GPS(产品几何技术规范基本知识培训讲义)


一、什么是GPS？
二、新的GPS标准构建的基本思想
三、GPS标准的意义和作用
1.1GPS的含义GPS是产品几何技术规范（GeometricalProductSpecificationandVerification）的英文缩写和简称。新GPS标准是以新的理念和概念，面向产品开发全过程而构建的控制产品几何特性的一套完整标准，全面覆盖了从宏观到微观的产品几何特征的描述，全面规范了产品（工件）的尺寸、形状和位置及表面特征的控制要求和检测方法，成为工程领域产品设计、制造和评定的最重要的基础标准之一。产品几何技术规范（GPS）尺寸公差几何公差表面结构公差尺寸距离半径形状方向粗糙度位置角度跳动波纹度原始轮廓表面缺陷
GPS标准体系构成
注意：在新的GPS体系中，“几何”的概念有广义和狭义之分。•广义几何包含了工件的尺寸、形状与位置以及表面结构等特征，因此标准的主标题通常为“产品几何技术规范（GPS）”；•在副标题中出现的“几何公差”一般特指形状、方向、位置和跳动公差，并不包含尺寸公差和表面粗糙度。
1.2新的GPS产生的背景
传统的GPS标准存在体系结构缺陷：1）尺寸公差、形位公差和表面特征分别由原ISO的三个技术委员会负责，由于各自工作的独立性，使得工作项目有重复和交叉、术语定义不够协调统一、规定和要求不完全一致，影响和制约标准的使用和实施。2）设计对功能要求的表达和优化、制造和检测对几何精度的控制和评定缺乏统一的规范，缺乏相互沟通的共同的技术语言。
ISO于1993年成立了TC3、TC10和TC57三个技术委员会的“联合协调工作组”——ISOTC31057/JHG。
JHG于1995年颁布了ISO/TR14638《产品几何技术规范（GPS）总体规划》，正式提出新的GPS概念和标准体系模型。
1996年成立ISO/TC213，全面负责产品几何技术规范（GPS）的国际标准体系的构建，这标志着GPS的发展进入一个新阶段。二、新GPS标准构建的基本思想
2.1基本思路
传统GPS是以几何学为基础建立起来的，设计的主要任务是根据功能需求从具有理想几何形状和方位的工件出发，规定工件实际几何要素的允许变动区域，即公差带。
如何保证和判定实际几何要素处于公差带内，则由制造和检测人员负责。
这一系列概念是有效的，但也有需要重新审视的地方。例如，要想符合设计意图和功能要求——•设计上给定一个尺寸，是按两点法还是三点法来控制和检测？•设计上规定了一个圆的允许变动区域，是按最小外接、最大内切、最小二乘还是最小条件来判断？
从“理想要素”到“实际要素”的转换和控制过程没有严格的定义和规范，在一定程度上，“理论”和“实践”有所脱节。
新的GPS按系统工程和系统建模的思想，自顶向下构建了一系列信息模型：•理清了标准体系的层次关系，形成矩阵模型；•理清了标准之间的协调关系，形成标准链；•规范了工件几何定义的依据，定义了表面模型；•规范了工件几何精度的过程控制，定义了操作和操作集；•提出了产品研发全过程的不确定度概念，形成扩展的不确定度概念模型；•基于表面模型，全面规范了几何要素的术语定义。
GPS标准体系建模框图GPS标准体系建模GPS标准体系层次结构和矩阵模型指导GPS标准体系的构建GPS标准的系统综合模型指导标准和标准链的构建产品（工件）的表面模型操作的过程模型扩展的不确定度概念模型基于表面模型的术语定义规范产品（工件）的几何描述和定义、检测及评定规范表面模型的操作和操作集确定从产品几何定义到检测的总不确定度框架及各种不确定度的关系规范几何要素
为企业的产品开发提供了一套全新的工具，为产品的数字化设计和制造提供了基础支撑。
实现产品的精确几何定义及规范的精度过程定义，更加合理、经济和有效地利用设计、制造和检测的资源，显著降低产品的开发成本。
GPS标准不仅是产品开发的重要依据，而且成为规范相关计量器具研制、软件开发的重要准则。
GPS为国际通用的技术语言，它的应用有利于促进国际技术交流和合作，有利于消除贸易中的技术壁垒，大大减少沟通的困难和问题。
