互换性与技术测量第1章绪论

1、互换性与技术测量互换性与技术测量互换性与技术测量课程的要求：互换性与技术测量课程的要求：课程性质：专业基础课，将标准化与计量学的有关部分有机：专业基础课，将标准化与计量学的有关部分有机地结合在一起，而且涉及机械设计、机械制造、质量控地结合在一起，而且涉及机械设计、机械制造、质量控制、生产组织等多方面。制、生产组织等多方面。特点：概念多，涉及标准多。：概念多，涉及标准多。学习要求：（1 1）掌握有关公差、测量的基本概念、基本理论、术语、）掌握有关公差、测量的基本概念、基本理论、术语、定义；定义； （2 2）培养公差设计及精度检测的基本能力；）培养公差设计及精度检测的基本能力； （3 3）学会查工

2、具书，如手册、标准等。）学会查工具书，如手册、标准等。课程目的：课程目的：从制图的角度，真正看懂图纸上标注的尺寸公差、从制图的角度，真正看懂图纸上标注的尺寸公差、几何公差、表面粗糙度等技术要求；几何公差、表面粗糙度等技术要求；从设计的角度，掌握根据零件的使用要求正确地选从设计的角度，掌握根据零件的使用要求正确地选择尺寸公差、几何公差、表面粗糙度的原则和方法择尺寸公差、几何公差、表面粗糙度的原则和方法; ;从制造的角度，了解尺寸公差、几何公差和表面粗从制造的角度，了解尺寸公差、几何公差和表面粗糙度对制造的要求；糙度对制造的要求；从测量的角度，大致掌握制定测量零件尺寸公差、从测量的角度，大致掌握制

3、定测量零件尺寸公差、几何公差、表面粗糙度的方法。几何公差、表面粗糙度的方法。参考资料： 1 1、李柱等编，互换性与测量技术几何产品技术规范、李柱等编，互换性与测量技术几何产品技术规范与认证与认证GPS GPS ，高等教育出版社，高等教育出版社，20042004 2 2、王伯平，互换性与技术测量，高等教育出版社，、王伯平，互换性与技术测量，高等教育出版社，20052005 3 3、万书亭，互换性与技术测量基础，电子工业出版社，、万书亭，互换性与技术测量基础，电子工业出版社，20072007 4 4机械工程基础与通用标准实用丛书编委会机械工程基础与通用标准实用丛书编委会 编，形编，形状和位置公差状

4、和位置公差机械工程基础与通用标准实用丛书，中机械工程基础与通用标准实用丛书，中国计划出版社国计划出版社 5.5.廖念钊，互换性与技术测量（第五版），中国计量廖念钊，互换性与技术测量（第五版），中国计量出版社出版社课程网址：课程网址：第第1 1章章 绪论绪论1.1 1.1 互换性概述互换性概述1.2 1.2 互换性标准的发展互换性标准的发展1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介1.4 1.4 标准化和优先数系标准化和优先数系本章的学习要求了解互换性的基本概念了解互换性的基本概念了解了解GPSGPS标准体系及其概况标准体系及其概况了解计量技术的发展简况了解计量技术的发展简况了解标

5、准和标准化的基本概念了解标准和标准化的基本概念掌握优先数和优先数系的基本常识掌握优先数和优先数系的基本常识重点：互换性和标准化的概念重点：互换性和标准化的概念 优先数和优先数系优先数和优先数系第1章 绪论1.1 互换性概述一、一、 互换性的含义互换性的含义 互换性是指事物可以互相替换的能力。互换性是指事物可以互相替换的能力。 GB/T20000.1-2002GB/T20000.1-2002标准化工作指南标准化工作指南 第第1 1部分部分: :标准化和相关活动的通用词汇标准化和相关活动的通用词汇国家标准中规定互换国家标准中规定互换性为性为 ： “某一产品、过程或服务代替另一产品、过程或某一产品、

6、过程或服务代替另一产品、过程或服务并满足同样要求的能力。服务并满足同样要求的能力。” 1.1 互换性概述一、一、 互换性的含义互换性的含义 1.1 互换性概述 本课程讲述的互换性是产品的互换性。本课程讲述的互换性是产品的互换性。 在机械和仪器制造业中，零、部件的互换性是指同一规格在机械和仪器制造业中，零、部件的互换性是指同一规格的一批零件或部件，任取其一，不需任何挑选或附加修配就能的一批零件或部件，任取其一，不需任何挑选或附加修配就能装在机器上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就装在机器上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零、部件。称为具有互换性的零、部件。

