公差与检测(陈彩棠).ppt

品質工程部檢治具開發課 檢治具開發及管理崗位教育訓練課程 主講 陳彩棠日期 2008 10 25 課程名稱 公差與檢測 公差與檢測大綱 一 基本概念二 尺寸公差三 形位公差四 檢測 一 基本概念 一 加工誤差 在實際生產過程中 由於設備精度 刀具的磨損 測量誤差 以及操作者的操作水平等因素影響 相同規格零件的幾何參數不可能絕對準確 一致 我們把零件加工後幾何參數 尺寸 形狀和位置 所產生的差異稱為加工誤差 二 公差 零件幾何參數誤差的允許範圍叫做公差 包括尺寸公差 形狀公差 位置公差和角度公差 三 檢測 檢測包含檢驗與測量 1 檢驗 檢驗是指確定零件的幾何參數是否在規定的極限範圍內 並作出合格性判斷 而不必得出被測量的具體數值 2 測量 測量是將被測量與作為計量單位的標准量進行比較 以確定被測量的具體數值的過程 測量所用的工具為量具 二 尺寸公差 一 基本術語及定義1 尺寸 用特定的單位表示長度值的數字稱為尺寸 它表示長度的大小 由長度單位和數字組成 2 基本尺寸 D d 設計給定的尺寸稱為基本尺寸 一般由設計人員根據零件使用要求 通過計算或結構等方面的考慮 並按標準圓整後確定 3 實際尺寸 Da da 零件經加工後 通過測量所得到的尺寸稱為實際尺寸 在測量過程中總有測量誤差存在 因此實際尺寸並不一定是尺寸的真值 4 極限尺寸 允許尺寸的變動范圍的兩個界限值 最大極限尺寸 允許尺寸變化最大的界限值 Dmax dmax 最小極限尺寸 允許尺寸變化最小的界限值 Dmin dmin 例 如圖1 圖1軸的最大極限尺寸為29 980最小極限尺寸為29 965 5 極限偏差 極限尺寸減去其基本尺寸所得的代數差 其中 最大極限尺寸 Dmax dmax 與基本尺寸 D d 之差稱為上偏差 ES es 即 ES Dmax Des dmax d最小極限尺寸 Dmin dmin 與基本尺寸 D d 之差稱為下偏差 EI ei 即 EI Dmin Dei dmin d 6 尺寸公差 Th Ts 尺寸公差 簡稱公差 是指允許尺寸的變動量 最大極限尺寸 Dmax dmax 減去最小極限尺寸 Dmin dmin 的差值 即 孔公差Th Dmax Dmin ES EI軸公差Ts dmax dmin es ei 7 公差帶圖 公差帶圖由零線和公差帶兩部分組成 圖1所示 圖2 1 零線 在公差帶圖中 零線是確定偏差的一條基准直線 它是基本尺寸所指的線 是偏差的起始線 零線上方表示正偏差 零線下方表示負偏差 2 尺寸公差帶 在公差帶圖中 由代表上 下偏差的兩條直線所限定的區域稱為尺寸公差帶 簡稱公差帶 通常孔的公差帶用斜線填充 軸的公差帶用網點填充或空白 公差帶在垂直於零線方向上的寬度代表公差值 上面的線表示上偏差 下面的線表示下偏差 二 標準公差和基本偏差1 標準公差和公差等級 標准公差是指國家標准GB1800 79所規定的已標准化的公差值 它確定了公差帶的大小 1 在國家標準中用表格列出的 用以確定公差大小的任一公差稱為標準公差 其代號用IT表示 標準公差用查表法確定2 基本尺寸段 對于常用的小于或等于500mm的尺寸分為13段 3 公差等級是確定尺寸精確程度的等級 國家標準將公差等級公為20級 各級標準公差的代號為IT01 IT0 IT1 IT18 其中IT01公差等級最高 其余依次下降 IT18公差等級最低 2 公差等級的選擇 合理選擇公差等級主要是為了解決機械零件使用要求與制造工藝及成本之間的矛盾 基本原則 在滿足使用要求的條件下選擇低的公差等級 3 基本偏差 基本偏差指用以確定公差帶相對於零線位置的上偏差或下偏差 標准規定 以靠近零線的那個極限偏差作為基本偏差 如圖3 從上圖可看出 基本偏差用來確定公差帶的位置 標準公差用來確定公差帶的大小 國標對孔和軸分別規定28種基本偏差 如圖4所示 圖4 基本偏差代號為拉丁字母 大寫為孔小寫為軸 孔的基本偏差A B C