GPS标准的实施可显著提高产品的质量，提高企业的市场竞争力。
新的GPS是对传统公差理论和几何精度控制思想的一次大的变革。
一、概述
二、几何公差标注的基本要求和方法
1.1标准演变
我国几何公差标注的国家标准首次发布于1974年，尚在试行阶段，1980年转为正式标准，即《GB11821980形状和位置公差代号及其注法》。之后改为《GB/T11821996形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法》，现行标准是《GB/T11822008产品几何技术规范（GPS）几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注》。
GB/T1182是在跟踪和研究ISO1101的基础上发展起来的，它的修订反映了几十年来国内外几何公差理论、技术和方法的发展状况。
GB/T11822008等同采用ISO1101：2004，全面反映了新一代GPS产品几何描述和表达的基本要求和规定。
1.2标准名称的变化
新标准的名称是按GPS标准体系的层次结构命名的，第一层为“产品几何技术规范（GPS）”，第二层为“几何公差”，第三层则明确了具体的标准化对象——“形状、方向、位置和跳动公差标注”。
GPS标准中，广义的“几何”包含尺寸公差、形位公差和表面结构三部分，但本标准已通过副标题将“几何公差”限定在形状、方向、位置和跳动公差的范围内，即过去的“形位公差”。因此本标准正文中出现的术语“几何公差”均指“形位公差”。
1.3标准的整体结构
本标准包括前言和引言、正文部分及三个资料性附录。•前言和引言说明本标准与ISO1101：2004的关系和主要差异，以及一些重要术语的协调和统一，如用“导出要素”代替“中心要素”、用“提取要素”代替“测得要素”、“组成要素”代替“轮廓要素”等；•正文部分规定了几何公差的基本概念、标注的基本规定及示例；•附录部分：附录A列出了不再采用的标注方法，附录B为几何误差的评定，附录C则给出了新标准在新GPS标准矩阵中的位置。
1.4GB/T11822008在GPS标准矩阵中的位置
2.1几何公差的种类、几何特征和符号
附加符号
新标准将几何公差分为4类，即形状、方向、位置和跳动公差，共19个几何特征。
与旧标准不同，新标准将方向公差、跳动公差从位置公差中分离出来，各自单独列为一类。
依据被测要素与基准是否存在关联关系或存在什么样的关联关系，将轮廓度公差分别划归形状公差、方向公差和位置公差。需要注意，带有方向要求的线或面轮廓度应用极少。
几何特征符号，新旧标准的规定完全相同。但附加符号有较大变化——•基准要素的符号改为采用ISO符号，以便与国际接轨。建议在新产品设计中采用新符号，老产品的图样无需改动。•增加了若干新符号：公共公差带CZ(CommonZone)；线素LE(LineElement)；不凸起NC(NoConvex)。
2.2公差框格标注
旧标准规定了四种进一步限定要求，“只许中间凹下”、“只许中间凸起”、“只许从左向右减小”和“只许从右向左减小”。
新标准只规定了“不（向材料外）凸起”一种，老的符号不再采用。如需采用，要另有文件规定。
2.3根据公差的几何特征及标注形式，公差带的主要形式分类：•一个圆内的区域；•两个同心圆之间的区域；•两等距线或两平行直线之间的区域；•一个圆柱面内的区域；•两同轴圆柱面之间的区域；•一个球面内的区域。
对圆形或圆柱形公差带，公差值前加注φ，对圆球形公差带，则加注Sφ。
