李景陽，梁　萍，馬　霄（河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453003）

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幾何公差標(biāo)注的教學(xué)技巧研究

李景陽，梁萍，馬霄
（河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453003）

摘要：幾何公差的標(biāo)注是《互換性與技術(shù)測量》課程中的重要組成部分，是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。文章分析了幾何公差標(biāo)注的特點(diǎn)，對幾何公差標(biāo)注在教學(xué)中易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了詳細(xì)解析，進(jìn)而提出了“3-Question”式的解決方法，經(jīng)教學(xué)實踐驗證，此方法對于學(xué)生掌握正確標(biāo)注幾何公差具有顯著的提升效果。

關(guān)鍵詞：幾何公差；標(biāo)注；教學(xué)；互換性與技術(shù)測量

0　引言

幾何誤差會影響零件的工作精度、聯(lián)接強(qiáng)度、運(yùn)動平穩(wěn)性、密封性、耐磨性、噪聲和使用壽命等，并影響著該零件的質(zhì)量和互換性。因此，在設(shè)計時必須根據(jù)零件的功能要求和制造的經(jīng)濟(jì)性，在零件圖樣上標(biāo)注出幾何公差，以限制幾何誤差。所以幾何公差標(biāo)注在零件的設(shè)計與制造過程中起著重要的作用。

幾何公差標(biāo)注也是教學(xué)中的重點(diǎn)。

幾何公差從屬于《互換性與技術(shù)測量》課程[1]，專業(yè)不同，教學(xué)大綱的要求也不同，教學(xué)內(nèi)容或有側(cè)重、但是不管是機(jī)類還是近機(jī)類專業(yè)，對于幾何公差標(biāo)注的要求都是一樣的，這是因為無論哪個專業(yè)只要是從事機(jī)械行業(yè)，在工作中都要看圖紙，而圖紙上很重要一部分內(nèi)容就是幾何公差，如圖1所示。因此，幾何公差的標(biāo)注能力是《互換性與技術(shù)測量》課程的重要內(nèi)容，是學(xué)生必須要掌握的技能。

1　幾何公差標(biāo)注的特點(diǎn)

1.1公差項目多

根據(jù)GB/T1182-2008《幾何公差形狀、方向、位置和跳動公差標(biāo)注》的規(guī)定，幾何公差項目有14個，分為形狀、方向、位置和跳動公差，每一類在概念、標(biāo)注等方面又有諸多不同[2]。

圖1　軸零件圖

1.2公差代號多

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在技術(shù)圖樣上幾何公差應(yīng)采用幾何公差代號進(jìn)行標(biāo)注[3]。幾何公差代號包括：公差框格、指引線、公差項目符號、公差數(shù)值、基準(zhǔn)代號和公差原則等，如圖2所示。

圖2　幾何公差標(biāo)注方法

2　公差標(biāo)注中的問題及解決方法

2.1主要問題

如上所述，幾何公差項目眾多，公差代號多且涉及不同的要求，每一項都是一個知識點(diǎn)，而且?guī)缀喂钏婕暗狞c(diǎn)、線、面等幾何要素在機(jī)械零件上又有不同的體現(xiàn)，因此學(xué)生對幾何公差的標(biāo)注極易出錯，其中，最易出錯的主要有三個方面：

1）指引線的位置：學(xué)生在標(biāo)注時不知道箭頭的指引位置和方向；

2）公差數(shù)值的符號：學(xué)生在標(biāo)注時不知道公差值之前是否需要添加直徑符號“Φ”；

3）基準(zhǔn)的標(biāo)注：學(xué)生在標(biāo)注時對于基準(zhǔn)認(rèn)識不夠，不知有沒有基準(zhǔn)、屬于什么基準(zhǔn)、怎么標(biāo)注，從而導(dǎo)致基準(zhǔn)的遺漏、多余或錯誤標(biāo)注。

這三方面內(nèi)容涵蓋幾何公差的主要特征，非常重要，同時這些內(nèi)容又比較抽象，不太容易理解。

2.2問題解析

出現(xiàn)這些問題，最主要的原因是對知識點(diǎn)理解得不夠深刻。要想完整、正確、清晰地標(biāo)注幾何公差，就要對這些知識點(diǎn)詳細(xì)了解，而在目前教學(xué)中這些知識點(diǎn)比較分散，現(xiàn)將其整理并分析如下：

