产品几何技术规范(GPS)讲义

二、新GPS标准构建的基本思想


2.1 基本思路 传统GPS是以几何学为基础建立起来的，设 计的主要任务是根据功能需求从具有理想几 何形状和方位的工件出发，规定工件实际几 何要素的允许变动区域，即公差带。 如何保证和判定实际几何要素处于公差带内， 则由制造和检测人员负责。
这一系列概念是有效的，但也有需要重新审 视的地方。例如，要想符合设计意图和功能 要求—— • 设计上给定一个尺寸，是按两点法还是三点 法来控制和检测？ • 设计上规定了一个圆的允许变动区域，是按 最小外接、最大内切、最小二乘还是最小条 件来判断？ 从“理想要素”到“实际要素”的转换和控 制过程没有严格的定义和规范，在一定程度 上，“理论”和“实践”有所脱节。

2. 4.1 形状公差
形状公差单一要素对其理想要素允许的变动量。其公 差带只有大小和形状，无方向和位置的限制。
1.直线度
2.平面度
3.圆度 4.圆柱度
1.直线度 直线度公差用于控制平面内或空间直线和轴线的形状误差。 根据零件的功能要求，直线度可以分为在给定平面内，在 给定方向上和在任意方向上三种情况。 在给定平面内的直线度 在给定方向内的直线度 任意方向上的直线度
1）在给定平面内的直线度
0.02
1.直线度(
)
其公差带是距离为 公差值t的两平行直线之 间的区域。如图所示， 被测表面上任一素线必 须位于平行于图样所示 投影面内，且距离为公 差值0.02mm的两平行 直线之间。
0.02
1.直线度(
)
2）在给定方向内的直线度
当给定一个方向时，公差带 是距离为公差值t的两平行平面之 间的区域；被测圆柱面的任一素 线必须位于箭头所指方向距离为 公差值0.02mm的两平行平面内。 当给定互相垂直的两个方向 时，公差带是两对给定方向上距 离分别为公差值t1和t2的两平行 平面之间的区域。
1.3 标准的整体结构 本标准包括前言和引言、正文部分及三个资 料性附录。 • 前言和引言说明本标准与ISO 1101：2004 的关系和主要差异，以及一些重要术语的协 调和统一，如用“导出要素”代替“中心要 素”、用“提取要素”代替“测得要素”、 “组成要素”代替“轮廓要素”等； • 正文部分规定了几何公差的基本概念、标注 的基本规定及示例； • 附录部分：附录A列出了不再采用的标注方法， 附录B为几何误差的评定，附录C则给出了新 标准在新GPS标准矩阵中的位置。
1.直线度(
)
ø 0.04
ød
Ø0.04
2.平面度(
平面度公差带是距离 为公差值t的两平行平面之 间的区域。 如图所示，表面必须 位 于 距 离 为 公 差 值 0.02mm 的两平行平面内。
0.02
)
0.02
3.圆度(
圆度公差带是垂直于 轴线的任一正截面上半径 差为公差值 t 的两同心圆 之间的区域。 如图所示，在垂直于 轴线的任一正截面上，实 际轮廓线必须位于半径差 为公差值0.02mm的两同 心圆内。
产品几何技术规范（GPS） 国家标准应用
第一章 GPS标准的发展和体系介绍 第二章 GB/T 1182-2008《几何公差 形状、方向、 位置和跳动公差标注》介绍 第三章 GB/T131-2006《产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法》介绍 第四章 GB/T 1804 – 2000《未注公差的线性和角度 尺寸的公差》介绍 第五章 GB/T 4249-2009《公差原则》介绍
0.02
0.02
1.直线度(
)
0.02 0.1
2）在给定方向内的直线度
如图是两个方 向的示例，棱线必 须位于水平方向距 离为公差值 0.02mm，垂直方 向距离为公差值 0.1mm的两对平行 平面之内。
0.02
0.1
3）任意方向上的直线度
其公差带是直径为公 差值t的圆柱面内的区域。 如图所示，ø d圆柱体 的轴线必须位于直径为公 差值0.04mm的圆柱体， 标准规定，形位公差值前 加注“ø”，表示其公差带 为一圆柱体。


