部分常用形位公差实际应用初探.doc

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1、部分常用形位公差实际应用初探周小飞 (无锡宏大纺织机械专件有限公司，江苏无锡214062)机械工程师2019年第12期 P154-156摘要：结合图例详细论述了部分常用形位公差在设计和生产实践中的应用、测量以及误区等，在活学活用形位公差和深刻理解形位公差方面作了一些有益的探讨。关键词：形位公差；实际应用：关系：测量中图分类号：TH126 文献标识码：A 文章编号：10022333（2019）120154-03l形状公差在实际运用中，一般没有特殊要求时，标注了圆柱度就没有必要再标注圆度或直线度了。如果一定要单独标注圆度、直线度，则其公差值必须小于圆柱度公差值(见图1)，以表示在设计上对径向或轴向

2、形状公差提出进一步的要求。如若单独标注的圆度或直线度公差值t1大于圆柱度公差值t2，而圆柱度公差本身要求其所包容的圆度、直线度公差值均需t1，这样就与t2t1产生矛盾，不可能同时满足二者，致使单独标注的圆度或直线度公差失去了意义，属于无效的不合理标注(见图2)。圆柱度的检验要求较高，通常用圆度仪(或其它类似仪器)或配备计算机的三坐标测量装置检测。如果缺少这些装置，则最好不要在图样中采用圆柱度，此时可分别用圆度和圆柱面素线的平行度组合来代替圆柱度使用(见图3)。我公司专业生产高速回转类纺织机械专件产品，如各种轴承，其核心零件如芯轴、轴壳、滚柱、外圈等对外圆的形状要求很高，精度都精确到0.001m

3、m，考虑我公司的生产和检测现状，在图样设计中普遍采用了圆度加圆柱面素线平行度的组合手段来有效地控制该类零件的形状公差，取得了良好的成效。需要注意的是，当用圆度和平行度组合来代替圆柱度时，应根据圆柱体的长径比确定图度公差值与平行度公差值。若设圆柱体长度为L，直径为D，则：(1)当圆柱体长度大于其直径时(LD)，素线平行度公差值必须大于其圆度公差值，见图4(a)。(2)当圆柱体长度等于其直径时(L=D)，素线平行度公差值必须等于其圆度公差值，见图4(b)。(3)当圆柱体长度小于其直径时(LD)，素线平行度公差值必须小于其圆度公差值，见图4(c)。圆度的检测相对圆柱度来讲，对测量设备的要求较宽：(1

4、)对于图4(a)所示情况，以长轴类零件为例，圆度通常用轴承检查仪或类似仪器配用扭簧比较仪进行测量，关键只要保证要测量的外圆的轴线同量仪的回转轴线一致，同时固定轴向位置即可；而素线平行度一般用杠杆千分尺测量其头、尾两个位置X、Y方向的直径差，取其最大值即可，此法一般要按轴的名义尺寸做一根标准芯棒，以作调校杠杆千分尺之用。(2)对于图4(b)、(c)所示情况，以圈、套类零件为例，圆度通常用自制的外圆量仪配用扭簧比较仪进行测量，同样只要保证要测量的外圆的轴线同量仪的回转轴线一致，同时固定轴向位置即可；素线平行度的测量基本同上，当然也可用千分表配置自制测量座等方法进行测量。以上圆度测量方法需要运用测量

5、特征参数原则来测量圆度误差，典型的即我们在生产中广泛应用的“两点三点法”，该法的优点是设备简单，测量方便。运用两点、三点法测量圆度误差从理论上讲，先要假定被测对象具有正弦波动的特性，即零件表面呈“弧边形”，生产上常称其为棱圆，弧边数称之为棱数(包括二棱的椭圆)，实际上被测对象的外表面往往是很复杂的，会出现二棱、三棱、五棱或不规则的情况。因此，两点和三点测量法所反映的圆度误差是一种近似值。两点测量法也称直径法，是在测量平面内按多个方向测量直径的变化情况，找到最大差值。但两点法只能反映偶数棱的圆度误差，根据被测对象为正弦波动的假设，对于正奇数棱的状态就不能反映出来，因此若单独运用两点法测量，在测量

6、前必须已知被测表面为偶数棱，否则测量结果将不可靠。当已知被测对象为偶数棱，设两点法测得的直径最大差值为，Fmax，则圆度误差f为：f= Fmax/2。实际测量可用接触式测量(百分表、内径表、内径尺、外径千分尺)，也可用非接触式的如气动量仪等，两支承之一可采用可调式支承，这样可实现快速对准(见示意图5)。三点测量法一般可分为顶点式测量法和鞍式测量法两类，其中顶点式测量法应用较多，而鞍式测最法常用于测量大直径零件。两种方法下被测件回转一周中仪器所示读数的最大差值，都不是被测对象的圆度误差。圆度误差f实际为：f=F/K，K为校正系数。以顶点式为例，其实际测量可用接触式或非接触式(见图6、7)。接着，

7、我们再以顶点式为例具体的探讨一下如何实施“两点三点”测量法：(1)上面公式中提到的系数K与被测对象的棱数n，与测量装置的两固定支承间的夹角a，以及测量方向的倾斜角度b有关，根据选择a及b的基本原则，一般推荐使用a为60、72、90、108、120，a/b为12060、6030。(2)两点和三点联合测量法是指对同一被测对象用一个二点测量装置和两个具有不同a角度的三点测量装置一起进行测量，或用一个二点测量装置和一个三点测量装置进行测量。运用两点和三点联合测量法，不仅可以获得足够大的校正系数K，而且对于不同棱数n,绝大部分具有相同的校正系数K。(3)对于顶点式对称装置。可以采用下列符号表示各种测量装

