ASME-GD&T(几何尺寸和公差).ppt
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1、Geometric Dimensioning and Tolerancing 几何尺寸公差,Nov 26,2012,“GD&T”全称为 Geometric Dimensioning and Tolerancing,中文为几何尺寸和公差。标准中包含有尺寸标注方法与几何公差两大部分。相关标准:美国:ASME Y14.5-2009 替代ASME Y14.5M-1994欧亚:ISO1101-2004 国标:GB/T11822008 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GB/T16892-1997 形状和位置公差非刚性零件注法GB/T17773-1999 形状
2、和位置公差延伸公差带及其表示法GB/T17851-1999 形状和位置公差基准及基准体系GB/T17852-1999 形状和位置公差轮廓的尺寸及公差注法,符号对比(ASME Y14.5 vs.ISO1101),零件公差产生于十九世纪后期,其初衷是为了保证零件的互换性。起初只有尺寸公差。由于当时的设计部门和制造部门通常都在一起或就在隔壁,因此交流起来非常方便。在当时,给定的公差一般都很大,因此当时的设备刀具的能力对于保证产品的几何形状的“完美性”来说反而不太重要了(相对于给定的公差)。当问题发生后,制造人员很容易找到设计人员,一起讨论并解决问题,并且决定今后的零件该如何生产。通过这种方式,只有尺
3、寸公差也能生产出合乎设计要求的产品,而很多重要的要求并没有在图纸上表达出来,而是变成了公司的专有经验知识。随着公差的逐步缩小,产品的可装配性逐渐成了问题。大约在1920年,泰勒先生提出了定义了装配功能要求的“泰勒原则”(也就是现在的公差原则1),它有效地解决了零件的大小与形状的关系,从而确保了产品的可装配性。直至今天,许多功能检具依然都是按照这个原则来设计制造的。直到二战期间,零件的制造逐渐分包给供应商,设计部门离制造地点越来越远,设计与制造的随时随地的交流就变得越来越不可能,而要求的制造公差却又越来越小,零件的装配性和互换性的问题也就越来越突出。此时,各种定义几何公差的几何语言的标准就应运而
4、生,随着这些标准的发展、进化、演变及合并,到今天留给我们的是几何尺寸公差这门世界语的两种方言:ASME Y14.5和ISO 1101,作为定义公差符号的标准。这两个标准在原理上是一致的,其初衷都是为了确定可装配性的公差。在具体的定义上它们有所不同,有的地方甚至有很明显的不同,但定义的不同只是理解过程的不同,这两个标准最终描述的公差种类都是一样的。,形位公差(几何尺寸公差)的来历,产品零件在加工制造过程中,由于机床精度、刀具夹具及工艺操作水平等因素的影响,零件的尺寸、形状及表面质量、方向和位置均不可能做到完全理想。这种工艺过程中出现的误差有可能会影响到:配合的松紧程度,如圆度,轴线的直线度。可装
5、入性,如螺栓的位置度。零件的其它功能,如工作精度、联接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、可靠性、噪声和使用寿命等为了满足零件的使用要求,保证零件的互换性和制造的经济性,设计时必须合理控制零件的形位误差,即对零件规定其形状和位置公差(简称形位公差),由于时间关系,本简解重点是如何读懂图上的形位公差。,GDT概述形位公差是限制实际被测形体(或要素)变动的区域,是零件的实际形状、位置对其理想形状、位置的变动量。其大小是由指定的形位公差值来确定的。只要被测实际形体(或要素)被包含在这个公差带内,那么这个被测形体(或要素)就是合格的。形位公差带控制的是点(平面、空间)、线(素线、轴线、曲线)、面(平面、
6、曲面)、圆(平面、空间、整体圆柱)等区域,所以它不仅有大小、还具有形状、方向、位置等共四个要素。形位公差的按其控制的要素总共分成如下五大类(共十四种):形状公差:a.直线度;b.平面度;c.圆度;d.圆柱度。定向公差:a.平行度;b.垂直度c.倾斜度。定位公差:a.同轴度;b.位置度;c.对称度。轮廓度公差:a.线轮廓度;b.面轮廓度。跳动公差:a.圆跳动;b.全跳动。其中形状公差用于控制形体的形状;定向公差用于控制形体的方向;定位公差用于控制形体的方向和位置;轮廓度公差既可控制形体的大小和形状,又可控制其方向和位置;跳动公差是对形体方向和位置的综合控制。定位、定向和跳动公差,统称为位置公差。
