9幾何公差選擇及檢測(cè)

1、第9講,§ 幾何公差的選擇§未注幾何公差值的規(guī)定§ 幾何誤差的檢測(cè) 實(shí)驗(yàn)三 用合象水平儀測(cè)量直線度誤差,1、學(xué)習(xí)確定幾何公差值的方法及總原則2、掌握用類比法確定幾何公差值所必須考慮的關(guān)系3、了解未注幾何公差值的規(guī)定4、學(xué)習(xí)幾何公差的檢測(cè)方法5、掌握用合像水平儀測(cè)量直線度的原理和方法,教學(xué)目的、要求：,教學(xué)重點(diǎn)：確定幾何公差值的方法及總原則； 用類比法確定幾何公差值

2、所必須考慮的關(guān)系 幾何公差的檢測(cè)方法 用合像水平儀測(cè)量直線度的原理和方法教學(xué)難點(diǎn)：用類比法確定幾何公差值所必須考慮的關(guān)系 幾何公差的檢測(cè)方法,教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：,一、幾何公差的選用,（一）幾何公差項(xiàng)目的選擇：主要從被測(cè)要素的幾何特征、功能要求、測(cè)量的方便性和特征項(xiàng)目本身的特點(diǎn)等幾個(gè)方面來考慮。,幾何公差的選擇包括以下內(nèi)容：幾何公差項(xiàng)目的選擇，基準(zhǔn)要素的選擇，公差原則的選擇

3、和幾何公差數(shù)值的選擇。,總原則：在保證零件功能要求的前提下，應(yīng)盡量使形位公差項(xiàng)目減少，檢測(cè)方法簡(jiǎn)便，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。(1) 考慮零件的幾何特征(2) 考慮零件的使用要求(3) 考慮形位公差的控制功能 各項(xiàng)形位公差的控制功能不盡相同，選擇時(shí)應(yīng)盡量發(fā)揮能綜合控制的公差項(xiàng)目的職能，以減少形位公差項(xiàng)目。(4) 考慮檢測(cè)的方便性 確定公差項(xiàng)目必須與檢測(cè)條件相結(jié)合，考慮現(xiàn)有條件檢測(cè)的可能性與經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)同樣滿

4、足零件的使用要求時(shí)，應(yīng)選用檢測(cè)簡(jiǎn)便的項(xiàng)目。,（二）基準(zhǔn)的選擇：根據(jù)需要，可以采用單一基準(zhǔn)、公共基準(zhǔn)或三面基準(zhǔn)體系?；鶞?zhǔn)要素的選擇主要根據(jù)零件在機(jī)器上的安裝位置、作用、結(jié)構(gòu)特，力求使設(shè)計(jì)、工藝、檢測(cè)基準(zhǔn)一致。,（三）公差原則的選擇：應(yīng)根據(jù)被測(cè)要素的功能要求，充分發(fā)揮公差的職能和采取該公差原則的可行性、經(jīng)濟(jì)性。見書P96表4-6,(1) 基準(zhǔn)部位的選擇 選擇基準(zhǔn)部位時(shí)，主要應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)和使用要求，零件的結(jié)構(gòu)特征，并兼顧基準(zhǔn)統(tǒng)一等原則

5、進(jìn)行。 (2) 基準(zhǔn)數(shù)量的確定 一般來說，應(yīng)根據(jù)公差項(xiàng)目的定向、定位幾何功能要求來確定基準(zhǔn)的數(shù)量。 (3) 基準(zhǔn)順序的安排 當(dāng)選用兩個(gè)或三個(gè)基準(zhǔn)要素時(shí)，就要明確基準(zhǔn)要素的次序，并按順序填入公差框格中。,（四）、幾何公差值的選擇： 幾何公差值主要根據(jù)被測(cè)要素的功能要求和加工經(jīng)濟(jì)性等來選擇 。,1、公差值的選擇原則,2）各類公差值之間應(yīng)協(xié)調(diào) ①如圓柱形零件被測(cè)要素形狀公差（軸線直線度除外）應(yīng)小于同一要素

