第3章形状和位置精度.ppt

第三章 形状和位置精度,第3章 形状和位置精度,概述形位公差的标注方法公差原则形状和位置精度设计形状精度的评定,1 概述形位误差的产生及影响,一、形位误差的产生及影响 机械零件在加工过程中,由于机床夹具刀具零件所组成的工艺系统本身具有一定的误差，以及在加工过程中出现受力变形、热变形、振动、磨损等各种因素的影响，使加工后构成零件几何形状的各种点、线、面的尺寸、形状及其相对位置偏离理想状态而产生尺寸误差、形状误差和位置误差。,1 概述形位误差的产生及影响,形位公差的研究对象就是构成零件几何特征的要素。如下图所示：1.点要素圆锥顶点5、球心8；2.线要素素线6、轴线7；3.面要素圆锥面2、球面1、环状平面3、圆柱面4、中心 平面P。,1 概述形位公差标准,二、形位公差标准 为了满足互换性要求，针对不同的形位误差，国家标准规定了不同的形位公差。现有五项标准是有关形位公差的：1、GB/T1182-1996形状和位置公差 通则、定义、符号和图样表示法；2、GB/T1184-1996形状和位置公差 未注公差的规定；3、GB/T1958-1980形状和位置公差 检测规定；4、GB/T4249-1996公差原则；5、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。此外，还有二项有关几何要素的术语和定义的标准。,1 概述形位公差评定对象（分类）,三、形位公差评定对象（分类）形状是一个要素本身所处的状态；位置是二个或几个要素之间所形成的 方位关系。形位公差研究的就是零件几何要素本身的形状精度 和有关要素之间的位置精度问题。,1 概述形位公差评定对象（分类）,1.几何要素的分类1）公称组成要素 属于设计范畴；2）公称导出要素3）实际（组成）要素 属于工件范畴；4）提取组成要素5）提取导出要素 属于检验范畴。6）拟合组成要素7）拟合导出要素,几何要素按结构分为：组成要素工件表面或轮廓要素。有公称组成要素、实际组成要素、提取 组成要素和拟合组成要素；导出要素工件的中心点、中心线、中心面。有公称导出要素、提取导出要素和 拟合导出要素。,1 概述形位公差评定对象（分类）,2.中心要素与轮廓要素按结构特征分类中心要素圆心、球心、轴线、中心线、中心面等。轮廓要素素线、圆柱面、圆锥面、平面、球面等。3.理想要素与实际要素按存在的状态区分理想要素只具有记和意义的要素，如图样中的点线面；实际要素零件上实际存在的要素。4.被测要素与基准要素按所处的地位来区分；被测要素应检验的要素；基准要素用以确定被测要素的理想的方向或位置的要素。5.单一要素和关联要素按功能关系区分的；单一要素仅对被测要素本身给出形状公差要求的要素；关联要素与零件上其他要素由功能关系的要素。,1 概述评定基准（准则）,四、评定基准（准则）1、最小条件 被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。2、基准即理想基准要素。,1 概述形位公差项目及其符号,五、形位公差的特征项目 GB/T 1182-1996 中规定了14种形位公差项目。（p44表3-1）,1 概述形位公差带,六、形位公差带,2 形状公差项目及标注方法,Tolerance zone in form,2 形状公差项目及标注方法,jk,bvc,ff,cvvf,2 形状公差项目及标注方法 直线度,1.直线度（straightness）（）1）在给定平面内的直线度2）在给定方向上的直线度3）在任意方向上的直线度,2 形状公差项目及标注方法 直线度,1.在给定平面内的直线度 在给定平面内，公差带是距离为公差值t的二平行直线之间的区域。,例：,2 形状公差项目及标注方法 直线度,2.在给定方向上（棱线）的直线度在给定的方向上，其公差带是距离为公差值t的二平行平面之间的区域。,2 形状公差项目及标注方 直线度,3.任意方向（轴线）的直线度（）在任意方向上，公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域。,2 形状公差项目及标注方法 平面度,二、平面度（flatness）（）平面度公差带是距离为公差值 t 的二平行平面之间的区域。,2 形状公差项目及标注方法 圆度,3.