1、互換性與技術測量互換性與技術測量互換性與技術測量課程的要求：互換性與技術測量課程的要求：課程性質：專業(yè)基礎課，將標準化與計量學的有關部分有機：專業(yè)基礎課，將標準化與計量學的有關部分有機地結合在一起，而且涉及機械設計、機械制造、質量控地結合在一起，而且涉及機械設計、機械制造、質量控制、生產(chǎn)組織等多方面。制、生產(chǎn)組織等多方面。特點：概念多，涉及標準多。：概念多，涉及標準多。學習要求：（1 1）掌握有關公差、測量的基本概念、基本理論、術語、）掌握有關公差、測量的基本概念、基本理論、術語、定義；定義； （2 2）培養(yǎng)公差設計及精度檢測的基本能力；）培養(yǎng)公差設計及精度檢測的基本能力； （3 3）學會查工

2、具書，如手冊、標準等。）學會查工具書，如手冊、標準等。課程目的：課程目的：從制圖的角度，真正看懂圖紙上標注的尺寸公差、從制圖的角度，真正看懂圖紙上標注的尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度等技術要求；幾何公差、表面粗糙度等技術要求；從設計的角度，掌握根據(jù)零件的使用要求正確地選從設計的角度，掌握根據(jù)零件的使用要求正確地選擇尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度的原則和方法擇尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度的原則和方法; ;從制造的角度，了解尺寸公差、幾何公差和表面粗從制造的角度，了解尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度對制造的要求；糙度對制造的要求；從測量的角度，大致掌握制定測量零件尺寸公差、從測量的角度，大致掌握制

3、定測量零件尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度的方法。幾何公差、表面粗糙度的方法。參考資料： 1 1、李柱等編，互換性與測量技術幾何產(chǎn)品技術規(guī)范、李柱等編，互換性與測量技術幾何產(chǎn)品技術規(guī)范與認證與認證GPS GPS ，高等教育出版社，高等教育出版社，20042004 2 2、王伯平，互換性與技術測量，高等教育出版社，、王伯平，互換性與技術測量，高等教育出版社，20052005 3 3、萬書亭，互換性與技術測量基礎，電子工業(yè)出版社，、萬書亭，互換性與技術測量基礎，電子工業(yè)出版社，20072007 4 4機械工程基礎與通用標準實用叢書編委會機械工程基礎與通用標準實用叢書編委會 編，形編，形狀和位置公差狀

4、和位置公差機械工程基礎與通用標準實用叢書，中機械工程基礎與通用標準實用叢書，中國計劃出版社國計劃出版社 5.5.廖念釗，互換性與技術測量（第五版），中國計量廖念釗，互換性與技術測量（第五版），中國計量出版社出版社課程網(wǎng)址：課程網(wǎng)址：第第1 1章章 緒論緒論1.1 1.1 互換性概述互換性概述1.2 1.2 互換性標準的發(fā)展互換性標準的發(fā)展1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介1.4 1.4 標準化和優(yōu)先數(shù)系標準化和優(yōu)先數(shù)系本章的學習要求了解互換性的基本概念了解互換性的基本概念了解了解GPSGPS標準體系及其概況標準體系及其概況了解計量技術的發(fā)展簡況了解計量技術的發(fā)展簡況了解標

5、準和標準化的基本概念了解標準和標準化的基本概念掌握優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的基本常識掌握優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的基本常識重點：互換性和標準化的概念重點：互換性和標準化的概念 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系第1章 緒論1.1 互換性概述一、一、 互換性的含義互換性的含義 互換性是指事物可以互相替換的能力。互換性是指事物可以互相替換的能力。 GB/T20000.1-2002GB/T20000.1-2002標準化工作指南標準化工作指南 第第1 1部分部分: :標準化和相關活動的通用詞匯標準化和相關活動的通用詞匯國家標準中規(guī)定互換國家標準中規(guī)定互換性為性為 ： “某一產(chǎn)品、過程或服務代替另一產(chǎn)品、過程或某一產(chǎn)品、

6、過程或服務代替另一產(chǎn)品、過程或服務并滿足同樣要求的能力。服務并滿足同樣要求的能力。” 1.1 互換性概述一、一、 互換性的含義互換性的含義 1.1 互換性概述 本課程講述的互換性是產(chǎn)品的互換性。本課程講述的互換性是產(chǎn)品的互換性。 在機械和儀器制造業(yè)中，零、部件的互換性是指同一規(guī)格在機械和儀器制造業(yè)中，零、部件的互換性是指同一規(guī)格的一批零件或部件，任取其一，不需任何挑選或附加修配就能的一批零件或部件，任取其一，不需任何挑選或附加修配就能裝在機器上，達到規(guī)定的功能要求。這樣的一批零件或部件就裝在機器上，達到規(guī)定的功能要求。這樣的一批零件或部件就稱為具有互換性的零、部件。稱為具有互換性的零、部件。

7、1.1 互換性概述 機械和儀器制造業(yè)中的互換性包括機械和儀器制造業(yè)中的互換性包括幾何參數(shù)的互換性幾何參數(shù)的互換性和性能參數(shù)（如硬度、強度等）的互換性。和性能參數(shù)（如硬度、強度等）的互換性。幾何參數(shù)：一般包括尺寸大小、幾何形狀（宏觀、微觀）幾何參數(shù)：一般包括尺寸大小、幾何形狀（宏觀、微觀）及相互位置關系等。及相互位置關系等。機械產(chǎn)品的性能包括很多方面，例如：剛度、強度、硬度、機械產(chǎn)品的性能包括很多方面，例如：剛度、強度、硬度、傳熱性、導電性、熱穩(wěn)定性還有其他物理、化學參數(shù)等。傳熱性、導電性、熱穩(wěn)定性還有其他物理、化學參數(shù)等。本課程討論本課程討論幾何參數(shù)幾何參數(shù)的互換性。的互換性。 制造中不可避免