• • • • • •
新的GPS按系统工程和系统建模的思想，自 顶向下构建了一系列信息模型： 理清了标准体系的层次关系，形成矩阵模型； 理清了标准之间的协调关系，形成标准链； 规范了工件几何定义的依据，定义了表面模 型； 规范了工件几何精度的过程控制，定义了操 作和操作集； 提出了产品研发全过程的不确定度概念，形 成扩展的不确定度概念模型； 基于表面模型，全面规范了几何要素的术语 定义。




2.2 公差框格标注 旧标准规定了四种进一步限定要求，“只许 中间凹下”、“只许中间凸起”、“只许从 左向右减小”和“只许从右向左减小”。 新标准只规定了“不（向材料外）凸起”一 种，老的符号不再采用。如需采用，要另有 文件规定。
2.3 根据公差的几何特征及标注形式，公差 带的主要形式分类： • 一个圆内的区域； • 两个同心圆之间的区域； • 两等距线或两平行直线之间的区域； • 一个圆柱面内的区域； • 两同轴圆柱面之间的区域； • 一个球面内的区域。 对圆形或圆柱形公差带，公差值前加注φ， 对圆球形公差带，则加注Sφ。


2.4 几何公差的具体标注方法
几何公差是实际被测要素的允许变动量。 几何公差分为: 形状公差、形状或位置公差和位置公差。 基本内容：几何公差带的概述，形状、形状或位置、位 置公差带的特点及各形位公差标注的含义。 重点内容：形状、形状或位置、位置公差带的特点及各 形位公差标注的含义。 难点内容：各几何公差标注的含义。




GPS标准不仅是产品开发的重要依据，而且 成为规范相关计量器具研制、软件开发的重 要准则。 GPS为国际通用的技术语言，它的应用有利 于促进国际技术交流和合作，有利于消除贸 易中的技术壁垒，大大减少沟通的困难和问 题。 GPS标准的实施可显著提高产品的质量，提 高企业的市场竞争力。 新的GPS是对传统公差理论和几何精度控制 思想的一次大的变革。
第一章 GPS标准的发展和体系介绍

一、什么是GPS？ 二、新的GPS标准构建的基本思想 三、 GPS标准的意义和Hale Waihona Puke Baidu用
一、什么是GPS？

1.1 GPS的含义
GPS是产品几何技术规范（Geometrical Product Specification and Verification） 的英文缩写和简称。新GPS标准是以新的理 念和概念，面向产品开发全过程而构建的控 制产品几何特性的一套完整标准，全面覆盖 了从宏观到微观的产品几何特征的描述，全 面规范了产品（工件）的尺寸、形状和位置 及表面特征的控制要求和检测方法，成为工 程领域产品设计、制造和评定的最重要的基 础标准之一。
GPS 标 准 体系建模
GPS标准体系层次 结构和矩阵模型
指导GPS标准体系的构建
GPS标准的系统 综合模型
产品（工件）的表面模型
指导标准和标准链的构建 规范产品（工件）的几何 描述和定义、检测及评定 规范表面模型的操作和操作集
确定从产品几何定义到检测的 总不确定度框架及各种不确定 度的关系
操作的过程模型
几何特征符号，新旧标准的规定完全相同。 但附加符号有较大变化—— • 基准要素的符号改为采用ISO符号，以便与 国际接轨。建议在新产品设计中采用新符号， 老产品的图样无需改动。 • 增加了若干新符号： 公共公差带CZ (Common Zone)； 线素LE (Line Element)； 不凸起NC (No Convex)。


GB/T 1182 是在跟踪和研究ISO 1101 的基础上发展起来的，它的修订反映了几十 年来国内外几何公差理论、技术和方法的发 展状况。 GB/T 1182-2008等同采用ISO 1101： 2004，全面反映了新一代GPS产品几何描 述和表达的基本要求和规定。


1.2 标准名称的变化 新标准的名称是按GPS标准体系的层次结构 命名的，第一层为“产品几何技术规范 （GPS）”，第二层为“几何公差”，第三 层则明确了具体的标准化对象——―形状、方 向、位置和跳动公差标注”。 GPS标准中，广义的“几何”包含尺寸公差、 形位公差和表面结构三部分，但本标准已通 过副标题将“几何公差”限定在形状、方向、 位置和跳动公差的范围内，即过去的“形位 公差” 。因此本标准正文中出现的术语“几 何公差”均指“形位公差”。
产品几何技术规范（GPS）
尺寸公差
几何公差
表面结构公差
尺寸
形状
粗糙度
距离
方向
波纹度
半径
位置
原始轮廓
角度
跳动
表面缺陷