7、1.1 互换性概述 机械和仪器制造业中的互换性包括机械和仪器制造业中的互换性包括几何参数的互换性几何参数的互换性和性能参数（如硬度、强度等）的互换性。和性能参数（如硬度、强度等）的互换性。几何参数：一般包括尺寸大小、几何形状（宏观、微观）几何参数：一般包括尺寸大小、几何形状（宏观、微观）及相互位置关系等。及相互位置关系等。机械产品的性能包括很多方面，例如：刚度、强度、硬度、机械产品的性能包括很多方面，例如：刚度、强度、硬度、传热性、导电性、热稳定性还有其他物理、化学参数等。传热性、导电性、热稳定性还有其他物理、化学参数等。本课程讨论本课程讨论几何参数几何参数的互换性。的互换性。 制造中不可避免

8、存在加工误差，不可能将一批零件制造中不可避免存在加工误差，不可能将一批零件加工得完全一样；加工得完全一样；实际使用中有误差的零件也可能装配在一起；实际使用中有误差的零件也可能装配在一起；零件有一定的尺寸误差和几何误差也不一定影响零零件有一定的尺寸误差和几何误差也不一定影响零件的使用功能。件的使用功能。 1.1 互换性概述具有互换性产品具有互换性产品的实际几何参数的实际几何参数是否要完全一样是否要完全一样？故在按照互换性原则组织生产时，只要根据使用要求，将零、故在按照互换性原则组织生产时，只要根据使用要求，将零、部件实际尺寸和几何参数值的变动限制在预设的一定极限范围部件实际尺寸和几何参数值的变动

9、限制在预设的一定极限范围内，即可以实现互换性并取得最佳的经济效益。内，即可以实现互换性并取得最佳的经济效益。这种允许零件尺寸和几何参数的变动量就称为这种允许零件尺寸和几何参数的变动量就称为公差。公差。几何参数的互换并不是要求几何参数做得完全一致，实际上几何参数的互换并不是要求几何参数做得完全一致，实际上只要几何参数保持在一定的变动范围，就能达到互换的目的。只要几何参数保持在一定的变动范围，就能达到互换的目的。零部件在几何参数方面的互换性通过遵守零部件在几何参数方面的互换性通过遵守公差标准公差标准来保证。来保证。1.1 互换性概述1.1 1.1 互换性概述互换性概述二、互换性的作用二、互换性的作

10、用u设计方面：设计方面： 使用标准件、通用件，缩短设计周期，便于计算机辅助使用标准件、通用件，缩短设计周期，便于计算机辅助设计设计CADCAD。 u加工方面加工方面: : 有利于组织专业化生产，提高生产效率，降低成本。有利于组织专业化生产，提高生产效率，降低成本。u装配方面装配方面: : 减轻劳动强度，缩短装配周期，提高生产和装配效率。减轻劳动强度，缩短装配周期，提高生产和装配效率。u使用和维修方面使用和维修方面: : 以旧换新，方便维修，提高设备使用价值。以旧换新，方便维修，提高设备使用价值。 1 1、按互换的程度分类、按互换的程度分类 完全互换与不完全互换。完全互换与不完全互换。 A A、

11、 完全互换性完全互换性 特点：不限定互换范围，以零部件装配或更换时不需要挑特点：不限定互换范围，以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件，选或修配为条件， 100100的互换。的互换。 B B、不完全互换性、不完全互换性 特点：因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。特点：因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。 例如：分组互换、调整互换、修配互换、概率互换（大数例如：分组互换、调整互换、修配互换、概率互换（大数互换）等。互换）等。三、互换性分类三、互换性分类1.1 1.1 互换性概述互换性概述1 1）概率互换）概率互换 指零、部件的设计、制造仅能以接近于指零、部件的设计、制造仅能以接近于1

12、 1的概率来满足互的概率来满足互换性的要求，主要用于成批、大量生产的场合。换性的要求，主要用于成批、大量生产的场合。 在此种生产方式下，考虑到零件实际参数值的概率分布特在此种生产方式下，考虑到零件实际参数值的概率分布特点，将参数允许的变动量适当加大，以获得制造的经济性。点，将参数允许的变动量适当加大，以获得制造的经济性。 按概率互换性要求组织生产，可能出现达不到组装要求的按概率互换性要求组织生产，可能出现达不到组装要求的情况，但这种情况出现的概率比较小。情况，但这种情况出现的概率比较小。 三、互换性分类三、互换性分类1.1 1.1 互换性概述互换性概述2) 2) 分组互换分组互换 通常用于大批

13、量生产且装配精度要求很高的零件。通常用于大批量生产且装配精度要求很高的零件。 采取分组互换可以适当地增大零件实际参数的变动量，减采取分组互换可以适当地增大零件实际参数的变动量，减小加工难度；加工完毕后根据测量所得的实际参数的大小分为小加工难度；加工完毕后根据测量所得的实际参数的大小分为若干组，使同组零件的实际参数值的变化减小，然后按对应组若干组，使同组零件的实际参数值的变化减小，然后按对应组进行装配。进行装配。 仅同组内的零件可以互换，组与组间不能互换。仅同组内的零件可以互换，组与组间不能互换。三、互换性分类三、互换性分类1.1 1.1 互换性概述互换性概述3 3）调整互换和修配互换）调整互换

