定向公差及其测量方法

定向公差是关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量，用于限制被测要素对基准方向的变动，因而其公差带相对于基准有确定的方向。定向公差包括平行度、垂直度和倾斜度三项。由于被测要素和基准要素均有平面和直线之分，因此三项定向公差均有线对线、线对面、面对面和面对线四种形式。

1.平行度

平行度公差是限制被测要素（平面或直线）相对于基准要素（平面或直线）在平行方向上变动量的一项指标。即用来控制被测要素相对于基准要素的方向偏离0°的程度。

1）平行度公差。面对面的平行度，标注如图3-36（a）所示。公差带定义：是距离为公差值t，且平行于基准面（A）的两平行平面之间的区域，如图3-36（b）所示。解释：被测平面必须位于距离为公差值0.05，且平行于基准面（A）的两平行平面之间。读法：被测表面相对于基准面（底面A）的平行度公差为0.05。面对线的平行度，标注如图3-37（a）所示。公差带定义：是距离为公差值t，且平行于基准轴线（A）的两平行平面之间的区域，如图3-37（b）所示。被测平面必须位于该区域内。图3-38（a）是线对线的平行度公差，读者可自行分析其公差带。

图3-36　面对面的平行度

（a）标注示例；（b）公差带

图3-37　面对线的平行度

（a）标注示例；（b）公差带

显然，平行度公差带与基准平行。

2）平行度误差的检测。平行度误差的检测方法，经常是用平板、心轴或V形块来模拟平面、孔或轴做基准，然后测量被测线、面上各点到基准的距离之差，以最大相对差作为平行度误差。图3-37所示的零件，可用图3-39所示的方法测量。基准轴线由心轴模拟。将被测零件放在等高支承上，调整（转动）该零件使L3＝L4。然后测量整个被测表面并记录读数。取整个测量过程中指示器的最大与最小读数之差作为该零件的平行度误差。测量时应选用可胀式（或与孔成无间隙配合的）心轴。

图3-38　线对线的平行度

（a）标注示例；（b）公差带

图3-39　测量面对线的平行度

测量连杆给定方向上的平行度可参看图3-40。基准轴线和被测轴线由心轴模拟。将被测零件放在等高支承上，在测量距离为L2的两个位置上测得的读数分别为M1、M2。

图3-40　测量连杆两孔的平行度

则平行度行度误差为f＝|M1－M2|。

测量时应选用可胀式（或与孔成无间隙配合的）心轴。

3）平行度应用说明

（1）当被测实际要素的形状误差相对于位置误差很小时（如精加工过的平面），测量可直接在被测实际表面上进行，不必排除被测实际要素的形状误差的影响。如果必须排除时，需在有关的公差框格下加注文字说明。

（2）定向误差值是定向最小包容区域的宽度（距离）或直径，定向最小包容区域和项目与形状公差带完全相同。它和决定形状误差最小包容区域不同之处在于，定向最小包容区域在包容被测实际要素时，它的方向不像最小包容区域那样可以不受约束，而必须和基准保持图样规定的相互位置（如平行度则应平行，垂直度则为90°）同时要符合最小条件。

（3）被测实际表面满足平行度要求，若被测点偶然出现一个超差的凸点或凹点时，这特殊点的数值，是否要作为平行度误差，应根据零件的使用要求来确定。

2.垂直度

垂直度公差是限制被测要素（平面或直线）相对于基准要素（平面或直线）在垂直方向上变动量的一项指标。即用来控制被测要素相对于基准要素的方向偏离90°的程度。

1）垂直度公差。面对面的垂直度，标注如图3-41（a）所示。公差带定义：是距离为公差值t，且垂直于基准面（C）的两平行平面之间的区域，如图3-41（b）所示。解释：被测平面必须位于距离为公差值0.05，且垂直于基准面（C）的两平行平面之间。读法：右侧面对于底面的垂直度公差为0.05。线对面在任意方向的垂直度，标注如图3-42（a）所示。公差带定义：是直径为公差值t，且垂直于基准面（A）的圆柱内的区域，如图3-42（b）所示。解释：被测轴线必须位于直径为公差值φ0.05，且垂直于基准面（A）的圆柱内。读法：φd轴线对于底面A的垂直度公差为φ0.05。图3-43是线对线的垂直度，读者可自行分析其公差带。

