1、前言：尺寸公差的来历及概述1Preface:Overview of GD&TBased on ASME Y14.5-2009形位公差（几何尺寸公差）的来历 Ford opens River Rouge complex First automobile assembly line at Highland Park by Henry Ford Eli Whitney builds muskets with interchangeable parts Industrial Revolution begins mass production Cottage industries,crafts,and
2、guildsDates back to Mass Production days1750194519271913Pre-1700s1850 Mass production thrives2形位公差（几何尺寸公差）的来历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
3、，只有尺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
4、的标准就应运而生，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。3GD T概述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。可装入
5、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）4GD T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。5 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
6、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。GD T概述使用形位公差来定义图纸要求的优势
7、主要有：1.GD T 是一种机械工程的世界语言，它提供了统一的技术标准和解释，从而减少了争议、猜测和假设。设计、生产和检测部门均使用同一种语言进行工作，因此改善了各个部门的沟通。2.GD&T 可以使设计者正确表达设计意图，并按照功能尺寸原理改善设计，从而提供了更好的产品设计。3.通过使用 GD&T，可以有两种方法来增加制造公差，从而降低成本：a)在指定条件下（如 MMC，LMC），GD&T 为产品制造提供了额外的补偿公差，这种补偿公差可以有效节省产品制造费用。b)使用功能尺寸原理，公差的给定只根据产品功能的要求，这种原则往往给定了制造较大的公差。这样避免了设计者由于不知道合理定义公差而去复制现
8、有的公差或给定较小的公差。6GD T概述替代 ASME Y14.5M-19947 GD T 标准 美国：ASME Y14.5-2009 欧亚：ISO1101-2004 国标：GB/T1182 2008最大实体要求、最小实体要求和可 GB/T16671-1996 形状和位置公差逆要求 GB/T16892-1997 形状和位置公差 GB/T17773-1999 形状和位置公差 GB/T17851-1999 形状和位置公差 GB/T17852-1999 形状和位置公差非刚性零件注法延伸公差带及其表示法基准及基准体系轮廓的尺寸及公差注法GD T概述 符号对比(ASME Y14.5 vs.ISO1101
9、)8培训说明本次培训是按照 ASME Y14.5-2009 标准的内容进行，因此在一些具体的定义上或表述上与 ISO1101 2004 标准或国标 GB/T1182 2008 标准有所不同，其目的是为了让大家更好地理解 GD T 的原理和精粹。本次培训将帮助大家达到以下目的：能正确理解图纸及尺寸的基本规则能正确理解 GD T 的各种符号的意义能通过 GD T 符号正确理解图纸内涵及设计意图能合理评估及检测各种 GD T能应用 GD T 合理定义图纸，表达设计意图9培训课程第一讲：术语，原则及尺寸解读Terms,Rules&Dimensions第二讲：符号及基准Symbology&Datums第