7、,要素 Feature,1定义 要素是指零件上的特征部分 点、线、面。任何零件不论其复杂程度如何,它都是由许多要素组成的。,形位公差研究对象就是要素,即点、线、面。,类型2.1 按存在的状态分:实际要素 Real Feature 零件加工后实际存在的要素(存在误差)。,实际要素是按规定方法,由在实际要素上测量有限个点得到的实际要素的近似替代要素(测得实际要素)来体现的。,理想要素 Ideal Feature 理论正确的要素(无误差)。,在技术制图中我们画出的要素为理想要素。理想轮廓要素用实线(可见)或虚线(不可见)表示;理想中心要素用点划线表示。,每个实际要素由于测量方法不同,可以有若干个替代
8、要素。,测量误差越小,测得实际要素越接近实际要素。,2.2 按结构特征分:轮廓(实有)要素 Integral Feature 表面上的点、线或面。,中心(导出)要素 Derived Feature 由一个或几个轮廓(组成)要素得到的中心点(圆心或球心)、中心线(轴线)或中心面。,图 2,2.3 按所处的地位分:被测要素 Features of a part 图样上给出了形位公差要求的要素,为测量的对象。基准要素 Datum Feature 零件上用来建立基准并实际起基准作用的实际要素(如一条边、一个表面或一个孔)。,被测要素在图样上一般通过带箭头的指引线与形位公差框格相连;基准要素在图样上用基
9、准符号表示。,基准要素 基准,图 3,2.4 按结构性能分:单一要素 Individual Feature 具有形状公差要求的要素。,功能关系是指要素间某种确定的方向和位置关系,如垂直、平行、同轴、对称等。也即具有位置公差要求的要素。,关联要素 Related Feature 与其它要素具有功能关系的要素。,图 4,2.5 按与尺寸关系分:尺寸要素 Feature of Size 由一定大小的线性尺寸或角度尺寸 确定的几何形状。,尺寸要素可以是圆柱形、球形或两平行对应面等。,非尺寸要素(本人定义)没有大小尺寸的几何形状。,非尺寸要素可以是表面、素线。,上述要素的名称将在后面经常出现,须注意的是
10、一个要素在不同的场合,它的名称会有不同的称呼。,表面,图 5,二 符号 Symbol,图 6,1)GM新标准公差特征项目的符号与 ASME标准(美)、ISO 标准和我国 GB 标准完全相同。2)GM A-91 旧标准公差特征项目的符号略有不同,见图7。,2.1 公差特征项目的符号(GM新标准),1.线轮廓度可带基准成为位置公差;2.此分类见ANSI T14.5M-82,但是不强调。,GM A-91标准的公差特征项目符号,图 7,与新标准主要区别:,1)无同轴度和对称度;,2)将面轮廓度放置于位置公差中,必须带基准;,3)跳动箭头为空心箭头。,2.2 附加符号(GM新标准),图 8,理论正确尺寸
11、Basic Dimensions:不标注公差的带框尺寸。它可以是理论正确线性尺寸和理论正确角度尺寸。,3.1 形位公差框格 Feature Control Frames,图 9,无基准要求的形状公差,公差框格仅两格;有基准要求的位置公差,公差框格为三格至五格。,形位公差框格在图样上一般为水平放置,必要时也可垂直放置(逆时针转)。,三 标注 Mark,3.2 被测要素的标注(两国标准不同)3.2.1 中国GB标准 形位公差框格通过用带箭头的指引线与要素相连。a)被测要素是轮廓要素时,箭头置于要素的轮廓线或轮廓线的延长线上(但必须与尺寸线明显地分开)。见图10-左。b)被测要素是中心要素时,带箭头
12、的指引线应与尺寸线的延长线对齐。见图10 右。当尺寸线箭头由外向内标注时,则箭头合一。,图 10,素线直线度,轴线直线度,带箭头的指引线可从框格任一方向引出,但不可同时从两端引出。,GM标准(有四种,且可无带箭头的指引线),a)形位公差框格放于要素的尺寸或与说明下面;,当某些公差特征项目的符号可同时应用于轮廓及中心要素时,GM标准的标注方法与我国GB标准相同。它在这些公差特征项目中有专门说明。,图 11,b)形位公差框格用带箭头的指引线与要素相连;,d)把形位公差框格侧面或端面与尺寸要素的尺寸线的延长线相连。,c)把形位公差框格侧面或端面与要素的延长线相连;,3.2.3 几个特殊标注,除非另有