圆度（roundness）（）圆度公差带是垂直于轴线的任意正截面上，半径差为公差值 t 的两同心圆之间的区域。,2 形状公差项目及标注方法 圆度,例：,2 形状公差项目及标注方法 圆柱度,4.圆柱度（cylindricity）（）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。,2 形状公差项目及标注方法 线轮廓度,5.线轮廓度（）线轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值 t 的圆的两包络线之间的区域，诸圆的圆心应位于理想轮廓线上。小方框内为理论正确尺寸。,示例：,无基准要求的线轮廓度公差见图 a）；有基准要求的线轮廓度公差见图 b）；,2 形状公差项目及标注方法 面轮廓度,5.面轮廓度（）面轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值 t 的球的两包络面之间的区域，诸球的球心应位于理想轮廓线上。小方框内为理论正确尺寸。,6.面轮廓度（）,3 位置公差项目及标注方法,Tolerance zone in position,一、定向公差二、定位公差三、跳动公差,一、定向公差 Oriention Tolerance,定向公差指实际被测要素的方向相对于基准的理想方向的允许变动量。定向公差包括：平行度 垂直度 倾斜度,1.平行度()Parallelism,1.平行度 Parallelism,被测要素和基准要素都是公称导出要素，其标注的指引线和基准连线应与尺寸线对齐。,平行度公差可分为：平面对平面的平行度公差；直线对平面的平行度公差；平面对直线的平行度公差；直线对直线的平行度公差。,2.垂直度（）perpendicularity,垂直度公差可分为：平面对平面的垂直度公差；直线对平面的垂直度公差；平面对直线的垂直度公差；直线对直线的垂直度公差。,2.垂直度（）perpendicularity,2.垂直度（）perpendicularity,3.倾斜度（）Angularity,倾斜度公差可分为：平面对平面的倾斜度公差；直线对平面的倾斜度公差；平面对直线的倾斜度公差；直线对直线的倾斜度公差。,3.倾斜度（）Angularity,定向公差与形状公差的关系：,注意：定向公差带的形状与平面度、直线度公差带形状相同，且定向公差带具有综合控制形状误差和定向误差的功能。若图样上对某一被测要素设计了定向公差，一般不对其给出形位公差。除非对其形状有更高的精度要求时，其形状公差值必须小于定向公差。,二、定位公差 location tolerance,定位公差 被测要素应位于由基准要素和理论正确尺寸确定的理想位置上所允许的变动量。定位公差包括：同轴度 对称度 位置度,1.同轴度（）Concentricity,同轴度指被测轴线应与基准轴线（或公 共基准轴线）重合的精度。被测要素是圆柱面（或圆锥面）的轴线。,2.对称度（）,零件上槽的对称度：,3.位置度（）,3.位置度(),3.位置度,3.位置度,3.位置度,4.延伸公差带的应用,延伸公差带 示意（一）,4.延伸公差带的应用,延伸公差带将螺孔的位置度公差带延伸到理想位置，自零件实体移到被测要素长度界限之外。从而保证装配要求，同时又无需提高零件精度（不减小公差值）延伸公差带 示意（二）,4.延伸公差带的应用,延伸公差带 的标注方法：,三、跳动公差,三、跳动公差,1.圆跳动（）1）径向圆跳动,1.圆跳动（）2）端面圆跳动,2.全跳动（）1）径向全跳动,2.全跳动（）2）端面全跳动,3.形位公差的标注：,形位公差的标注,结构相同的几个要素有相同要求时：,形位公差标注示例：,4 公差原则,在设计零件时，根据零件的功能要求，对零件的重要几何要素，常常需要同时给定尺寸公差、形状、位置公差，它们之间的关系遵循“公差原则”。即：GB/T 4249-1996 规定的公差原则是用以处理尺寸公差与形位公差关系的规定。按照此规定，在机械设计时，从零件的配合性质、装配的互换性以及其它性能要求出发，合理地选择独立原则或相关要求。,4 公差原则,独立原则相关要求 包容要求 最大实体要求,4 公差原则有关公差原则的术语及定义,一、有关公差原则的术语及定义体外作用尺寸,轴的体外作用尺寸dfe在配合面的全长上，与实际轴外 接的最小理想孔的尺寸。