ZA ZB ZC 軸的基本偏差為a b c za zb zc 其中H為基准孔 h為基准軸 4 公差代號 孔 軸的公差代號用基本偏差代號和公差等級代號組成 5 尺寸偏差的計算 先根據基本尺寸查表得出軸或孔的基本偏差值 然後再查表得出標準公差值 再用計算公式算出另一個極限偏差 如果基本偏差是上偏差 則 下偏差 上偏差 標準公差如果基本偏差是下偏差 則 上偏差 下偏差 標準公差 三 有關配合的術語及定義1 配合 配合是指基本尺寸相同 相互結合的孔 軸公差帶之間的關系 分為三大類 間隙配合 過盈配合和過渡配合 1 間隙配合 指孔的公差帶位於軸的公差帶之上 具有間隙 包括最小間隙為0 的配合 如圖5 最大間隙 Xmax Dmax dmin ES ei最小間隙 Xmin Dmin dmax EI es平均間隙 Xav Xmax Xmin 2 2 過盈配合 指孔的公差帶位於軸的公差帶之下 具有過盈 包括最小過盈為0 的配合 如圖6 最小過盈 Ymin Dmax dmin ES ei最大過盈 Ymax Dmin dmax EI es平均過盈 Yav Ymax Ymin 2 3 過渡配合 指孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊 可能具有間隙或過盈的配合 如圖7 圖7過渡配合 最大間隙 Xmax Dmax dmin ES ei最大過盈 Ymax Dmin dmax EI es平均間隙 或平均過盈 Xav 或Yav Xmax Ymax 2 或 2 配合代號 由孔 軸的公差帶的代號組成 寫成分數形式 分子為孔的公差帶代號 分母為軸的公差帶代號 如 3 基准制 基准制是指兩個相互配合的零件中的一個零件為基准件 並選定標准公差帶 而改變另一個零件 非基准件 的公差帶位置 從而形成各種配合的一種制度 包括基孔制和基軸制 1 基孔制 將孔作為基准件 而軸為非基准件的配合 孔的下偏差EI為基本偏差 其值為0 上偏差為正值 其公差帶偏置在零線上側 如圖8 基孔制配合中的孔稱為基准孔 圖8 2 基軸制 將軸作為基准件 而孔為非基准件的配合 軸的上偏差es為基本偏差 其值為0 下偏差為負值 其公差帶偏置在零線下側 如圖9 基軸制配合中的軸稱為基准軸 圖9基准軸 4 基準制的選擇 1 一般情況下應優先選用基孔制 這是因為以孔為基准可以減少孔用定值刀具和量具的數目 而加工軸的刀具多是不定值的 2 下列情況應選用基軸制 a 直接使用有一定公差等級而不再進行加工的冷拔鋼材 這些鋼材是按基准軸的公差帶制造 做軸 b 尺寸小於1mm的精密軸加工困難 常使用經過光軋成形的鋼絲直接做軸 c 根據結需要 在同一基本尺寸的軸上裝配不同配合要求的幾個孔件 3 與標准件配合 以標准件為基准件來確定采用基孔制還是基軸制 4 非基准制配合 是指相配合的兩零件既無基准孔H 也無基准軸h的配合 三 形位公差 一 基本概念1 幾何要素 幾何要素 簡稱要素 是指構成零件幾何特征的點 線 面 1 按結構特征分類 包括輪廓要素和中心要素 輪廓要素 構成零件外形的點 線 面各要素 中心要素 輪廓要素對稱中心所表示的點線 面各要素 如軸線 球心等 2 按存在狀態分類 包括實際要素和理想要素 實際要素 零件實際存在的要素 通常用測量得到的要素代替 理想要素 具有幾何意義的要素 它們不存在任何誤差 零件圖樣表示的要素均為理想要素 3 按所處地位分類 包括被測要素和基准要素 被測要素 圖樣上給出形狀或 和 位置公差要求的要素 是檢測的對象 基准要素 用來確定被測要素方向或 和 位置的要素 4 按功能關系分類 包括單一要素和關聯要素 單一要素 僅對要素自身提出功能要求而給出形狀公差的要素 關聯要素 相對基准要素有功能要求而給出位置公差的要素 2 形位公差的特征 符號和標注 國標將形位公差特征分為14種 3 形位公差的標注方法 公差框格由兩格或多格組成 兩格的一般用於形狀公差 