ISO標準中表達ASME的複合輪廓度

到目前為止,複合公差Composite tolerance是AMSE標準中的專有概念,我們國標(GB/13319-2003)中也有用到“複合位置度公差“的概念,它來源於ISO5458:1998, 原文的意思是 Tolerance combination. 嚴格來講,這兩個是不一樣的概念。


ASME的複合公差包括複合位置度和複合輪廓度,有很多詳細的規定,也很實用,特別是那種只要加嚴方向而不需加嚴位置的場合,標註複合公差是一種經濟適用的方法。ISO在所謂的複合公差上並沒有下太大功夫,直接引用不能表達同樣的要求。但它有自己特殊的符號,也同樣能夠表達美標中複合公差的功能。


在ISO中並沒有複合輪廓度的概念。今天我們討論的話題就是在ISO標準中如何表達ASME中的複合輪廓度。


在表達之前,我們要理清楚三個概念:


  1. ASME中,複合公差的概念
  2. ISO中的CZ(公共公差帶)的用法
  3. ISO中的基準閹割符號 ”>


一. ASME中的複合公差


複合輪廓度可以用來控制單個特徵或多個特徵。複合公差典型的標記就是幾行共享一個幾何公差符號(每行都有自己的幾何公差符號的,我們稱之為組合公差,概念和複合公差不一樣):

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如同組合公差一樣的邏輯,只要實際被測要素同時滿足兩行(或多行)的要求,則該被測要素合格。


很多同行對複合公差的定義感到頭疼。其實我們只要理解基準的功能後,再理解複合公差就非常好理解。


基準的功能是限制公差帶的自由度(6個),自由度分為3個移動和3個轉動,即我們稱之為定位(移動)和定向(轉動)。即基準只有兩個功能,對公差帶定位或者定向,或兼而有之。


我們再引入一個俗語“基準閹割”,即基準的某些功能(如定位功能)被閹割了,我們稱之為基準閹割。所謂複合公差,指的是第二行及以下的所有基準的定位功能都被閹割了,只剩下定向功能。如圖:

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上圖所示的第一行輪廓度,基準A功能齊全, 既能定位,有能定向。所以公差帶的中心必須和A平行,而且和A的距離是27, 公差帶的帶寬是0.2。


第二行的基準A是被閹割過,基準A只具備定向功能,即寬度為0.1的公差帶必須和A平行,但和A的距離沒有任何要求,也就是說,寬度為0.1的公差帶在保證和A平行的狀態下,可以上下自由移動。如下圖:


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上圖所示寬度為0.2的公差帶相對於A的位置和方向被定死了,而寬度為0.1的藍色公差帶必須和A平行,但是可以上下任意移動。只要實際零件的被測要素同時落在兩個公差帶範圍以內,即實際被測要素落在兩個公差帶的交集範圍內,該零件合格。


這裡不難看出:

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如果上圖的被測要素是不規則的曲面,如果要加嚴控制它和基準A的方向,我們不能用平行度表示,不得不依賴於複合公差。


需要指出的是,在ASME裡,當輪廓度控制多個特徵的時候,他把多個特徵看著一個特徵來一起控制,即特徵之間的相對方位關係被控制了。這一點和ISO是不一樣的。如下圖:


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因為輪廓度的要求,在ASME標準裡,兩個寬度為0.4的公差帶之間的相對方位關係必須保持理想(平行且距離為10)。在ISO裡,若同樣的標註且不加任何符號的話,公差帶間的方位關係沒有要求(相當於兩個平面的平面度滿足0.4就合格)。


在複合輪廓度中,第二行以及下行中的這個把特徵組當成一個特徵來控制的要求沒有變化,同樣保持。如下圖:


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左圖中的特徵組的複合輪廓度,第一行的公差帶是右圖中寬度為0.4的藍色公差帶,它的自由度被ABC三個基準限制死了。而第二行的公差帶是寬度為0.2的綠色公差帶,綠色公差帶必須垂直於A,而且水平部分必須平行於B,因為B不再具備定位功能,所以綠色部分在保持和B理想的方向關係的情況下,可以上下左右任意移動(不能旋轉)。注意是左右兩個綠色的公差帶是在保證理想的相對方位關係的情況下,像一個整體一樣一起移動


只要左右兩邊方孔的實際被測要素只要同時落在藍色和綠色的公差帶範圍以內,該被測要素合格。


二. ISO中的CZ(Common Zone)公共公差帶


CZ是ISO中特有的符號,表示公共公差帶。應用的對象必須具備以下條件:


  1. 應用對象是兩個或兩個以上的特徵,即特徵組
  2. 公差帶的自由度沒有被基準完全限制(沒有基準,基準對公差帶的某些自由度不能做限制,或者基準帶M, 或者基準只限制方向)


典型的CZ的用法是平面度的公共公差帶:

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這裡的要求是三個被測要素(面)必須同時落在一個寬度為0.1的公差帶範圍以內。即要求把三個特徵當成一個特徵來控制。


上面已經提到過,在ISO裡,輪廓度應用在特徵組上時,並不具備ASME的輪廓度的功能(多個特徵當成一個特徵控制的功能),若要使ISO的輪廓度在控制特徵組時具備ASME的輪廓度的功能,必須應用修飾符號CZ. 如下圖:

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這時的輪廓度所控制的公差帶之間,就必須具備理想的方位關係。等同於ASME的輪廓度了。


三. ISO中的基準閹割符號 ">


基準閹割符號">


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見上圖,如果B基準後邊沒有加基準閹割符號“>


但是B的定位功能被閹割後,只起到定向的作用。其公差帶(寬度為0.2的兩平行平面之間的區域)必須和B保持理想的平行關係,但公差帶上下移動的自由度由A控制,所以這裡B定向,A定位。

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好了,我們已經理清楚了三個概念,我們來看看如何在ISO的背景下表達ASME中的複合輪廓度,見下圖(ASME背景):


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根據我們對複合公差的瞭解:


  1. 第一行表達控制兩個特徵組的公差帶相對於基準系ABC的位置,兩個特徵是當成一個特徵控制。
  2. 第二行表達的控制兩個特徵相對於A的方向(垂直)和B的方向,B不再控制位置。兩個特徵當成一個特徵來控制。

根據以上分析,在ISO裡可以表達如下:

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這裡的A基準本來只控制公差帶的方向,所以不需要被閹割。


所以在ISO標準的背景下,只要用恰當的符號也能表達ASME中的複合位置度功能。


最後有同行不僅要問,在什麼情況下我們使用複合輪廓度呢?


在前面我已經提到,當有的工況需要加嚴方向,不需要同時加嚴位置的時候,我們需要用複合輪廓度:

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如上圖中的車身外觀和內飾,各兩件之間的縫隙直接影響到產品的外觀,從用戶審美的角度出發,這些縫隙之間的均勻度比縫隙的大小更重要。所以可採用複合輪廓都控制各零件接縫處的輪廓,從而達到縫隙均勻度加嚴,縫隙大小相對放鬆。


另外,在切割機臺鋸裡,為了保證切割的順暢和精度,對鋸片相對於導向尺的方向(平行度)和鋸片相對於刻度尺的位置都提出了嚴格要求。但是在裝配過程中因為刻度尺(一張長條形的粘貼標籤)是根據鋸片的位置最後貼上去的,所以該鋸片對應的定位特徵可採用複合輪廓度控制,加嚴鋸片的方向控制,對鋸片的位置控制相對放鬆,從而達到經濟的目的。

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