形位公差基礎理論

1、形位公差基礎理論Basic Theory of Form and Location Tolerance1內(nèi)容概要(Outline)參考標準基本觀念形位公差和測量公差原則最大實體原則(公差判定)參考標準ASME Y14.5M-1994(幾何尺寸&公差)GB1958-80(形狀和位置公差檢測規(guī)定)GB 11337-89(平面度檢測)GB/T1182-1996（形狀與位置公差）基本觀念公差值為絕對值,它是實際要求偏離理想要素的變動量(范圍),不存在負值公差分為形狀公差和位置公差形狀誤差是獨立要素,與基準無關位置誤差分為定位和定向誤差二類為什么標注形位公差?p裝配及互換性p功能(運動精度/密封

2、性)p成本Example1直徑處處相等,但實配有間隙,影響功能直徑處處相等,但軸彎曲變形,不能實配Example2長寬ok,垂直度不好,影響實配同軸度不好,影響實配幾何公差分為五大類88分分 類類項目項目特征符號特征符號是否需要基準是否需要基準形狀公差形狀公差形狀形狀直線度直線度否否平面度平面度否否圓度圓度否否圓柱度圓柱度否否形狀或位形狀或位置公差置公差輪廓輪廓線輪廓度線輪廓度是或否是或否面輪廓度面輪廓度是或否是或否位置公差位置公差定向定向平行度平行度是是垂直度垂直度是是傾斜度傾斜度是是定位定位位置度位置度是是同心度同心度( (對中心點對中心點) )是是同軸度同軸度( (對軸線對軸線) )是是

3、對稱度對稱度是是跳動跳動( (動態(tài)動態(tài)) )圓跳動圓跳動是是全跳動全跳動是是零件之幾何特征99 尺寸偏差 形位誤差 表面波紋度 表面粗糙度 晶體、晶格要素輪廓要素中心要素單一要素關聯(lián)要素被測要素基準要素理想要素實際要素要素尺寸要素和非尺寸要素基準的通用術語及定義基準目標理論正確尺寸參考尺寸基準目標(Datum Targets)理論正確尺寸(Theory Dimension )參考尺寸(Reference Dimension)平面度誤差（Flatness）定義: 實際平面相對其理想平面的變動量,理想平面的位置應符合最小條件實際平面實際平面理想平面理想平面平面度誤差值平面度誤差值(f)(f)Fig

4、ure 1Figure 1S1S1S2S2公差帶：距離為平面度公差值f的兩平行平面之間的區(qū)域平面度平面度-標標注注1818平面平面度度的測量的測量工具：厚度塞尺工具：厚度塞尺+ +大理石平臺大理石平臺/ /CMM/CMM/平晶平晶方法方法1 1：將產(chǎn)品被測面放置于大理石平臺上，用厚度塞尺測量，：將產(chǎn)品被測面放置于大理石平臺上，用厚度塞尺測量，記錄通止數(shù)值。記錄通止數(shù)值。方法方法2 2：使用：使用CMMCMM在被測面上取若干點，通過軟件擬合計算出所在被測面上取若干點，通過軟件擬合計算出所需要的被測面平面度實際測量值。需要的被測面平面度實際測量值。平面度平面度-評定方法原則評定方法原則n1.最小包

5、容區(qū)域法n2.最小二乘法n3.對角線平面法n4.三遠點平面法第第1 1種方法的評定結(jié)果小于或等于其它三種方法種方法的評定結(jié)果小于或等于其它三種方法最小包容區(qū)域法最小包容區(qū)域法1.定義:以最小區(qū)域面S SMZMZ作為評定基面的方法,按此方法求得平面度誤差值f fMZMZ,見下圖所示:公式公式: : f fMZMZ = =f f = =d dmaxmax-d-dminmin式中式中: : d dmaxmax,d,dminmin - -各測得點相對最小區(qū)域面各測得點相對最小區(qū)域面S SMZMZ的最大的最大, ,最小偏離值最小偏離值. . d d值在值在S SMZMZ上方取正值上方取正值, ,下方取負