8、存在加工誤差，不可能將一批零件制造中不可避免存在加工誤差，不可能將一批零件加工得完全一樣；加工得完全一樣；實際使用中有誤差的零件也可能裝配在一起；實際使用中有誤差的零件也可能裝配在一起；零件有一定的尺寸誤差和幾何誤差也不一定影響零零件有一定的尺寸誤差和幾何誤差也不一定影響零件的使用功能。件的使用功能。 1.1 互換性概述具有互換性產(chǎn)品具有互換性產(chǎn)品的實際幾何參數(shù)的實際幾何參數(shù)是否要完全一樣是否要完全一樣？故在按照互換性原則組織生產(chǎn)時，只要根據(jù)使用要求，將零、故在按照互換性原則組織生產(chǎn)時，只要根據(jù)使用要求，將零、部件實際尺寸和幾何參數(shù)值的變動限制在預設的一定極限范圍部件實際尺寸和幾何參數(shù)值的變動

9、限制在預設的一定極限范圍內，即可以實現(xiàn)互換性并取得最佳的經(jīng)濟效益。內，即可以實現(xiàn)互換性并取得最佳的經(jīng)濟效益。這種允許零件尺寸和幾何參數(shù)的變動量就稱為這種允許零件尺寸和幾何參數(shù)的變動量就稱為公差。公差。幾何參數(shù)的互換并不是要求幾何參數(shù)做得完全一致，實際上幾何參數(shù)的互換并不是要求幾何參數(shù)做得完全一致，實際上只要幾何參數(shù)保持在一定的變動范圍，就能達到互換的目的。只要幾何參數(shù)保持在一定的變動范圍，就能達到互換的目的。零部件在幾何參數(shù)方面的互換性通過遵守零部件在幾何參數(shù)方面的互換性通過遵守公差標準公差標準來保證。來保證。1.1 互換性概述1.1 1.1 互換性概述互換性概述二、互換性的作用二、互換性的作

10、用u設計方面：設計方面： 使用標準件、通用件，縮短設計周期，便于計算機輔助使用標準件、通用件，縮短設計周期，便于計算機輔助設計設計CADCAD。 u加工方面加工方面: : 有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低成本。有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低成本。u裝配方面裝配方面: : 減輕勞動強度，縮短裝配周期，提高生產(chǎn)和裝配效率。減輕勞動強度，縮短裝配周期，提高生產(chǎn)和裝配效率。u使用和維修方面使用和維修方面: : 以舊換新，方便維修，提高設備使用價值。以舊換新，方便維修，提高設備使用價值。 1 1、按互換的程度分類、按互換的程度分類 完全互換與不完全互換。完全互換與不完全互換。 A A、

11、 完全互換性完全互換性 特點：不限定互換范圍，以零部件裝配或更換時不需要挑特點：不限定互換范圍，以零部件裝配或更換時不需要挑選或修配為條件，選或修配為條件， 100100的互換。的互換。 B B、不完全互換性、不完全互換性 特點：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內互換。特點：因特殊原因，只允許零件在一定范圍內互換。 例如：分組互換、調整互換、修配互換、概率互換（大數(shù)例如：分組互換、調整互換、修配互換、概率互換（大數(shù)互換）等。互換）等。三、互換性分類三、互換性分類1.1 1.1 互換性概述互換性概述1 1）概率互換）概率互換 指零、部件的設計、制造僅能以接近于指零、部件的設計、制造僅能以接近于1

12、 1的概率來滿足互的概率來滿足互換性的要求，主要用于成批、大量生產(chǎn)的場合。換性的要求，主要用于成批、大量生產(chǎn)的場合。 在此種生產(chǎn)方式下，考慮到零件實際參數(shù)值的概率分布特在此種生產(chǎn)方式下，考慮到零件實際參數(shù)值的概率分布特點，將參數(shù)允許的變動量適當加大，以獲得制造的經(jīng)濟性。點，將參數(shù)允許的變動量適當加大，以獲得制造的經(jīng)濟性。 按概率互換性要求組織生產(chǎn)，可能出現(xiàn)達不到組裝要求的按概率互換性要求組織生產(chǎn)，可能出現(xiàn)達不到組裝要求的情況，但這種情況出現(xiàn)的概率比較小。情況，但這種情況出現(xiàn)的概率比較小。 三、互換性分類三、互換性分類1.1 1.1 互換性概述互換性概述2) 2) 分組互換分組互換 通常用于大批

13、量生產(chǎn)且裝配精度要求很高的零件。通常用于大批量生產(chǎn)且裝配精度要求很高的零件。 采取分組互換可以適當?shù)卦龃罅慵嶋H參數(shù)的變動量，減采取分組互換可以適當?shù)卦龃罅慵嶋H參數(shù)的變動量，減小加工難度；加工完畢后根據(jù)測量所得的實際參數(shù)的大小分為小加工難度；加工完畢后根據(jù)測量所得的實際參數(shù)的大小分為若干組，使同組零件的實際參數(shù)值的變化減小，然后按對應組若干組，使同組零件的實際參數(shù)值的變化減小，然后按對應組進行裝配。進行裝配。 僅同組內的零件可以互換，組與組間不能互換。僅同組內的零件可以互換，組與組間不能互換。三、互換性分類三、互換性分類1.1 1.1 互換性概述互換性概述3 3）調整互換和修配互換）調整互換

