尺寸公差与配合.pdf

5 2 GB T4458 5 2003 机械制图 尺寸公差与配合注法 5 2 1 概述 完整地看 GB T4458 5 2003 机械制图 尺寸公差与配合标注 只是 极限与配合 知识领域 中比较具有表现意义的一个如何标注的标准 故有必要大致认识一下 极限与配合 5 2 1 1 极限与配合概念 极限与配合属于几何精度中尺寸精度的范畴 极限与配合概念的产生 建立与发展与大工业的发展 密切相关 并与社会的技术经济相联系 18 世纪后半期 以机器为主体的工厂逐渐代替以手工为主体 的工场 零件的生产由以前的单件或小批量 发展到必须大批量可以 互换性 的生产 互换性 要 求同一批零件的尺寸不必绝对一致准确 而只要求尺寸在某一合理的范围之内即可以保证一批零件可以 不加挑选地 配合 这里的尺寸的合理范围 即是尺寸 公差 的萌芽 允许尺寸的最大最小值 即 是尺寸的极限 5 2 1 2 极限与配合标准化 随着资本主义大工业的快速发展迫切要求零部件 互换性 的范围要扩大 1902 年 英国的一家 名为纽瓦尔 Newall 的公司制定并出版了一本 纽瓦尔标准 极限表 这是现在看到的最早的极限 与配合制 1906 年 英国发布了 极限与配合 的国家标准 B S 27 1925 年 英国出版的 A S A B4a 中 包括了 极限与配合 的内容 1962 年 ISO 正式发布了 ISO R286 1962 极限与配合 第 1 部分 公差与偏差 其后至今 又相继发布了一系列相关标准 开始了新 极限与配合 制 1959 年 中国发布了 GB159 174 1959 公差与配合 是参考原苏联标准制定的 属于旧的 极限与配合 制 1979 年中国发布了第二部 GB1800 1804 1979 公差与配合 这套标准采用了当时国际上最 先进的新 极限与配合 制 ISO 极限与配合 制是由 标准公差系列 和 基本偏差系列 组成 对 公差带位置 和 公差带大小 分别进行标准化 形成了 基孔制 或 基轴制 下的 间隙配合 过盈配合 或 过渡配合 只可惜当时未下决心把名字改为 极限与配合 却仍叫 公差与配合 1997 年 2003 年 中国陆续修订并发布了一组第三部 极限与配合 的国家标准 这组标准大致 可以分为四个层面来看 第一层面 基础标准 例如 GB T1800 1 1997 极限与配合 第 1 部分 词汇 等 第二层面 选用标准 例如 GB T1801 1999 极限与配合 公差带与配合的选择 等 第三层面 检验标准 例如 GB T3177 1997 光滑工件尺寸的检验 等 第四层面 注法标准 在确定了尺寸公差与配合类型后 这个层面的标准规定了如何在图样上标注 主要有 GB T4458 5 2003 机械制图尺寸公差与配合注法 和 GB T1804 2000 线性和角度尺寸 的一般公差及其图样表示法 等 5 2 1 3 关于 GB T4458 5 2003 尺寸公差是允许尺寸的变动量 它反映了对制造零件的精度要求 配合是表现相互结合的孔和轴公 差带之间的关系 它反映了相配零件之间存在的间隙或过盈情况 所以 标注公差与配合是图样中不可 缺少的内容 公差与配合从字面的含义来说 当然不仅是线性尺寸公差和光滑圆柱表面的配合 公差除了线性尺 寸公差之外 还有角度公差 锥度公差 形位公差 等 而配合除了光滑圆柱表面的配合之外 也还 有锥体配合 螺纹配合 花键配合 等 国家标准 GB T4458 5 2003 机械制图 尺寸公差与配合注法 规定了在图样中标注线性尺寸公 差与配合以及角度公差的方法 是在原国标 GB T4458 5 1984 机械制图 尺寸公差与配合注法 的 基础上 根据国内生产的实际情况 同时加快与国际接轨的步伐和在与 ISO 标准保持一致的前提下进 行了修订 如在编写格式上按 GB T1 1 2000 的要求进行编写 这与 ISO 标准的编写趋于一致 增加 了 基本要求 一章 对一些字体 代号 尺寸注法作了规定等 该标准中的主要内容与 GB T4458 5 1984 机械制图 尺寸公差与配合注法 的规定是一致的 很好地保持了标准的连续性 从总体上来说 极 限与配合制的标准体系已基本形成 现行的尺寸公差新标准也与 ISO 新标准保持了一一对应的关系 本节主要针对 GB T4458 5 2003 的内容 着重说明标注方法及其应用场合 5 2 2 零件图上的公差注法 5 2 2 1 基本规定 1 线性尺寸的公差注法 在零件图中标注线性尺寸公差的方法 世界各国常用的有标注公差带代号 标注极限偏差 同时标 注公差带代号和极限偏差以及标注极限尺寸等四种形式 其中标注极限尺寸的形式主要为美国 加拿大 等国所采用 其余三种形式为多数国家所采用 我国也是主要采用前三种形式的国家 这三种形式可依 具体情况自由选择 并无优先和其次之分 分别介绍如下 1 标注公差带代号 对于采用标准公差的尺寸 可以直接在基本尺寸后标注公差带代号 即公差带代号写在基本尺寸的 右边 见图 5 2 1 这对于用量规 公差带代号往往就是量规的代号 检验的场合十分简便 标注 公差带代号对公差等级和配合性质的概念都比较明确 在图样中标注也简单 但缺点是具体的尺寸极限 偏差不能直接看出 采用万能量具进行测量时就比较麻烦 图 5 2 1 2 标注极限偏差 在基本尺寸后标注极限偏差的方法 是我国常用的一种方法 