形位公差详解

GD&T(形位公差)简介“GD&T”全称为“GlobalDimensioningandTolerancing-全球的尺寸和公差的规定”。标准中包含有尺寸标注方法（属我国技术制图标准）与几何公差（属我国形状和位置公差标准）两大部分。其中尺寸标注仅是一种表达方式，无技术含量，且与我国的GB标准基本相同，故本次不作介绍。下面仅对“形状和位置（几何）公差”部分，作一简要的、基础的讲述。GM的GD&T新标准（97起）和我国的形位公差标准都等效采用了国际标准（ISO），所以绝大多数的内容是相同的。由于我国的形位公差标准体系分类、名词术语容易理解并便于自学，且国内供应商也较熟悉，故下面根据自己多年的实践，基本上按我国GB标准的名词术语来解释GM的GD&T标准。当某些名词术语及内容上两国的标准有所区别时，GM的GD&T新、旧标准不同之处，会特别加以说明。两国的有关标准：中国GB/T1182-96形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法GB/T13319–03几何公差位置度公差注法GB/T16671-96形状和位置公差最大实体要求、最小实体要求和可逆要求GB/T16892-97形状和位置公差非刚性零件注法GB/T17780–02几何公差位置度公差注法……美国ASMEY14.5M-82(旧)DimensioningandTolerancingASMEY14.5M-94(新)DimensioningandTolerancing4通用A-91-89(旧)DimensioningandTolerancingGlobalDimensioningandTolerancingAddendum–97/01/04注：97/01版本为通用/福特/克莱斯勒一起发布，04版本为通用单独发布。相应的国际标准有：ISO1101-83、ISO5459-81、ISO8015-85、ISO2692-88、ISO10579-92、ISO10579-93等。由于加工过程中工件在机床上的定位误差、刀具与工件的相对运动不正确、夹紧力和切削力引起的工件变形、工件的内应力的释放等原因，完工工件会产生各种形状和位置误差。各种形状和位置误差都将会对零件的装配和使用性能产生不同程度的影响。因此机械类零件的几何精度，除了必须规定适当的尺寸公差和表面粗糙度要求以外，还须对零件规定合理的形状和位置公差。一要素Feature1定义要素是指零件上的特征部分—点、线、面。任何零件不论其复杂程度如何，它都是由许多要素组成的。轴线球心素线圆锥面圆柱面球面圆台面图1形位公差研究对象就是要素，即点、线、面。2类型2.1按结构特征分：轮廓(实有)要素IntegralFeature—表面上的点、线或面。中心(导出)要素DerivedFeature—由一个或几个轮廓要素得到的中心点(圆心或球心)、中心线(轴线)或中心面。2.2按所处的地位分：被测要素Featuresofapart—图样上给出了形位公差要求的要素，为测量的对象。基准要素DatumFeature—零件上用来建立基准并实际起基准作用的实际要素（如一条边、一个表面或一个孔）。被测要素在图样上一般通过带箭头的指引线与形位公差框格相连；基准要素在图样上用基准符号表示。基准要素≠基准2.3按存在的状态分：实际要素RealFeature—零件加工后实际存在的要素(存在误差)。实际要素是按规定方法,由在实际要素上测量有限个点得到的实际要素的近似替代要素（测得实际要素）来体现的。理想要素IdealFeature—理论正确的要素(无误差)。在技术制图中我们画出的要素为理想要素。理想轮廓要素用实线(可见)或虚线(不可见)表示；理想中心要素用点划线表示。每个实际要素由于测量方法不同，可以有若干个替代要素。测量误差越小，测得实际要素越接近实际要素。2.5按与尺寸关系分：尺寸要素FeatureofSize—由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。