6、的尺寸公差值，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為1：3左右； ②同一要素的形狀公差值應(yīng)小于位置公差值，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為1：2左右； ③直線度、圓度、線輪廓度、圓跳動(dòng)等項(xiàng)目的公差值應(yīng)小于相應(yīng)的平面度、圓柱度、面輪廓度、全跳動(dòng)等項(xiàng)目的公差值。一般可差1～2個(gè)公差等級(jí)。,總的原則：在滿足零件功能的前提下，選取最經(jīng)濟(jì)的公差值。,1）、幾何公差值的確定方法有計(jì)算法（復(fù)雜）和類比法（常用）。,(1) 形位公差和尺寸公差的關(guān)系 一般滿足關(guān)系式

7、：T形狀<T位置<T尺寸(2) 有配合要求時(shí)形狀公差與尺寸公差的關(guān)系 T形狀＝K*T尺寸在常用尺寸公差等級(jí)IT5～I(xiàn)T8的范圍內(nèi)，通常取K＝25％～65％。,當(dāng)零件上某要素同時(shí)有形狀、方向（定向）和位置（定位）精度要求時(shí)，則設(shè)計(jì)中對(duì)該要素所給定的三種公差(T形狀、T方向和T位置)應(yīng)符合： T形狀＜T方向＜T位置,b) 形狀、方向和位置誤差評(píng)定的 最小包容區(qū)域：f形狀< f方向

8、< f位置,3）形狀公差與表面粗糙度的關(guān)系：一般情況Ra值為幾何公差值的20%～25% 4）公差值的經(jīng)濟(jì)性：兼顧加工可行性和經(jīng)濟(jì)性。加工難度大的項(xiàng)目可降低1～2個(gè)公差等級(jí)。 ①孔相對(duì)于軸；②細(xì)長(zhǎng)比大的孔和軸；③相隔距離較大的孔；④寬度較大的表面（大于1/2長(zhǎng)度）⑤線對(duì)線、線對(duì)面相對(duì)于面對(duì)面的平行度、垂直度公差。 5）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已對(duì)幾何公差作規(guī)定的按規(guī)定遵守。如與滾動(dòng)軸承相配的軸和孔等。,除線輪廓度、面輪

9、廓度以及位置度未規(guī)定公差等級(jí)外，其余11項(xiàng)均有規(guī)定。一般劃分為12級(jí)，即1～12級(jí)，精度依次降低，僅圓度和圓柱度劃分為13級(jí)，即增加了一個(gè)0級(jí)，以便適應(yīng)精密零件的需要。,2、幾何公差等級(jí)（GB/T1184-1996） P96~98 表4-7~4-11,表4-15同軸度、對(duì)稱度和跳動(dòng)公差常用等級(jí)的應(yīng)用舉例,示例——分析輸出軸的幾何公差值,1、Φ55j6圓柱面 從檢測(cè)的可能性和經(jīng)濟(jì)性，可用徑向圓跳動(dòng)公差代替同軸度公差。徑向圓跳動(dòng)參照

10、表4-15確定公差等級(jí)為7級(jí)，查書表4-10，其公差值為0.025mm。圓柱度參照表4-13確定公差等級(jí)為6級(jí)，查書表4-8，其公差值為0.005mm。,2、 Φ45m6 、Φ56r6圓柱面 參照表4-15確定公差等級(jí)仍為7級(jí)，查書表4-10，其徑向圓跳動(dòng)公差值為0.020mm、0.025mm。,3、軸肩公差等級(jí)取6級(jí)，查書表4-10，其軸向圓跳動(dòng)公差值為0.015mm。,4、鍵槽12N9和鍵槽16N9 參照表4-1

11、5確定公差等級(jí)取8級(jí)，查書表4-10，其對(duì)稱度公差值為0.02mm。,二、未注幾何公差值的規(guī)定 （了解）,為簡(jiǎn)化制圖，對(duì)一般機(jī)床加工就能保證的幾何精度，不必在圖樣上注出幾何公差，幾何未注公差按（GB/T1184-1996）規(guī)定執(zhí)行。見書表4-17至4-20。 未注直線度、垂直度、對(duì)稱度和圓跳動(dòng)各規(guī)定了H、K、L三個(gè)公差等級(jí)，在標(biāo)題欄或技術(shù)要求中注出標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)代號(hào)。如：“GB/T1184—K”。,未注圓度公差值等于直徑公差值，但

