当一个零件的表面形状需要约束时,如果表面是平面,可以用平面度管控;如果是圆周面,可以用圆度和圆柱度来管控,那么对于不规则的表面,如何进行约束?

轮廓度的出现,就可以实现对不规则表面形状的约束,通过轮廓度是否带基准,来选择表面只约束形状还是形状和位置一起约束。当轮廓度不带基准时,轮廓度只约束表面的形状,并不约束表面的位置,如需对表面位置约束,只需在轮廓度后加基准即可。

轮廓度分为线轮廓度和面轮廓度。线轮廓度是指在指定长度上轮廓线的公差位于两条等距的轮廓线之间,两轮廓线的距离为线轮廓度公差值,控制的是一个线要素,因此公差带是一个二维公差带。面轮廓度是指在指定范围内轮廓面的公差位于两个等距的轮廓面之间,两轮廓面的距离为面轮廓度公差值,控制的是一个空间面要素,因此公差带是一个三维公差带。轮廓度的测量需要先定义控制轮廓的线或面的公称尺寸,简单来说,可以理解为轮廓线或面上的每个点都有一个坐标值,当轮廓度不带基准时,需要保证每个点的相对坐标值在轮廓度公差值之内;当轮廓度带基准时,需要保证每个点在基准建立坐标系的绝对坐标值在轮廓度公差值之内。轮廓度的符号如下:

左边轮廓度表示线轮廓在ABC基准框架下,线轮廓位于两条平行且等距的轮廓线之内,两轮廓线距离为0.2,这个0.2同时约束了线轮廓的位置和形状;右边轮廓度表示面轮廓在ABC基准框架下,面轮廓位于两个平行且等距的轮廓面之内,两轮廓面距离为0.3,这个0.3同时约束了面轮廓的位置和形状。

图示是一个线轮廓度的例子,表示在ABC基准框架下,被测轮廓线位于两条平行且等距的轮廓线之内,两轮廓线距离为0.4,两轮廓线以理论轮廓线为中心,对称分布在理论轮廓线两侧,即单边的轮廓度公差均为0.2,轮廓度公差带如下图:

相当于以理论轮廓线位置为圆心,轮廓度公差值0.4为直径,在理论轮廓线上做无数多的圆,这些圆共同构成了轮廓度公差的边界。

轮廓度如没有特别标注,默认公差是均等分布,即轮廓度公差一分为二,上下公差各占一半。当对轮廓表面有特殊要求,要求不均等分布时,可以使用公差修饰符对轮廓度公差进行不均等分布,在ISO和ASME 中都有关于轮廓度公差不均等分布的符号,但两者不同,含义也有差别,下面来分别介绍。

在ASME即美标中,轮廓度公差不均等分布的符号是U圈,同时在U圈后面要加上不均等分布的公差值,如下图:

表示在ABC基准框架下,被测轮廓线位于两条平行且等距的轮廓线之内,两轮廓线距离为0.4,轮廓度公差为不均等分布公差带,U圈后面的0.1表示在材料外部的公差为0.1,则对应材料内部的公差为0.4-0.1=0.3,具体公差带分布如下图:

图中理论轮廓线先向材料外部偏移0.1,作为材料外公差值边界,即上公差,材料内公差边界根据总轮廓度公差计算得到0.3,即下公差为0.3。需要注意的是,U圈后面的数字只能为非负数,需要和后面介绍的ISO标准有所区别。

在ISO中,轮廓度公差不均等分布的符号是UZ,在UZ后面跟上中括弧[],中括弧内为理论轮廓线偏移数值,如下图:

表示在ABC基准框架下,被测轮廓线位于两条平行且等距的轮廓线之内,两轮廓线距离为0.4,轮廓度公差为不均等分布公差带,中括弧内的数值为理论轮廓线偏移的数值0.1,表示理论轮廓线向材料外偏移0.1,以偏移后的理论轮廓线位置为中心,在两侧均匀等分0.4的公差带,得到轮廓度的不均等公差分布,具体公差带如下图:

图中理论轮廓线先向材料外部偏移0.1,得到新的理论轮廓线位置(蓝色线),以新的理论轮廓线为中心,均分0.4轮廓度公差,相当于在新的理论轮廓线为圆心位置,以总轮廓度公差值0.4为直径,做无数多圆,这些圆共同构成了轮廓度公差的边界。UZ后面中括弧中的数字可以为正,也可以为负,数值为正,表示理论轮廓线向材料外偏移;数值为负表示理论轮廓线向材料内偏移。

对于轮廓度测量值的计算,在ASME和ISO中,也是存在差异的。在ASME中,测量值的计算跟最大值和最小值的分布有关。当最大值和最小值分布在理论轮廓的同侧时,ASME测量值取最大值和最小值中绝对值数值较大的值作为轮廓度的测量值;当最大值和最小值分布在理论轮廓的两侧时,ASME取最大值和最小值绝对值之和作为轮廓度的测量值。

在ISO中,直接以最大值的绝对值的两倍,作为轮廓度的测量值。

图中是一个零件的实际轮廓,最大值+0.15,最小值-0.1,对于这个零件轮廓度的测量值:

ASME ▏+0.15▏+▏-0.1▏=0.25

ISO ▏+0.15▏*2=0.3

需要注意的是轮廓度的测量值为非负数,即最小为0,当结果为0时,表示这个轮廓完美,和理论轮廓完全重合。对于最大值最小值却可以有正负数,此时的正负表示实际轮廓相对于理论轮廓在材料内外的关系,正表示实际轮廓在材料外,负表示实际轮廓在材料内。

对于轮廓度的标注,一般除了轮廓度公差外,还需要标注轮廓度的约束区域。约束区域的标注有多种方法,下面介绍一些常用的方法。

上图表示轮廓度约束区域为点E到点F之间,在轮廓表面直接标注点E和点F的具体位置。

上图表示轮廓度约束区域为点E到点F之间,在轮廓表面用两段双点划线表示点E到点F的区域。

上图在轮廓度引线上加了圆圈,表示这个轮廓度是全周轮廓度,对包括引出点所在面以及整个轮廓所有表面的轮廓度都进行约束。此外,对于轮廓全周进行约束的轮廓度还可以在公差框下面标注「ALL OVER」或」ALL AROUND」来表示。


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