基于特征尺寸的机械零件图样尺寸标注方法研究

易声耀， 曹玉君， 梁兵

（湖南交通工程学院 高科技研究院，湖南衡阳421001）

0 引言

机械零件工作图上的尺寸是全部零件信息的主要载体之一，是零件加工、检测的主要依据，直接决定、影响着零件的加工制造、检测和使用。然而，零件工作图上尺寸的正确标注也是绘制零件图的难点所在。对此，不少学者从不同的角度进行了研究。典型的如杨裕强等[1]对合理标注零件尺寸方法的分析；薛爱文等[2]进行了工程制图中形体尺寸标注完整性的分析，并且提出了计算尺寸个数的问题；邵世禄[3]关于机械图样中尺寸标注的探讨；胡东等[4]提出尺寸标注的三基理念；李唯东等[5]提出用投影特征统计法保证集合体尺寸标注的完整性；魏平[6]分析了机械零件尺寸标注的合理性；本文作者对叠加型组合体尺寸标注教学方法进行的研究[7]。

以上研究丰富了机械零件图样尺寸标注的方法，但其分析方法基本上都是基于形体分析的角度，分析过程比较繁琐，并存在一定的局限性。

机械零件图尺寸的标注逻辑性强，图上的尺寸要求既不遗漏，也不能重复标注，这就需要达到两个方面的条件：一是要明确本形体的尺寸有多少个；二是要明确这些尺寸标注的最佳位置。满足条件一保证尺寸标注的完整性，做到尺寸标注不多不少；满足条件二保证尺寸标注的正确性。保证尺寸标注正确性主要是符合国家相关标准，其知识和方法在每部教材中都很详细；而如何保证尺寸标注的完整性，在既往教材中却不能得到保证。对于一些简单的形体，有经验的工程人员往往几乎不假思索，凭着直觉就能够把握尺寸准确的个数；而对于复杂的形体，即使是经验丰富者，也不一定能保证尺寸标注的完整性。为此，本文探讨了基于特征尺寸的零件图尺寸标注的方法。由于零件上的工艺结构如铸造圆角、倒角、退刀槽、越程槽等结构在标注时可采用简化方法，或只需要在技术要求里注出，为简化起见，零件上的工艺结构在分析中加以略去。

1 基于特征尺寸的零件图尺寸标注方法

1.1 基于特征尺寸的零件图尺寸标注理论梗概

每个机械零件都是由若干简单的几何体按照一定的创意构成的，每个简单几何体都有其形状特征，构成零件的简单形体主要有棱柱、棱锥等平面立体和圆柱、圆锥、球体、圆环及其他形状的回转体，以及由这些基本立体经切割变换而成的各种形体。确定这些几何要素的度量关系参数无非直径、半径、长度、角度等。所谓按特征尺寸标注，就是将形体上的尺寸区分为直线尺寸、圆弧的直径或半径（φ、R）尺寸、角度尺寸等不同特征的尺寸类型，然后分别注出各类尺寸。其中，圆弧尺寸在尺寸类型中是典型的定形尺寸，在形体图中很容易找出；角度尺寸一般较少出现，并且为了检测的方便，一般情况下尽可能少标注角度尺寸，而以直线尺寸取代之；直线尺寸通常是图形中最多的一类尺寸，就其特征而言，它表示的是平面、棱线、轴线等几何元素。按特征标注直线尺寸时，一般不需做严格的形体分析，因而无需区分定形尺寸和定位尺寸，直接按长、宽、高或者具体某个倾斜的直线方向，标示出每一个特征点的计数，也即应标注尺寸的起、止点的位置，这些计数即是该方向上的直线尺寸数量的计数。

对称形体自图形的对称线开始向一侧计数。由于零件每个方向一般都有一个以上的基准要素（对称面、重要端面、底面、主要回转体轴线等），这些基准要素相当于定位尺寸为0的特征要素，也即这个尺寸不须注出。因此，每个方向的起、止特征点计数减1，即为该方向的直线尺寸的个数。

设MX、MY、MZ分别表示X、Y、Z（长、宽、高）3个方向的尺寸起、止点数，Mφ、MR、MJ分别表示直径尺寸、半径尺寸和角度尺寸的个数，则零件上应标注的尺寸总数M为

因此，用这种标注方法的优点即是在尺寸标注分析的过程中能较容易地计算出尺寸的个数，为完整标注尺寸提供了保证。

1.2 典型应用案例

图1 基于特征尺寸的零件尺寸个数计算与标注

以如图1所示的机件为例，说明按特征尺寸标注的方法和步骤。

1）分析零件上尺寸的特征。该零件上的尺寸有直线尺寸和圆弧尺寸两类。

2）分别沿长、宽、高3 个方向标出计数点或线。为避免混淆，3个方向分别用不同的计数序列，长度方向对称，自对称线开始，依次为①、②、③，MX=3；宽度方向自前向后为1～7，MY=7；高度方向自下而上为Ⅰ～Ⅳ，MZ=4。如图1（a）所示。

