今天，咱們要聊的話題是“幾何公差”。這東西，聽起來似乎很簡單，可它在產品設計、制造和質量控制中非常重要，卻時常讓人摸不著頭腦！別擔心，本文將以通俗易懂的語言，給你獻上幾何公差的干貨解析，記得收藏，以備不時之需！
讓我們首先瞥一眼這張簡單的圖：圖中的標注各自代表了什么含義呢？你都能輕松看懂嗎？
01
什么是幾何公差？
（1）尺寸公差與幾何公差的區別
設計圖紙的標注方法，大致可分為“尺寸公差”與“幾何公差”這兩類。
尺寸公差管控的是各部分的長度。而幾何公差管控的則是形狀、平行度、傾斜度、位置、跳動等。
尺寸公差圖紙
圖片幾何公差圖紙
意為“請進行對示面（A）的‘平行度’不超過‘0.02’的加工”。
（2）幾何公差的優點
為什么需要標注幾何公差呢？舉個例子，設計者在訂購某板狀部件時，通過尺寸公差進行了如下標示。
但是根據上述圖紙，生產方可能會交付如下所示的部件。
這樣的部件會成為不適合品或不良品。
究其原因，就是沒有在圖紙上標注平行性。相應的責任不在于加工業者，在于設計者的公差標示。
用幾何公差標注同一部件的圖紙，可得到如下所示的設計圖。該圖在尺寸信息的基礎上，追加了“平行度”、“平面度”等幾何公差信息。這樣一來，就能避免因單純標注尺寸公差而導致的問題。
差標注同一部件的圖紙，可得到如下所示的設計圖。該圖在尺寸信息的基礎上，追加了“平行度”、“平面度”等幾何公差信息。這樣一來，就能避免因單純標注尺寸公差而導致的問題。
綜上所述，幾何公差的優點，就是能夠正確、高效地傳達無法通過尺寸公差來體現的設計者意圖。
（3）獨立原則
尺寸公差與幾何公差管控的公差不同。尺寸公差管控的是長度，幾何公差管控的則是形狀及位置關系。
因此，尺寸公差和幾何公差并無優劣之分，結合使用這兩種公差，可實現高效的公差標示。
此外，尺寸公差及幾何公差分別以不同測量設備及檢測方法測量。例如，尺寸公差會使用游標卡尺、千分尺等測量2點間距離，此時，下圖中的尺寸公差全部合格。
但是，幾何公差會利用真圓度測量儀、三坐標測量儀檢測真圓度及中心軸的位置，根據指定的公差范圍，可能會被判定為不合格。換言之，根據尺寸公差會被判定為合格，根據幾何公差則不合格。
因此我們可以認為，尺寸公差管控與幾何公差管控基本上不存在相關性。這種思考方式就是“獨立原則”。
（4）ISO中的定義
尺寸與幾何特性的關系定義如下。
ISO 8015-1985
除去特別指定相關性的情形，圖紙中標示的各要求事項，例如尺寸公差及幾何公差，與其他一切尺寸、公差或特性不存在任何關聯性，獨立發揮作用。
如上所述，獨立原則是ISO明文規定的國際標準。但是，在美國等國家，部分企業可能會遵循不適用獨立原則的ASME（美國機械工程師協會）準則。因此，在與境外企業開展貿易時，建議務必提前通過協商等途徑，明確規格要求。
02
幾何公差圖紙與符號
幾何公差在圖紙上通過符號進行指定。目前，幾何公差的符號共有16種，并根據管控的公差進行分類。
（1）幾何公差特性的分類與符號
幾何公差的符號如下所示。所謂“適用要素”的“獨立要素”，就是不關聯基準（無需標示基準）的要素?！盎鶞省笔菫榱藳Q定姿態、位置、跳動而設定的理論理想要素。而“關聯要素”則是與基準存在關聯的要素，用于指定姿態、位置、跳動公差。
幾何公差符號一覽（相關規格：ISO5459）
（2）真位置度理論（用方框圍起的尺寸值）
用“理論正確尺寸（TED：Theoretically Exact Dimension）”標示幾何公差（位置度、輪廓度、傾斜度）的思考方式。TED會用方框（□）圍起理論正確尺寸，將與該位置相關的公差填入形體控制框。
1）位置的指定
進行如下圖所示的位置指定時，尺寸公差標示的基準尺寸和公差均會成為尺寸公差的總和（累積公差），無法指定正確位置。而利用TED進行標示時，因其不附帶公差，不會引發累積公差的問題。
