形狀和位置公差及其檢測

形狀和位置公差及其檢測形位公差的概念圖樣上給出的零件是沒有誤差的理想幾何體，但是，在加工過程中由于機床、夾具、刀具和工件所組成的工藝系統(tǒng)本身存在各種誤差，以及加工過程中出現(xiàn)受變形、振動、磨損等各種干擾，使加工后零件的實際形狀和相互位置，與理想幾何體規(guī)定的形狀以及線、面相互位置存在差異，這種形狀上的差異就是形狀誤差，相互位置之間的差異就是位置誤差，它們統(tǒng)稱為形狀和位置的誤差，簡稱形位誤差。零件在加工過程中，不僅有尺寸誤差，而且會產(chǎn)生形狀和位置誤差。形位誤差對機構(gòu)、儀器的使用功能影響很大。因此，僅控制尺寸誤差尺寸誤有時仍難以保證零件的工作精度、聯(lián)結(jié)強度、密封性、運動平衡性、耐磨性和可裝配性等方面的要求，特別在高溫、高壓、高速重載等條件下工作的精密機械影響很大。零件的形位誤差對其使用性能會產(chǎn)生以下影響：影響零件的功能要求。例如，機床導(dǎo)軌的形狀誤差會影響結(jié)構(gòu)件（如刀架）的動精度；車床主軸兩支承軸頸的形位誤差會影響主軸的回轉(zhuǎn)精；齒輪箱上各軸承孔的位置誤差將影響齒面承載能力和齒輪副的側(cè)隙。有結(jié)合要求的平面形狀誤差將影響結(jié)合的密封性，并因接觸的減小面降低承載能力等。影響零件的配合性質(zhì)。例如，對于圓柱結(jié)合的間隙配合，圓柱表面的形狀誤差會使間隙大小分布不均，當(dāng)配合件發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，磨損加快，降低零件的工作壽命和運動精度。影響零件的自同裝配性。例如，花鍵軸各鍵的位置誤差將影響與花鍵孔的聯(lián)結(jié)；箱蓋、法蘭盤等零件上各螺栓孔出現(xiàn)位置誤差將難以自由裝配。因此，設(shè)計零件時必須根據(jù)零件的功能要求，并考慮制造時的經(jīng)濟性，對其形位誤差加以必要且合理的限制，即合理地確定零件的形位誤差。形狀公差標(biāo)準(zhǔn)是重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之一。我國參照國際準(zhǔn)，重新修訂并以頒布實施的《形狀和位置公差》國家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T1182-1996《形狀和位置公差通則、定義、符號和圖樣表示法》、GB/T1184-1996《形狀和位置公差未注公差值》、GB4249-1996》《公差原則》、GB/T16671-1996《形狀位置公差最大實體要求、最小實體要求和可逆要求》等。在形位誤差檢測方面，也頒布了一系列國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T1958-1980《形狀和位置公差檢測規(guī)定》、直線度、平面度、圓度、同軸度誤差檢測以及位置功能量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等。形位公差的研究對象形位公差的研究對象是幾何要素。任何機械零件都是由點、線、面組合而成的，把構(gòu)成零件特征的點、線或面統(tǒng)稱為幾何要素，簡稱要素。如圖4.1所示的零件是多種要素組成的。要素可以從不同的角度分類。 １.按存在狀態(tài)分類圖4.1零件的幾何要素（１）實際要素：零件上實際存在的要素。由于存在測誤差，所以完全符 合定義的實際要素是測量不到的，在生 產(chǎn)實際中，通常用測量得到的要素來代替實際要素。 圖4.1零件的幾何要素（２）理想要素：指具有幾何意義的要素，它們不存在任何誤差。圖樣上表示的要素均為理想要素。２．按結(jié)構(gòu)特征分類（１）輪廓要素：指構(gòu)成零件外廓的并能直接為人們所感覺到的點、線、面。如圖４－１中的球面、圓柱面、端平面以及圓錐面的軸線，槽面的中心平面等。中心要素是看不見、摸不著的，它總是由相應(yīng)的輪廓要素來體現(xiàn)的，如軸線等。３．按要素在形位公差中所處的地位分類（１）被測要素：指零件設(shè)計圖樣上給出了形公差或位置公差要求的要素，是被檢測的對象。（２）基準(zhǔn)要素：指用來確定被測要素的方向或位置的要素。４．按被測要素的功能關(guān)系分類（１）單一要素：指僅對其要素本身提出功能要求并給出形狀公差的要素。（２）關(guān)聯(lián)要素：指與其他要素有功能關(guān)系并給出位置公差要求的要素。三、形位公差的特征項目和符號 １．特征項目及符號介紹表４-1形位公差特征項目和符號GB/T1182-1996中規(guī)定的形位公差特征項目及其符號見表4-1.形位公差共有１４個項目。形狀公差是對單一要素提出的要求，因此沒有基準(zhǔn)要求；位置公差是對關(guān)聯(lián)要素提出的要求，因此在大多數(shù)情況下都是有基準(zhǔn)的。當(dāng)公差特征為線輪廓度和面輪廓度時，若無基準(zhǔn)要求，則為形狀誤差；若有基準(zhǔn)要求，則為位置誤差。