多格的一般用於位置公差 圖10 二 形位公差與尺寸公差的關系 1 術語及定義1 局部實際尺寸 簡稱實際尺寸da Da 在實際要素的任意正截面上 兩對應點之間測得的距離 各處實際尺寸往往不同 見圖11 2 體外作用尺寸 dfe Dfe 在被測要素的給定長度上 與實際外表面體外相接的最小理想面或與實際內表面體外相接的最大理想面的直徑或寬度 見圖11 圖11實際尺寸與作用尺寸 3 體內作用尺寸 dfi Dfi 在被測要素的給定長度上 與實際外表面體內相接的最大理想面或與實際內表面體內相接的最小理想面的直徑或寬度 注意 作用尺寸是由實際尺寸和形位公差綜合形成的 每個零件不盡相同 4 最大實體狀態 最大實體尺寸 最大實體邊界 實際要素在給定長度上處處位於極限尺寸之內並具有實體最大時的狀態 稱為最大實體狀態 最大實體狀態下的尺寸稱為最大實體尺寸 dM或DM 對於外表面為最大極限尺寸 對於內表面為最小極限尺寸 dM dmaxDM Dmin 尺寸為最大實體尺寸的邊界稱為最大實體邊界 用MMB表示 最小實體狀態 最小實體尺寸 最小實體邊界 5 最小實體狀態 最小實體尺寸 最小實體邊界 實際要素在給定長度上處處位於極限尺寸之內並具有實體最小時的狀態 稱為最小實體狀態 最小實體狀態下的尺寸稱為最小實體尺寸 dL或DL 對於外表面為最小極限尺寸 對於內表面為最大極限尺寸 dL dminDL Dmax尺寸為最小實體尺寸的邊界稱為最小實體邊界 用LMB表示 6 最大實體實效狀態 最大實體實效尺寸 最大實體實效邊界 在給定長度上 實際要素處於最大實體狀態 且其中心要素的形狀或位置誤差等於給出的公差值時的綜合極限狀態 稱為最大實體實效狀態 最大實體實效狀態下的體外作用尺寸稱為最大實體實效尺寸 dMV或DMV 對於外表面 它等於最大實體尺寸加上形位公差值t 對於內表面 它等於最大實體尺寸減去形位公差值t dMV dM t dmax tDMV DM t Dmin t尺寸為最大實體實效尺寸的邊界稱為最大實體實效邊界 用MMVB表示 圖12最大 最小實體實效尺寸及邊界 7 最小實體實效狀態 最小實體實效尺寸 最小實體實效邊界 在給定長度上 實際要素處於最小實體狀態 且其中心要素的形狀或位置誤差等於給出的公差值時的綜合極限狀態 稱為最小實體實效狀態 最小實體實效狀態下的體內作用尺寸稱為最小實體實效尺寸 dLV或DLV 對於外表面 它等於最小實體尺寸減去形位公差值t 對於內表面 它等於最小實體尺寸加上形位公差值t dLV dL t dmin tDLV DL t Dmax t尺寸為最小實體實效尺寸的邊界稱為最小實體實效邊界 用LMVB表示 二 相關要求相關要求是指圖樣上給定的尺寸公差與形位公差相互有關 它分為包容要求 最大實體要求 最小實體要求和可逆要求 可逆要求不能單獨采用 只能與最大實體要求或最小實體要求一起應用 1 包容要求 是指當實際尺寸處處為最大實體尺寸時 圖13中 20 0mm 其形位公差為0 當實際尺寸偏離最大實體尺寸時 允許的形位誤差可以相應增加 其最大增加量等於尺寸公差 此時實際尺寸應處處為最小實體尺寸 圖13中實際尺寸為 包容要求的標注方法 在單一要素尺寸極限偏差或公差帶代號之後注 2 最大實體要求及其可逆要求 1 最大實體要求用於被測要素 19 97mm時 允許軸心直線度為 0 03 這表明尺寸公差可以轉化為形位公差 圖13 最大實體要求用於被測要素時 被測要素的形位公差值是在該要素處於最大實體狀態時給定的 當被測要素的實際尺寸偏離其最大實體尺寸時 允許的形位誤差值可以相應增加 其最大增加量等於被測要素的尺寸公差值 從而實現尺寸公差向形位公差轉化 標注方法 在形位公差框格內公差值後標注 圖14 從圖14可見 當軸的實際尺寸為最大實體尺寸 20mm時 允許的直線度誤差為 0 05mm這 隨著實際尺寸的減小 允許的直線度誤差相應增大 若尺寸為 19 98mm 則允許的直線度誤差為 0 05mm 0 