几何尺寸与公差（通常简称为GD&T）是一种用于在工程图纸上定义几何形状的符号语言。它不仅涵盖尺寸，还明确规定了每个特征的允许形状、方向、位置和跳动量，从而确保设计人员、操作人员和检验人员对要求有统一的理解。
传统的正负尺寸规定使得实际几何形状存在多种解释。两个孔即使各自通过尺寸检查，其间距仍可能过大而无法装配。GD&T 通过将每项公差与特征必须执行的功能挂钩，消除了这种歧义。
该系统基于 ASME Y14.5 标准（其最新版本发布于 2018 年）以及以 ISO 1101 为首的 ISO GPS 标准系列。两者采用相同的核心符号，因此同一标注在不同国家的供应商处具有相同含义。
本指南介绍了五种公差族及其符号、特征控制框、基准、修饰符，以及会导致成本增加的错误。
什么是GD&T？
尺寸数据只能说明部分情况。注释会说明表面与理想形状的偏差范围、特征相对于基准的倾斜角度，或者位置的偏移量。公差区是由功能决定的，而不是由一个通用图纸编号决定的。
每个标注都会创建一个公差区，特征必须位于该公差区内。其形状是符号含义的一部分：孔轴的“位置”为圆柱形，平整度的“位置”为两个平行平面，曲面的“轮廓”为一条曲线带。
几何控制分为五大类：形状、方向、位置、轮廓和跳动。随后，材料状态修饰符会根据特征尺寸的变化调整公差，下文将结合各分类所使用的符号对每类进行说明。
为什么GD&T很重要？
每个标注都定义了自己的测量标准：检查什么、以哪个基准为参照、以及在哪个区域内。随后，报价、加工和检测团队无需通电话，就能对同一件零件达成一致。
由于每个公差都与功能相关，因此在装配条件允许的情况下，可以放宽公差。更宽松的公差值意味着更快的进给速度、更少的装夹次数和更少的废品率，这正是GD&T在不影响装配适配性的前提下体现其价值之处。
只要坚持使用，GD&T 就能减少废品率，并确保检验结果的可重复性。正因如此，汽车、航空航天和医疗器械企业都将其视为工程图纸上的标准做法。
当装配精度至关重要、多家供应商对同一零件报价，或者图纸将在数年后被查阅时，这种做法最为划算。而那些没有配合特征的单件零件，通常不需要这样做。
几何公差的类型
几何公差采用14个标准符号表示，这些符号分为五大类：形状、方向、位置、轮廓和跳动。具体数量分布为：形状符号4个、方向符号3个、位置符号3个、轮廓符号2个、跳动符号2个。每类符号控制的变异类型各不相同，因此应根据零件在装配中的功能选择相应的符号类型。
形状公差
形状公差用于控制单个特征的形状，无需基准。直线度要求轴或边缘保持在狭窄的公差范围内，平面度要求密封面保持平面，而圆度或圆柱度则限制圆柱体偏离真圆的程度。
方向公差
定位公差将特征与基准相关联。垂直度确保孔面与安装面垂直，平行度确保两个加工面处于同一水平面，而角度公差则控制指定角度。每当装配依赖于两个特征之间的角度时，均应使用这些公差。
位置公差
位置公差定义了特征的位置。位置公差是最常见的，用于处理孔阵列、槽和凸台。同心度和对称度涵盖了同轴或对称关系，但更难进行检测，且通常会因位置公差要求更严格而失效。
轮廓公差
轮廓公差用于规定线或表面的轮廓。一个表面轮廓可以在单个标注中同时控制形状、方向、位置和尺寸，这使其成为处理涡轮叶片、叶轮和铸造壳体等复杂自由曲面几何形状时最通用的工具。
径向跳动公差
跳动公差限制了旋转部件的偏差。圆跳动检查每个横截面；总跳动则一次性检查整个表面。这两者都出现在轴颈、轴承座和皮带轮上，用于控制振动和磨损。
几何特征基于实际部件进行组合。一个壳体可能包含孔位布局的位置公差、将该布局与基准面关联的垂直度公差，以及基准面本身的平面度公差。堆叠的框架结构使这些关系在同一位置清晰可见。
当图纸上的功能不明确时，单纯收紧常规尺寸很少能解决问题。应先明确功能要求，然后再选择用于衡量该要求的公差。
应根据功能而非习惯进行选择。位置和轮廓可满足大多数定位任务，跳动量用于控制旋转，而形状则用于密封面。成本与数值成正比：数值越严格，进给速度越慢，装夹次数越多，废品率也越高，因此应选择能确保装配的最小公差区，并在报价前与车工核对确认。
特征控制帧
特征控制框是指标注几何公差的矩形框。从左至右依次为：符号、公差值、任何修饰符，然后是用于设定测量基准的基准引用。一条引线将该框指向其所控制的特征。
特征控制帧的结构解析
一个典型的框架表示为位置，在最大材料条件下为0.05，以基准点A和B为参照。该框将所有要求集中在一个易于阅读的位置；框架并非取代传统尺寸，而是用于控制仅靠尺寸无法表达的几何形状。
堆叠画框
当一个特征需要多个控制要素时，请将坐标系叠加。一个孔可以在一个坐标系中表示相对于A和B的位置，而在另一个坐标系中表示与基准面的垂直度。这两项检查均基于同一基准设置进行。
基本尺寸
基本尺寸定义了框架所控制的确切几何形状。这些尺寸位于一个框内，本身不包含公差；公差由框架提供。
一个帧控制什么
一个框可以控制一个曲面或一个轴。指向曲面的引线表示该曲面必须位于公差区内；位于尺寸下方的框则控制导出轴或中心平面。公差栏中的直径符号使公差区呈圆柱形，如同孔的位置一样。