2.4按结构性能分：单一要素IndividualFeature—具有形状公差要求的要素。关联要素RelatedFeature—与其它要素具有功能关系的要素。功能关系是指要素间某种确定的方向和位置关系，如垂直、平行、同轴、对称等。也即具有位置公差要求的要素。尺寸要素可以是圆柱形、球形、两平行对应面、圆锥形或楔形。非尺寸要素—没有大小尺寸的几何形状。非尺寸要素可以是表面、素线。上述要素的名称将在后面经常出现，须注意的是一个要素在不同的场合，它的名称会有不同的称呼。二符号Symbol图21)GM新标准公差特征项目的符号与ASME标准（美）、ISO标准和我国GB标准完全相同。2)GMA-91旧标准公差特征项目的符号略有不同，见图3。2.1公差特征项目的符号(GM新标准)1.线轮廓度可带基准成为位置公差；2.此分类见ANSIT14.5M-82，但是不强调。GMA-91标准的公差特征项目符号图3与新标准主要区别：1)无同轴度和对称度；2)将面轮廓度放置于位置公差中，必须带基准；3)跳动箭头为空心箭头。2.2附加符号(GM新标准)图41)相对GMA-91标准，取消了符号S（独立原则RFS），增加T正切平面、ST统计公差、CR受控半径。2)ST统计公差，GM目前不应用。我国标准还有：E包容原则、50理论正确尺寸等。理论正确尺寸BasicDimensions：不标注公差的带框尺寸。它可以是理论正确线性尺寸和理论正确角度尺寸。3.1形位公差框格FeatureControlFrames公差值及附加符号基准要素的字母及附加符号公差特征项目的符号图5无基准要求的形状公差，公差框格仅两格；有基准要求的位置公差，公差框格为三格至五格。形位公差框格在图样上一般为水平放置，必要时也可垂直放置（逆时针转）。三标注Mark3.2被测要素的标注(两国标准不同)3.2.1中国GB标准—形位公差框格通过用带箭头的指引线与要素相连。a)被测要素是轮廓要素时，箭头置于要素的轮廓线或轮廓线的延长线上（但必须与尺寸线明显地分开）。见图6-左。b)被测要素是中心要素时，带箭头的指引线应与尺寸线的延长线对齐。见图6–右。当尺寸线箭头由外向内标注时，则箭头合一。图6ØØ带箭头的指引线可从框格任一方向引出，但不可同时从两端引出。3.2.2GM标准（有四种,且可无带箭头的指引线）a)形位公差框格放于要素的尺寸或与说明下面；当某些公差特征项目的符号可同时应用于轮廓及中心要素时，GM标准的标注方法与我国GB标准相同。它在这些公差特征项目中有专门说明。图7bdcaab)形位公差框格用带箭头的指引线与要素相连；d)把形位公差框格侧面或端面与尺寸要素的尺寸线的延长线相连。c)把形位公差框格侧面或端面与要素的延长线相连；3.2.3几个特殊标注除非另有要求，其公差适用于整个被测要素。a)对实际被测要素的形状公差在全长上和给定长度内分别有要求时，应按图8标注（GM标准与我国GB标准相同）；图8全长上直线度公差0.4。每25内直线度公差0.1。b)轮廓度中若表示的公差要求适用范围不是整个轮廓时，应标注出其范围。见图9标注（仅GM标准）。图9c)轮廓度中若表示的公差要求适用于整个轮廓。则在指引线转角处加一小圆（全周符号）。见图10（GM新标准与我国GB标准相同）。图10GM标准也可不加圆，而在框格下标注ALLAROUND来表示。图例在面轮廓度公差带介绍中。GM标准将面轮廓度定义为位置公差，使用又广，故有些特殊的标注规定，在后面介绍面轮廓度公差时再讲述。d)螺纹、齿轮和花键（两国标准一样）一般情况下，以螺纹中径轴线作为被测要素或基准要素。如用大径轴线标注“MAJORDIA”（MD）；用小径轴线标注“MINORDIA”（LD）。齿轮和花键轴线作为被测要素或基准要素时，如用节径轴线标注“PITCHDIA”（PD）；用大径轴线标注“MAJORDIA”（MD），用小径轴线标注“MINORDIA”（LD）。GB标准规定了在公差带内进一步限制被测要素形状的四个符号。