Inventor中如何利用公差技术

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Inventor的公差相关技术欧特克软件（中国）有限公司
目录
1.前言 (2)
2.INVENTOR中与公差相关的机制 (3)
2.1. 草图级别的尺寸公差 (3)
2.2. 功能祥解 (3)
2.2.1. 关于“估算大小” (3)
2.2.2. 另一种设置结果模型大小的方法 (4)
2.2.3. 公差值的与公称尺寸的自动关联 (4)
2.2.4. 其它类型的公差 (4)
2.3. 特征级别的尺寸公差 (5)
2.3.1. 一般特征尺寸公差处理 (5)
2.3.2. 个别特征尺寸公差处理 (5)
2.3.3. 特征尺寸公差的补充添加 (5)
3.关于自由公差 (5)
4.衍生中的公差 (6)
5.装配中的公差 (7)
6.工程图中的尺寸与公差 (7)
6.1. 工程图尺寸引用的规则和方法 (7)
6.2. 工程图尺寸公差的表达设置 (8)
6.3. 设计尺寸的逆向修改 (9)
7.利用公差完成优化设计实例 (9)
7.1. 设计中的分析需求 (9)
7.2. 在I NVENTOR中解决的可能 (10)
7.3. 形成要求的装配关系 (11)
7.4. 误差影响趋势分析 (11)
7.5. 控制零件结果模型按照公差上、下限创建，评估 (11)
7.6. 点评 (12)
8.利用公差求解定位误差实例 (12)
8.1. 设计中的分析需求 (12)
8.2. 分析求解过程 (12)
8.3. 点评 (13)
9.总结 (13)
1.前言
对于机械制造来说，即便是块规这样超高精度的零件，也还是有尺寸和形位公差的。

因为任何制造手段都不能达到无误差的结果。

即便是在有很高工艺能力的制造环境中，零件实际尺寸的正态分布曲线也只能在X方向上更窄，而不可能是一条垂直线，参见图01。

图01 零件制造的实际尺寸分布
从设计表达的需要看，首先是“公差定义”（包括标准公差、自由公差和自定义公差），并需要用于模型创建的草图和特征尺寸设置，或者在工程图上进行特殊的、模型无法表达的尺寸标注；其次是“公差的表达”，用于工程图中，用于现有模型尺寸引用后的表达规则设置。

而公差定义的最原始环境，是在装配中或者基于装配关系进行，这是决定公差类型和精度等级的第一条件；其次会考虑这个定义能否、或者怎样在制造过程中有确实的保证方法。

另一个与公差相关的就是“尺寸链计算”。

因为所有零件都会有尺寸公差的存在，某些零件的尺寸结果，将需要在装配关系的基础上间接地被确定。

总之，在机械设计中（无论是装配模型、零件模型还是它们的工程图），公差永远是所有的尺寸
必须具有的属性数据。

一个尺寸的公称值和公差，就像一个人的左手和右手。

本文将以Inventor2008为基础，提交针对上述客观设计需要的具体解决方案，也会据此分析目前
Inventor机制上的优点、特色和不足。

2. I n v e n t o r 中与公差相关的机制
对于以支持机械设计为主要特色的Inventor ，当然会有相关的支持功能。

目前在Inventor 中，不同环境下都具有相类似的尺寸公差处理机制。

2.1. 草图级别的尺寸公差
公差属于驱动尺寸的参数，在Inventor 中可以从草图创建过程
中引进公差参数，并一直延续使用到模型和零件工程图之中；同时，
还能控制这个草图所创建的实体的大小，也就是按照何种极限尺寸造
型。

这无疑是一种很好的功能。

这说明Inventor 的驱动尺寸已经细
致到了公差级别。

添加公差的操作过程是：
双击现有尺寸，按下右面的“>”按钮，将展开如图02的选项列
表，在其中选定“公差…”，将弹出图03的界面。

之后的操作，最典型的就是：
图02 设置公差
图03 公差设置界面
(1) 在其中展开“类型”列表，可见图03左侧的结果。

这是所有可用的公差设置模式。

多数选
择“公差代号/配合-显示公差”模式，并支持GB 标准；
(2) 在图03右下所示的界面中，根据设计需要选择“轴”或“孔”，并展开公差类型列表，选择
配合类型和精度等级；
(3) 确定。