确保图框内容清晰易读：每个图框仅包含一项特征，每个标注仅对应一个区域，且坐标基准字母应与图纸上的标注一致。复杂的图框往往是检验争议的常见根源。
基准面和基准参考系
基准面是用于建立参考系的物理特征。基准参考系采用三个相互垂直的平面（通常为A、B和C），因此每个被测特征都共用一个原点。
坐标系特征与参考系
基准面是理论上的；基准特征则是与其实际接触的表面。模拟平面与该特征的高点相切，因此平坦且刚性的表面可作为可靠的基准面。
基准面顺序
字母顺序很重要。主要数据的影响最大；次要数据限制了接下来的方向；第三个数据则锁定了剩余的旋转方向。如果改变顺序，零件在夹具中的定位方式就会不同，从而导致检验员的测量结果发生变化。
选择基准特征
良好的基准特征应具备稳定性、可加工性和可测量性。作为主基准，大面积的平面比短边更优，因为工件能可靠地置于其上，且装夹位置具有重复性；若选择小尺寸或较软的特征作为基准，往往会成为车间与设计人员之间产生争议的常见原因。
模拟基准面
模拟基准通过物理方式再现了这些平面。平面板代替主平面，卡盘轴代替基准轴，精密平行尺代替次平面，因此这些标记与检测装置直接相关。
圆形零件通常采用由车削直径或卡盘确定的基准轴。与窄边相比，该轴能更好地控制位置和旋转。
材料状态修饰符
材料状态修正因子会随着特征尺寸的变化而调整公差。在最大材料状态下，当孔或轴偏离其最大材料尺寸时，公差会增大，因此，定位在MMC处的孔位布局可在不改变装配的情况下接受更多零件。这就是为什么MMC是过盈孔的标准公差。
MMC 和额外公差
公差余量是指随着孔径增大或销轴缩小而获得的额外容差。在最大材料中心（MMC）处应用时，它可以在不改变最坏情况下的装配条件的前提下提高良品率。
“最不重要条款”与“RFS”
“最小材料条件”用于保护最小壁厚和边缘距离。无论特征尺寸如何，均不进行任何调整。
选择修饰符
当装配间隙决定设计时，请选择 MMC；当必须保持最小壁厚或边缘距离时，请选择 LMC；仅当该关系在所有尺寸下都必须成立时，才应选择 RFS。
修饰符的选择对成本和产量的影响往往比框架中的数量更大。报价前请与您的机加工人员确认具体情况。
《GD&T实践指南》
当您的零部件需要进行装配和互换时，GD&T 就显得尤为重要。设计团队会在以下阶段应用它： 工程配合选择，检查员使用量具核对标注尺寸，或者 坐标测量机 以同一基准帧为参照。
典型应用包括：
- 必须安装在狭窄装配空间内的汽车发动机和变速器零部件。
- 航空航天部件，其位置和姿态会影响安全关键功能。
- 需要在不同生产批次间保持一致装配精度医疗器械。
- 在机加工壳体和夹具中，基准决定了各表面之间的关系。
- 轴、齿轮和轴承——其径向跳动会限制振动和磨损。
- 阀体和泵，其密封面必须保持平整且垂直。
量具能快速验证，且适合批量生产：在MMC，功能性量具只需一次测量即可检查位置。三坐标测量机（CMM）可处理复杂的轮廓和多个基准，但编程时间较长；而在自由曲面导致物理量具难以应用的情况下，光学扫描仪则能发挥作用。无论选择哪种方法，图纸上的基准顺序都必须与装夹设置一致。
在设定CAM程序和夹具之前，请先锁定公差策略。刀具路径、工件夹持和测量均取决于工件的夹持方式。
在以下两者之间做出选择： 双向和单向容差 这会影响该店如何规划该流程以及相关成本。
常见的GD&T错误
大多数问题源于公差设定过宽，而非过窄。在添加几何公差标注之前，请先明确它能防止哪种失效；对每个特征都施加公差控制，只会增加检验成本，却不会提升功能。
以下错误是导致大多数实现失败的主要原因：
- 对仅需常规尺寸的特征采用过大的公差，这不仅增加了检测成本，还会导致本可完美装配的零件被淘汰。
- 选择不稳定或难以测量的特征作为基准，这会导致所有下游的标注都不可靠。
- 当间隙取决于特征尺寸时，若忽略材料状态修正值，将导致放弃公差余量，从而增加废品率。
- 在一张图纸上混用 ASME 和 ISO 规范，这会向遵循不同标准的供应商传递相互矛盾的信息。
公差值越小并不一定越好。在大多数机床上，0.05的定位公差比0.02的定位公差维持成本更高，只有当装配或性能有此要求时，这种成本才是合理的。
作为可制造性设计的一部分，请审查图纸上的每个标注项，评估其对成本的影响。加工合作伙伴可以指出那些会导致调试时间延长或需要特殊工装的参数。
制图规范可提供帮助：明确默认修饰符、基准标注规则以及叠加边框的约定。这样，工程师、机加工人员和检验员就能以统一的方式解决同一问题。
如果实施得当，GD&T（几何尺寸与公差）可以减少废品率、缩短检验时间，并使供应商报价具有可比性；如果实施不当，则会增加成本。关键在于每一项标注是否与特定功能、稳定的基准以及切实可行的检验计划相联系。
MinHe – CNC加工制造商
GD&T标注的效果取决于所标注零件的质量。请将标注了所需公差的图纸发送至 我们的工程师，并且可以在生产开始前对加工工艺和检验计划进行审核。
在报价阶段确认加工设置，远比在加工完成后返工整批产品更经济。正因如此，GD&T 才能通过减少废品率、加快交货速度以及减少图纸争议来带来回报。
