2. 尺寸公差基础与GD&T核心规则

在Hexagon三坐标测量报告里,同一个孔可能同时出现“Ø10.2±0.1”“位置度Ø0.3 A|B|C”“Ⓜ”三种标注。它们分别属于尺寸公差、几何公差和材料条件修饰符,三者共同决定“这个孔到底合不合格”。如果只盯着尺寸数值,很容易把超差件判成合格件,或者把合格件误判为废品。本节把这几类标注的判定逻辑拆开,并说明它们在测量报告中的读法。

尺寸公差与几何公差:控制的对象不同

尺寸公差控制的是“尺寸要素”本身的大小,例如孔径、轴径、槽宽、板厚。标注Ø10.2±0.1表示该孔任意截面的局部尺寸必须落在10.1~10.3之间。几何公差控制的是要素的形状、方向、位置或跳动,例如圆度、平行度、位置度、同轴度。它不直接限制尺寸大小,而是限制实际要素相对于理想几何形状或基准的偏离量。

关键区别在于:尺寸公差是“两点之间”的局部量,几何公差是“整要素或整表面”的综合量。一个孔可以每个局部尺寸都在10.1~10.3内,但轴线弯了、偏了,位置度仍然超差。因此Hexagon报告通常把“直径”列和“位置度”列分开显示,判定时两者都要满足。

基准体系:几何公差的定位参照

几何公差框格中的A|B|C是基准参照。基准不是零件上随便找的面,而是由基准要素按优先级建立的坐标系:第一基准约束3个自由度,第二基准约束2个,第三基准约束1个。以常见的“A面为第一基准、B孔为第二基准、C孔为第三基准”为例,A面先确定Z方向和Z零点,B孔确定X、Y原点和绕Z的旋转,C孔再锁定绕Z的最终角向。测量软件按这个顺序拟合基准,再计算被测要素的偏差。

基准顺序不能随意调换。把A和B对调,等于换了坐标系,同一实际零件的同轴度数值可能从0.08变成0.15。读报告时若发现基准顺序与图纸不一致,测量结果无效,必须先修正程序。

MMC、LMC与RFS:材料条件如何改变公差

材料条件修饰符决定几何公差是否随实际尺寸浮动。最大实体条件MMC指孔最小、轴最大的状态,即材料最多;最小实体条件LMC指孔最大、轴最小的状态;RFS(Ⓢ或默认)表示几何公差与尺寸无关,固定不变。

以孔的位置度Ø0.3Ⓜ为例,孔的基本尺寸Ø10.2,上偏差+0.1,下偏差-0.1。MMC尺寸为10.1。当孔实际尺寸为10.1时,位置度公差就是0.3;当孔做到10.3时,允许的位置度公差变为0.3+(10.3-10.1)=0.5。这就是“奖励公差”。Hexagon报告中的“位置度”列若显示0.42,而实际孔径为10.25,则允许公差为0.3+0.15=0.45,判定合格;若孔径为10.12,允许公差仅0.32,0.42就超差。

LMC用于保证最小壁厚,例如孔到边缘的距离。RFS则不允许浮动,常用于配合精度要求高、不允许用尺寸补偿的位置度或同轴度。读报告时要先看框格有没有Ⓜ或Ⓛ,再决定用固定公差还是浮动公差判定。

包容要求与独立原则

包容要求(ⓔ)规定:尺寸要素的实际轮廓不得超出最大实体边界,即尺寸公差和形状公差相互关联。对于孔,最大实体边界是MMC尺寸10.1,孔的实际轮廓任何一点都不允许小于10.1,同时局部尺寸不得超过10.3。这意味着孔即使局部尺寸合格,若轴线弯曲导致轮廓侵入10.1边界,仍判不合格。独立原则则是尺寸公差与几何公差各自独立,互不补偿,默认用于大多数非包容要求的尺寸。

在Hexagon报告中,包容要求通常体现为“最大实体边界”或“配合轮廓”检查项。若报告只给了直径和圆度,没有轮廓度或边界检查,就不能直接判定包容要求合格,需要确认测量程序是否按最大实体边界评价。

Hexagon报告中的公差标注解读示例

假设图纸标注为:孔径Ø10.2±0.1,位置度Ø0.3Ⓜ A|B|C,圆度0.05,材料条件为MMC。Hexagon报告给出:实测直径10.24,位置度0.41,圆度0.03。判定过程如下:直径10.24在10.1~10.3内,合格;圆度0.03≤0.05,合格;位置度允许值=0.3+(10.24-10.1)=0.44,实测0.41≤0.44,合格。三项均合格,零件合格。

若同一报告实测直径10.12,位置度0.41,则允许值=0.3+0.02=0.32,0.41>0.32,位置度超差,零件不合格。此时不能因为直径合格就放行。若图纸位置度没有Ⓜ,则允许值恒为0.3,10.12和10.24两种情况下0.41都超差。

Hexagon报告公差判定链:尺寸公差 + 几何公差 + 材料条件 尺寸公差 Ø10.2±0.1 局部尺寸 10.1~10.3 几何公差 位置度 Ø0.3 Ⓜ A|B|C 轴线相对基准的偏离 材料条件 MMC / LMC / RFS 决定公差是否浮动 基准体系 A(3) → B(2) → C(1) 建立测量坐标系 MMC奖励公差计算(孔 Ø10.2±0.1,位置度Ø0.3Ⓜ) MMC尺寸 = 10.1 允许位置度 = 0.3 孔最小、材料最多 实测直径 = 10.24 奖励 = 10.24-10.1 = 0.14 允许位置度 = 0.44 实测位置度 = 0.41 0.41 ≤ 0.44 判定:合格 反例:直径合格但位置度超差 实测直径 = 10.12(在10.1~10.3内) 奖励 = 10.12-10.1 = 0.02 允许位置度 = 0.3+0.02 = 0.32 实测位置度 0.41 > 0.32 → 不合格 RFS(无Ⓜ)判定 允许位置度恒为 0.3 直径10.12 → 0.41 > 0.3 不合格 直径10.24 → 0.41 > 0.3 不合格 尺寸补偿不适用,必须修程序

读报告时的三个检查点

第一,先确认基准顺序与图纸一致,再看几何公差数值。第二,看几何公差框格是否有Ⓜ或Ⓛ,有则用“基本公差+尺寸偏离量”计算允许值,无则用固定值。第三,包容要求ⓔ需要单独检查最大实体边界,不能只看直径和圆度。把这三步固定成读报告的习惯,Hexagon输出的每一列数据才能对应到正确的判定规则上。

在Hexagon PC-DMIS或QUINDOS中,位置度评价默认按RFS输出。若图纸带Ⓜ,需要在评价设置中启用“材料条件补偿”或手动按公式计算允许公差,否则软件给出的超差结论可能偏严。