GD&T 中的平面度以及如何测量它？

几何尺寸和公差（GD&T）是一种通过工程图纸传达工程公差和设计意图的标准体系。平面度符号是设计工程师用来控制平面表面的核心概念之一，在GD&T中得到了广泛应用。

在本文中，我们将讨论GD&T中的平面度是什么、平面度标注，解释如何测量平面度，并对直线度与平面度进行简要比较。

GD&T中的平面度是什么？

GD&T中的平面度是设计工程师可用于控制其设计尺寸和形状的众多工程公差工具之一。平面度公差适用于平面度必须保持在一定范围内的表面，以确保零件功能的正常发挥。它是控制表面形状的一种常用方法，在平面度有设计要求的情况下尤为如此。

例如，机械虎钳的钳口经过高精度研磨，达到非常平整的水平，以便能够以足够的强度夹紧零件，并对夹紧表面施加均匀的力。如果钳口不平整，夹紧可能会松动，并通过产生应力集中而造成零件的加工误差。

平面度标注和符号

GD&T中的平面度有特定的平面度标注，用于在零件上指定公差细节。在本节中，我们将简要解释平面度符号的特征控制。典型的平面度标注如下图所示，图中显示了符号和公差值在特征控制框中的位置。

平面度符号不需要基准，我们将在接下来的部分中进行解释。因此，标注仅包含平面度符号和公差值。

平面度公差带

GD&T中的平面度具有三维公差带，该公差带由参考表面上方和下方的两个平行表面定义。整个表面必须位于这两个虚拟平面内，才能符合规定的质量要求。

这两个平面之间的距离定义了平面度公差的“紧密程度”。根据设计意图，设计师根据所需的精度水平设置公差值，定义表面偏离其真实形状的允许范围。

如上所述，平面度符号不需要基准，因为它不控制参考特征与标准基准特征的匹配关系。也就是说，无论该表面相对于零件中其他特征的位置或方向如何，它都会对该表面施加独立的公差形式。

例如，在下图中，零件的顶面标注了平面度。重要的是顶面在0.1厚的公差带内的平整程度。顶面相对于零件底面是否倾斜并不重要。

如何在GD&T中应用平面度？

在GD&T中有几种不同的平面度应用方式，每种方式之间存在细微差别。尽管平面度是一个易于使用的GD&T工具，但在设计具有不同几何形状和质量要求的零件时，了解其各种应用方式会很有帮助。

表面平面度

这是平面度符号最常见的应用方式。它与上述内容相同。表面平面度公差带由表面上方和下方的两个平行平面组成。

在这种情况下，平面度标注直接指向平面表面或位于参考表面的延长线上。

对于平面度符号的适用性，对平面表面的位置没有限制。参考表面可以是倾斜的、位于槽内，甚至是不连续的，如下图所示。

单位局部平面度

有时，当局部平面度要求与整体表面平面度要求不同时，会在图纸上单独定义局部平面度公差。这种情况出现在参考表面过大而难以控制，或者局部平面度是功能要求的情况下。

例如，密封装置如垫片不需要整体非常平整，但在小的局部区域仍必须非常平整以提供有效的密封。

局部平面度可以按单位长度或面积在表面上定义。下面给出了一些示例。对于所有可能的局部区域，表面必须位于局部公差限值内。例如，在每⌀25有0.01平面度公差的情况下，表面上不应存在任何违反0.01公差的局部⌀25圆形区域。

如何用不同方法测量平面度？

零件制造完成后，会随其工程图纸一起送至质量部门，由质量控制专业人员评估其是否符合平面度公差要求。

测量平面度的方法有很多种，精度各不相同。我们将在本节中讨论主要方法，并从精度、工作量和时间方面进行比较。

高度规

使用高度规评估GD&T中的平面度是一种常见方法。操作员将零件的底面放置在三个等高的柱子上。然后，操作员调整这些柱子的高度，以模拟一个完全平整的平面。

接着，将高度规的指示器在表面上滑动，并全程监测其偏差。如果指针偏差保持在平面度公差范围内，则零件通过质量检查。

这是测量平面度的标准方法，对于一般工程目的通常足够准确。然而，操作员需要注意某些事项。首先，必须保证三点支撑的平整度。否则，由于参考表面的倾斜，测量将不准确。

表面平板

这种方法与上述方法类似，但零件放在表面平板上。表面平板通常是平整的花岗岩台面，因为它具有良好的热稳定性和阻尼性。放置稳固后，同样将千分表在表面上滑动，并监测其偏差。

在这种情况下，质量专业人员也必须注意一个潜在问题。表面平板本身必须平整且正确定向。如果平板倾斜，高度规将测量平板底端与参考表面之间的平行度，而不是平面度公差所指定的内容。表面平板应非常平整且水平，以确保精确测量。

三坐标测量机（CMM）

三坐标测量机是测量GD&T中平面度的精确设备，它与计算机辅助设计（CAD）软件兼容，使工程师在进行质量检查时更加灵活方便。

三坐标测量机通过对表面多个点进行采样并生成三维点云来工作。测量点的数量取决于零件的大小和所需的精度水平。然后，三坐标测量机软件评估点云以验证平面度公差。

两种常见的方法是最适平面法和最小区域法。对于最适平面法，算法将最佳可能平面拟合到收集的笛卡尔点上，然后计算该平面与两侧极端点的最大偏差，此值作为平面度公差值。在最小区域法中，算法将两个平行、尽可能接近的平面拟合到整个点云上。这些平面定义了公差带，它们之间的距离就是表面的平面度。

平面度与直线度的区别

在GD&T中，直线度符号和平面度符号之间经常存在混淆。它们的应用非常相似，因此混淆在所难免。本质上，GD&T中的平面度是直线度的三维版本。

在本节中，我们将对直线度与公差进行比较，以便设计工程师在设计产品时更清楚地了解这些概念。

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结论

GD&T中的平面度是设计工程中的一个重要概念，它为工程师提供了一种定义关键生产要求的工具。