基础篇：6.1）公差标注的进化

本章目的：明确图纸公差标注优化方向，理解为何须要GD&T。

 

1.公差标注规范的时间轴

 

这个只是做者划分的简单时间轴。

简单来讲，就是公差标注方法愈来愈完善。 

1.1 一阶段：尺寸公差标注只在标题栏

第二次世界大战前，没有GD&T, 公差只出如今工程图纸的标题栏。

这种标注方法的意思是，这个图纸上全部的尺寸，不论大小，公差都是一致的，如标题栏所示。显然，这种标注方法不合理的地方不是一点半点。以下图所示。

 这种公差表示方法如今在机械仍然在使用，至少标题栏标注法变种做者是实际见识过的。如大型的钣金件等。

1.2 二阶段：线性尺寸公差标准

 

做者也不知道这个阶段是怎么开始的。

反正确定是一群机械设计的人员，以为标题栏的公差标注方法，既不能表达设计要求，又不能体现制造水准，并且问题很大（尺寸1000和尺寸0.1的公差不可能同样），因此制定了一系列的线性尺寸标注规范。

这也是如今尺寸公差标注的主流用法。

这是公差标注系统的第一个重要的升级。至关于Windows升到了XP同样。

1.3 三阶段：形位公差（GD&T）标注

又过了一段时间，你们发现线性尺寸公差的标准也有不少问题。好比基准不明确，不能有效表达设计意图等。

这些问题带来的后果就是制造出一堆的错误产品，或没必要要地增长了制形成本。

因而，又有一群工程师追加制定了一套公差标注规范，就是形位公差的标注规范。

 这是公差标注系统的第二个升级。

GD&T至关于现有公差标注系统的一个大补丁。

1.4 现阶段图纸公差标注所处的阶段

如今国内的图纸，大多数都处于线性标注阶段，形位公差刚刚被导入，做为关键或重要尺寸的控制手段来标注。

但不少国外的图纸倒是大量采用形位公差的标注来取代线性尺寸的标注。

恐怕这种状况和形位公差的设计和检测并不是如此简单有关。

做者有时候感受如今的形位公差和困难时期的肉类食品同样的状况。

1.5 形位公差标注是否能彻底取代线性尺寸公差的标注

这个要看设计的本质了。

从做者的角度而言，这实际上是彻底能够的。虽然没有这个必要。

但主要是工程师的观念上，还有制造、装配、检测等设备问题上，是否能跟上这种变化。

还有就是有些时候，线性尺寸的标注比形位公差更加符合设计要求。

2.形位公差的本质需求

线性公差与形位公差差异在哪里，请比较下面两个问题。

①A与B的距离是多少？

这种回答两个特征间距离的问题，就是线性公差。A与B并无差异，我只是想要两个平等特征的距离。

②B距离A多少？

这时候就有差异。

问题②就是回答形位公差的本质（我须要基准）。

咱们会默认A是基准，B是须要测量的目标，而问题①就不会有这种状况。

若是你在设计时候碰到问题①，请用线性公差。

若是碰到问题②，请用形位公差。虽然比较难用。

虽然在线性公差阶段也有必定基准的概念，但这种概念比较难以获得认同，形位公差就不一样了，它是有基准符号的。

3.公差标注进化过程

3.1 形位公差标注的题面

做者找了一道网上比较好的讲解实例。

题面以下：

以下图所示，零件A经过零件B的a，b两个导入面，保证零件B的圆柱插入零件A的孔中。绘制零件A的图纸，标注公差。

关于网上摘的这个实例，做者有两点须要吐槽的:

①零件的导入特征设计很烂，为何要用两个面来保证柱子的顺利插入？通常用两根圆柱不是更好么。还有孔轴配合最好都加倒角（DFA章节）。

做者老是认为，特征的优化比公差的优化更好；

②网上不少培训资料，都用这个题目来说述形位公差标注的优势，却忽视了基本的题面讲述，这是十分不合理的。没有题面的描述，就等于没有设计要求，更何来形位公差。

3.2 形位公差标注优化的过程

3.2.1 线性尺寸的标注

 

这是最多见的标注方式，用线性尺寸标注公差带。它所要表达的意义是，孔的中轴线的公差带是一个边长为0.7的正方形。

但这种常见的线性标注方式有她本身的缺陷：

1）基准不明确

如图1所示，线性尺寸15的意义的底面与中轴线的距离是15，表明的两个特征间的距离。但实际中是以底面为基准，控制中轴线的公差带？或是以中轴线为基准，控制底面的公差带？仍是两个特征分一点公差带？