14、和修配互換多用于單件、小批量的生產(chǎn)，特別是重型機械和精密儀器多用于單件、小批量的生產(chǎn)，特別是重型機械和精密儀器的制造。的制造。在此種裝配中，往往必須改變裝配鏈中某一零件實際參數(shù)在此種裝配中，往往必須改變裝配鏈中某一零件實際參數(shù)值的大小，以其作為調整環(huán)來補償其他零件裝配中累積誤值的大小，以其作為調整環(huán)來補償其他零件裝配中累積誤差的影響，從而滿足總的裝配精度要求。差的影響，從而滿足總的裝配精度要求。調整互換調整互換: :更換調整環(huán)零件或改變它的位置來進行補償。更換調整環(huán)零件或改變它的位置來進行補償。修配互換：對調整環(huán)做適當?shù)募庸ぃ淖冋{整環(huán)的實際參修配互換：對調整環(huán)做適當?shù)募庸ぃ淖冋{整環(huán)的實際參

15、數(shù)值，達到滿足裝配精度的要求。數(shù)值，達到滿足裝配精度的要求。三、互換性分類三、互換性分類1.1 1.1 互換性概述互換性概述2 2、按互換的部位分、按互換的部位分內互換：部件或機構內部組成零件間的互換性。內互換：部件或機構內部組成零件間的互換性。外互換：部件或機構和與其有配合關系的零部件間的互換性。外互換：部件或機構和與其有配合關系的零部件間的互換性。例如：滾動軸承的滾動體和內例如：滾動軸承的滾動體和內圈、外圈、保持架圈、外圈、保持架(隔離架）隔離架）之間的互換性為內互換，之間的互換性為內互換，軸承內圈和軸頸的配合及外圈軸承內圈和軸頸的配合及外圈和機座孔的配合為外互換和機座孔的配合為外互換。三

16、、互換性分類三、互換性分類1.1 1.1 互換性概述互換性概述四、互換性生產(chǎn)簡史四、互換性生產(chǎn)簡史互換性生產(chǎn)是隨著生產(chǎn)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展的。互換性生產(chǎn)是隨著生產(chǎn)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展的。對于有配合要求的零件，最初是按照對于有配合要求的零件，最初是按照“配制配制”方式制造。方式制造。 以孔配軸、以軸配孔，裝配時必須對號入座，生產(chǎn)效率以孔配軸、以軸配孔，裝配時必須對號入座，生產(chǎn)效率低。低。互換性生產(chǎn)是從出現(xiàn)了第一個標準量規(guī)開始的互換性生產(chǎn)是從出現(xiàn)了第一個標準量規(guī)開始的按一個標準的軸或孔來制造孔或軸，不久這種標準的孔做按一個標準的軸或孔來制造孔或軸，不久這種標準的孔做成卡規(guī)或環(huán)規(guī)；標準的軸做成塞規(guī)。成卡規(guī)或

17、環(huán)規(guī)；標準的軸做成塞規(guī)。 標準量規(guī)是單個使用，對零件要求過高標準量規(guī)是單個使用，對零件要求過高( (要求恰好緊密地要求恰好緊密地通過零件），其使用受到限制。通過零件），其使用受到限制。1.1 1.1 互換性概述互換性概述極限量規(guī)的產(chǎn)生極限量規(guī)的產(chǎn)生 事實上，使用要求不是絕對的，間隙略有變動只要不超過事實上，使用要求不是絕對的，間隙略有變動只要不超過一定范圍，也能滿足使用要求，也就允許孔、軸實際尺寸在一一定范圍，也能滿足使用要求，也就允許孔、軸實際尺寸在一定范圍內變動。定范圍內變動。 故按孔、軸的允許最大尺寸和最小尺寸，分別做成兩套量故按孔、軸的允許最大尺寸和最小尺寸，分別做成兩套量規(guī)，即極限量

18、規(guī)。規(guī)，即極限量規(guī)。四、互換性生產(chǎn)簡史四、互換性生產(chǎn)簡史1.1 1.1 互換性概述互換性概述塞規(guī)環(huán)規(guī)卡規(guī)1.2.1 1.2.1 互換性標準發(fā)展簡介互換性標準發(fā)展簡介19021902年年: :英國英國NewallNewall公司出版了極限表。公司出版了極限表。19061906年，英國頒布了國家標準年，英國頒布了國家標準BS27BS27，19241924年頒布了年頒布了BS164BS164，19251925年美國頒布年美國頒布ASAB4aASAB4a，這些都是初期的公差標準。，這些都是初期的公差標準。DINDIN標準采用了基孔制、基軸制，提出了公差單位的概念，標準采用了基孔制、基軸制，提出了公差單

19、位的概念，將公差等級和配合分開，并規(guī)定了標準溫度。將公差等級和配合分開，并規(guī)定了標準溫度。 19261926年，國際標準化協(xié)會（年，國際標準化協(xié)會（ISAISA）成立，）成立，19401940年年ISAISA頒布了頒布了國際公差標準。國際公差標準。19471947年，年，ISAISA更名為國際標準化組織（更名為國際標準化組織（International standardization organization ，ISO） 1.2 1.2 互換性標準的發(fā)展互換性標準的發(fā)展19591959年，我國正式頒布了年，我國正式頒布了GB159GB159174174公差與配合國家標準。公差與配合國家標準。隨

20、后又發(fā)布了各種結合件、傳動件、表面光潔度以及表面隨后又發(fā)布了各種結合件、傳動件、表面光潔度以及表面形狀和位置公差標準。形狀和位置公差標準。19791979年，我國將原有的年，我國將原有的19591959年版標準修訂為年版標準修訂為GB1800-1804-GB1800-1804-19791979。19961996年，又將該公差與配合標準改名年，又將該公差與配合標準改名極限與配合極限與配合，并，并不斷修訂有關標準。不斷修訂有關標準。 19961996年年ISO/TC213ISO/TC213產(chǎn)品尺寸和幾何技術規(guī)范及檢驗標準化技產(chǎn)品尺寸和幾何技術規(guī)范及檢驗標準化技術委員會成立，一套基于計量數(shù)學的術委員

