项目三形状和位置公差

项目三形状和位置公差任务一概述任务二形状公差和形状误差检测任务三位置公差和位置误差检测任务四公差原则与公差要求任务五形位公差的选用任务六形位公差标注应注意的问题任务七形位误差的检测原则任务一概述３.１.１形位误差对零件使用性能的影响零件在加工过程中，机床—夹具—刀具组成的工艺系统本身的误差，以及加工中工艺系统的受力变形、振动、磨损等因素，都会使加工后的零件的形状及其构成要素之间的位置与理想的形状和位置存在一定的差异，这种差异即是形状误差和位置误差，简称形位误差。零件的形位误差直接影响零件的使用性能，主要表现在以下几个方面。１）影响零件的配合性质。２）影响零件的功能要求。３）影响零件的可装配性。下一页返回任务一概述３.１.２形位公差项目与符号按国家标准ＧＢ／Ｔ１１８２—２００８《几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注》的规定，形位公差特征项目共有１４项，各项目的名称及符号如表３-１所列。３.１.３形位公差的研究对象各种零件尽管几何特征不同，但都是点、线、面所构成。构成零件几何特征的点、线、面称为零件的几何要素，简称要素，如图３-３所示。形位公差研究的对象就是上述零件的几何要素之间的位置精度问题。上一页下一页返回任务一概述１．按存在的状态分１）实际要素。零件上实际存在的要素，通常用测得要素来代替。由于存在测量误差，测得要素并非是实际要素的真实体现。２）理想要素。具有几何学意义的要素。例如几何学上的直线、平面、圆、圆柱面、圆锥面、球面等。它们都是没有误差的理想的几何图形。上一页下一页返回任务一概述２．按所处的地位分１）被测要素：零件设计图样上给出了形状或位置公差要求的要素，即需要检测的要素。２）基准要素：用来确定被测要素方向和（或）位置的要素，图样上基准代号所指的要素。３．按结构特征分１）轮廓要素：构成零件外形的点、线、面各要素。２）中心要素：轮廓要素对称中心所表示的点、线、面各要素。上一页下一页返回任务一概述４．按功能关系分１）单一要素：仅对其本身给出形状公差要求的要素。２）关联要素：对其他要素有功能关系的要素，或给出位置公差要求的要素。３.１.４形位公差的标注对零件的几何要素有形位公差要求时，应在设计图样上，按ＧＢ／Ｔ１１８２—２００８的规定，用形位公差框格、基准符号和指引线进行标注，如图３-４所示。上一页下一页返回任务一概述１．形位公差框格如图３-５所示，形位公差框格由二至五格组成。形状公差一般为两格，位置公差可为二至五格。在零件图样上只能沿水平或垂直放置。框格中从左到右或从下到上依次填写下列内容：第一格：形位公差特征项目符号。第二格：形位公差值及附加要求。第三格：基准字母（没有基准的形状公差框格只有前两格）。上一页下一页返回任务一概述２．被测要素的标注用带箭头的指引线将公差框格与被测要素相连来标注被测要素。指引线与框格的连接可采用图３-６（ａ）、图３-６（ｂ）、图３-６（ｃ）所示的方法，指引线由框格中部引出，也可采用图３-６（ｄ）所示的方法。３．基准要素的标注对关联被测要素的位置公差必须注明基准。基准代号如图３代表基准的字母（包括基准代号方框内的字母）用大写的英文字母（为不引起误解，其中Ｅ、Ｉ、Ｊ、Ｍ、Ｑ、Ｏ、Ｐ、Ｌ、Ｆ不用）表示，且不论代号在图样中的方向如何，方框内的字母均应水平书写。上一页下一页返回任务一概述当以轮廓要素为基准时，基准符号应靠近基准要素的轮廓线或其延长线，且与轮廓的尺寸线明显错开，如图３-９（ａ）所示。当以中心要素为基准时，基准连线应与相应的轮廓要素的尺寸线对齐，如图３-９（ｂ）所示。上一页下一页返回任务一概述３.１.５形位公差的意义和特征随使用场合的不同，形位公差通常具有两个意义。其一，形位公差是一个数值，零件合格的条件是：误差（f）≤公差（t）。其二，形位公差是一个以理想要素为边界的平面或空间区域（形位公差带），要求实际要素处处不得超出该区域。上一页下一页返回任务一概述３.１.６形位误差的评定原则———最小条件形位误差与尺寸误差不同，尺寸误差是两点间距离对标准值之差，形位误差是实际要素偏离理想状态，并且在要素上各点的偏离量又可以不相等。