6、值下方取負值. .最小包容區(qū)域法最小包容區(qū)域法2.2.最小包容區(qū)域判別方法最小包容區(qū)域判別方法: :(1)三角形準則: 三個高極點與一個低極點(或相反),其中一個低極點(或高極點)位于三個高極點(或低極點)構(gòu)成的三角形之內(nèi)或位于三角形的一條邊上,見下圖:最小包容區(qū)域法最小包容區(qū)域法(2)交叉準則: 成相互交叉形式的兩個高極點與兩個低極點,見下圖所示:最小包容區(qū)域法最小包容區(qū)域法(3)直線準則: 成直線排列的兩個高極點與一個低極點(或相反),見下圖所示:最小二乘法最小二乘法定義:以最小二乘中心面S SLSLS作為評定基面的方法,按此方法求得平面度誤差值f fLSLS,見下圖所示:公式公式: f:

7、 fLS =LS =d dmaxmax-d-dminmin式中式中: : d dmaxmax,d,dmin -min -各測得點相對最小二乘中心平面各測得點相對最小二乘中心平面S SLSLS的的最大最大, ,最小偏離值最小偏離值. . d d值在值在S SLSLS上方取正值上方取正值, ,下方取負值下方取負值. .對角線平面法對角線平面法定義:以對角線平面S SDLDL作為評定基面的方法,按此方法求得平面度誤差值f fDLDL,見下圖所示:公式公式: f: fDL =DL =d dmaxmax-d-dminmin式中式中: : d dmaxmax,d,dmin -min -各測得點相對對角線平

8、面各測得點相對對角線平面S SDLDL的最大的最大, ,最小偏離值最小偏離值. . d d值在值在S SDLDL上方取正值上方取正值, ,下方取負值下方取負值. .三遠點平面法三遠點平面法定義:以三遠點平面S STPTP作為評定基面的方法,按此方法求得平面度誤差值f fTPTP,見下圖所示:公式公式: : f fTPTP = =d dmaxmax-d-dminmin式中式中: : d dmaxmax,d,dminmin - -各測得點相對三遠點平面各測得點相對三遠點平面S STPTP的最大的最大, ,最小偏離值最小偏離值. . d d值在值在S STPTP上方取正值上方取正值, ,下方取負值下

9、方取負值. .平面度平面度、 共面度共面度、 翹曲度三者區(qū)翹曲度三者區(qū)別別被測要素是一連續(xù)平滑的面被測要素是多個小端面(點)被測要素是一個(易變形)大面治具加工基準面 IC,背光板,BGA/LGAMotherboard, PC板特 征適合對象量測方法項 目平面度(Flatness)共面度(Coplanarity)翹曲度(Warpage)用三次元直接量測面上各點坐標值,用最小二乘法評定1.測各端面(點)坐標值;2.找三個高點,定理想基面;3.找最低點即為共面度1.根據(jù)翹曲方向,將被測要素分成幾個區(qū)段,一般為米字形;2.求單位區(qū)段長度的最大變異(高度差)直線度(straightness)(stra

10、ightness)定義:實際被測直線相對理想直線實際被測直線相對理想直線的允許變動量的允許變動量公差帶：公差帶：如圖所示如圖所示直線度公直線度公差帶是直差帶是直徑為直線徑為直線度公差值度公差值的圓柱面的圓柱面內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的區(qū)域直線度3030直線直線度度的測量的測量工具：厚度塞尺工具：厚度塞尺+ +大理石平臺大理石平臺/ /CMM/CMM/刀口尺刀口尺方法方法1 1：將產(chǎn)品被測要素（線、軸線）放置于大理石平臺上，：將產(chǎn)品被測要素（線、軸線）放置于大理石平臺上，用厚度塞尺測量，記錄通止數(shù)值。用厚度塞尺測量，記錄通止數(shù)值。方法方法2 2：使用：使用CMMCMM在被測要素（線、軸線）上取若干點，通過軟在

