中国国标与美国ASME Y14.5尺寸形位公差规定异同浅析

1、中美有关几何公差标准的历史演变

我国对于尺寸和公差标准的制定工作是从1959年制定的GB159-174-59标准开始的，而且最早的标准主要是参照前苏联的标准制定的，后来随着国际交流与合作的深入，逐渐参照或采用了一些ISO、德国等标准。在不影响国际贸易和国际间技术交流的前提下,结合我国的具体情况,从我国实施标准的可行性出发,对ISO标准的一些必要内容进行了补充、改动和完善。

美国有关几何公差的标准目前应用ASME Y14.5M，该标准是美国标准化委员会制定的几何与尺寸公差标准，美国国家标准提倡实行自愿型标准体系，体现标准的自愿性原则, 标准由相关组织按照市场需求自愿提出，按照各方协调一致的原则制定。第一个这方面的统一标准(ASAY14.5)颁布于1966年，已经通过1982、1994和2009等年几次修订，并且2004年已制定了该标准的草案。其中1994、2004和2009版冠以ASME【1】现行的标准是ASME Y14.5M-2009。

2、中美标准编排结构及内容概括

我国标准采用单行本方式发行，各个标准分别对几何公差的标注、公差原则、实体要求等内容进行了规定。GB/T1182-1996《形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法》GB/T1184-1996《形状和位置公差未注公差值》GB/T4249-1996《公差原则》GB/T16671-1996《形状和位置公差最大实体要求、最小实体要求和可逆要求》，GB/T16892-1997《形状和位置公差非刚性零件注法》，这些标准是根据ISO的标准来修订制定的。新的标准在不影响国际贸易和国际间技术交流的前提下,结合我国的具体情况,从我国实施标准的可行性出发,对ISO标准的一些必要内容进行了补充、改动和完善。

而美国ASME Y14.5M标准按概述、公差原则、位置公差、形状公差以及轮廓公差等章节方式采用书的形式编排，涵盖内容广泛，不仅包含形状和位置公差内容，还包括尺寸、螺纹、齿轮、花键、棱体等相关内容。它叙述非常详尽，它不仅作了很多相关的规定，而且还附加了大量的应用实例。该标准分为6章，其后还有5个附录，即附录A~E。附录A主要对以往的废止的标准所做的改进的说明；附录B主要就公式符号、紧固件情况、同轴要素、极限与配合等进行了相应的说明；附录C对符号的形状、大小及比较进行了解释；附录D给出了尺寸要素的定义；附录E对几何控制决策图的功能要求、参考标准、几何控制、用法以及基准等进行了规定。

相对来说,美国标准偏重于系统性,而我国标准更注重简单明了、有序和分门别类，以便于我国目前不同层次设计、制造和检测人员等各取所需，也非常利于我国根据生产技术和国民素质等方面的提高。适时方便、有针对性地进行部分修改。另外，由于编排结构上的不同，美国标准中也就会有时出现一些很注意细节的东西,如在美国标准中一个解释性图右下角,常常注明引用该图的章节【图1】。此外，美国标准用附录方式给出新标准对旧标准的所有修改说明，是非常可取的。

3、术语及符号标注的异同。

中国标准中的术语与标注要求与美国标准中的规定基本相同，公差类型符号则完全相同。限制符号美国标准比中国标准多了几个符号。

3.1中国基准符号，而美国采用，为了便于国际交流,标注符号尽量与国际标准一致是必然的趋势,尤其是随着计算机绘图在我国逐渐普及。

3.2美国标准中允许采用或φ9.4-9.8【图二】形式代替,这在我国标准中是不允许的。就此而言,我国标准对简化、统一图纸上标注,从而便于看图等是有利的。

3.3美国标准中已经引入了“统计公差”【2】把公差赋值于总成的相关部分概念,并且用符号表示。虽然我国早在1983年左右就开始统计公差研究，但在我国目前标准中还没有体现。无论从理论、应用或测量等方面考虑,统计形位公差是形位公差体系的发展方向,它以概率论和数理统计为基础,符合被研究对象的随机性特性。形位误差的统计评定指标,能更全面地反映零件多样性功能要求,而且符合测量的抽样过程，使测量与评定密切结合,提高了测量信息的利用率,并能对评定结果的精确性作出适当的评价,因此具有重要意义。

3.4美国标准中定义的ISO标准或我国标准中都没有的控制半径CR,【图三】严格地要求该半径相关零件轮廓是无逆向的理想局面(由曲面表面各处的斜率控制),尤其适用于承受高压力的零件表面处。