这样，由于公差的存在，决定了草图具有了极限尺寸；而草图的极限尺寸，决定了未来三维模型的可能大小；未来模型的大小，决定了这个零件在装配中的表现。

2.2. 功能祥解
2.2.1. 关于“估算大小”
这是设置结果模型按照何种实际尺寸构造，也就是“模型实际大小”。

图03中已经标注了四个开关的作用，它们是：用平均尺寸创建模型、用工程尺寸创建模型、用最大极限尺寸创建模型和用最小
极限尺寸创建模型。

这个机制将能使模型按需要形成不同的实际尺寸，作为更进一步的、基于装配的关联尺寸析计算，奠定了必要的基础条件。

对于不是按公称尺寸建模的设置，Inventor 会在尺寸文字下方加上下划线以示区别。

其中只有一个例外，就是使用了“公差代号/配合-显示公差”模式，这种条件下不出现下划线。

注意：
这种下划线，会延续到相关工程图的模型尺寸引用之后，这样的尺寸标注也会带有下划线。

2.2.2. 另一种设置结果模型大小的方法
外，Inventor 还有一种可能：在Fx 表中设置，参见图04。

谁最后设置，谁就说了算。

表中列出了绝大多数模型参数，所有这些参数都可能有公差，同时Fx 表中也能直接控制这些2.2.3. 公差值的与公称尺寸的自动关联
入的），参见图05的实例。

Inventor 将会依据公称
尺寸的大小和配合类别、精度等级，自动产生偏差值，并与公称尺寸的增大、减小的变化自动关联。

2.2.4. 其它类型的公差
会有许多种，最常见的就是“公差代号/配合-xxxx”模式，也只有这类模式机制是：不能跟随公称尺寸的大小变化，其公差值也除了上述在草图或特征中的尺寸输入界面中进入公差界面，并设置结果模型创建的实际大小之这个机制与公差设置界面机制是并列的权限。

也就是：注意：
虽然Fx 公差对结果模型大小的作用方式；但是在Fx
表中并没有列出公差数据。

图04 在Fx 表中设置结果模型大小
对于从公差表中选定的公差值（不是手工键 图05 选择公差
公差类型的设定，实际上的公差值能随着公称尺寸的变化按标准变化。

至于“极限值”、“对称”等类型，Inventor 的是固定数据。

2.3. 特征级别的尺寸公差
是草图和特征两套尺寸在控制最终结果的大小，所以特征尺寸也同样需要设置公差数据。

：对于不同类型的特征，添加特征驱动尺寸的公差，方法并不相同。

2.3在Inventor 的模型中，总体上但是，Inventor 的规则是.1. 一般特征尺寸公差处理
寸是特征驱动尺寸（参见图06左侧）。

没有直接添加的可能。

2.3.2. 个别特征尺寸公差处理
最大直径这样很少有公差的特征驱动尺寸（参见图06右侧），也可以直接添加公差类型和值。

例如对于“拉伸”特征，其高度尺图06特征的尺寸公差
例如对于“打孔”特征，就连倒角
2.3.3. 特征尺寸公差的补充添加
加特征尺寸公
差，只是操作规则比较隐蔽：；
设置以及结果的后期表现，是没有问题的。

3. 关于自由公差 、不需要标记出公差的“未注公差”类型，但相当常用。

在机械设计
行业，也称为“自由公差”
H14）
、轴总是变小(例如h14)，而中心距类的公差则是±类型的（例如J14或者j1ISO2768-1:1998(E)制定的，标准号是GB/T
1804-2000。

其中规定，自由公差的结
果都是双向等偏差；并分成图07 给特征尺寸添加公差
其实并非Inventor 不能给多数特征添
(1) 选定这个特征，在右键菜单中“显示尺寸”(2) 双击要添加公差的尺寸，在右键菜单中“公
差…”（参见图07）接着就是具体设置了。

