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本章目的：了解14個形位公差的公差帶形狀，其從屬關(guān)系。 1.定義公差帶-實際被測要素允許變動的區(qū)域。 它體現(xiàn)了對被測要素的設(shè)計要求，也是加工和檢驗的根據(jù)。 2.公差帶四大特征-形狀、大小、方向、位置2.1 形狀 Form公差帶形狀主要有：兩平行直線、兩同心圓、兩等距曲線、兩平行平面、兩同軸圓柱、兩等距曲面、一個圓柱、一個球。 下面按公差特征項目逐一進行介紹。 2.1.1 直線度公差帶//當(dāng)直線度標(biāo)注于輪廓線上（與尺寸線明顯分開時），表示的是外輪廓線的直線度。 //當(dāng)直線度標(biāo)注與尺寸線對齊，表示的是中軸線的直線度。 //所謂任意方向，指公差帶為圓柱形，沒有方向的要求。 2.1.2 平面度公差帶2.1.3 圓度公差帶2.1.4 圓柱度公差帶//圓柱度的測量是有相配方法的，但現(xiàn)有的測量方法能不能表達形位公差的公差帶確是有一定異議。 2.1.5 線輪廓度公差帶
2.1.6 面輪廓度公差帶面輪廓度公差帶（無基準）
面輪廓度公差帶（有基準）
2.1.7 垂直度公差帶
//軸線公差帶一般要加φ，表示圓柱形公差帶，很少用方形的公差帶。
2.1.8 平行度公差帶
2.1.9 傾斜度公差帶
2.1.10 同軸度和對稱度
//在國內(nèi)圖紙中，同軸度還是一個比較常用的形位公差。 2.1.11 位置度公差帶
2.1.12 圓跳動
2.1.13 全跳動
2.2 公差帶大小 Size
2.3方向和位置 Orientation & Location
//注：公差帶浮動雖然標(biāo)注上不算錯誤。但在實際設(shè)計中，工程師設(shè)計意圖常是希望公差帶的位置為固定的，但沒有理論值標(biāo)注的知識（就是不知道50還可以不帶公差帶框框），所以造成公差帶浮動，這時候標(biāo)注就是錯誤的。
形位公差的公差帶浮動與否，在實際使用中碰到的還是蠻多的。 3.形位公差從屬關(guān)系
3.1 綜合性的公差應(yīng)大于單向公差；（如圓柱表面的圓柱度公差可大于或等于圓度、素線和軸線的直線度公差） 3.2 位置公差可同時控制位置誤差，方向誤差，形狀誤差； 3.3 方向公差可同時控制方向誤差，形狀誤差； 3.4 形狀公差只控制形狀誤差； 3.5 圓跳動：控制圓度、同軸度、圓周要素的平面情況等； 3.6 全跳動：控制圓度、直線度、同軸度、傾斜度、錐度及面輪廓度。 //除非是公司要求，否則作者不會用跳動去代替別的形位公差。原因是①設(shè)計意圖表達不明確；②檢測方法存在一定爭議，跳動實際上未必真的能取代其他形位公差。 小解： 形位公差的從屬關(guān)系猶如俄羅斯套娃一樣，如下圖：
但也要注意： ①并非所有的位置誤差能控制方向誤差，并非所有的方向誤差能控制形狀誤差； ②多個行為公差同時標(biāo)注時要注意公差帶的形狀，如果相同，一般公差帶大小為：位置誤差>方向誤差>形狀誤差； ③多個行為公差同時標(biāo)注前需要注意標(biāo)注的原因（我為什么需要這么多的形位公差來控制？）。 形位公差-檢測方法Measurement本章目的：了解行為公差的檢測方法，簡單評估公司和制作方的檢測能力。 1.形位公差檢測規(guī)定形狀和位置公差檢測規(guī)定GB/T 1958 -2004 2.形位公差的種類
3.形位公差的測量儀器人工測量儀器：百分表，光學(xué)平面度測量儀，千分尺，高度尺等等。