GPS标准体系构成
注意：在新的GPS体系中，“几何”的概念 有广义和狭义之分。 • 广义几何包含了工件的尺寸、形状与位置以 及表面结构等特征，因此标准的主标题通常 为“产品几何技术规范（GPS）”； • 在副标题中出现的“几何公差”一般特指形 状、方向、位置和跳动公差，并不包含尺寸 公差和表面粗糙度。
)
0.02
0.02
4.圆柱度(
)
0.03
圆柱度公差带是半 径差为公差值 t 的两同 轴圆柱面之间的区域。 如图所示，实际圆 柱表面必须位于半径差 为 公 差 值 0.03mm 的 两同轴圆柱面之间。
0.03

2. 4.2形状或位置公差
线轮廓度和面轮廓度有两种情况：无基准要求的和 有基准要求的。故其公差带有大小和形状要求外，位置 可能固定，也可能浮动。 ——无基准要求时，理想轮廓线（面）用尺寸并加注公 差来控制，这时理想轮廓线（面）的位置是不定的（形 状公差）； ——有基准要求时，理想轮廓线（面）用理论正确尺寸 并加注基准来控制，这时理想轮廓线（面）的位置是唯一 的，不能移动。（位置公差）




ISO于1993年成立了TC3、TC10和TC57三 个技术委员会的“联合协调工作组”—— ISO TC 3-10-57/JHG。 JHG于1995年颁布了ISO/TR 14638《产 品几何技术规范（GPS）总体规划》，正式 提出新的GPS概念和标准体系模型。 1996年成立ISO/TC 213，全面负责产品几 何技术规范（GPS）的国际标准体系的构建， 这标志着GPS的发展进入一个新阶段。

1.2 新的GPS产生的背景 传统的GPS标准存在体系结构缺陷： 1）尺寸公差、形位公差和表面特征分别由原 ISO的三个技术委员会负责，由于各自工作 的独立性，使得工作项目有重复和交叉、术 语定义不够协调统一、规定和要求不完全一 致，影响和制约标准的使用和实施。 2）设计对功能要求的表达和优化、制造和检 测对几何精度的控制和评定缺乏统一的规范， 缺乏相互沟通的共同的技术语言。
1.线轮廓度(
)
第二章 GB/T 1182-2008《几何公差 形状、方向、位置和跳动公差标注》 介绍


一、概述 二、几何公差标注的基本要求和方法
一、概述


1.1 标准演变 我国几何公差标注的国家标准首次发布于 1974年，尚在试行阶段，1980年转为正式 标准，即《GB 1182-1980 形状和位置公差 代号及其注法 》。之后改为《GB/T 11821996 形状和位置公差 通则、定义、符号和 图样表示法》，现行标准是《GB/T 11822008 产品几何技术规范（GPS） 几何公差 形状、方向、位置和跳动公差标注》。


1.4
GB/T 1182-2008在GPS标准矩阵中的位置
二、几何公差标注的基本要求和方法

2.1 几何公差的种类、几何特征和符号

附加符号



新标准将几何公差分为4类，即形状、方向、 位置和跳动公差，共19个几何特征。 与旧标准不同，新标准将方向公差、跳动公 差从位置公差中分离出来，各自单独列为一 类。 依据被测要素与基准是否存在关联关系或存 在什么样的关联关系，将轮廓度公差分别划 归形状公差、方向公差和位置公差。需要注 意，带有方向要求的线或面轮廓度应用极少。
扩展的不确定度概念模型 基于表面模型的术语定义
规范几何要素

GPS标准体系建模框图
三、GPS标准的意义和作用


为企业的产品开发提供了一套全新的工具， 为产品的数字化设计和制造提供了基础支 撑。 实现产品的精确几何定义及规范的精度过 程定义，更加合理、经济和有效地利用设 计、制造和检测的资源，显著降低产品的 开发成本。