12、不得大于徑向跳動(dòng)的未注公差。未注圓柱度公差不作規(guī)定，由構(gòu)成圓柱度的圓度、直線度和相應(yīng)線的平行度的公差控制。未注平行度公差值等于尺寸公差值或直線度和平面度公差值中較大者。未注同軸度公差值未作規(guī)定，可與徑向圓跳動(dòng)公差等。未注線輪廓度、面輪廓度、傾斜度、位置度和全跳動(dòng)的公差值均由各要素的注出或未注出的尺寸或角度公差控制。,三、幾何公差的檢測(cè),（一）、幾何誤差的評(píng)定,1、“最小條件”——被測(cè)實(shí)際要素對(duì)理想要素的最大變動(dòng)量為最小。

13、 形狀誤差評(píng)定的基本原則。2、最小包容區(qū)域法——用兩個(gè)等距的理想要素包容實(shí)際要素，并使兩理想要素之間的距離為最小。,輪廓要素的最小條件,中心要素的最小條件,（二）、幾何誤差的檢測(cè)原則,1）與擬合（理想）要素比較的原則,2）測(cè)量坐標(biāo)值原則,3）測(cè)量特征參數(shù)原則,4）測(cè)量跳動(dòng)原則,5）控制實(shí)效邊界原則,1、與理想要素比較原則：將被測(cè)要素與理想要素相比較，量值由直接法或間接法獲得。 應(yīng)用最為廣泛的一種方法（基本原則），理想要

14、素可用不同的方法獲得，如用刀口尺的刃口，平尺的工作面，平臺(tái)和平板的工作面以及樣板的輪廓面等實(shí)物體現(xiàn)，也可用束光、水平面（線）等體現(xiàn)。,2、測(cè)量坐標(biāo)值原則：測(cè)量被測(cè)實(shí)際要素的坐標(biāo)值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理獲得幾何誤差值。 幾何要素的特征總是可以在坐標(biāo)中反映出來，用坐標(biāo)測(cè)量裝置（如三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、工具顯微鏡）測(cè)得被測(cè)要素上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值后，經(jīng)數(shù)據(jù)處理就可獲得幾何誤差值。該原則對(duì)輪廓度、位置度測(cè)量應(yīng)用更為廣泛。,3、測(cè)量特征參數(shù)原則：測(cè)量被測(cè)

15、實(shí)際要素具有代表性的參數(shù)表示幾何誤差值。 用該原則所得到的幾何誤差值與按定義確定的幾何誤差值相比，只是一個(gè)近似值，但應(yīng)用此原則，可以簡(jiǎn)化過程和設(shè)備，也不需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，故在滿足功能的前提下，可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用得較多。如：以平面上任意方向的最大直線度來近似表示該平面的平面度誤差；用兩點(diǎn)法測(cè)圓度誤差；在一個(gè)橫截面內(nèi)的幾個(gè)方向上測(cè)量直徑，取最大、最小直徑差之半作為圓柱度誤差。,4、測(cè)量跳動(dòng)原則： 被測(cè)

16、實(shí)際要素繞基準(zhǔn)軸線回轉(zhuǎn)過程中，沿給定方向或線的變動(dòng)量。 變動(dòng)量是指示計(jì)上最大最小值的差值。該方法簡(jiǎn)單，只限于測(cè)量回轉(zhuǎn)體幾何誤差。,徑向和端面圓跳動(dòng)測(cè)量,5、控制實(shí)效邊界原則：檢驗(yàn)被測(cè)實(shí)際要素是否超過實(shí)效邊界，以判斷被測(cè)實(shí)際要素合格與否。 一般是用綜合極限量規(guī)檢測(cè)提取要素是否超越實(shí)效邊界。用在被測(cè)要素按最大實(shí)體要求規(guī)定所給定的幾何公差。,用功能量規(guī)檢驗(yàn)同軸度誤差,（三）幾何誤差的檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理,形狀誤差的檢測(cè)只講直線度

