垂直度、平面度、圆度、圆柱度公差：机加工视角解读

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  垂直度公差：垂直度及其约束内容
• 2
  平面度公差：平面度、平行度与基准陷阱
• 3
  圆度公差：三瓣、椭圆度，以及卡尺为何测不准
• 4
  圆柱度公差：覆盖整个表面的那一项
• 5
  垂直度、平面度、圆度与圆柱度公差对比

在图纸上，“right”通常指垂直度或方正度。它控制表面、轴线或中心平面偏离与基准 90° 关系的程度。该控制始终相对于基准测量，因此必须先建立基准要素。一个平面本身很平，但在轴上偏离方正 0.1°，即使平面度检查通过，仍会不满足垂直度标注要求。

公差带取决于要素类型。对于平面，公差带是与基准成 90° 的两个平行平面，间距为公差值。对于轴线，公差带是与基准平面成 90° 的圆柱，圆柱直径等于公差值。Ø20 mm 内孔上标注 0.05 mm 垂直度，意味着导出轴线必须在整个零件长度内保持在 0.05 mm 圆柱内。

这正是垂直度、平面度、圆度、圆柱度公差开始相互影响的地方。内孔垂直度不合格往往源于圆度问题，而非装夹误差。如果内孔呈三瓣形，测头旋转时中心点会移动，导出轴线随之漂移。先解决圆度，再复查方正度。

垂直度不同于角度公差。角度标注允许指定倾斜，例如 89.5°。垂直度公差要求恰好 90°，偏差由公差带限定。在同一张图纸上混用两者会让检验员困惑并增加成本。

图纸上的“plan”指平面性，工程师通常用平面度或平行度表达。平面度是形状控制，不需要基准。它要求表面上每一点都必须位于间距为公差值的两个平行平面之间。液压和真空应用中，密封面标注 0.02 mm 平面度很常见。

平行度是方向控制。它相对于基准测量，因此将表面与另一要素关联。两个面相对于基准 A 平行度 0.03 mm，只要它们之间的距离保持在公差带内，即使都略有弯曲也能通过。仅靠平面度无法保证这一点。

对于机加工板材，实际极限由机床、装夹和材料决定。300 mm 铝板在松开夹紧后会变形。我们先粗加工，让其释放应力，再精加工到 0.02 mm。对于小于 2 mm 的薄壁，若不在走刀之间去应力，该数值很难保持。

基准陷阱很常见。工程师标注相对于基准 A 的平行度，却从基准 B 标注该要素的尺寸。检验员按一种方式测量，设计者本意是另一种，零件因错误原因被拒收。应把关键基准放在装配中首先定位的要素上。

圆度有时称为圆形度，控制横截面接近真圆的程度。它独立适用于每个横截面，不需要基准。公差带是两个同心圆之间的环形空间，半径差为公差值。0.01 mm 圆度标注意味着该截面半径变化不超过 0.01 mm。

两点卡尺测不出这一点。三瓣形状在每个方向测得的直径可能相同，却明显偏离真圆。这就是轴在孔中感觉紧、但千分尺显示尺寸正确的经典原因。需要三点接触、V 形块或圆度仪才能发现三瓣形。

圆度误差有多个来源。用三爪夹持薄壁环是其一，主轴跳动是其二。若装夹几何不当，无心磨可能产生三瓣轮廓。在顶尖间车削通常能获得圆柱面最佳圆度。

圆度和尺寸是分开的要求。零件可能在直径公差内，但仍不满足圆度。GD&T 的 Rule 1 在最大实体条件下处理这一点，但当功能取决于密封或轴承接触时，单独标注圆度更清晰。

圆柱度是四项中最严格的。它同时控制整个圆柱表面：每个横截面的圆度、轴线的直线度以及沿长度的锥度。公差带是两个同轴圆柱之间的空间，半径差为公差值。它是形状控制，因此不需要基准。

由于覆盖所有方面，圆柱度保持成本高、验证成本也高。圆度仪一次测量一个截面。完整圆柱度需要扫描式三坐标测量机或带螺旋路径的专用形状测量仪。在 100 mm 长的内孔上，0.005 mm 圆柱度标注意味着磨削或珩磨工序，而非车削工序。

当功能确实需要整个表面时使用。液压缸内孔、轴承轴颈和精密主轴是合适的对象。对于简单的定位销，圆度加尺寸公差通常就够了，零件成本也更低。

如果同一内孔既需要位置控制又需要形状控制，位置公差是单独的要求，两者必须独立检验。增加圆柱度不能替代位置，位置也不能收紧形状。