10、三讲：形状及定向公差Tolerance of Form&Orientation第四讲：定位公差Tolerance of Location第五讲：轮廓及跳动公差Tolerance of Profile&Runout 1510术语，原则及尺寸解读1定义 形体（特征）Feature，是指零件上由各种要素组成的具有一定形状的物理部分 如表面，销，凸台，孔和键槽等。或者它们在图纸，模型或电子数据文档上体现。线要素线要素要素 Element，是指构成各个形体的点，线和面，分别称为点要素，线要素和面要素。面要素面要素圆周要素中心要素2定义尺寸(Dimension)用于定义一个零件或形体的形状、大小、方向或位
11、置的一个数值或数学公式，它具有合适的测量单位。基本尺寸(Basic Dimension)是一理论正确尺寸。参考尺寸(Reference Dimension)一个没有公差的尺寸，只用于提供辅助信息的目的。实际尺寸(Size,Actual Local)在尺寸形体的任一截面上实际测量得到的值。尺寸界限(Size,Limits of)指定的最大或最小允许尺寸名义尺寸(Nominal Size)用于一般识别的指定尺寸数值。基本尺寸尺寸界限名义尺寸尺寸界限由名义尺寸及尺寸公差确定。当尺寸标注为上下限时，其名义尺寸通常取其中值。3定义形体轴线Feature Axis是指形体的非关联实际包容体的轴线形体中心平
12、面Feature,Center plane of是指形体的非关联实际包容体的中心平面尺寸形体Feature of Size4规则尺寸形体：是与一直接标注公差的尺寸相关联的一个圆柱面或球面；一个圆周要素；或一组两个相对的平行要素或平行平面不规则尺寸形体：一个或一组直接标注公差的尺寸形体，它可由圆柱面，球面或一对平行平面的实际包容体包容或被包容。一个或一组直接标注尺寸公差的形体，其包容或被包容的实际包容体不是圆柱面，球面或一对平行平面。定义 正确几何对应形体 True Geometric Counterpart 形体的理论正确边界或最佳适合平面（正切平面）基准形体 A的正确几何对应形体（最小包容圆
13、柱孔）基准形体基准轴 A（正确几何对应形体的轴）模拟基准形体工件5定义实际包容体(Actual mating envelope AME)位于材料外部，具有最小尺寸以包容轴类(外部)形体或最大尺寸以贴合孔类(内部)形体并与形体表面的最高点接触 的理想对应体。分为关联和非关联两种非关联实际包容体(Unrelated actual mating envelope)不受任何基准约束的实际包容体关联实际包容体(Related actual mating envelope)受指定基准约束(定向或定位)的实际包容体。实际最小材料包容体(Actual minimal material envelope)位于材
14、料内部，具有最大尺寸以贴合轴类(外部)形体或最小尺寸以包容孔类(内部)形体并与形体表面的最底点接触 的理想对应体。分为关联和非关联两种非关联实际最小材料包容体(Unrelated actual minimal material envelope)不受任何基准约束的实际最小材料包容体关联实际最小材料包容体(Related actual minimal material envelope)受指定基准约束(定向或定位)的实际最小材料包容体。6定义实际包容体(Actual mating envelope AME)7定义实际最小材料包容体(Actual minimal material envelope
15、)8定义基准 Datum 与基准形体 Datum Feature基准 一个理论正确点、线、面、轴线或其组合，它由指定的基准形体的理论模拟基准形体来建立。基准是建立一个被测形体的位置及其它几何特性的基础基准形体 是标注了基准形体符号或基准目标 符号的形体，它是零件上的一个实际形体模拟基准 Datum Simulator 与模拟基准形体 Datum Feature Simulator模拟基准是由过程或检测设备(如平板、检具表面、芯轴等)建立的用于体现基准的一个点、线、面、轴线或其组合。模拟基准形体理论模拟基准形体：用于建立基准的一个理论的完美边界。一般是基准形体的正确几何对应形体。实际模拟基准形体
