普通螺絲配餘隙孔，定不了位

那個問題，以及只對一半的答案

「為什麼不能用螺絲定位零件」在 Engineering Stack Exchange 上 被讀了將近四千次。得票最高的答案說：螺絲是輥製成形的， 遠不如硬化研磨的銷準確。

那是真的，但不是理由。把一支 M8 螺絲磨到定位銷的精度， 穿過一個普通的 9 mm 餘隙孔，你什麼也沒得到。 限制在的地方不是螺絲。

那個孔本來就該多大

ISO 273 規定螺栓與螺絲的餘隙孔，分三個系列。 這是標準的數字，不是現場慣例：

標準另外列了 H12、H13、H14 分別對應精、中、粗—— 但明講那是「供參考、需要標公差時使用」。 一個 ISO 273 的孔不會自動帶著位置度要求。

那個間隙為什麼是故意的

預緊的螺栓接合，本來就不打算讓螺桿去承橫向載荷。 它打算把接合面夾得夠緊，讓接合面的摩擦去承， 而扣件維持在拉伸。餘隙就是讓這件事成立的東西： 它讓兩件被拉在一起的過程中，螺桿不會半路吃到承壓載荷； 它也吸收整組孔累積下來的位置誤差，讓這個組裝裝得起來。

把餘隙拿掉，你沒有讓接合變好，你是換了一種接合—— 螺桿現在會承壓了，而一支照拉伸選的扣件， 正被要求承擔它沒有被選來承擔的剪力。

銷買到的是什麼，講精確一點

ISO 2338 的圓柱銷有 m6 與 h8 兩種公差。名義 8 mm 的 m6， 依 ISO 286 的偏差是 +6 µm 到 +15 µm—— 實際直徑落在 8.006 到 8.015 mm，公差帶九個微米。 標準另外要求 m6 銷的表面粗糙度低於 Ra 0.8 µm。

但那不是「配合」。配合取決於你替它鉸出來的孔， 沒有同時指定兩邊就不能講配合是多少。 那九個微米告訴你的是另一件事：這支銷是用跟上面那張餘隙孔表 完全不同的精度等級做出來的，而且它是在「你會鉸一個孔來配它」 這個前提下賣的。

這才是真正的差別：銷是一個有人替它付過公差的特徵，件和孔都付了， 而不是銷比較準、螺絲比較不準。 餘隙孔則是一個有人刻意不付的特徵。

以上講的都是位置。等到銷改成在承載，適用的就是另一份文件， 而那些數字跟大家的預期對不起來：開口彈簧銷有公告的最小雙剪荷重， 硬化定位銷則一個都沒有。 彈簧銷的剪力值寫在標準裡，定位銷的沒有 把兩份標準都走過一遍。而「讓零件不要在軸上空轉」又是第三種工作， 那裡最直覺的那個零件，它的標準 從頭到尾沒有提到軸。 而這一頁一直在建議的鉸孔本身也有一個缺口：定位銷的標準 規定的是銷，對孔一個字都沒寫。

而扣件也能定位，如果你也買那一份

「螺絲夾持、銷定位」這個乾淨的規則到這裡就不成立了。 值得知道，因為反例都是型錄上買得到的東西。

• 配合螺栓（DIN 609、DIN 610）的 無螺紋桿身是下過公差的，本來就要裝在鉸孔裡。它定位，也夾持。
• 肩螺栓（ISO 7379）有一段研磨過的肩部， 公差等級 f9。肩定位，下面比較小的牙夾持。 注意分工是發生在同一顆件裡面——做定位的仍然不是牙。

兩者都比較貴，而且都要求那個孔是鉸出來的不是鑽出來的。 這又回到同一句：定位的價錢，孔那邊要付的不比件那邊少。

為什麼是兩支銷，不是三支

當答案是銷的時候，標準配置是一支圓銷加一支菱形銷—— DIN 6321 把它們列為 B 型與 C 型。

零件已經坐在一個面上之後：圓銷決定它在平面內的位置， 菱形銷決定它繞著圓銷的轉角。第三支緊配合的銷通常在限制 一個已經被限制的自由度，而且現在三個中心距必須同時吻合， 否則零件裝不上去。菱形銷上那個削邊的作用就是 把中心距那個方向放掉， 讓孔距公差不會把組裝卡死。

這件事的正式版本，一個是夾治具設計裡的 3-2-1 定位原則， 一個是更一般的精確約束（運動學）設計： 每個需要限制的自由度，限制一次就好。 第三支銷也不是自動就錯——如果它是浮動的、是來承載而不是定位的、 或者只是防呆，那它在做別的工作。