1）指引線的位置：指引線用來指示公差對象即被測要素。國標(biāo)規(guī)定：①當(dāng)被測要素為輪廓要素時，指引線的箭頭應(yīng)置于被測要素的輪廓線的延長線上，并與尺寸線“明顯錯開”，如圖1中的圓跳動和圓度的標(biāo)注。②當(dāng)被測要素為中心要素時，指引線的箭頭應(yīng)與確定中心要素的輪廓的尺寸線對齊，如圖1中的鍵槽對稱度的標(biāo)注。

2）公差數(shù)值的符號：在幾何公差的標(biāo)注中，是否加“Φ”由公差帶形狀決定。公差數(shù)值前有時會加直徑符號“Φ”。國標(biāo)規(guī)定：如果該幾何公差的公差帶形狀為圓、圓柱體或球體內(nèi)的區(qū)域，需要在公差數(shù)值前添加直徑符號“Φ”（球體添加“SΦ”），因為此時公差數(shù)值表示的是公差帶的直徑大小。如圖3中同軸度的標(biāo)注，很多人忘記標(biāo)注“Φ”，就是因為對這一點(diǎn)認(rèn)識不夠。

那么哪些公差帶的形狀是圓、圓柱體或球體呢？這就需要對每一個公差項目有詳細(xì)的了解，相關(guān)書籍有詳細(xì)介紹，不再一一贅述，在此只分析需要加“Φ”的幾種公差項目：

① 同軸度

同軸度的被測要素是軸線，其公差帶的形狀為“以基準(zhǔn)軸線為軸線、直徑為公差數(shù)值的圓柱面內(nèi)的區(qū)域”，故同軸度必須加“Φ”。如圖3所示。

② 在任意方向上的直線度

直線度公差帶有3種情況：在給定平面內(nèi)、在給定方向上和在任意方向上，其中前兩種情況公差帶形狀為非圓結(jié)構(gòu)，公差值前不用加“Φ”。但是，如果被測要素為“軸線”時，即“在任意方向上”都提出了公差要求，此時需要加“Φ”，如圖4所示。

圖3　同軸度示例

圖4　直線度示例

③ 在任意方向上線對面的垂直度

根據(jù)被測要素和基準(zhǔn)要素的不同，垂直度公差有面對面、面對線、線對線和線對面4種情況，其中，前兩者都不需要添加“Φ”，后兩者中存在加“Φ”的情況，其中線對面的情況較為常見。

線對面的垂直度又分為指定方向、任意方向兩種，其中“任意方向”需要添加“Φ”。如圖5所示。

圖5　垂直度示例

那么，在什么情況下為指定方向、什么情況下為任意方向呢？主要看被測軸線朝不同方向的偏置對使用性能的影響，如果在圓周任意方向上的偏置對使用性能影響是等量的，就為任意方向，否則為指定方向。通常情況下與軸結(jié)構(gòu)有關(guān)系，如果這個軸的結(jié)構(gòu)在圓周方向關(guān)于中心對稱，就是任意方向，如圖5b。如果軸結(jié)構(gòu)在圓周方向上有明顯的不對稱，那就為指定方向了，如圖5a所示。

④ 某些情況下的位置度

位置度公差加不加“Φ”，應(yīng)視使用要求而定。如果被測要素是三基面體系定位的點(diǎn)要素，則需要添加“SΦ”，因為此時公差帶的形狀是以理想位置點(diǎn)為圓心的球體內(nèi)的區(qū)域，公差值表示該球體公差帶的直徑，如圖6所示。

圖6　位置度示例

3）基準(zhǔn)的標(biāo)注

基準(zhǔn)的標(biāo)注需要注意兩點(diǎn)：第一，判斷有無基準(zhǔn)。形狀公差無基準(zhǔn)，方向、位置和跳動公差有基準(zhǔn)；第二，如果有基準(zhǔn)，基準(zhǔn)是中心要素還是輪廓要素，這一點(diǎn)與指引線的要求一樣，基準(zhǔn)符號連線的位置是不一樣的，此處不再贅述。