孔的体外作用尺寸Dfe在配合面的全长上，与实际孔内 接的最大理想轴的尺寸。,4 公差原则 有关公差原则的术语及定义,轴或孔在加工后可能出现的情况称为状态。2.最大实体状态（Maximum Material Condition）（MMC）和 最大实体尺寸（DM，dM）（Maximum Material size）（MMS）最大实体状态孔或轴在尺寸公差范围内，具有 材料量最多时状态。最大实体状态下的尺寸为最大实体尺寸。是孔的最小极限尺寸和轴的最大极限尺寸的统称。,4 公差原则 有关公差原则的术语及定义,3.最小实体状态（Least Material Condition）（LMC）和 最小实体尺寸（DL，dL）（Least Material size）（LMS）最小实体状态孔或轴在尺寸公差范围内，具有 材料量最少时的状态。最小实体状态下的尺寸为最小实体尺寸。是孔的最大极限尺寸和轴的最小极限尺寸的统称。,4 公差原则 有关公差原则的术语及定义,涉及到孔轴中心要素的形、位公差，还要考虑实体实效状态和尺寸。4.最大实体实效状态（MMVC）和 最大实体实效尺寸（MMVS）指实际要素在给定长度上处于最大实体状态，且其对应中心要素的形状误差或位置误差等于图样上标注的形位公差时的综合极限状态。在实体实效状态下的体外作用尺寸称为最大实体实效尺寸。,4 公差原则 有关公差原则的术语及定义,轴或孔的最大实体实效尺寸是轴或孔的最大实体尺寸与带 的形位公差的综合作用的尺寸。外表面轴和内表面孔的最大实体实效尺寸分别用dMV和DMV表示。且有：dMV=dmax+tDMV=Dmin t其中 t 为带 的形位公差值。,4 公差原则 有关公差原则的术语及定义,5.最大实体边界是指尺寸为最大实体尺寸且具有正确几何形状的理想包容面。6.最大实体实效边界是指尺寸为最大实体实效尺寸且具有正确几何形状的理想包容面。,4 公差原则 独立原则,二、独立原则1.独立原则的含义2.图样标注3.应用,应用：,4 公差原则独立原则,应用：可应用于各种功能要求的场合。采用独立原则的要素一般用通用量具检测。它是实际生产中应用最多原则。,4 公差原则相关要求,二、相关要求图样上对某要素给定的形位公差与尺寸公差之间相互有关的要求。相关要求通常用于大批量生产中，用以保证配合性质。相关要求的被测要素用量规检测，量规的轮廓为相关要求的边界尺寸。,4 公差原则相关要求,1）相关要求的含义；2）图样标注；3）应用。1.包容要求 包容要求应用于单一要素，即只对自身形状有精度要求的要素。包容要求采用最大实体边界来控制被测要素的实际尺寸和形状误差的综合结果，这个综合结果不得超出最大实体边界。包容要求常用于保证有配合要求，特别是配合公差较小的精密配合要求场合，用最大实体边界保证最小间隙或最大过盈。,1.包容要求,遵守包容要求时，被测实际要素的体外作用尺寸不得超出其最大实体尺寸；其局部实际尺寸不得超过最小实体尺寸。即零件的合格条件为：孔：(体外作用尺寸)；轴：(体外作用尺寸)；即，用尺寸公差来控制形位误差。,1.包容要求,应用包容要求主要用于必须保证配合性质的要素，特别是配合公差较小的精密配合，用最大实体边界保证必要最小间隙或最大过盈，用最小实体尺寸防止间隙过大或过盈过小。,2、最大实体要求,1）最大实体要求的含义指被测要素的实际轮廓应遵守其最大实体实效边界.要求其实际轮廓处处不得超越最大实体实效边界，即当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许其形位误差超出在最大实体状态下给出的公差值的一种公差要求。最大实体要求即可应用于被测要素，又可应用于基准要素。,2、最大实体要求,当最大实体要求应用于被测要素时，零件的合格条件为：对孔对轴,2、最大实体要求,2）最大实体要求的标注 遵守最大实体要求时，无论单一要素还是关联要素，均应在形位公差值后面加注符号“”。最大实体要求用于基准要素时，在相应的基准代号字母之后加注符号“”。,2、最大实体要求,3）应用最大实体要求仅应用于中心要素。采用最大实体要求的目的是保证装配互换。它是用于仅要求保证自由组装（可装入性），具有较大间隙配合的要素。适用于中心要素的直线度、定向公差和定位公差。应用最大实体要求，可以充分利用尺寸公差补偿形位公差，使那些在加工后虽然形位误差超过了形位公差的要求，但体外作用尺寸并没有超越最大实体实效边界的零件不致报废，提高了零件的合格率，降低了成本，从而获得显著的经济效益。