16、：用于建立基准的一个实际边界。一般是一检具或夹具要素(如平板、检具表面、芯轴等)，它不是一完美边界，但必须具有足够精度。实际模拟基准形体是理论模拟基准形体在制造及检测过程的具体体现9定义基准概念图解 从基准到模拟基准基准形体：标注基准符号的形体基准：基准形体建立的一理想轴线测量时使用的是模拟基准，而不是基准本身。模拟基准是实际模拟基准形体的轴线，而不是零件上基准形体的轴线实际模拟基准形体：按理想模拟基准形体制造的具有足够精度的圆柱孔。模拟基准：是实际模拟基准形体的轴线。实际零件表面：具有一定的形状和方向误差。10理想模拟基准形体：将实际零件表面理想包容的最小圆柱面。定义 基准目标 DatumT
17、arget 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。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。11定义最大实体状态(MMC),最小实体状态(LMC)，与尺寸无关(RFS)及最大实体状态(MMC)尺寸形体在规定的尺寸界限内具有最多材料时的状态(即孔的最小直径，轴的最大直径)。最小实体状态(LMC)尺寸形体在规定的尺寸界限内具有最少材料时的状态(即孔的最大直径，轴的最小直径)。与尺寸无关(RFS
18、)表示形位公差适用于尺寸形体的实际包容体在公差范围 内的任何尺寸。与零件实际加工的尺寸无关。MMC 或 LMC 是由尺寸公差定义的唯一状态，与实际零件尺寸无关。12MMC=30.1 LMC=30.5MMC=29.9 LMC=29.5定义最大实体边界(MMB)，最小实体边界(LMB)，与材料边界无关(RMB)13最大实体边界(MMB)由基准形体尺寸公差及其它形位公差综合定义的位于实体材料外部的边界最小实体边界(LMB)由基准形体尺寸公差及其它形位公差综合定义的位于实体材料内部的边界与材料边界无关(RMB)表示模拟基准形体从 MMB 到 LMB 渐变以达到与实际基准形体 表面的最高点或最低点接触基
19、准 B 的 MMB=12.1(MMC)0.1(垂直度)=12.0基准 C 的 MMB=8.2(MMC)0.1(位置度)=8.1MMB 或 LMB 用于修正基准形体，是由尺寸公差及形位公差共同确定的边界边界条件同时考虑了形体的尺寸偏差和形状位置偏差定义实效状态 Virtual CONDITION(实际边界条件)(虚拟状态)是指由被测形体尺寸的 MMC 或 LMC 状态及在相应材料状态下的形位公差综合确定的一个固定的边界合成状态 Resultant Condition是指由被测形体尺寸的 MMC 或 LMC 状态及在相应材料状态下的形位公差综合确定的一个最差边界条件。内部边界 Inner Boun
20、dary是指由形体的最小尺寸(轴类形体是 LMC,孔类形体是 MMC)减去指定的形位公差及当尺寸公差偏离指定材料状态时补偿形位公差构成的一个最差边界条件。外部边界 Outer Boundary是指由形体的最大尺寸(轴类形体是 MMC,孔类形体是 LMC)加上指定的形位公差及当尺寸公差偏离指定材料状态时补偿形位公差构成的一个最差边界条件。14定义边界情况的计算孔类的最差情况边界是内部边界；轴类的最差情况边界是外部边界*详细图解请参照本讲第38页到43页15定义中心轴线 Axis 与中位线(Median Line)中心轴线 Axis 是指与指定形体的正确几何对应形体的轴线重合的直线中位线 Medi
21、an Line)是指通过指定形体的所有截面的中心点的拟合线中心面(Center Plane)与中位面(Median Plane)中心面(Center Plane)是指与指定形体的正确几何对应形体的中心平面重合的平面中位面(Median Plane)是指通过以指定形体为边界的所有线断的中心点的拟合平面中位点中位线中心轴线中心线源自其正确几何对应形体，中位线源自实际形体16尺寸解读17Dimensions InterpretationBased on ASME Y14.5 2009尺寸解读基本规则1.除参考尺寸外，所有尺寸必须有公差2.尺寸与公差必须全面，每个形体的所有特性都必须被定义。测量图面以
