几何尺寸与公差标注法[1]

幾何尺寸與公差（GeometricDimensioning&Tolerancing)主講人：朱紀台一、前言二、符號與重要名詞三、一般定則四、性狀公差五、轉差度六、位置公差七、基準八、結語九、討論page1前言幾何尺寸與公差（GeometricDimensioningandTolerancing)是針對零件外形之“實際功能”與“相互關係”，用以描述工程設計圖樣所需的一種方法。若適當的使用，它可確保產品以最經濟與最有效率的方式生產，因此，幾何尺寸與公差不但是一種工程上的設計語言，而且是一種功能式生產與檢驗的技術。註：本講義以ANSIY14.5M-1982為藍本，圖面採用英制尺寸（INCH)page2為何用幾何尺寸與公差標註法1.提供最大的零件製造公差，以達到最大的經濟量產，直接降低設計與製造成本(在許多情況下更提供額外的公差區）。2.確保依據實際功能而設計的尺寸與公差，能明確的標示出來，因而更使其能付諸實施。3.確保配合件裝配時的互換性。4.可適用或協助零件設計／製造之電腦化。5.使圖面的解釋與實際製造統一，且易於表示，減少爭論和猜測。page3-1何謂幾何尺寸與公差標註法它是構成良好圖面所用的系統，該系統由諸多元素所組成，具體來說，它是針對零件形體(Feature)的“實際功能和相互關係”，且能使生產最合乎經濟原則而採用的一種尺寸與公差標註法。page3-2何時使用幾何尺寸與公差標注法1.零件之形體在功能上和互換性上有決定性的重要時。2.需使用功能量規（FunctionalGage)時。3.當希望使用參考基準，以確保製造和檢驗之操作能一致時4.希望零件設計／製造之電腦化時。5.標準解說或公差還未被引用時。註：幾何尺寸與公差標註法並不能取代常用的坐標尺寸標註系統(CoordinateDimensioningSystem)兩者是相輔相成的，聯合使用才能發揮應用上的最大效果。page4符號與重要名詞page5page6Reactivatedin1994edition,beappliedonlyonRFSbasis.page7RFSsymbolisnolongernecessary.–Revisedin1994editionpage8重要名詞(1)形體(Feature)：形體為一通用名詞，應用於零件特定的特徵或部份，可能包括一個或多個面，諸如孔、銷、螺紋、輪廓、面或槽等皆是。基本尺寸(BasicDimension)：在圖面上標有“基本(BASIC或BSC)”字樣的尺寸，係用以表示一物體理論上之正確尺寸，性狀或位置所用之理論值。此理論值，可藉其它尺寸或註釋的公差，而允許尺寸變化，在尺寸加一方形外框即為基本尺寸之符號，如：中心平面(CenterPlane)：以中心平面為形體之中心平面或中央平面。－A－page9-1重要名詞(2)同軸性(Coaxiality)：當兩個或兩個以上的形體軸一致時，稱該等形狀具同軸性。基準(Datum)：基準是理想的點，線，平面，圓筒，軸等為了計算或參考而假設其為正確，該等基準都有實際之形體，而零件之其它形體的位置與幾何關係皆由此而得以成立。基準識別符號(DatumIdentificationSymbol)：基準識別符號以一矩形框內附以該基準之參考字母表示之，如：page9-21.210重要名詞(3)參考基準架構(DatumReferenceFrame)：或稱參考基準系統(DatumReferenceSystem)，即在基準面或基準形體上，以三個相互垂直的平面或軸建立一系統，以供製造或量測時，做為尺寸處理的基礎，並使該形體具有方向性。形體控制符號(FeatureControlFrame/Symbol)：形體控制符號為一矩形框，其內包含幾何特徵符號與性狀或位置公差，如果需要，框內還可包括應用於形體或基準的參考基準或修正符號(Modifier)，如：幾何特徵(GeometricCharacteristics)：幾何特徵歸屬於形成幾何尺寸與公差的基本元素，一般來說，被解釋為使用於性狀，方向，輪廓，位置公差的所有符號，通常置於形體控制符號框的第一個位置。