互换性与测量技术课件第4章形状和位置公差与检测

第4章形状和位置公差与检测经过机械加工后的零件，由于机床夹具、刀具及工艺操作水平等因素的影响，零件的尺寸和形状及表面质量均不能做到完全理想而会出现加工误差。尺寸误差几何形状误差相互位置误差表面粗糙度加工误差4.1概述零件在加工过程中，形状和位置误差（简称形位误差）是不可避免的。如工件在机床上的定位误差、切削力、夹紧力等因素都会造成各种形位误差形位误差不仅会影响机械产品的质量（如工作精度、联接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、噪声和使用寿命等），还会影响零件的互换性。4.1概述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，即对零件规定形状和位置公差（简称形位公差）。4.1概述形位公差的现行国家MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1716979606756_0：GB／T1182－1996《形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法》；GB／T1184－1996《形状和位置公差未注公差值》；GB／T4249－1996《公差原则》；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》GB1958－80《形状和位置公差检测规定》。4.1概述4.1.1形位公差的研究对象　　形位公差的研究对象就是构成零件几何特征的点、线、面，统称为几何要素，简称要素。4.1.1形位公差的研究对象要素分类：1.按结构特征分类1）轮廓要素：构成零件轮廓的可直接触及的点、线、面。　2）中心要素：不可触及的，轮廓要素对称中心所示的点、线、面。4.1.1形位公差的研究对象要素分类：2.按存在状态分类1）实际要素:零件在加工后实际存在，有误差的要素。通常由测得要素来代替。可分为实际轮廓要素和实际中心要素。2)理想要素:具有几何学意义，没有任何误差的要素，设计时在图样上表示的要素均为理想要素。4.1.1形位公差的研究对象要素分类：3.按所处部位分类1）被测要素：零件图中给出了形状或（和）位置公差要求，即需要检测的要素。2）基准要素：用以确定被测要素的方向或位置的要素，简称基准。（是理想要素）4.1.1形位公差的研究对象要素分类：4.按功能关系分类1）单一要素：仅对被测要素本身给出形状公差要求的要素。它是独立的，与基准要素无关。2）关联要素：对被测要素给出位置公差要求的要素，它相对基准要素有位置关系，即与基准相关。4.1.2形位公差的项目及其符号　为控制机器零件的形位误差，提高机器的精度和延长使用寿命，保证互换性生产，标准相应规定了14项形位公差项目4.1.3形位公差的公差带形位公差带是限制实际被测要素变动的区域，其大小是由形位公差值确定的。只要被测实际要素被包含在公差带内，则被测要素合格。形位公差带控制的是点（平面、空间）、线（素线、轴线、曲线）、面（平面、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、位置共四个要素。4.1.3形位公差的公差带１．公差带的形状：随实际被测要素的结构特征、所处的空间以及要求控制方向的差异而有所不同。4.1.3形位公差的公差带２．公差带的大小：指公差带之间的间距、宽度或直径。它由所给定的形位公差值确定。4.1.3形位公差的公差带３．公差带的方向：公差带相对基准在方向上的要求,理论上应与图样上形位公差框格指引线箭头所指的方向垂直。4.1.3形位公差的公差带４．公差带的位置：指公差带相对基准在位置上的要求，它不仅有方向上的要求，而且有公差带的对称中心相对基准或理想位置的距离要求。