3）分析圆弧的直径、半径尺寸和角度尺寸的个数，图中有4个φ尺寸，Mφ=4；1个R尺寸，MR=1；没有角度尺寸，MJ=0。

4）计算出总的尺寸个数。总尺寸个数M应为

M＝MX+MY+MZ+Mφ+MR+MJ-3=3＋7＋4＋4＋1＋0-3=16（个）。

零件的具体尺寸及数目如表1所示。计算公式包含其中。

5）进行形状分析，划分简单形体，严格按照国家标准，标注出形体的定形、定位尺寸。每个方向的直线尺寸个数、圆弧尺寸个数。尺寸总数为16个，必定相符。如果不符，则说明尺寸标注不完整，少则有尺寸遗漏，多则有重复标注。完整的标注如图1（b）所示。

表1 按特征标注尺寸

值得注意的是，零件表面的截交线、相贯线都不能作为特征线计入尺寸个数，如图1所示，主视图中a、b两点是由圆弧R25和距底边30的直线相交生成的，不应标注a、b间的距离尺寸。此外，圆柱体的直径尺寸须直接标注φ或R尺寸，因此，其轮廓线（极限素线）所在位置不应作为特征计数点[8]。

2 基于特征尺寸的零件图尺寸标注方法的适用性分析

机械零件的形状是极其多样的，因此，基于特征尺寸的零件图尺寸标注方法的适用性也有所偏重，对于许多极其复杂的零件的尺寸标注，虽然可以应用基于特征尺寸的零件图尺寸标注方法来对零件进行分析，获得尺寸个数，但标注具体的尺寸时仍需要作较详细的形体分析，才能正确地标注尺寸。以某轴承座为例，按基于特征尺寸标注方法计算尺寸个数，特征起、止点数如图2所示。计算个数见表2。

显然，应用基于特征尺寸的分析方法能够较容易获得尺寸数目。但是，标注尺寸的具体操作还必须进行严格的形体分析，才能确保尺寸标注的正确性和完整性。如果尺寸标注的过程中并没有对零件的形体进行详细分析，虽然得到了尺寸个数，但并不明确这些尺寸该如何标注，标在何处，也没有区分出定形尺寸和定位尺寸，因而无法保证尺寸标注的顺利进行。所以，这种方法对于复杂的多体叠加型机械零件图样的尺寸标注是难以达到满意效果的。

图2 轴承座起、止特征点数标定

表2 轴承座按特征标注尺寸个数计算

然而，分析得知，对于两类特殊的机械零件，用基于特征尺寸的零件图尺寸标注则是非常有效的。

1）典型的回转体零件。典型的回转体通常只有两个方向的尺度，在标注尺寸前算出尺寸个数后，一般不需要作详细的形体分析，即可标全尺寸。例如图3所示的形体，6个直径尺寸显而易见，轴向的5个直线尺寸可以很容易找出其起、止特征点数（Ⅰ～Ⅵ），如何标注也不是难题。因此，该形体的11个尺寸在计算出个数后，稍加分析即可保证尺寸标注的正确和完整，无需作详细的形体分析。

图3 典型回转体直线尺寸起、止特征点数确定及尺寸标注

2）典型的挖切式机械零件。挖切式零件虽然可以用形体分析的方法计算尺寸个数，但由于切去的形体是“虚体”，并且，这些“虚体”多半形状不规则，因此作形体分析时的计算过程和标注的操作过程都比较麻烦；而使用基于特征尺寸的零件尺寸个数计算及进行标注，由于计算尺寸个数的过程比较简单，而在具体的尺寸标注时，被切割后的直线尺寸一般应该标注决定切割平面的位置尺寸，这比标注“虚体”的定形、定位尺寸更为简单。例如图4所示的压块的尺寸标注，其中，图4（a）为长、宽、高3个方向直线尺寸起、止特征点数确定，图4（b）为完整标注的尺寸。计算分析过程列入表3中。可以看出，这种标注方法是有效的。

表3 压块按特征标注尺寸个数计算

图4 压块的尺寸标注

3 结论

1）本文探讨了基于特征尺寸的机械零件图样尺寸标注方法，推导出尺寸数目的计算式。

2）分析了基于特征尺寸的机械零件图样尺寸标注方法对于回转体型零件和切割型的零件具有良好的适用性，而对于复杂的多体叠加型零件则表现出明显的局限性。