page10重要名詞(4)投影公差區域(ProjectedToleranceZone)：當孔內有銷螺栓或螺絲等插入時，使用投影公差區域以表示其公差範圍，可控制孔以及從孔投影部份的垂直度，與其配合件的餘隙有關，投影公差區域由零件表面伸長到與銷，螺栓等配合件裝配時的有效長度，符號：隱基準(ImpliedDatum)：隱基準為一沒有標明的基準，其作用由圖面上尺寸的安排暗示出來，例如：主要尺寸和邊緣表面連在一起，這邊緣即暗示是一個基準面或平面。page11重要名詞(5)修飾符號(Modifier)：修飾符號係表示使用“最大材料情況”，“最小材料情況”，“不考慮形體大小”原理時所用的名詞。符號：增益容差區域(BonusToleranceZone)：在MMC或LMC時，允許超出圖面標註公差區之外的公差區域，此公差區域隨形體的實際大小而變。虛狀況(VirtualCondition/Size)：在決定配合件的餘隙時，輪廓的有效大小稱為該形體的虛大小，這是在許可的公差內，所有輪廓變化之累積效果所產生的一種導出大小，它表示在MMC下組合時所代表的最極端情況。最小材料情況(LeastMaterialCondition/LMC)：零件之形體在含有最小體積材料時的情況，如：最大的孔和最小的軸，符號：最大材料情況(MaximumMaterialCondition/MMC)為幾何尺寸與容差標註法中，一個最基本且最重要的原理。定義：為零件形體的一種情況，在此情況下之形體含有最大體積的材料。(如：孔製作在下限尺寸時，或軸製作在上限尺寸時。說明：1.“最大材料情況”原理只有在下列兩種情況同時存在方屬正確：a.要有兩個以上，相對於位置或性狀的相關形體如一個孔和一個面，兩個孔等)，而這些相關形體中，至少要有一個是具有尺寸大小的形體。b.應用MMC原理的形體必需為一具有大小且具軸或中心面的形體(如銷，孔，槽等)。page12-12.最大材料情況也可以視為一個老方法的新名詞，等於“最壞情況”(WorstCondition)或“臨界尺寸”等。3.可具有增益容差區域(BonusToleranceZone)。4.以下情況不使用MMC：a.已建立標準規格的產品時。b.零件具有“非拘束狀態(UnrestrainedCondition)”的“自由狀態變化量(InFreeStateVariation)”時。c.當標註“不需要MMC完美形體”時。page12-2不考慮形體大小(RegardlessofFeatureSize/RFS)為幾何尺寸與容差標註法中，另一個必需了解的原理。定義：不考慮形體落在其尺寸大小公差內何處，某形體必需符合其位置或性狀公差。說明：1.RFS原理只當應用於具有尺寸大小之形體(如孔，槽，銷等)時，沒有尺寸大小的形體(如面，線等)是無法應用的。2.RFS無增益公差區域(BonusToleranceZone)。Note:Thesymbolwaseliminatedin1994editionpage13一般定則page14定則一：尺寸限制定則個別的形體尺寸(IndividualFeatureofSize)：當僅標示尺寸大小公差時，其尺寸大小不但控制大小，並控制了形體的形狀。尺寸大小的偏移量(VariationofSize)：個別形體的任一剖面實際大小必需在公差範圍之內。性狀的偏差量(公差區原理)[VariationofForm(EnvelopePrinciple)]：個別形體的形狀由尺寸大小控制，如下列說明與圖示：1.實際形體表面不能超出MMC完美形狀的邊界(Envelope/Boundary)，該邊界為圖面上的真實幾何形狀。2.當形體大小從MMC朝LMC偏移，則形體形狀之偏移量允許等於上述之偏移量。3.LMC並無完美形狀邊界需求，則一實際形體在LMC情況下，其形狀的最大偏差量為從LMC偏移至MMC的完美形狀邊界。