这样的操作规则可能不太方便，但是这样进行公差
这是一种机械设计中特殊的，其实并不自由，按设计行业规则的不同而可能略有区别。

按了老标准：
孔总是变大（例如4）。

而精度等级，一般机械制造业是使用14级。

按新标准：
新标准是依照f/m/c/v 几个精度等级，公差值与公称尺寸相关。

GB/T 1804-2000中的线性尺寸自由公差规则参见表1。

于自由公差，Inventor 并未提供直接的支持功能。

不过在Inventor 中有个与这种需求类似的
机制参见图09中的结果模型（自由公差.IPT），其中使用了不同显示精度的驱动尺寸，因此Inventor 给添表达精度相对应，前在4. 衍生中的公差
衍生是Inventor 设计支持功能中相当精彩的机制，能简明地解决许多设计关联上的问题。

对，启用方法是在菜单中：
“工具”-〉“文档设置”-〉“默认公差”选项卡，参见图08的界面。

其中设置了四种精度的线性尺寸默认公差，并打开“使用标准公差”开关。

加了不同公差值的公差。

设置驱动尺寸显示精度的方法是，选定这个尺寸，在右键菜单中“尺寸特性”-〉“设置”栏目-〉在“精度”列表中选择需要的显示精度，最多5位小数。

可见，Inventor“标准公差”的规则是：具体公差值的大小只是与这个尺寸的显示没有公差等级的概念，也与公称尺寸无关；而且所有不在上述列表中的显示表达精度的尺寸，都成为零公差，即：±0.00。

除公差值是上下等偏差之外，其它的都不是自由公差需要的支持功能。

而且Inventor 也没有说明相对于上述“标准公差”而言的“非标准公差”是怎么回事。

可见目Inventor
中还不能正确定义和实施自由公差的概念。

图09 默认公差实例
图08 默认公差设置
但是，因为衍生参数是基于Fx 表中的内容，虽然可以在Fx 表中控制公差值对结果模型的大小控尺寸所携带的公差值的表达。

这样会造成一个结果：衍生参数的时候，则只能衍生这个参数的公称尺寸而不能衍生其公差，这对于设计数据完整继承和传递，是一个缺憾。

5.制，但是Fx 表中并不支持相关 装配中的公差
从公差确定的原始规则看，首先是取决于装配配合的需要，这就是配合方式造成的公差类型；其就是公差的精度等级。

可见，公差的产生过程中首先是取决于装配关系中为了实现某种配合的需要。

遗憾的是Inventor 的装轴还是基孔设计规则。

简言之就是这两者是动配方式和公差；在装配工程图中也就只能是手工硬性要“缓约束”而不6.公差的控制作用可分为两大方向：加工制造和装配配合。

次是制造和装配的精度需要，这配约束中并未提供装配的配合类型设置的机制。

需要的机制是，例如一根轴的外径与一个孔的内径配合，这就设置了两者的公称尺寸关联一致；至关重要的第二步，是设置配合方式和精度等级，以及基合、静配合还是过渡配合，因此决定了两个零件对于这个尺寸各自的具体公差值。

因此，在装配模型中将没有某种手段能够设置配合添加配合尺寸和公差的标注。

设计更改后，工程图的这些公差标注因为没能与模型关联，需要用户自己处理。

因此，利用自适应模式设计的零件，因为自适应零件的相关尺寸在创建模型的时候需能设置，在装配中又不能根据装配关系自动添加这个尺寸的公差；所以在工程图中，这个零件的相关尺寸和公差也需要用户手工标注才行。

工程图中的尺寸与公差
信息的表达者。

这是总的规则，具体的有：
模型是设计信息的携带者，工程图是设计6.1. 工程图尺寸引用的规则和方法
在工程图中引用模型的设计尺寸，直接作为工程图注释尺寸，这是必然需要的基本机制。

Inventor 能够在模型草图和特征中设置公差，并在工程图中选定某视图，在右键菜单中“获得模出尺寸和公差，这是正确的设计表达，并确保了设的一致性和可继承性。

(被使用，其他的视图中将不会出现，这就保证了唯一性，不会重复；
(出来，并自动关联。

具体菜征””
，这样符合Inventor 规则的、未被引用过的设计尺寸将显示，用户选择要使用哪个即可，参见图10。

型标注”。

这就可以继承并关联模型的设置、表达计参数但是，在哪个视图中可以出现这样的尺寸，Inventor 有确定的规则：
1) 只有驱动尺寸所在面平行于这个视图的时候，才能“获得”这个模型尺寸，这对于回转体零
件的尺寸引用，可能会造成不方便；
(2) 一旦这个尺寸在某视图中3) 这样的驱动尺寸如果带有公差，就会按照创建公差时的定义模式标注可见，Inventor 支持在工程图视图中，直接关联引用模型的设计尺寸。