对于采用万能量具检测的情况比较方 便 尺寸的实际大小比较直观明确 为单件 小批量生产所欢迎 标注时 上偏差应注在基本尺寸的右 上方 下偏差应与基本尺寸注在同一底线上 上下偏差的字号应比基本尺寸的数字的字号小一号 见图 5 2 2 图 5 2 2 3 同时标注公差带代号和极限偏差 上述两种标注形式在不同的场合都有其优越性 但也有不少设计单位和生产部门要求在图样中两者 同时标注 这样标注虽稍麻烦些 但对扩大图样的适应性和保证图样的正确性都有良好的作用 当同时 标注公差带代号和相应的极限偏差时 极限偏差写在公差带代号的后方并加圆括号 见图 5 2 3 图 5 2 3 2 线性尺寸公差的附加符号注法 1 需限制尺寸单方向的极限时 单向标注时 当仅需限制一个方向的极限时 可以仅标注单个方向的极限尺寸 此时为了区别于其 他尺寸 应在极限尺寸的右边 后面 加注符号 max 或 min 这意味着实际尺寸只要不超过这 个极限值都是合格的 如图 5 2 4 所示 图 5 2 4 2 相同基本尺寸的表面有不同的公差时 同一基本尺寸的表面 若有不同的公差时 应用细实线区分不同表面 再按上述线性尺寸的公差注 法所规定的形式分别标注不同的公差 如图 5 2 5 图 5 2 5 3 要素的尺寸公差和形状公差的关系需满足包容要求时 包容原则是指尺寸公差与形位公差相互有关的一种公差原则 要求实际要素处处不许超越具有理想 形状的包容面 而理想形状包容面的尺寸应为最大实体尺寸 在标注这种情况下的尺寸 无论采用哪一 种线性尺寸的标注形式 都应在尺寸公差的右边 后面 加注符号 E 如图 5 2 6 所示 图 5 2 6 5 2 2 2 注意事项 1 标注公差带代号时 根据基本要求的规定 字体的写法要符合 GB T14691 的规定 公差带的代 号及公差等级的代号要符合 GB T1800 的规定 因此 当我们书写公差带代号时 除了字母 数字的字体格式 号数要符合标准要求外 还必须注意字母和数字两者高度的关系 如图 5 2 7 所示 图 5 2 7 2 标注极限偏差时 标准规定上下偏差的字号应比基本尺寸的数字的字号小一号 按字号系列 如选用 5 号字来书写基本尺寸的数字 其字体高度为 5 毫米 则上下偏差的字号应选 3 5 号 其 字体高度为 3 5 毫米 且下偏差数字必须与基本尺寸数字处在同一底线上 如图 5 2 8 所示 图 5 2 8 图 5 2 9 3 极限偏差中小数点前的 0 必须标出 当极限偏差中的某一项偏差为 0 时 标准规定也必 须以 0 标出 这与 ISO 标准取得一致 该 0 与另一偏差中小数点前的个位数对齐 但 0 前不加符号 或 如图 5 2 9 所示 4 标注极限偏差时 上下偏差的小数点必须对齐 小数点后右端的 0 一般不予标出 此时小数 点后的位数必须相同 如果上 下偏差小数点后的位数不同 为了整齐起见 在图样上标注时 应以 0 补齐 见图 5 2 10 图 5 2 10 5 当公差带相对于基本尺寸对称配置 即上 下偏差的绝对值相同时 偏差数字只注写一次 并 应在偏差数字与基本尺寸之间注出符号 且两者数字高度相同 见图 5 2 11 图 5 2 11 5 2 2 3 应用示例 1 内燃机汽门导杆与导杆套 导杆套与机座以及汽门套与机座之间有三种不同的配合要求 根据 这三种配合公差 对这四个零件的制造要求分别是 导杆的外径基本尺寸是 12 公差带代号 为 d8 导杆套的内孔基本尺寸是 12 公差带代号为 H8 外径基本尺寸是 25 公差带代号 为 h6 机座与导杆套配合处的基本尺寸是 25 公差带代号为 H7 汽门套的外径基本尺寸是 60 公差带代号为 t5 与之配合的机座孔的公差带代号为 H6 请在零件图 图 5 2 12 中标出上述公差要求 图 5 2 12 2 一根与不同零件有不同配合要求的轴 外径基本尺寸主要有两种 即 14 和 12 左端 A 处 的公差带代号为 f7 左中段 B 处 的公差带代号为 m7 右中段 C 处 的公差带代号为 f7 右端的公差带代号为 js7 请在轴的零件图 图 5 2 13 上作公差要求的标注 A B C 三 处分别标上相应的轴向尺寸 图 5 2 13 5 2 3 装配图上的配合注法 5 2 3 1 基本规定 表示由若干个零件按一定的装配关系装配而成机器或部件的图样称为装配图 装配图上一般都有互 相结合在一起的轴和孔 由于它们的实际尺寸不相同 就产生不同的松紧程度 称为配合性质 这与公 差带的相互位置有关 在图样中标注配合 实际上就是标注孔和轴各自的基本尺寸和公差带 由于配合 的定义规定孔和轴的基本尺寸是相同的 因此图中的基本尺寸一般只标一个 如果需要标注两个基本尺 寸时 它们也一定是相同的 配合的标注有下述几种形式 1 标注线性尺寸的配合代号 配合代号是由相配合的孔和轴的公差带代号组合而成 规定在基本尺寸的右边 后面 写成分数的 形式 分子为孔的公差带代号 分母为轴的公差带代号 见图 5 2 14 必要时也可写在尺寸线的中 断处或用斜线隔开两公差带代号 如图 5 2 15 所示 显然 这两种写法一是所占地位稍可节省些 二是所占高度较小 但较宽 用于有较长尺寸线的场合或在条文中应用 上述三种注法各有优缺点 它 们只有形式的不同 而无本质的差别 其共同的条件是要采用标准的公差带 实际标注时由绘图者依图 纸情况自由选用 图 5 