浅谈零件形位精度的选择

朱冬伟

摘 要：形位精度的设计对保证轴类零件的旋转精度、保证接合件的连接强度和密封性、保证齿轮传动零件的承载均匀性等都有很重要的影响，直接关系到产品的质量、使用性能及加工经济性。

关键词：形位；特征；基准；控制

在加工过程中，零件受力变形、热变形、刀具磨损、工件材料内应力变化等的影响，以及机床—夹具—刀具—工件系统本身存在的集合误差的影响，使零件几何要素不可避免地产生误差。其中零件几何要素的形位误差又会直接影响机械产品的工作精度、连接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、使用寿命、可装配性等。为了满足零件装配后的功能要求，以及保证零件的互换性和经济性，必须对零件的形位公差进行合理设计。

形位精度的设计对保证轴类零件的旋转精度、保证接合件的连接强度和密封性，保证齿轮传动零件的承载均匀性等都有很重要的影响，直接关系到产品的质量、使用性能及加工經济性。因此，在进行形位精度设计时必须综合产品的功能要求、结构特点、使用条件等多方面因素，正确合理地选择形位公差。

一、形位公差几何特征项目的选择

零件的几何特征不同，需要采用不同的形位公差来控制。形位公差几何特征项目主要是按被测要素的几何形状特征制定。因此，被测要素的几何特征是选择单一要素形状公差几何特征项目的基本依据。位置公差几何特征项目主要按被测要素、几何方位关系制定的，所以并联要素的公差项目应以它与基准间的几何方位关系为依据。

零件功能要求不同，对形位公差提出的要求也不同。所以选择形位公差几何特征项目时，应分析形位误差对零件使用性能的影响。如平面的形状误差会影响支撑面安置的平稳性、定位的可靠性、贴合面的密封性、滑动面的磨损情况等。因此，需规定平面度公差；圆柱面的形状误差将影响定位配合的链接强度和可靠性，影响转动配合的间隙均匀性和运动平稳性，因此需规定圆柱度公差。为了保证机床的回转精度和工作精度，一般都会对机床导轨规定平面度公差，对机床主轴颈规定圆柱度和同轴度公差。

形位公差几何特征项目的选择方法常用综合控制单项项目，用尺寸公差控制形位公差。如方向公差后，若对形状精度无进一步要求，则在另行给出形状公差，对孔轴线给出了垂直度公差因对其直线度无进一步要求，故不必再给出直线度公差，直线由垂直度公差控制。但是对被测要素的形状精度有特殊要求，则要给出方向公差和形状公差，并且形状公差要求应比已给出的方向公差要求高，而形状公差值小于方向公差值。当某被测要素的方向精度或形状精度高于位置精度时，应另外给出方向公差或形状公差，且给出的方向公差或形状公差值要小于位置公差值。跳动公差可以综合控制被测要素的形状和位置精度。

二、基准面的选择

基准是方向公差和位置公差的依据，在选择方向公差几何特征项目时，必须同时考虑要采用基准，基准由单一基准组合基准及基准体系。选择基准时应从以下几方面考虑：

（1）根据要素的功能及对被测要素间的几何关系选择基准。在满足功能要求的前提下，一般使用加工或装配中的定位表面作为基准，力求使设计和工艺基准重合。（2）从零件结构考虑，应选择定位稳定性好的宽大的平面，较长的轴线等要素作为基准。对结构复杂的零件，一般应选择三基准面体系，以确定被测要素在空间的方位。（3）从加工、检测方面考虑应选择在夹具（加工）或检具（检测）中其定位作用的要素为基准，这样易于实现设计、加工和检测三者的基准统一。（4）若根据需要必须以非加工毛坯面为基准时，应采用基准目标建立基准，以保证工艺、检测的稳定性。（5）根据装配关系选择基准。应以零件上相互配合、互相接触定位要素作为各自基准。如盘套类零件多以其内孔轴线径向定位装配或以其端面轴向定位装配，因此，根据需要可选其轴线或端面作为基准。

三、公差原则的选择

选择公差原则时，应从被测要素的功能要求和各公差原则的应用场合可行性、经济性等方面来考虑。一是被控制对象的功能要求，二是应充分发挥公差的职能特征，三是采用该项公差原则的可行性与经济性。用尺寸公差控制行为精度能满足零件的功能要求且又具有较好的经济性，可不再单独给出形位公差。若尺寸精度要求低而行为精度要求高时，应单独给出形位公差，即应采用独立原则。如印刷机或印染机的滚筒，直径精度要求很低，但圆柱度要求高，此时就采用独立原则。

四、形位公差值的选择

国标规定图样上标注的形位公差有注出形位公差值和未注形位公差值两种形式。注出形位公差值应按主参数和公差等级选出，而公差等级选择的原则是在满足零件功能要求的前提下兼顾加工经济性和零件结构刚性要求，尽量选用低的公差等级。确定形位公差值应注意以下几大问题：

要协调好尺寸公差、形位公差、位置公差与表面粗糙度之间的三个关系：一是形状公差与位置公差的关系。通常在同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值，如要求平行的两个平面，其平面度公差值应小于平行度公差值。二是尺寸公差与形位公差的关系。当实际要素遵守包容要求时，形位公差值应小于尺寸公差值；不遵守包容要求时形位公差可小于或大于尺寸公差值。三是形状公差与表面粗糙度的关系。一般来说，表面粗糙度数值小的表面，其形位公差也小。

有配合要求的要素采用包容要求时，根据功能要求及工艺条件，其形状公差带通常按尺寸公差的百分比选取。形状公差带占尺寸公差的百分比过小，则会对工艺装备的精度要求过高，而占尺寸公差的百分比过大，则会给保证尺寸本身精度带来困难。

参考文献：

[1]甘水立.几何量公差与检测[M].上海：上海科学技术出版社，2003.

[2]苟向锋.公差配合与测量技术[M].北京：国防教育出版社，2002.