13、要求,其公差适用于整个被测要素。,对实际被测要素的形状公差在全长上和给定长度内分别有要求时,应按图12 标注(GM 标准与我国GB 标准相同);,图 12,b)轮廓度中若表示的公差要求适用范围不是整个轮廓时,应标注出 其范围。见图9标注(仅GM标准)。,图 13,c)轮廓度中若表示的公差要求适用于整个轮廓。则在指引线转角处加 一小圆(全周符号)。见图14(GM 新标准与我国GB 标准相同)。,图 14,GM标准也可不加圆,而在框格下标注 ALL AROUND来表示。图例见面轮廓度公差带的介绍。,GM标准将面轮廓度定义为位置公差,使用又广,故有些特殊的标注规定,在后面介绍面轮廓度公差时再讲述。,
14、d)螺纹、齿轮和花键(GM 新标准与我国GB 标准相同)一般情况下,以螺纹中径轴线作为被测要素或基准要素。如用大径轴线标注“MAJOR DIA”(MD);用小径轴线标注“MINOR DIA”(LD)。齿轮和花键轴线作为被测要素或基准要素时,如用节径轴线标注“PITCH DIA”(PD);用大径轴线标注“MAJOR DIA”(MD),用小径轴线标注“MINOR DIA”(LD)。,3.3 基准要素的标注3.3.1 符号(GM标准规定字母I、O和Q不用,我国GB标准还要多)GM新标准(ISO)GM A-91 标准 我国GB标准,3.3.2 与基准要素的连接(GM 新标准与我国GB 标准相同)a)基
15、准要素是轮廓要素时,符号置于基准要素的轮廓线或轮廓线 的延长线上(但必须与尺寸线明显地分开)。见图15。,图 15,A,A,A,b)基准要素是中心要素时,符号中的连线应与尺寸线对齐。,图 16,图 17,a),b),c),d),20,20,GM A-91 标准基准符号的标注与形位公差框格标注一样,不明确定义轮廓要素和中心要素。因此GM图样的右上角或左上角专门有“基准说明表”对基准要素进行描述。,四 基准 Datum,4.1定义 基准 与被测要素有关且用来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。,模拟基准要素 在加工和检测过程中用来建立基准并与
16、基准要素相接触,且具有足够精度的实际表面。,图 18,在建立基准的过程中会排除基准要素的形状误差。,图 19,模拟基准要素是基准的实际体现。,4.2类型单一基准 一个要素做一个基准;,组合(公共)基准 二个或二个以上要素做一个基准;,典型的例子为公共轴线做基准。,基准体系 由二个或三个独立的基准构成的组合;,三基面体系 Datum Reference Frame 三个相互垂直的理想(基准)平面构成的空间直角坐标系。见图21。,图 21,A.板类零件三基面体系,图 22,用三个基准框格标注,B.盘类零件三基面体系,图 23,虽然,还余下一个自由度,由于该零件对于基准轴线 M 无定向要求,即该零件
17、加工四个孔时,可随意将零件放置于夹具中,而不影响其加工要求。,用二个基准框格标注,在图21中可发现该盘类零件的基准框格采用了三格,这是因为该零件对基准轴线V有方向要求。而从定位原理上讲基准 U、V 已构成了基准体系。基准W是一个辅助基准平面(不属于基准体系)。,图 24,由上可知:三基面体系不是一定要用三个基准框格来表示的。对于板类零件,用三个基准框格来表示三基面体系;对于盘类零件,只要用二个基准框格,就已经表示三基面体系了。,在实际工作中,大量接触到的三基面体系原理为一面二销见图25。,上面是从三基面体系的原理来论述基准框格的表示数量,在实际使用中,只需能满足零件的功能要求,无需强调基准框格
18、的数量多少。,图 25,图 27,图 26,基准目标 Datum Target 用于体现某个基准而在零件上指定的 点、线或局部表面。分别简称为点目标、线目标和面目标。,图 28,1.点目标可用带球头的圆柱销体现;2.线目标可用圆柱销素线体现;3.面目标可为圆柱销端面,也可为方形块端 面或不规则形状块的端面体现。,基准目标的位置必须用理论正确尺寸表示。面目标还应标注其表面的大小尺寸。,图 26,图 29,示例(图26):,用基准目标来体现基准,能提高基准的定位精度。,4.3 顺序基准体系中基准的顺序前后表示了不同的设计要求。见图30。,图 30,五 公差带 Tolerance Zone,5.1定
19、义 公差带 实际被测要素允许变动的区域。它体现了对被测要素的设计要求,也是加工和检验的根据。,5.2四大特征 形状、大小、方向、位置 A 形状 Form 公差带形状主要有:两平行直线、两同心圆、两等距曲线、两平行平面、两同轴圆柱、两等距曲面、一个圆柱、一个球。不同的公差特征项目一般具有不同形状的公差带。其中有些项目只有唯一形状的公差带;有些项目根据不同的设计要求具有数种形状的公差带。下面按公差特征项目逐一进行介绍。,当实际被测要素的误差在公差带内合格,超出则不合格。,直线度,图 32 两组相互垂直的两平行平面,图 31 两平行平面,若系给定平面上线的直线度(如刻度线),则公差带为两平行直线。,