2 14 图 5 2 15 2 标注相配零件的极限偏差 由于要分别标出两相配零件的极限偏差 一般将孔的基本尺寸和极限偏差注写在尺寸线的上方 轴 的基本尺寸和极限偏差注写在尺寸线的下方 见图 5 2 16 也允许注写在尺寸线的中断处 只写一 个基本尺寸 将孔与轴的极限偏差分别写在尺寸线的上 下方 如图 5 2 17 所示 若需要明确指出 装配件的代号时 也可在尺寸线的上方注写孔的基本尺寸和极限偏差 并紧接着注写件号 在尺寸线的 下方注写轴的基本尺寸和极限偏差 并紧接着注写件号 如图 5 2 18 所示 图 5 2 16 图 5 2 17 图 5 2 18 3 标注与标准件配合的配合尺寸 当标准件与自制的零件配合时 由于标准件的公差已由有关的标准所规定 例如滚动轴承 键等 为了简明而明确起见 在装配图中标注其配合 仅标注自制的相配件的公差 而不标注标准件的公差 如图 5 2 19 所示 图 5 2 19 4 注与外构件配合的配合尺寸 当自制的零件需与外构件 两者均为非标准件 配合时应按上述 1 所规定的形式标注 即用分 式的形式分别注写出孔 轴的公差带代号 这项规定与 GB T4458 4 1984 标准是不同的 5 2 3 2 注意事项 1 采用分数形式标注配合代号时 配合代号的字高与基本尺寸的字高是相同的 字母和数字的写 法同样要符合标准规定 同样要注意字母和数字两者高度的关系 2 注写相配零件的极限偏差 在分别注写出孔 轴各自的偏差数值时 要注意各自上下偏差的字 号要比基本尺寸的字号小一号 如果注写了两个基本尺寸 则各下偏差的数字与各自的基本尺 寸数字处在同一底线上 如果只写了一个基本尺寸 则孔 轴的上下偏差与基本尺寸各数字间 的位置关系如图 5 2 20 所示 图 5 2 20 3 当基本尺寸相同的多个轴 或孔 与同一个孔 或轴 相配合且需在图外标注其配合尺寸时 为了明确各自的配合对象 可在公差带代号或极限偏差之后 加注装配件的件号 分子位置 或 尺寸线上方位置 加注表示 孔 的零件件号 分母位置 或尺寸线下方位置 加注表示 轴 的零件件号 位置关系不能颠倒 4 标注自制件与外购件配合时的配合尺寸 GB T4458 5 2003 与 GB T4458 5 1984 是完全不同 的 旧标准把该项规定混在与标准件配合的规定中 即按上述基本规定 3 的规定来标注 新 标准要求按上述基本规定 1 的规定来标注 提请读者注意 5 2 3 3 应用示例 1 将 5 2 2 3 应用示例中的题 1 各零件装在一起 画出装配图并对配合处进行标注 r 如图 5 2 21 图 5 2 21 2 将 5 2 2 3 应用示例 2 中的轴与若干零件装配在一起 形成装配图 5 2 22 其中轴 零件 6 与零件 5 零件 8 以及零件 13 之间有不同要求的配合公差 必须分别标注 该图受幅面限制 将这三 个配合尺寸注在左端 为区分不同零件 分别写出各自的件号 图 5 2 22 5 2 4 角度公差的标注方法 5 2 4 1 基本规定 标注角度公差的基本规则和线性尺寸公差的注法基本一样 只是有些特点与线性尺寸公差略有不 同 如图 5 2 23 图 5 2 23 5 2 4 2 注意事项 1 角度的单位 标注角度时以 度 分 秒 为单位 依据具体角度的大小相应选用 其基本尺 寸和极限偏差的单位可以相同 也可以不同 但都必须加注相应的符号 如图 5 2 23 中 a 图基 本尺寸单位是 度 而极限偏差的单位却是 分 度 与 分 都应标出来 有些国家强调基 本尺寸和极限偏差的单位都必须以 度 为起始单位 若角度值小于 1 度时 也必须完整地依次注 出 如图 5 2 24 所示 图 5 2 24 2 单向极限尺寸 标注单向极限尺寸也和线性单向极限尺寸的注法一样 必须在极限角度值的右边 后 面 加注缩写词 max 或 min 如图 5 2 23c 图所示 5 2 4 3 应用示例 略 5 2 5 其它公差与配合的标注 这里所叙述的内容不是 GB T4458 5 2003 所规定的内容 仅作为资料提供给读者参考 5 2 5 1 一般公差 由于制造和测量都不可避免地存在误差 所以凡机件的大小和定位尺寸都应该有公差 只是根据不 同的要求其公差有大小之别而已 为了简化图样和强调要求较高的公差 对图样中要求较低的公差 一 般不在图样中直接注出 这类不注公差值的尺寸约占尺寸总数的 85 左右 可在技术文件或技术要求 中统一规定 例如 图中线性和角度尺寸的未注公差按 GB T1804 m 这种在图形上不直接注出的 尺寸公差称一般公差 又称未注公差 或自由公差 可见 未注公差不等于没有公差 一般公差分四个 公差等级 即精密级 f 中等级 m 粗糙级 c 和最粗级 v 上述例子的表述表示该一般公差选用中等级 极限偏差均采用了相对于零线 基本尺寸 对称分布的方式 避免了由于孔类 轴类 长度类尺寸分类 法争议引发的操作者和检验人员间的纠纷 需要说明的是 图样中任一单一尺寸 如功能上要求比一般 公差更小 一般为配合尺寸 当然要注出公差 如功能上允许该尺寸采用比一般公差更大的公差并更 为经济时 则应在基本尺寸后注出另行选定的极限偏差 例如 有关一般公差的其它内容 请 读者参阅 GB T1804 2000 5 2 5 2 半径公差的标注 标注半径公差时一般注出其极限偏差 有时也可以注出其极限尺寸 