四種定位方式，沒有一種是靠牙

1. 定位銷——一圓一菱，配鉸孔。
2. 止口／凸緣——一段加工出來的直徑， 把一件對中在另一件上。汽車輪圈的 hub-piloted 設計就是這樣； 要注意另有 stud-piloted 設計，那是靠錐面或球面的螺帽座去定心的。
3. 配合螺栓或肩螺栓——如上，做事的是桿身或肩部。
4. 基準面、側擋塊、鍵、舌榫、V 型塊—— 正向的幾何，零件被推去靠上它，螺絲只負責壓緊。 這常常是四者裡最便宜的，也是新手最常跳過的。

四者的共同點是：做定位的那個特徵不是那個螺紋連接。 牙與孔的選擇在整個決策順序裡的位置，寫在 指定一顆螺絲； 至於什麼時候乾脆不要用螺絲，寫在 什麼時候不該用螺絲。

關於這件事的強版本，一個提醒

很容易想用「絕對不要讓兩個特徵同時定位」收尾。那講得太滿。 普通的預緊接合是靠接合面摩擦去抗橫向載荷的，根本不需要螺桿承壓； 承壓型接合與配合螺栓接合則是刻意設計成讓扣件承剪。 真正的失效情境窄得多：好幾個緊配合特徵同時被當成精密定位器， 而它們之間沒有任何東西在吸收公差。 菱形銷上那個削邊就是為此存在的，也是為什麼數量是兩支。

參考資料

• ISO 273 —— 扣件：螺栓與螺絲的餘隙孔（精／中／粗三系列；H12/H13/H14 供參考）
• ISO 2338 —— 未硬化圓柱銷（m6 與 h8；m6 的 Ra 低於 0.8 µm）
• ISO 286 —— 公差代號系統（8 mm 的 m6：+6 至 +15 µm）
• ISO 7379 —— 內六角肩螺栓（肩部公差 f9）
• DIN 609 / DIN 610 —— 桿身下過公差的配合螺栓
• DIN 6321 —— 定位銷，B 型圓銷與 C 型菱形銷
• 3-2-1 定位原則與精確約束設計，夾治具設計文獻
• 〈Why can't screws be used for locating parts?〉，Engineering Stack Exchange

本頁說明的是一個慣例背後的理由。任何特定零件的數值， 由你的圖面與圖面引用的標準決定。

當緊固件守不住位置時，你會伸手去拿的是鍵；而管其中一種鍵的標準，會依照它是在傳動還是只在定位，把它量成不同的尺寸。

這一篇屬於第 1 步，母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件；至於為什麼順序做反了是重工而不是微調，見指定一顆螺絲。

常見問題

餘隙孔為什麼比螺絲大？

為了裝得起來，也為了讓載荷路徑維持在拉伸。ISO 273 中系列把 M8 的餘隙孔訂在 9 mm。那個間隙讓兩件被拉在一起的過程中螺桿不會吃到承壓載荷，也吸收整組孔累積下來的位置誤差。把它拿掉不會讓接合變好，只是換成另一種接合。

把螺絲做得更準可以解決嗎？

不行。把 M8 螺絲磨到定位銷的精度，穿過普通的 9 mm 餘隙孔，那約一毫米的直徑間隙還在。限制在的是餘隙孔與桿身這個介面，不是螺絲的製造精度。所以解法是鉸孔，不是更好的螺絲。

那螺栓到底能不能定位？

能，前提是你買的是為此而做的扣件，而且孔要鉸過。DIN 609 或 DIN 610 的配合螺栓有下過公差的無螺紋桿身；ISO 7379 的肩螺栓有一段研磨的肩部、公差等級 f9，由肩定位而下面較小的牙夾持。兩種情況裡做定位的都是桿身或肩部，從來不是牙。

為什麼是一圓一菱，不是兩支圓銷？

圓銷決定平面內的位置，菱形銷決定繞圓銷的轉角。菱形銷上的削邊把中心距那個方向放掉，讓孔距公差不會使組裝裝不上去。兩支圓銷會要求兩個中心距同時完全吻合。DIN 6321 把它們列為 B 型與 C 型。

攻牙會讓孔變得比較不準嗎？

它影響的是牙的品質，主要不是孔的位置。孔的位置在鑽孔那一刻就建立了，在攻牙之前。這件事值得講清楚，因為「螺絲不能定位」有一種常見解釋是怪攻牙這道工序，但更根本的理由只是：另一件上的餘隙孔本來就是刻意做大的。