17、的檢測(cè)，其余自學(xué)（見書P109-114）,例1：用合象水平儀測(cè)量一窄長(zhǎng)平面的直線度誤差，儀器的分度值為0.01mm／m，選用的橋板節(jié)距L＝200mm，測(cè)量直線度記錄數(shù)據(jù)見附表。若被測(cè)平面直線度的公差等級(jí)為5級(jí)，試用作圖法評(píng)定該平面的直線度誤差是否合格？,按國家標(biāo)準(zhǔn)GB1184—1996，直線度5級(jí)公差為25μm。誤差值小于公差值，所以被測(cè)工件直線度誤差合格。,此題即為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 P17 例題。,示例2：直線度測(cè)量及數(shù)據(jù)處理,用長(zhǎng)度為20

18、0mm的水平儀測(cè)量某機(jī)床床身導(dǎo)軌的直線度誤差，每200mm測(cè)一個(gè)點(diǎn)，8個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)為：0、+5、+5.5、-1、+1、-1、-0.5、+ 7μm。,解：（一）計(jì)算法——列表計(jì)算 Ai為各點(diǎn)測(cè)值，逐點(diǎn)累積再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后累積值中最大最小值絕對(duì)值之和為直線度誤差f。F=4.5+/-5/=9.5μm,2）按兩端點(diǎn)連線法 將圖中C近似看作實(shí)際要素的理想直線，求其兩側(cè)折線最高、最低點(diǎn)之間的縱向坐標(biāo)之和f=f1+f2=4.

19、5+5=9.5μm,1）根據(jù)最小條件求直線度誤差 由圖，1、7為最低點(diǎn)，3是最高點(diǎn)，過3做直線A平行于1、7連線B。則實(shí)際要素有高低相間三個(gè)點(diǎn)在兩平行直線上，此兩平行直線區(qū)域?yàn)樽钚“輩^(qū)域。 f”=7.5μm為直線度誤差。,當(dāng)所得結(jié)果超出直線度公差范圍或有爭(zhēng)議時(shí)，按最小條件評(píng)定,（二）圖解法：將所的的累積值按一定比例放大，標(biāo)在坐標(biāo)紙上，x坐標(biāo)每格代表200mm，y坐標(biāo)每格代表4μm。,0、+5、+5.5、-1、+1、-1、-0

20、.5、+7μm,加深對(duì)直線度誤差定義的理解、和直線度誤差的評(píng)定方法。2 .學(xué)習(xí)測(cè)量數(shù)據(jù)的后期處理。3．掌握用水平儀測(cè)量直線度誤差的方法。,（一）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?用用合象水平儀測(cè)量直線度誤差 。,（二）、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,四、實(shí)驗(yàn)三（用合像水平儀測(cè)直線度）,（三）、測(cè)量原理及計(jì)量器具說明,機(jī)床、儀器導(dǎo)軌或其他窄而長(zhǎng)的平面，為了控制其直線度誤差，常在給定平面（垂直平面、水平平面）內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。常用的計(jì)量器具有框式水平儀、合象水平儀、電子水平儀

21、和自準(zhǔn)直儀等。使用這類器具的共同特點(diǎn)是測(cè)定微小角度變化。由于被測(cè)表面存在著直線度誤差，計(jì)量器具置于不同的被測(cè)部位上，其傾斜角度就要發(fā)生相應(yīng)的變化。如果節(jié)距（相鄰兩測(cè)點(diǎn)的距離）一經(jīng)確定，這個(gè)變化的微小傾角與被測(cè)相鄰兩點(diǎn)的高低差就有確切的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過對(duì)逐個(gè)節(jié)距的測(cè)量，得出變化的角度，用作圖或計(jì)算，即可求出被測(cè)表面的直線度誤差。由于合象水平儀的測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大（±10 mm/m）、測(cè)量效率高、價(jià)格便宜、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，故在