11、被測要素（線、軸線）上取若干點，通過軟件擬合計算出所需要的被測要素的直線度實際值。件擬合計算出所需要的被測要素的直線度實際值。3131圓度和圓柱度圓度和圓柱度(Roundness/Circularity(Roundness/Circularity） 圓度定義:實際被測要素圓相對理想圓的允許變動量公差帶：在同一截面上，半徑差為圓度公差值的同心圓 之間的區(qū)域3232圓柱度圓柱度(Circularity(Circularity） 定義:實際被測要素圓柱相對理想圓柱的允許變動量公差帶：半徑差為圓柱度公差值的兩同軸圓柱面之間的區(qū)域3333圓度和圓柱度圓度和圓柱度測量測量 方法1：圓度儀測量圓度及圓柱度方

12、法出如下兩圖；方法2：使用CMM在被測要素（截面圓、圓柱面）上取若干點，通過軟件擬合計算出所需要的被測要素的圓度、圓柱度實際測量值。平行度 垂直度 傾斜度平行度（ParallelismParallelism）3535公差帶：當以平面為基準時(如圖),公差帶是距離 為平行度公差值,平行于基準平面的兩平 行平面之間的區(qū)域.平行度(2)平行度(3)垂直度( (PerpendicularityPerpendicularity) )公差帶：當以平面為基準時,若被測要素為平面(如下圖),則其垂直度公差帶是距離為垂直度公差值,垂直于基準平面的兩平行平面之間的區(qū)域。 .垂直度(2)兩個基準垂直度(3)傾斜度(

13、 (Angularity) )MeaningMeaning公差帶:任意方向上線對面的傾斜度公差帶(如下圖)是直徑為傾斜度公差值,與基準平面成理論正確方向的圓柱面內(nèi)的區(qū)域.4242平行度 垂直度 傾斜度 當理論正確角度為當理論正確角度為0 0時時, ,稱為平行度公差稱為平行度公差; ; 當理論正確角度為當理論正確角度為9090時時, ,稱為垂直度公差稱為垂直度公差; ; 當理論正確角度為其它任意角度時當理論正確角度為其它任意角度時, ,稱為傾斜度稱為傾斜度( (角度角度) )公差公差. . 輪廓度公差(Profile toleranceProfile tolerance) )4343 當當輪廓度

14、公差未標明基準時，其公差帶是浮動的，屬輪廓度公差未標明基準時，其公差帶是浮動的，屬于形狀公差于形狀公差 當輪廓度公差標明基準時，其公差帶是固定的，屬于當輪廓度公差標明基準時，其公差帶是固定的，屬于位置公差位置公差線輪廓度(Profile of a line)(Profile of a line) 定義定義( (無基準無基準):):實際被測要素相對理想輪廓線的允許變動量。實際被測要素相對理想輪廓線的允許變動量。公差帶：距離為線輪廓度公差值，相對理想輪廓線對稱分布的兩等距公差帶：距離為線輪廓度公差值，相對理想輪廓線對稱分布的兩等距曲線之間的區(qū)域。曲線之間的區(qū)域。 定義定義( (有基準有基準):):

15、實際被測要素相對具有確定位置的理想輪廓實際被測要素相對具有確定位置的理想輪廓線線的允許變動量。的允許變動量。公差帶：距離為線輪廓度公差值，相對具有確定位置的理想輪廓線對公差帶：距離為線輪廓度公差值，相對具有確定位置的理想輪廓線對稱分布的兩等距曲線之間的區(qū)域。稱分布的兩等距曲線之間的區(qū)域。面輪廓度(Profile of a surface)(Profile of a surface) 定義定義( (無基準無基準):):實際被測要素相對理想輪廓面的允許變動量。實際被測要素相對理想輪廓面的允許變動量。公差帶：距離為面輪廓度公差值，相對理想輪廓面對稱分布的兩等距公差帶：距離為面輪廓度公差值，相對理想輪

16、廓面對稱分布的兩等距曲面之間的區(qū)域。曲面之間的區(qū)域。 定義定義( (有基準有基準):):實際被測要素相對具有確定位置的理想輪廓面實際被測要素相對具有確定位置的理想輪廓面公差帶：距離為面輪廓度公差值，相對具有確定位置的理想輪廓面對公差帶：距離為面輪廓度公差值，相對具有確定位置的理想輪廓面對稱分布的兩等距曲面之間的區(qū)域。稱分布的兩等距曲面之間的區(qū)域。的允許變動量。的允許變動量。輪廓度公差測量 同軸(心)度(ConcentricityConcentricity）4747當理論正確尺寸為當理論正確尺寸為0 0時，且基準要素和被測要素均為軸線時，且基準要素和被測要素均為軸線時，稱為同軸度公差；時，稱為同

