分享——合理标注尺寸与公差降低产品成本

混世魔王

如果一个普通人看到图1这样的图纸时肯定会问：这是什么？希腊文还是象形文？用了这么多的符号和数字，它一定是某种代码。完全正确，这就是一种代码，它的学名叫几何尺寸与公差，又称为GD&T或GDAT，它是工程、生产和质量管理部门之间进行工程图纸交流时所使用的一种语言。GD&T并不是新名词，早在我们认识之前就已经以某种形式存在。
　　GD&T是美国的国家标准，同时也是国际标准，它根据ASME Y14.5M-1994尺寸标注与公差标准而制定的(ASME是美国机械工程师学会的缩写)，主要是个机械标准。按照ASME的描述，GD&T有助于“使美国的做法和方法与统一的标准相一致，以便在全球范围进行更加有效的技术交流”，应用这种语言或工具“对经济和技术都有利”。
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$ V0 Y7 J' x+ v4 }, p: f: ]( u机械性倾向
　　我们要正视这个问题。印制电路板(PCB)是个机械构件，而且是个相对简单的机械构件，一般来讲，PCB都是平整的矩形件，没有凹槽或开口。请不要告诉我你的电路板形状是多么复杂，我知道例外总会有的。但事实上从机械专业的角度来讲，与金属冲压片、圆锥传动齿或螺旋齿轮相比，PCB相对来说要简单得多。
3 N% m/ l( L/ B4 E　　由于GD&T吸收了很多机械工程方面的内容，甚至包括大量对PCB设计人员没用的东西，所以许多PCB设计人员纷纷对此标准唯恐避之不及，即使看过GD&T书或上过此类课程的设计人员也会被吓跑。
　　不过电路板设计人员并不需要搞懂GD&T的方方面面，如果只选择应用于矩形平整件的部分，GD&T就比较好理解而且很有用。IPC-2615“印制板尺寸与公差”介绍了ASME Y14.5M-1994中适用于印刷电路板的部分内容，而且就如学习语言一样，越经常使用越觉得容易。
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1 X/ b# T; }! {4 v7 I( T- f2 G　　既然我们曾经忽略过这些问题，现在就来谈谈在PCB制造图纸上运用GD&T的真正主要原因。GD&T如果运用得当，将可以使电路板的制造公差加大，使得产品更具有可制造性且成本更低，同时不会对最终成品的配合产生不利影响，它还能让你告诉制造商哪些孔、槽或边对最终产品特别重要。
: f% o5 p( c/ A$ W　　也许你会说：“我不想给电路板制造商留出更多的公差，我要电路板正好符合其最终的包装。”让我们来看看你的电路板尺寸会是什么情况。

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　　一般来讲，一个孔、槽或零件的定位尺寸是某个位置再加或减一个数量(图2)。假设某个孔的中心点尺寸标注为X尺寸和Y尺寸再加减0.010英寸，实际上你对电路板制造商所要说的就是只要该孔的中心是在这0.020英寸见方范围内，都是可以接收的。相反，如果该孔的中心落在0.020英寸范围之外就得拒收。很简单，不是吗?
, q( \; N3 v! N. W, C　　好了，我们来更仔细地研究一下。如果做出的孔中心位置是X+0.010英寸及Y+0.010英寸，那么它仍在尺寸范围内，是可以接收的，测算一下该孔的位置，可以发现它距设定位置0.014英寸；假如另一个孔的中心是X+0.000英寸和Y+0.011英寸，那么它不在尺寸范围内，因此拒收，测算该孔的位置可知它距设定位置0.011英尺。
5 G2 m2 g, A" g1 K1 ^3 g4 L　　实际上你做的就是，所接收的孔离设定位置的距离比拒收的还要远。在实际中，如果第一种情形提供的是可接收产品，那么第二种实际上也应该是合格的，而常规尺寸标注技术会将第二种情况判为拒收。
　　如果将GD&T应用于这种场合，我们就可以定义一个圆形公差区，而不是方形，这样确保了不会拒收一个实际上更接近目标值的部件，而去接受远离目标值的那一个。
　　这可能过于简单，但确实就是这样。通过采用GD&T定义圆形公差区域，你可以增加57%的公差而不会影响最终产品的装配。已经了解GD&T的人可能会有些疑问，这里我再说清楚一些：公差区域实际上是一个立体的圆柱，这个圆柱形公差区域的顶面和底面就是印制电路板的上下表面。
　　要记住采用这一标准时不要过度。如果不小心，可能会用GD&T对某个位置“标注过头”，使得图纸模糊混乱，大大增加电路板的制造成本。