21、會成立，一套基于計量數(shù)學的GPSGPS標準開始陸續(xù)制定標準開始陸續(xù)制定發(fā)布，標志著公差與配合標準進入了一個新的發(fā)展時代。發(fā)布，標志著公差與配合標準進入了一個新的發(fā)展時代。 以以GPSGPS理論做指導，我國依據(jù)理論做指導，我國依據(jù)GPSGPS標準對公差與配合標準進標準對公差與配合標準進行了全面修訂。行了全面修訂。 1.2.1 1.2.1 互換性標準發(fā)展簡介互換性標準發(fā)展簡介1.2 1.2 互換性標準的發(fā)展互換性標準的發(fā)展20082008年：年：新修訂的新修訂的GB/T1182GB/T1182發(fā)布，其名稱由發(fā)布，其名稱由形狀和位置形狀和位置公差公差 通則、定義、符號和圖樣表示法通則、定義、符號和圖

22、樣表示法更名為更名為產(chǎn)品幾產(chǎn)品幾何技術規(guī)范何技術規(guī)范 幾何公差幾何公差 形狀、方向、位置和跳動公差標形狀、方向、位置和跳動公差標注注。20092009年年: : GB/T4249GB/T4249產(chǎn)品幾何技術規(guī)范產(chǎn)品幾何技術規(guī)范 公差原則公差原則 GB/T16671GB/T16671產(chǎn)品幾何技術規(guī)范產(chǎn)品幾何技術規(guī)范 幾何公差幾何公差 最大實體要求、最大實體要求、最小實體要求和可逆要求最小實體要求和可逆要求 極限與配合標準極限與配合標準GB/T1800.1GB/T1800.1、1800.21800.2、18011801 表面結構、表面粗糙度標準表面結構、表面粗糙度標準GB/T131GB/T131、

23、GB/T3505GB/T3505 GB/T3177 GB/T3177 光滑工件的檢驗光滑工件的檢驗 大量幾何產(chǎn)品規(guī)范標準發(fā)布大量幾何產(chǎn)品規(guī)范標準發(fā)布1.2.1 1.2.1 互換性標準發(fā)展簡介互換性標準發(fā)展簡介1.2 1.2 互換性標準的發(fā)展互換性標準的發(fā)展1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)(GPS)標準體系簡介標準體系簡介產(chǎn)品幾何技術規(guī)范（產(chǎn)品幾何技術規(guī)范（Geometrical Product Geometrical Product Specification ,GPSSpecification ,GPS）原隸屬于國際標準化組織的三個技）原隸屬于國際標準化

24、組織的三個技術委員會：術委員會：ISO/TC3 ISO/TC3 極限與配合、極限與配合、ISO/TC57 ISO/TC57 表面特征及其表面特征及其計量學、計量學、ISO/TC10/SC5 ISO/TC10/SC5 尺寸和公差的表示法。三個技術委尺寸和公差的表示法。三個技術委員會分別有各自的標準體系。員會分別有各自的標準體系。 19961996年，年，ISOISO成立了成立了TC213“TC213“產(chǎn)品尺寸和幾何技術規(guī)范及檢產(chǎn)品尺寸和幾何技術規(guī)范及檢驗驗” (Dimensional and geometrical product (Dimensional and geometrical pro

25、duct specifications and verification)specifications and verification)標準化技術委員會，標準化技術委員會，由其負責建立一個完整的國際標準體系。由其負責建立一個完整的國際標準體系。 1.2 1.2 互換性標準的發(fā)展互換性標準的發(fā)展ISO/TC213ISO/TC213所建立的所建立的GPSGPS標準體系主要包括標準體系主要包括ISO/TC213ISO/TC213成立初成立初期制（修）訂的約期制（修）訂的約6060余項國際標準，如幾何產(chǎn)品從毫米到余項國際標準，如幾何產(chǎn)品從毫米到微米級的幾何尺寸、公差、表面特征、測量原理、測量設微米級

26、的幾何尺寸、公差、表面特征、測量原理、測量設備及儀器標準等。這些備及儀器標準等。這些GPSGPS標準也稱為第一代標準也稱為第一代GPSGPS語言，即語言，即以幾何學理論為基礎制定的一系列產(chǎn)品幾何標準與檢測規(guī)以幾何學理論為基礎制定的一系列產(chǎn)品幾何標準與檢測規(guī)范。范。 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的GPSGPS標準僅適用于手工設計環(huán)境，不適應計算機的表標準僅適用于手工設計環(huán)境，不適應計算機的表達、處理和數(shù)據(jù)傳輸，而隨著計算機技術的進步，先進的達、處理和數(shù)據(jù)傳輸，而隨著計算機技術的進步，先進的數(shù)字化制造方法和技術、數(shù)字化制造方法和技術、CAD/CAM/CAQCAD/CAM/CAQ及先進測量儀器的出及先進測量儀器的出現(xiàn)