2.3解決方法

以上是幾何公差標(biāo)注中最容易出錯的三個方面的內(nèi)容，可見要想正確標(biāo)注幾何公差最好要求熟悉每一個公差項目，但是由于公差項目多、概念多、知識點(diǎn)多，在教、學(xué)過程中就容易感到繁瑣、疲憊，從而影響教、學(xué)效果。

為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時能夠很方便、快捷掌握公差標(biāo)注，在上述知識點(diǎn)整理、分析基礎(chǔ)上，提出了“3-Question”式的教學(xué)、學(xué)習(xí)方法，即帶著以下三個問題去學(xué)習(xí)每一個公差項目：

①被測要素是什么？屬于中心要素還是輪廓要素？

②公差帶形狀是什么，圓、圓柱體或其它形狀？

③有無基準(zhǔn)？基準(zhǔn)屬于中心要素還是輪廓要素？

首先正確回答這三個問題，然后再根據(jù)以上分析，按照國標(biāo)要求，做出相應(yīng)的標(biāo)注即可。按照此方法，就能夠快速的掌握幾何公差的標(biāo)注?？梢酝ㄟ^下例進(jìn)行說明。

如圖7所示，圓度、圓柱度的被測要素都屬于輪廓要素，公差帶的形狀也不屬于圓形、圓柱和球體，而且是形狀公差，無基準(zhǔn)，故標(biāo)注如上；垂直度的被測要素為圓柱體端面，屬輪廓要素，箭頭垂直指向被測要素延長線，公差帶為兩平行平面之間的區(qū)域，故公差值前沒有“Φ”，有基準(zhǔn)，而且基準(zhǔn)是圓柱體軸線，屬中心要素，所以基準(zhǔn)B符號與直徑線對齊標(biāo)注；同軸度被測要素為Φd孔的軸線，指引線箭頭與Φd尺寸線對齊，公差帶是直徑為0.05的圓柱體內(nèi)的區(qū)域，所以公差值前要有“Φ”，被測要素是ΦD孔的軸線，為中心要素，A要與ΦD尺寸線對齊。

圖7　綜合示例

3　結(jié)語

通過對幾何公差標(biāo)注的重要性、特點(diǎn)、疑難點(diǎn)和常見錯誤進(jìn)行詳細(xì)梳理和分析，結(jié)合教學(xué)實踐，找到了一種能快速、有效地學(xué)習(xí)、掌握幾何公差正確標(biāo)注的方法。只要按照這個方法進(jìn)行學(xué)習(xí)、讀圖和標(biāo)注，就能夠最大限度地減少錯誤。此方法經(jīng)教學(xué)實踐驗證，對于學(xué)生掌握幾何公差的標(biāo)注具有顯著的提升效果。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

參考文獻(xiàn)：

[1]馬霄,任泰安.互換性與技術(shù)測量[M].南京：南京大學(xué)出版社，2011.

[2]馬霄,田長留.互換性與技術(shù)測量課程教學(xué)改革的研究與實踐[J].河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報,2010(6).

[3]GB/T1182-2008,幾何公差形狀、方向、位置和跳動公差標(biāo)注[S].

Research on Geometrical Tolerancing Label Teaching Skill

LI Jing-yang, et al
(Henan Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang 453003, China)

Abstract:As a very important component of Interchangeability and Technology-based Measurement course, labeling the Geometrical Tolerancing is always a key and difficult point. A thorough analysis was made on the characteristic and difficult point , and also the problem during teaching the Geometrical Tolerancing label, then a 3-question solution was raised. This solution was validated through the teaching practice, can significantly help students to learn to label the Geometrical Tolerancing correctly.

Key words:geometrical tolerancing; table; teaching; interchangeability and technology-based measurement

中圖分類號：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-2093(2016)01-0073-03

收稿日期：2015-10-12

作者簡介：李景陽（1983―），男，河南林州人，講師，工學(xué)碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計及理論研究。