幾何公差標(biāo)注的教學(xué)技巧研究

李景陽(yáng)，梁　萍，馬　霄（河南機(jī)電高等?？茖W(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(yáng)，梁萍，馬霄
（河南機(jī)電高等專科學(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(cè)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(duì)幾何公差標(biāo)注在教學(xué)中易出現(xiàn)的問(wèn)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(shí)踐驗(yàn)證，此方法對(duì)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(cè)量

0　引言

幾何誤差會(huì)影響零件的工作精度、聯(lián)接強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)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(jì)時(shí)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(jì)與制造過(guò)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(cè)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(duì)于幾何公差標(biāo)注的要求都是一樣的，這是因?yàn)闊o(wú)論哪個(gè)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(cè)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(xiàng)目多

根據(jù)GB/T1182-2008《幾何公差形狀、方向、位置和跳動(dòng)公差標(biāo)注》的規(guī)定，幾何公差項(xiàng)目有14個(gè)，分為形狀、方向、位置和跳動(dòng)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(hào)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(hào)進(jìn)行標(biāo)注[3]。幾何公差代號(hào)包括：公差框格、指引線、公差項(xiàng)目符號(hào)、公差數(shù)值、基準(zhǔn)代號(hào)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(wèn)題及解決方法

2.1主要問(wèn)題

如上所述，幾何公差項(xiàng)目眾多，公差代號(hào)多且涉及不同的要求，每一項(xiàng)都是一個(gè)知識(shí)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(duì)幾何公差的標(biāo)注極易出錯(cuò)，其中，最易出錯(cuò)的主要有三個(gè)方面：

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

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

3）基準(zhǔn)的標(biāo)注：學(xué)生在標(biāo)注時(shí)對(duì)于基準(zhǔn)認(rèn)識(shí)不夠，不知有沒(méi)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(cuò)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(shí)這些內(nèi)容又比較抽象，不太容易理解。

2.2問(wèn)題解析

出現(xiàn)這些問(wèn)題，最主要的原因是對(duì)知識(shí)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(duì)這些知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)了解，而在目前教學(xué)中這些知識(shí)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(lái)指示公差對(duì)象即被測(cè)要素。國(guó)標(biāo)規(guī)定：①當(dāng)被測(cè)要素為輪廓要素時(shí)，指引線的箭頭應(yīng)置于被測(cè)要素的輪廓線的延長(zhǎng)線上，并與尺寸線“明顯錯(cuò)開(kāi)”，如圖1中的圓跳動(dòng)和圓度的標(biāo)注。②當(dāng)被測(cè)要素為中心要素時(shí)，指引線的箭頭應(yīng)與確定中心要素的輪廓的尺寸線對(duì)齊，如圖1中的鍵槽對(duì)稱度的標(biāo)注。

2）公差數(shù)值的符號(hào)：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(shí)會(huì)加直徑符號(hào)“Φ”。國(guó)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(hào)“Φ”（球體添加“SΦ”），因?yàn)榇藭r(shí)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?yàn)閷?duì)這一點(diǎn)認(rèn)識(shí)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(duì)每一個(gè)公差項(xiàng)目有詳細(xì)的了解，相關(guān)書(shū)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(xiàng)目：

① 同軸度

同軸度的被測(cè)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(cè)要素為“軸線”時(shí)，即“在任意方向上”都提出了公差要求，此時(shí)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(duì)面的垂直度

根據(jù)被測(cè)要素和基準(zhǔn)要素的不同，垂直度公差有面對(duì)面、面對(duì)線、線對(duì)線和線對(duì)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(duì)面的情況較為常見(jiàn)。

線對(duì)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(cè)軸線朝不同方向的偏置對(duì)使用性能的影響，如果在圓周任意方向上的偏置對(duì)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(gè)軸的結(jié)構(gòu)在圓周方向關(guān)于中心對(duì)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(duì)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(cè)要素是三基面體系定位的點(diǎn)要素，則需要添加“SΦ”，因?yàn)榇藭r(shí)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(wú)基準(zhǔn)。形狀公差無(wú)基準(zhǔn)，方向、位置和跳動(dòng)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(hào)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(cuò)的三個(gè)方面的內(nèi)容，可見(jiàn)要想正確標(biāo)注幾何公差最好要求熟悉每一個(gè)公差項(xiàng)目，但是由于公差項(xiàng)目多、概念多、知識(shí)點(diǎn)多，在教、學(xué)過(guò)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(shí)能夠很方便、快捷掌握公差標(biāo)注，在上述知識(shí)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(gè)問(wèn)題去學(xué)習(xí)每一個(gè)公差項(xiàng)目：

①被測(cè)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(wú)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(gè)問(wèn)題，然后再根據(jù)以上分析，按照國(guó)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^(guò)下例進(jìn)行說(shuō)明。

如圖7所示，圓度、圓柱度的被測(cè)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(wú)基準(zhǔn)，故標(biāo)注如上；垂直度的被測(cè)要素為圓柱體端面，屬輪廓要素，箭頭垂直指向被測(cè)要素延長(zhǎng)線，公差帶為兩平行平面之間的區(qū)域，故公差值前沒(méi)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(hào)與直徑線對(duì)齊標(biāo)注；同軸度被測(cè)要素為Φd孔的軸線，指引線箭頭與Φd尺寸線對(duì)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(cè)要素是ΦD孔的軸線，為中心要素，A要與ΦD尺寸線對(duì)齊。

圖7　綜合示例

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)幾何公差標(biāo)注的重要性、特點(diǎn)、疑難點(diǎn)和常見(jiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行詳細(xì)梳理和分析，結(jié)合教學(xué)實(shí)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(gè)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(cuò)誤。此方法經(jīng)教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證，對(duì)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(cè)量[M].南京：南京大學(xué)出版社，2011.

[2]馬霄,田長(zhǎng)留.互換性與技術(shù)測(cè)量課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2010(6).

[3]GB/T1182-2008,幾何公差形狀、方向、位置和跳動(dòng)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(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-2093(2016)01-0073-03

收稿日期：2015-10-12

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