过程是：
在“工程图标注”面板上启用“检索尺寸”，并按要求选定要处理的视图；或者选定视图，在右键单中“检索尺寸(R)…”。

这两种方式都同样能开始引用设计尺寸的操作。

之后界面中提示“选择特、“选择零件”或者“选择尺寸”，可按需要接着操作。

一般会使用“选择尺寸
这些被引用的尺寸如果有公差，将按原来设置的模式被表现在工程图中，并在模型中的修改后，引发工程图上的相关尺寸自动更新。

这些设置6.2. 工程图尺寸公差的表达设置
（包括标准公差、自由公差和自定义公差），工程图中的设置。

模型中定义公差、或者对工程图尺寸新添加公差，Inventor都是可以顺利完成的。

准公差e9，之后在工程图的结果将按计中定义尺寸常规的要求是图11右），可能的操作是选
定这个尺寸，右键菜单中选择“编辑”，之在工程图中的尺寸就是我们需要的样子了。

表达方法，而是“重新定义”这个尺寸的公差。

型中更改公差后，工程图将不会跟随改变。

因为我们把公差设置成（而不是把表达设置成）“
并进行操作：
精度和公差”-〉“公差代号/配合-显示公差”（设置成
原始从设计全过程的需要看，关于公差应分为“定义公差”用于模型创建的设置；以及“表达公差”，用于在对于在工程图中按需要改换引用的模型尺寸公差的表达方式，Inventor则不能直接完成。

例如在模型中设置了按“公差代号/配合-显示公差”的模式、标原有的“公差代号/配合-显示公差”的模式表达，会出现配合符号等内容，这虽然是设
公差惯用的模式，但是这不符合多数工程图的需要，参见图11左。

图11公差的表达
图10 引用设计尺寸
为了使工程图表达符合需要，“只出现上下偏差”（参见后“精度和公差”-〉
“偏差”，注意：
实际上Inventor并没有提供工程图中公差表达方式的控制机制，所以这样做并不是我们认为的、在调整原始公差的所以在模偏差”模式了，这并不是模型原有公差的模式。

按推测，既然不是相同的模式，Inventor就认为用户“重新定义”了这个数据，也就不会跟原有尺寸数据相关了。

可见Inventor允许在直接引用的模型尺寸中，再次重新设置公差，用户需要注意这个机制的规则。

目前的Inventor中还没有直接的解决方案。

这里有两套不同针对性的解决方案，并需要用户自己查找相关尺寸第一次设置表达方式：
选定这个尺寸，右键菜单“编辑”，之后“模式，Inventor会取出模型新的公差）-〉
“偏差”（借用新取出的偏差值）。

以后的维护设置：
按目前Inventor的规则，因为已经改变了公差设置，将不再关联模型的公差。

因此这种情况下必须删除这个尺寸；并重新引用才可能被更新，后边的操作与第一次设置相同。

6.3. 设计尺寸的逆向修改
这是Inventor一个特殊的机制，允许在工程图中“逆向修改”所依照的模型.设计尺寸的逆向修改 中的设计尺寸，当然仅限于对于模型设计尺寸在工程图中引用后生成的尺寸，不支持在
直接从工程图修改模型尺寸可能很少用
到，础上来作出决策。

7.图12 逆向修改尺寸
工程图中另行标注的尺寸。

方法参见图12。

选定要修改的引用尺寸，在右键菜单中“编辑
模型尺寸…”，之后将弹出常规的尺寸值输入框，当然也能修改尺
寸的公差。

这样做完之后，模型上的相关尺寸会立即更新，而工程图的表
达也将立即跟随更新。

从设计的基本规则看，因为修改模型设计尺寸的依据不可能仅仅是一张工程图，必须
从装配关系和运动关系基究竟是否会使用这种机制更改设计，就要看用户自己对这个机
制和结果的理解和需要了。

