第3节 几何规范

2 基本几何精度
  
   机械零件的基本几何精度是指所有机械零件共有的几何要素精度。为了经济地满足机械零件的使用功能要求,需要较为全面地规定构成机械零件的几何要素的基本几何精度。
  零件几何要素的基本精度包括:表面精度、尺寸精度和形状与位置精度。
  零件的表面特征(表面结构)是由实际表面的重复或偶然的偏差所形成的微观表面三维形貌,可以分为表面缺陷、表面粗糙度、表面波纹度。表面精度要求相应可以用三种公差来表示:表面缺陷、表面粗糙度和表面波纹度。
  几何要素的尺寸决定机械零件的大小及形状,通过实际生产过程所制成的机械零件的实际大小(尺寸)与设计的理想大小(尺寸)必然存在差异,因此为了满足零件的使用性能要求,必须限制这种差异,对零件尺寸规定精度要求。尺寸的精度要求在设计时用尺寸公差表示。尺寸公差可以分为线性尺寸公差和角(锥)度尺寸公差两大类。
  几何要素的形状如直线、平面及圆柱面等典型形状以外,还有任意形状的曲线和曲面;几何要素的位置关系有定向和定位两类。定向关系除平行、垂直以外,还包括任意角度的倾斜关系;定位关系除对称(共面)、同轴(共轴、同心)以外,还有任意的位置关系。
  几何要素的形状和位置精度要求,用形状和位置公差表示,简称形位公差。
  三类基本几何精度对机械产品功能要求的影响有时相互独立,有时密切相关。因而在设计时应相应地采用不同的设计原则。
  当几何要素的各项精度要求及各要素的精度要求对产品功能的影响互不相关时,应该按照独立原则进行精度设计,要求实际要素分别独立满足各项精度要求。
  当要素的各项精度要求或若干要素的精度对产品功能产生综合作用时,应该在设计时规定相关要求,从而综合控制要素的各项几何误差或若干相关要素的误差。
  各种机械零件上,除具有直线、圆、平面、圆柱面、圆锥面等基本几何要素外,还有许多典型要素,如齿轮、螺纹、花键等。对于这些要素,除需规定其基本精度以外,还应规定其特殊精度要求,如齿轮公差、螺纹公差、花键公差等。

3 几何技术规范(GPS)

  产品几何技术规范 (Geometrical Product Specification),简称GPS,是规范所有符合机械工程规律的几何形体产品的整套几何量技术标准,它覆盖了从宏观到微观的产品几何特征,涉及从产品开发、设计、制造、检测、装配以及维修、报废等产品生命周期的全过程。它不但是产品的信息传递与交换的基础,也是产品市场流通领域中合格评定的依据。在国际标准中,GPS标准体系是影响最广、最重要的基础标准体系之一,与质量管理(ISO9000)、产品模型数据交换(STEP)等重要标准体系的有着密切的联系,是产品质量保证和制造业信息化的重要基础。
  第一代GPS以几何学为基础,包括:几何产品从毫米到微米级的几何尺寸(公差)、从宏观到微观的表面结构(表面粗糙度、表面波纹度、表面形状与位置)、测量原理、测量设备及仪器标准,提供了产品设计、制造及检测的技术规范,但没有建立它们彼此之间的联系。随着国际经济的发展和科学技术的进步,公司规模和地域分散性逐步扩大,传统的内部交流和联系机制日趋消失,先进的制造方法和技术、CAD/CAM/CAQ以及先进测量仪器的出现和使用,在市场需求和技术进步的推动下,新一代GPS以数学作为基础语言结构,用计量数学为根基,给出产品功能、技术规范、制造与计量之间的量值传递的数学方法。为设计人员、产品开发人员以及计量测试人员提供了共同的语言,建立了一个交流平台。

GPS标准体系主要有四个组成部分,即:
  * 基础的GPS标准(The Fundamental GPS Standards);
  * 综合的GPS标准(The Global GPS Standards);
  * 通用的GPS标准矩阵(General GPS Standards Matrix);
  * 互补的GPS标准矩阵(Complementary GPS Standards Matrix)。

  通用的GPS标准(矩阵)是ISO/TC213 GPS标准体系的主体部分(如表1-2),不难看出其矩阵行是根据产品的功能要求,对其相应的几何技术特征进行分析归纳后规范的18种工件/要素的几何特征(尺寸、形状、位置及光滑表面特征等);矩阵列则从系统的角度统筹考虑,给出了从产品功能要求、规范设计到检验评定整个系统过程的各主要链环(图样标注--特征定义--操作算子--比较认证--测量仪器--评定校准)的规范。
  在通用产品几何技术规范体系中,规范标准形成相应的标准链,相关的规范标准是相互影响的。
  目前,我国的基础几何标准规范还没有完全满足通用产品几何技术规范体系的要求,正在不断发展的过程中。

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