显然，垂直度公差带与基准垂直。(https://www.xing528.com)

2）垂直度误差的检测。垂直度误差常采用转换成平行度误差的方法进行检测。如测量图3-43所示的零件，可用图3-44所示的方法检测。基准轴线用一根相当标准直角尺的心轴模拟；被测轴线用心轴模拟。转动基准心轴，在测量距离为L2的两个位置上测得的数值分别为M1和M2。则垂直度误差：f＝|M1－M2|。测量时被测心轴应选用可胀式（或与孔成无间隙配合的）心轴，而基准心轴应选用可转动但配合间隙小的心轴。

图3-41　面对面的垂直度

（a）标注示例；（b）公差带

图3-42　线对面的垂直度

（a）标注示例；（b）公差带

图3-43　线对线的垂直度

（a）标注示例；（b）公差带

3）垂直度应用说明：

（1）轴线对轴线的垂直度，如没有标注出给定长度，则可按被测孔的实际长度进行测量。

（2）直接用直角尺测量平面对平面或轴线对平面的垂直度时，由于没有排除基准表面的形状误差，测得的误差值受基准表面形状误差的影响。

（3）过去曾有用测量端面跳动的方法，来测量平面对轴线的垂直度的，这种方法不妥，在后面介绍端面圆跳动时再予以说明。

图3-44　测量线对线的垂直度

3.倾斜度

倾斜度公差是限制被测要素（平面或直线）相对于基准要素（平面或直线）在倾斜方向上变动量的一项指标。即用来控制被测要素相对于基准要素的方向偏离某一给定角度（0°～90°）的程度。

1）倾斜度公差。标注如图3-45（a）所示。公差带定义：是距离为公差值t，且与基准平面A成理论正确角度的两平行平面之间的区域，如图3-45（b）所示。解释：被测斜面上各点应位于距离为0.08，且与基准平面A成理论正确角度的两平行平面之间。读法：被测斜面相对于底面的倾斜度公差为0.08，理论倾斜角度45°。

图3-45　面对面的倾斜度

（a）标注示例；（b）公差带

2）倾斜度误差的检测。倾斜度误差的检测也可转换成平行度误差的检测。只要加一个定角座或定角套即可。测量图3-45的零件，可用如图3-46所示的方法检测。将被测零件放置在定角座上，调整被测件，使整个被测表面的读数差为最小值。取指示器的最大与最小读数之差作为该零件的倾斜度误差。定角座可用正弦尺（或精密转台）代替。显然，倾斜度公差带与基准成理论正确角度。

图3-46　测量面对面的倾斜度

3）倾斜度应用说明：

（1）标注倾斜度时，被测要素与基准要素间的夹角是不带偏差的理论正确角度，标注时要带方框。

（2）平行度和垂直度可看成是倾斜度的两个极端情况：当被测要素与基准要素之间的倾斜角α＝0°时，就是平行度；α＝90°时，就是垂直度。这两个项目名称的本身已包含了特殊角0°和90°的含义。因此标注不必再带有方框了。

定向公差带有以下两个特点：一是公差带的方向固定（与基准平行或垂直或成一理论正确角度），而其位置却可以随被测实际要素变化，即位置浮动。二是定向公差可以同时限制同一被测要素的方向误差和形状误差。例如，面对面的平行度误差可以限制被测平面的平面度误差。因此，当对某一被测要素给出定向公差后，通常不再对该要素给出形状公差，只有对该要素的形状有进一步要求时，才给出形状公差，而且形状公差值要小于位置公差值，如图3-47所示。

图3-47　同一被测要素上的形状公差和定向公差的标注