14、和修配互换多用于单件、小批量的生产，特别是重型机械和精密仪器多用于单件、小批量的生产，特别是重型机械和精密仪器的制造。的制造。在此种装配中，往往必须改变装配链中某一零件实际参数在此种装配中，往往必须改变装配链中某一零件实际参数值的大小，以其作为调整环来补偿其他零件装配中累积误值的大小，以其作为调整环来补偿其他零件装配中累积误差的影响，从而满足总的装配精度要求。差的影响，从而满足总的装配精度要求。调整互换调整互换: :更换调整环零件或改变它的位置来进行补偿。更换调整环零件或改变它的位置来进行补偿。修配互换：对调整环做适当的加工，改变调整环的实际参修配互换：对调整环做适当的加工，改变调整环的实际参

15、数值，达到满足装配精度的要求。数值，达到满足装配精度的要求。三、互换性分类三、互换性分类1.1 1.1 互换性概述互换性概述2 2、按互换的部位分、按互换的部位分内互换：部件或机构内部组成零件间的互换性。内互换：部件或机构内部组成零件间的互换性。外互换：部件或机构和与其有配合关系的零部件间的互换性。外互换：部件或机构和与其有配合关系的零部件间的互换性。例如：滚动轴承的滚动体和内例如：滚动轴承的滚动体和内圈、外圈、保持架圈、外圈、保持架(隔离架）隔离架）之间的互换性为内互换，之间的互换性为内互换，轴承内圈和轴颈的配合及外圈轴承内圈和轴颈的配合及外圈和机座孔的配合为外互换和机座孔的配合为外互换。三

16、、互换性分类三、互换性分类1.1 1.1 互换性概述互换性概述四、互换性生产简史四、互换性生产简史互换性生产是随着生产的发展而产生发展的。互换性生产是随着生产的发展而产生发展的。对于有配合要求的零件，最初是按照对于有配合要求的零件，最初是按照“配制配制”方式制造。方式制造。 以孔配轴、以轴配孔，装配时必须对号入座，生产效率以孔配轴、以轴配孔，装配时必须对号入座，生产效率低。低。互换性生产是从出现了第一个标准量规开始的互换性生产是从出现了第一个标准量规开始的按一个标准的轴或孔来制造孔或轴，不久这种标准的孔做按一个标准的轴或孔来制造孔或轴，不久这种标准的孔做成卡规或环规；标准的轴做成塞规。成卡规或

17、环规；标准的轴做成塞规。 标准量规是单个使用，对零件要求过高标准量规是单个使用，对零件要求过高( (要求恰好紧密地要求恰好紧密地通过零件），其使用受到限制。通过零件），其使用受到限制。1.1 1.1 互换性概述互换性概述极限量规的产生极限量规的产生 事实上，使用要求不是绝对的，间隙略有变动只要不超过事实上，使用要求不是绝对的，间隙略有变动只要不超过一定范围，也能满足使用要求，也就允许孔、轴实际尺寸在一一定范围，也能满足使用要求，也就允许孔、轴实际尺寸在一定范围内变动。定范围内变动。 故按孔、轴的允许最大尺寸和最小尺寸，分别做成两套量故按孔、轴的允许最大尺寸和最小尺寸，分别做成两套量规，即极限量

18、规。规，即极限量规。四、互换性生产简史四、互换性生产简史1.1 1.1 互换性概述互换性概述塞规环规卡规1.2.1 1.2.1 互换性标准发展简介互换性标准发展简介19021902年年: :英国英国NewallNewall公司出版了极限表。公司出版了极限表。19061906年，英国颁布了国家标准年，英国颁布了国家标准BS27BS27，19241924年颁布了年颁布了BS164BS164，19251925年美国颁布年美国颁布ASAB4aASAB4a，这些都是初期的公差标准。，这些都是初期的公差标准。DINDIN标准采用了基孔制、基轴制，提出了公差单位的概念，标准采用了基孔制、基轴制，提出了公差单

19、位的概念，将公差等级和配合分开，并规定了标准温度。将公差等级和配合分开，并规定了标准温度。 19261926年，国际标准化协会（年，国际标准化协会（ISAISA）成立，）成立，19401940年年ISAISA颁布了颁布了国际公差标准。国际公差标准。19471947年，年，ISAISA更名为国际标准化组织（更名为国际标准化组织（International standardization organization ，ISO） 1.2 1.2 互换性标准的发展互换性标准的发展19591959年，我国正式颁布了年，我国正式颁布了GB159GB159174174公差与配合国家标准。公差与配合国家标准。随