含义符号只许中间向材料内凹下（）只许中间向材料外凸起（）只许从左至右减小（）只许从右至左减小（）图11e)我国GB标准独有的四个符号（图11）3.3基准要素的标注3.3.1符号(GM标准规定字母I、O和Q不用，我国GB标准还要多)GM新标准(ISO)GMA-91标准我国GB标准3.3.2与基准要素的连接（GM新标准与我国GB标准相同）a)基准要素是轮廓要素时，符号置于基准要素的轮廓线或轮廓线的延长线上(但必须与尺寸线明显地分开)。见图12。图12AAAb)基准要素是中心要素时，符号中的连线应与尺寸线对齐。图133.3.3GMA-91标准基准符号的标注与形位公差框格标注一样，不明确定义轮廓要素和中心要素。因此GM图样的右上角或左上角专门有“基准说明表”对基准要素进行描述。图14a)b)c)d)2020-A--A--A-a)符号放于尺寸要素的尺寸、形位公差框格或尺寸和形位公差框下面；-A-b)符号用带箭头的指引线与非尺寸要素相连；-A-c)符号与非尺寸要素直接相连；-A-d)符号与非尺寸要素的延长线相连；四基准Datum4.1定义基准—与被测要素有关且用来定其几何位置关系的一个几何理想要素(如轴线、直线、平面等)，可由零件上的一个或多个要素构成。模拟基准要素—在加工和检测过程中用来建立基准并与基准要素相接触，且具有足够精度的实际表面。模拟基准要素零件1零件2基准要素(一个底面)图15在建立基准的过程中会排除基准要素本身的形状误差。图16模拟基准要素是基准的实际体现。在加工和检测过程中，往往用测量平台表面、检具定位表面或心轴等足够精度的实际表面来作为模拟基准要素。4.2类型单一基准—一个基准要素做一个基准；AA-B组合(公共)基准—二个或二个以上基准要素做一个基准；典型的例子为公共轴线做基准。图17ABA-B基准体系DatumReferenceFrame—三个互相垂直的理想(基准)平面构成的空间直角坐标系。见图18。图18A.板类零件基准体系图19用三个基准框格标注基准F-第三基准平面约束了一个自由度。基准E-第二基准平面约束了二个自由度，根据夹具设计原理：基准D-第一基准平面约束了三个自由度，B.盘类零件基准体系图20虽然，还余下一个自由度，由于该零件对于基准轴线M无定向要求，即该零件加工四个孔时，可随意将零件放置于夹具中，而不影响其加工要求。用二个基准框格标注根据夹具设计原理：基准K-第一基准平面约束了三个自由度，基准M-第二基准平面和第三基准平面相交构成的基准轴线,约束了二个自由度。在图21中可发现该盘类零件的基准框格采用了三格，这是因为该零件对基准轴线V有方向要求。而从定位原理上讲基准U、V已构成了基准体系。基准W是一个辅助基准平面（不属于基准体系）。图21由上可知：基准体系(又称三基面体系)不是一定要用三个基准框格来表示的。对于板类零件，用三个基准框格来表示基准体系；对于盘类零件，只要用二个基准框格，就已经表示基准体系了。在实际工作中，大量接触到的基准体系原理为一面二销。见图22。上面是从基准体系的原理来论述基准框格的表示数量，在实际使用中，只需能满足零件的功能要求，无需强调基准框格的数量多少。图22图24图23基准目标DatumTarget—用于体现某个基准而在零件上指定的点、线或局部表面。分别简称为点目标、线目标和面目标。图251.点目标可用带球头的圆柱销体现；2.线目标可用圆柱销素线体现；3.面目标可为圆柱销端面，也可为方形块端面或不规则形状块的端面体现。基准目标的位置必须用理论正确尺寸表示。面目标还应标注其表面的大小尺寸。图26图26二个点目标和一个线目标示例(图26)：构成基准。A用基准目标来体现基准，能提高基准的定位精度。4.3顺序基准体系中基准的顺序前后表示了不同的设计要求。见图27。图27基准后有、无附加符号又表示了不同的设计要求。详见公差原则。强调4孔轴线与A轴线平行强调4孔轴线与B平面垂直五公差带ToleranceZone5.1定义公差带—实际被测要素允许变动的区域。它体现了对被测要素