精準測量儀器：三坐標(biāo)測量儀 ，投影儀，數(shù)據(jù)采集儀。 4.基準形體模擬體（Datum Feature Simulator）一個基準形體模擬體（Datum Feature Simulator）是檢測或加工設(shè)備（如：測量或銑床臺面），它們的質(zhì)量好到被認為是完美的，用來模擬建立基準，被認為就是基準。它是基準形體（Real）和基準（Theoretical）之間的橋梁。 4.1 基準平面（Planar Datum）
4.2 基準中平面（Datum Center Plane）
4.3 基準軸心線（Datum Axis）
4.4 基準目標(biāo)（Datum Targets）
4.5 基準目標(biāo)應(yīng)用柔性件（Datum Targets Flexible Part Application） 5. 14個形位公差測量方法5.1 直線度①百分表測量：百分表的支座做成倒V形，且直接放在V形導(dǎo)軌上。百分表的測頭與作為測量其準的平尺直接接觸。將V形表架從導(dǎo)軌的一端移至另一端，百分表測頭在平尺上劃過，其最大與最小讀數(shù)之差即為直線度誤差； ②塞規(guī)測量：塞規(guī)測量先利用一個長度較短的極限塞規(guī)測量合格后,再用直線度綜合塞規(guī)測量,由塞規(guī)通過與否判斷孔軸線直線度合格與否； ③氣動量儀測量：氣動量儀測量是將被測尺寸的變化轉(zhuǎn)化成氣體流動壓力的變化或流量的變化； ④杠桿法：測量時,孔管在工作臺上移動,測量元件感知被測截面圓心位置的變化,并通過杠桿反映給千分表進行讀數(shù)； ⑤校正望遠鏡（該方法只能測量已加工好的大孔。測量時,在孔內(nèi)安放與孔大小相適應(yīng)的測標(biāo)）； ⑥準直光管法 ：準直光管以'節(jié)距法'分段測量斜率變化,再通過數(shù)據(jù)處理求得實際表面的直線度誤差,最后按規(guī)定條件評定直線度誤差的數(shù)值； ⑦三坐標(biāo)測量法。 5.2 平面度①百分表測量：將百分表固定，將工件待檢面放于平板上，將固定好的表頭在非力狀態(tài)下接觸待件面一端，取一點調(diào)零，移動工件記錄讀數(shù)，取最大值與最小值，相減為測量值，平板和工件一定要清潔，所有平面都可以這樣檢測； ②平晶干涉法：平晶干涉法用光學(xué)平晶的工作面體現(xiàn)理想平面，直接以干涉條紋的彎曲程度確定被測表面的平面度誤差值； ③光波干涉法 ：光波干涉法常利用平晶進行，可以把干涉圖案作為被檢驗表面的等高線，因此可以畫出該表面的形狀； ④打表測量法：打表測量法是將被測零件和測微計放在標(biāo)準平板上，以標(biāo)準平板作為測量基準面，用測微計沿實際表面逐點或沿幾條直線方向進行測量； ⑤液平面法 液平面法是用液平面作為測量基準面，液平面由“連通罐”內(nèi)的液面構(gòu)成，然后用傳感器進行測量； ⑥三坐標(biāo)測量法（高精度）。 5.3 圓度①圓度儀測量 ：圓度儀是利用回轉(zhuǎn)軸法測量圓度的測量工具。測量時,被測件與精密軸系同心安裝,精密軸系帶著電感式長度傳感器或工作臺作精確的圓周運動。當(dāng)被測圓有圓度誤差時，便會引起長度傳感器的測頭位移。長度傳感器把位移量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過放大、濾波、運算等程序處理后即由顯示儀表指示出圓度誤差； ②千分尺、比較儀測量 以被測圓某一截面上各直徑間最大差值之半作為此截面的圓度誤差； ③投影儀測量：投影儀測量是將被測圓的輪廓影像與繪制在投影屏上的兩極限同心圓比較； ④三坐標(biāo)測量機。 