用公差带虽可以将整个要素的偏离控制在一定区域内，但怎样知道实际要素被公差带控制住了呢？有时就要测量要素的实际状态。并从中找出对理想要素的变动量，再与公差值比较。１．形状误差的评定评定形状误差须在实际要素上找出理想要素的位置。这要求遵循一条原则，即使理想要素的位置符合最小条件。上一页下一页返回任务一概述最小条件是评定形状误差的基本原则，相对其他评定方法来说，评定的数据是最小的，结果也是唯一的。但在实际检测时，在满足功能要求的前提下，允许采用其他近似的方法。上一页下一页返回任务一概述２．位置误差的评定位置误差是关联实际要素对其理想要素的变动量，理想要素的方向或位置由基准确定。评定位置误差的大小，常采用定向或定位最小包容区域去包容被测实际要素，但这个最小包容区域与形状误差的最小包容区域有所不同，其区别在于它必须在与基准保持给定几何关系的前提下使包容区域的宽度或直径最小。图３-１２（ａ）所示的面对面的垂直度误差是包容被测实际平面并包得最紧且与基准平面保持垂直的两平行平面之间的距离，这个包容区称为定向最小包容区。图３-１２（ｂ）所示的台阶轴，被测轴线的同轴度误差是包容被测实际轴线并包最紧且与基准轴线同轴的圆柱面的直径，这个包容区称为定位最小包容区。定向、定位最小包容区的形状与其对应的公差带的形状相同。当最小包容区的宽度或直径小于公差值时，被测要素是合格的。上一页下一页返回任务一概述３.１.７基准１．基准的种类基准是确定被测要素方向和位置的依据。图样上标出的基准通常分为以下三种：１）单一基准：由一个要素建立的基准称为单一基准。２）组合基准（公共基准）：由两个或两个以上的要素建立的一个独立基准称为组合基准或公共基准。３）基准体系（三基面体系）：由三个相互垂直的平面所构成的基准体系———三基面体系，如图３-１３位置度标注示例的基准A、B、C。上一页下一页返回任务一概述２．基准的建立和体现评定位置误差的基准应是理想的基准要素。但基准要素本身也是实际加工出来的，也存在形状误差。因此，应该用基准实际要素的理想要素来建立基准，理想要素的位置应符合最小条件。在实际检测中，基准的体现方法有模拟法、直接法、分析法和目标法四种，其中用得最广泛的是模拟法。模拟法是用形状足够精确的表面模拟基准。例如以平板表面体现基准平面、以心轴表面体现基准孔轴线、以Ｖ形架表面体现基准轴线等，如图３-１４、图３-１５、图３-１６所示。上一页返回任务二形状公差和形状误差检测３.２.１形状公差和形状公差带形状公差是单一实际被测要素对其理想要素所允许的变动全量。形状公差带是限制单一实际被测要素的形状变动的区域。１．直线度直线度是限制实际直线对理想直线变动量的一项指标。１）直线度公差。根据被测直线的空间特性和零件的使用要求，直线度公差有以下几种情况：（１）给定平面内的直线度，标注如图３-１８（ａ）所示。（２）给定方向上的直线度，标注如图３-１９（ａ）所示。（３）任意方向上的直线度，标注如图３-２０（ａ）所示。下一页返回任务二形状公差和形状误差检测２）直线度误差的检测。几种常用的直线度误差检测方法：（１）指示器测量法（图３-２１）：将被测零件安装于平行于平板的两顶尖之间。用带有两只指示器的表架，沿铅垂轴截面的两条素线测量，同时分别记录两指示器在各自测点的读数M１和M2，取各测点读数差之半的最大差值作为该截面轴线的直线度误差。将零件转位，按上述方法测量若干个截面，取其中最大的误差值作为被测零件轴线直线度误差。（２）刀口尺法：用刀口尺和被测要素（直线或平面）接触，使刀口和被测要素之间的最大距离为最小，此最大间隙具为被测的直线度误差。间隙量可用塞尺测量或与标准间隙比较，如图３-２２（ａ）所示。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测（３）钢丝法：用特别的钢丝作为测量基准，用测量显微镜读数。调整钢丝的位置，使测量显微镜读得两端读数相等。沿被测要素移动显微镜，显微镜中的最大读数即为被测要素的直线度误差值。（４）水平仪法：将水平仪放在被测表面上，沿被测要素按节距，逐段连续测量。对读数进行计算可求得直线度误差值。也可采用作图法求得直线度的误差值。一般是在读数之前先将被测要素调成近似水平，以保证水平仪读数方便。