20、后又发布了各种结合件、传动件、表面光洁度以及表面随后又发布了各种结合件、传动件、表面光洁度以及表面形状和位置公差标准。形状和位置公差标准。19791979年，我国将原有的年，我国将原有的19591959年版标准修订为年版标准修订为GB1800-1804-GB1800-1804-19791979。19961996年，又将该公差与配合标准改名年，又将该公差与配合标准改名极限与配合极限与配合，并，并不断修订有关标准。不断修订有关标准。 19961996年年ISO/TC213ISO/TC213产品尺寸和几何技术规范及检验标准化技产品尺寸和几何技术规范及检验标准化技术委员会成立，一套基于计量数学的术委员

21、会成立，一套基于计量数学的GPSGPS标准开始陆续制定标准开始陆续制定发布，标志着公差与配合标准进入了一个新的发展时代。发布，标志着公差与配合标准进入了一个新的发展时代。 以以GPSGPS理论做指导，我国依据理论做指导，我国依据GPSGPS标准对公差与配合标准进标准对公差与配合标准进行了全面修订。行了全面修订。 1.2.1 1.2.1 互换性标准发展简介互换性标准发展简介1.2 1.2 互换性标准的发展互换性标准的发展20082008年：年：新修订的新修订的GB/T1182GB/T1182发布，其名称由发布，其名称由形状和位置形状和位置公差公差 通则、定义、符号和图样表示法通则、定义、符号和图

22、样表示法更名为更名为产品几产品几何技术规范何技术规范 几何公差几何公差 形状、方向、位置和跳动公差标形状、方向、位置和跳动公差标注注。20092009年年: : GB/T4249GB/T4249产品几何技术规范产品几何技术规范 公差原则公差原则 GB/T16671GB/T16671产品几何技术规范产品几何技术规范 几何公差几何公差 最大实体要求、最大实体要求、最小实体要求和可逆要求最小实体要求和可逆要求 极限与配合标准极限与配合标准GB/T1800.1GB/T1800.1、1800.21800.2、18011801 表面结构、表面粗糙度标准表面结构、表面粗糙度标准GB/T131GB/T131、

23、GB/T3505GB/T3505 GB/T3177 GB/T3177 光滑工件的检验光滑工件的检验 大量几何产品规范标准发布大量几何产品规范标准发布1.2.1 1.2.1 互换性标准发展简介互换性标准发展简介1.2 1.2 互换性标准的发展互换性标准的发展1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范产品几何量技术规范(GPS)(GPS)标准体系简介标准体系简介产品几何技术规范（产品几何技术规范（Geometrical Product Geometrical Product Specification ,GPSSpecification ,GPS）原隶属于国际标准化组织的三个技）原隶属于国际标准化

24、组织的三个技术委员会：术委员会：ISO/TC3 ISO/TC3 极限与配合、极限与配合、ISO/TC57 ISO/TC57 表面特征及其表面特征及其计量学、计量学、ISO/TC10/SC5 ISO/TC10/SC5 尺寸和公差的表示法。三个技术委尺寸和公差的表示法。三个技术委员会分别有各自的标准体系。员会分别有各自的标准体系。 19961996年，年，ISOISO成立了成立了TC213“TC213“产品尺寸和几何技术规范及检产品尺寸和几何技术规范及检验验” (Dimensional and geometrical product (Dimensional and geometrical pro

25、duct specifications and verification)specifications and verification)标准化技术委员会，标准化技术委员会，由其负责建立一个完整的国际标准体系。由其负责建立一个完整的国际标准体系。 1.2 1.2 互换性标准的发展互换性标准的发展ISO/TC213ISO/TC213所建立的所建立的GPSGPS标准体系主要包括标准体系主要包括ISO/TC213ISO/TC213成立初成立初期制（修）订的约期制（修）订的约6060余项国际标准，如几何产品从毫米到余项国际标准，如几何产品从毫米到微米级的几何尺寸、公差、表面特征、测量原理、测量设微米级

26、的几何尺寸、公差、表面特征、测量原理、测量设备及仪器标准等。这些备及仪器标准等。这些GPSGPS标准也称为第一代标准也称为第一代GPSGPS语言，即语言，即以几何学理论为基础制定的一系列产品几何标准与检测规以几何学理论为基础制定的一系列产品几何标准与检测规范。范。 传统的传统的GPSGPS标准仅适用于手工设计环境，不适应计算机的表标准仅适用于手工设计环境，不适应计算机的表达、处理和数据传输，而随着计算机技术的进步，先进的达、处理和数据传输，而随着计算机技术的进步，先进的数字化制造方法和技术、数字化制造方法和技术、CAD/CAM/CAQCAD/CAM/CAQ及先进测量仪器的出及先进测量仪器的出现