5.4 圓柱度①內(nèi)徑百分表測量：測量內(nèi)徑數(shù)值，將表頭在非力狀態(tài)下接觸該截面，旋轉(zhuǎn)內(nèi)徑百分表，分別記錄其最大值與最小值，最大值減去最小值即是圓柱度； ②圓度圓柱度測量儀：圓度圓柱度測量儀是以氣浮主軸和立柱導(dǎo)軌為基準，采用計算機測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺式圓柱度儀； ③三坐標(biāo)測量機。 5.5 線輪廓度①輪廓測量儀（功能單一不能滿足全尺寸測量）； ②三坐標(biāo)測量機； 5.6 面輪廓度①輪廓測量儀（功能單一不能滿足全尺寸測量）； ②三坐標(biāo)測量機； 5.7 傾斜度①百分表測量：測量時將被測零件放置在定角座上，沒有合適的定角座時，可以用放在正弦或精密轉(zhuǎn)臺來代替。調(diào)整被測零件，使整個被測表面的讀數(shù)差為最小，取指示表的最大值Mmax與最小示值Mmin之差作為傾斜度誤差值。即f=Mmax-Mmin； ②三坐標(biāo)測量機：傾斜度屬于三維測量，目前測量傾斜度最常用的工具就是便攜式三坐標(biāo)測量機。 5.8 垂直度①百分表測量：要測量零件的基準面A靠在一個已知垂直度比較好的靠鐵上，比如劃線的方箱側(cè)面，然后用百分表打在要測量的平面上，移動百分表，就可以測量出零件的垂直度。或者把零件壓在銑床的工作臺面上，把百分表打在要測量的平面上，上下移動銑床，也可以測量出零件的垂直度； ②垂直度測量儀； ③三坐標(biāo)測量機。 5.9 平行度①圓度測量儀； ②平行度檢測儀； ③三坐標(biāo)測量機； ④百分表測量：面與面之間平行度的測量圖所示的是測量被測工件I的上平面(被測平面)對下平面(基準平面)2的平行度。測量時，將被測工件的基準平面置于平板2上，用百分表在給定范圍內(nèi)進行測量，百分表的最大讀數(shù)差即為平行度誤差。為了消除被測表面局部形狀誤差的影響，可在百分表測頭和被測表面之間墊一量塊。 5.10 位置度①專用檢具（人工測量，費時費力）； ②三坐標(biāo)測量機。 5.11 同軸度①百分表測量：將表頭在非力狀態(tài)下接觸該截面，將準備好的刃口狀 V 形塊放置在平板上 ，并調(diào)整水平 。將被測零件基準輪廓要素的中截面（兩端圓柱的中間位置）放置在兩個等高的刃口狀 V 形塊上 ，基準軸線由 V 形塊模擬。安裝好百分表 、表座 、表架 ，調(diào)節(jié)百分表 ，使測頭與工件被測外表面接觸 ，并有1～ 2圈的壓縮量 。緩慢而均勻地轉(zhuǎn)動工件一周 ，并觀察百分表指針的波動 ，取最大讀數(shù)與最小讀數(shù)的差值之半，作為該截面的同軸度誤差 。轉(zhuǎn)動被測零件 ，按上述方法測量四個不同截面（截面 A 、B、C、D） ，取各截面測得的最大讀數(shù)與最小讀數(shù)差值之半中的最大值（絕對值）作為該零件的同軸度誤差； ②圓度測量儀； ③三坐標(biāo)測量機。 5.12 對稱度①百分表測量：圖示是用測量距離的方法測量零件中心平面相對于基準對稱中心平面的對稱誤差。測量時，將被測工件放在平板上，以平板表面作為測量基準，用百分表測出圖中表面Ⅰ于平板表面間的距離，然后將被測工件翻轉(zhuǎn)180°，按同樣方法測出表面Ⅱ與平板表面間的距離。被測兩表面對應(yīng)點最大讀數(shù)差的絕對值即為被測的對稱度誤差。 ②指示表； ③專用檢具； ④三坐標(biāo)測量機（主流方式）。 5.13 圓跳動被測提取要素繞基準軸線做無軸向移動回轉(zhuǎn)一周時，由位置固定的指示計在給定方向上測得的最大與最小示值之差。 5.14 全跳動被測提取要素繞基準軸線做無軸向移動回轉(zhuǎn)，同時指示計沿給定方向的理想直線連續(xù)移動(或被測提取要素每回轉(zhuǎn)一周，指示計沿給定方向的理想直線做間斷移動)，由指示計在給定方向上測得的最大與最小示值之差。 6.測量工具使用舉例-百分表的使用1）百分表在使用時，要把百分表裝夾在專用表架或其他牢靠的支架上