利用公差完成优化设计实例
这种问题可分成两类情况，就是：尺寸和位置。

于平面线性尺寸链，而且不能直接引用某零件系，对于尺寸链求解来说，完全可能满足要求。

传统的尺寸链计算在Inventor 中也有提供，但只限的尺寸和公差，参见图13。

从原理上说，尺寸链的机制与装配关系、尺寸公差会有直接的关
而这两个机制在Inventor 中都已经具备而且相当顺畅。

虽然Inventor 的装配还不能完全与“物理”装配完全一致，但
这里将介绍基于装配和公差的尺寸链求解。

7.1. 设计中的分析需求 14。

在这个机构中，夹紧机构与工件的关系可以（未作出）与滑座的相对位置来确定，以适应工件不同批次的铸造误差；斜楔向左移动，造移动完成夹紧动作。

例如一个常见的夹具夹紧机构的设计，参见图图13 尺寸链计算器
调整压头成连杆逆时针摆动，带动滑座向左
图14 机构简化模型
在零件的制造中，误差是无法避免的；而斜楔的行程也是有限的，并需要预留足够的行程，防止同批次毛坯的公差造成斜楔运行到了终点仍不能压死工件的设计错。

当然，严格的尺寸公差可以完成基本的设计约束条件，但这必然带来成本的升高。

在设计中，要根据这个机构的特点和目前的工艺能力，合理地选用公差。

参见图15，在这一关键零件初步设计过程中，相关的公称尺寸和初步预估的公差是在草图驱动尺寸添加时经确定了的，至于这些公差的选择是否合理，一般有两个设计约束条件。

首先是能否满足机构的最终结构要求。

不能因为偏差太大影响机构性能，造成所设计的机构的动作和要求的最终位置产生不符合设计原始要求的错误，这是设计错，不允许出现；
其次是在现有的工艺能力下，能否顺利完成制造。

不能因为偏差设计得太小，使得制造过程的废品率过大，或者为了保证质量，而不得不使用费用加高的高精度加工设备。

这些结果都会无谓地提升了工艺成本，造成利润的下降。

基本条件是，确保斜楔零件最不利条件下，位于理论夹紧位置上还能具有5mm
以上的剩余行程。

15 图制造公差
7.2. 在I n v e n t o r 中解决的可能
按现有机制，在Inventor 中这些尺寸的公差，能通过设置模型创建实际大小的方法，决定结果模型的大小，并表现出它们对整个设计造成的影响的实际效果。

这样，就有可能在Inventor 的装配模型中，利用模型的尺寸公差和设置结果模型时使用何种极限尺寸完成，最后就可以“看得到”这些尺寸组成的尺寸链所“表现”出来的，对于最后机构几何位置的影响，进而精确地定量地评估各个零件上的结构尺寸公差，并且从几何关系的角度看是这个设计否合理。

如果有不足，立即调整相关零件的公差甚至尺寸，更新后即可看到精确的结果。

7.3. 形成要求的装配关系
装入有关零件，按理想位置与“装配草图.IPT”装配到位，参见图16。

作斜面与滚子的接触处，应当有不少于5mm 的预留图15浏览器上部）：投影滚子外径和推尺寸）的前提下，整个机构结果的剩余距离为13.4mm。

7.4. 误差影响趋势分析
个简化模型中，可能影响这个参数的零件是：杠杆和滚子。

少；杠杆的尺寸60、尺寸6变小，7.5. 控制零件结果模型按照公差上、下限创建，评估
如对于“滚子.IPT”调整成“按最小极限尺寸创建模型”，参见图18，整个过程是；
各装配约束关系的意义已经写在装配的名称中。

按照原始设计要求，在这个夹紧状态下，推杆的工行程。

这是为了确保机构有效的必要措施和设计约束条件。

在装配环境下的YZ 面作草图，产生“结果评估”草图（参见杆的斜面；作草图线从滚子投影中心出发，垂直于斜面投影；作草图线从斜面投影右端出发、垂直于斜面投影；标注着两条线的计算尺寸。

