如何在图纸上设置几何公差

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  要点速览
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  为什么要在图纸上设置几何公差
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  先选基准，再写任何控制框
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  正确构建特征控制框
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  谨慎使用材料修饰符和理论正确尺寸
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  让公差带匹配工艺能力
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  分步操作：在图纸上设置几何公差
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  哪种特征用哪种控制

正负公差控制尺寸，却不说明孔是否直、面是否平、两个内孔是否同轴。对于有三个配合面的支架，这些才是决定零件能否装配的尺寸。几何公差把每个特征与基准关联，并给出可测量的公差带，从而补上这一缺口。

在图纸上设置几何公差的实际理由是检验。像平面度 0.05 这样的标注定义了一个检验员可用平板和指示表验证的公差带；而一句“必须平整”的注释做不到。图纸可测量，首件报告才有意义，批量生产才能保持一致。

还有成本一面。每项几何控制都会增加检验时间。深孔上 Ø0.1 mm 的位置度标注可能需要 CMM 程序，而同一特征放宽到 Ø0.25 mm 往往用塞规就能检查。好的图纸只在功能要求处保留紧公差，其余放开。

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  尺寸与几何尺寸公差定极限，几何公差定形状和位置。
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  可测量胜过描述性车间无法检查的标注只是装饰。
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  成本随检验而来公差带越紧，检查越慢，单件价格越高。

基准是其他一切要素的参考框架。从主基准开始：装配中贴合的最大、最平表面。对加工壳体而言，通常是安装面。将其标为基准 A，并作为加工人员首先准备的特征，因为后续每次切削都以它为参考。

第二基准 B 应再消除一个自由度，定位销孔或槽边都合适。第三基准 C 锁定最后的旋转。大多数棱柱类零件三个基准足够。如果你发现要加第四个，零件可能需要功能检具而非 CMM 装夹。

顺序很重要。如果基准 A 是毛坯铸面、基准 B 是已加工内孔，加工人员就得翻面装夹或增加工序。在我们加工的零件上，遵循加工顺序的基准方案通常每批省一次装夹和 15 到 30 分钟加工节拍。

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  A 是贴合面接触装配的最大平面。
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  B 消除一个平移约束一个轴的孔或槽。
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  C 消除旋转最后的锁定，常为第二个孔或一条边。
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  避免基准冲突不要引用零件使用时从不接触的表面。

特征控制框从左到右读：符号、公差值、需要时的材料修饰符，然后按顺序列出的基准参考。符号决定控制类型。平面度、直线度、圆度和圆柱度控制形状；平行度、垂直度和倾斜度控制方向；位置度、同轴度和对称度控制位置；跳动控制旋转。

对于螺栓孔组，常见选择是带直径公差带的位置度，例如 Ø0.25 mm MMC，参考 A、B、C。直径符号告诉检验员公差带是圆柱形，与孔的功能一致。去掉直径符号会把公差带变成两平行平面，改变合格判定算法。

除非两项控制确实共用同一公差带，否则每个控制框只放一项控制。同一孔上的垂直度和位置度是不同要求，应分框标注。叠加控制框是测量争议的常见来源，因为检验员得猜哪一项判定临界零件。

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  符号在前它定义公差带形状和检查方法。
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  孔要加 Ø圆柱形公差带反映销或螺栓的配合方式。
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  基准按序先 A，再 B，再 C，与装夹顺序一致。
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  一框一意不相关的控制拆到不同控制框。

最大实体要求（MMC）允许在要素偏离最大实体尺寸时获得补偿公差。Ø10.0 +0.2 的孔，位置度 Ø0.2 MMC，当孔钻大时就能获得额外的位置公差。这对成本有利，因为车间可以接受仍能装配的零件。它只在配合件固定时有效，例如间隙孔中的螺栓。

最小实体要求（LMC）用于最小壁厚比装配更重要的场合。比如压入内孔的衬套，薄壁可能开裂。这种情况下，标注保护的是壁厚，而不是配合。

基本尺寸是带方框、不带公差的值。它们确定要素相对基准的位置，并与位置度框格配合定义理论正确位置。绝不要留下没有对应几何控制的基本尺寸，也绝不要直接给基本尺寸加公差。这种组合会在车间造成无法判定的要求。

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  间隙孔用 MMC补偿公差有助于装配，避免零件报废。
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  壁厚用 LMC保护最小材料条件。
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  基本尺寸需要框格只有方框值无法检测。
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  RFS 是默认未标注修饰符时，公差与尺寸无关。

图纸可以提任何要求，但车间只能做到机床和装夹允许的范围。在我们的五轴加工中心上，一次装夹切出的要素，位置公差 Ø0.02 到 Ø0.05 mm 是常规水平。要素需要二次装夹时，两套工装夹具的累积通常把实际极限推到 Ø0.05 到 Ø0.1 mm。

表面粗糙度与形状公差相互影响。加工到 Ra 1.6–3.2 μm 的面，在 200 mm 范围内无法保持 0.005 mm 的平面度，因为刀痕本身就在这个范围内。如果需要低于 0.01 mm 的平面度，应指定更细的表面粗糙度，如 Ra 0.8–1.6 μm，并安排用锋利刀具、小切深进行精加工。

材料也有影响。6061 和 7075 铝合金能很好地保持紧的几何公差带。316 不锈钢和 17-4PH 加工后变形更大，因此薄不锈钢板上的平面度标注可能需要去应力或二次精切。钛合金和 Inconel 加剧刀具磨损，表现为批量加工中的尺寸漂移。

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  一次装夹，紧公差带Ø0.02 到 Ø0.05 mm 位置度是现实的。
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  两次装夹，放宽考虑工装夹具累积，允许 Ø0.05 到 Ø0.1 mm。
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  表面粗糙度限制形状很细的平面度需要细的表面粗糙度。
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  薄壁会变形不锈钢和钛合金需留余量或去应力。