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看懂幾何公差的第一步,是先找到基準
一張零件圖上,最容易被跳過的就是那些被切成兩三格的小方框。它們不是註解,而是這個零件能不能裝得上去的判準,也是尺寸公差單獨存在時,永遠補不上的那個洞。
01為什麼只有尺寸公差不夠
一根軸的直徑量出來每一點都在 Ø20 h7 之內,聽起來完全合格。但如果它整根是彎的,照樣塞不進孔裡。這不是假設,而是尺寸公差的本質限制:傳統的兩點量測只約束「相對兩點之間有多遠」,它管不到形體是不是彎的、面是不是斜的、孔的位置是不是偏了。
幾何公差(Geometrical Tolerancing,或稱 GD&T)就是為了補這個洞而存在的。它約束的不是尺寸,而是形體本身的形狀、相對於基準的方向與位置,以及旋轉時的偏轉。ISO 1101 與 ASME Y14.5 是兩套主流規範,符號大致相通,但在包絡原則與預設條件上有重要差異。
02公差框格的三段結構
標準的公差框格由左到右分成三段,每一段回答一個問題。
| 格位 | 內容 | 回答什麼 |
|---|---|---|
| 第一格 | 幾何特性符號 | 在管什麼,平行?位置?圓柱度? |
| 第二格 | 公差值(可帶 Ø 與修飾符) | 允許偏差多少、公差區是什麼形狀 |
| 第三格起 | 基準字母(一到三個) | 相對於什麼來量 |
公差值前面的 Ø 不是裝飾
位置度標「0.1」和標「Ø0.1」是兩件事。沒有 Ø 時,公差區是兩片相距 0.1 的平行平面,只約束一個方向;加上 Ø 之後,公差區變成一個直徑 0.1 的圓柱,同時約束兩個方向。孔位的位置度幾乎一定要加 Ø,因為孔可以往任何方向偏,用兩片平面去框它並不合理。
數值後面的修飾符
| 符號 | 名稱 | 意思 |
|---|---|---|
| Ⓜ | 最大實體要求 MMR | 形體愈接近最大實體,公差可以放愈寬 |
| Ⓛ | 最小實體要求 LMR | 形體愈接近最小實體,公差可以放愈寬 |
| Ⓕ | 自由狀態 | 非剛性零件在不受外力的狀態下量測 |
| Ⓟ | 延伸公差區 | 公差區延伸到零件外,用來管制螺栓鎖上後的干涉 |
| Ⓔ | 包絡要求 | 尺寸與形狀合併考慮(ISO 需明確標註) |
03十四個符號,四大類
ISO 1101 定義的幾何特性可以分成四大類。分類的關鍵在於:需不需要基準。
| 類別 | 符號與名稱 | 需要基準 |
|---|---|---|
| 形狀公差 | 真直度、真平度、真圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度 | 不需要(輪廓度可有可無) |
| 方向公差 | 平行度、垂直度、傾斜度 | 必須 |
| 位置公差 | 位置度、同心度/同軸度、對稱度 | 必須 |
| 偏轉公差 | 圓偏轉、總偏轉 | 必須 |
形狀公差:只看形體自己
真直度管一條線有多直,真平度管一個面有多平,真圓度管一個截面有多圓,圓柱度則同時管圓與直,它是真圓度、真直度與圓柱面平行度的綜合。這一類不需要基準,因為它們比較的對象是形體自己的理想形狀。
方向與位置:關係的公差
平行度、垂直度、傾斜度管的是角度關係;位置度、同軸度、對稱度管的是位置關係。值得注意的是位置度的公差區是以理論正確尺寸(TED,寫在方框裡的尺寸)定義的理想位置為中心。方框尺寸沒有公差,公差全部由位置度承擔。
偏轉:旋轉一圈看指針
圓偏轉是把零件架在基準軸上旋轉一圈,量表固定在一個位置,看指針跳動的範圍;總偏轉則是量表沿著母線移動的同時旋轉,管的是整個面。偏轉公差同時包含了形狀誤差與偏心,是最貼近「裝上去會不會跳」的實用指標。
04基準:順序決定了怎麼放
基準 A、B、C 是有順序的,而順序代表擺放與夾持的先後。這是初學者最常誤解的地方:基準框裡的字母不是隨便排的。
- 第一基準通常是面積最大、最能穩定支撐的平面。零件先靠上去,理論上要有三點接觸,限制掉三個自由度。
- 第二基準再限制轉動與一個平移方向,理論上兩點接觸。
- 第三基準最後定住剩下的一個自由度,一點接觸。
換句話說,基準體系其實是在描述「檢驗時零件要怎麼放」。把 A|B|C 寫成 B|A|C,量出來的數字就不是設計者要的那個數字,因為零件在檢具上的姿態完全不同。
05怎麼量:從量表到三次元
幾何公差的量測方式,取決於它約束的是什麼。
| 特性 | 常見量測方式 | 注意 |
|---|---|---|
| 真平度 | 平台+量表、光學平晶、CMM 掃描 | 取點密度不足會低估誤差 |
| 真圓度 | 圓度儀(旋轉軸)、V 枕+量表 | V 枕法對奇數稜圓會失真 |
| 平行/垂直度 | 直角規+量表、CMM | 必須先建立基準面 |
| 位置度 | CMM、功能量規(Go gauge) | 有 Ⓜ 時功能量規最直接 |
| 圓偏轉 | 頂針架+量表 | 基準軸的架設方式影響很大 |

06常見的三個錯誤
- 標了方向公差卻沒標形狀公差。平行度會連帶限制平面度,但如果設計上真正在意的是平面度,應該分開標,數值才有意義。
- 基準選在加工面以外。基準應該選在能穩定夾持、而且與功能相關的形體上;選在一個粗糙的鑄造面上,量測重複性會很差。
- 位置度沒有加 Ø。孔群位置度不加 Ø,等於只管一個方向,實務上幾乎一定是標錯了。