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1、第四章 形状和位置公差与检测,目的要求 熟练掌握形位公差项目与形位公差的标注，深刻理解各形位公差项目的含义及公差带形状，熟练掌握公差原则的分类与应用。重点 1、十四个形位公差项目的含义及标注方法；2、形位公差带的本质含义；3、公差原则的分类与应用；4、形位公差的选择；难点 1、形位公差带的形状的确定方法；2、形位公差的标注；3、公差原则的应用；,形位误差与形位公差的提出及其意义,1、形位误差的定义：零件的实际形状、位置对其理想形状、位置的变动量。2、形位公差的含义：用于控制形位误差的零件的形状和位置允许的变动量。3、提出的意义：（1）仅靠尺寸公差是无法全面控制的。例如：薄板类零件和偶数棱形回转
2、体等。（2）对配合精度有影响：影响配合的松紧程度，如圆度，轴线的直线度；影响可装入性，如螺栓的位置度及其它。,理想状态下的工件形状,实际加工的工件形状,一、零件几何要素及其分类几何要素的定义：代表零件几何形状特性的点、线、面。1、按结构特征分：（1）轮廓要素：零件外形轮廓，圆柱面、球面、素线等（2）中心要素：圆心、球心、中心线、轴线等。2、按存在状态分：（1）理想要素：设计时给定的图纸上的要素。（2）实际要素：加工后实际零件上的几何要素。,1 零件几何要素和形位公差的特征项目,3、按检测关系分：（1）被测要素：给出形位公差要求的要素。（2）基准要素：用来确定被测要素方向、位置的 要素。即作为参
3、照物的要素。4、按功能关系分：（1）单一要素：只有形状要求的要素，即与其它要素无关的几何要素。（2）关联要素：有位置要求的要素，与参考要素（基准要素）相关连，必须满足相互的位置关系。按分类的不同，同一要素可能有不同的叫法。,要素的命名实例：,基准要素,轮廓要素,被测要素,单一要素,关联要素,理想要素,实际要素,中心要素,二、形位公差特征项目及符号,2 形位公差在图样上的表示方法,（1）公差符号：从表4-1中选取相应符号。（2）公差值：如果公差带为圆形或圆柱形，公差值前加注，如果是球形，加注。,一、形位公差框格和基准符号1、框格国标规定，采用水平或垂直矩形框标注形状公差有两格（无基准）位置公差有
4、三格或多格（有基准）,0.02,0.02,A,（3）基准：单一基准用大写表示；公共基准由横线隔开的两个大写字母表示；如果是多基准，则按基准的优先次序从左到右分别置于各格。（4）指引线：用细实线表示。从框格的左端或右端垂直引出，指向被测要素。对于轮廓要素：箭头由实体外指向轮廓表面并与公差带的宽度方向一致。对于中心要素：箭头与尺寸线对齐，并指向公差带的宽度方向。注意：指引线的方向必须是公差带的宽度方向。,形状公差框格,位置公差框格,2、基准符号,基准符号：由带小圆圈的大写英文字母（基准字母）用细实线与粗的短横线相连而组成。注：为不致引起误解，国家标准GBT11821996规定基准字母禁用下列9个字
5、母：E、F、I、J、L、M、O、P、R等。基准符号引向基准要素时，无论基准符号在图面上的方向如何，其小圆圈中的字母都应水平书写。,1、被测轮廓要素(轮廓线或表面)的标注方法 指引线的箭头置于要素的轮廓线上或轮廓线的延长线上，并且箭头指引线必须明显地与尺寸线错开(大于3mm)。当指引线的箭头指向实际表面时，箭头可置于带点的参考线上，该点指在实际表面上。,二、被测要素的标注方法,2、被测中心要素的标注方法 当被测要素为中心要素(轴线、中心直线、中心平面、球心等)时，带箭头的指引线应与该要素所对应轮廓要素的尺寸线的延长线重合。,3、指引线箭头的指向 指引线的弯折点最多两个，靠近框格的那一段指引线一定
6、要垂直于框格的一条边。指引线箭头的方向应是公差带的宽度方向或直径方向，如果公差带为圆形或圆柱形，形位公差值前加注，如果是球形，加注,4、公共被测要素的标注方法,1、基准轮廓要素的标注方法,三、基准要素的标注方法,2、基准中心要素的标注方法,3、任选基准的标注方法（互为基准）,4、公共基准的标注方法,1、同一被测要素有几项形位公差要求的简化标注方法,四、形位公差的简化标注方法,2、几个被测要素有同一形位公差带要求的简化标注方法,3、几个同形被测要素有同一形位公差带要求的简化标注方法,第三节 形位公差带,一、形位公差带的含义及性质,形位公差带：用于限制实际要素形状和位置变动的区域。它可以是空间区域