27、和發(fā)展，其在功能、規(guī)范與校準方面的不統(tǒng)一帶來的矛現(xiàn)和發(fā)展，其在功能、規(guī)范與校準方面的不統(tǒng)一帶來的矛盾日漸突出。盾日漸突出。以數(shù)字計量學為基礎的新一代以數(shù)字計量學為基礎的新一代GPSGPS發(fā)展起來。發(fā)展起來。 新一代新一代GPSGPS以計量數(shù)學為基礎，應用物理學中的物象對應原以計量數(shù)學為基礎，應用物理學中的物象對應原理，利用擴展后的理，利用擴展后的“不確定度不確定度”的量化特性和經(jīng)濟杠桿作的量化特性和經(jīng)濟杠桿作用，將產(chǎn)品的功能、規(guī)范與校準集成為一體，統(tǒng)籌優(yōu)化過用，將產(chǎn)品的功能、規(guī)范與校準集成為一體，統(tǒng)籌優(yōu)化過程資源的配置。程資源的配置。 著重于提供一個適宜于著重于提供一個適宜于CAXCAX（ C

28、ADCAD、CAECAE、CAPPCAPP、PDM)PDM)的統(tǒng)的統(tǒng)稱）集成環(huán)境的、更加明晰的幾何公差定義的和一套寬范稱）集成環(huán)境的、更加明晰的幾何公差定義的和一套寬范圍的計量評定規(guī)范體系來滿足幾何產(chǎn)品的功能要求。圍的計量評定規(guī)范體系來滿足幾何產(chǎn)品的功能要求。覆蓋了從宏觀到微觀的產(chǎn)品幾何特征，涉及產(chǎn)品開發(fā)、設覆蓋了從宏觀到微觀的產(chǎn)品幾何特征，涉及產(chǎn)品開發(fā)、設計、制造、驗收、使用及維修到報廢的整個壽命周期的全計、制造、驗收、使用及維修到報廢的整個壽命周期的全過程。過程。 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介設計、制造與檢驗的幾何規(guī)范模型設計、制造與檢驗的幾何規(guī)范模型

29、1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介(1) (1) 幾何規(guī)范幾何規(guī)范 對工件幾何特征的可允許誤差進行設計對工件幾何特征的可允許誤差進行設計, ,使之滿足工件的使之滿足工件的功能需求功能需求, ,同時也將定義一個與工件生產(chǎn)工藝相一致的質量標同時也將定義一個與工件生產(chǎn)工藝相一致的質量標準。準。(2) (2) 幾何規(guī)范設計過程幾何規(guī)范設計過程 設計者首先定義一個在形狀和尺寸上能夠滿足產(chǎn)品功能的設計者首先定義一個在形狀和尺寸上能夠滿足產(chǎn)品功能的理想形狀的理想形狀的“工件工件”, ,稱為稱為公稱幾何模型公稱幾何模型，它是根據(jù)公稱值建，它是根據(jù)公稱值建立一個工件的表述。立一個工

30、件的表述。 由于生產(chǎn)或測量過程的可變性和不確定性由于生產(chǎn)或測量過程的可變性和不確定性, ,公稱值不可能公稱值不可能用來制造或檢驗用來制造或檢驗, ,因此需要根據(jù)公稱幾何量因此需要根據(jù)公稱幾何量, ,建立模擬實際工件建立模擬實際工件的表面模型的表面模型, ,以代替可能被估計到的工件真實表面的變化。該以代替可能被估計到的工件真實表面的變化。該表面模型代表了工件的理想幾何量，稱為表面模型代表了工件的理想幾何量，稱為規(guī)范表面模型規(guī)范表面模型 。依。依據(jù)該模型據(jù)該模型, ,可以優(yōu)化工件幾何要素的最大允許極限值可以優(yōu)化工件幾何要素的最大允許極限值, ,定義工件定義工件的每一幾何特征的公差。的每一幾何特征的

31、公差。1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介(3) (3) 制造過程制造過程 由制造人員負責對由制造人員負責對GPS GPS 規(guī)范的解釋和實施規(guī)范的解釋和實施, ,完成完成產(chǎn)品的加工和裝配的過程。產(chǎn)品的加工和裝配的過程。 幾何規(guī)范中定義的幾何公差用于制造過程的控制。幾何規(guī)范中定義的幾何公差用于制造過程的控制。(4) (4) 驗證過程驗證過程 驗證驗證(verification)(verification)也有文獻譯為認證。檢驗人也有文獻譯為認證。檢驗人員確定工件的實際表面與所規(guī)范的可允許誤差是否一員確定工件的實際表面與所規(guī)范的可允許誤差是否一致。檢驗人員利用設備測量實

32、際工件表面致。檢驗人員利用設備測量實際工件表面, ,然后用測然后用測量結果與給定特征進行比較來確定其一致性。量結果與給定特征進行比較來確定其一致性。1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介新、老GPS標準的標注比較 第二代第二代GPSGPS語言通過對幾何要素的定義語言通過對幾何要素的定義, , 建立了建立了參數(shù)化幾何模型和規(guī)范設計參數(shù)化幾何模型和規(guī)范設計, , 統(tǒng)一了統(tǒng)一了GPS GPS 的數(shù)學模型的數(shù)學模型和規(guī)范數(shù)學符號和規(guī)范數(shù)學符號, , 提出了操作提出了操作(operation) (operation) 和操作算和操作算子子(operators(operators

33、，新標準稱為操作集，新標準稱為操作集) )的概念和數(shù)學方的概念和數(shù)學方法法, , 借助于表面模型借助于表面模型( surface model) ( surface model) 對幾何產(chǎn)品對幾何產(chǎn)品進行操作，獲取幾何要素及其特征值、公稱值以及極進行操作，獲取幾何要素及其特征值、公稱值以及極限值。限值。 根據(jù)規(guī)范操作算子與驗證操作算子的對偶性原理根據(jù)規(guī)范操作算子與驗證操作算子的對偶性原理, , 將設計與驗證形成一個物象對應系統(tǒng)將設計與驗證形成一個物象對應系統(tǒng), , 并把標準與計并把標準與計量通過不確定度的傳遞聯(lián)系起來。量通過不確定度的傳遞聯(lián)系起來。1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GP