其注法和线性尺寸公差的注法 一样 并无特殊之处 问题在于对所标注的公差如何理解和怎样评定其合格与否 下面的说法仅一家之 言 供参考 半径尺寸从形式上看属于线性尺寸 长度 的一种 但它所控制的对象是曲线 圆弧 或圆柱面 由于形状误差的存在 直接影响了实际半径的大小 有时影响还十分明显 为了保证设计要求应以公差 域的概念来控制被测要素才是比较合理的 对于有确定中心的半径 其公差带应是两极限半径的同心圆 弧所夹的区域 如图 5 2 25a 所示 实际轮廓的所有点都处在该区域内即合格 对于连接其它线段的 圆弧半径 其公差带应是两极限尺寸与被连接线段所组成的区域 如图 5 2 25b 所示 实际轮廓的所 有点都处在该区域内即合格 如果在此原则之下还需要附加其它要求 则必须另加说明 例如 在公差 领域内不得出现平直或反向弯曲的线段 在公差带区域内不应出现小于 Rmin 的曲线 等 a b 图 5 2 25 5 2 5 3 螺纹公差的标注 螺纹的种类很多 已制定成标准的也不少 但是各种螺纹对精度的要求以及表示方法都不一样 普 通螺纹以公差带的形式来表示 在此简单介绍普通螺纹公差与配合的标注方法 1 公差的标注 普通螺纹的公差无论其公差等级如何 在图样上都应同时标出中径公差和顶径公 差 若为标准公差则以公差带代号注出 公差带代号由公差等级数字 阿拉伯数字 和表示基 本偏差的字母 孔为大写字母 轴为小写字母 组成 如 6H 6g 等 因为螺纹的公差与线性 尺寸的公差不同 所以表示公差等级的数字在前 表示基本偏差的字母在后 这一点要加以注 意 详见 GB T197 2003 普通螺纹 公差等有关标准 公差带代号标注在螺纹尺寸代号的右边 后面 中间用短线隔开 如图 5 2 26 所示 图中 5g 为中径公差带代号 6g 为顶径公差带代号 如果中径公差与顶径公差相同 则只标注一个公 差带代号 如图 5 2 27 所示 图 5 2 26 图 5 2 27 2 配合的标注 当内 外螺纹装配在一起时 若需要标注其配合代号 则和标注孔 轴之间的配 合一样 内螺纹的公差带代号在前 外螺纹的公差带代号在后 中间用斜线隔开 如图 5 2 28 所示 图 5 2 28 由于普通螺纹在机器中广泛应用 用于一般的连接更多 若在每一螺纹连接处都加标注 其配 合代号显得多而乱 为简化画图和使图面简洁 可在技术文件或技术要求中将常用的螺纹配合 公差加以统一规定 图样中就不一一标注了 例如 未注的螺纹配合为 6H 5g 等 3 特殊公差的标注 由于功能的要求必须采用非标准的公差时 除了应注明其螺纹代号外 还应 注出其极限尺寸 这种标注内容比较复杂 若不便直接标注也可以利用适当的字母和附加说明 的方法标注 如图 5 2 29 所示 图 5 2 29 对于非标准螺纹 如方牙螺纹等 把各部分公差直接标注在齿形放大图上 这种注法和一般结 构要素的公差注法相同 对于其他标准螺纹 如梯形螺纹等 参见相应的标准 如 GB T3796 4 1986 梯形螺纹 公差 等有关标准 5 2 5 4 配制配合的标注方法 1 配制配合的概念 GB T1801 1999 规定 基本尺寸大于 500 3150 mm 的配合一般采用基孔制的同级配合 但 对于某些单件或少量生产的配合零件 其配合要求又比较高的零件 为降低加工精度 并保证达到原设 计的配合要求 在具体加工这种零件的某一尺寸时 放弃互换性的要求 采用配制加工的方法 即先加 工其中较难加工的一个零件的尺寸 然后以这个零件的实际尺寸为基本尺寸来配制另一零件的尺寸 使 后者的实际尺寸控制在设计要求的配合公差范围之内 用这种方法所得的配合叫做配制配合 是否使用 配制配合 由设计人员根据零件的制造和使用情况决定 例如某零件在尺寸为 840 处的配合要求为 最大间隙 0 15 最小间隙 0 025 若按互换性生产应选择配合代号为 840H6 g6 其中孔为 840H6 0 056 0 轴为 840g6 0 026 0 082 最大间隙为 0 138 最小间隙为 0 026 才能符合设计要求 若 直接按这种公差来加工 840 的尺寸 势必给生产带来困难 在保证达到设计要求的配合公差的前提下 可采用以下的工艺方法 1 加工的孔的尺寸按较低的公差等级进行加工 例如按 H8 或未注公差的某一等级进行加工 以其所测得的孔的实际尺寸例如为 840 12 作为与之相配的轴的基本尺寸 2 将相配轴的基本尺寸改为 840 12 之后 按原设计配合公差的要求选择轴的标准公差带 为达到原设计要求最大间隙为 0 15 和最小间隙为 0 025 则选用 840g7 0 026 0 116 即轴 的尺寸按 840 12 0 026 0 116 进行加工 由此可见 这样无论是孔或是轴 其加工精度的要求都比原来大大降低了 但又保证了对配合公差 的要求 提高了加工的经济性 2 图样上的标注 由上述可知 在配制配合中所选定的公差带和实际加工时所执行的公差带完全不同 它仅表示最终 要达到的配合公差的要求 而对实际相配件孔和轴的尺寸公差带不起直接作用 为了区别配制配合和互 换性配合的不同 GB T1801 1999 规定采用 MATCHED FIT 配制配合 的字头 MF 表示 具体 注法如下 1 配合的标注 在装配图中标注配制配合时 除在配合代号后加注 MF 外 其它格式和互 换性配合的注法一样 采用分数的形式注出 例如 