互换性与测量技术第八讲.ppt

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1、形位误差的检测第第4章形位公差与检测章形位公差与检测 本章要点基本概念 形位公差与误差形位误差与尺寸公差的关系形位公差的选择1 43形位误差的检测形位误差的检测v 431最小条件最小条件 431最小条件最小条件 形位误差的评定应符合最小条件，这是国际标准和世界各工业形位误差的评定应符合最小条件，这是国际标准和世界各工业国家的标准共同规定的。国家的标准共同规定的。GBT1958 1980中规定最小条件是中规定最小条件是指指被测实际要素对其理想要素的最大偏离量为最小时的状态。被测实际要素对其理想要素的最大偏离量为最小时的状态。由由于被测要素不仅可能是轮廓要素还可能是中心要素，因而进一步于被测要素不

2、仅可能是轮廓要素还可能是中心要素，因而进一步规定规定“最小包容区域最小包容区域”是必要的，是必要的，即当实际要素对其理想要素最即当实际要素对其理想要素最大偏离量为最小时，也就是在理想要素的方面包容被测要素所形大偏离量为最小时，也就是在理想要素的方面包容被测要素所形成最小区域的直径或宽度为最小时，按最小条件评定得出的误差成最小区域的直径或宽度为最小时，按最小条件评定得出的误差值是模拟实际生产中参与工作状况的实际误差量。值是模拟实际生产中参与工作状况的实际误差量。任何不按最小任何不按最小条件评定原则测得的误差值都是偏大的值，而按最小条件评定零条件评定原则测得的误差值都是偏大的值，而按最小条件评定零

3、件要素则可达到最大限度地通过合格检验这一现代化生产的目的。件要素则可达到最大限度地通过合格检验这一现代化生产的目的。23 图图42是给定平面内的直线度误差及评定结果。是给定平面内的直线度误差及评定结果。被测的实际线上的各点相对其理想直线的最大变被测的实际线上的各点相对其理想直线的最大变动量，几何理想直线如何确定，直接关系到误差动量，几何理想直线如何确定，直接关系到误差的数值。标准中规定必须符合最小条件，的数值。标准中规定必须符合最小条件，即用两即用两条平行的直线包容被测线，使其间的距离为最小条平行的直线包容被测线，使其间的距离为最小即形成最小包容区域。即形成最小包容区域。此两平行线之一此两平行

4、线之一(图中图中A1一一B1)为几何理想直线。针对这一实际要素可作为几何理想直线。针对这一实际要素可作多条几何理想直线如多条几何理想直线如A2B2，A3一一B3等等，等等，但符但符合最小条件的只有一条线即合最小条件的只有一条线即A1一一B1(因为因为h1 h2 h3，它既包容了实际要素又使其间的距离为，它既包容了实际要素又使其间的距离为最小，因此最小，因此h1为直线度误差为直线度误差)。4 2平面度平面度 图图43是平面度误差及评定结果。是平面度误差及评定结果。5 被测实际表面上的各点相对其理想平面的最大变动量为平被测实际表面上的各点相对其理想平面的最大变动量为平面度误差，它应等于或小于给定的

5、公差值。面度误差，它应等于或小于给定的公差值。几何理想平面的方向必须符合最小条件，几何理想平面的方向必须符合最小条件，即两个平行平面即两个平行平面包容被测面，并使其距离为最小。此两平行平面之一即为理包容被测面，并使其距离为最小。此两平行平面之一即为理想平面。想平面。从图从图43可以看出，包容被测面的理想平面可以有多个，可以看出，包容被测面的理想平面可以有多个，图中只示出图中只示出A1，B1，C1，D1，和，和A2，B2，C2，D2。两个平。两个平面。还可以有多种情况，但面。还可以有多种情况，但符合最小条件的只有一个理想平符合最小条件的只有一个理想平面即面即A1，B1，C1，D1。它既包容了被测