2）公差帶的指定
在指定公差帶時，真位置度理論會在公差值的中心，正確標示需要用TED管控的位置。
要素為點時，公差帶就是以該點為中心的圓形（a）或球形；要素為直線時，則公差帶為以該直線個別正確離開公差值一半的平行二平面（b），或以該直線為中心的圓柱公差帶（c）。
03
什么是基準（datum）
所謂基準（datum），就是在進行加工及尺寸測量時作為基準的面、線、點。
（1）ISO中的定義
ISO 5459：2011定義：位置（公差）及/或姿態（公差）的公差帶，抑或是為了定義表現執行狀態的理想要素，而選擇的實際組成要素（1個以上）所適用的設定要素（1個以上）。
（2）基準的種類
基準分為“基準要素”與“模擬基準要素”。還有組合2個以上的基準，指定要素的“基準體系”。
基準要素：用于設定基準的目標物實際要素（部件的表面、孔洞等）。
模擬基準要素：在設定基準時與基準要素相接，形狀極其精密的實際表面（平板、軸承、心軸等）。
基準體系：為了設定帶公差要素的基準，組合使用2個以上不同基準的基準組。
標示為基準的部件的面，并不具備完美的形狀。因此，必須將擁有更精密表面的平板、尺規、心軸等作為實用基準，進行接觸。
（3）基準要素的圖紙標注
基準可通過下列符號（基準符號）進行標注?；鶞史栍社U空或涂黑的三角形標注。而代表基準的英文字母必須與圖紙的方向一致。
此外，作為對象的區域，會因圖紙中基準符號的位置而異。為了嚴謹傳達設計意圖，請注意標示基準的位置。
1）標示軸線或中心平面時
將尺寸線與基準合并在一處，標示基準要素。標示的基準要素中心，將成為基準軸或基準中心平面。
2）標示母線時
標示時需錯開基準要素的尺寸線與基準。標示的基準要素中心，將成為基準軸或基準中心平面。
04
形體控制框
幾何公差用“形體控制框”標示。形體控制框中應包含下列要素。
a：幾何特性符號
標注幾何公差的種類。
b：直徑符號（必要時）
必須標注的幾何特性如下所示。
二維平面中的圓中區域：位置度、同心度
三維空間中的圓柱中區域：真直度、平行度、直角度、傾斜度、位置度、同軸度
三維空間中的球體中區域：位置度
c：幾何公差值
公差的值。單位為“ mm （毫米） ”。
d：實體公差、公共公差帶等
主要包括“（最大實體要求）”、“（最小實體要求）”、“CZ （公共公差帶：Common Zone） ”等。以及其他、等。
e：優先基準
將設計者需要優先設定為基準的部分指定為基準。標注多項基準時，按照從左到右、優先度從高到低的順序進行標注。
通常情況下，設計者會按照優先度順序，決定基準的字母，因此越靠前的字母優先度越高。
05
幾何公差的種類
目前，幾何公差分類中共有14種符號。若以其它方式分類，則有15種符號。
這些符號分屬“形狀公差”、“姿態公差”、“位置公差”、“跳動公差”，借助這些公差，可以指定所有形狀。
“最大實體要求”在軸孔嵌合等設計中不可或缺，“最小實體要求”則是設計管道厚度等強度維持必要參數的有效手段，下面也介紹這些方式的概要。
（1）形狀公差（形狀偏差）
所謂形狀公差，就是決定目標物（部件）形狀的基本幾何公差。都是無需基準，可獨立決定形狀的幾何公差。
1）真直度
指定“筆直度”的參數，標示應該呈現何等正確的筆直度。適用于直線而非平面對象，表示中心線、母線等的彎曲情況。因此，可用于設定長尺寸物體的容許翹曲等。
標注示例
圖紙解讀
表示圓柱直徑的尺寸與形體控制框相連時，該圓柱的軸線必須位于直徑0.1mm的圓柱內。
2）平面度
指定“表面凸凹度”，標示應該呈現何等正確的平坦面。最凸起部分與最凹陷部分必須位于上下分離2個平面之間夾住的一定距離。
