今天，咱们要聊的话题是“几何公差”。这东西，听起来似乎很简单，可它在产品设计、制造和质量控制中非常重要，却时常让人摸不着头脑！别担心，本文将以通俗易懂的语言，给你献上几何公差的干货解析，记得收藏，以备不时之需！

让我们首先瞥一眼这张简单的图：图中的标注各自代表了什么含义呢？你都能轻松看懂吗？

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什么是几何公差？

（1）尺寸公差与几何公差的区别

设计图纸的标注方法，大致可分为“尺寸公差”与“几何公差”这两类。

尺寸公差管控的是各部分的长度。而几何公差管控的则是形状、平行度、倾斜度、位置、跳动等。

尺寸公差图纸

图片几何公差图纸

意为“请进行对示面（A）的‘平行度’不超过‘0.02’的加工”。

（2）几何公差的优点

为什么需要标注几何公差呢？举个例子，设计者在订购某板状部件时，通过尺寸公差进行了如下标示。

但是根据上述图纸，生产方可能会交付如下所示的部件。

这样的部件会成为不适合品或不良品。

究其原因，就是没有在图纸上标注平行性。相应的责任不在于加工业者，在于设计者的公差标示。

用几何公差标注同一部件的图纸，可得到如下所示的设计图。该图在尺寸信息的基础上，追加了“平行度”、“平面度”等几何公差信息。这样一来，就能避免因单纯标注尺寸公差而导致的问题。

差标注同一部件的图纸，可得到如下所示的设计图。该图在尺寸信息的基础上，追加了“平行度”、“平面度”等几何公差信息。这样一来，就能避免因单纯标注尺寸公差而导致的问题。

综上所述，几何公差的优点，就是能够正确、高效地传达无法通过尺寸公差来体现的设计者意图。

（3）独立原则

尺寸公差与几何公差管控的公差不同。尺寸公差管控的是长度，几何公差管控的则是形状及位置关系。

因此，尺寸公差和几何公差并无优劣之分，结合使用这两种公差，可实现高效的公差标示。

此外，尺寸公差及几何公差分别以不同测量设备及检测方法测量。例如，尺寸公差会使用游标卡尺、千分尺等测量2点间距离，此时，下图中的尺寸公差全部合格。

但是，几何公差会利用真圆度测量仪、三坐标测量仪检测真圆度及中心轴的位置，根据指定的公差范围，可能会被判定为不合格。换言之，根据尺寸公差会被判定为合格，根据几何公差则不合格。

因此我们可以认为，尺寸公差管控与几何公差管控基本上不存在相关性。这种思考方式就是“独立原则”。

（4）ISO中的定义

尺寸与几何特性的关系定义如下。

ISO 8015-1985

除去特别指定相关性的情形，图纸中标示的各要求事项，例如尺寸公差及几何公差，与其他一切尺寸、公差或特性不存在任何关联性，独立发挥作用。

如上所述，独立原则是ISO明文规定的国际标准。但是，在美国等国家，部分企业可能会遵循不适用独立原则的ASME（美国机械工程师协会）准则。因此，在与境外企业开展贸易时，建议务必提前通过协商等途径，明确规格要求。

02

几何公差图纸与符号

几何公差在图纸上通过符号进行指定。目前，几何公差的符号共有16种，并根据管控的公差进行分类。

（1）几何公差特性的分类与符号

几何公差的符号如下所示。所谓“适用要素”的“独立要素”，就是不关联基准（无需标示基准）的要素。“基准”是为了决定姿态、位置、跳动而设定的理论理想要素。而“关联要素”则是与基准存在关联的要素，用于指定姿态、位置、跳动公差。

几何公差符号一览（相关规格：ISO5459）

（2）真位置度理论（用方框围起的尺寸值）

用“理论正确尺寸（TED：Theoretically Exact Dimension）”标示几何公差（位置度、轮廓度、倾斜度）的思考方式。TED会用方框（□）围起理论正确尺寸，将与该位置相关的公差填入形体控制框。