6、平面，叉使两平行平。它既包容了被测平面，叉使两平行平面问的距离为最小。面问的距离为最小。h1即为平面度误差即为平面度误差。6 图图图图4444是零件圆截面实际轮廓的圆度误差及评定结果。包容实是零件圆截面实际轮廓的圆度误差及评定结果。包容实是零件圆截面实际轮廓的圆度误差及评定结果。包容实是零件圆截面实际轮廓的圆度误差及评定结果。包容实际圆作为一外包容圆，和与之同心的内包容圆形成一组同心圆。按际圆作为一外包容圆，和与之同心的内包容圆形成一组同心圆。按际圆作为一外包容圆，和与之同心的内包容圆形成一组同心圆。按际圆作为一外包容圆，和与之同心的内包容圆形成一组同心圆。按此条件，可作出多组包容实际圆的同心

7、圆。在图此条件，可作出多组包容实际圆的同心圆。在图此条件，可作出多组包容实际圆的同心圆。在图此条件，可作出多组包容实际圆的同心圆。在图4444中仅示出两组。中仅示出两组。中仅示出两组。中仅示出两组。最小条件要求既包容实际要素又使同心圆之间的半径差为最小最小条件要求既包容实际要素又使同心圆之间的半径差为最小最小条件要求既包容实际要素又使同心圆之间的半径差为最小最小条件要求既包容实际要素又使同心圆之间的半径差为最小。显。显。显。显然，以然，以然，以然，以C C2 2圆心定位的圆心定位的圆心定位的圆心定位的A A2 2同心圆间半径差同心圆间半径差同心圆间半径差同心圆间半径差r r2 2为最小，符合最

8、小条件，为最小，符合最小条件，为最小，符合最小条件，为最小，符合最小条件，此半径差的值此半径差的值此半径差的值此半径差的值r r2 2即为圆度误差即为圆度误差即为圆度误差即为圆度误差。7 4圆柱度圆柱度 图图45是圆柱零件的圆柱度误差及评定结果。是圆柱零件的圆柱度误差及评定结果。包容实际圆柱面作为一外包容圆柱面和与之同轴包容实际圆柱面作为一外包容圆柱面和与之同轴的内包容圆柱面，形成一组同轴圆柱面。按此条的内包容圆柱面，形成一组同轴圆柱面。按此条件可作多组包容实际圆柱面的同轴圆柱面，在图件可作多组包容实际圆柱面的同轴圆柱面，在图中示出了两组。中示出了两组。符合最小条件的一组同轴圆柱面是既要包容实

9、符合最小条件的一组同轴圆柱面是既要包容实际圆柱面，又应使两圆柱面之间的半径差为最小际圆柱面，又应使两圆柱面之间的半径差为最小 图中以图中以Z2为轴线半径差为为轴线半径差为r2的的A2圆柱面组符圆柱面组符合最小条件，合最小条件，圆柱度误差圆柱度误差r2。8 9 5位置误差位置误差 位置误差符合最小条件的要求主要是指基准位置误差符合最小条件的要求主要是指基准的放置应符合最小条件。位置公带则应按设计的放置应符合最小条件。位置公带则应按设计要求与按最小条件放置的基准呈给定的定向或要求与按最小条件放置的基准呈给定的定向或(和和)定位关系，如平行、垂直、同轴、对称、定位关系，如平行、垂直、同轴、对称、跳动

10、等。跳动等。实际基准要素与理想基准要素之间呈最小摆实际基准要素与理想基准要素之间呈最小摆动状态即可视作按最小条件放置，见图动状态即可视作按最小条件放置，见图46。位置公差带应按设计要求位置公差带应按设计要求(定向或定位定向或定位)相对于相对于基准，基准，将被测要素紧密地包容，其间距离即为将被测要素紧密地包容，其间距离即为其误差值其误差值。10 4 43 32 2检测原则检测原则检测原则检测原则 GBGBT1958-1980T1958-1980中规定了中规定了中规定了中规定了5 5种检测原则，这种检测原则，这种检测原则，这种检测原则，这5 5种种种种原则的次序是固定的，在检测方案中用数字原则的次

11、序是固定的，在检测方案中用数字原则的次序是固定的，在检测方案中用数字原则的次序是固定的，在检测方案中用数字1 1至至至至5 5表示。表示。表示。表示。5 5种检测原则编号的名称及示例见表种检测原则编号的名称及示例见表种检测原则编号的名称及示例见表种检测原则编号的名称及示例见表4 4一一一一1313。表表表表413 5413 5种检测原则种检测原则种检测原则种检测原则11 433各类要素的体现和建立 直正的实际被测要素无法确切获得，只能近似地体现，如圆柱面，难以直正的实际被测要素无法确切获得，只能近似地体现，如圆柱面，难以获得整个圆柱面的无限多的数据，只能以有限数据来体现；又如获得整个圆柱面的无

