基礎篇：6.1）公差標註的進化

本章目的：明確圖紙公差標註優化方向，理解爲何須要GD&T。

 

1.公差標註規範的時間軸

 

這個只是做者劃分的簡單時間軸。

簡單來講，就是公差標註方法愈來愈完善。 

1.1 一階段：尺寸公差標註只在標題欄

第二次世界大戰前，沒有GD&T, 公差只出如今工程圖紙的標題欄。

這種標註方法的意思是，這個圖紙上全部的尺寸，不論大小，公差都是一致的，如標題欄所示。顯然，這種標註方法不合理的地方不是一點半點。以下圖所示。

 這種公差表示方法如今在機械仍然在使用，至少標題欄標註法變種做者是實際見識過的。如大型的鈑金件等。

1.2 二階段：線性尺寸公差標準

 

做者也不知道這個階段是怎麼開始的。

反正確定是一羣機械設計的人員，以爲標題欄的公差標註方法，既不能表達設計要求，又不能體現製造水準，並且問題很大（尺寸1000和尺寸0.1的公差不可能同樣），因此制定了一系列的線性尺寸標註規範。

這也是如今尺寸公差標註的主流用法。

這是公差標註系統的第一個重要的升級。至關於Windows升到了XP同樣。

1.3 三階段：形位公差（GD&T）標註

又過了一段時間，你們發現線性尺寸公差的標準也有不少問題。好比基準不明確，不能有效表達設計意圖等。

這些問題帶來的後果就是製造出一堆的錯誤產品，或沒必要要地增長了制形成本。

因而，又有一羣工程師追加制定了一套公差標註規範，就是形位公差的標註規範。

 這是公差標註系統的第二個升級。

GD&T至關於現有公差標註系統的一個大補丁。

1.4 現階段圖紙公差標註所處的階段

如今國內的圖紙，大多數都處於線性標註階段，形位公差剛剛被導入，做爲關鍵或重要尺寸的控制手段來標註。

但不少國外的圖紙倒是大量採用形位公差的標註來取代線性尺寸的標註。

恐怕這種狀況和形位公差的設計和檢測並不是如此簡單有關。

做者有時候感受如今的形位公差和困難時期的肉類食品同樣的狀況。

1.5 形位公差標註是否能徹底取代線性尺寸公差的標註

這個要看設計的本質了。

從做者的角度而言，這實際上是徹底能夠的。雖然沒有這個必要。

但主要是工程師的觀念上，還有製造、裝配、檢測等設備問題上，是否能跟上這種變化。

還有就是有些時候，線性尺寸的標註比形位公差更加符合設計要求。

2.形位公差的本質需求

線性公差與形位公差差異在哪裏，請比較下面兩個問題。

①A與B的距離是多少？

這種回答兩個特徵間距離的問題，就是線性公差。A與B並無差異，我只是想要兩個平等特徵的距離。

②B距離A多少？

這時候就有差異。

問題②就是回答形位公差的本質（我須要基準）。

咱們會默認A是基準，B是須要測量的目標，而問題①就不會有這種狀況。

若是你在設計時候碰到問題①，請用線性公差。

若是碰到問題②，請用形位公差。雖然比較難用。

雖然在線性公差階段也有必定基準的概念，但這種概念比較難以獲得認同，形位公差就不一樣了，它是有基準符號的。

3.公差標註進化過程

3.1 形位公差標註的題面

做者找了一道網上比較好的講解實例。

題面以下：

以下圖所示，零件A經過零件B的a，b兩個導入面，保證零件B的圓柱插入零件A的孔中。繪製零件A的圖紙，標註公差。

關於網上摘的這個實例，做者有兩點須要吐槽的:

①零件的導入特徵設計很爛，爲何要用兩個面來保證柱子的順利插入？通常用兩根圓柱不是更好麼。還有孔軸配合最好都加倒角（DFA章節）。

做者老是認爲，特徵的優化比公差的優化更好；

②網上不少培訓資料，都用這個題目來說述形位公差標註的優勢，卻忽視了基本的題面講述，這是十分不合理的。沒有題面的描述，就等於沒有設計要求，更何來形位公差。

3.2 形位公差標註優化的過程

3.2.1 線性尺寸的標註

 

這是最多見的標註方式，用線性尺寸標註公差帶。它所要表達的意義是，孔的中軸線的公差帶是一個邊長爲0.7的正方形。

但這種常見的線性標註方式有她本身的缺陷：

1）基準不明確

如圖1所示，線性尺寸15的意義的底面與中軸線的距離是15，表明的兩個特徵間的距離。但實際中是以底面爲基準，控制中軸線的公差帶？或是以中軸線爲基準，控制底面的公差帶？仍是兩個特徵分一點公差帶？