有固定和浮动两种。形状公差带：浮动定向位置公差带：浮动或固定定位位置公差带：固定形位公差及其要求对于形状公差和定向、定位公差来说，必须充分认识和明确公差带的四个要素——形状、大小、方向和位置，才能理解和掌握形位公差的功能要求，为正确标注、检测形位误差、正确判断形位公差项目的合格性，最终实现互换性打好基础。而对于跳动公差项目，从应用角度出发，必须掌握正确标注的 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和检测方法，不强求掌握跳动公差带的四个要素。一、形状公差　形状误差是指单一实际被测要素的形状对其理想要素的变动量。　形状公差是指单一实际被测要素的形状所允许的变动全量，是为限制形状误差而设置的。形状公差带是指限制被测单一实际要素的形状变动的区域。形状误差共有四种，直线度、平面度、圆度和圆柱度误差。形状公差的公差带有两个要素：公差带的形状和大小。　判断零件形状误差的合格条件为形状误差值小于等于其相应的形状公差值。一、形状公差１．直线度　　直线度公差是被测实际要素对其理想直线的允许变动全量。　用来控制圆柱体的素线、轴线、平面与平面的交线误差。一、形状公差１．直线度　1.1直线度分类在给定平面上的直线度被测圆柱表面上任一素线必须位于轴向平面内距离为公差值0.01mm的两平行直线之间一、形状公差１．直线度　1.1直线度分类　在给定方向上的直线度棱线必须位于箭头所示方向距离为0.02mm的两平行平面内棱线必须位于水平方向距离为公差值0.2mm，垂直方向距离为公差值0.1mm的四棱柱内一、形状公差１．直线度1.1直线度分类　任意方向上的直线度被测圆柱的轴线必须位于直径为0.01mm的圆柱面内一、形状公差2．平面度　　平面度公差是被测实际要素对理想平面的允许变动全量，用来控制被测实际平面的形状误差。平面度公差带是距离为公差值t的两平行平面间的区域。被测平面必须位于间距为公差值0.1mm的两平行平面内。一、形状公差3．圆度　　圆度公差是被测实际要素对理想圆的允许变动全量。用来控制回转体表面（如圆柱面、圆锥面、球面等）正截面轮廓的形状误差。一、形状公差3．圆度　被测圆柱面任一正截面的圆周轮廓必须位于半径差为公差值0.02mm的两同心圆之间。圆度公差带是在同一正截面上，半径差为公差值t的两同心圆间的区域。一、形状公差4．圆柱度　　圆柱度公差是被测实际要素对理想圆柱所允许的变动全量。用来控制被测实际圆柱面的形状误差。圆柱度公差可以对圆柱表面的纵、横截面的各种形状误差进行综合控制，如正截面的圆度、素线的直线度、过轴线纵向截面上两条素线的平行度误差等。一、形状公差4．圆柱度4.1圆柱度公差带　　被测圆柱面必须位于半径差为公差值0.05mm两同轴圆柱面之间。圆柱度公差带是半径差为公差值t的两同轴圆柱面之间的区域。基准和基准体系基准是具有正确形状的理想要素，是确定被测要素方向或位置的依据，在规定位置公差时，一般都要注出基准。在实际应用时，则由基准实际要素来确定。基准和基准体系１．基准的建立由于实际基准要素存在形位误差，因此由实际基准要素建立理想基准要素（基准）时，应先对实际基准要素作最小包容区域，再来确定基准。基准和基准体系１．基准的建立由实际轴线建立基准轴线时，基准轴线为穿过基准实际轴线，且符合最小条件的理想轴线；1)单一基准（中心要素）基准和基准体系１．基准的建立由实际表面建立基准平面时，基准平面为处于材料之外并与基准实际表面接触、符合最小条件的理想平面。1)单一基准（轮廓要素）基准和基准体系１．基准的建立由两条或两条以上实际轴线建立而作为一个独立基准使用的公共基准轴线时，公共基准轴线为这些实际轴线所共有的理想轴线。2)组合基准（公共基准）基准和基准体系１．