你有没有想过，一台机器的各个部件是如何如此完美地配合在一起的？这肯定不是偶然的。这都归功于一个非常重要的系统，叫做几何尺寸和公差，或者 GD＆T.
您可以将 GD&T 视为工程师和制造商之间使用的通用语言。GD&T 完全基于特定的符号和规则，这些符号和规则均在图纸上标注，用于显示每个特征的正确设置，从而确保每个零件都能根据特定应用正确制造。
GD&T 实际上考虑到了销钉插入孔中，以及 A 面与 B 面以完美的 90 度角相交的情况。事实上，在某些情况下，如果没有 GD&T，就不可能制造和生产汽车、手机等复杂物品。
垂直的概念是这类语言的基础元素之一。它基本上是设计的基石之一。在本材料中，我们将探讨 GD&T 中的垂直度.
我们将深入剖析它的含义、它如何应用于各种功能，以及它与其他控件的区别。我们还将深入讲解如何实际测量它，以确保您的零件准确无误。
什么是垂直度？
那么，垂直度的定义是什么？垂直度的核心是一种方向控制。它是一种几何公差，定义了特征与完美 90 度角的接近程度。但与其他控制一样，它总是与基准特征进行测量。
您并不是简单地说“这个表面需要是正方形”；而是说“这个表面需要与另一个表面成正方形”，这是您的参考基准。
这个概念是控制特征的方向，以确保其在参考基准时保持垂直。这对于确保零件正确配合并按预期运行至关重要。垂直度要求在图纸上使用特征控制框来表达。
该特征控制框架是一个小框，其中包含垂直特征控制符号（倒置的 T）、允许公差以及指定其所参考的基准特征的字母。
这是一种非常严谨的方式来传达一种非常重要的关系。我们控制特征的角度为90度，但我们用“长度单位”而不是度数来衡量这种关系。
表面垂直度
让我们更进一步，深入探讨一些细节。垂直度有几种应用方式。第一种是表面垂直度。这在控制平面时需要考虑。假设有一个简单的块。你可能希望块的一侧垂直于底面。底面就是你的基准平面。
图纸上引用的垂直度要求确保整个参考平面与基准面保持垂直。这不仅仅涉及表面上的一个点或一条线，而是涉及整个表面。受控平面上的每个点都必须在公差范围内。
这是一种非常广泛的应用，尤其适用于需要与其他部件齐平接触的部件。一个很容易理解的例子是发动机缸体的侧面，另一个部件用螺栓固定在该侧面。你需要该表面垂直，这样才能形成适当的密封，防止泄漏。
轴垂直度
另一种主要类型是轴垂直度。当您拥有一个尺寸特征（例如销钉、凸台或孔）时，就会调用此方法；您控制的不是表面，而是特征的方向。因此，如果您有一个从某个物体（例如一个块）中伸出的销钉，您希望该销钉垂直竖立，而不是倾斜或向一侧倾斜。
在这种情况下，垂直度标注控制销钉特征的中心轴。它确保该轴垂直于基准平面（销钉从其伸出的表面）。此比率对于装配配合和用途至关重要。如果有一个孔需要销钉插入，则还必须控制该孔的轴线。
如果有一个销和一个孔，并且销或孔（或两者）的垂直度误差较大，那么即使它们的直径都在公差范围内，它们也无法配合。这种控制既适用于外部特征（例如销），也适用于内部特征（例如孔）。
垂直度公差带
那么，GD&T 中可接受垂直度的“区域”是什么意思呢？垂直度公差带是受控特征必须位于其内的假想边界。该区域的形状取决于所控制特征的类型，可以是表面，也可以是轴。
表面垂直度公差带
对于表面垂直度，它非常简单。您需要定义一个由两个平行平面包围的3D空间。您可以将其想象成两片玻璃板。这两个平面彼此平行，并且垂直于基线基准平面。那么，这两个平行平面之间的距离就是您在特征控制框中看到的平行度公差。
请注意，受控表面上的所有点（即整个表面）都必须落在这个空间内。表面可以有波纹，也可以不是完全平坦的，但重要的是它不能破坏由两个平行平面作为边界所定义的区域。这是一个简单的概念，但它是定义表面方向的一种非常有效的方法。
轴垂直度公差带
现在，轴垂直度的公差略有不同（惊喜！）。它不是两个平行平面，而是一个圆柱形公差带。圆柱体的轴线理论上完全平行于主基准的轴线，或者垂直于基准平面。圆柱体的直径等于特征控制框中垂直度公差值的大小。
实际特征（无论是销钉还是孔）的中心轴必须完全位于该圆柱形空间内。因此，销钉的轴线可能会略微移动或倾斜，但只要它完全位于该假想圆柱体内，就认为垂直度是可以接受的。如果垂直度标注在公差部分中带有直径符号 (Ø)，则表明这是一个圆柱形公差带。
垂直度与其他标注
GD&T 控制很容易混淆，尤其是方向控制。它们的作用似乎相似，但应用场景却不同。以下是一些容易混淆垂直度的常见控制点。
垂直度与平面度
这是一个很大的。 平坦度 是一种控制形式。它只与单个表面的平整度有关，与其他特征无关。平整度确保表面没有凸起或波纹。垂直度并不直接控制表面的平整度。表面可以完全垂直，但仍然有波纹。
话虽如此，垂直度公差间接控制着平面度。由于整个表面必须位于两个平行平面内，因此其垂直度公差不能大于垂直度公差。例如，如果垂直度公差为 0.1，则该表面的平面度不能大于 0.1。这是一个控制参数优化另一个控制参数的示例。