17、軸度公差；若基準要素和被測要素的軸線足夠短，或均為中心點時，若基準要素和被測要素的軸線足夠短，或均為中心點時，稱為同心度公差；稱為同心度公差；同軸(心)度測量4848同軸度或同心度的檢測可以用三坐標及圓度儀等儀器來同軸度或同心度的檢測可以用三坐標及圓度儀等儀器來 檢測檢測對稱度(SymmetrySymmetry) )4949 是是距離為對稱度公差值，中心平面（中心線、軸線）距離為對稱度公差值，中心平面（中心線、軸線）與基準中心要素（中心平面、中心線、軸線）重合的兩平與基準中心要素（中心平面、中心線、軸線）重合的兩平行平面（或兩平行直線）之間的區(qū)域。行平面（或兩平行直線）之間的區(qū)域。對稱度公差測

18、量5050對稱度的檢測可以用三坐標及高度儀、卡尺等儀器來對稱度的檢測可以用三坐標及高度儀、卡尺等儀器來 檢測檢測如左如左圖圖, , 三三坐標通過坐標通過兩邊分中兩邊分中建建好好B B基準后基準后, ,通通過過在在線線L1L1和和L2L2上上對對稱采點稱采點, ,求其求其對應對應的中的中心線心線, ,找出找出偏偏離離基準基準B B最大的值最大的值* *2 2即即為對稱為對稱度度L1L2位置度誤差（PositionPosition）5151計算公式計算公式: : 根據(jù)根據(jù)被測要素的不同，位置度公差可以分為點的位置度、線的位置度及被測要素的不同，位置度公差可以分為點的位置度、線的位置度及面的位置度。

19、面的位置度。 如下圖如下圖，各孔的中心線必須位于直徑為位置度公差，各孔的中心線必須位于直徑為位置度公差0.250.25，軸線位于由基，軸線位于由基準準A A、B B、C C和理論正確尺寸所確定的理想位置上的圓柱面公差帶內(nèi)。和理論正確尺寸所確定的理想位置上的圓柱面公差帶內(nèi)。Positiontol =2 (X1-X2)2+(Y1-Y2)2 位置度(1)5252位置度(2)位置度測量t =2 (10-9.98)2+(15-15.02)2 =0.0566=0.0566t =2 (60-60.01)2+(15-15.06)2 =0.1217=0.1217位置度的檢測可以用三坐標及高度儀、影像投影儀等儀位

20、置度的檢測可以用三坐標及高度儀、影像投影儀等儀器來檢測器來檢測跳動公差 跳動公差是基于特定的測量方法規(guī)定的具有綜跳動公差是基于特定的測量方法規(guī)定的具有綜合性質(zhì)的形位公差項目。合性質(zhì)的形位公差項目。 跳動公差可以分為圓跳動和全跳動跳動公差可以分為圓跳動和全跳動圓跳動公差(Circular Circular RunoutRunout) 圓跳動公差是關聯(lián)實際被測要素相對理想圓的圓跳動公差是關聯(lián)實際被測要素相對理想圓的允許變動量，理想圓的圓心在基準軸線上。允許變動量，理想圓的圓心在基準軸線上。 根據(jù)允許變動的方向，圓跳動可以分為徑向圓根據(jù)允許變動的方向，圓跳動可以分為徑向圓跳動、軸向（端面）圓跳動、斜向圓跳動三種。跳動、軸向（端面）圓跳動、斜向圓跳動三種。全跳動公差(Total Total RunoutRunout)5757 全跳動公差是關聯(lián)實際被測要素相對理想回轉(zhuǎn)全跳動公差是關聯(lián)實際被測要素相對理想回轉(zhuǎn)面的允許變動量。面的允許變動量。當理想回轉(zhuǎn)面是以基準軸線為軸線的圓柱面時，稱為當理想回轉(zhuǎn)面是以基準軸線為軸線的圓柱