Геометрические размеры и допуски

Пример геометрического контроля истинного положения, определяемого основными размерами и опорными элементами

Геометрические размеры и допуски ( GD&T ) — это система для определения и передачи инженерных допусков с помощью символического языка на инженерных чертежах и компьютерных 3D-моделях физического объекта , которая описывает номинальную геометрию и ее допустимые отклонения. GD&T используется для определения номинальной (теоретически идеальной) геометрии деталей и сборок, допустимых отклонений в размере, форме, ориентации и расположении отдельных элементов, а также того, как элементы могут изменяться по отношению друг к другу, чтобы компонент считался удовлетворительным. для использования по назначению. Спецификации размеров определяют номинальную, смоделированную или предполагаемую геометрию, а спецификации допусков определяют допустимые физические отклонения отдельных характеристик детали или сборки.

Во всем мире существует несколько стандартов, описывающих символы и определяющих правила, используемые в GD&T. Одним из таких стандартов является Американское общество инженеров-механиков (ASME) Y14.5 . Данная статья основана на этом стандарте. Другие стандарты, например стандарты Международной организации по стандартизации (ISO), описывают другую систему, которая имеет некоторые нюансы в интерпретации и правилах (см. GPS&V) . Стандарт Y14.5 предоставляет довольно полный набор правил для GD&T в одном документе. Для сравнения, стандарты ISO обычно затрагивают только одну тему одновременно. Существуют отдельные стандарты, которые предоставляют подробную информацию для каждого из основных символов и тем, перечисленных ниже (например, положение, плоскостность, профиль и т. д.). BS 8888 представляет собой самостоятельный документ, учитывающий множество стандартов GPS и V.

Происхождение

Происхождение GD&T приписывают Стэнли Паркеру, который разработал концепцию «истинной позиции». Хотя о жизни Паркера мало что известно, известно, что он работал на Королевском торпедном заводе в Александрии, Западный Данбартоншир , Шотландия . Его работа увеличила производство военно-морского вооружения новыми подрядчиками.

В 1940 году Паркер опубликовал «Заметки о проектировании и проверке инженерных работ массового производства» , самую раннюю работу по геометрическим размерам и допускам. В 1956 году Паркер опубликовал «Чертежи и размеры» , которые стали основным справочником в этой области.

Фундаментальные понятия

Размеры

Размер определяется в ASME Y14.5 как «числовое значение или математическое выражение в соответствующих единицах измерения , используемое для определения формы, размера, ориентации или местоположения детали или элемента». К специальным типам размеров относятся базовые размеры (теоретически точные размеры) и справочные размеры (размеры, используемые для информирования, а не для определения элемента или детали).

Единицы измерения

Единицы измерения на чертеже, соответствующем GD&T, могут выбирать создатель чертежа. Чаще всего чертежи стандартизируются либо в линейных единицах системы СИ, миллиметрах (обозначаемых «мм»), либо в общепринятых в США линейных единицах, десятичных дюймах (обозначаемых «IN»). Размеры могут содержать только числа без единиц измерения, если все размеры имеют одинаковые единицы измерения и на чертеже имеется примечание, в котором четко указано, какие это единицы.

Угловые размеры могут выражаться в десятичных градусах или градусах, минутах и ​​секундах.

Допуски

Каждая особенность каждой изготовленной детали может изменяться, поэтому необходимо указать пределы допустимых отклонений. Допуски могут быть выражены непосредственно в размере с помощью пределов, допусков плюс/минус или геометрических допусков или косвенно в блоках допусков, примечаниях или таблицах.