从图17可见，在各个零件为零误差
（公称图16 装配关系
这滚子外径变小，剩余长度减少；杠杆的尺寸20变小，剩余长度减剩余长度也会减少；
例
图17 结果评估草图
打开“滚子.IPT”，编辑草图；选定Φ30h14尺寸，在右键菜单中“尺寸特性…”；再在接着弹
出的界面中，设置“估算大小”为“-”，
其实这是在设置结果三维模型的尺寸按照怎样的尺寸
大小完成结果造型。

“确定”之后，更新模型，存盘关闭；
回来再更新装配，可见“结果评估”草图中的计算尺寸变成
了11.96mm。

同样作“杠杆.IPT”的修改，可见“结果评估”草图中
的计算尺寸变成了10.1mm。

评估结果，目前的设计还有5mm左右的余地。

这说明，
设计中的公差还应当再放宽一些，以便降低工艺成本。

接着可重新设置最不好加工的零件结构的公差，放宽一
些；回来重复上述过程…
一直到斜楔剩余行程在稍大于5mm的位置上为止。

这也
是一种典型的设计优化过程。

图18调整模型大小
7.6.点评
像这种尺寸链并不是正交的，传统设计中求解起来也不是很简单。

在Inventor基于装配关系的模型中，成为极其简单、几乎是动态反映结果的操作过程。

对于简单尺寸链，求解会更为简洁。

这实际上不仅是虚拟装配，也实现了虚拟制造的误差评估。

这种功能对于设计参数的求解，已经细致到了公差的选择。

显然，这个例子说明，Inventor的设计辅助能力是相当强大的。

另一方面，Inventor的装配中，还不能顺利表达“孔-轴配合间隙”这种工程条件，滚子孔和销子的间隙大小也会造成误差，但实际上这种误差影响也确实很小，这里就没有加入。

8.利用公差求解定位误差实例
另外一些设计中的需要，是想求解何种公差才能满足夹具设计中的定位精度要求，并据此完成设计尺寸和公差的确认。

8.1.设计中的分析需求
在夹具设计中，“一面双销”定位是常见的结构。

在设计中，必须对定位精度进行确认，一般要求是，定位误差不能大于零件设计要求的1/3。

这个例子的设计要求是：
零件孔公差为H10，定位销直径公差初步设计为g14，角向定位误差在中心连线全长上不大于0.15mm。

计算法求解定位误差，是没有问题的，这是传统设计的模式。

在Inventor中，能否利用现有的模型和装配关系，直接求解误差大小呢？这里有“物理”装配与Inventor装配之间的矛盾。

前边说过了，Inventor是纯几何关系，还不能直接表达真实机构装配中典型的“配合接触”的概念。

8.2.分析求解过程
解决方案是：
在“零件.IPT”两个孔的上下方创建各自的切平面和主定位孔中心平面，之后将两个定位销与孔
的切平面做出相切装配约束，参见图19和“定位误差.IAM”。

做装配环境的“测量”草图，投影零件孔，绘制水平线，绘制角向最大误差线，标注“计算尺寸”，这样，实际测量分析系统就建立起来了。

图示结论是在工件尺孔寸为最大极限，定位系统尺寸为最小极限的条件下，结果角向定位误差为0.47mm，可见超出了设计要求，直接的办法就是提高尺寸精度。

将定位元件公差从G14升级到G10，误差减少到0.11mm，可以了。

而G10精度的加工要求，常规方法是可以保证的。

至此，分析结束，并作出了合适的设计决策。

8.3. 点评
这种实时动态的关联求解，是Inventor 的功能的亮点。

这个求解过程几乎是完美的“实时和动态相关联”模式，已经明显超越了传统的设计计算方法。

而且因为使用了衍生零件原始参数的方式，在设计数据的传递方面也做到了自动关联。

这对于提高设计质量进而提高效率，具有明确的优点。

9. 总结
以Inventor2008为基础，对公差相关处理作了上述罗列、分析各应用举例。

可见Inventor 在这个设计需求的支持上，大部分能够满足需要。

对于尺寸公差的概念、创建过程、传递过程等机制，目前Inventor 已经实现了大部分，从软件本身的能力评价来看，完全可以很圆满地全部完成。

目前的几个流程上的障碍是可能被轻易地克服的。

但这需要Inventor 的设计者进一步加深对公差原理和机制的理解。

图19 一面双销定位误差分析
上方切平面 中心平面。