2）為了使百分表能夠在各種場合下順利地進行測量，例如在車床上測量徑向跳動、端面跳動，在專用檢驗工具上檢驗工件精度(圖13-26)時，應(yīng)把百分表裝夾在磁性表架或萬能表架上來使用。表架應(yīng)放在平板、工作臺或某一平整位置上。百分表在表架上的上、下、前、后位置可以任意調(diào)節(jié)。使用時注意，百分表的觸頭應(yīng)垂直于被檢測的工件表面。
3）把百分表裝夾套筒夾在表架緊固套內(nèi)時，夾緊力不要過大，夾緊后測桿應(yīng)能平穩(wěn)、靈活地移動，無卡住現(xiàn)象。 4）百分表裝夾后，在未松開緊固套之前不要轉(zhuǎn)動表體，如需轉(zhuǎn)動表的方向時應(yīng)先松開緊固套 5）測量時，應(yīng)輕輕提起測I桿，把工件移至測頭下面，緩慢下降，測頭與工件接觸，不準把工件強迫推人至測頭下，也不得急劇下降測頭，以免產(chǎn)生瞬時沖擊測力，給測量帶來測量誤差。 7）當(dāng)指針零位穩(wěn)定后，再開始測量或校正工件的工作。如果是校正工件，此時開始改變工件的相對位置，讀出指針的偏擺值，就是工件安裝的偏差數(shù)值。 形位公差-包容原則與可逆原則的標(biāo)注步驟全解本章目的：如何在實際設(shè)計中標(biāo)注包容與可逆原則。 1.前言關(guān)于形位公差的運用，一般分兩個階段。 一是讀懂。 二是自己設(shè)計時運用上，效果比沒有好?。ú荒転榱怂浂ジ闼?/p> 當(dāng)然這有些廢話。 但過了第一個階段后，結(jié)構(gòu)工程師在第二個階段的路上有很長的路要走。 多問問自己標(biāo)注的形位公差“why done it”，多總結(jié)一些套路，會對標(biāo)注困難的形位公差好很多。 作者這里就介紹自己總結(jié)的一個例子，作為小引。 2.包容原則與可逆原則的標(biāo)注步驟全解2.1 形位公差標(biāo)注的題面仍然以前面的題目為例子，題面如下： 如下圖所示，零件A通過零件B的a，b兩個導(dǎo)入面，保證零件B的圓柱插入零件A的孔中。繪制零件A、B的圖紙，標(biāo)注公差。
2.2 形位公差標(biāo)注步驟全解這一次，我們從一個結(jié)構(gòu)設(shè)計師的角度出發(fā)，從零開始標(biāo)注圖紙的形位公差。 2.2.1 DFMA流程優(yōu)化完畢確認DFMA的優(yōu)化更優(yōu)先與公差的優(yōu)化，這是第一步要做的。如果放到這個題面上，我們就應(yīng)該把面與面的導(dǎo)向配合改為軸孔導(dǎo)向配合，那么公差標(biāo)注就完全不一樣了。 但這里作者就暫時不優(yōu)化了，先這樣。 2.2.2 圖紙的全尺寸標(biāo)注全尺寸標(biāo)注的方法和原因請查看基礎(chǔ)篇，工程出圖章節(jié)，這里也不多累贅。 假設(shè)這時候軸孔的直徑都是φ18。 那么零件A的圖紙標(biāo)注為： 零件B的圖紙標(biāo)注為： 2.2.3 確然裝配的設(shè)計要求，弄清楚為什么需要形位公差的標(biāo)注，需要怎樣的形位公差標(biāo)注公差時首先要分清楚公差標(biāo)注的目的，然后能進行標(biāo)注。有對應(yīng)的設(shè)計要求才會選用對應(yīng)的形位公差。 這里從題面可知，是為了：保證零件B的圓柱插入零件A的孔中。 但還有一個隱藏要求，就是給予兩個零件最寬松的制造要求。 