几何公差规范 | 独立原则解析

几何公差规范 | 独立原则解析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Hexagon_MI/article/details/143380063

几何公差规范中的独立原则是机械设计和制造领域的重要概念，它规定了不同公差要素之间的相互关系。本文将详细解析独立原则在尺寸公差与形状公差、要素与要素、尺寸公差与几何公差、几何公差与几何公差等四个场合的应用，并对比ISO和ASME两种标准的差异，同时介绍在PC-DMIS软件中的具体实现方法。

尺寸公差与形状公差独立

1. ISO-GPS规范默认独立

• 图纸上的所有要求相互之间都必须满足独立性，如下图各个截面相互独立，尺寸公差不管控整体的形状：
• 检测时，用卡尺或者两点尺寸的通止规检测局部尺寸即可。

2. 包容原则

• 在ISO-GPS规范中，尺寸公差与形状公差独立的对立面是包容原则，符号Ⓔ，如下图示：
• 检测时，用环规检测全局尺寸20.1，用两点尺寸的止规检测局部尺寸20。

3. 包容原则相关概念

• 体外作用尺寸：
• 对于圆柱要素是指在被测要素的给定长度上，与孔内表面接触的最大内切圆柱或与轴外表面接触的最小外接圆柱的直径；
• 对于宽度要素是指在被测要素的给定长度上，与宽度内表面最大内切宽度或与宽度外表面最小外接宽度的值；
• 包容原则也称为泰勒原则或MMC下的理想状态。

4. 美标理解

• 美标默认的是包容原则，也称作规则1（Rule #）1，因此图纸上的尺寸要素的尺寸必须满足包容，即当只有一个尺寸公差时，该公差同时限制了尺寸要素的大小（任意一个截面）和整体的形状(尺寸公差包容形状公差) ，如下图示：
• 在美标下，如果想实现独立，需要使用独立符号Ⓘ
• 也有一些场合是不受包容原则限制情况的，如下：
• 原材料：线材、板材、管材，棒材、 型材或其它按工业或国家标准生产的产品要求的直线度、平面度等（除非用这些原料制作的工件的图纸上标注有几何公差）；
• 在非约束条件下具有自由状态，形变不受控的非刚性零件；
• 直线度或平面度用于尺寸要素的中心要素，如下图

5. PC-DMIS软件评价

• 美标评价： 即默认尺寸要素规则1（包容原则）：ASME Y14.5：全局尺寸是计算非关联实际包容体尺寸（URAME），并且对局部尺寸进行计算（找出两点尺寸最差值），如下图测量的是一个内孔，测得最大内切圆为URAME尺寸27.75超出了MMS尺寸28.119，最差两点尺寸28.5表示内部最差的局部尺寸超出了LMS尺寸28.219，因此不合格显示红色；
• ISO 144501-1标准评价： 可以实现ISO最新的评价方式：可以根据LMC和MMC的计算算法，选择对应的修饰符，如果是独立的即评价LP两点尺寸，如果是包容的，既要计算GN尺寸，又要算LP两点尺寸；当然有时设计研发人员还可以给定其他计算方法，PC-DMIS软件会根据给定的计算方法计算；
• 常用修饰符：
• GG最小二乘（least-squares size ）；
• GN最小外接（minimum circumscribed size ）；
• GX最大内切（maximum inscribed size ）；
• GC最小间隔（minimax size ）

要素与要素互相独立

1. 标注非连续要素的平面度

• 在ISO-GPS规范中默认要素与要素相互独立，实际的公差带是如下哪种情况
• 如果想实现三个面用同一个公差带控制，就需要使用如下图CZ符号
• PC-DMIS评价时，三个面可以作为一个面测量，只要落在公共公差带0.1内即可合格；

2. 评价两个孔相对于A基准的位置度

• 实际上以前的标准也隐含了这种关联性，为了明确这种关联性，新标准要求需要在公差值后加上CZ符号（Combined Zone），
• 他们公差带如下图所示：
• CZ符号是ISO-GPS的符号，美标无CZ符号，公差带关系也是如下图所示：

3. PC-DMIS评价

• PC-DMIS测量完两个孔后，设置好A基准，同时选定两个孔评价，即可实现CZ符号的作用；

尺寸公差与几何公差相互独立

1. 位置度公差

• 无论孔的尺寸大或者小，位置度值都不能超出公差框格给定的值。从装配的角度考虑，如果孔尺寸做大了，更容易装配，实际上即使孔的位置度差一点也可以装配上，但是位置度值不允许超出0.1的值，实际上这是一种加严的要求。
• 在美标下，也称作Rule #2（regardless of feature size）RFS。

2. 相关要求（Ⓜ、Ⓛ、Ⓡ符号）

• 以Ⓜ为例，位置度框格的标注，表示当被测孔处于MMC状态时还允许有0.1的位置度偏差，当孔的实际作用尺寸超过30.1的MMC尺寸时，超过的量可以为位置度带来补偿；也即孔做大了装配更容易，相应的位置度可以差一些；
• Ⓜ符号主要用来装配，Ⓛ符号用来校核壁厚、强度、最小接触面积等场合；
• Ⓡ符号是可逆符号，是ISO特有的符号，只能跟在Ⓜ、Ⓛ符号后面使用，且只能放在公差框格栏中使用，基准中不可以使用，详细请参考往期公众号文章；

几何公差与几何公差独立

1. 几何公差独立

• 如下图示，两组孔的位置度之间各自独立，第一组满足组内4个Φ0.3的公差带垂直于第一基准B，且公差带轴线相对于第二基准A落在Φ80的节圆呈90度均布。第二组孔也是类似分布。
• 但是因为ISO-GPS规范默认几何公差与几何公差之间相互独立，两组孔之间可能出现如下情况，这时，两组孔的位置度可能都合格，但是如果实际工况有时需要保证这两组孔之间不能相对转动， 这是下图情况就是不合格的：

2. 同时性要求

• 当标注SIM时，标注SIM的两组几何公差之间有定位关系，不能相对转动；
• 美标同时性要求，当两个或多个由理论正确尺寸定位的要素或要素阵列参照同一个基准参考系，并且基准的优先顺序及修饰符都相同时，它们应作为一个整体同时满足要求；满足同时性要求的所有几何公差必须在同一基准座标系内评定，详情参考往期公众号文章；
• PC-DMIS软件中如何评价同时性要求的几何公差？详情参考往期公众号文章。