形位公差入门之初识基准

ruanzheng · 发表于 2020-5-9 21:15:58

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基准的理解和掌握是我们学习形位公差的基础和前提，也是相对有些难度的知识点，今天我们就来一起看下基准是怎么回事。
基准是干啥的
当我们看一个典型的形位公差标注时，一定会注意到后面一溜带字母的框框，这就是该公差的“基准系统”

然而，为啥要有基准呢。请先来回答一个问题：珠穆朗玛峰有多高？

对，为什么海拔这么重要，因为他标明了和定义了测量的起始点！
海拔也就是从海平面为零点测量，所以在这里海平面就是基准。
再问一个问题：
测量一个人的身高分几步？

这里的平台和立柱都是基准，是为了保证测量的唯一性和准确性所引入的参照，所以我们可以总结出基准的主要作用有两个：

提供测量的原点或参照约束被测对象的放置方式

了解完基准的作用，我们还需要来区分几个概念：

基准(Datum):用于定位或约束零件的理想几何体，如点，直线，平面等。要注意，基准是虚拟的几何体，并不存在于任何实物上。比如刚才提到的海平面，它是通过计算拟合出来的理想面，而非实际的浪涛汹涌的海水表面；
基准要素(Datumfeature)：零件上对应基准的实际要素，比如零件图上标注的基准符号A，确切来说它指向的实际表面是基准要素A。或如刚才例子所说，基准“海平面”对应的基准要素就是实际的波涛汹涌的海水表面；
基准模拟体(Datumsimulator)：测量或加工系统中用于模拟基准的实际几何体，比如加工或测量设备的工作台，专门的检治具等，他们的公差相比零件小很多，因此与理想形体的差别可以被忽略，因此我们通常可以近似可以把基准模拟体的实际作用部分当作是基准。比如上面提到的身高测量用到的平台面，就是一个基准模拟体的实际作用面，通常我们就直接称之为基准了；模拟基准(Simulateddatum)：由基准模拟体上实际作用部分拟合出的理想几何要素，其实就相当于基准在基准模拟体上的展现

这些个概念可能有点抽象，但没有关系，慢慢体会，基本也不影响我们后续知识的理解。
基准如何工作
马不停蹄Let's继续，我们刚才提到了，基准的一个作用是用来约束零件的摆放方式，我们知道在三维空间里一个物体有六个自由度，如果我们把这个零件放在三维笛卡尔坐标系中，这些自由度可以用x,y,z,u,v,w来表示

当我们用基准把一个零件的六个自由度完全限制的时候，它也就被完全约束了。但并不是任何情况都需要将零件完全限制，只要根据功能的需要选择合理的约束即可。
下面的表格（摘自ASMEY14.5-2009）列出了一些常用基准要素及它们能够限制的自由度：

举例说明一下：
下面这个平行度标注只有一个基准A，它是一个平面，因此可以限制零件绕X轴及Y轴的旋转，以及Z轴方向的移动自由度（即u,v,z）。而绕Z轴的旋转，以及X轴方向、Y轴方向的移动自由度（即x,y）并不影响平行度的评估，因此无需做限制

排排坐吃果果
然而有很多标注的基准可不止一个，比如下面位置度标注里这样DEF齐聚一堂的情况也不少。

那我们来思考一下，盘子里有六个苹果，分别是x,y,z,u,v,w,根据前面所说，基准D要吃掉u,v,z,基准E要吃掉v,w,x,基准F要吃掉u,w,y,这样它们三个肯定要干仗啊。所以为了世界和平，它们约定了一个世间通用的法则--先来后到，即谁先来谁先吃，后到的不能要求前面的把东西吐出来。呃，事实上也没人愿意吃别人吐的吧...
所以，反应到我们这个零件上，它就是下面这样的分配方式：

现在基准有了顺序，又带来了一个问题，如果变化一下基准的前后顺序，这个标注表达的还是不是同一个意思？
如果只看上图，好像是没什么区别，不管谁在前谁在后最终状态貌似都是一样的。别急，那是因为你还没有看到这个零件的本来面目，要知道，现实中它可不是上图中这样规规整整的，而是变形扭曲，坑洼不平的，这会产生什么样的影响呢？
我们再看个简单点的，应该就明白了（此例中基准拟合方式为相切拟合）：

发现了吗，当把实际零件的变形考虑进去时，基准的顺序会决定零件的摆放状态，进而导致不同的测量结果。
既然基准顺序如此重要，我们应该如何来确定它呢？浩工总结了一点个人的心得，供各位参考：

图纸上任何标注都应以体现功能需求为首要目标，因此基准顺序应当反映零件的实际安装状态；
从装配的角度出发，实际装配受力贴合面一般可作为第一基准，这可能需要从功能，微观形变角度综合确定；从测量的角度出发，较小/短的面不宜作为第一基准来限制较多自由度，因为这会带来较大的拟合误差

以上图这两种零件组合为例，可以想象左面的组合装配后在压紧力的所用下一定是底面（基准要素A）贴合，因此把该面作为第一基准，用于定向及轴向定位；而配合止口的中心线（基准要素B）作为第二基准，用于径向定位。右面的组合的主要配合面为较长的孔轴配合面（对应基准B），可以想象装配后其底面（基准要素A）并不一定处于贴合状态，因此将基准B作为第一基准，用于定向及径向定位；而基准A作为第二基准用于轴向限位。
基准是一个非常重要且有深度的话题，展开来的话可能几天都讲不完，这里仅仅是介绍了最初步但个人认为工作中最常用到的知识点，所谓的能效比应该还是比较高的。
光阴荏苒，又要再见。回顾一下，在本篇中我们首先介绍了基准的作用是提供约束和测量的参照；之后阐述了它通过限制自由度来定向和定位零件，以保证公差定义和测量的唯一性；最后举例说明了基准顺序应该符合先来后到的基本原则，希望对大家的理解有一定帮助。
END