,2、最大实体要求,4）最大实体要求应用于被测要素例1：,例2：,例3：,例4：,5 形状和位置的精度设计,一、形位公差项目的选择1.零件的几何特征2.零件的使用要求3.测量的方便性4.形位公差的控制能力,5 形状和位置的精度设计,二、基准的确定1.基准的选用原则力求使设计基准、加工基准和检测基准三者统一。2.便于加工和检测3.任选基准4.多基准顺序,5 形状和位置的精度设计,三、形位公差等级和公差值的确定GB/T1184-1996中规定了12个公差项目的12个公差等级。同时应兼顾以下几点：,5 形状和位置的精度设计,1.选择原则尺寸公差、形位公差和表面粗糙度之间一般的关系为：复杂结构，可降低形位公差等级12级；与标准件相结合时，其形位公差数值应符合相应标准的规定。,5 形状和位置的精度设计,2.选用方法类比法由经验：尺寸公差：IT6、IT7、IT8，形位公差：6、7、8级，且：t形位=（0.250.5）T尺寸。,6 RPS定位点系统介绍,RPS最早来源于德语：由英语转译为：Reference Point System称作“定位参考点系统”,RPS系统理念 是汽车生产厂家由国外引入的生产技术。确定工件检测、加工定位、装配定位的基准系统。长期以来，大量的尺寸超差给汽车制造企业带来重大的损失：不仅严重影响零件功能的发挥，而且经常导致零件报废使得汽车成本增加。尺寸偏差大给整车匹配带来的麻烦更大：间隙和平度不合格而且原因的查找又非常困难。因而保证零件尺寸精度是每一个汽车制造企业所追求的目标。那么谁是保证零件尺寸精度的主角？人们往往认为这是生产部门和质量保证部门的事情，而开发部门只要完成理论和概念设计就大功告成了。随着汽车工业技术的进步和业内人士思想观念的转变，零件尺寸精度的保证已不再仅仅是生产部门和质量保证部门的事情，而是要从产品开发阶段就开始考虑了。RPS系统就是出于这种思想被发明出来并被世界各大汽车公司投入到使用当中。发明者是率先采用流水线作业而带来世界汽车工业革命的美国福特公司。在大众公司，RPS系统被制定成公司标准VW01055。RPS是德语单词Referenzpunkt-system(定位点系统)的缩写。从A4车开始，没有填写RPS表格的图纸就得不到认可的批准。由此可见RPS系统的重要地位。,一、RPS系统的定义和作用 RPS系统就是规定一些从开发到制造、检测直至批量装车各环节所有涉及到的人员共同遵循的定位点及其公差要求。在确定这些定位点时必须遵循RPS系统的规则。RPS系统的作用主要体现在下面三个方面：,1.避免了由于基准点的变换造成零件尺寸公差加大。例如：要在板件上钻孔B和C，这两个孔与其它件上销钉配合，公差越小越好。零件上还需要钻出孔D，见图1、图2。下面用两种方式加工：(1)加工时基准点发生变换 步骤1 用孔A定位钻出孔B和孔D 公差 AB=+/-0.1 AD=+/-0.1 步骤2 用孔D定位钻孔C(这时基准由孔A变为孔D)公差 DC=+/-0.1 孔B、孔C距离公差结果 AB=+/-0.1 AD=+/-0.1 DC=+/-0.1 BC=+/-0.3,图1 加工时基准点发生变换,(2)加工时基准不变化 步骤1 用孔A定位钻出孔B 和孔D 公差 AB=+/-0.1 AD=+/-0.1 步骤2 板件仍以孔A定位钻孔C(基准没有变化)公差 AC=+/-0.1 孔B、孔C距离公差结果 AB=+/-0.1 AC=+/-0.1 BC=+/-0.2,比较两种情况可以看出，加工孔C时基准不变比基准变换造成的公差减小了+/-0.1mm 上面例子给我们的提示是：为避免基准变换，必须事先规定好在制造和测量过程中的基准点。不允许各部门自作主张随意找基准点进行工作。,2.避免了模板的使用。模板的使用有很大的局限性，并且增加了加工时间。规定工装用RPS点调准，那么加工就变成是直接的了，模板不再作为辅助定位工具，参见图3。,图3 加工时不用模板,3.RPS点是模具、工装、检具的定位点。为了实现统一的定位技术规则，必须保证：模具 工装 检测工具 都按照RPS点来制造。这一点是RPS系统最重要的作用。,二、RPS系统的五大规则 为了使RPS系统在实际当中发挥作用，必须遵守下面五条规则：3-2-1规则坐标平行规则统一性规则尺寸标注规则RPS尺寸图,