基准的建立当单一基准或组合基准不能对关联要素提供完整的走向或定位时，就有必要采用基准体系。基准体系即三基面体系，它由三个互相垂直的基准平面构成。3)基准体系（三基面体系）应用三基面体系时，设计者在图样上标注基准应特别注意基准的顺序，在加工或检验时，不得随意更换这些基准顺序。确定关联被测要素位置时，可以同时使用三个基准平面，也可使用其中的两个或一个。由此可见，单一基准平面是三基准体系中的一个基准平面。基准和基准体系１．基准的建立有相对位置要求的两要素中，基准可以任意选定。主要用于两要素的形状、尺寸和技术要求完全相同的零件，或在设计要求中，各要素之间的基准有可以互换的条件，从而使零件无论上下、反正、颠倒装配仍能满足互换性要求4）任选基准基准和基准体系2．基准的体现建立基准的基本原则是基准应符合最小条件，但在实际应用中，允许在测量时用近似方法体现。基准的常用体现方法有：模拟法、直接法。基准和基准体系2．基准的体现1) 模拟法通常采用具有足够形位精度的表面来体现基准平面和基准轴线。用心轴表面体现内圆柱面的轴线。用V形块表面体现外圆柱面的轴线。用平板表面体现基准平面。基准和基准体系2．基准的体现2）直接法当基准实际要素具有足够形状精度时，可直接作为基准。如在平板上测量零件，就是将平板作为直接基准。二、轮廓度公差１．线轮廓度公差　　线轮廓度公差是被测实际要素对理想轮廓线所允许的变动全量。用来控制平面曲线（或曲面的截面轮廓）的形状或位置误差。二、轮廓度公差１．线轮廓度公差　公差带形状为距离为公差值t、对理想轮廓线对称分布的两等距曲线间的区域，理想轮廓线由理论正确尺寸确定。1）线轮廓度公差未标注基准(属形状公差)确定被测要素的理想形状、理想方向或理想位置的尺寸。该尺寸不带公差，标注在方框中。在平行于正投影面的任一截面内，被测实际要素的实际轮廓线必须位于距离为0.04mm、对理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间。理想轮廓线由R25、2×R10和22确定。公差带位置浮动。其公差带有形状和大小两个要素二、轮廓度公差１．线轮廓度公差　公差带形状为距离为公差值t、对具有确定位置的理想轮廓线对称分布的两等距曲线间的区域。理想轮廓线的位置由理论正确尺寸和基准确定。2）线轮廓度公差标注基准(属位置公差)在平行于正投影面的任一截面内，被测实际要素的实际轮廓线必须位于距离为0.04mm、对理想轮廓线对称分布的两等距曲线之间。理想轮廓线由R30、R15和22确定，而其位置由基准A、B和理论正确尺寸12和25确定，公差带位置固定。其公差带有形状、大小、方向和位置四个要素。二、轮廓度公差2．面轮廓度公差　　面轮廓度公差是被测实际要素对理想轮廓面所允许的变动全量。用来控制空间曲面的形状或位置误差。面轮廓度是一项综合公差，它既控制面轮廓度误差，又可控制曲面上任一截面轮廓的线轮廓度误差。二、轮廓度公差2．面轮廓度公差　公差带形状为距离为公差值t、对理想轮廓面对称分布的两等距曲面间的区域。理想轮廓面由理论正确尺寸确定，而其位置是浮动的。1）面轮廓度公差未标注基准(属形状公差)被测实际要素的实际轮廓线必须位于距离为0.02mm、对理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间。理想轮廓面由SR35确定，而其位置可在尺寸40±0.2范围内浮动。二、轮廓度公差2．面轮廓度公差　公差带形状为距离为公差值t、对具有确定位置的理想轮廓线对称分布的两等距曲线间的区域。理想轮廓面的位置由理论正确尺寸和基准确定。2）面轮廓度公差标注基准(属位置公差)被测实际要素的实际轮廓面必须位于距离为0.02mm、对理想轮廓面对称分布的两等距曲面之间。理想轮廓面由SR35确定，而其位置由基准A和理论正确尺寸40确定，公差带位置固定。