何声明一般几何规范的规则但不提供数值表。一般几何公差要你自己写出来,还要附一套基准体系。

实际后果是:写 "ISO 2768-mK" 的图纸,几何这半边引的是一份已作废的标准;只写 "ISO 22081" 却不给数值的图纸,等于什么都没规定。两种都能糊弄过一次随手评审,但都撑不过一场真正的纠纷。

公差累积咬的是供应商,不是机加工师傅

公差累积一直被当成机加工话题来教,所以家具、建材和包装供应商才会栽在它手里。

橱柜、衣柜连排。 四个 600 mm 柜体、各 ±2 mm,极值法就是 ±8 mm,而墙洞本身也有偏差。这是"每件都合格"型安装事故里最常见的一种。

门与门框。 门扇公差加门框公差,加合页位置公差,再加密封条的压缩范围。每一项都不值一提;它们的和决定了这扇门夏天卡不卡。

板式家具的排孔。 32 mm 系统孔的孔距公差重复 10 个孔,就是一条 10 环的尺寸链。板子对不上,永远是从第十个孔开始。

包装与集装箱。 产品、泡棉、内箱、外箱、托盘外溢。每一项公差都很宽松,链条又长,故障只在最后一排装不进柜时才暴露。也正是在这里,每箱"才 3 mm"变成少装一个托盘位。

能同时防住这四种情况的测量纪律,和让一张规格图值得信任的纪律是同一条:把起决定作用的那个尺寸、它的公差、以及它是从哪个基准量起的,都写出来。基准数字不牢靠,下游全部继承这份不牢靠——标称尺寸与实际尺寸讲的是最先出问题的地方,安装预留尺寸讲的是你把累积算清楚之后必须留出的那段间隙。

下一步怎么做

  • 先把尺寸链画出来,再算。 把你关心的那两个面之间的每个零件、每段间隙都列出来,带上方向正负号。绝大多数公差累积算错,错在链的定义,不在算术。
  • 报给买家用极值法,内部排产用方和根法。 反过来绝对不行。
  • 改标题栏。 把 "ISO 2768-mK" 换成 ISO 2768-1 的等级,加上明确写出的 ISO 22081 一般几何规范和基准体系。
  • 把起决定作用的尺寸和它的公差放到图上,不要只放在表里。 一张能看出尺寸从哪个面量起的工业规格图,可以消掉那种让公差累积在邮件里吵不出结果的歧义。但前提是标注承载的是锁在真实边缘上的实测值——在渲染图或 AI 生成图旁边打上一个数字,对柜子里的那个零件毫无证明力。
  • 向新供应商要实测数据,不要能力声明。 二十个件加一把卡尺,就够看出他们是落在带子中间,还是死贴着一侧极限。

常见问题

什么是公差累积?

公差累积是装配体中一条由零件和间隙组成的链上累加起来的变动。每个零件都可以在自己的公差之内,而装配体超差,因为偏差沿着这条链一路相加。

公差累积怎么算?

先定义你关心的那两个面之间的尺寸链,然后要么把各项公差算术相加(极值法),要么取它们平方和的平方根(方和根法)。5 个零件各 ±0.1 mm,极值法是 ±0.5 mm,方和根法是 ±0.224 mm。

极值法和方和根法哪个更好?

没有谁更好,它们回答的是不同的问题。极值法是保证,属于你对买家的承诺;方和根法是概率,属于内部排产,而且只有在你有实测分布撑着的时候才能用。

ISO 2768 现在还有效吗?

ISO 2768-1 覆盖线性和角度尺寸的一般公差,仍然有效,并在 2022 年复审确认。ISO 2768-2 覆盖的一般几何公差已被 ISO 22081:2021 取代,而后者给的是规则而不是数值表——所以今天的图纸上写 "ISO 2768-mK",有一半已经作废。

为什么零件全部检验合格,装配却失败?

因为检验是拿零件去比零件公差,而没有人核算那条链。把两个必须配上的面之间那条路径上的公差加起来;如果极值法的和超过了可用间隙,那这个装配从设计上就注定会有一定比例装不上。

资料来源与参考

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