27、和发展，其在功能、规范与校准方面的不统一带来的矛现和发展，其在功能、规范与校准方面的不统一带来的矛盾日渐突出。盾日渐突出。以数字计量学为基础的新一代以数字计量学为基础的新一代GPSGPS发展起来。发展起来。 新一代新一代GPSGPS以计量数学为基础，应用物理学中的物象对应原以计量数学为基础，应用物理学中的物象对应原理，利用扩展后的理，利用扩展后的“不确定度不确定度”的量化特性和经济杠杆作的量化特性和经济杠杆作用，将产品的功能、规范与校准集成为一体，统筹优化过用，将产品的功能、规范与校准集成为一体，统筹优化过程资源的配置。程资源的配置。 着重于提供一个适宜于着重于提供一个适宜于CAXCAX（ C

28、ADCAD、CAECAE、CAPPCAPP、PDM)PDM)的统的统称）集成环境的、更加明晰的几何公差定义的和一套宽范称）集成环境的、更加明晰的几何公差定义的和一套宽范围的计量评定规范体系来满足几何产品的功能要求。围的计量评定规范体系来满足几何产品的功能要求。覆盖了从宏观到微观的产品几何特征，涉及产品开发、设覆盖了从宏观到微观的产品几何特征，涉及产品开发、设计、制造、验收、使用及维修到报废的整个寿命周期的全计、制造、验收、使用及维修到报废的整个寿命周期的全过程。过程。 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介设计、制造与检验的几何规范模型设计、制造与检验的几何规范模型

29、1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介(1) (1) 几何规范几何规范 对工件几何特征的可允许误差进行设计对工件几何特征的可允许误差进行设计, ,使之满足工件的使之满足工件的功能需求功能需求, ,同时也将定义一个与工件生产工艺相一致的质量标同时也将定义一个与工件生产工艺相一致的质量标准。准。(2) (2) 几何规范设计过程几何规范设计过程 设计者首先定义一个在形状和尺寸上能够满足产品功能的设计者首先定义一个在形状和尺寸上能够满足产品功能的理想形状的理想形状的“工件工件”, ,称为称为公称几何模型公称几何模型，它是根据公称值建，它是根据公称值建立一个工件的表述。立一个工

30、件的表述。 由于生产或测量过程的可变性和不确定性由于生产或测量过程的可变性和不确定性, ,公称值不可能公称值不可能用来制造或检验用来制造或检验, ,因此需要根据公称几何量因此需要根据公称几何量, ,建立模拟实际工件建立模拟实际工件的表面模型的表面模型, ,以代替可能被估计到的工件真实表面的变化。该以代替可能被估计到的工件真实表面的变化。该表面模型代表了工件的理想几何量，称为表面模型代表了工件的理想几何量，称为规范表面模型规范表面模型 。依。依据该模型据该模型, ,可以优化工件几何要素的最大允许极限值可以优化工件几何要素的最大允许极限值, ,定义工件定义工件的每一几何特征的公差。的每一几何特征的

31、公差。1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介(3) (3) 制造过程制造过程 由制造人员负责对由制造人员负责对GPS GPS 规范的解释和实施规范的解释和实施, ,完成完成产品的加工和装配的过程。产品的加工和装配的过程。 几何规范中定义的几何公差用于制造过程的控制。几何规范中定义的几何公差用于制造过程的控制。(4) (4) 验证过程验证过程 验证验证(verification)(verification)也有文献译为认证。检验人也有文献译为认证。检验人员确定工件的实际表面与所规范的可允许误差是否一员确定工件的实际表面与所规范的可允许误差是否一致。检验人员利用设备测量实

32、际工件表面致。检验人员利用设备测量实际工件表面, ,然后用测然后用测量结果与给定特征进行比较来确定其一致性。量结果与给定特征进行比较来确定其一致性。1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介新、老GPS标准的标注比较 第二代第二代GPSGPS语言通过对几何要素的定义语言通过对几何要素的定义, , 建立了建立了参数化几何模型和规范设计参数化几何模型和规范设计, , 统一了统一了GPS GPS 的数学模型的数学模型和规范数学符号和规范数学符号, , 提出了操作提出了操作(operation) (operation) 和操作算和操作算子子(operators(operators

33、，新标准称为操作集，新标准称为操作集) )的概念和数学方的概念和数学方法法, , 借助于表面模型借助于表面模型( surface model) ( surface model) 对几何产品对几何产品进行操作，获取几何要素及其特征值、公称值以及极进行操作，获取几何要素及其特征值、公称值以及极限值。限值。 根据规范操作算子与验证操作算子的对偶性原理根据规范操作算子与验证操作算子的对偶性原理, , 将设计与验证形成一个物象对应系统将设计与验证形成一个物象对应系统, , 并把标准与计并把标准与计量通过不确定度的传递联系起来。量通过不确定度的传递联系起来。1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GP