02mm 0 07mm 當實際尺寸為最小實際 19 97mm時 允許的直線度誤差為最大 0 05mm 0 03mm 0 08mm 2 可逆要求用於最大實體要求 可逆要求用於最大實體要求 除了具有最大實體要求用於被測要素時的含義外 還表示當形位誤差小於給定的形位公差值時 也允許實際尺寸超出最大實體尺寸 當形位誤差為0時 允許尺寸的超出量最大 等於形位公差值 從而實現尺寸公差與形位公差相互轉換的可逆要求 此時被測要素仍然遵守最大實體實效邊界 標注方法 在形位公差框格內公差值後標注最大實體要求只適用於中心要素 主要用於只需保證零件可裝配性的場合 如用螺栓聯接的法蘭盤的通孔 圖15 3 最小實體要求及其可逆要求 最小實體要求用於被測要素 最小實體要求用於被測要素時 被測要素的形位公差值是在該要素處於最小實體狀態時給定的 當被測要素的實際尺寸偏離其最小實體尺寸時 允許的形位誤差值可以相應增加 其最大增加量等於被測要素的尺寸公差值 從而實現尺寸公差向形位公差轉化 標注方法 在形位公差框格內公差值後標注被測要素應遵守最小實體實效邊界 即要素的體內作用尺寸不得超越最小實體實效尺寸 且其局部實際尺寸在最大與最小實體尺寸之間 2 可逆要求用於最小實體要求 可逆要求用於最小實體要求 除了具有最小實體要求用於被測要素時的含義外 還表示當形位誤差小於給定的形位公差值時 也允許實際尺寸超出最小實體尺寸 當形位誤差為0時 允許尺寸的超出量最大 等於形位公差值 從而實現尺寸公差與形位公差相互轉換的可逆要求 此時被測要素仍然遵守最小實體實效邊界 標注方法 在形位公差框格內公差值後標注最小實體要求適用於中心要素 主要用於需保證零件強度和壁厚的場合 四 檢測 一 尺寸的檢測在各種几何量的測量中 尺寸測量是最基本的 因為在形狀 位置等的測量都是以長度來表示的 這此几何量的測量 雖在方法 器具以及數據的處理方面各有其特點 但實質上仍然是以尺寸測量為基礎的 工件的實際尺寸是通過測量得到的尺寸 由於存在各種測量誤差 故實際尺寸也並非真值 尤其在生產車間 一般都不具備精密量測的環境要求 如溫度 濕度等 多為一次測量就判斷合格與否 因此當測量值在工件的最 大 最小極限尺寸附近時 就可能發生誤廢 良判不良 或誤收 不良判良 為保證品質 國標GB T3177 1997 光滑工件尺寸的檢驗 對驗收原則 驗收極限和計量器具的選擇作了規定 國家標准規定的驗收原則是 所用驗收方法應只接收位于規定的極限尺寸之內的工件 即允許有誤廢而不允許有誤收 這了保証這個驗收原則的實現 保証零件達到互換性要求 將誤收減至最小 規定了驗收極限 1 驗收極限與安全裕度A 驗收極限就是指檢驗工件尺寸時判斷合格與否的尺寸界限 驗收極限是從圖樣上的最大 最小極限尺寸分別向公差帶內移動一個安全裕度A來確定 即 上驗收極限 最大極限尺寸 A下驗收極限 最小極限尺寸 AA的數值由工件公差T確定 A的數值取T的1 10 2 尺寸的測量方法根據被測的零件的結構特點和精度要求 選擇適當的測量方法 是減少測量誤差 提高測量精度的基本條件 通常 基本的測量方法有以下幾种 1 絕對測量和相對 比較 測量法絕對測量法 在計量器具的示數裝置上可表示出被測尺寸的全值 相對測量法 在計量器具的示數裝置上只表示出被測尺寸相對已知標準量的偏差值 2 直接測量和間接測量法直接測量 不需對被測的量與其它實測量進行函數關系的輔助計算 而直接得到被測量值的測量方法 間接測量 直接測量的量與被測量之間有已知函數關系 經計算才能得到被測值的測量方法 3 靜態測量和動態測量法靜態測量法 對被測零件在靜止狀態下進行測量 被測量表面與測量頭相對靜止 動態測量法 對被測零件在運動狀態下進行測量 被測量表面與測量頭有相對運動 4 主動測量和被動測量主動測量 是在加工過程中對工件進行測量 被動測量 是在加工后對工件進行測量 5 接觸測量和非接觸測量6 單項測量和綜合測量法單項測量法 對零件的個別參數誤差進行測量 