840H6 g6 MF 840G6 h6 MF 但这 种代号和一般互换性代号相比含义是不同的 A 在配制配合中配合代号仅表示相配件允 许的间隙 或过盈 的变动量 即配合公差的大小 它不是配合件的公差带代号 就是说 这个代号中的分子和分母的公差带代号并不就是这个孔和轴的公差带代号 B 为了确定 配制配合先加工的零件 JB TZ144 79 规定 对于先加工的孔借用基准孔的代号 H 表示 对于先加工的轴则借用基准轴的代号 h 表示 上述 840H6 g6 MF 表示先加工件为孔的配 制配合 而 840G6 h6 MF 则表示先加工件为轴的配制配合 它们的含义与基孔制和基轴 制也不相同 2 先加工件公差的标注 对于采用配制配合的零件 其先加工零件所选用的公差带实际上不 受配合代号的限制 可以选用低精度的公差带甚至采用未注公差 所以其注法可直接标注 所选用的公差带代号 为了区别起见仍应加注 MF 如 840H8 MF 或 840 MF 前者 按 H8 制造 后者按未注公差制造 3 相配件公差的标注 在先加工件的实际尺寸制出之后 根据原定的配合公差的要求 选择 一种标准的公差带 在图样上可直接标出公差带代号或极限偏差 如 840 12g7 MF 或 840 12 0 026 0 116 MF 由此可知 A 配制配合中相配件零件图中所用的公差带 与配 制配合代号中分子和分母的公差带代号无关 B 相配件的基本尺寸直接采用先加工件的 实际尺寸 C 相配件的上偏差的绝对值就是配合的最小间隙 或最大过盈 下偏差的绝 对值就是配合的最大间隙 或最小过盈 因而 相配件的公差直接反映了配制配合的配合 公差 5 2 6 思考题 1 领会 极限与配合 的基本概念 极限与配合 的标准化的发展历史及国际与国内的现状 2 分别说明在装配图和零件图中线性尺寸公差有哪几种注法 试举例说明 3 角度尺寸公差如何标注 试举例说明 5 3 GB T1182 1996 机械制图 形状和位置公差 通则 定义 符号和图样表示法 5 3 1 概述 5 3 1 1 形状和位置精度概念 形状和位置精度属于几何精度的范畴 和极限与配合概念一样 形状和位置精度概念的产生 建立 与发展与大工业的发展密切相关 并与社会的技术经济相联系 因为要实现零部件的互换性 除了要保 证极限与配合在标准范围内 其形状精度 例如直线度 平面度等 和位置度 例如垂直度 平行度等 对零部件的互换性及产品的质量同样起着至关重要的作用 引起技术界的关注 5 3 1 2 形状和位置公差标准化 1950 年 美国 英国和加拿大联合向 ISO 提出统一形状和位置公差设计的概念及其表示方法的 ABC 方案 同年 美国军用标准 MIL STD B 首次提出了框格标注法及一些特征符号 为 ISO 标准的制定 打下基础 1969 年 ISO 发布了 ISO R1101 1 1969 形状和位置公差 第 1 部分 概论 符号 图样表示 法 1985 年 经过近 20 年的研究 ISO 又发布了 3 项形位公差标准 1996 年 产品几何技术规范技术委员会 ISO TC213 成立 至今已发布了以 GPS 为总标题的 多项形位公差的国际标准 1978 年 我国重新成为 ISO 的成员 1980 年 我国将 1974 1975 间发布的三项形位公差试行标准进行了修订 并参照采用 ISO 的相应 标准 发布了 GB T1182 1980 形状和位置公差 代号及其标注 等四项形位公差标准 并将形位 公差标准从机械制图标准中独立出来 使我国的形位公差水平跻身于国际先进行列 至 2003 年 我国紧跟 ISO 的步伐 又制 修订了多项形位公差标准 现行的有 17 项形位公差标 准 形成了我国自己的形位公差体系 并处于国际的先进行列 其中 GB T1182 1996 主要规定了 形位公差的图样表示法 和制图学科的关系较近 5 3 2 相关标准 GB T4249 1996 公差原则 简介 5 3 2 1 概况 本标准等效采用 ISO8015 1985 形状和位置公差是指零件的实际形状和实际位置相对于理想形状和理想位置的允许变动量 在机器 中某些精度较高的零件 不仅需要保证其尺寸公差 而且要保证其形状和位置公差 在生产实际中 零件要素的尺寸和形状 位置存在着密切的关系 直接影响着零件和产品的质量 尺寸公差和形位公差的关系逐渐为人们所重视 随着生产技术的发展 对产品制作精度的要求也日益提 高 在很多情况下 实际上就是对形位误差的要求 早时只能以压缩 控制 尺寸公差的方法来满足形 位公差精度的要求 这样就造成工艺复杂 成本昂贵 对操作工人技术水平要求高等后果 由于有些形 位公差是无法仅用尺寸控制的 如轴线弯曲 奇数棱圆误差 同轴度 对称度 垂直度等 因此尺寸在 某些情况下也控制不了形位误差 人们逐步认识到必须对形状和位置提出要求 尺寸和形状位置的关系 在我国的生产实践中也早有反映 由于历史原因 有些人认为 尺寸公差 应该控制形位公差 即图样上的尺寸公差应用泰勒原则来判断 但在实际生产中大量采用的是尺寸用 两点法测量 这种做法显然偏离了尺寸公差应该控制形位公差的概念 当然 这种偏离有其合理的 一面 但由于设计上没有明确规定尺寸与形状位置的关系 两点法测量就存在有一定的盲目性 即可能 产生对有配合要求的尺寸用两点法测量 尺寸虽合格 但由于形位误差的影响破坏了配合关系 