34、S)标准体系简介1. 1. 表面模型表面模型表面模型表面模型(Surface model)(Surface model)是实现是实现GPS GPS 系统阶段功系统阶段功能的操作基础和系统关联基础。能的操作基础和系统关联基础。按阶段分有按阶段分有: : 公称表面模型、规范表面模型和检验公称表面模型、规范表面模型和检验/ /验证表面模型。验证表面模型。按模型的性质分有按模型的性质分有: : 理想表面模型和非理想表面模理想表面模型和非理想表面模型。型。 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介2. 2. 几何要素和特征几何要素和特征GPS GPS 系统的表面模型需要由相应的要

35、素和特征予以系统的表面模型需要由相应的要素和特征予以定义和描述定义和描述; ; 要素的分类和描述由恒定类和恒定度定义要素的分类和描述由恒定类和恒定度定义; ; 分类的依据是欧氏空间的运动与特征不变的关系。分类的依据是欧氏空间的运动与特征不变的关系。1)1)几何要素几何要素几何要素几何要素, , 即构成工件几何特征的点、线和面即构成工件几何特征的点、线和面, , 在在工件的规范、加工和验证过程中扮演着重要的角色。工件的规范、加工和验证过程中扮演着重要的角色。工件的规范表现为对具体要素的要求工件的规范表现为对具体要素的要求, , 工件的加工工件的加工, , 表现为具体要素的形成表现为具体要素的形成

36、, , 而工件的验证表现为对具而工件的验证表现为对具体要素的检验。体要素的检验。1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介2)2)几何特征几何特征几何特征是一个或多个要素的单一几何性质几何特征是一个或多个要素的单一几何性质, , 分为分为本质特征和位置特征。本质特征和位置特征。利用本质特征和位置特征统一工件利用本质特征和位置特征统一工件/ / 要素所有几何要素所有几何特征的描述是第二代特征的描述是第二代GPS GPS 语言的创新。语言的创新。3)3)本质特征和位置特征的恒定度本质特征和位置特征的恒定度工件几何形体的类别划分有赖于本质特征和位置特工件几何形体的类别划分有赖于

37、本质特征和位置特征的恒定度。征的恒定度。GPS GPS 将工件的几何形体划分为七个恒定类将工件的几何形体划分为七个恒定类, , 所有的所有的理想要素都属于这七种恒定类理想要素都属于这七种恒定类 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介表表1-2 1-2 理想要素的类型理想要素的类型恒定类恒定类 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介3. 3. 操作和操作算子操作和操作算子1)1)操作（操作（operationoperation）分离分离提取提取滤波滤波拟合拟合集成集成构造构造1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介2)

38、2) 评估评估评估（评估（evaluationevaluation）是指确定特征或要素的值以及）是指确定特征或要素的值以及它的公称值和极限值的一种操作。它的公称值和极限值的一种操作。评估操作总是在要素的规范操作和验证操作之后完评估操作总是在要素的规范操作和验证操作之后完成。成。3)3)操作算子（操作算子（operatorsoperators，也称操作集），也称操作集）操作算子是一系列有序的操作集。所有的操作算子操作算子是一系列有序的操作集。所有的操作算子是由许多种操作组成的是由许多种操作组成的, , 按照给定的顺序应用。按照给定的顺序应用。 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)

39、标准体系简介4)4)操作算子的对偶性操作算子的对偶性( (共性操作技术共性操作技术) ) 规范操作算子由一系列对几何要素的规范操作组规范操作算子由一系列对几何要素的规范操作组成成, , 验证操作算子由一系列对几何要素的验证操作组验证操作算子由一系列对几何要素的验证操作组成成, , 两者具有对偶性的关系。两者具有对偶性的关系。 操作算子为操作算子为GPS GPS 从技术上提供了联系产品设计、从技术上提供了联系产品设计、制造、验证的量化操作纽带。制造、验证的量化操作纽带。 基于对偶性的共性操作技术有效地解决了产品在基于对偶性的共性操作技术有效地解决了产品在“功能描述、规范设计、检验评定功能描述、规

40、范设计、检验评定”过程中数学表达过程中数学表达统一规范的难题统一规范的难题, , 对于实现并行工程在对于实现并行工程在GPS GPS 领域中的领域中的应用有着重要的意义。应用有着重要的意义。1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介3.3.操作和操作算子操作和操作算子不确定度和不确定度和GPSGPS规范模型的关系规范模型的关系 4. 4. 新一代新一代GPS GPS 中的管理工具中的管理工具不确定度不确定度5. GPS标准的总体规划和矩阵模型1 1）GPSGPS标准分为四类标准，即标准分为四类标准，即GPSGPS基础标准基础标准GPSGPS综合标准综合标准GPSGPS通用