34、S)標準體系簡介1. 1. 表面模型表面模型表面模型表面模型(Surface model)(Surface model)是實現(xiàn)是實現(xiàn)GPS GPS 系統(tǒng)階段功系統(tǒng)階段功能的操作基礎和系統(tǒng)關聯(lián)基礎。能的操作基礎和系統(tǒng)關聯(lián)基礎。按階段分有按階段分有: : 公稱表面模型、規(guī)范表面模型和檢驗公稱表面模型、規(guī)范表面模型和檢驗/ /驗證表面模型。驗證表面模型。按模型的性質分有按模型的性質分有: : 理想表面模型和非理想表面模理想表面模型和非理想表面模型。型。 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介2. 2. 幾何要素和特征幾何要素和特征GPS GPS 系統(tǒng)的表面模型需要由相應的要

35、素和特征予以系統(tǒng)的表面模型需要由相應的要素和特征予以定義和描述定義和描述; ; 要素的分類和描述由恒定類和恒定度定義要素的分類和描述由恒定類和恒定度定義; ; 分類的依據(jù)是歐氏空間的運動與特征不變的關系。分類的依據(jù)是歐氏空間的運動與特征不變的關系。1)1)幾何要素幾何要素幾何要素幾何要素, , 即構成工件幾何特征的點、線和面即構成工件幾何特征的點、線和面, , 在在工件的規(guī)范、加工和驗證過程中扮演著重要的角色。工件的規(guī)范、加工和驗證過程中扮演著重要的角色。工件的規(guī)范表現(xiàn)為對具體要素的要求工件的規(guī)范表現(xiàn)為對具體要素的要求, , 工件的加工工件的加工, , 表現(xiàn)為具體要素的形成表現(xiàn)為具體要素的形成

36、, , 而工件的驗證表現(xiàn)為對具而工件的驗證表現(xiàn)為對具體要素的檢驗。體要素的檢驗。1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介2)2)幾何特征幾何特征幾何特征是一個或多個要素的單一幾何性質幾何特征是一個或多個要素的單一幾何性質, , 分為分為本質特征和位置特征。本質特征和位置特征。利用本質特征和位置特征統(tǒng)一工件利用本質特征和位置特征統(tǒng)一工件/ / 要素所有幾何要素所有幾何特征的描述是第二代特征的描述是第二代GPS GPS 語言的創(chuàng)新。語言的創(chuàng)新。3)3)本質特征和位置特征的恒定度本質特征和位置特征的恒定度工件幾何形體的類別劃分有賴于本質特征和位置特工件幾何形體的類別劃分有賴于

37、本質特征和位置特征的恒定度。征的恒定度。GPS GPS 將工件的幾何形體劃分為七個恒定類將工件的幾何形體劃分為七個恒定類, , 所有的所有的理想要素都屬于這七種恒定類理想要素都屬于這七種恒定類 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介表表1-2 1-2 理想要素的類型理想要素的類型恒定類恒定類 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介3. 3. 操作和操作算子操作和操作算子1)1)操作（操作（operationoperation）分離分離提取提取濾波濾波擬合擬合集成集成構造構造1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介2)

38、2) 評估評估評估（評估（evaluationevaluation）是指確定特征或要素的值以及）是指確定特征或要素的值以及它的公稱值和極限值的一種操作。它的公稱值和極限值的一種操作。評估操作總是在要素的規(guī)范操作和驗證操作之后完評估操作總是在要素的規(guī)范操作和驗證操作之后完成。成。3)3)操作算子（操作算子（operatorsoperators，也稱操作集），也稱操作集）操作算子是一系列有序的操作集。所有的操作算子操作算子是一系列有序的操作集。所有的操作算子是由許多種操作組成的是由許多種操作組成的, , 按照給定的順序應用。按照給定的順序應用。 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)

39、標準體系簡介4)4)操作算子的對偶性操作算子的對偶性( (共性操作技術共性操作技術) ) 規(guī)范操作算子由一系列對幾何要素的規(guī)范操作組規(guī)范操作算子由一系列對幾何要素的規(guī)范操作組成成, , 驗證操作算子由一系列對幾何要素的驗證操作組驗證操作算子由一系列對幾何要素的驗證操作組成成, , 兩者具有對偶性的關系。兩者具有對偶性的關系。 操作算子為操作算子為GPS GPS 從技術上提供了聯(lián)系產(chǎn)品設計、從技術上提供了聯(lián)系產(chǎn)品設計、制造、驗證的量化操作紐帶。制造、驗證的量化操作紐帶。 基于對偶性的共性操作技術有效地解決了產(chǎn)品在基于對偶性的共性操作技術有效地解決了產(chǎn)品在“功能描述、規(guī)范設計、檢驗評定功能描述、規(guī)

40、范設計、檢驗評定”過程中數(shù)學表達過程中數(shù)學表達統(tǒng)一規(guī)范的難題統(tǒng)一規(guī)范的難題, , 對于實現(xiàn)并行工程在對于實現(xiàn)并行工程在GPS GPS 領域中的領域中的應用有著重要的意義。應用有著重要的意義。1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介3.3.操作和操作算子操作和操作算子不確定度和不確定度和GPSGPS規(guī)范模型的關系規(guī)范模型的關系 4. 4. 新一代新一代GPS GPS 中的管理工具中的管理工具不確定度不確定度5. GPS標準的總體規(guī)劃和矩陣模型1 1）GPSGPS標準分為四類標準，即標準分為四類標準，即GPSGPS基礎標準基礎標準GPSGPS綜合標準綜合標準GPSGPS通用