這個是線性尺寸標註方法沒法避免的錯誤。線性尺寸一般沒法指明控制一個特徵的公差帶，它表示的是兩個特徵間的距離。

2）公差帶形狀不合理

就算咱們默認15,25兩個線性尺寸控制的孔中軸線的公差帶。那麼如圖1所示，線性尺寸控制了一個邊長爲0.7的正方形公差帶。但這個公差帶最長距離其實是對角線，爲1。

咱們在設計時，其實是先得出須要的對角線的最大距離1，而後算出邊長0.7。最後把邊長0.7分配給尺寸，變成的標註的15±0.35，25±0.35。

這顯然是不合理的，咱們須要的是孔中軸線在一個直徑爲1的圓的公差帶，而不是一個正方形的公差帶。由於這個形成浪費。

 

3.2.2 形位公差的標註1-方形公差帶

經過形位公差的幫助，咱們能夠一個一個解決以上的問題。（雖說理解了基準的概念後，一開始就用形位公差是最好的）

首先，咱們須要解決基準不明確的問題。如圖2所示：

 

可是仍然存在公差帶形狀不合理的問題，咱們接着利用形位公差優化。

3.2.3 形位公差的標註2-圓形公差帶

如圖3所示：

這個時候形位公差的公差帶就是直徑爲1的圓，且基準明確。那邊初步的設計要求已經達成了。

但GD&T的標準已經更進一步，爲咱們提供更加更加寬鬆的公差帶。那

就是各類關聯原則的補償做用。

3.2.4 形位公差的標註3-線性公差對形位公差的補償

首先，咱們來分析設計題面。

爲便於講解，此時假設零件B圓柱直徑的大小爲φ18，位置度爲0。極限狀況時，零件A的孔最小，位置度公差最偏時，能夠知足裝配要求。

那麼，這個時候的孔直徑是φ19，位置度公差是1。符合上面的形位公差標註。

但這個時候，

當零件A的孔是φ20時，位置度公差爲2時；或，

當零件A的孔是φ21時，位置度公差爲3時；

也能安裝。就是說當孔變大了，那麼就算是孔作偏了一點，也是能夠安裝的。以下圖所示：

爲了避免使這些位置度過大的好零件被檢測人員扔到垃圾桶，咱們就須要運用形位公差的關聯原則了。將多餘的線性尺寸公差補償到形位公差。

如圖4所示：

 

3.2.5 形位公差的標註-形位公差對線性公差的逆向補償

再後來，咱們發現，一樣針對上述題目。

此時仍然假設零件B圓柱直徑的大小爲φ18，位置度爲0。

但這個時候，

當零件A的孔是φ18時，位置度公差爲0時；或，

當零件A的孔是φ18.5時，位置度公差爲0.5時；

也能安裝。就是說當孔位置度作的很好，哪怕孔作小一點，也是能夠安裝的。

以下圖所示：

 

 

爲了避免使這些尺寸太小的好零件被檢測人員扔到垃圾桶，咱們就又須要運用形位公差的可逆原則了。將多餘的形位公差補償到線性尺寸公差。

如圖5所示：

3.2.6 形位公差的標註-補償值爲從0開始的意義

後來，咱們必須反思，爲何要標註這麼複雜的形位公差，補償來補償去，就不能簡單一點麼？

哦，原來一開始位置度和線性尺寸公差遵照獨立原則，各不相干。但有了關聯原則，因此越搞越複雜。

但！如今咱們如今須要簡化。

反思圖5的公差標註，咱們發現，圖5的形位公差標註就是包容原則，即形位公差爲0時的最大實體原則。

如圖6所示：

 

圖5的公差帶和圖6徹底一致。

因此，對於軸孔裝配，咱們首先就要想到包容原則。利用包容原則來做圖，纔不會搞成圖5那麼複雜的補償。

要知道，SolidWorks2018裏面都沒有可逆原則R的符號的。

3.3 特徵的優化設計

在DFA章節中，咱們已經學過，使用點或線與平面配合的方式代替平面與平面的配合方式，避免平面的變形或者平面較高的粗糙度阻礙零件的順利運動，從而能夠對零件的平面度和粗糙度容許寬鬆的公差。

因此最好的優化方式，是將用零件A、B的導向配合方式，改成圓柱與孔的導向配合。 這樣能更有效地放寬公差。而在此基礎上，再進行形位公差的標註，就能對零件設計進行二次優化，從而獲得最寬鬆的製造要求。

常見的例子如注塑、鈑金的模具，都是用圓柱與孔的導向配合方式的。

因此在標註形位公差前，最好先用用DFMA。