41、标准通用标准GPSGPS补充标准补充标准 四类四类GPSGPS标准有序排列成为标准有序排列成为GPSGPS矩阵模型。矩阵模型。 ISO/TR14638ISO/TR14638提出了标准链的概念，即影响同一提出了标准链的概念，即影响同一几何特征的一系列标准。几何特征的一系列标准。 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介标准链按其规范要求分成多个链环，每一个链环至标准链按其规范要求分成多个链环，每一个链环至少包括一个标准，它们之间相互关联，并与其他链少包括一个标准，它们之间相互关联，并与其他链环形成有机的整体，缺少任一链环的标准都将影响环形成有机的整体，缺少任一链环的标准都

42、将影响该几何特征功能的实现。该几何特征功能的实现。 标准链包括标准链包括6 6个链环：个链环：产品文件表示产品文件表示公差定义及其数值公差定义及其数值实际要素的特征或参数定义实际要素的特征或参数定义工件偏差评定（与公差极限比较）工件偏差评定（与公差极限比较）测量器具测量器具测量器具校准。测量器具校准。1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介2 2）GPSGPS标准涵盖了各种几何特征，如尺寸、距离、角标准涵盖了各种几何特征，如尺寸、距离、角度、形状、位置、方向、表面粗糙度等；度、形状、位置、方向、表面粗糙度等；3 3）GPSGPS标准包括工件的机加工、铸造、焊接、热切削、

43、标准包括工件的机加工、铸造、焊接、热切削、塑料模具、金属有机镀层、涂覆等特定工艺公差标准塑料模具、金属有机镀层、涂覆等特定工艺公差标准和典型的机械零件螺纹、齿轮、花键的几何要素标准；和典型的机械零件螺纹、齿轮、花键的几何要素标准；4 4）GPSGPS标准涉及产品生命周期的多个阶段，如设计、标准涉及产品生命周期的多个阶段，如设计、制造、计量、质量检验等。制造、计量、质量检验等。 1.2.2 1.2.2 产品几何量技术规范(GPS)标准体系简介1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介在古代，最初是以人的手、足等作为长度的单位在古代，最初是以人的手、足等作为长度的单位, ,如我国如我

44、国古代有古代有“布指知寸布指知寸”、“布手知尺布手知尺”。1 1、米的定义、米的定义1 1）第一个米定义）第一个米定义 17911791年：法国议会批准了达特兰提出的以通过巴黎的地球年：法国议会批准了达特兰提出的以通过巴黎的地球子午线的子午线的1/40001/4000万为万为1m1m的定义。的定义。 历时历时6 6年，测量了西班牙巴塞罗那到法国敦克尔刻的地球年，测量了西班牙巴塞罗那到法国敦克尔刻的地球子午线长度。子午线长度。 17951795年，法国国民议会颁布新的度量衡制度，米的长度以年，法国国民议会颁布新的度量衡制度，米的长度以“自北极到赤道段经过巴黎的子午线的一千万分之一自北极到赤道段经

45、过巴黎的子午线的一千万分之一”为标准。为标准。 17991799年测绘学家的大地测量工作最终完成，年测绘学家的大地测量工作最终完成， 按测量结果按测量结果制作了制作了3.53.520mm20mm矩形截面的铂杆，以此杆两端之间的距离为矩形截面的铂杆，以此杆两端之间的距离为1m1m，此杆保存在巴黎档案局，成为档案米尺。，此杆保存在巴黎档案局，成为档案米尺。 1872 1872年，在法国召开的讨论米制的第二次国际会议决定年，在法国召开的讨论米制的第二次国际会议决定放弃档案尺的米定义，以铂铱合金制造的米原器来代替。放弃档案尺的米定义，以铂铱合金制造的米原器来代替。 19271927年，第七届国际计量大

46、会进一步明确：年，第七届国际计量大会进一步明确：“长度的单长度的单位是米，规定为国际计量局（位是米，规定为国际计量局（BIPMBIPM）所保存的铂铱尺上所刻）所保存的铂铱尺上所刻的两条中间刻线的轴线在的两条中间刻线的轴线在0 0C C时的距离时的距离”。 19831983年国际计量大会通过新的米定义：年国际计量大会通过新的米定义：“米等于光在真米等于光在真空中空中299792458 299792458 分之一秒时间间隔内所经路径的长度分之一秒时间间隔内所经路径的长度”。1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介 1872 1872年：在法国召开的讨论米制的第二次国际会议年：在法国

47、召开的讨论米制的第二次国际会议上，决定放弃档案尺的米定义，以铂铱合金制造的米原上，决定放弃档案尺的米定义，以铂铱合金制造的米原器来代替。器来代替。 瑞士日内瓦物理公司：制作了瑞士日内瓦物理公司：制作了3131根铂铱合金尺。根铂铱合金尺。1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介 18751875年年5 5月月2020日日,17,17个国家签署了米制公约签订，决定成立国个国家签署了米制公约签订，决定成立国际计量局（际计量局（BIPMBIPM）。）。 这是计量学走向国际统一的里程碑。这一天称为这是计量学走向国际统一的里程碑。这一天称为“国际计国际计量日量日”。 18891889年，第