这个是线性尺寸标注方法没法避免的错误。线性尺寸一般没法指明控制一个特征的公差带，它表示的是两个特征间的距离。

2）公差带形状不合理

就算咱们默认15,25两个线性尺寸控制的孔中轴线的公差带。那么如图1所示，线性尺寸控制了一个边长为0.7的正方形公差带。但这个公差带最长距离其实是对角线，为1。

咱们在设计时，其实是先得出须要的对角线的最大距离1，而后算出边长0.7。最后把边长0.7分配给尺寸，变成的标注的15±0.35，25±0.35。

这显然是不合理的，咱们须要的是孔中轴线在一个直径为1的圆的公差带，而不是一个正方形的公差带。由于这个形成浪费。

 

3.2.2 形位公差的标注1-方形公差带

经过形位公差的帮助，咱们能够一个一个解决以上的问题。（虽说理解了基准的概念后，一开始就用形位公差是最好的）

首先，咱们须要解决基准不明确的问题。如图2所示：

 

可是仍然存在公差带形状不合理的问题，咱们接着利用形位公差优化。

3.2.3 形位公差的标注2-圆形公差带

如图3所示：

这个时候形位公差的公差带就是直径为1的圆，且基准明确。那边初步的设计要求已经达成了。

但GD&T的标准已经更进一步，为咱们提供更加更加宽松的公差带。那

就是各类关联原则的补偿做用。

3.2.4 形位公差的标注3-线性公差对形位公差的补偿

首先，咱们来分析设计题面。

为便于讲解，此时假设零件B圆柱直径的大小为φ18，位置度为0。极限状况时，零件A的孔最小，位置度公差最偏时，能够知足装配要求。

那么，这个时候的孔直径是φ19，位置度公差是1。符合上面的形位公差标注。

但这个时候，

当零件A的孔是φ20时，位置度公差为2时；或，

当零件A的孔是φ21时，位置度公差为3时；

也能安装。就是说当孔变大了，那么就算是孔作偏了一点，也是能够安装的。以下图所示：

为了避免使这些位置度过大的好零件被检测人员扔到垃圾桶，咱们就须要运用形位公差的关联原则了。将多余的线性尺寸公差补偿到形位公差。

如图4所示：

 

3.2.5 形位公差的标注-形位公差对线性公差的逆向补偿

再后来，咱们发现，一样针对上述题目。

此时仍然假设零件B圆柱直径的大小为φ18，位置度为0。

但这个时候，

当零件A的孔是φ18时，位置度公差为0时；或，

当零件A的孔是φ18.5时，位置度公差为0.5时；

也能安装。就是说当孔位置度作的很好，哪怕孔作小一点，也是能够安装的。

以下图所示：

 

 

为了避免使这些尺寸太小的好零件被检测人员扔到垃圾桶，咱们就又须要运用形位公差的可逆原则了。将多余的形位公差补偿到线性尺寸公差。

如图5所示：

3.2.6 形位公差的标注-补偿值为从0开始的意义

后来，咱们必须反思，为何要标注这么复杂的形位公差，补偿来补偿去，就不能简单一点么？

哦，原来一开始位置度和线性尺寸公差遵照独立原则，各不相干。但有了关联原则，因此越搞越复杂。

但！如今咱们如今须要简化。

反思图5的公差标注，咱们发现，图5的形位公差标注就是包容原则，即形位公差为0时的最大实体原则。

如图6所示：

 

图5的公差带和图6彻底一致。

因此，对于轴孔装配，咱们首先就要想到包容原则。利用包容原则来做图，才不会搞成图5那么复杂的补偿。

要知道，SolidWorks2018里面都没有可逆原则R的符号的。

3.3 特征的优化设计

在DFA章节中，咱们已经学过，使用点或线与平面配合的方式代替平面与平面的配合方式，避免平面的变形或者平面较高的粗糙度阻碍零件的顺利运动，从而能够对零件的平面度和粗糙度容许宽松的公差。

因此最好的优化方式，是将用零件A、B的导向配合方式，改成圆柱与孔的导向配合。 这样能更有效地放宽公差。而在此基础上，再进行形位公差的标注，就能对零件设计进行二次优化，从而获得最宽松的制造要求。

常见的例子如注塑、钣金的模具，都是用圆柱与孔的导向配合方式的。

因此在标注形位公差前，最好先用用DFMA。