22、檢測(cè)工作中得到了廣泛的采用 。,,外殼：底板1、殼體4 、內(nèi)部：杠桿2、水準(zhǔn)器8、兩個(gè)棱鏡7、測(cè)量系統(tǒng)〈9（微分筒）、10（螺桿）、11（放大鏡）〉以及放大鏡6,,,,,,使用時(shí)將合象水平儀放于橋板（圖2）上相對(duì)不動(dòng)，再將橋板放于被測(cè)表面上。,如果被測(cè)表面無直線度誤差，并與自然水平基準(zhǔn)平行，此時(shí)水準(zhǔn)器的氣泡則位于兩棱鏡的中間位置，氣泡邊緣通過合象棱鏡7所產(chǎn)生的影象，在放大鏡6中觀察將出現(xiàn)如圖1b所示的情況。但在實(shí)際測(cè)量中，由于被測(cè)表面

23、安放位置不理想和被測(cè)表面本身不直，導(dǎo)致氣泡移動(dòng)，其視場(chǎng)情況將如圖1c所示。,,,,,當(dāng)氣泡發(fā)生移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺桿10，使水準(zhǔn)器轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，從而使氣泡返回棱鏡組7的中間位置，則圖1c中兩影象的錯(cuò)移量△消失而恢復(fù)成一個(gè)光滑的半圓頭（圖1b）。測(cè)微螺桿移動(dòng)量s導(dǎo)致水準(zhǔn)器的轉(zhuǎn)角α（圖1d）與被測(cè)表面相鄰兩點(diǎn)的高低差h有確切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即h＝0.01Lα（μm） 式中 0.01——合象水平儀的分度值（mm／m） L——橋板節(jié)距（mm）

24、 α——角度讀數(shù)值（用格數(shù)來計(jì)數(shù)）,（四）、實(shí)驗(yàn)步驟,1. 量出被測(cè)表面總長(zhǎng)，確定相鄰兩點(diǎn)之間的距離（節(jié)距），按節(jié)距L調(diào)整橋板（圖2）的兩圓柱中心距 。,2.將合象水平儀放于橋板上，然后將橋板依次放在各節(jié)距的位置。每放一個(gè)節(jié)距后，要旋轉(zhuǎn)微分筒9合象，使放大鏡中出現(xiàn)如圖1b所示的情況，此時(shí)即可進(jìn)行讀數(shù)。 先在放大鏡11處讀數(shù)，它是反映螺桿10的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；微分筒9（標(biāo)有＋、－旋轉(zhuǎn)方向）的讀數(shù)則是螺桿10旋轉(zhuǎn)一圈（100格）的細(xì)分讀數(shù)

25、；如此順測(cè)（從首點(diǎn)至終點(diǎn)）、回測(cè)（由終點(diǎn)至首點(diǎn)）各一次。 回測(cè)時(shí)橋板不能調(diào)頭，各測(cè)點(diǎn)兩次讀數(shù)的平均值作為該點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。 必須注意，如某測(cè)點(diǎn)兩次讀數(shù)相差較大，說明測(cè)量情況不正常，應(yīng)檢查原因并加以消除后重測(cè)。,3. 為了作圖的方便，最好將各測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)平均值同減一個(gè)數(shù)而得出相對(duì)差(見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的例題) 。,4. 根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)差，在坐標(biāo)紙上取點(diǎn)。作圖時(shí)不要漏掉首點(diǎn)（零點(diǎn)），同時(shí)后一測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置是以前一點(diǎn)為基準(zhǔn)，根據(jù)相鄰差數(shù)取點(diǎn)的

26、。然后連接各點(diǎn)，得出誤差折線。,5. 用兩條平行直線包容誤差折線，其中一條直線必須與誤差折線兩個(gè)最高（最低）點(diǎn)相切，在兩切點(diǎn)之間，應(yīng)有一個(gè)最低（最高）點(diǎn)與另一條平行直線相切。這兩條平行直線之間的區(qū)域才是最小包容區(qū)域。從平行于坐標(biāo)方向畫出這兩條平行直線間的距離，此距離就是被測(cè)表面的直線度誤差值（格） 將誤差值（格）按下式折算成線性值（微米），并按國家標(biāo)準(zhǔn)GB1184—80評(píng)定被測(cè)表面直線度的公差等級(jí)。,,（微米）＝0.01L （