位置误差是指关联实际被测要素对其理想要素的变动量。位置公差是指关联实际被测要素的位置对基准所允许的变动全量。是为了限制位置误差而设置的。三、位置误差与公差定向误差实际被测要素对具有确定方向的理想要素的变动量，该理想要素的方向由基准及理论正确角度确定。定向误差值用定向最小包容区域（简称定向最小区域）的宽度f或直径φf表示。（一）定向公差定向最小区域是与公差带形状相同，具有确定的方向，并满足最小条件的区域。定向公差带有三个要素：公差带的形状、大小和方向。（一）定向公差定向公差用来控制面对面、面对线、线对面和线对线的误差。   包括：∥⊥∠   被测要素分为：直线和平面   被测和基准之间关系：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．平行度公差　1.1面对面（一）定向公差面对面的平行度公差带为距离为公差值t、且平行于基准的两平行平面之间。１．平行度公差　1.2线对面（一）定向公差线对面的平行度公差带为距离为公差值t、且平行于基准的两平行平面之间。１．平行度公差　1.3面对线（一）定向公差面对线的平行度公差带为距离为公差值t、且平行于基准的两平行平面之间。１．平行度公差　1.4线对线（一）定向公差2．垂直度公差　（一）定向公差（一）定向公差2．垂直度公差　2．垂直度公差线对面在任意方向上的垂直度　（一）定向公差2．垂直度公差　（一）定向公差3．倾斜度公差　（一）定向公差倾斜度公差用来控制面对线、线对线、面对面和线对面的倾斜度误差，只是将理论正确角度从0°或90°变为0°～90°的任意角。图样标注时应将角度值用理论正确角度标出。定向公差带特点：　（一）定向公差1.定向公差用来控制被测要素相对于基准保持一定的方向（夹角为0°、90°或任意理论正确角度）。2.定向公差带具有综合控制定向误差和形状误差的能力。因此，在保证功能要求的前提下，对同一被测要素给出定向公差后，不需再给出形状公差，除非对它的形状精度提出进一步要求（进一步要求的形状公差值应小于已给定的定向公差值）。定位误差被测实际要素对具有确定位置的理想要素的变动量。理想要素的位置由基准及理论正确尺寸确定。定位误差用定位最小包容区域（简称定位最小区域）的宽度f或直径φf表示。定位最小区域是与公差带形状相同，具有确定的位置，并满足最小条件的区域。（二）定位公差定位公差（二）定位公差定位公差为关联实际被测要素对具有确定位置的理想要素所允许的变动全量。用来控制点、线或面的定位误差。理想要素的位置由基准及理论正确尺寸（角度）确定。公差带相对于基准有确定位置。定位公差带有四个要素：公差带的形状、大小、方向和位置(方向和位置简称：方位)。１．同轴度（二）定位公差圆柱面（圆锥面）的轴线可能发生平移、倾斜、弯曲，或同时发生，同轴度是控制轴线间的同轴程度。同轴度公差带为直径为φt、且轴线与基准轴线重合的圆柱面内的区域。2．对称度2.1对称度公差（二）定位公差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，即控制被测要素对基准的对称度误差。理想要素的位置由基准确定。对称度公差带是距离为公差值t，中心平面（或中心线、轴线）与基准中心要素（中心平面、中心线或轴线）重合的两平行平面（或两平行直线）之间的区域。3．位置度公差（二）定位公差位置度公差用于控制被测点、线、面的实际位置对其理想位置的位置度误差。理想要素的位置由基准及理论正确尺寸确定。根据被测要素的不同，可分为点的位置度、线的位置度及面的位置度。3．位置度公差（二）定位公差GB13319－91《形状和位置公差位置度公差》规定了形状和位置公差中位置度公差的标注方法及其公差带。位置度公差带对理想被测要素的位置是对称分布的。3．位置度公差（二）定位公差位置度公差具有极为广泛的控制功能。