48、年，第1 1届国际计量大会（届国际计量大会（GCGPMGCGPM）召开。遴选了与保）召开。遴选了与保存在巴黎档案局的档案尺数值最为接近的第存在巴黎档案局的档案尺数值最为接近的第6 6号尺，批准为国号尺，批准为国际米原器，并宣布际米原器，并宣布“ 该米原器以后在冰融点温度时代表长度该米原器以后在冰融点温度时代表长度的米单位的米单位”。保存在巴黎国际权度局（现称国际计量局）。精。保存在巴黎国际权度局（现称国际计量局）。精度：一般认为度：一般认为0.3 m0.3 m。 19271927年：第七届国际计量大会进一步明确：年：第七届国际计量大会进一步明确：“长度的单位长度的单位是米，规定为国际计量局（是

49、米，规定为国际计量局（BIPMBIPM）所保存的铂铱尺上所刻的两）所保存的铂铱尺上所刻的两条中间刻线的轴线在条中间刻线的轴线在0 0C C时的距离时的距离”。1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介 1960 1960 年：第十一届国际计量大会上正式批准废除铂铱米原年：第十一届国际计量大会上正式批准废除铂铱米原器。器。 米定义：米定义：“米等于米等于8686KrKr原子的原子的2P102P10和和5d55d5能级间的跃迁所对能级间的跃迁所对应的辐射在真空中波长的应的辐射在真空中波长的1650763.73 1650763.73 个波长的长度。个波长的长度。” 8686KrKr谱线

50、宽度为谱线宽度为5 510104 4nmnm，干涉能力约为，干涉能力约为750mm750mm，波长不，波长不确定度为确定度为1 110108 8，它比米原器或镉红线的准确度高约一个数，它比米原器或镉红线的准确度高约一个数量级。量级。 CIPM(CIPM(国际计量委员会国际计量委员会 ）还通过建议，规定了产生）还通过建议，规定了产生8686KrKr基基准辐射的放电管形式、参数和使用条件。并认为在满足使用条准辐射的放电管形式、参数和使用条件。并认为在满足使用条件时，其辐射波长在件时，其辐射波长在1 110108 8范围内等于未受扰动原子所发射范围内等于未受扰动原子所发射的波长。的波长。2 2）第二

51、个米定义）第二个米定义1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介 19601960年激光诞生。年激光诞生。 20 20 世纪世纪7070年代初，激光稳频技术的进展，使激光的复年代初，激光稳频技术的进展，使激光的复现性和易于应用方面已大大优于现性和易于应用方面已大大优于8686KrKr基准，且由激光频率测基准，且由激光频率测量及给定的光速值所导出的激光波长的准确度比量及给定的光速值所导出的激光波长的准确度比8686KrKr基准辐基准辐射更好。同时，对于天文和大地测量领域，保持光速值不射更好。同时，对于天文和大地测量领域，保持光速值不变具有重要意义，因此，米定义咨询委员会变具有重要意

52、义，因此，米定义咨询委员会 (CCDM(CCDM）认为）认为用光速定义米的时机已经成熟。用光速定义米的时机已经成熟。 19831983年国际计量大会通过新的米定义：年国际计量大会通过新的米定义：“米等于光在米等于光在真空中真空中299792458 299792458 分之一秒时间间隔内所经路径的长度分之一秒时间间隔内所经路径的长度”。3 3）第三个米定义）第三个米定义1.3 1.3 长度测量技术发展简介长度测量技术发展简介1.4 1.4 标准化和优先数系标准化和优先数系一、标准和标准化的概念一、标准和标准化的概念 1.1.标准标准 标准（标准（standardstandard）是）是“为了在一

53、定范围内获得为了在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致并由公认机构批准，共同使最佳秩序，经协商一致并由公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件用和重复使用的一种规范性文件”。1 1）标准制定的出发点是获得最佳秩序和促进最佳）标准制定的出发点是获得最佳秩序和促进最佳共同效益共同效益2 2）标准产生的基础是科学和技术的综合成果）标准产生的基础是科学和技术的综合成果3 3）制定标准的对象是重复性事物和对象）制定标准的对象是重复性事物和对象4 4）标准由公认的权威机构批准）标准由公认的权威机构批准5 5）标准的属性是规范性文件）标准的属性是规范性文件2.2.标准化标准化 标准化（标准化（standardizationstandardization）是）是“为了在一定为了在一定范围内获得最佳秩序，对现实问题和潜在问题制定范围内获得最佳秩序，对现实问题和潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动共同使用和重复使用的条款的活动”。1.4 1.4 标准化和优先数系标准化和优先数系二、二、 标准分类标准分类 按其使用领域，标准可以分为技术标准、管理按其使用领域，标准可以分为技术标准、管理标准和