1）位置的指定

进行如下图所示的位置指定时，尺寸公差标示的基准尺寸和公差均会成为尺寸公差的总和（累积公差），无法指定正确位置。而利用TED进行标示时，因其不附带公差，不会引发累积公差的问题。

2）公差带的指定

在指定公差带时，真位置度理论会在公差值的中心，正确标示需要用TED管控的位置。

要素为点时，公差带就是以该点为中心的圆形（a）或球形；要素为直线时，则公差带为以该直线个别正确离开公差值一半的平行二平面（b），或以该直线为中心的圆柱公差带（c）。

03

什么是基准（datum）

所谓基准（datum），就是在进行加工及尺寸测量时作为基准的面、线、点。

（1）ISO中的定义

ISO 5459：2011定义：位置（公差）及/或姿态（公差）的公差带，抑或是为了定义表现执行状态的理想要素，而选择的实际组成要素（1个以上）所适用的设定要素（1个以上）。

（2）基准的种类

基准分为“基准要素”与“模拟基准要素”。还有组合2个以上的基准，指定要素的“基准体系”。

基准要素：用于设定基准的目标物实际要素（部件的表面、孔洞等）。

模拟基准要素：在设定基准时与基准要素相接，形状极其精密的实际表面（平板、轴承、心轴等）。

基准体系：为了设定带公差要素的基准，组合使用2个以上不同基准的基准组。

标示为基准的部件的面，并不具备完美的形状。因此，必须将拥有更精密表面的平板、尺规、心轴等作为实用基准，进行接触。

（3）基准要素的图纸标注

基准可通过下列符号（基准符号）进行标注。基准符号由镂空或涂黑的三角形标注。而代表基准的英文字母必须与图纸的方向一致。

此外，作为对象的区域，会因图纸中基准符号的位置而异。为了严谨传达设计意图，请注意标示基准的位置。

1）标示轴线或中心平面时

将尺寸线与基准合并在一处，标示基准要素。标示的基准要素中心，将成为基准轴或基准中心平面。

2）标示母线时

标示时需错开基准要素的尺寸线与基准。标示的基准要素中心，将成为基准轴或基准中心平面。

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形体控制框

几何公差用“形体控制框”标示。形体控制框中应包含下列要素。

a：几何特性符号

标注几何公差的种类。

b：直径符号（必要时）

必须标注的几何特性如下所示。

二维平面中的圆中区域：位置度、同心度

三维空间中的圆柱中区域：真直度、平行度、直角度、倾斜度、位置度、同轴度

三维空间中的球体中区域：位置度

c：几何公差值

公差的值。单位为“ mm （毫米） ”。

d：实体公差、公共公差带等

主要包括“（最大实体要求）”、“（最小实体要求）”、“CZ （公共公差带：Common Zone） ”等。以及其他、等。

e：优先基准

将设计者需要优先设定为基准的部分指定为基准。标注多项基准时，按照从左到右、优先度从高到低的顺序进行标注。

通常情况下，设计者会按照优先度顺序，决定基准的字母，因此越靠前的字母优先度越高。

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几何公差的种类

目前，几何公差分类中共有14种符号。若以其它方式分类，则有15种符号。

这些符号分属“形状公差”、“姿态公差”、“位置公差”、“跳动公差”，借助这些公差，可以指定所有形状。

“最大实体要求”在轴孔嵌合等设计中不可或缺，“最小实体要求”则是设计管道厚度等强度维持必要参数的有效手段，下面也介绍这些方式的概要。

（1）形状公差（形状偏差）

所谓形状公差，就是决定目标物（部件）形状的基本几何公差。都是无需基准，可独立决定形状的几何公差。

1）真直度

指定“笔直度”的参数，标示应该呈现何等正确的笔直度。适用于直线而非平面对象，表示中心线、母线等的弯曲情况。因此，可用于设定长尺寸物体的容许翘曲等。

标注示例

图纸解读

表示圆柱直径的尺寸与形体控制框相连时，该圆柱的轴线必须位于直径0.1mm的圆柱内。

2）平面度

指定“表面凸凹度”，标示应该呈现何等正确的平坦面。最凸起部分与最凹陷部分必须位于上下分离2个平面之间夹住的一定距离。