22、确定尺寸或猜测假设都是不允许的。3.只标注用于表述产品必要的全部尺寸，尽量减少使用参考尺寸。4.尺寸应根据产品的功能和配合情况来选择，并不应有多种解释。5.产品图上不应标注加工工艺方法（除非加工工艺，质量保证或环境信息是该产品特性的基础)。6.在给出最终成品尺寸的同时允许标注提供加工余量等信息的非强制性过程参数尺寸，这些尺寸应注明是非强制性的。7.尺寸应合理布局以达到最佳的可读性。尺寸应布置在真实的轮廓图上并标注在可见轮廓线上。8.按量具或牌号生产的线材，管材，板材，棒材或其它原材料应标注直径或厚度等线性尺寸。量具或产品牌号应标注在尺寸后面的括号内。9.中心线及形体的轮廓线在图纸上显示为直角而
23、没有标注的默认为 90 度。10.由基本尺寸定位或定义的阵列形体的中心线或表面，如果在图纸上显示为直角而没有标注，则默认为 90度的基本尺寸。11.当中心轴线，中心平面或表面在图上显示一致时，则默认为值为 0 的基本尺寸，其相互关系由形位公差定义。12.除非特别注明，所有尺寸均指在室温 20C 下。如果在其它温度下测量，应考虑对尺寸的补偿。13.除非特别注明，所有尺寸及公差均适用于自由状态条件。14.除非特别注明，所有几何尺寸公差都适用于形体的整个长度，宽度或深度。15.所有尺寸和公差只适用于该图纸所表述的产品级别。一个图纸级别（如零件图）上所表述的某个形体的尺寸公差并不绝对适用于其它图纸级别
24、（如装配图）上该形体的尺寸公差。16.除非特别注明，当图纸上出现座标系时，必须是右置的。每根座标軕必须标注并注明正向。18尺寸解读基本尺寸与参考尺寸基本尺寸 是一个用于定义形体或目标基准的理论正确的大小，形状，轮廓，方向或位置的数值 是由其它尺寸，注释或形位公差框格中公差所定义的允许偏差的基础。参考尺寸 一般没有公差，仅用作参考。可能是一个图上重复出现的尺寸，或 一个可由其它尺寸算出的封闭尺寸 只用于提供辅助信息，不用于指导生产或检验。基本尺寸符号参考尺寸符号19尺寸解读 弧的三种标注方法弦长20弧长角度尺寸解读 座标尺寸及表格尺寸直角座标极座标21尺寸解读 座标尺寸及表格尺寸座标基线尺寸标记
25、孔径22尺寸解读 对称图形 可只标注图形的一半。23尺寸解读 台阶孔及沉孔沉孔符号24台阶孔符号深度符号尺寸解读锪面 Spotfaces在标注锪面 Spotface 的直径时，可同时标注其深度或剩余材料厚度。如果不标注深度及剩余材料厚度，锪面 Spotface 应指清除指定直径内材料所必须的深度。需要时，可指定锪面 Spotface 的倒圆 R锪面 Spotface 可只在技术要求上规定而不在图样上画出。25尺寸解读 尺寸起点 尺寸测量应以标示的尺寸起点为基准。当图纸上没有标注尺寸的起始形体时，默认较长的形体为尺寸起点形体。图纸是：意思是：而不是：尺寸起点符号尺寸公差带标示的尺寸起点平面26较
26、长表面作为尺寸起点平面尺寸解读 圆角和受控圆角圆角公差最小半径 2.1最大半径 2.7零件轮廓受控圆角最小半径 2.1最大半径 2.7零件轮廓零件轮廓可以是在公差带 内任意位置的任意形状零件轮廓可以是在公差带内任意 位置，但形状必须是光滑曲线。27尺寸解读 角度和基本角度角度公差基本角度尺寸起始平面尺寸起始平面斜面可以位于公差带内的任意位置，但角度必须在 2930 到 3030 之间斜面可以位于公差带内的任意位置，角度在公差带内可任意倾斜。28尺寸解读斜度符号锥度符号斜度和锥度斜度是斜面上两个位置间的高度差与这两个高度间的距离的比值。锥度是圆锥上两个垂直于轴线的截面的直径差与这两个截面间的距离
27、的比值。29斜度锥度尺寸解读累积公差串联尺寸标注两个形体间的最大允许偏差等于所有中间尺寸公差的和。累积公差最大。（X Y：0.15）基准尺寸标注两个形体间的最大允许偏差等于从基准到这两个形体的尺寸公差的和。累积公差较小。（X Y：0.10）直接尺寸标注两个形体间的最大允许偏差由这两个形体间的尺寸公差控制。累积公差最小（没有累积）。（X Y：0.05）30尺寸解读 统计学公差 STATISTICAL TOLERANCING 定义：按合理统计公差原则，给装配件上相关零件指定公差。（装配件的公差是每个零件公差的平方和的平方根）在装配上的应用(由上而下的设计方法)在给装配件上零件指定公差时，一般应将装