7、，也可以是平面区域。,为了描绘形位公差带，必须根据被测要素特征和设计要求确定其公差带的形状、大小、方向和位置，通常称为形位公差的四要素。1、形位公差带的形状 取决于被测要素的几何形状和给定的形位公差特征项目和标注形式。2、形位公差带的大小 一般是指公差带的宽度或直径。它们取决于图样上给定的形位公差值。,3、形位公差带的方向 指与公差带延伸方向相垂直的方向，通常指的是被测要素指引线箭头所指的方向。因此，形位公差带的方向应与被测要素的最小包容区域一致。对于位置公差带，其方向应与基准保持图样上给定的几何关系。4、形位公差带的位置 可分为固定的和浮动的两种。位置固定的公差带：对于定位公差（同轴度、对称
8、度和位置度公差），其公差带的位置相对于基准要素是完全确定的，不随被测实际要素的尺寸、形状及位置的改变而变动。,位置浮动的公差带：对于形状公差带（不包括与基准有确定关系的轮廓度公差）、定向公差，公差带的位置随被测实际要素有关尺寸、形状及位置的改变而变动。,形状公差有直线度、平面度、圆度和圆柱度等四个项目，它们不涉及基准，它们的理想被测要素的形状不涉及尺寸，公差带的方位可以浮动。也就是，形状公差带只有形状和大小的要求，而没有方位的要求。,二、形状公差带（只控制实际被测要素的形状误差）,公差带为两平行平面，公差带可上下移动或朝任意方向倾斜。,1.直线度:它是控制零件上被测要素的不直程度，被限制的直线
9、有：平面内的直线，回转体的素线，平面等的交线，轴线等。,a、给定平面内的直线度 主要控制被测实际圆柱面、圆锥面的素线以及量具上刻度线等的直线度 公差带：距离为公差值t的两平行直线之间的区域,b、给定方向的直线度：主要控制面与面交线，即棱线直的程度(1)一个方向：两平行平面t 公差带：距离为公差值t的两平行直线之间的区域,(2)相互垂直的两个方向：两组平行平面t1，t2 公差带：正截面尺寸为公差值t1t2的四棱柱内的区域,(3)任意方向上的直线度(空间)公差带：直径为t的圆柱面内的区域,检测方法：1、和尺寸界限须错开 2、锥体须和轴线垂直 测量方法有：光隙法(刀口尺)、测微法(百分表)、计算法、
10、图解法,2 平面度公差 限制实际表面对其理想平面变动量的一项指标,控制任一平面或圆柱体的端面。公差带：距离为公差值t的两平行平面之间的区域,3.圆度它是控制实际圆对其理想圆的变动量（任一截面的圆度）公差带：在同一正截面上，半径差为t的两同心圆之间的区域。测量：圆度仪、测微法,4.圆柱度（综合性指标）(动画演示）它能够控制圆柱面的圆度，素线的直线度，两条素线的平行度以及轴线的直线度等等。公差带：半径差为t的两同轴圆柱。,三、基准（GB/T17851-1999）基准的定义：与被测要素有关且用来确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。1、基准的种
11、类 基准有基准点、基准直线（包括基准轴线）和基准平面（包括基准中心平面）等几种形式。按照需要，关联要素的方位可以根据单一基准、公共基准或三基面体系来确定。,（1）单一基准 由一个基准要素建立的基准。,（2）公共基准 由两个或两个以上的同类基准要素建立的一个独立的基准，又称为组合基准。,（3）三基面体系 由单一基准或独立的公共基准不能对关联要素提供完整而正确的定向或定位时，就有必要引用基准体系。为了与空间直角坐标系一致，规定以三个相互垂直的基准平面构成一个基准体系三基面体系。即工艺学中所学的三基面定位原则或六点定位原则。,2、基准的体现 零件加工后，其实际基准要素不可避免地存在或大或小的形状误差
12、（有时还存在方向误差）。如果以存在形状误差的实际基准要素作为基准，则难以确定实际关联要素的方位。在加工和检测中，实际基准要素的形状误差较大时，不宜直接使用实际基准要素作为基准。基准通常用形状足够精确的表面来模拟体现。如下：,基准平面可用平台、平板的工作平面来模拟体现。,孔的基准轴线可用与孔成无间隙配合的心轴或可膨胀式心轴的轴线来模拟体现。,轴的基准轴线可用V形块来体现。,三基面体系中的基准平面可用平板和方箱的工作平面来模拟体现。,四、轮廓度公差带,1、线轮廓度（动画演示）用来控制平面曲线或空间曲线与截面的交线的公差：实际对理想轮廓所允许的变动全量公差带：包络一系列直线为t的图所形成的两包络线之
