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尺寸與公差的標(biāo)注看起來非常簡(jiǎn)單，但在進(jìn)行標(biāo)注時(shí)如果不多花一些心思不僅會(huì)影響產(chǎn)品的可制造性，增加產(chǎn)品PCBA成本，而且還會(huì)很容易出現(xiàn)尺寸不合格的產(chǎn)品比合格產(chǎn)品更符合應(yīng)用需要的情況。

 

如果一個(gè)普通人看到圖1這樣的圖紙時(shí)肯定會(huì)問：這是什么？希臘文還是象形文？用了這么多的符號(hào)和數(shù)位，它一定是某種代碼。完全正確，這就是一種代碼，它的學(xué)名叫幾何尺寸與公差，又稱為GD&T或GDAT，它是工程、生產(chǎn)和品質(zhì)管理部門之間進(jìn)行工程圖紙交流時(shí)所使用的一種語言。GD&T并不是新名詞，早在我們認(rèn)識(shí)之前就已經(jīng)以某種形式存在。

 

GD&T是美國的國家標(biāo)淮，同時(shí)也是國際標(biāo)淮，它根據(jù)ASME Y14.5M-1994尺寸標(biāo)注與公差標(biāo)淮而制定的(ASME是美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)的縮寫)，主要是個(gè)機(jī)械標(biāo)淮。按照ASME的描述，GD&T有助于“使美國的做法和方法與統(tǒng)一的標(biāo)淮相一致，以便在全球范圍進(jìn)行更加有效的技術(shù)交流”，應(yīng)用這種語言或工具“對(duì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)都有利”。

 

圖1：一張標(biāo)注有尺寸與公差的零件圖紙

 

機(jī)械性傾向

我們要正視這個(gè)問題。印制電路板(PCB)是個(gè)機(jī)械構(gòu)件，而且是個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械構(gòu)件，一般來講，PCB都是平整的矩形件，沒有凹槽或開口。請(qǐng)不要告訴我你的電路板形狀是多么復(fù)雜，我知道例外總會(huì)有的。但事實(shí)上從機(jī)械專業(yè)的角度來講，與金屬?zèng)_壓片、圓錐傳動(dòng)齒或螺旋齒輪相比，PCB相對(duì)來說要簡(jiǎn)單得多。

 

由于GD&T吸收了很多機(jī)械工程方面的內(nèi)容，甚至包括大量對(duì)PCB設(shè)計(jì)人員沒用的東西，所以許多PCB設(shè)計(jì)人員紛紛對(duì)此標(biāo)淮唯恐避之不及，即使看過GD&T書或上過此類課程的設(shè)計(jì)人員也會(huì)被嚇跑。

 

不過電路板設(shè)計(jì)人員并不需要搞懂GD&T的方方面面，如果只選擇應(yīng)用于矩形平整件的部份，GD&T就比較好理解而且很有用。IPC-2615“印制板尺寸與公差”介紹了ASME Y14.5M-1994中適用于印刷電路板的部份內(nèi)容，而且就如學(xué)習(xí)語言一樣，越經(jīng)常使用越覺得容易。

 

公差大是好事

既然我們?cè)?jīng)忽略過這些問題，現(xiàn)在就來談?wù)勗赑CB制造圖紙上運(yùn)用GD&T的真正主要原因。GD&T如果運(yùn)用得當(dāng)，將可以使電路板的制造公差加大，使得產(chǎn)品更具有可制造性且成本更低，同時(shí)不會(huì)對(duì)最終成品的配合產(chǎn)生不利影響，它還能讓你告訴制造商哪些孔、槽或邊對(duì)最終產(chǎn)品特別重要。

 

也許你會(huì)說：“我不想給電路板制造商留出更多的公差，我要電路板正好符合其最終的包裝。”讓我們來看看你的電路板尺寸會(huì)是什么情況。

圖2：一般零件定位尺寸采用某個(gè)位置再加減一個(gè)數(shù)表示
 

一般來講，一個(gè)孔、槽或零件的定位尺寸是某個(gè)位置再加或減一個(gè)數(shù)量(圖2)。假設(shè)某個(gè)孔的中心點(diǎn)尺寸標(biāo)注為X尺寸和Y尺寸再加減0.010英寸，實(shí)際上你對(duì)電路板制造商所要說的就是只要該孔的中心是在這0.020英寸見方范圍內(nèi)，都是可以接收的。相反，如果該孔的中心落在0.020英寸范圍之外就得拒收。很簡(jiǎn)單，不是嗎?

 

好了，我們來更仔細(xì)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，那么它仍在尺寸范圍內(nèi)，是可以接收的，測(cè)算一下該孔的位置，可以發(fā)現(xiàn)它距設(shè)定位置0.014英寸；假如另一個(gè)孔的中心是X+0.000英寸和Y+0.011英寸，那么它不在尺寸范圍內(nèi)，因此拒收，測(cè)算該孔的位置可知它距設(shè)定位置0.011英尺。

 

實(shí)際上你做的就是，所接收的孔離設(shè)定位置的距離比拒收的還要遠(yuǎn)。在實(shí)際中，如果第一種情形提供的是可接收產(chǎn)品，那么第二種實(shí)際上也應(yīng)該是合格的，而常規(guī)尺寸標(biāo)注技術(shù)會(huì)將第二種情況判為拒收。

 

如果將GD&T應(yīng)用于這種場(chǎng)合，我們就可以定義一個(gè)圓形公差區(qū)，而不是方形，這樣確保了不會(huì)拒收一個(gè)實(shí)際上更接近目標(biāo)值的元件，而去接受遠(yuǎn)離目標(biāo)值的那一個(gè)。

 

這可能過于簡(jiǎn)單，但確實(shí)就是這樣。藉由采用GD&T定義圓形公差區(qū)域，你可以增加57%的公差而不會(huì)影響最終產(chǎn)品的裝配。已經(jīng)了解GD&T的人可能會(huì)有些疑問，這?我再說清楚一些：公差區(qū)域?qū)嶋H上是一個(gè)立體的圓柱，這個(gè)圓柱形公差區(qū)域的頂面和底面就是印制電路板的上下表面。

 

要記住采用這一標(biāo)淮時(shí)不要過度。如果不小心，可能會(huì)用GD&T對(duì)某個(gè)位置“標(biāo)注過頭”，使得圖紙模糊混亂，大大增加電路板的制造成本。

 

本文結(jié)論

用幾段文字很難歸納出ASME Y14.5M-1994及其應(yīng)用方法。GD&T還有很多其它優(yōu)點(diǎn)，包括額外公差、材料修正值和外形公差，以及數(shù)據(jù)規(guī)劃定義等。希望這？我能使大家對(duì)尺寸標(biāo)注與公差標(biāo)淮有個(gè)比較清楚的了解，如果運(yùn)用得當(dāng)可設(shè)計(jì)出更具可制造性的電路板，而且還能進(jìn)一步節(jié)省公司的成本。