綜合測量法 對零件某些相關聯的幾何參數誤差的綜合效果進行測量 3 測量方法選擇原則測量結果的準確度是測量的四要素之一 為了實現正確可靠的測量 人們在測量實踐中進行了長期的探索 總結了長度測量的四條基本原則 這就是阿貝原則 最小變形原則 最短測量鏈原則和封閉原則 1 阿貝原則 是指測量器具的讀數刻度線應安置在被測尺寸線的延長線上 它的意義在於它避免了因導軌誤差引起的一次測量 誤差 特別在使用阿貝原則的儀具時 注意阿貝原則的應用 使被測工件盡可能地向主尺靠擾以減小兩軸線之間的距離S 圖16 2 最小變形原則為了使結果準確可靠 在測量中應該盡量做到使各种原因所引起的變形為最小 這就是測量的最小變形原則 3 最短測量鏈原則在測量系統中 為保證實現測量信息信號轉換的所有轉換器 轉換單元 的按順序的排列稱為測量鏈 測量信息信號的每一轉換稱為測量鏈的環節 每一環節又由若幹構件組成 由於測量鏈各環節不可避免地會引起誤差 環節一多誤差因素也就增多 不利於提高測量精度 測量鏈的環節應最少 即測量鏈最短 4 封閉原則在測量中如能滿足封閉條件 則其間隔誤差的總和必為零 封閉原測是角度計量的最基本的原則 它不僅可以使其總的累積誤差為零 而且還創造了自檢的條件 即不需要任何標准器具就可以實現本身的檢定 4 測量誤差的原因1 人為誤差 由於人的因素造成的誤差主要表現 a 測量者的粗心大意或讀數不正確b 計算或記錄錯誤通常人為誤差多為粗大誤差2 量具誤差 由於量具因素所造成的誤差主要表現 a 使用已經磨損之量具 b 使用沒有定期校正之量具c 量具本身保養欠佳3 力量因素 由於量測時所使用的接觸力或接觸所造成的撓曲的誤差 主要表現 用力過猛或過大 使工件產生變形 4 量測方法因素 量測時 用儀器設計或擺置不良等所造成的誤差 包括余弦誤差 阿貝誤差 主要表現 1 儀器使用不當2 量測方法選擇不正確5 環境因素 量測時環境或場地不同而產生之誤差主要表現 a 操作環境之不穩定 如溫度高低之影響 b 測量儀器或被測件的突然振動 振動因素 6 工件本身因素 由於工件本身缺陷所造成的量測誤差主要表現 工件有毛邊 雜質 灰塵 油污等5 檢測常見之量具儀器結構與特點日常工作中主要用到的量具儀器為以下幾种 它們的外形與特點如下 圖17 圖18 二 形位誤差的檢測形位誤差的檢測方法種類繁多 就其原理歸納為五大類 即通常所稱的五大原則 1 與理想要素比較的原則與理想要素比較的原則是指測量時將被測實際要素與相應的要素作比較 在比較過程中獲得數據 按這些數據評定形位誤差 用該檢測原則時 必須要有理想要素作為測量時的標准 理想要素可用不同的方法體現 例如用實物體現時 如刀口尺的刃口 平尺的工作面 圖19 2 測量坐標原則由于几何要素特征總是可以在坐標系中反映出來 因此用坐標測量裝置 如三坐標測量機 工具顯微鏡 測得被測要素上各測點的坐標值后 經數據處理就獲得形位誤差值 該原則對輪廓度 位置度量的應用更為廣泛 圖20 3 測量特征參數的原則測量被測量要素上具有代表性的參數 即物征參數 來近似表示該要素的形位公差 這類方法就叫測量特征的原則 4 測量跳動的原則當圖樣上標注圓跳動或全跳動公差時 用測量跳動的原則進行檢測 圖21為被測工件通過心軸安裝在兩同軸頂尖之間 此兩同軸頂尖的中心線體現基准軸線 圖22為用V形塊體現基准軸線 測量中 當被測工件繞基准回轉一周中 指示表不作軸向 或徑向 移動時 可測得徑向圓跳動 或端面圓跳動誤差 若指示表在測量中作軸向 或徑向 移動時 可測得徑向全跳動 或端面全跳動誤差 5 控制實效邊界的原則按最大實體要求 或同時采用最大實體要求及可逆要求 給出形位公差時 意味給出一個理想邊界 最大實體實效邊界 要求被測實體不得超越該理想邊界 判斷被測實體是否超越最大實體實效邊界的有效方法是用位置量規檢驗 位置量規是模擬最大實體實效邊界的全形量規 若被測體能被位置量規通過 則表示該項形位公差要求合格 THEEND