8、置：3S60，3S72，3S90，3S108，3S120；对于顶点式非对称装置。可用3S12060、3S6030。其中的3表示三点测量法，S是Summit(顶点式)的缩写。(4)联合测量法，常用的组合有：2+3S90+3S120，2+3S72+3S108，2+3S 12060，2+3S6030，2+3S60等。(5)以无心磨削的轴类零件圆度检测为例，选取：2+3S72+3S108方案，若测量结果为：二点测量F1=1mm，3S72测量F2=8mm，3S108测量F3=3mm，则圆度误差：f= Fmax/2=82=4mm。我们来看一下该法的测量误差：通常无心磨床加工的零件以三棱圆形情况为多，故n=

9、3时，K值可查得为：二点测量K=0，三点测量(3S72)K=2.62，置点测量(3S108)K=1.38，因此理论上：f=FK=82.62=3mm所以测量误差：f=4-3=1mm。2 位置公差针对同一要素给出的形状公差值通常应小于位置公差值才合理，否则所标注的位置公差在测量时极易造成误判!见图8。21 定向公差(关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量)211平行度平行度是指零件上的被测要素(面或直线)相对于基准要素(面或直线)平行的程度，平行度公差一般有四种情况。即线对线、线对面、面对线、面对面。其中的线对线具有很强的方向性，又分在一个方向、相互垂直的两个方向和任意方向三种!因此在实际设计标

10、注中，稍不留心就会使标注的平行度公差要求与自己的本意失之毫厘，谬以千里。以线对线为例(见图9)，其中(a)、(b)表示一个方向的两种情况，(c)表示互相垂直的两个方向，(d)表示任意方向的情况。212垂直度图10(a)、(b)表示允许的公差带在指定方向上的两平行平面之间，而图10(c)表乐允许的公差带在一个直径为F0.1的垂直于基准平面的圆柱面内，因此其测量的方法与要求也是有区别的。需要注意的是，对于面对面、面对线两种情况，要测出理想状态下被测面内各点的数值是不现实和不实际的，我们需要根锯零件表面的尺寸和精度等情况来定应该测量多少个点，一般来讲需在被测表面内按X、Y，两个方向来选点测量，如用带

11、指示器的测量架分别沿X、Y两个方向移动指示器，并记取最大与最小读数之差即为垂直度误差；对于线对线，线对面方法类同平行度，只是所选基准不同而已，另对于上图10(c)所示任意方向的情况，在生产现场为了简化测量，可仅在相互垂直的两个方向(X、Y)上测量，即我们常说的测量特征参数原则(见图11)。(1)测量殳备：方箱、平板、高度游标卡尺、杠杆百分表；(2)测量方向：X、Y两个方向；(3)测量方法：在Y向测量距离为L2的两个位置上测得数值分别为M1、M2，则Y向垂直度误差为fy=M1-M2；(4)综合X、Y两方向误差，取其较大值作为该零件的垂直度误差。22 定位公差(关联实际要素对基准在位置上允许的变动

12、全量)这里笔者选取比较典型的同轴度来谈一谈。同轴度公差带有两种情况，其一为点的同心度公差，其公差带为一与基准圆心同轴的圆区域，在一般机械制造企业中不常用到；其二为轴线的同轴度公差，其公差带为一与基准轴线同轴的圆柱面区域，在设计要求中很常见。对于轴线同轴度公差要求，在标注中若不加注意也会出现一些小错误(见图12)，图12(b)、(c)、(d)三种情况足由于对同轴度公差理解不深而引起的，值得注意。同轴度的榆验也较为灵活、简单，可以根据零件的结构情况使用各种专业检测设备如圆度仪、三座标测量装备等，也可以自行设计适用生产、检验现场使用的自制量具。比较常见的有，测以外圆为基准的轴类零件时采用平板、V型块

13、、带指示器的测量架组合；测以内孔为基准的零件时采用综合量规或自制测量座、带指示器的测量架组合等，要求不高时甚至可用游标卡尺检验壁厚差的方法来间接检验同轴度。23跳动公差(关联实际要素绕基准轴线回转一周或连续回转时所允许的最大跳动量)跳动公差按其特点一般分为圆跳动和全跳动两种。这里我们主要分析一下比较常用的径向圆跳动公差，径向圆跳动公差是一项综合性公差，它一般可以控制同轴度误差，同时也包含了圆度误差，你会发现在部分情况下其测量方法与同轴度的测量方法相似或一样。我们可以假设，当被测圆柱面的轴线与基准轴线同轴时，由于被测要素存在圆度误差，因此必然会出现径向圆跳动误差；当被测要素为理想圆，但存在同轴度

14、误差时，也会出现径向圆跳动误差。由此可见，只要存在同轴度或圆度误差。就必然存在径向圆跳动误差。径向圆跳动公差既可应用于外圆控制，也可应用于内孔控制。因其具有综合性。故对同一被测表面，若采用了径向圆跳动公差，如无更进一步的要求，一般无需再标注同轴度或圆度，其同轴度或圆度误差必然满足径向圆跳动公差的要求(见图13)。另外，径向圆跳动公差是用于控制零件的外圆表面或内例表面的位置公差的，是实实在在、看得见摸得着的。笔者经常发现这样的标注 (a)标注合理(b)标沣不合理图14径向圆跳动标注示例(见图14)，虽是点滴之差，却是天壤之别。图14(a)足正确的合理的标注，其含义为该被测圆柱面绕基准轴线作无轴向移动的回转时，在任一测量面内的径向跳动量均不得大于公差值0.05；而图14(b)的被测对象变成了该外圆的中心轴线，由实体外圆变成了虚拟的轴线，因此是没有实际意义的、是不恰当的。第 10 页