13、间的区域，诸圆的圆心应位于理想轮廓线上。理论正确尺寸：确定被测要素的理想形态、方向、位置的尺寸 测量：用轮廓样板,2、面轮廓度（也可有基准）控制空间曲面的形状误差公差（动画演示）公差带：包络一系列直径为公差值t的球的两包络面之间的区域。球心应位于理想轮廓面上。标注应在法线上。测量：三坐标测量仪,五、定向公差：是关联要素对基准在方向上的变动全量。包括：分为：直线和平面 被测和基准之间有；线对线、线对面、面对线、面对面 公差带的特点：a、相对于基准有确定的方向。b、具有综合控制被测要素的方向和形状的能力。,1.平行度：控制被测相对于基准的平行程度。,面对面的平行度,线对面的平行度,面对线的平行度,
14、线对线的平行度,平行度：1、在给定方向上（1）在给定一个方向上 d、线对线,给定互相垂直的两个方向的平行度,平行度：1、在给定方向上（2）在给定两个方向上 线对线,任意方向的平行度,面对线平行度的检测方案（给定一个方向）,线对线平行度的检测方案（给定两个方向）,2.垂直度：限制实际要素对基准在垂直方向上允许的变动全量。a、给定方向：(1)一个方向：两平行平面且所夹的区域且垂直于基准(2)二个方向：以t1t2为尺寸的两组平行平面且垂直于基准 b、任意方向：以t为直径的小圆柱且平行于基准,垂直度：1、给定一个方向上 a、线对线,垂直度：1、给定一个方向上 b、线对面,2,线对线的垂直度的测量方法（
15、给定一个方向）,3.倾斜度：控制被测相对于基准方向在090之间，它的被测对基准的倾斜的理想方向由理论正确角度确定 测量：线对线，线对面，面对面,倾斜度：给定方向上 面对面,定向公差小结：定向公差是一项综合公差，综合控制被测要素的定向误差，形状误差。,倾斜度：给定方向上 线对线,六、定位公差公差带特点：a、相对于基准有确定的位置 b、具有综合限制被测要素的位置，方向和形 状的职能1.同轴度:控制圆柱面（圆锥面）与圆柱面（圆锥面）轴线间的同轴程度。此时，轴线可能发生平移，倾斜或弯曲，或同时发生公差带：以t为直径的圆柱面，且与基准同轴 点的同心度公差：见书P80,同轴度注意：单一和组合基准测量：用刃
16、口状V形块,对称度：它是用来限制轴线或中心面偏离基准直线或中心 平面的一项指标公差带：对称于基准平面的两个平行平面之间的区域,位置度：限制被测要素的实际位置对其理想位置偏离的程度 分类：点、线、面,公差带：以t为直径的小圆柱且垂直A，平行于B、C,（a）,（b）,定位公差小结：定位公差是一项综合公差，可综合控制被测要素的位置误差、方向误差、形状误差。,面的位置度：见书P81,七、跳动公差带 以测量方法定义的位置公差，是限制一个圆要素的形位误差的综合指标 其特点：1)、公差带相对于基准轴线有确定的位置 2)、可综合控制被测要素的位置、方向和形状 1、圆跳动：关联实际要素绕基准回转一周时可允许的最
17、大跳动量（最大与最小尺寸之差）a、径向圆跳动：检测方向垂直于基准轴.指示器径向固定，被测要素绕基准回转一周时最大与最小读数差。公差带：在测量面上的两个同心圆,端面圆跳动:检测方向平行于基准轴线.指示器垂直端面固定，被测要素绕基准回转一周，最大与最小读数差。公差带：在测量圆柱面上公差值为t的一段距离,斜向圆跳动:既不垂直也不平行于基准轴线,此时标注必须是法向方向公差带：在测量圆锥面上半径差为t的圆环,(动画演示),径向圆跳动的检测方法,端面圆跳动的检测方法,(动画演示),2、全跳动:关联实际要素绕基准连续迴转可允许的最大跳动量 a、径向全跳动：指示器运动方向与基准轴线平行.指示器沿径向放置，测量
18、时指示器沿轴向移动，被测要素绕基准回转所测的最大与最小差值。公差带：两同轴圆柱，以基准轴线为基准,端面全跳动,端面全跳动：指示器的运动方向与基准轴线相垂直.指示器垂直端面放置，测量时指示器由外端向圆心移动，被测要素绕基准回转，最大与最小读数差即为误差值.测量时用导向套筒，中心顶尖，V形块模拟基准。公差带：两平行平面且垂直于基准轴线,径向全跳动的测量方法,端面全跳动的测量方法,c、跳动公差的特性及应用 跳动公差是一项综合公差，测量方便，故广泛应用于 旋转类零件。各项跳动公差中被测要素，均为轮廓要素，基准要素 均为中心要素。生产中有时用测量径向全跳动的方法测量同轴度。,第四节 公差原则,定义 确定
