形位公差入門之 初識基準

yzugwh

基準的理解和掌握是我們學習形位公差的基礎和前提，也是相對有些難度的知識點，今天我們就來一起看下基準是怎么回事。

基準是干啥的    
當我們看一個典型的形位公差標注時，一定會注意到后面一溜帶字母的框框，這就是該公差的“基準系統”

然而，為啥要有基準呢。請先來回答一個問題：珠穆朗瑪峰有多高？

對，為什么海拔這么重要，因為他標明了和定義了測量的起始點！
海拔也就是從海平面為零點測量，所以在這里海平面就是基準。

再問一個問題：
測量一個人的身高分幾步？

這里的平臺和立柱都是基準，是為了保證測量的唯一性和準確性所引入的參照，所以我們可以總結出基準的主要作用有兩個：

• 提供測量的原點或參照
• 約束被測對象的放置方式
  
  

了解完基準的作用，我們還需要來區分幾個概念：

• 基準 (Datum): 用于定位或約束零件的理想幾何體，如點，直線，平面等。要注意，基準是虛擬的幾何體，并不存在于任何實物上。比如剛才提到的海平面，它是通過計算擬合出來的理想面，而非實際的浪濤洶涌的海水表面；
• 基準要素 (Datum feature)：零件上對應基準的實際要素，比如零件圖上標注的基準符號A，確切來說它指向的實際表面是基準要素A。或如剛才例子所說，基準“海平面”對應的基準要素就是實際的波濤洶涌的海水表面；
• 基準模擬體 (Datum simulator)：測量或加工系統中用于模擬基準的實際幾何體，比如加工或測量設備的工作臺，專門的檢治具等，他們的公差相比零件小很多，因此與理想形體的差別可以被忽略，因此我們通常可以近似可以把基準模擬體的實際作用部分當作是基準。比如上面提到的身高測量用到的平臺面，就是一個基準模擬體的實際作用面，通常我們就直接稱之為基準了；
• 模擬基準 (Simulated datum)：由基準模擬體上實際作用部分擬合出的理想幾何要素，其實就相當于基準在基準模擬體上的展現
  
  

這些個概念可能有點抽象，但沒有關系，慢慢體會，基本也不影響我們后續知識的理解。

基準如何工作
馬不停蹄 Let's繼續，我們剛才提到了，基準的一個作用是用來約束零件的擺放方式，我們知道在三維空間里一個物體有六個自由度，如果我們把這個零件放在三維笛卡爾坐標系中，這些自由度可以用x,y,z,u,v,w來表示

當我們用基準把一個零件的六個自由度完全限制的時候，它也就被完全約束了。但并不是任何情況都需要將零件完全限制，只要根據功能的需要選擇合理的約束即可。
下面的表格（摘自ASME Y14.5-2009）列出了一些常用基準要素及它們能夠限制的自由度：

舉例說明一下：
下面這個平行度標注只有一個基準A，它是一個平面，因此可以限制零件繞X軸及Y軸的旋轉，以及Z軸方向的移動自由度 （即u,v,z）。而繞Z軸的旋轉，以及X軸方向、Y軸方向的移動自由度（即x,y）并不影響平行度的評估，因此無需做限制

排排坐吃果果   
然而有很多標注的基準可不止一個，比如下面位置度標注里這樣DEF齊聚一堂的情況也不少。

那我們來思考一下，盤子里有六個蘋果，分別是x,y,z,u,v,w,根據前面所說，基準D要吃掉u,v,z, 基準E要吃掉v,w,x, 基準F要吃掉u,w,y, 這樣它們三個肯定要干仗啊。所以為了世界和平，它們約定了一個世間通用的法則--先來后到，即誰先來誰先吃，后到的不能要求前面的把東西吐出來。呃，事實上也沒人愿意吃別人吐的吧...
所以，反應到我們這個零件上，它就是下面這樣的分配方式：

現在基準有了順序，又帶來了一個問題，如果變化一下基準的前后順序，這個標注表達的還是不是同一個意思？
如果只看上圖，好像是沒什么區別，不管誰在前誰在后最終狀態貌似都是一樣的。別急，那是因為你還沒有看到這個零件的本來面目，要知道，現實中它可不是上圖中這樣規規整整的，而是變形扭曲，坑洼不平的，這會產生什么樣的影響呢？
我們再看個簡單點的，應該就明白了（此例中基準擬合方式為相切擬合）：

發現了嗎，當把實際零件的變形考慮進去時，基準的順序會決定零件的擺放狀態，進而導致不同的測量結果。
既然基準順序如此重要，我們應該如何來確定它呢？浩工總結了一點個人的心得，供各位參考：

• 圖紙上任何標注都應以體現功能需求為首要目標，因此基準順序應當反映零件的實際安裝狀態；
• 從裝配的角度出發，實際裝配受力貼合面一般可作為第一基準，這可能需要從功能，微觀形變角度綜合確定；
• 從測量的角度出發，較小/短的面不宜作為第一基準來限制較多自由度，因為這會帶來較大的擬合誤差
  

以上圖這兩種零件組合為例，可以想象左面的組合裝配后在壓緊力的所用下一定是底面（基準要素A）貼合，因此把該面作為第一基準，用于定向及軸向定位；而配合止口的中心線（基準要素B）作為第二基準，用于徑向定位。右面的組合的主要配合面為較長的孔軸配合面（對應基準B），可以想象裝配后其底面（基準要素A）并不一定處于貼合狀態，因此將基準B作為第一基準，用于定向及徑向定位；而基準A作為第二基準用于軸向限位。
基準是一個非常重要且有深度的話題，展開來的話可能幾天都講不完，這里僅僅是介紹了最初步但個人認為工作中最常用到的知識點，所謂的能效比應該還是比較高的。
光陰荏苒，又要再見。回顧一下，在本篇中我們首先介紹了基準的作用是提供約束和測量的參照；之后闡述了它通過限制自由度來定向和定位零件，以保證公差定義和測量的唯一性；最后舉例說明了基準順序應該符合先來后到的基本原則，希望對大家的理解有一定幫助。

歷史文章：
正負公差標注，我們真的會用了嗎？
公差趣談-直徑公差可以限制圓度嗎？

END

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937193679 發表于 2020-5-10 06:56
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