20、直线度(轴线),图 33 一个圆柱,图 34 两平行平面,平面度,圆度,图 35 两同心圆,圆柱度,图 36 两同轴圆柱,从理论上分析,圆柱度即控制了正截面方向的形状误差,又控制了纵截面方向的形状误差。但目前还难以找到与此相配的测量方法。,线轮廓度,图 37 两等距曲线,采用线轮廓度首先必须将其理想轮廓线标注出来,因为公差带形状与之有关。,当线轮廓度带基准成为位置公差时,则公差带将与基准有方向或/和位置要求。,理想线轮廓到底面位置由尺寸公差控制,则线轮廓度公差带将可在尺寸公差带内上下平动及摆动。,图 38 两等距曲面,GM标准对周边要求的两种标注形式。,采用面轮廓度首先必须将其理想轮廓面标注出
21、来,因为公差带形状与之有关。,面轮廓度,图 39,我国GB标准面轮廓公差带为对称于理想轮廓面一种(图a)。,GM-04标准用符号 U 表示公差带不对称于理想轮廓的分布。,0.6 U 0.6,GM标准面轮廓度的标注,0.6 U 0,0.6 U 0.2,GM A-91对面轮廓度标注的特殊规定。当位置、方向、形状要求不同时,可如下图标注。,A,B,C,A,B,C,Z,3.0,1.6,0.9,定位,定向,形状,Z,若合用一格,定位、定向、形状公差要求相同;若用二格,一般上格为定位公差要求,下格为定向、形状公差要求。,复合轮廓度(美国ASME新标准),图 41,图 42,我国GB标准尙未放入此标注形式。
22、因可用250.25来等效替代上格。,轮廓度标注(GM新标准),A,B,C,2.5,0.5,A,B,C,2.5,0.5,A,A,B,C,2.5,0.5,复合轮廓度标注,1),2),独立轮廓度标注,A,B,C,2.5,0.5,A,B,基准B是表面,基准B是轴线,3),4),A,B,C,2.5,0.5,A,B,A,B,C,2.5,0.5,A,B,C,公差带解释,注:*基准B为表面只能平动;基准B为轴线可平动和水平摆动。,图 43 两平行平面,对于垂直度,被测要素可能是线或面;基准要素也可能是线或面。因此存在:,面对面垂直度(图43);面对线垂直度;线对面垂直度;线对线垂直度。,垂直度、平行度、倾斜度
23、属于定向公差。其被测要素为关联要素。,垂直度,线对线垂直度,图44 两平行平面,图 45 两平行平面,面对线垂直度,轴线对面垂直度,图 46 两平行直线,图 47 一个圆柱,线对面垂直度,对于平行度,被测要素可能是线或面;基准要素也可能是线或面。因此存在:,面对面平行度(图48);面对线平行度;线对面平行度;线对线平行度。,图 48 两平行平面,平行度的公差带与垂直度的公差带一样,可为两平行平面、两平行直线、一个圆柱,不再一一介绍。,平行度,图 49 一个圆柱,线对线平行度,对于倾斜度,被测要素可能是线或面;基准要素也可能是线或面。因此存在:,面对面倾斜度(图50);面对线倾斜度;线对面倾斜度
24、;线对线倾斜度。,图 50 两平行平面,倾斜度的公差带与垂直度的公差带一样,可为两平行平面、两平行直线、一个圆柱,不再一一介绍。,采用倾斜度首先必须将其理想角度标注出来,因为公差带方向与之有关。,倾斜度,这两项目符号在ASME标准中有,但在GM A-91标准中却无。GM 新标准虽将这两项目符号放入,但仍明确不推荐使用。造成此情况的原因本人认为:GM的图样主要是车身和内饰类零部件,金切件少。图样上又不标注零部件的形状尺寸而要求按数模,这样其形状尺寸都是理论正确尺寸。为图样上大量,并扩大采用面轮廓度和位置度了创造条件。面轮廓度和位置度这两项目的综合控制能力极强。GM就用位置度替代了同轴度和对称度。
25、,同轴度和对称度,位置度公差描述的是被测要素实际位置对理想位置允许的变动区域,因此位置度有点的位置度、线的位置度、面的位置度。而位置度用的最多的是孔组的位置度。,点的位置度,图 51 一个球,位置度,S 0.6,轴线的位置度(任意方向),图 52 一个圆柱,我国 GB 标准将此类图样一般用同轴度标注。,右图是用量规来描述零件的检测,详见公差原则。,0.4,面的位置度,图 53 两平行平面,我国 GB 标准将此类图样一般用对称度标注。,孔(要素)组的位置度 a)盘类件,孔组的位置度由两种位置要求组成。一个是各孔(要素)之间的位置要求;一个是孔组(整组要素)的定位要求。,图 54 一组圆柱,当两种
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