41、標準通用標準GPSGPS補充標準補充標準 四類四類GPSGPS標準有序排列成為標準有序排列成為GPSGPS矩陣模型。矩陣模型。 ISO/TR14638ISO/TR14638提出了標準鏈的概念，即影響同一提出了標準鏈的概念，即影響同一幾何特征的一系列標準。幾何特征的一系列標準。 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介標準鏈按其規(guī)范要求分成多個鏈環(huán)，每一個鏈環(huán)至標準鏈按其規(guī)范要求分成多個鏈環(huán)，每一個鏈環(huán)至少包括一個標準，它們之間相互關聯(lián)，并與其他鏈少包括一個標準，它們之間相互關聯(lián)，并與其他鏈環(huán)形成有機的整體，缺少任一鏈環(huán)的標準都將影響環(huán)形成有機的整體，缺少任一鏈環(huán)的標準都

42、將影響該幾何特征功能的實現(xiàn)。該幾何特征功能的實現(xiàn)。 標準鏈包括標準鏈包括6 6個鏈環(huán)：個鏈環(huán)：產(chǎn)品文件表示產(chǎn)品文件表示公差定義及其數(shù)值公差定義及其數(shù)值實際要素的特征或參數(shù)定義實際要素的特征或參數(shù)定義工件偏差評定（與公差極限比較）工件偏差評定（與公差極限比較）測量器具測量器具測量器具校準。測量器具校準。1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介2 2）GPSGPS標準涵蓋了各種幾何特征，如尺寸、距離、角標準涵蓋了各種幾何特征，如尺寸、距離、角度、形狀、位置、方向、表面粗糙度等；度、形狀、位置、方向、表面粗糙度等；3 3）GPSGPS標準包括工件的機加工、鑄造、焊接、熱切削、

43、標準包括工件的機加工、鑄造、焊接、熱切削、塑料模具、金屬有機鍍層、涂覆等特定工藝公差標準塑料模具、金屬有機鍍層、涂覆等特定工藝公差標準和典型的機械零件螺紋、齒輪、花鍵的幾何要素標準；和典型的機械零件螺紋、齒輪、花鍵的幾何要素標準；4 4）GPSGPS標準涉及產(chǎn)品生命周期的多個階段，如設計、標準涉及產(chǎn)品生命周期的多個階段，如設計、制造、計量、質量檢驗等。制造、計量、質量檢驗等。 1.2.2 1.2.2 產(chǎn)品幾何量技術規(guī)范(GPS)標準體系簡介1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介在古代，最初是以人的手、足等作為長度的單位在古代，最初是以人的手、足等作為長度的單位, ,如我國如我

44、國古代有古代有“布指知寸布指知寸”、“布手知尺布手知尺”。1 1、米的定義、米的定義1 1）第一個米定義）第一個米定義 17911791年：法國議會批準了達特蘭提出的以通過巴黎的地球年：法國議會批準了達特蘭提出的以通過巴黎的地球子午線的子午線的1/40001/4000萬為萬為1m1m的定義。的定義。 歷時歷時6 6年，測量了西班牙巴塞羅那到法國敦克爾刻的地球年，測量了西班牙巴塞羅那到法國敦克爾刻的地球子午線長度。子午線長度。 17951795年，法國國民議會頒布新的度量衡制度，米的長度以年，法國國民議會頒布新的度量衡制度，米的長度以“自北極到赤道段經(jīng)過巴黎的子午線的一千萬分之一自北極到赤道段經(jīng)

45、過巴黎的子午線的一千萬分之一”為標準。為標準。 17991799年測繪學家的大地測量工作最終完成，年測繪學家的大地測量工作最終完成， 按測量結果按測量結果制作了制作了3.53.520mm20mm矩形截面的鉑桿，以此桿兩端之間的距離為矩形截面的鉑桿，以此桿兩端之間的距離為1m1m，此桿保存在巴黎檔案局，成為檔案米尺。，此桿保存在巴黎檔案局，成為檔案米尺。 1872 1872年，在法國召開的討論米制的第二次國際會議決定年，在法國召開的討論米制的第二次國際會議決定放棄檔案尺的米定義，以鉑銥合金制造的米原器來代替。放棄檔案尺的米定義，以鉑銥合金制造的米原器來代替。 19271927年，第七屆國際計量大

46、會進一步明確：年，第七屆國際計量大會進一步明確：“長度的單長度的單位是米，規(guī)定為國際計量局（位是米，規(guī)定為國際計量局（BIPMBIPM）所保存的鉑銥尺上所刻）所保存的鉑銥尺上所刻的兩條中間刻線的軸線在的兩條中間刻線的軸線在0 0C C時的距離時的距離”。 19831983年國際計量大會通過新的米定義：年國際計量大會通過新的米定義：“米等于光在真米等于光在真空中空中299792458 299792458 分之一秒時間間隔內所經(jīng)路徑的長度分之一秒時間間隔內所經(jīng)路徑的長度”。1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介 1872 1872年：在法國召開的討論米制的第二次國際會議年：在法國

47、召開的討論米制的第二次國際會議上，決定放棄檔案尺的米定義，以鉑銥合金制造的米原上，決定放棄檔案尺的米定義，以鉑銥合金制造的米原器來代替。器來代替。 瑞士日內瓦物理公司：制作了瑞士日內瓦物理公司：制作了3131根鉑銥合金尺。根鉑銥合金尺。1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介 18751875年年5 5月月2020日日,17,17個國家簽署了米制公約簽訂，決定成立國個國家簽署了米制公約簽訂，決定成立國際計量局（際計量局（BIPMBIPM）。）。 這是計量學走向國際統(tǒng)一的里程碑。這一天稱為這是計量學走向國際統(tǒng)一的里程碑。這一天稱為“國際計國際計量日量日”。 18891889年，第