3.5在中国标准中，当被测要素或基准要素为线或表面时，指引线的箭头应垂直指向被测要素的轮廓线或其延伸线【图四】，并明显地与尺寸线错开，但在美国标准中没有严格规定，只要指引线的箭头指向被测要素的轮廓线或其引出线即可。

3.6 还有一些术语如：综合状态尺寸(Size,Resultant Condition)。综合状态限定的实际尺寸、总合状态【5】(Resultant Condition)等是对材料某些状态的定义，便于分析工件的某些实际存在状态。

3.7 值得我们借鉴的还有一些特别人性化的标注，如面积指示标注，让人很直观的看出所规定的面积和范围。中国也有别于美国标准的细节，如标注的数字不一定都在标注线的上方，而是直接的写在线之间，这样不便于加工人员的加工。，【如图12】中的竖直方向的尺寸，没有让人“扭过头”来看。

4、各个项目具体的标注差异

4.1直线度公差标注

美国标准中直线度的分类与标注等方面与中国标准相比，总体上是相同的，但也存在一些细小的差别，正如3.5论述，当被测直线要素为非中心要素时，不严格要求指引线垂直指向被测要素，只要指向被测要素并与尺寸线错开即可；对于【图四】所示图的标注，美国标准除尺寸要素和素线要素分别遵守尺寸公差和直线度公差的限制外，尺寸和形状综合作用的结果还应受最大实体状态的限制，而中国标准则认为该标注遵守独立要求【3】

4.2平面度要素差标注的异同

与直线度标注相比，平面度的被测要素只有一种，即平面要素。不管是整体平面要素还是单位平面要素的平面度公差，我国标准和美国标准中的标注方法及其含义基本相同，其区别就在于，还是类似3.5提及，中国标准要求平面度公差框格的指引线必须垂直指向规定平面度公差的平面要素，而美国标准仅要求指引线指向被测平面要素，但不要求垂直指向。如【图五】

4.3圆度公差标注的异同

美国标准与中国标准的圆度公差定义及标注，其定义是相同的，还是类似3.5一点，美国标准其公差框格的指引线并未严格要求与圆柱面或圆锥面的轴线垂直。如【图六】中圆柱面圆度公差的美国标准标注样式就说明了这一点。另外需要注意的是，中美标准在标注圆度公差时，都要求，无论是圆柱面、圆锥面还是球面，其指引线均都不得与尺寸线对齐，直接在圆要素上标注圆度公差时，指引线箭头一般指向圆(或球)心。

4.4圆柱度公差标注的异同

与中国标准相比，美国标准的公差及公差带定义是相同的，但标注上略有不同。由【图七】可以看出，圆柱度公差框格可以放置在尺寸标注之下，而不需要用指引线指向被测要素。

4.5轮廊度公差标注的异同

美国标准与中国标准中的轮廓度公差的含义相同，但在标注与应用上存在较大差别，主要不同点有：

4.5.1中国标准中对线轮廓度和面轮廓度仅大致给出了有基准和无基准的轮廓度公差的标注及公差带说明示例，而美国标准的轮廓度公差标注规定则比较具体和全面。

4.5.2中国标准没有具体规定轮廓公差带的分布方式，一般认为其公差带是对称于由理论正确尺寸(和基准)确定的理想轮廓分布的，而美国标准除了上述公差带的对称分布外，还规定了公差带为单侧分布的方式和不对称分布方式，单侧分布又有内侧和外侧两种分布方式

4.5.3美国标准用字母和符号表示所标注轮廓度公差的适用范围，而中国标准则没有此项规定。

4.6倾斜度、平行度、垂直度公差标注的异同

美国标准中倾斜度、平行度、垂直度公差的标注与中国标准相比基本上是相同的。

特别的,在标注方面略有不同，美国标准要求平行度平面度公差框格的指引线必须垂直指向规定平行度公差要素，而美国标准仅要求指引线指向被测要素，但不要求垂直指向。【图九】

4.7跳动公差标注的异同

中美标准中跳动公差的标注基本上是相同的。但美国标准的规定更严格和具体，其有时可能会对基准表面的平面度、圆度、平行度、直线度或圆柱度偏差进行单独控制，以及对基准要素的跳动进行控制的情况，如【图十】【图十一】所示。