垂直度与角度度
这看起来很简单，但这里有很多微妙之处。虽然 棱角性 是一种方向控制，用于为特征与基准之间任意角度建立公差带。需要注意的是，该角度不必是 90°（垂直）。因此，实际上，你可以说垂直度只是角度为 90° 的特例。
确实如此！从技术上讲，你可以利用基本角度为 90° 的角度来创建垂直度控制。虽然目的相同，但标准做法是利用专用的 垂直符号，这样任何看图纸的人都能清楚地看到正确的 90° 角度。使用正确的 gd t 符号有助于消除任何可能的混淆。
如何测量垂直度
好的，你有一个零件，上面标注了垂直度。该如何检查呢？检查垂直度的方法取决于你是测量表面还是轴，以及你手头有哪些工具。
测量表面垂直度
测量表面垂直度有几种不同的方法。经典方法是使用花岗岩平台、高度计和千分表。在这种情况下，您需要将零件的基准面平放在平台之上。接下来，您需要将高度计的千分表在被检查的表面上移动（但您也可以使用独立的千分表测量被检查的表面）。
您需要将指示器扫过一个表面平面，找出最高和最低读数。这两个读数之间的差值就是总垂直度误差。如果该值符合允许的公差，则该部件合格。这是一个简单的手动检查示例。CMM（坐标测量机）可以通过接触表面上的数百个点，更快、更好地完成此方法。
轴垂直度测量
测量轴的垂直度略微复杂一些。对于像销钉这样的外部特征，您可以将零件的基准平面平放在平板上，然后旋转零件，用千分表测量销钉沿线两个不同高度的跳动。然后，可以根据跳动差计算轴的倾斜度。
然而，对于像孔这样的内部特征，情况会变得更加困难。在这种情况下，您需要使用功能量规。功能量规是一种物理的、实际存在的工具，可以代表最坏情况的配合部件。对于孔，它可以是一个销钉，其直径等于孔的最小尺寸减去垂直度公差。
如果量规销能够完全插入孔内，同时零件上的基准面仍位于板材上，则该零件合格。这种方法非常有用，因为它可以同时检查尺寸和方向，使车间的测量变得非常简单。利用最佳实体条件还可以提供额外的公差，让您在考虑制造时更加轻松。
CNC 和 3D 打印中的垂直度
在使用任何方法创建零件的背景下，您每天都会考虑实现良好的垂直度。
对于数控加工而言，机床的垂直度至关重要。更具体地说，Z轴必须垂直于X-Y平面。机床内部垂直度和对准度的哪怕是最小的误差都会导致加工出的零件出现误差。制造过程中需要考虑许多因素，如果忽略这些因素，例如刀具挠度、夹紧、材料应力等，都可能导致垂直度误差。
在 3D 打印领域，实现垂直度的挑战略有不同。对于 FDM 打印机，沿 Z 轴的龙门运动必须垂直于打印平台。否则，打印出的部件会歪斜或倾斜。打印件的层间偏移也会导致特征无法正确添加垂直度。
对于树脂打印机，您需要正确校准机器，并且打印平台必须调平。无论如何，在任何技术中，要达到生产零件的GD&T垂直度标注的严格公差通常都不是一件容易的事，尤其是在不使用后处理的情况下。
在许多情况下，这些关键表面或孔是在打印之后和零件完成之前进行加工的，以确保垂直度的严格公差。
结语
所以，你看，垂直度在制造和工程领域确实非常重要。它是GD&T中最基本、最知名的方向控制工具之一。
我们已经讨论了什么是垂直度，从表面垂直度，到如何使用孔和立销来控制轴的垂直度。
我们还讨论了垂直公差带，它包含两个平行平面、一个二维垂直带或一个圆柱公差带，用于确定可接受的变化限度的公差。
因此，对于图片而言，了解如何应用垂直度标注、如何测量以及垂直度与其他类型的控制有何不同至关重要。
这是至关重要的一环，它不仅能确保零件外观正确，还能确保每次需要时都能配合良好、功能正常。垂直度是几何尺寸与公差（GD&T）中的一个重要组成部分。
常见问题
问：垂直度和平行度有什么区别？
A: 垂直度是一种方向控制，它指示特征与基准特征是否成 90 度角。平行度是另一种方向控制，它指示特征与基准特征是否成 0 度角，即平行。一个控制指示垂直度，另一个控制指示平行度。
问：垂直度可以应用于孔图案吗？
A: 是的，您完全可以对孔阵列使用垂直度控制。在这个特定情况下，垂直度公差将应用于孔阵列中的每个特定轴，以确保每个孔都垂直于基准面，这对于螺栓组件至关重要。
问：垂直度需要基准吗？
A: 是的，垂直度始终需要一个基准特征。它是一种方向控制，意味着它描述了两个或多个特征之间的关系。如果没有垂直的基准参考，就无法将某个物体定义为垂直。它可以参考一级基准、二级基准或三级基准。
问：不使用 CMM 时如何在现场测量垂直度？
A: 对于平面，您可以使用精密角尺和塞尺对已知平面的平板进行测量。对于轴，您可以使用千分表和高度计来检查表面是否倾斜。定制的功能性量规也是在车间进行检查的一种非常有效且快速的方法。
问：当我超出公差垂直度时会发生什么？
A: 当垂直度超过公差范围时，即被视为不合格。这通常会导致装配问题，零件无法配合，从而产生间隙。此外，它还会影响零件的功能，例如过度磨损、密封不良，甚至灾难性故障。这是一个严重的垂直度误差。