那么，這里形位公差標(biāo)注的完整設(shè)計要求是：保證零件B的圓柱插入零件A的孔中時，給予零件A與零件B最寬松的制造要求（即最寬的公差帶，而最寬的公差帶只有形位公差能給予）。 從上述的設(shè)計要求中，我們可以得出，裝配的需要對孔與柱子的中軸線提出了位置控制的需求，所以需要位置度公差。 2.2.4 保證理想狀態(tài)下的導(dǎo)入裝配，確認基準。理想狀態(tài)時，零件A通過零件B的a，b兩個導(dǎo)入面，軸剛剛插入孔中（即零零配合）。 //當(dāng)然實際設(shè)計中還要考慮留a，b兩個導(dǎo)入面的平面度和粗糙度等，這時候公差標(biāo)注必須加上余量，但這里還是先放過。 那么，零件A、B的基準面為兩個裝配面（如何確定形位公差標(biāo)注的基準，請查看前面的基準datum章節(jié)） 理想狀態(tài)下位置度均為0。 此時， 零件A的圖紙標(biāo)注為：
零件B的圖紙標(biāo)注為：
2.2.5 確認工藝能力值a零件A、B的工藝能力值 工藝能力值a=|線性尺寸極限偏差|+|位置度|=|上公差|+|下公差|+|位置度|。 線性尺寸的極限偏差和位置度請查詢對應(yīng)的標(biāo)準。 這里假設(shè)，線性尺寸18查標(biāo)準得到其極限偏差為2，而位置度查詢標(biāo)準得到其允許值為1. 則零件A、B的工藝能力值a=2+1=3； 2.2.6 前置工作的完畢，包容原則的追加。前置工作已經(jīng)完畢，這樣就可以追加包容原則相關(guān)的符號。 包容原則是最大實體原則 MMC 的一種特殊形式, 最大實體原則應(yīng)用中形位公差為 0 時，即為包容原則。 那么, 零件A的圖紙標(biāo)注為：
零件B的圖紙標(biāo)注為：
2.2.7 優(yōu)化調(diào)整：為了后期樣品等考慮，調(diào)整為對稱公差（改3d圖）關(guān)于調(diào)整為對稱公差的作用，作者在前面章節(jié)已經(jīng)重復(fù)強調(diào)了。這里省略。 零件A的圖紙標(biāo)注為：
零件B的圖紙標(biāo)注為：
此時的3d裝配圖顯示如下：
2.2.8 改為可逆原則圖紙如果公司有具體的要求，或為了更加清晰地表達對工藝制造能力的約束，可以改為可逆原則。 而經(jīng)過上述步驟的分析，再改成可逆原則就很方便了。 零件A的圖紙標(biāo)注為： 零件B的圖紙標(biāo)注為： 此時的3d裝配圖顯示如下： 這時，按照軸孔的標(biāo)注，兩種極限裝配的情況為： ①零件A：孔尺寸18，位置度為0；零件B：軸尺寸18，位置度為0；這時候是剛好的零零配合。 ②零件B：孔尺寸21，位置度為3；零件B：軸尺寸15，位置度為3；裝配情況就如下圖所示：
到這一步，也該明白前面6.1章節(jié)最后一張圖紙的意義了吧。
3.小結(jié)這種極限分析的方法，是明白補償作用本質(zhì)的好方法，對應(yīng)多重補償，比如補償基準那種，可以嘗試一下。 還有，不要太迷信國內(nèi)公司以前的人標(biāo)注的形位公差。 作者曾經(jīng)頭鐵去問別人為什么要標(biāo)注這么復(fù)雜的行為公差（車用行業(yè)，多重基準的補償）。 得到的答案居然是：“隨！便！標(biāo)！注！的!”. 當(dāng)然，復(fù)雜的形位公差對坑一些外行的人很有用。畢竟理解kiss原則，明確精簡設(shè)計師最難的人很少。 但有時候真的是把國內(nèi)的設(shè)計氛圍搞得烏煙瘴氣的。 比如公差標(biāo)注的很小，制造人員壓根不看。形位公差也一樣。 不多說了，就這樣。 |
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