19、形位公差与尺寸公差之间的相互关系应遵循的原则。分类,一、有关公差原则的一些术语及定义1.局部实际尺寸（actual local size）：实际要素的任意正截面上，两对应点间的距离Da、da。2、体外作用尺寸（external function size）在被测要素的给定长度上，与实际内表面（孔）体外相接的最大理想面，或与实际外表面（轴）体外相接的最小理想面的直径或宽度，称为体外作用尺寸，即通常所称作用尺寸。内表面（孔）的体外作用尺寸以Dfe表示，外表面（轴）的体外作用尺寸用dfe表示。,关联体外作用尺寸,3、最大实体状态和最大实体尺寸最大实体状态maximum material condit
20、ion(MMC）实际要素在给定长度上处处位于尺寸公差范围内并具有实体最大(即材料量最多)时的状态。最大实体尺寸maximum material size(MMS）实际要素在最大实体状态下的极限尺寸。孔：DM=Dmin，轴：dM=dmax4、最小实体状态和最小实体尺寸最小实体状态least material condition(LMC)实际要素在给定长度上处处位于尺寸公差范围内并具有实体最小(即材料量最少)时的状态。最小实体尺寸least material size(LMS)实际要素在最小实体状态下的极限尺寸。孔：DL=Dmax，轴：dL=dmin,5、最大实体实效状态和最大实体实效尺寸,最大实
21、体实效状态maximum material virtual condition(MMVC)在给定长度上，实际要素处于最大实体状态且其中心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的综合极限状态。最大实体实效尺寸maximum material virtual size(MMVS)最大实体实效状态下的体外作用尺寸。MMVS=MMSt形位；其中：对外表面取“+”；对内表面取“-”孔：DMV=Dmin-t形位；轴：dMV=dmax+t形位,最大实体实效尺寸（单一要素）,最大实体实效尺寸（关联要素）,6、最小实体实效状态和最小实体实效尺寸,最小实体实效状态least material virtual con
22、dition(LMVC)在给定长度上，实际要素处于最小实体状态且其中心要素的形状或位置误差等于给出公差值时的综合极限状态最小实体实效尺寸 least material virtual size(LMVS)最小实体实效状态下的体外作用尺寸。LMVS=LMSt形位；其中：对外表面取“-”；对内表面取“+”孔：DLV=Dmax+t形位；轴：dLV=dmin-t形位,7、边界（boundar）,设计时给定的，具有理想形状的极限包容面。边界尺寸：理想边界的尺寸（极限包容面的直径或宽度）最大实体边界(MMB)当理想边界尺寸等于最大实体尺寸时，该理想边界称为最大实体边界。最大实体实效边界(MMVB)当理想边
23、界尺寸等于最大实体实效尺寸时，该理想边界称为最大实体实效边界。最小实体实效边界(MMVB)当理想边界尺寸等于最小实体实效尺寸时，该理想边界称为最大实体实效边界。,二、公差原则,（一）独立原则：1、含义及标注方法 图样上给定的每一个尺寸和形状、位置要求均是独立的，应分别满足要求。独立原则是尺寸公差和形位公差相互关系遵循的基本原则。标注：不需加注任何符号，进行文字说明。,公差原则按GB/T 4249,2、独立原则的职能（1）尺寸公差的职能（2）形位公差的职能3、独立原则的应用（1）尺寸公差与形位公差需要分别满足要求，两者不发生联系的要素，不论两者数值的大小，均采用独立原则。（2）对于除配合要求外，
24、还有极高形位精度要求的要素，其尺寸公差与形位公差的关系应采用独立原则。（3）对于未注尺寸公差的要素，由于它们仅有装配方便、减轻重量等要求，而没有配合性质等要求。因此它们的尺寸公差与形位公差的关系应采用独立原则，不需要它们的尺寸公差与形位公差相互有关。,（二）相关要求 尺寸公差与形位公差相互有关的公差要求定义：指图样上给定的形位公差与尺寸公差相互有关的公差原则。分类：根据要素实际状态所应遵守的边界不同，相关要求分为：检测：综合量规（通规和止规）合格条件：通规通，止规止,M,M,E,L,1、包容要求（遵守最大实体边界（MMB）要求实际要素处处位于具有理想形状包容面内,该理想形状为MMC，此时它应遵
