确定形位公差的方法
驻马店广播电视大学邓建党
科技信息2008(16)P80～81
[摘要]本文通过对形状公差和位置公差各项目之间以及单项公差与综合公差之间关系的论述，确定了标注形位公差的方法。
【关键词】形位公差关系标注
国家标准(GB1182～1184－80，GB,1958－80)<形状和位置公差>包括形状公差——直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度；定向位置公差——平行度、垂直度、倾斜度；定位位置公差——同轴度、对称度、位置度；跳动公差——圆跳动、全跳动。这些项目中有些是单项公差，有些属于综合公差，虽然概念不同，但却有密切联系。在机械产品的设计过程中，合理地选择形位公差项目是保证零件使用要求，提高产品经济效益的重要方面。但是，经常可以见到一些机械图纸上的形位公差选择不合理，出现标注不当或重复标注的现象。这是由于技术人员对它的理解不同，造成应用上的混乱，给零件的制造和检测带来困难，因此，有必要深刻了解形状和位置公差之间的关系及如何标注形位公差。
1 形状公差和位置公差的关系
由于位置公差是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，而形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，关联要索的理想边界控制要素的实际位置和方向，也必然控制了该要素的形状误差。因此，在很多情况下。位置公差足能够控制形状误差的。所以，在确定形状公差和位置公差过程中，一旦位置公差给定后，当作用上已能够控制相应的形状公差，且能满足使用要求时。就不必再提形状公差的要求(见图1)。如果一定要标注形状公差，通常同一要素给出的形状公差值应小于位置公差值(见图2)。
2形状公差的标注
2．1圆柱度与圆度、直线度
圆度公差控制回转体垂直于轴线正截面内的形状误差；素线直线度公差控制圆柱体轴线方向截面内的形状误差；圆柱度公差用来控制任意截面和轴线方向截面的形状误差。因此，圆柱度公差控制了圆柱体横剖面和轴剖面内的各项形状公差，诸如圆度、轴线直线度，素线直线度等。使用时，一般标注了圆柱度就没有必要再标注圆度，直线度。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3)，以表示设计上对径向或轴向形状公差提出进一步要求。
从检测的角度来考虑，圆柱度的检测比圆度与直线度困难。所以，对于一般精度的圆
柱体零件，最好不要使用圆柱度，此时可分别用圆度和圆柱面素线的平行度来代替使用(见图4)。
2．2圆度与线轮廓度
圆度是限制实际圆对理想圆变动量的一项指标，其公差带是以公差值t为半径差的两同心圆之问的区域。线轮廓度是限制实际曲线对理想曲线变动量的一项指标。其公差带是包络一系列直径为公差t的圆的两包络线之间的区域，诸圆圆心应位于理想轮廓线上。从线轮廓度公差带(见图5b)可见，线轮廓度不仅要求它的轮廓形状正确。还有一定的尺寸要求。而圆度则不然，它只限制两同心圆的半径之差。至于两同心圆的直径大小没有要求。两同心圆的位置不确定。因此。标注了线轮廓度就可以完全控制圆度误差，而不必标注圆度。即线轮廓度可以取代圆度使用。一般对于圆曲线使用圆度比较直观、明确，尤其是在实际生产中圆度测量极为方便。而线轮廓度则专用于非圆曲线。
2．3圆柱体素线直线度与轴线直线度
圆柱体素线直线度公差用来控制圆柱面上素线的形状误差；轴线直线度公差用来控制圆柱体轴线的形状误差。尽管它们控制的被测要素不同，但它们之间是有联系的，即当圆柱体轴线存在直线度误差时，一定存在素线直线度误差。且素线直线度误差要大于轴线直线度误差。相反。当圆柱体上存在素线直线度误差时，圆柱体轴线直线度误差可能很小，甚至为零。因此，素线直线度公差可以控制轴线的直线度误差，而轴线直线度公差则不能控制素线直线度误差。所以，圆柱体零件如有直线度差公差要求时，多数标注素线直线度。但对于较长的圆柱体零件，当长度与直径之比大于8～10时，工艺上不易保证其轴线直线度，此时应给出轴线直线度公差。
3位置公差的标注
3．1定向位置公差与定位位置公差_
由于定位公差的被测要素总是同时存在位置、方向和形状误差，因此被测要素的位置、方向和形状的误差总是同时受到定位公差带的约束。因此，在保证功能要求的前提下，对被测要素给定了定位公差，通常对该被测要素不再给出定向和形状公差。
3．1．1同轴度与平行度
如图6中两轴线同轴度公差完全可以控制两轴线的平行度要求，因其控制了被测轴线对基准的平移、倾斜或弯曲。所以不必再标注两轴轴线平行度。
3．1．2位置度与垂直度
位置度是一项综合公差。在保证功能要求的前提下，对于被测要素给定了位置度公差，通常对被测要素不再给出定向和形状公差。如果对方向和形状有进一步精度要求时，则位
置度和定向公差同时给出，但定向公差必须小于位置度公差(见图7)
3．1．3位置度与同轴度、对称度
所有定位公差的项目可由位置度来取代标注(见图8、图9)。由此完全可以用位置度取代同轴度和对称度。由于在生产中对上述情况标注同轴度和对称度比标注位置度更直观明确，所以图样上标注同轴度和对称度更恰当．而位置度通常用于限制点、线的位置误差。
3．2径向和端面的圆跳动与全跳动
3．2．1径向圆跳动与径向全跳动
径向圆跳动的公差带是垂直于基准轴线的任意的测量平面内半径差为公差值t，且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域(见图10a)，其公差带限制在两维坐标(平面坐标)范围内。径向全跳动的公差带是半径为公差值t，且与基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域(见图10b)，其公差带限制在三维坐标(空间坐标)范围内。由于径向全跳动测量比较复杂，所以经常用测量径向圆跳动来限制径向全跳动。但是，为确保产品质量，应使径向圆跳动误差值小于或等于所要求的径向全跳动公值。
3．2．2 端面圆跳动与端面全跳动
端面圆跳动的的公差带在与基准轴线同轴的任一直径位置的测量圆柱面上沿母线方向宽度为t的圆柱面区域（见图11a）。端面全跳动的公差带是垂直于基准轴线，距离为公差值t的两平行平面之间的区域（见图11b）。可见，端面圆跳动仅仅是端面全跳动的一部分。在标注时，应该根据功能要求来确定是标注端面全跳动还是端面圆跳动。通常，只有当端面的平面度足够小时，才能用端面圆跳动代替端面全跳动。
3．3跳动公差与圆度、圆柱度、同轴度及垂直度
跳动公差带可以综合控制被测要素的位置、方向和形状。例如。端面全跳动公差带控制端面对基准轴线的垂直程度，也控制端面的平面度误差。径向圆跳动公差带控制横截面内轮廓中心相对基准轴线的偏离以及圆度误差。端面圆跳动公差控制测量圆周上轮廓对基准轴线的垂直程度和形状误差。当综合控制要素不能满足功能要求时，可进一步给出有关的公差，但其公差值必须小于跳动公差值(见图13)。在实际生产过程中，由于跳动测量简单易行，对于回转体常常用跳动公差代替同轴度，垂直度等。
总之，只有明确了形位公差各项目之间的关系，才能在标注零件的形位公差时做到最简洁、最明确、最实用，加工最经济，检测最方便。
参考文献
【1】甘永立．几何量公差与检测[M】．上海：上海科技出版社。1989：57—73
【2】周明贵．形位公差的合理确定[力．机械制造，1994．8：7—8