12、限多的数据，只能以有限数据来体现；又如轴线轴线，常用，常用心轴的轴线来模拟心轴的轴线来模拟而对于直线、平面、圆轮廓、圆柱面轮廓、曲线、曲面而对于直线、平面、圆轮廓、圆柱面轮廓、曲线、曲面等外轮廓要素可用采集一些等外轮廓要素可用采集一些特征点的方法直接获得特征点的方法直接获得并通过数据处理获得误差并通过数据处理获得误差值。值。常用的方法有用常用的方法有用指示器直接在被测要素上采样获得数据指示器直接在被测要素上采样获得数据。如。如测圆跳动、全测圆跳动、全跳动的误差值跳动的误差值。用传感器测头在被测要素上取点，所发出的脉冲信号通过转。用传感器测头在被测要素上取点，所发出的脉冲信号通过转换获得数据，如

13、圆度在实际测量中，采样点的点数及分布方法需根据被测对换获得数据，如圆度在实际测量中，采样点的点数及分布方法需根据被测对象的具体情况确定。象的具体情况确定。不是直接在被测的轮廓要素上采样而是不是直接在被测的轮廓要素上采样而是通过精确的测量器具来模拟被测要通过精确的测量器具来模拟被测要素素，如用瞄准靶沿被测要素移动，用准直望远镜对准，以此取得被测要素上，如用瞄准靶沿被测要素移动，用准直望远镜对准，以此取得被测要素上的数据的方法。这方法实际上就是用瞄准靶的靶心高低、模拟被测要素各点的数据的方法。这方法实际上就是用瞄准靶的靶心高低、模拟被测要素各点上的变化。上的变化。中心要素如轴线、中心平面等无法直接

14、获取，只能通过与其相应的被测要中心要素如轴线、中心平面等无法直接获取，只能通过与其相应的被测要素来得到。在相应被测要素上取点的方法常用于对大型零件轴、孔的轴线的素来得到。在相应被测要素上取点的方法常用于对大型零件轴、孔的轴线的测量，如船体尾轴、内燃机曲轴孔轴线的直线度，同轴度误差的检测等，而测量，如船体尾轴、内燃机曲轴孔轴线的直线度，同轴度误差的检测等，而对于中小零件轴、孔轴线的获取常用心轴来模拟对于中小零件轴、孔轴线的获取常用心轴来模拟(图图4 47(a)7(a)，对于槽类零件，对于槽类零件的对称中心平面常用定位块来模拟的对称中心平面常用定位块来模拟(图图4 47(b)7(b)。12 13

15、2理想要素的体现理想要素的体现 被测要素与理想要素相比较，以其变动被测要素与理想要素相比较，以其变动量为误差是工厂常用的，也是检测原则所量为误差是工厂常用的，也是检测原则所提出的方法。理想要素本身也必然带有误提出的方法。理想要素本身也必然带有误差，但相对被测要素误差可忽略不计。差，但相对被测要素误差可忽略不计。若理想要素为若理想要素为直线直线，常用，常用刀口尺、平尺、刀口尺、平尺、光束、水平面、精密平台、导轨、拉紧的光束、水平面、精密平台、导轨、拉紧的钢丝等测量器具来体现钢丝等测量器具来体现。若理想要素为平面，常用平晶、水平面，若理想要素为平面，常用平晶、水平面，光束扫描，精密平台，复合运动的

16、轨迹等光束扫描，精密平台，复合运动的轨迹等器具和方法来体现。器具和方法来体现。14 若理想要素为若理想要素为圆圆，常用仪器精密轴系的，常用仪器精密轴系的回回转轨迹、绕指定直线回转的运动轨迹、转轨迹、绕指定直线回转的运动轨迹、精密精密样件的样件的回转表面回转表面等来体现。等来体现。若理想要素为圆柱面，常用既绕精密轴系若理想要素为圆柱面，常用既绕精密轴系回转又沿轴线移动的运动轨迹、沿轴线回转回转又沿轴线移动的运动轨迹、沿轴线回转有限个有限个横截面内运动轨迹横截面内运动轨迹的组合来体现。的组合来体现。非圆曲线或曲面，常用标准样板或按理论非圆曲线或曲面，常用标准样板或按理论正确尺寸确定的点轨迹来体现。