也可能 产生没有配合要求的尺寸用量规检验 很不经济合理 因此 为了在图样上经济合理的给出尺寸和形状 位置的关系 必须根据功能要求规定不同的公差原则 在 GB T4249 1996 公差原则中 确定了尺寸 线 性尺寸和角度尺寸 公差和形位公差之间相互关系的原则 5 3 2 2 基本规定 1 独立原则 标准规定 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 如果对尺寸 和形状 尺寸与位置之间的相互关系有特定要求应在图样上规定 如图 5 3 1 所示 圆柱表面的圆 度公差为 0 2 不论该零件实际尺寸如何 圆度均在 0 2 内变化 如实际尺寸为 25 圆度可达 0 2 实 际尺寸为 25 1 圆度也可达 0 2 独立原则是标注形位公差和尺寸公差关系的基本原则 这是因为图 样中大量的零件要素 对其形位公差和尺寸公差的要求是独立的 相互无关的 同时从图上标注来看 在用符号区别几种情况时 应该对占少数的情况加以标注 而大量的基本的情况不加标注 以简化图面 节约绘图时间 在这里 独立原则是基本的 大量的 在尺寸后面不加任何标注 图 5 3 1 2 公差 分尺寸公差与形状和位置公差 1 尺寸公差 有线性尺寸公差和角度公差两种 线性尺寸公差仅控制要素的局部实际尺寸 两点法测 量 不控制要素本身的形状误差 如圆柱要素的圆度和轴线直线度误差或平行平面要素的平面 度误差 角度公差仅控制被测要素的理想要素之间的角度变动量 不控制被测要素的形状误差 且理想要素的位置应符合最小条件 如图 5 3 2 所示 角度公差没有基准 角度是指两个被测 要素 A B 间的夹角 由于被测要素带有形状误差 要得到惟一的角度值 必须排除形状误差 从图 5 3 2 b 可以看出 角度公差只控制被测理想要素 不控制被测实际要素 由于形状误差 的影响 被测要素可能在角度公差带之外 a b 图 5 3 2 2 形状和位置公差 不论要素的局部实际尺寸如何 被测要素均应位于给定的形位公差带内 并且 其形位误差允许达到最大值 如图 5 3 3 所示 轴的局部实际尺寸应在最大极限尺寸和最小极限尺 寸之间 150 149 96 而轴的形状误差应在给定的相应的形状公差之内 不论轴的局部实际尺 寸如何形状误差允许达到给定的最大值 图 5 3 3 3 相关要求 尺寸公差与形位公差相互有关的公差要求 1 包容要求 第一 包容要求适用于单一要素如圆柱表面或两平行表面 其次 包容要求表示实 际要素应遵守其最大实体边界 其局部实际尺寸不得超出最小实体尺寸 最后 采用包容要求的单 一要素应在其尺寸极限偏差或公差带代号后加注符号 E 如图 5 3 4 所示 圆柱面必须在最大 实体边界内 该边界的尺寸为最大实体尺寸 150 其局部实际尺寸不得小于 149 96 图 5 3 4 2 最大实体要求 第一 最大实体要求适用于中心要素如轴线 其次 最大实体要求是控制 被测要素的实际轮廓处于其最大实体实效边界之内的一种公差要求 最后 采用最大实体要求 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公差值 此时应在图样上 标出符号 M 如图 5 3 5 所示 同时当其形位误差小于给出的形位公差 又允许其实际尺寸 超出最大实体尺寸时 可将可逆要求应用于最大实体要求 此时应在其形位公差框格中最大实 体要求的形位公差值后标注符号 R 如图 5 3 6 所示 图 5 3 5 图 5 3 6 3 最小实体要求 第一 最小实体要求适用于中心要素如轴线 其次 最小实体要求是控制被 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 最后 采用最小实体要求 当其 实际尺寸偏离最小实体尺寸时 允许其形位误差值超出其给出的公差值 此时应在图样上标出符号 L 如图 5 3 7 所示 同时当其形位误差小于给出的形位公差 又允许其实际尺寸超出最小实体 尺寸时 可将可逆要求应用于最小实体要求 此时应在其形位公差框格中最小实体要求的形位公差 值后标注符号 R 如图 5 3 8 所示 图 5 3 7 图 5 3 8 5 3 2 3 注意事项 1 从独立原则的功能来看 它是形位公差和尺寸公差分别满足各自的要求 互相独立的公差原则 遵守独立原则的形位公差和尺寸公差 在检验其是否合格时 应分别进行检验 不需要用一理 想边界来控制 因此独立原则不应建立边界概念 2 包容要求和泰勒原则是有区别的 包容要求是从公差角度下定义的 它是一种保证配合性质的 公差要求 泰勒原则是从检验角度出发来定义的 是判断零件的最大实体尺寸是否符合包容要 求的一种检验判断原则 图样上所反映的信息 应是按功能要求给出的公差要求 一般来说与 检验无关 另一方面 由于包容要求是从保证零件表面间配合这一功能出发的 因此只给定了 一个最大的理想包容面 零件表面应控制在此包容面内 而泰勒原则不仅给出了最大实体尺寸 的理想包容面以保证合格零件表面不超越最大实体尺寸 为判断是否符合尺寸公差还规定了用 两点法控制其最小实体尺寸 这一点也正说明了它们的出发点是不同的 3 遵守最大实体要求的要素 其尺寸公差可以补偿给形位公差 尺寸与形位的关系是补偿与被补 偿的关系 当可逆要求应用于最小实体要求时 在不影响零件功能的前提下 当形位误差小于 给出的形位公差值时 