page15-2page15-3INDIVIDUALSIZEFEATURESIZEDIM.LMCSIZEpage16定則二：位置公差定則在位置公差之實際應用上，，，或必需標示在相關的個別公差，參考基準或兩者之後。page17-1對所有應用之幾何公差(除位置公差外)，若無標示“修飾符號”，則RFS應用於相關的個別公差，參考基準，或兩者當需使用MMC時，必需將M標示於圖面上，不可省略。定則三：其它非位置公差定則(視需要可以標示M)以下幾何特徵由於控制的特性，無法應用MMC，永遠應用RFS。page17-2節徑(PitchDiameter)定則螺紋的形狀，方向性，或位置公差以參考基準的應用均以節徑(PD)為基礎。若設計要求與此定則不同，則在應用上，要在形體控制符號或基準識別符號的下方標註記號說明。如：大徑ψ，小徑ψ等。page18-1齒輪或齒栓槽(SPLINE)的形狀，方向性，或位置公差和參考基準，必需標註所應用的齒輪或齒栓槽的特定形體(如：大徑，小徑，節徑或PD等)。大徑(MAJORψ)大徑(MAJORψ)-A-Ø.005MAMØ.005MAM-A-PDPD基準/虛狀況(Datum/VirtualCondition)定則對由幾何公差控制的中心軸或中心平面;具有尺寸大小之形體，其虛狀況是存在的，並視其是否被應用為第一(Primary)，第二(Secondary)或第三(Tertiary)基準而定，在此情況下，其基準形體應用在其虛狀況。若不想應用虛狀況，則需定出一適當的公差來控制在MMC基準形體的形狀或方向性。page18-2性狀公差page19平面度(Flatness)定義：平面度為一表面上之所有元素均在一平面上之情況。公差規定：平面度定出一個介於兩行平面之公差區域，整個表面必需落在該範圍內。說明：1.平面度只是控制表面元素的性狀公差，不能修正為MMC之應用。2.必要時，得在形體控制符號下註記“不得下凹”或“不得上凸”。page20-1page20-2.650±.005.002.002TOLZONEENTIRESURFACEMUSTLIEBETWEENTHETWOPARALLELPLANES.002THISSURFACEMUSTBEFLATWITHIN.002WIDETOLZONETOTALOVERENTIRESURFACELIMITSOFFORM(PARALLEL).002TOLERANCEZONE.645LOWSIZELIMIT.655HIGHSIZELIMIT.002TOLERANCEZONEPOSSIBLEVARIATIONOFFLATNESSTOLZONEWITHINSIZETOLRANGEEXAMPLEMEANINGpage21直線度(Straightness)定義：直線度為一表面上或中心軸之所有元素為直線之情況。公差規定：直線度公差定出一個沿直線等寬的公差區域，所考慮之線必需落在該範圍內。說明：1.直線度公差主要用在圓筒或圓錐表面縱向元素的性狀控制。2.直線度公差的使用，並沒有任何參考基準存在，直線度為單一元素的性狀控制，其比較對象系由本身模擬而成的完美對照件。3.當直線度用於控制與功能量規有關的整個直徑(如銷，7孔)時，可使用MMC或RFS。page22-1page22-2EXAMPLEpage23page24page25真圓度(Circularity)定義：真圓度為一旋轉表面(圓筒，圓錐，球)與(1)垂直於共同軸(圓筒，圓錐)的任何平面。(2)通過共同中心(圓球)的任何平面。相交時，相交表面上所有點皆與中心等距離的情況。公差規定：1.真圓度以兩個同平面的同心圓定出其公差區域，實際表面的圓周元素必需在該平面的兩同心圓之間。2.圓筒度與真圓度的量測需以半徑為基礎。page26-1page26-2SECTA-A.499.002TOLZONE.503AA90°EXAMPLE.002.500±.005MEANING.002WITHIN.002WIDETOLZONETHISFEATURE