17、正确尺寸确定的点轨迹来体现。若理想要素为点、轴线、中心平面、中心若理想要素为点、轴线、中心平面、中心线等则采用其相应轮廓线等则采用其相应轮廓(线、平面、圆、圆柱线、平面、圆、圆柱面面)获得的方法间接得到。获得的方法间接得到。15 3基准要素的建立和体现基准要素的建立和体现(1)基准要素的建立基准要素的建立 1)基准点的建立基准点的建立 由实际圆的理想圆的由实际圆的理想圆的圆心圆心作为基准圆的圆心。作为基准圆的圆心。由实际球的理想球面的由实际球的理想球面的球心球心作为基准球的球心。作为基准球的球心。2)基准线的建立基准线的建立 A 基准直线的建立基准直线的建立 由实际线或其投影线的由实际线或其投

18、影线的理想直线理想直线作为基准直作为基准直 线，并应符合最小条件，见图线，并应符合最小条件，见图48。图。图4 8(a)实际线呈凹形。图实际线呈凹形。图48(b)实际线呈凸实际线呈凸 形。形。B 基准轴线的建立基准轴线的建立16 17 由实际轴线由实际轴线(中心线中心线)作理想线，以此作作理想线，以此作为基准轴线为基准轴线(中心线中心线)。圆柱体的实体轴线为实际圆柱体各横截圆柱体的实体轴线为实际圆柱体各横截面测得轮廓的中心点的连线面测得轮廓的中心点的连线(图图49(a)。测量轮廓的中心点的连线是指从该轮廓的测量轮廓的中心点的连线是指从该轮廓的理想圆的圆心理想圆的圆心(图图49(b)根据实际轴线

19、按根据实际轴线按最小条件连接可得到基准轴线。最小条件连接可得到基准轴线。18 19 实际中心线是在给定平面内从两对应实际线上实际中心线是在给定平面内从两对应实际线上测得的各测得的各对应点连线中点所连成的线对应点连线中点所连成的线(图图410(a)或两实际中心面的交线或两实际中心面的交线(图图4一一lo(b)根据根据最小条件获得基准中心线。最小条件获得基准中心线。20c)公共基准轴线的建立 由两根实际轴线共同建立一个基准称公共基准轴线。它由两根实际轴线的公共理想线，即包容两实际轴线1和2的最小包容圆柱面的轴线，按最小条件获得的公共基准轴线，示于图41 1。21 3)基准面的建立 (a)单一基准平

20、面的建立：由实际表面的理想平面(符合最小条 件)建立基准平面(图412)。图412(a)为由实际基准要 素与理想平面在符合最小条件位置上建立模拟基准平面，这 种建立方法适用于凹形平面。图412(b)为采用辅助圆柱支 撑实际要素，在符合最小条件位置上建立模拟基准平面，此 方法适用于凸形平面。22(b)公共基准平面的建立：由两个实际平面共同建立一个基准，称公共基准平面，它由两 个实际表面的公共理想平面，即包容两实际平面且距离为最小 的两平行平面之一为公共基准平面(图4一13)。(c)基准中心平面的建立：由实际中心平面获得的理想中心平面为基准中心平面(图4一14)。23(d)公共基准中心平面：公共基

21、准中心平面：由两个实际中心面共同建立一个基准面称公共基准中心由两个实际中心面共同建立一个基准面称公共基准中心 平面。它由两个实际中心面的公共理想平面，即包容两平面。它由两个实际中心面的公共理想平面，即包容两 实际中心面实际中心面1和和2且距离为最小的两平行平面的中间平且距离为最小的两平行平面的中间平 面为公共基准中心平面面为公共基准中心平面(图图415)。24e)三基面体系的建立三基面体系的建立 三基面体系由三个互相垂直的理想平面组成，按功能三基面体系由三个互相垂直的理想平面组成，按功能要求和零件的结构特征确定其先后次序。首先确定第一要求和零件的结构特征确定其先后次序。首先确定第一基准平面也即

