- 7月 4, 2025
几何尺寸和公差（Geometric Dimensioning & Tolerancing）是设计工程师用来向生产人员传达公差要求、设计意图和质量准则的标准化系统。
直线度符号是GD&T中一个非常实用的符号。本文探讨了GD&T中直线度的概念，讨论了直线度的测量方法，以及直线度与平面度这个令人困惑的话题。
GD&T中的直线度是什么？
在深入探讨具体细节之前，让我们先简要介绍一下直线度的一般概念。顾名思义，它是一个GD&T符号，用于控制几何实体的直线度。在工程设计中，直线度公差有多种应用方式。例如，桌子的表面需要足够平直（或者说是平面度，你很快就会明白其中的技术区别），这样物体才能稳定地放在上面，不会滚落。
另一个例子是轴承的内圈。其表面沿轴向必须非常平直，以便能很好地安装在轴上。在这种情况下，如果直线度不够，可能会导致轴承错位和损坏。
直线度标注和符号
GD&T在工程图纸上定义公差的方式非常标准。在本节中，我们将介绍直线度符号及其在工程图纸上的标注方法。
直线度符号就像一条扁平的水平线——就像一个短横线。标注可以针对表面或尺寸特征进行引用。下图展示了一个非常简单的示例。
值得注意的是，GD&T中的直线度并不相对于基准，而其他符号（如平行度）则有此要求。现在，让我们来区分GD&T中直线度的两种主要使用方式：表面直线度和基于导出中心线的直线度公差。
GD&T中的表面直线度
表面直线度的常见应用场景是平面或圆柱表面。它为表面上的二维直线沿线的上下偏差建立了一个公差带。对于平面，二维直线可以是表面上的任意位置；对于圆柱面，二维直线则与轴线平行。
GD&T中的这种表面直线度不是针对尺寸特征进行标注的，而是直接针对参考表面进行标注。
如何测量表面直线度？
验证表面直线度公差需要精密设备和质量人员的专业技能。表面直线度测量主要有两种方法：
千分表
千分表或高度表是手动测量直线度的标准设备。在正确固定好量表后，将量表的触点对准表面，然后沿所需的二维测量线滑动。
必须确保千分表已校准、归零，并且在开始测量前轻轻按下测头。遵循这些标准操作程序可确保测量的精确性。
如果整个测量长度内千分表的读数变化在规定的公差范围内，则该零件通过质量控制。
坐标测量机（CMM）
另一种测量直线度的方法是使用坐标测量机。这种方法比千分表更精确。它是一种自动测量方法，需要对坐标测量机进行编程。
将零件安装在坐标测量机的床身后，测量探头会沿着参考测量线对表面进行采样，并自动生成报告，供操作员查看零件是否在公差范围内。
GD&T中基于导出中心线（DML）的直线度
导出中心线（DML）是具有轴对称特征的零件的假想轴线。这通常适用于圆柱形零件。在导出中心线上应用直线度公差，通过围绕它建立一个完美的圆柱形公差带来控制其直线度。
此外，请注意，在这种情况下，公差带是围绕特征真实轴线的三维圆柱体。这有助于发现零件形状中的扭曲、弯曲和其他几何不规则性。
此外，这种直线度符号的应用也不需要基准。在GD&T中，有几个符号需要定义基准特征作为测量的参考。例如，垂直度符号。要使一条边垂直于某物，需要有一个基准来测量垂直度。而直线度符号则不需要基准。
最大实体状态（MMC）/最小实体状态（LMC）标注
在GD&T中，导出中心线情况下的直线度有一个特例，即工程师在直线度符号旁边使用最大实体状态（Ⓜ）修饰符。
最大实体状态（MMC）修饰符是一种基于功能的标注，旨在确保即使零件在最不利的情况下（即由于不精确而具有最大材料量时），也不会与其配合零件发生干涉。以轴为例，最大实体状态出现在轴达到最大可能尺寸时。在这个尺寸（MMC）下，整个轴必须能装入一个直径与最大实体状态相当的孔中。将最大实体状态、直线度公差和量规孔尺寸这三个概念联系起来的公式是：
假设我们有以下带有最大实体状态标注的GD&T直线度案例。
将公式与GD&T标注中的参考值一起应用，我们得到一个圆柱量规尺寸为10.08。这代表了零件的最大允许偏差，其中包括0.05的尺寸公差和额外的0.03的直线度公差。
额外公差
此外，在这一点上，有必要引入额外公差的概念。当零件尺寸不是处于最不利条件时，即其直径小于允许的最大值10.05时，这个概念就适用。在这种情况下，直线度公差可以增加零件直径小于最大值的量，即10.05。
因此，例如，如果轴的尺寸为10.03，则额外公差将为0.02（10.05 – 10.03）。因此，这将加到直线度公差上，现在直线度公差将变为0.05（0.03 + 0.02）。
这是一个需要更深入理解最大实体状态/最小实体状态和GD&T整体概念的进阶主题。不过，这个简单的例子展示了GD&T中直线度在与导出中心线一起使用并带有最大实体状态标注时的表现。
如何测量导出中心线的直线度？
导出中心线特征的直线度测量与之前的情况略有不同。最常用的测量方法是使用圆柱形量规，其中孔作为质量检查装置。
如果零件能轻松装入孔中，且在任何一点都几乎没有干涉，则该零件通过质量检查。
此外，工程师也可以选择使用坐标测量机。这是通过沿轴向在不同位置对零件中心进行采样来实现的。然而，这种方法耗时较长，仅在少数情况下有用。在大多数情况下，使用圆柱形量规检查零件是否可用，是对其质量的一个良好保证。
直线度与平面度：有何区别？
平面度是一个与GD&T中直线度非常相似的概念，这经常导致设计师、生产工程师和操作员感到困惑。本节将详细阐述这两者的区别，并呈现一个简单易懂的直线度与平面度对比。
- 线与面：简单来说，平面度应用于整个表面，而GD&T中的直线度仅控制一条线。
- 二维与三维：直线度与平面度比较的另一种方式是，平面度控制三维物体，而直线度是二维的。
- 控制特征：平面度符号仅限于平面，整个平面必须位于公差带内。而直线度则给设计师更多选择，因为它适用于线、边缘、轴线和中心线。
结论
GD&T中的直线度是工程工具包中的一个重要组成部分。它使工程师能够向制造商传达设计意图和公差要求，并适用于多种几何特征。
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常见问题解答
使用直线度符号时遵循哪些标准？
ASME Y14.5是GD&T（包括直线度符号）的权威标准。它提供了关于符号功能、标注方法及其使用的详细信息。
直线度需要基准吗？
GD&T中的直线度不需要基准。它直接针对表面和尺寸特征进行标注。
直线度可以用来控制表面吗？
虽然直线度理论上控制的是表面沿二维直线的变化，但它也间接控制了表面，因为理论直线是在参考表面上定义的。如果要对平面进行三维控制，在可行的情况下可以使用平面度符号。
