机械工程师应该了解几何公差（GD&T）的那些事！

1 GD&T 历史及其演化

   零件公差产生于十九世纪后期，初衷是为了保证零件的互换性，初期只有尺寸正负公差，给定公差一般都比较大，当时的制造设备和能力不能保证高精度产品的加工。随着产品性能要求的不断提高，和批量生产，产品公差逐步缩小，从而导致产品的可装配性逐渐成了问题，随后泰勒先生提出了装配功能要求的“泰勒原则”，也就是现在公差标准中的包容原则，它有效地解决了零件的大小和形状的关系，从而保证了产品的可装配性。

   直到二战期间，零件的制造逐渐分包给供应商，设计部门和制造部门越来越远，设计与制造部门之间的随时交流就不太可能，另外一方面产品公差越来越小，零件的可装配性和互相性问题越来越突出。因此各种定义几何公差的几何语言的标准就应运而生，随着这些标准的发展，演化及合并，到今天世界上的几何公差标准只有两大标准：ASME Y14.5和ISO 1101, 两大标准在基本原理上是一至的，都是为了解决零件的功能和可装配性问题。

2. GD&T国际标准及其对比

2.1 标准的使用情况简介

前面提到当今世界上主要的两大标准，美国ASME Y14.5标准仍然是是世界上尺寸和公差最全面的标准，目前最新版版本是2009年版。另外一个是欧洲标准ISO 1101,目前最新版本是2017年版，中国的尺寸公差标准主要是翻译等效ISO标准，具体使用情况如下：

   美国ASME Y14.5-2009-Dimensioning andTolerancing (GD&T)标准ASME(美国机械工程师协会),Y14.5 标准编号，2009标准批准年份。它是ASME Y14.5M-1994的升级版， ASME Y14.5M-1994是ANSI Y14.5M-1982标准的升级版。主要应用于北美，如美国、加拿大的公司及其在全球的公司使用,  日本、韩国、欧洲等一些国家公司也在广泛使用。

  欧洲ISO 1101 –Geometrical product specification 系列标准ISO(欧洲国际标准委员会)，1101标准编号，主要在欧洲公司及其全球公司使用。

中国GB/T 1182-2008—产品几何技术规范GPS标准系列此标准等同于ISO 1101， 主要在中国国内一些公司使用，几大标准对比见下表。

   这两个标准大约 80 ％的内容重叠。大多数工程图纸要求遵守重叠部分标准，这将允许创建世界各地都能理解图纸，其它主要国家的几何公差标准都是翻译等效ISO 1101标准的。

2.2   GD&T标准的优势分析

    GD&T(美标)与传统的正负尺寸公差比较，主要有以下几个优点，所以要想设计一张好图纸，建议除尺寸大小外，其它如形状，方向和位置用形位公差来控制。

1）采用正负尺寸公差控制位置时，由于没有基准，测量结果不确定，从而导致把不合格的零件接收。如下例所示：产品要求板件支架小端安装在支撑平台上，要求产品上表面到安装面的距离为最大、最小为11.6和12.4，图１按照国标正负公差标准，由于没有基准就会出现两种测量结果，分别以大端和小端作为测量起点，见图２所示，以大端作为测量起点产品符合图纸要求，如以小端作为测量起点，产品不符合图纸要求，这样就会引起歧义。解决此类问题的唯一办法就是用GD&T(美标)来标注图纸，选择安装面作为基准，用轮廓度控制位置，如图３所示。这样测量就只有一种结果，及下端作为测量基准。

２）用正负尺寸公差控制孔的位置时，公差带是方形且固定，这样就有可能把满足装配功能的零件拒绝掉，如果改用ＧD&T的 位置度，公差带变成圆形，且公差带面积增大57%，从而产品合格率增大，如图4所示 ：

3） 用正负尺寸公差标注孔的位置会引起公差的累计，GD&T控制孔的位置，标准理论尺寸，不会有公差的累计，如图5所示，正负尺寸公差标注孔3到B端位置公差为正负1.5mm, GD&T图纸标注3到B端位置公差为正负0.5mm。

4） 不用正负尺寸公差，而用GD&T位置度去控制孔，槽的位置，并且在位置公差后面加M圈，如图6所示，这样就可以带来两大优势，一方面位置度公差可以得到补偿，及当孔，槽尺寸偏离最大实体尺寸时，位置度公差可以放大，从而可以在满足装配功能的前提下，放大制造公差，如图7所示的动态公差图，蓝色三角公差区域为公差补偿区，及产品合格率提高区，对于孔、槽合格率分别提高66%和50%（蓝色三角形面积比黄色矩形面积）。另一方面可以方便做检具进行产品的快速在线检测，先用A、B、C基准对零件进行定位，在理论位置插入直径为11.5的销和13.9厚板分别检测孔和槽的位置度，能插入位置度就算合格，检测非常方便，快捷。

4.GD&T的技术框架

  GD&T是一种面向产品功能的图纸设计语言，图纸设计的终极目标是保证产品的功能，通过GD&T的图纸公差标注，让图纸只有一种解释，从而保证不同人读图纸不会引起歧义，另外通过GD&T图纸的标注，可以在满足产品功能的前提下，放大制造公差，从而提高产品的合格率。GD&T主要是通过下面三步来完成图纸的定义的：

  第一步：定功能，分析产品怎么装配的，那些是定位与配合面，那些是产品的关键功能面等。

第二步：定基准，基准一般选择在产品的装配面，根据产品装配的先后次序定出第一，第二和第三基准。

第三步：定公差：这里包括三部分，首先选择公差类型，如一般是孔的推荐使用位置度，表面推荐使用轮廓度。另外公差值的大小需要通过尺寸链公差计算来确定。最后加上相应的公差修饰因子从而达到在满足产品功能的前提下，放大制造公差和方便检测。

5.GD&T标准的应用

从公司标准转向国际公认的标准，其原因包括成本考虑：
•维护企业标准费用
•培训供应商和员工费用
•自定义新技术费用
•定义解释费用这些费用通过使用一个全球公认的标准会大大降低。公司所面临的挑战就是选择一个标准，可以适应公司的应用和需求。许多公司都被迫使用ISO标准。似乎有一个假设，即任何ISO是不错的。不幸的是，并非所有的ISO标准是成熟的。这在尺寸和公差领域尤其是这种情况。那些被要求采用ISO尺寸和公差标准的企业，应彻底了解他们目前的状态，未来的方向和当前的限制。当一个公司只有普通的设计要求，使用ASME Y14.5和ISO标准的重叠部分就足够，可充分定义要求不高的零件。对于更复杂的设计要求，如对很多曲面的轮廓控制，和孔组的方向控制，一个公司就应该应用ASME Y14.5标准，ASME Y14.5标准仍然是是世界上尺寸和公差最全面的标准。它是全球公认的标准，并被翻译成其他语言。其数学定义被用作三坐标测量仪和公差分析软件的基础。