允许相应的尺寸公差增大 即将形位公差补偿给尺寸公差 需要说明的 是 不管是尺寸公差补给形位公差或者反之 这种补偿有时是相当复杂的 偏离量不一定完全 成为补偿量 需要根据被测要素与基准要素的结构特征而定 用量规测量时形成了自然补偿 不需要去追求这个数值 4 被测要素的形位公差一旦遵循了最大实体要求或最小实体要求 就形成了实效边界 此时该要 素的尺寸 其形状和位置误差都应受此边界的控制 5 3 2 4 应用示例 1 轴线的直线度公差采用最大实体要求 如图 5 3 9 所示 轴线直线度公差采用最大实体要求 该轴应满足下列要求 A 实际尺寸在 19 7 20mm 之内 B 实际轮廓不超出最大实体实效边 界 即其体外作用尺寸不大于最大实体实效尺寸 dMV dM t 20 0 1 20 1mm C 当被测要素处 于最大实体状态时 其轴线直线度公差为 0 1mm 当该轴处于最小实体状态时 其轴线直线度 误差允许达到最大值 即等于图样给出的直线度公差值 0 1mm 与轴的尺寸公差 0 3mm 之和 0 4mm 图 5 3 9 2 可逆要求用于最大实体要求 如图 5 3 10 所示轴线相对于 D 基准的垂直度公差 图中被测要 素 轴 不得超出其最大实体实效边界 即其体外作用尺寸不超出最大实体实效尺寸 20 2mm 所有局部实际尺寸应在 19 9 20 2mm 之间 轴线的垂直度公差可根据其局部实际尺寸在 0 0 3mm 之间变化 如 如果所有的局部实际尺寸都是 20mm 则轴线的垂直度误差可为 0 2mm 如图 5 3 10 b 如果所有的局部实际尺寸都是 19 9mm 则轴线的垂直度误差可为 0 3mm 如图 5 3 10 c 如果轴线的垂直度误差为 0 则局部实际尺寸可为 20 2mm 如图 5 3 10 d 图 5 3 10 3 以图 5 3 11 为例来说明孔轴线位置度公差采用最小实体要求以及可逆要求用于最小实体要 求 该孔应满足下列要求 A 实际尺寸在 8 8 25mm 之内 B 实际轮廓不超出关联最小实体 实效边界 即其关联体内作用尺寸不大于最小实体实效尺寸 DLV DL t 8 25 0 4 8 65mm C 当 被测要素处于最小实体状态时 其轴线对 A 基准的位置度公差为 0 4mm 图 5 3 11 b 当 该孔处于最大实体状态时 其轴线对 A 基准的位置度误差允许达到最大值 即等于图样给出的 位置度公差 0 4mm 与孔的尺寸公差 0 25mm 之和 0 65mm 图 5 3 11 c 如果轴线的位 置度误差为 0 则局部实际尺寸可为 8 65mm 图 5 3 11 d 图 5 3 11 5 3 3 GB T1182 1996 本标准等效采用 ISO1101 1996 5 3 3 1 概况 形状和位置的误差不同于尺寸的误差 尺寸误差可以由具体数值来说明 而形状和位置误差就要由 具体的形状和位置来说明 被检测的要素 即零件上的特征部分 点 线 面 是实际存在的 或者 是由实际要素取得的 如轴线 中心平面等 由此而产生了各种不同的公差带形式 主要有 圆内的区 域 两同心圆之间的区域 两同轴圆柱面之间的区域 两等距曲线之间的区域 两平行直线之间的区域 圆柱面内的区域 两等距曲面之间的区域 两平行平面之间的区域以及球内的区域等 公差带的形状取 决于被测要素的几何理想要素和设计要求 并以此评定形位误差 如圆度公差要求被测要素处于两个同 心圆间的区域内 两圆的半径差应小于或等于给定的公差值 该两圆中心点的位置和半径差值的选择应 符合最小条件 即必须使两圆间的半径差为最小 如图 5 3 12 所示 而被测要素在公差带内 一般 图 5 3 12 可以具有任何形状 且公差带适用于整个被测要素 基准要素 即给被测要素在评定时作参照的要素 一般取其理想状态 必要时也可对基准规定形位公差 本节主要就形位公差的定义 符号和图样表示作 说明 GB T1182 1996 标准从 1997 年 7 月 1 日起实施以后 就取代了 GB T1182 1980 和 GB T1183 1980 标准 本标准与 1980 年标准的主要不同处在于取消了四棱柱公差带 取消了一些简化 表示方法 在公差带定义的标注示例方面进行了精简和按定义原则编写 5 3 3 2 基本规定 1 符号 1 公差特征项目的符号 表 5 3 1 2 被测要素 基准要素的标注要求及其它附加符号 表 5 3 2 注 表 5 3 1 表 5 3 2 中符号的比例和尺寸 部分内容在本节 5 3 3 注意事项中有所说明 详 细内容见标准的附录 2 公差框格 1 公差要求在矩形方框中给出 该方框由两格或多格组成 框格中的内容从左到右以下列次序填写 公差特征的符号 公差值用线性值 如公差带是圆形或圆柱形的则在公差值前加注 如是球形的 则加注 S 如需要用一个或多个字母表示基准要素或基准体系 如图 5 3 13 所示 1 当一个以上要素作为被测要素时 应在框格上方标明 如 6 个要素 应标 6 6 槽 如图 5 3 14 所示 图 5 3 13 图 5 3 14 图 5 3 15 3 如对同一要素有一个以上的公差特征项目要求时 为方便起见可将一个框格放在另一个框格的下面 如图 5 3 15 所示 4 如要求在公差带内进一步限定被测要素的形状 则应在公差值后面加注符号 表 5 3 3 3 被测要素 用带箭头的指引线将框格与被测要素相连 