如何选择几何公差，保证零件几何形状和相对位置？

1.几何公差的定义

评定零件质量的指标是多方面的，除前述的表面粗糙度和尺寸公差要求外，对精度要求较高的零件，还必须有几何公差要求。

在生产实践中，经过加工的零件，不但会产生尺寸误差，而且会产生几何误差。为了满足使用要求，零件结构的几何形状和相对位置则由几何公差来保证。

图3-38 零件的几何要素与形位误差

零件不论其结构特征如何，都是由一些简单的点、线、面组成，这些点、线、面统称为几何要素。形状是一个要素本身所处的状态，位置则是指两个以上要素之间所形成的方位关系，如图3-38所示。

形状误差是指单一实际要素的形状对其理想要素形状的变动量。单一实际要素的形状所允许的变动量称为形状公差。如图3-39所示的小轴，加工后双点画线表示的表面形状与理想表面形状产生了形状误差。

位置误差是指零件的各表面之间、轴线之间或表面与轴线之间的实际相对位置对理想相对位置的误差。如图3-40所示的轴套，其端面对轴线不垂直，产生了位置误差。

图3-39 形状误差的产生

图3-40 位置误差的产生

形状误差和位置误差都会影响零件的使用性能，因此，对一些零件的重要工作面和轴线，常规定其形状和位置误差的最大允许值，即几何公差。

2.形位误差产生的原因

形位误差产生的原因包括：刀具运动方向与工件旋转轴线不平行（见图3-41），刀具移动方向与机床工作台面不垂直（见图3-42），内应力、夹紧变形（见图3-43），温度，刀具磨损，切削中的振动，热处理变形等。

图3-41 刀具运动方向与工件旋转轴线不平行

图3-42 钻头移动方向与机床工作台面不垂直

图3-43 三爪卡盘夹环形件的夹紧变形

3.形位误差对产品质量的影响

零件的形位误差影响产品的质量、零件的互换性，也影响产品之间的配合性质，对工作精度，运动平稳性，耐磨、密封性有直接影响，是衡量产品质量的一项重要指标。

1）圆柱面形状误差。在间隙配合时，会使间隙分布不均匀，加快局部磨损，使使用寿命降低；过盈配合时则造成各处过盈量不一致而影响连接强度。

2）平面形状误差。减少了相配零件的实际支撑面积，增大了单位面积压力，使接触表面变形增大。

3）齿轮箱上各轴承孔的位置误差将影响齿面的接触均匀性和齿侧间隙等。两轴承孔的轴线平行度误差大，会降低齿轮的接触精度。

4）机床导轨的直线度和平面度将影响刀架的运动精度。

4.几何公差特征项目及符号

在技术图样中，几何公差应采用代号标注。当无法采用代号标注时，允许在技术要求中用文字说明。

几何公差代号包括与几何公差有关项目的符号、几何公差框格、指引线、几何公差数值和其他有关符号及基准符号。几何公差的通则、定义、符号和图样表示法等，详见国家标准GB/T 1182—2008、GB/T 1183—1996、GB/T 1184—1996和GB/T 16671—2009。几何公差的项目和符号如表3-2所示。

表3-2 几何公差的项目和符号(www.xing528.com)

（续）

5.几何公差标注示例

几何公差标注的综合举例，如图3-44所示。图中表示该阀杆杆身ϕ16的圆柱度公差为0.005mm；表示M8×1-7H螺孔的轴线对于ϕ16轴线的同轴度公差为ϕ0.1mm（ϕ0.1中的“ϕ”表示公差带形状为圆柱）；表示阀杆右端面对于ϕ16轴线的圆跳动公差为0.1mm；表示SR750的球面对于ϕ16轴线的圆跳动公差为0.003mm。

图3-44 几何公差标注综合举例

6.几何公差项目的选择

总原则是在保证零件功能要求的前提下，应尽量使几何公差项目减少，使检测方法简便，以获得较好的经济效益。

（1）考虑零件的几何特征 如圆柱形零件会产生圆柱度误差，槽类零件会产生对称度误差。

（2）考虑零件的使用功能 如气缸盖和缸体间要求密封，应规定平面度公差要求；机床导轨应规定直线度和平面度公差；为保证轴的运转精度，与滚动轴承相配合的轴颈应规定圆柱度公差，对其轴肩应规定端面跳动公差。

（3）考虑几何公差的控制功能 各项几何公差的控制功能不尽相同，选择时应尽量发挥能综合控制的公差项目的职能，以减少几何公差项目。

（4）考虑检测的方便性 确定公差项目必须与检测条件相结合，考虑现有条件检测的可能性与经济性。当同样满足零件的使用要求时，应选用检测简便的项目。

7.几何公差等级（公差值）的选择

几何公差等级的选择原则与尺寸公差选用原则相同，即在满足零件使用要求的前提下，尽量选用低的公差等级。

选择方法有计算法和类比法，一般多用类比法。采用类比法时，注意以下几方面：

1）形位公差和尺寸公差的关系。一般满足关系式：

T形状<T位置<T尺寸

2）有配合要求时形状公差与尺寸公差的关系。T（形状）=KT（尺寸）。在常用尺寸公差等级IT5～IT8的范围内，通常取K=25%～65%，一般按与尺寸公差同级选取即可达到要求。

3）考虑零件的结构特点。刚性较差的零件，工艺性差，加工时易产生较大的形位误差，应根据实际情况选较大的几何公差值。

4）形状公差与表面粗糙度的关系。一般情况下，表面粗糙度的Ra值约占形状公差值的20%～25%。

5）凡有关标准已对几何公差作出规定的，都应按相应的标准确定，如与滚动轴承相配的轴和壳体孔的圆柱度公差、机床导轨的直线度公差、齿轮箱体孔的轴线的平行度公差等。

同轴度、对称度和跳动公差常用等级的应用举例如表3-3所示。

表3-3 同轴度、对称度和跳动公差常用等级的应用举例

8.未注几何公差的规定

应用未注公差的总原则是：实际要素的功能允许几何公差等于或大于未注公差值，一般不需要单独注出，而采用未注公差。

如果功能要求允许大于未注公差值，而这个较大的公差值会给工厂带来经济效益，则可将这个较大的公差值单独标注在要素上。

精度要求较高时须标注几何公差。

因此，未注公差值是一般机床或中等制造精度就能保证的几何精度，是为了简化标注而不必在图样上注出的几何公差。