还有，中国标准要求跳动公差框格的指引线必须垂直指向规定跳动公差的要素，而美国标准仅要求指引线指向被测要素，但不要求垂直指向。

4.8位置度公差标注的异同

中美标准中位置度的标注有相似的地方也有不同的地方，主要存在以下几点差别：

4.8.1中国标准只是简单地对点、线和面的位置度定位进行了规定，而美国标准中对要素组的位置以及组内要素的相互关系(位置和方向)还规定了复合位置度公差并通过使用复合要素控制框来注出要求。【图12】

4.8.2美国标准中对轴线彼此不平行以及轴线与表面不垂直的孔组的位置度公差的标注作了相应的规定。【图十三】

4.8.3美国标准中位置公差用于定位共轴特征的位置，例如扩孔，应用以下准则：

(a)在同样位置公差用于定位孔和扩孔的地方，单一特征控制框在规定孔以及扩孔的要求的插图编号之下。见【图十四】。孔和扩孔的同样的直径公差带共轴位于指定基准的真实位置上。

(b) 在不同的位置公差用于定位孔和扩孔的地方(相对普通基准特征)，应用两个特征控制框。一个特征控制框位于规定孔以及扩孔的要求的插图编号之下。见【图十四】孔和扩孔的不同的指定公差带共轴位于指定基准的真实位置上。

4.8.4美国标准中对一些长孔零件还规定了双向位置度公差，需要在一个方向指定更大公差的地方,就要用到双向位置公差。双向位置公差导致定位圆形孔的非圆柱形公差带，因此，在应用中直径符号在特征控制框上省略掉。也就是说，可以要求位置公差内更加精致的垂直。而中国标准在这方面没有专门的规定。

4.8.5美国标准中的形状除了受到位置度公差的限制外，还应受实体状态的限制，而中国标准则认为该标注遵守独立要求，并不受最大实体状态的限制，对有相关要求的应用另外制定了相应的国家标准。

4.9同轴度公差标注的异同

中美标准中同轴度的标注基本上是相同的，但在具体规定上还存在一些差别。中国标准中的同轴度公差主要是规定了点的同心度公差和轴线的同轴度公差，这对于圆形和圆柱形的要素来说是很方便的，但对于不规则形状要素的同轴度的控制就显得单薄，在美国标准中还规定了采用位置度公差来控制同轴度的方法。（如【图十五】）

4.10对称度公差标注的异同

中美标准中对称度的标注基本上是相同的，其主要区别在于中国标准中规定被测要素为中心要素，基准要素为中心要素时，用对称度公差控制两者之间的位置关系。而在美国标准中有对称关系的位置公差是一个或多个特征的实际配合搭口的中心面在规定基线内与基准特征的轴或中心面相适应的状态。MMC、LMC 或RFS【4】。该术语用于说明在尺寸公差范围内，几何公差或基准参考是用于任何特征尺寸增量。改性可用于公差或基准特征。不仅规定了中心平面的对称度公差，还规定了用位置度公差来控制对称度的方法。【图十五】

5、装配的两种公差

美国标准中给出了基于装配的两种公差解释，即：轴线解释和表面解释,这在我国标准中没有明确给出。

如基于MMC解释位置公差——位置公差用于MMC 可以用以下任何一种方式解释：

(a) 关于孔的表面。保持孔的指定极限尺寸，没有孔面因素位于真实位置的理论边界。见【图十六】。

(b) 关于孔的轴。孔位于MMC 位置上，轴必须位于圆柱形公差区域内，轴位于真实位置。区域的直径等同于位置公差。见【图十七a、b】。此公差范围也定义孔轴空间方位角的变化极限。见图【图十七c】。只有当孔处于最大实体状态，指定的公差范围才被应用。实际配合尺寸比最大实体状态大的位置，额外的位置公差产生。位置公差的增加等同于指定的最大实体状态尺寸与孔的实际配合尺寸之差。实际配合尺寸大于最大实体状态的位置，孔的指定的位置公差可能过大但仍能满足功能和互换性的要求。

6、结论

上文分别就形状和位置公差内容对美国ASME Y14.5M标准和中国国家标准简单比较了一下，虽然这种比较不是十分的详尽，但从大致上可以从中看出中美标准的一些特点。这些特点既是中美两国机械行业发展水平的反应，也是中美两国对机械零件的形状和位置公差控制要求不同的要求程度。它实质上也从不同方面反映了两个国家在技术水平、文化素质等方面的不同。

由于现在全球一体化进程的加快，各国都在向国际标准靠拢，这些标准将有趋同的趋势。所以，如何随着我国科学技术等的发展适时地分析研究国外标准或国际标准，并尽可能地争取把我国部分国家标准推荐给国际标准化组织(ISO)采用是十分重要的意义的。