按以下方式标注 a 当公差涉及轮廓线或表面时 将 箭头置于轮廓线或轮廓线的延长线上 但必须与尺寸线明显分开 如图 5 3 16 所示 b 当指向实 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 如图 5 3 17 所示 c 当公差涉及轴 线 中心平面或由带尺寸要素确定的点时 则带箭头的指引线应与尺寸线的延长线重合 如图 5 3 18 所示 图 5 3 16 图 5 3 17 图 5 3 18 4 公差带 1 公差带的宽度方向一般就是给定的方向 图 5 3 19 或垂直于被测要素的方向 图 5 3 20 否则要另行规定 图 5 3 21 对于圆度 公差带的方向是形成两同心圆的半径方向 图 5 3 19 图 5 3 20 图 5 3 21 2 如在公差值前加注 则公差带是圆柱形或圆形 如加注 S 则是球形 如图 5 3 22 所示 图 5 3 22 3 对几个表面有同一数值的公差带要求 其表示法可按图 5 3 23 和图 5 3 24 所示来标注 图 5 3 23 图 5 3 24 4 用同一公差带控制几个被测要素时 应在公差框格上注明 共面 或 共线 如图 5 3 25 和图 5 3 26 所示 图 5 3 25 图 5 3 26 5 基准 1 对于被测要素的基准 用基准代号表示 带小圆的大写字母用细实线与粗的短横线相连 图 5 3 27 表示基准的字母也应注在公差框格内 图 5 3 28 图 5 3 27 图 5 3 28 图 5 3 29 图 5 3 30 2 带有基准字母的短横线应置放于 a 当基准要素是轮廓线或表面时 在要素的外轮廓线上或在它的 延长线上 但应与尺寸线明显错开 图 5 3 29 基准符号还可置于用圆点指向实际表面的参考线上 图 5 3 30 b 当基准要素是轴线或中心平面或由带尺寸的要素确定的点时 则基准符号中的细实 线与尺寸线一致 图 5 3 31 和图 5 3 32 如尺寸线处安排不下两个箭头 则另一箭头可用短横 线代替 图 5 3 32 和图 5 3 33 图 5 3 31 图 5 3 32 图 5 3 33 3 单一基准要素用大写字母表示 由两个要素组成的公共基准 用由横线隔开的两个大写字母表示 由两个或三个要素组成的基准体系 如多基准组合 表示基准的大写字母应按基准的优先次序从左至右 分别置于各格中 如图 5 3 34 所示 为不致引起误解 字母 E I J M O P L R F 不采用 图 5 3 34 图 5 3 35 4 任选基准的标注方法如图 5 3 35 所示 6 特殊表示法 1 全周符号 形位公差特征项目如轮廓度公差适用于横截面内的整个外轮廓线或整个外轮廓面时 应 采用全周符号 如图 5 3 36 所示 2 螺纹 齿轮和花键标注 在一般情况下 螺纹轴线作为被测要素或基准要素均为中径轴线 不需说 明 如采用大径轴线则应用 MD 表示 如图 5 3 37 所示 如采用小径轴线则应用 LD 表示 图 5 3 36 图 5 3 37 7 局部限制的规定 1 如对同一要素的公差值在全部被测要素内的任一部分有进一步的限制时 该限制部分 长度或面积 的公差值要求应放在公差值的后面 用斜线隔开 这种限制要求可以直接放在表示全部被测要素公差要 求的框格下面 如图 5 3 38 所示 图 5 3 38 图 5 3 39 图 5 3 40 2 如仅要求要素的某一部分的公差值 则用粗点画线表示其范围 并加注尺寸 如图 5 3 39 和图 5 3 40 所示 3 如仅要求要素的某一部分作为基准 则该部分应用粗点画线表示并加注尺寸 如图 5 3 41 所示 图 5 3 41 4 对要素的形状误差在公差带内有进一步限制的要求时 请见本节 2 4 的表 5 3 3 8 理论正确尺寸 对于要素的位置度 轮廓度或倾斜度 其尺寸由不带公差的理论正确位置 轮廓或角度确定 这种 尺寸称 理论正确尺寸 理论正确尺寸应围以框格 零件实际尺寸仅是由在公差框格中位置度 轮廓 度或倾斜度公差来限定 具体标注方式见图 5 3 42 和图 5 3 43 图 5 3 42 图 5 3 43 9 延伸公差带 延伸公差带用符号 P 表示 如图 5 3 44 所示 图 5 3 44 10 最大实体要求和最小实体要求 该项内容已在上节 5 3 2 2 基本规定中的 3 相关要求中有过叙述 具体标注方法也请参见上节图 5 3 5 到图 5 3 8 等图例 如想进一步详细了解该项内容 请参阅 GB T16671 1996 形状和位置 公差 最大实体要求 最小实体要求和可逆要求 11 自由状态条件 对于非刚性零件的自由状态条件用符号 F 表示 此符号置于给出的公差值后面 如图 5 3 45 所示 图 5 3 45 12 基准目标 当需要在基准要素上指定某些点 线或局部表面来体现各基本平面时 应标注基准目标 基准目标 按下列方法标注在图样上 a 当基准目标为点时 用 表示 如图 5 3 46 所示 b 当基准目 标为线时 用细实线表示 并在棱边上加 如图 5 3 47 所示 c 当基准目标为局部表面时 用细双点画线绘出该局部表面的图形 并画上与水平成 45 的细实线 如图 5 3 48 所示 图 5 3 46 图 5 3 47 图 5 3 48 基准目标代号在图样中的标注见图 5 3 49 图 5