28、配上允许的偏差按算术计算分配给每个零件。当算术分配原则过于严格时（不便于制造），可按统计学分配原则分配，以增加各个零件上的公差，便于制造。统计学公差必须由合适的统计过程控制（SPC）。必要时可同时标注统计学公差和算术分配公差。当制造过程中不可能采用 SPC 控制时，必须按比较严格的算术分配公差制造。统计学公差符号制造过程采用 SPC 控制时，使用 0.05 的公差制造过程中不能采用 SPC 控制时，使用 0.02 的公差31尺寸解读尺寸界限 除非特别注明，尺寸界限描述了形体所允许的形状及大小的变差。形状变差(公差原则 1：包容原则)当只有一个尺寸公差时，该公差同时限制了形体的大小和形状。(尺寸
29、公差包容形状公差)尺寸形体的表面不能超出最大实体状态时完美边界。该边界是由图纸定义的正确几何形状。(最大实体原则)当尺寸形体在其最大实体状态时，不允许有任何形状的变差 当实际尺寸从 MMC 向 LMC 偏离时，该偏离量即是允许的形状偏差 在 LMC 时具有完美形状的要求不是默认的。因此当尺寸形体在 LMC 时，允许有偏离 LMC 边界的形状误差，最大的形状误差由 MMC 的完美边界决定。当形位公差用 LMC 修正时，要求尺寸形体在 LMC 时具有完美形状。轴孔最大实体时的完美边界最大实体时的完美边界32尺寸解读尺寸界限不受包容原则限制的情况：原材料：线材，管材，棒材，板材，型材或其它按工业或国
30、家标准生产的产品在非约束条件下具有自由状态 Free Status 变差的零件。在形体尺寸或注释旁标注有独立符号直线度或平面度用于形体的中心要素33形体间的关系尺寸边界并不控制形体间的方向和位置关系(但控制大小和形状)图纸上显示相互垂直，同轴或对称的形体，其方向和位置公差应给予适当定义以保证图样的完整性。在要求形体间的关系在 MMC 处于完美状态时，可通过以下方式控制：标注值为 0 的 MMC 时的定向公差以控制形体的倾斜度，垂直度或平行度(适用时，基准也应以 MMC 修饰)标注值为 0 的 MMC 时的定位公差以控制形体的同轴度或对称度(适用时，基准也应以 MMC 修饰)以技术要求的形式统一
31、要求，如 PERFECT ORIENTATION(or COAXIALITY or LOCATION OF SYMMETRICAL FEATURES)AT MMC REQUIRED FOR RELATED FEATURES.相关联的形体在MMC时要求有完美的方向，同轴或对称形体的位置 ASME 标准没有未注形位公差，因此在图纸上必须注明默认垂直，同轴或对称形体形位公差，以保证图纸的完整性34尺寸解读尺寸界限连续形体(Continuous Feature-CF)连续形体的注释或其符号用于表示将两个或以上的一组形体视作单个形体尺寸解读尺寸界限所有形体共享一个MMC 完美边界连续形体符号35修正符用
32、于形位公差及参照基准形位公差值可用 RFS，MMC 和 LMC 修饰，参照基准可由RMB，MMB 和LMB 修饰。36圆跳动，全跳动，同轴度，线轮廓度，面轮廓度，圆度，圆柱度和对称度公差只用于 RFS，不能用 MMC 或 LMC 修正。应用 RFS 时，形位公差独立于被测形体尺寸。形位公差值恒定在给定的数值而与被测形体的非关联实际包容体的大小无关。应用 MMC 时，给定形位公差是指被测形体的非关联实际包容体在 MMC 时的公差值。当被测形体的非关联实际包容体的大小从 MMC 向 LMC 偏离时，其偏离量可被补偿到给定的形位公差上。当被测形体的非关联实际包容体在 LMC 时，允许的形位公差最大。
33、应用 LMC 时，给定形位公差是指被测形体的非关联实际包容体在 LMC 时的公差值。当被测形体的非关联实际包容体的大小从 LMC 向 MMC 偏离时，其偏离量可被补偿到给定的形位公差上。当被测形体的非关联实际包容体在 MMC 时，允许的形位公差最大。尺寸解读尺寸界限根据产品的功能，形体由其尺寸公差及相关的形位公差及其修正符(RFS，MMC 或 LMC)来控制。为决定装配间隙，检具尺寸时应考虑使用 MMC为确保接触面积，最小壁厚时应考虑使用 LMC为控制中心点，中心轴及中心平面时，应考虑使用 RFS尺寸解读边界条件37尺寸解读边界条件MMC 时孔类零件在MMC时的实效状态及合成状态边界38尺寸解读边界条件LMC 时孔类零件在LMC时的实效状态及合成状态边界39尺寸解读边界条件孔类零件在RFS时的内部边界和外部边界40RFS时尺寸解读边界条件MMC时轴类零件在MMC时的实效状态及合成状态边界4