原则上，位置度公差可以代替各种形状公差、定向公差和定位公差所表达的设计要求，但在实际设计和检测中还是应该使用最能表达特征的项目。3．位置度公差（二）定位公差点的位置度公差带是直径为公差值φt（平面点）或Sφt（空间点），以点的理想位置为中心的圆或球面内的区域。3．位置度公差线的位置度（二）定位公差3．位置度公差（二）定位公差线的位置度任意方向上的线的位置度公差带是直径为公差值φt，轴线在线的理想位置上的圆柱面内的区域。3．位置度公差（二）定位公差成组要素的位置度3．位置度公差（二）定位公差成组要素的位置度此位置度公差标注了基准，因此，其几何图框对其它要素的位置是固定的。被测轴线必须位于直径为公差值0.08mm，且以相对基准A、B、C所确定的理想位置为轴线的圆柱面内定位公差特点：　（二）定位公差1.定位公差用来控制被测要素相对基准的定位误差。公差带相对于基准有确定的位置。2.定位公差带具有综合控制定位误差、定向误差和形状误差的能力。因此，在保证功能要求的前提下，对同一被测要素给出定位公差后，不再给出定向和形状公差。除非对它的形状或（和）方向提出进一步要求，可再给出形状公差或（和）定向公差（其公差值小于定位公差值）。（三）跳动公差跳动公差为关联实际被测要素绕基准轴线回转一周或连续回转时所允许的最大变动量。可用来综合控制被测要素的形状误差和位置误差。跳动公差是针对特定的测量方式而规定的公差项目。跳动误差就是指示表指针在给定方向上指示的最大与最小读数之差。跳动公差是按照测量方式而制定出的公差项目。跳动量的测量方法简便、易行，通常作为其他误差项目的替代指标。1．圆跳动（三）跳动公差圆跳动公差是关联实际被测要素对理想圆的允许变动量，其理想圆的圆心在基准轴线上。测量时被测实际要素绕基准轴线回转一周，指示表指针无轴向移动。根据允许变动的方向，圆跳动可以分为径向圆跳动、端面圆跳动和斜向圆跳动三种。1．圆跳动（三）跳动公差径向圆跳动公差带是在垂直于基准轴线的任一测量平面内、半径差为圆跳动公差值t，圆心在基准轴线上的两同心圆之间的区域。径向圆跳动1．圆跳动（三）跳动公差端面圆跳动公差带是在以基准轴线为轴线的任一直径的测量圆柱面上、沿其母线方向宽度为圆跳动公差值t的圆柱面区域。端面圆跳动1．圆跳动（三）跳动公差斜向圆跳动公差带是在以基准轴线为轴线的任一测量圆锥面上，沿其母线方向宽度为圆跳动公差值t的圆锥面区域。斜向圆跳动1.圆跳动（三）跳动公差通常用端面圆跳动控制端面对基准轴线的垂直度误差。例外，当实际端面为中凹或中凸，端面圆跳动误差为零时，端面对基准轴线的垂直度误差并不一定为零。2．全跳动（三）跳动公差全跳动公差是关联实际被测要素对理想回转面的允许变动量。测量时被测实际要素绕基准轴线连续回转，指示表指针同时作轴向移动。根据允许变动的方向，全跳动可以分为径向全跳动、端面全跳动两种。2．全跳动（三）跳动公差径向全跳动公差带是半径差为公差值t、以基准轴线为轴线的两同轴圆柱面内的区域。径向全跳动径向全跳动公差带与圆柱度公差带形状是相同的，但由于径向全跳动测量简便，一般可用它来控制圆柱度误差，即代替圆柱度公差。2．全跳动（三）跳动公差端面全跳动公差带是距离为全跳动公差值t、且与基准轴线垂直的两平行平面之间的区域。端面全跳动端面全跳动的公差带与端面对轴线的垂直度公差带是相同的，两者控制位置误差的效果也是一样的，对于规定了端面全跳动的表面，不再规定垂直度公差。跳动公差是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。（三）跳动公差特点：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（对被测要素给出跳动公差后，若还须对该要素给出别的项目的形位公差，则其公差值必须小于跳动公差值）4．跳动公差