48、年，第1 1屆國際計量大會（屆國際計量大會（GCGPMGCGPM）召開。遴選了與保）召開。遴選了與保存在巴黎檔案局的檔案尺數(shù)值最為接近的第存在巴黎檔案局的檔案尺數(shù)值最為接近的第6 6號尺，批準為國號尺，批準為國際米原器，并宣布際米原器，并宣布“ 該米原器以后在冰融點溫度時代表長度該米原器以后在冰融點溫度時代表長度的米單位的米單位”。保存在巴黎國際權度局（現(xiàn)稱國際計量局）。精。保存在巴黎國際權度局（現(xiàn)稱國際計量局）。精度：一般認為度：一般認為0.3 m0.3 m。 19271927年：第七屆國際計量大會進一步明確：年：第七屆國際計量大會進一步明確：“長度的單位長度的單位是米，規(guī)定為國際計量局（是

49、米，規(guī)定為國際計量局（BIPMBIPM）所保存的鉑銥尺上所刻的兩）所保存的鉑銥尺上所刻的兩條中間刻線的軸線在條中間刻線的軸線在0 0C C時的距離時的距離”。1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介 1960 1960 年：第十一屆國際計量大會上正式批準廢除鉑銥米原年：第十一屆國際計量大會上正式批準廢除鉑銥米原器。器。 米定義：米定義：“米等于米等于8686KrKr原子的原子的2P102P10和和5d55d5能級間的躍遷所對能級間的躍遷所對應的輻射在真空中波長的應的輻射在真空中波長的1650763.73 1650763.73 個波長的長度。個波長的長度。” 8686KrKr譜線

50、寬度為譜線寬度為5 510104 4nmnm，干涉能力約為，干涉能力約為750mm750mm，波長不，波長不確定度為確定度為1 110108 8，它比米原器或鎘紅線的準確度高約一個數(shù)，它比米原器或鎘紅線的準確度高約一個數(shù)量級。量級。 CIPM(CIPM(國際計量委員會國際計量委員會 ）還通過建議，規(guī)定了產(chǎn)生）還通過建議，規(guī)定了產(chǎn)生8686KrKr基基準輻射的放電管形式、參數(shù)和使用條件。并認為在滿足使用條準輻射的放電管形式、參數(shù)和使用條件。并認為在滿足使用條件時，其輻射波長在件時，其輻射波長在1 110108 8范圍內等于未受擾動原子所發(fā)射范圍內等于未受擾動原子所發(fā)射的波長。的波長。2 2）第二

51、個米定義）第二個米定義1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介 19601960年激光誕生。年激光誕生。 20 20 世紀世紀7070年代初，激光穩(wěn)頻技術的進展，使激光的復年代初，激光穩(wěn)頻技術的進展，使激光的復現(xiàn)性和易于應用方面已大大優(yōu)于現(xiàn)性和易于應用方面已大大優(yōu)于8686KrKr基準，且由激光頻率測基準，且由激光頻率測量及給定的光速值所導出的激光波長的準確度比量及給定的光速值所導出的激光波長的準確度比8686KrKr基準輻基準輻射更好。同時，對于天文和大地測量領域，保持光速值不射更好。同時，對于天文和大地測量領域，保持光速值不變具有重要意義，因此，米定義咨詢委員會變具有重要意

52、義，因此，米定義咨詢委員會 (CCDM(CCDM）認為）認為用光速定義米的時機已經(jīng)成熟。用光速定義米的時機已經(jīng)成熟。 19831983年國際計量大會通過新的米定義：年國際計量大會通過新的米定義：“米等于光在米等于光在真空中真空中299792458 299792458 分之一秒時間間隔內所經(jīng)路徑的長度分之一秒時間間隔內所經(jīng)路徑的長度”。3 3）第三個米定義）第三個米定義1.3 1.3 長度測量技術發(fā)展簡介長度測量技術發(fā)展簡介1.4 1.4 標準化和優(yōu)先數(shù)系標準化和優(yōu)先數(shù)系一、標準和標準化的概念一、標準和標準化的概念 1.1.標準標準 標準（標準（standardstandard）是）是“為了在一

53、定范圍內獲得為了在一定范圍內獲得最佳秩序，經(jīng)協(xié)商一致并由公認機構批準，共同使最佳秩序，經(jīng)協(xié)商一致并由公認機構批準，共同使用和重復使用的一種規(guī)范性文件用和重復使用的一種規(guī)范性文件”。1 1）標準制定的出發(fā)點是獲得最佳秩序和促進最佳）標準制定的出發(fā)點是獲得最佳秩序和促進最佳共同效益共同效益2 2）標準產(chǎn)生的基礎是科學和技術的綜合成果）標準產(chǎn)生的基礎是科學和技術的綜合成果3 3）制定標準的對象是重復性事物和對象）制定標準的對象是重復性事物和對象4 4）標準由公認的權威機構批準）標準由公認的權威機構批準5 5）標準的屬性是規(guī)范性文件）標準的屬性是規(guī)范性文件2.2.標準化標準化 標準化（標準化（standardizationstandardization）是）是“為了在一定為了在一定范圍內獲得最佳秩序，對現(xiàn)實問題和潛在問題制定范圍內獲得最佳秩序，對現(xiàn)實問題和潛在問題制定共同使用和重復使用的條款的活動共同使用和重復使用的條款的活動”。1.4 1.4 標準化和優(yōu)先數(shù)系標準化和優(yōu)先數(shù)系二、二、 標準分類標準分類 按其使用領域，標準可以分為技術標準、管理按其使用領域，標準可以分為技術標準、管理標準和