22、主基准平面，再依次建立第二和第三基准基准平面也即主基准平面，再依次建立第二和第三基准平面。此时，三基面的方式被完全和唯一地确定下来。平面。此时，三基面的方式被完全和唯一地确定下来。三基准平面也可由轴线或中心面建立。三基准平面也可由轴线或中心面建立。(a)由实际表面建立：第一基准平面由第一基准的实际表由实际表面建立：第一基准平面由第一基准的实际表面建立与该实际表面按最小条件获得的理想平面即第一面建立与该实际表面按最小条件获得的理想平面即第一基准平面。基准平面。第二基准平面，应垂直于第一基准平面并与第二基准第二基准平面，应垂直于第一基准平面并与第二基准的实际表面外表面接触，使该实际表面与第二基准平

23、面的实际表面外表面接触，使该实际表面与第二基准平面(理想平面理想平面)的偏离为最小。的偏离为最小。第三基准平面应同时垂直于第一基准平面和第二基准第三基准平面应同时垂直于第一基准平面和第二基准平面，并与第三基准的实际表面外表面接触。此时，第平面，并与第三基准的实际表面外表面接触。此时，第三基准平面与该实际表面的接触只能也只需要一点接触。三基准平面与该实际表面的接触只能也只需要一点接触。25图图416是由实际表面建立三基面体系的图例。是由实际表面建立三基面体系的图例。26(b)由实际轴线建立：由实际轴线建立：由实际轴线建立的基准轴线由实际轴线建立的基准轴线(理想轴线理想轴线)可看作是两个互相垂直平

24、可看作是两个互相垂直平面的交线面的交线(图图417)。如基准轴线作第一基准要素，则看作为第一基准平面与第二基准如基准轴线作第一基准要素，则看作为第一基准平面与第二基准平面的交线平面的交线(图图417 (a)。如基准轴线作第二基准要素，则看作为第二基准平面与第三基准如基准轴线作第二基准要素，则看作为第二基准平面与第三基准平面的交线。该基准轴线必须垂直于第一基准平面平面的交线。该基准轴线必须垂直于第一基准平面(图图417(b)。27(c)由实际中心面建立：由实际中心面建立：由实际中心面建立与由实际表面建立方法是一样的。图由实际中心面建立与由实际表面建立方法是一样的。图418示示出的实际中心面作第二

25、基准平面和第三基准平面的图例，图出的实际中心面作第二基准平面和第三基准平面的图例，图418为三基面体系的建立，为三基面体系的建立，A基面为第一基准平面，基面为第一基准平面，B基面是距离为基面是距离为y的的两实际面理想平面的中心平面。该两实际平面的理想平面必须垂直两实际面理想平面的中心平面。该两实际平面的理想平面必须垂直于第一基准于第一基准A面。面。C基面是距离为基面是距离为z的两实际面的理想平面的中心平的两实际面的理想平面的中心平面。该两实际面的理想平面必须同时垂直于面。该两实际面的理想平面必须同时垂直于A基面和基面和B基面基面。28 GBT1958-1980附录中给出了各项形位误差的附录中给

26、出了各项形位误差的检测方案，并给予编号，如检测方案，并给予编号，如31，表示第，表示第3种检测原种检测原则，第则，第1种方法。这个编号用于设计图样中需指定检种方法。这个编号用于设计图样中需指定检测方法时，标注在公差框格下方，如图测方法时，标注在公差框格下方，如图419所示。所示。附录中给出了附录中给出了108种检测方案，都是一些门常用的方种检测方案，都是一些门常用的方法。检测时，一般应选择其中的方案。但在附录以外法。检测时，一般应选择其中的方案。但在附录以外的检测方案，如能达到检测目的、获得正确的评定结的检测方案，如能达到检测目的、获得正确的评定结果时，也同样可以使用。果时，也同样可以使用。3-1示例中的所有图例均是示例中的所有图例均是示意性的，测量设备和精度可按具体要求选择。示意性的，测量设备和精度可按具体要求选择。说明中说明中“调直调直”、“调平调平”、“调同轴调同轴”等都是定等都是定性和大致上的，目的是使测量结果能接近评定条件或性和大致上的，目的是使测量结果能接近评定条件或简化数据处理。简化数据处理。29思考题4-230