测量时可在水平仪下面放入桥板，桥板长度可按被测要素的长度以及测量的精度要求决定。（５）自准直仪法：用自准直仪和反射镜测量是将自准直仪放在固定位置上，测量过程中保持位置不变。反射镜通过桥板放在被测要素上，沿被测要素按节距逐段连续移动反射镜，并在自准直仪的读数显微镜中读得对应的读数，对读数进行计算可求得直线度误差。该测量中是以准直光线为测量基准。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测３）直线度误差测量数据的处理。用各种方法测量直线度的误差时，应对所测得的读数进行数据处理后才能得出直线度的误差值。这里仅介绍常用的图解法。图解法：当采用分段布点测量直线度误差时，采用图解法求出直线度误差是一种直观而易行的方法。根据相对测量基准的测得数据在直角坐标纸上按一定放大比例可以描绘出误差曲线的图像，然后按图像读出直线度误差。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测２．平面度平面度是限制实际平面对其理想平面变动量的一项指标。１）平面度公差，标注如图３-２４（ａ）所示。２）平面度误差的检测和数据处理。常见的平面度测量方法：（１）打表法：将被测零件支承在平板上，将被测平面上两对角线的角点分别调成等高或最远的三点调成距测量平板等高。按一定布点测量被测表面。指示器上最大与最小读数之差即为该平面的平面度误差近似值，如图３-２５（ａ）所示。（２）平晶法：将平晶紧贴在被测平面上，由产生的干涉条纹，经过计算得到平面度误差值。此方法适用于高精度的小平面，２５（ｂ）所示。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测（３）水平仪法：水平仪通过桥板放在被测平面上，用水平仪按一定的布点和方向逐点测量。经过计算得到平面度误差值，图３-２５（ｃ）所示。（４）自准直仪法：将自准直仪固定在平面外的一定位置，反射镜放在被测平面上。调整自准直仪，使其和被测表面平行，按一定布点和方向逐点测量。经过计算得到平面度误差值，如图３-２５（ｄ）所示。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测３．圆度圆度是限制实际圆对理想圆变动量的一项指标，是对具有圆柱面（包括圆锥、球面）的零件，在一正截面内的圆形轮廓要求。１）圆度公差。标注如图３-２７（ａ）所示。２）圆度误差的检测。圆度误差的检测方法有两类。方法一：在圆度仪上测量，如图３-２８（ａ）所示。方法二：是将被测零件放在支承上，用指示器来测量实际圆的各点对固定点的变化量，如图３-２９所示。被测零件轴线应垂直于测量截面，同时固定轴向位置。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测方法三：图３-３０所示为三点法测量圆度。将被测零件放在Ｖ形块上，使其轴线垂直于测量截面，同时固定轴向位置。圆柱度是限制实际圆柱面对理想圆柱面变动量的一项指标。它控制了圆柱体横截面和轴截面内的各项形状误差，如圆度、素线直线度、轴线直线度等。圆柱度是圆柱体各项形状误差的综合指标。４．圆柱度１）圆柱度公差。标注如图３-３１（ａ）所示。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测２）圆柱度误差的检测。圆柱度误差的检测可在圆度仪上测量若干个横截面的圆度误差，按最小条件确定圆柱度误差。如圆度仪具有使测量头沿圆柱的轴向作精确移动的导轨，使测量头沿圆柱面做螺旋运动，则可以用电子计算机计算出圆柱度误差。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测３.２.２轮廓度公差及其公差带１．线轮廓度线轮廓度是限制实际曲线对理想曲线变动量的一项指标。标注如图３-３４（ａ）、（ｂ）所示。上一页下一页返回任务二形状公差和形状误差检测２．面轮廓度面轮廓度是限制实际曲面对理想曲面变动量的一项指标。标注如图３-３５（ａ）、（ｂ）所示。公差带定义：是包络一系列直径为公差值狋的球的两包络面之间的区域，诸球