25、守MMB边界，即:被测要素的作用尺寸不得超越最大实体尺寸(MMS)，也是被测要素的实际轮廓不得超越最大实体边界(MMB)。实际尺寸不得超越最小实体尺寸(LMS)对于轴：dfedmax，且dadmin 对于孔：DfeDmin，且DaDmax标注：在单一要素尺寸极限偏差或公差带代号之后，加注 符号“”边界：最大实体边界检测：综合量规（通规和止规）合格条件：通规通，止规止,包容要求标注示例一,30,0,-0.033,E,30h7 E,动态公差图：反映形状误差随尺寸变化而变化的图表。A、包容要求中并未标注对单一要素的形状公差要求，但是利用最大实体边界可综合控制尺寸公差与形位公差。（见包容要求标注示例一
26、）B、当实际尺寸偏离其最大实体尺寸时，其间产生的间隙量允许被形位误差占用。因此形位误差的允许量是个随尺寸变化的变动量，即形位公差是动态变化的。（见包容要求示例一的动态公差图）C、特殊情况：以包容要求标注的同时仍然标注其形状误差的要求，代表对其形状公差有上限的要求，即其形状公差随尺寸变化而变动到给定的上限公差值时不能继续变大。（见包容要求示例二及其动态公差图）,包容要求示例一的动态公差图,包容要求标注示例二（有上界限制）,30,0,-0.033,E,30h7 E,包容要求示例二的动态公差图,2、最大实体要求（遵守最大实体实效边界MMVB),定义：控制被测要素的实际轮廓处于其最大实体实效边界之内的
27、一种公差要求。当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其形位误差值超出其给出的形位公差值，即形位误差值能得到补偿(正补偿)。轴：dfe dMV，且dmax dadmin孔：Dfe DMV，且Dmax Da Dmin标注：应用于被测要素时，在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号“”；应用于基准要素时，应在形位公差框格内的基准字母代号后标注符号“”。,M,M,A,40,+0.1,0,0.1 M A M,20,0,+0.033,最大实体要求标注示例一,用于被测要素时,用于被测要素和基准要素时,独立原则区域,最大实体要求示例一的动态公差图,O,da（mm）,t（mm）,29.975 29.98 29.
28、99 30,0.01,0.02,0.03,0.035,正补偿区域,补偿：尺寸公差与形位公差之间的相互补充。A、正补偿：尺寸误差未达到给定的最大值（公差值）时，体外作用尺寸与最大实体实效边界之间的空隙允许被形位误差所占用，并使其超出给定的公差值。用于一般情况（见最大实体要求标注示例一）B、反补偿：形位误差未达到给定的最大值时（公差值）时，体外作用尺寸与最大实体实效边界之间的空隙允许被尺寸误差所占用，并使其超出给定的公差值。用于可逆要求（见最大实体要求标注示例二）正补偿 尺寸公差 形位公差 反补偿,可逆要求：允许将形位公差补偿给尺寸公差，即允许反补偿的情况。标注：在对应要求的符号后再加注 最大实体
29、要求标注示例二,R,0.01,30,0,-0.025,M,R,独立原则区域,最大实体要求示例二的动态公差图,O,da（mm）,t（mm）,29.975 29.98 29.99 30,0.01,0.02,0.03,0.035,正补偿区域,反补偿区域,零形位公差关联要素遵守最大实体边界时可以应用最大实体要求的零形位公差。关联要素采用最大实体要求的零形位公差标注时，要求其实际轮廓处处不得超越最大实体边界，且该边界应与基准保持图样上给定的几何关系，要素实际轮廓的局部实际尺寸不得超越最小实体尺寸。示例:,3、最小实体要求,定义：控制被测要素的实际轮廓处于其最小实体实效边界之内的一种公差要求。标注：在被测要素形位公差框格中的公差值后标注符号 L。应用于基准要素时，应在形位公差框格内的基准字母代号后标注符号“L”。应用：适用于中心要素。主要用于需保证零件的强度和壁厚的场合。边界：最小实体实效边界。即：体内作用尺寸不得超出最小实体实效尺寸，其局部实际尺寸不得超出最大实体尺寸和最小实体尺寸。DLV=DLt 内表面为“+”，外表面为“-”。,例题：,0.1 A,