2.4几何公差的具体标注方法几何公差是实际被测要素的允许变动量几何公差是实际被测要素的允许变动量几何公差是实际被测要素的允许变动量几何公差是实际被测要素的允许变动量。。。。几何公差分为几何公差分为几何公差分为几何公差分为::::形状公差形状公差形状公差形状公差、、、、形状或位置公差形状或位置公差形状或位置公差形状或位置公差和和和和位置公差位置公差位置公差位置公差。。。。基本内容基本内容基本内容基本内容：：：：几何几何几何几何公差带的概述公差带的概述公差带的概述公差带的概述，，，，形状形状形状形状、、、、形状或位置形状或位置形状或位置形状或位置、、、、位位位位置公差带的特点及各形位公差标注的含义置公差带的特点及各形位公差标注的含义置公差带的特点及各形位公差标注的含义置公差带的特点及各形位公差标注的含义。。。。重点内容重点内容重点内容重点内容：：：：形状形状形状形状、、、、形状或位置形状或位置形状或位置形状或位置、、、、位置公差带的特点及各位置公差带的特点及各位置公差带的特点及各位置公差带的特点及各形位公差标注的含义形位公差标注的含义形位公差标注的含义形位公差标注的含义。。。。难点内容难点内容难点内容难点内容：：：：各各各各几何几何几何几何公差标注的含义公差标注的含义公差标注的含义公差标注的含义。。。。
2.4.1形状公差形状公差单一要素对其理想要素允许的变动量形状公差单一要素对其理想要素允许的变动量形状公差单一要素对其理想要素允许的变动量形状公差单一要素对其理想要素允许的变动量。。。。其公其公其公其公差带只有大小和形状差带只有大小和形状差带只有大小和形状差带只有大小和形状，，，，无方向和位置的限制无方向和位置的限制无方向和位置的限制无方向和位置的限制。。。。1.直线度直线度直线度直线度2.平面度平面度平面度平面度3.圆度圆度圆度圆度4.圆柱度圆柱度圆柱度圆柱度1.直线度直线度直线度直线度直线度公差直线度公差直线度公差直线度公差用于控制平面内或空间直线和轴线的形状误用于控制平面内或空间直线和轴线的形状误用于控制平面内或空间直线和轴线的形状误用于控制平面内或空间直线和轴线的形状误差差差差。。。。根据零件的功能要求根据零件的功能要求根据零件的功能要求根据零件的功能要求，，，，直线度可以分为在给定平面内直线度可以分为在给定平面内直线度可以分为在给定平面内直线度可以分为在给定平面内，，，，在在在在给定方向上和在任意方向上三种情况给定方向上和在任意方向上三种情况给定方向上和在任意方向上三种情况给定方向上和在任意方向上三种情况。。。。在给定平面内的直线度在给定平面内的直线度在给定平面内的直线度在给定平面内的直线度在给定方向内的直线度在给定方向内的直线度在给定方向内的直线度在给定方向内的直线度任意方向上的直线度任意方向上的直线度任意方向上的直线度任意方向上的直线度其公差带是其公差带是其公差带是其公差带是距离为距离为距离为距离为公差值公差值公差值公差值t的两平行直线之的两平行直线之的两平行直线之的两平行直线之间的区域间的区域间的区域间的区域。。。。如图所示如图所示如图所示如图所示，，，，被测表面上任一素线必被测表面上任一素线必被测表面上任一素线必被测表面上任一素线必须位于平行于图样所示须位于平行于图样所示须位于平行于图样所示须位于平行于图样所示投影面内投影面内投影面内投影面内，，，，且距离为公且距离为公且距离为公且距离为公差值差值差值差值0.02mm的两平行的两平行的两平行的两平行直线之间直线之间直线之间直线之间。。。。0.020.021.直线度直线度直线度直线度(((())))2））））在给定方向内的直线度在给定方向内的直线度在给定方向内的直线度在给定方向内的直线度当给定一个方向时当给定一个方向时当给定一个方向时当给定一个方向时，，，，公差带公差带公差带公差带是距离为公差值是距离为公差值是距离为公差值是距离为公差值t的两平行平面之的两平行平面之的两平行平面之的两平行平面之间的区域间的区域间的区域间的区域；；；；被测圆柱面的任一素被测圆柱面的任一素被测圆柱面的任一素被测圆柱面的任一素线线线线必须位于箭头所指方向距离为必须位于箭头所指方向距离为必须位于箭头所指方向距离为必须位于箭头所指方向距离为公差值公差值公差值公差值0.02mm的两平行平面内的两平行平面内的两平行平面内的两平行平面内。。。。当给定互相垂直的两个方向当给定互相垂直的两个方向当给定互相垂直的两个方向当给定互相垂直的两个方向时时时时，，，，公差带是两对给定方向上距公差带