几何尺寸与公差标注法PPT课件.ppt

幾何尺寸與公差 GeometricDimensioning Tolerancing 主講人 朱紀台 0 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 1 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 2 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 3 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 4 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 5 符號與重要名詞 page5 6 page6 Reactivatedin1994edition beappliedonlyonRFSbasis 7 page7 RFSsymbolisnolongernecessary Revisedin1994edition 8 page8 9 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 10 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 2 1 210 11 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 12 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 13 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 14 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 1 15 2 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 16 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 Thesymbolwaseliminatedin1994edition page13 17 一般定則 page14 18 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 19 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 2 20 page15 3 21 page16 22 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 23 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 24 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 小徑 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 25 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 26 性狀公差 page19 27 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 1 28 page20 2 29 page21 30 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 1 31 page22 2 EXAMPLE 32 page23 33 page24 34 page25 35 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 1 36 page26 2 37 page27 38 page28 39 自由狀態 有些零件放在其它表面上時 會導致扭曲變形 當變形大到足以使零件落到藍圖尺寸之外時 設計者必需在圖面上將此影響考慮進去 會變形的零件稱為 非剛性零件 而該種變形量稱為 自由狀態變化量 FreeStateVariation Note Thesymbolisaddedin1994edition page29 1 40 自由狀態下的變化由下列兩種原因所引起 1 由零件本身的重量或撓度 Flexibility 引起的變形 2 製造過程中產生的內應力引起的變形 這些變形必需在彈性範圍之內 以便在裝配時 利用某些方法使其能回復至公差範圍內 在圖面註釋中加註RestrainedCondition 平均直徑 平均直徑為圓形或球形零件數個直徑 不得少於4個 的平均值 只用以決定直徑的公差是否相符 只有當自由狀態下的直徑允許有真圓度公差時 才規定有 平均直徑 AverageDiameter 平均直徑可利用PITAPE直接量測 page29 2 41 page30 42 page31 1 圓筒度 Cylindricity 定義 圓筒度為一旋轉表面 圓筒 圓錐 上之所有元素 至其共同中心軸均為等距離的情況 公差規定 1 圓筒度以兩個同心圓筒的環狀空間定出其公差區域 實際表面的任一元素必需在此範圍之中 2 圓筒度與真圓度的量測需以半徑為其礎 43 page31 2 44 page32 1 圓筒度與真圓度的量測評估 1 以VeeBlock量測 比較不精確 可用來量測一般零件 2 以兩項心量測 實際量測值應為轉差度 RUNOUT 之值 但可參考使用 以上兩種量測方法可能有下圓之誤差 3 正確量測方法 以零件中心軸旋轉一圈 所得量錶讀數 FIM 即為真圓度或圓筒度公差 亦即量測以需半徑為基礎 45 page32 2 46 page33 47 輪廓度 Profile 定義 輪廓度公差定出一沿理想輪廓線之均一公差區域 實際表面或線需在此公差區域中 公差規定 輪廓度公差 不論為單向或雙向 定出一沿理想輪廓線之均一公差區域 實際表面或線需在此公差區域中 量測時需與基本輪廓垂直 說明 1 輪廓度公差在不規則曲線 弧 或其它不常見的零件輪廓控制上 係一有效的方法 2 輪廓度公差標註規定 a 以基本尺寸來定義基本輪廓 b 需有一適當視圖或剖面 該圖包括了所要的基本輪廓 c 以平行於輪廓的一條或兩條虛線來表示公差區域 page34 1 48 page34 2 49 page35 50 page36 51 page37 1 52 page37 2 53 page38 1 垂直度 Perpendicularity 定義 垂直度為表面 軸 或中心平面與一基準平面或軸恰成90的情況 公差規定 1 垂直於基準平面的兩平行平面決定公差區域 形體的表面或中心平面必需落在該範圍內 2 垂直於基準軸的兩平行平面決定公差區域 形體的軸必需落在該範圍內 說明 當垂直度公差用於一平面 而又沒有規定平面度公差時 垂直度控制了平面度視實際需要可使用功能量規 54 page38 2 55 page39 1 56 page39 2 57 page40 58 page41 1 59 page41 2 60 page42 61 page43 62 page44 63 page45 64 65 page47 66 page48 67 page49 68 page50 69 page51 1 70 page51 2 71 page52 72 page53 73 page54 1 74 page54 2 75 真實位置 Position 定義 真實位置係用以描述一形體的點 線 或面 通常為中心面 相對於某一參考基準或其它形體的完美 正確 位置所用的名詞 公差規定 真實位置容差為形體在其真實位置周圍的位置上所允許的總變化量 對圓筒狀形體而言 真實位置容差域為一圓筒狀 其它形體 如槽等 而言 則為兩平行平面構成之公差區域 形體的軸或中心平面需在公差區域中 page55 1 76 真實位置理論 真實位置系統與座標系統之比較 1 以孔中心導出之公差區域 座標系統為方形公差區域 真實位置則為該方形對角線為直徑之公差區域此公差區域較大 且另有增益容差區域 2 座標系統之孔真實位置為座標的一部份 而真實位置系統與孔徑大小有關 並保有原坐標值 唯該座標值以BASIC表示 page55 2 78 page56 79 page57 1 80 page57 2 81 page58 配合件 浮動扣件 FloatingFastener 配合件要合乎互換性 因此 其真實位置容差的計算必需以MMC時兩零件與扣件間的干擾情況為基礎 兩零件要以四根螺釘配合 如下圖 裝配時 孔的排列一定要能使扣件通過 因四根扣件 Fastener 為分離的部份 可把它們看作彼此間有些許相對的 浮動 浮動扣件 這名詞已普遍用來指述這種情況 真實位置與浮動扣件及孔的關係 有零干擾 零餘隙可能時 T H F H T F F H TT PositionToleranceH MMCHoleSizeF MMCFastenerSize 82 page59 1 83 page59 2 84 page60 配合件 固定扣件 FixedFastener 兩零件要以固定四根扣件 模組 配合 如下圖 裝配時孔的排列一定要能使扣件通過 因四根扣件 Fastener 彼此間無相對 浮動 的關係 真實位置與固定扣件及孔的關係 有零件干擾 零餘隙可能時 T H F 2 H 2T F F H 2TT PositionToleranceH MMCHoleSizeF MMCFastenerSize 85 page61 86 page62 1 87 page62 2 88 page63 1 89 page63 2 90 page64 1 91 page64 2 92 page65 1 93 page65 2 94 page66 1 95 page66 2 96 page67 1 97 page67 2 98 page68 1 99 page68 2 100 page69 1 101 page69 2 102 page69 3 103 page70 1 104 page70 2 105 page70 3 106 page71 107 page72 1 108 page72 2 109 page73 1 110 page73 2 111 page74 1 112 page74 2 113 page75 1 114 page75 2 115 page76 1 116 page76 2 117 page77 118 page78 119 page79 120 page80 1 121 page80 2 122 Page81 1 123 page81 2 124 page81 3 125 page81 4 126 page82 1 127 page82 2 128 page83 129 page84 130 page85 131 page86 132 page87 133 page88 134 page89 135 page90 136 page91 137 page92 1 138 page92 2 139 page93 140 page94 1