【专家分享】| 如何理解美国GD&T图纸中的复合位置度

作者简介：Andy Yu (俞吉长),奥曼克（上海）咨询有限公司GD&T咨询组成员;美国机械工程师学会(ASME) GD&T标准委员会代表委员;全国产品几何技术规范标准化技术委员会委员;ASME 认证GD&T高级专家（GDTP-S 0603）;

美国GD&T图纸中的复合位置度(Composite Position)是美国GD&T标准（ASME Y14.5-2009）中所特有的一种标注方式，在ISO GPS（Geometrical Product Specification-产品几何技术规范）标准和中国相应国标中并没有“复合位置度”这种概念。复合位置度仅适用于成组的尺寸要素，其公差框格的特点是前面只有一个位置度符号，后面有两行或者多行位置度公差值和所参照的基准符号，最后一行也可能不参照任何基准。

复合位置度是一种可以对成组要素进行详细、明确控制的工具，也是美国GD&T的难点之一。正确的理解和应用复合位置度，可以在满足产品功能的前提下，尽可能的放宽产品的相应公差要求。如根据产品功能需求，对孔组相对于基准参照系的整体位置公差设定，可以比较宽松；对于孔组相对于基准参照系的整体方向以及组内各孔相互位置公差设定，可以依次进行减少。（可以理解为根据功能需求，该加严的加严，该放宽的放宽）由于在大学的几何公差（旧称形位公差）教材中并没有“复合位置度”这种概念，在美国GD&T标准中也属于相对较难的部分，所以不少在美资企业工作或与美资企业存在业务关系的中国工程师没有完全理解复合位置度。

• 不理解复合位置度，研发工程师可能存在公差设定不合理；

• 不理解复合位置度，制造工艺工程师可能错误理解产品的几何公差要求，进而影响到产品工艺的选择和布置；

• 不理解复合位置度，测量工程师可能错误的择测量评价了方法，最终增加了漏判或误判的可能性；

• 不理解复合位置度，国内供应商在技术评审和报价过程中可能出现“低级”的失误。

这一切都最终影响到产品质量、时间、成本！

理解复合位置度的关键是理解“基准”和“公差带”之间的关系。

对于复合位置度的第一行，按照传统的位置度理解即可：基准既约束公差带的方向（旋转自由度），也约束公差带的位置（平移自由度）。

对于复合位置度公差框格，除了第一行之外的下面几行，基准仅约束公差带的方向（旋转自由度）；基准对于公差带的位置（平移自由度）没有任何限制。

如果复合位置度最后一行没有基准，则公差带与基准没有任何关系（如下图第四行）。

在笛卡尔坐标系中，一个产品存在6个自由度，沿着X、Y、Z轴的平移自由度（分别用x, y, z表示）和绕着X、Y、Z轴的旋转自由度（分别用u, v, w表示）。下图所示的复合位置度标注为例，复合位置度第一行中的第一基准A约束三个自由度“z, u, v”，其中一个平移自由度“z”，两个旋转自由度“v, w”；第二基准B约束两个自由度“y, w”其中一个平移自由度“y”，一个旋转自由度“w”，第三基准C约束最后一个平移自由度“x”。

而对于复合位置度第二行，由于基准只约束公差带的方向，第一基准A仅约束两个旋转自由度“u, v”，第二基准B仅约束一个旋转自由度“w”。即第二行直径为1.0的四个圆柱形公差带相对于基准参照系可以整体平移，但不能绕着X、Y或Z轴旋转。

对于复合位置度的第三行，仅有一个基准A，因此公差带相对于基准参照系的两个旋转自由度“u, v”已经被约束。 即第三行直径为0.6的四个圆柱形公差带可以相对于基准参照系整体平移，也可以绕着Z轴旋转，但不能绕着X或Y轴旋转。

对于复合位置度的第四行，由于没有任何基准，所以可以理解为直径为0.2的四个圆柱形公差带仅需保持相互的理论位置，无需与基准参照系保持任何关系。

每一行公差带与基准参照系之间的关系描述见下图：

对于该复合位置度标注的理解可以解释为：

第一行位置度公差要求控制孔组整体相对于基准参照系的位置（孔组整体方向、各孔相互位置也包含在内）；

第二行位置度公差要求进一步对孔组整体相对于基准参照系的方向进行更严格管控（各孔相互位置也包含在内）；

第三行位置度公差要求进一步对孔组整体相对于基准A的方向进行更严格的管控（可以理解为孔组“整体垂直”，各孔相互位置也包含在内）；

第四行位置度公差要求进一步对各孔之间相互位置进行更严格的管控。

理解了复合位置度的含义，可以在满足产品功能前提下，合理、明确地表达不同层次的位置要求：孔组相对于基准参照系的整体位置、孔组相对于特定基准参照系的整体方向、各孔之间相互位置等。研发工程师合理使用复合位置度对产品功能进行分析和表达，制造工艺和测量工程师正确理解，供应商和客户之间对产品图纸保持统一、正确的理解将会更好的在满足产品质量（功能）的前提下，避免包含技术沟通在内的各种不必要的时间和成本浪费。

复合位置度在实际测量评价过程中，不同测量评价软件之间差异较大。如果评价软件没有复合位置度的选项菜单，只需理解上述解释，即可通过控制每行公差带与基准参照系之间的自由度约束来实现评价。如果使用类似SmartProfile®等支持美国GD&T标准（ASME Y14.5-2009）中复合位置度评价菜单的软件，只需选取相应菜单填写复合位置度要求即可。评价软件可用具体测量值和颜色图示显示评价结果，甚至可以针对复合位置度每一行、每个孔单独进行位置度读数。但测量评价软件必须事先选择ASME Y14.5标准。 

SmartProfile®测量评价软件截图

对于带最大实体要求的复合位置度，也可以考虑使用检具进行检测。每一行位置度要求都需使用不同直径大小的检测销，并且需考虑检测销与基准之间的自由度约束关系。除了第一行，其余几行的平移自由度需要释放，旋转自由度的限制需根据具体标注进行分析。可能有些复合位置度检具需要增加滑轨（如第二行标注），实现起来难度很大。

希望上述关于复合位置度的介绍能够对大家实际工作有所帮助。如需了解更多GD&T内容，请仔细阅读ASME Y14.5-2009或者咨询奥曼克公司。我们提供的咨询服务不仅仅限于GD&T，奥曼克专注研发和制造流程改善。

最后感谢Kotem公司提供的SmartProfile®测量评价软件对复合位置度评价的图片。

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