２．形位公差帶形位公差帶是用來限制被測實際要素變動的區(qū)域。這個區(qū)域是一個幾何圖形，它可以是平面區(qū)域或空間區(qū)域。只要被測實際要素能全部落在給定的公差帶內(nèi)，就表明該被測實際要素合格。形裝公差帶具有形狀、大小、方向和位置四個特征要素。這四個要素會在圖樣標(biāo)注中體現(xiàn)出來。形狀：公差帶的形狀由被測要素的理想形狀和給定的公差特征項目所確定。常見的形狀公差帶形狀如圖4-2所示。大小：公差帶的大小由公差值t確定，指公差帶的寬度或直徑。如果公差帶是圓形或圓柱形的，則在公差值前加注n，如果是球形，則加Ｓn。方向：公差帶的寬度方向就是給定的公差帶方向或垂直于被測要素的方向。位置：指公差帶位置是固定的還是浮動的。所謂固定的是指公差帶的位置不隨實際尺寸的變動而變化，如中心要素的公差帶位置均是固定的。所謂浮動的，是指公差帶的位置隨實際尺寸的變化（上升下降）而浮動，如輪廓要素的公差帶位置都是浮動的。圖4.2形位公差帶的形狀 四、形位公差的標(biāo)注方法圖4.2形位公差帶的形狀在技術(shù)圖樣中,形位公差應(yīng)采用代號標(biāo)注.當(dāng)無法采用代號標(biāo)注時,如現(xiàn)有的形位公差項目無法表達,或采用代號標(biāo)注過于復(fù)雜時,才允許在圖樣的技術(shù)要求中用文字說明.形位公差代號包括:形位公差框格、指引線、形位公差項目的符號、形位公差值和有關(guān)符號以及基準(zhǔn)符號等,如圖4.3所示.對被測要素的形位公差要求,填寫在公差框格內(nèi).形位公差框格至少兩格,也可以有多格的.按規(guī)定從左到右填寫框格,第一格為公差項目符號,第二格為公差值和有關(guān)符號,從第三格起為代表基準(zhǔn)的字母.基準(zhǔn)字母用大寫的英方字母,為了避免混淆,不得采用E、F、I、J、L、M、O、P、R這幾個字母. 如要求在公差帶內(nèi)進一步限定被測要素的形狀,則應(yīng)在公差值后面加注符號,現(xiàn)表4-2. 圖4.4(a)為兩格的填寫方法示例.圖4.4(b)為三格的填寫方法示例,其中A-B表示由A和B共同組成的公共基準(zhǔn).圖4.4(c)為五格的填寫方法示例,其中基準(zhǔn)字母A、B、C、依次表示第一、第二、第三基準(zhǔn),其順序無關(guān). 五、形位公差各要素的標(biāo)注1.被測要素的標(biāo)注首先區(qū)分被測要素是輪廓要素還是中心要素.(1)當(dāng)被測要素為中心要素時,指引線的箭頭應(yīng)與尺寸線對齊,如圖4.5(a)和圖4.5(b)所示. (2)當(dāng)被測要素為輪廓要素時,箭頭指向該輪廓要素或指向其引出線上,并應(yīng)明顯地與尺寸線錯開,如圖4.6(a)和圖4.6(b)所示.(3)當(dāng)被測要素指向?qū)嶋H表面時,可在面上用一小黑點引出參考線,指引線箭頭指在參考線上,如圖4.7所示.2.基準(zhǔn)要素的標(biāo)注 有方向或位置要求時,需用基準(zhǔn)代號,并在框格中標(biāo)出被測要素與基準(zhǔn)要素之間的關(guān)系.基準(zhǔn)代號由粗短橫線、細(xì)實線和帶大寫字母的圓組成,如圖4.8所示.無論基準(zhǔn)代號的方向如何,其字母均為水平填寫,如圖4.8(b)所示.當(dāng)基準(zhǔn)要素是輪廓要素時,基準(zhǔn)代號中的短橫線應(yīng)靠近基準(zhǔn)要素的輪廓線或輪廓面,也可靠近輪廓的延長線,但不能與尺寸線對齊,如圖4.9所示.當(dāng)基準(zhǔn)要素是短橫線時,基準(zhǔn)代號的邊線應(yīng)與該要素的尺寸線對齊,如圖4.10(a)所示,基準(zhǔn)代號中的短橫線也可以代替尺寸線的箭頭,如圖4.10(b)所示.當(dāng)受到圖形限,限基準(zhǔn)代號必須在某個面上進,可在面上畫出小黑點,由黑點引出參考線,基準(zhǔn)代號則置于參考線上,如圖4.11所示. (4)當(dāng)需要在基準(zhǔn)要素上指定某此點、線或局部表面來體現(xiàn)各基準(zhǔn)平面時,應(yīng)標(biāo)注基準(zhǔn)目標(biāo).基準(zhǔn)目標(biāo)按下列方法標(biāo)注在圖樣上:①當(dāng)基準(zhǔn)目標(biāo)為點時,用“x”表示,如圖4.12(a)所示.②當(dāng)基準(zhǔn)目標(biāo)為線時,用細(xì)實線表示,并在棱邊上加“x”,如圖4.12(b)所示.③當(dāng)基準(zhǔn)目標(biāo)為局部表面時,用雙點劃線繪出該局部表面的圖形,并畫上與水平成45°的細(xì)實線,如圖4.12(c)所示.圖4.12基準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)注示例 ④當(dāng)被測要素與基準(zhǔn)要素相似不易辯認(rèn)時,可采用任選基準(zhǔn)(任一要素均可作為基準(zhǔn)要素),用箭頭代替基準(zhǔn)代號中的基準(zhǔn)符號來標(biāo)注,如圖4