Геометрические допуски описываются рамками управления элементами, которые представляют собой прямоугольные рамки на чертеже, которые указывают тип геометрического контроля, значение допуска, модификатор(ы) и/или базу(ы), относящиеся к элементу . Типы допусков, используемые с символами в рамках управления элементами, могут быть следующими:

1. равные двусторонние
2. неравный двусторонний
3. односторонний
4. нет особого распределения («плавающая» зона)

Допуски для символов профиля являются одинаковыми в двустороннем порядке, если не указано иное, а для символов положения допуски всегда равны в двустороннем порядке. Например, допуск положения отверстия составляет 0,020 дюйма. Это означает, что отверстие может перемещаться на ±0,010 дюйма, что соответствует равному двустороннему допуску. Это не означает, что отверстие может перемещаться на +0,015/-0,005 дюйма, что является неравным двусторонним допуском. Неравные двусторонние и односторонние допуски для профиля определяются путем добавления дополнительной информации, чтобы четко показать, что это именно то, что требуется.

Базы и ссылки на базы

Основная статья: Справочная информация

База — это теоретически точная плоскость, линия, точка или ось. Базовый элемент — это физический элемент детали, идентифицируемый символом базового элемента и соответствующим треугольником базового элемента , например:

${\displaystyle \Box }\!\!\!\!{\scriptstyle {\mathsf {A}}}\!-\!\!\!-\!\!\!\blacktriangleleft \!\!\!|$

Затем на них ссылаются одна или несколько «привязок к базе», которые указывают измерения, которые следует выполнить относительно соответствующего элемента базы. Базовая система отсчета может описывать, как деталь подходит или функционирует.

Цель и правила

Целью GD&T является описание технического назначения деталей и сборок. GD&T может более точно определить требования к размерам детали, позволяя в некоторых случаях увеличить зону допуска более чем на 50% по сравнению с координатным (или линейным) определением размеров. Правильное применение GD&T гарантирует, что деталь, указанная на чертеже, будет иметь желаемую форму, подходить (в определенных пределах) и функционировать с максимально возможными допусками. GD&T может повысить качество и одновременно снизить затраты за счет технологичности.

Согласно ASME Y14.5, основные правила GD&T заключаются в следующем:

1. Все размеры должны иметь допуски. Плюсовые и минусовые допуски могут применяться непосредственно к размерам или из общего блока допусков или общего примечания. Для основных размеров геометрические допуски применяются косвенно в соответствующей рамке управления элементом. Единственным исключением являются размеры, отмеченные как минимальные, максимальные, стандартные или справочные.
2. Размеры и допуски должны полностью определять каждую особенность. Измерение непосредственно по чертежу или принятие размеров не допускается, за исключением специальных чертежей без размеров.
3. Чертеж должен иметь минимальное количество размеров, необходимое для полного описания конечного продукта. Использование справочных размеров должно быть сведено к минимуму.
4. Размеры должны быть применены к элементам и расположены так, чтобы отражать функцию и взаимосвязь детали. Должен быть только один способ интерпретации размеров.
5. Геометрию детали следует определять без явного указания методов изготовления.
6. Если при изготовлении требуются размеры, но не окончательная геометрия (из-за усадки или по другим причинам), их следует отметить как необязательные .
7. Размеры должны быть расположены так, чтобы обеспечить максимальную читаемость, и должны наноситься на видимые линии в реальных профилях.
8. Если геометрия обычно контролируется размерами или кодом (например, стандартные материалы), размер(ы) должен быть указан вместе с номером калибра или кода в круглых скобках после размера.
9. Углы 90° принимаются, когда линии (включая центральные линии) показаны под прямым углом, но угол не указан.
10. Предполагаются базовые углы 90°, когда центральные линии элементов в массиве или поверхностях, показанных под прямым углом на 2D ортогональном чертеже, расположены или определяются основными размерами, и угол не указан.
11. Предполагается, что базовый размер равен нулю, если оси, центральные плоскости или поверхности показаны на чертеже совпадающими, а взаимосвязь между элементами определяется геометрическими допусками.
12. Размеры и допуски действительны при 20 °C (68 °F) и 101,3 кПа (14,69 фунтов на квадратный дюйм), если не указано иное.
13. Если не указано иное, размеры и допуски применяются только в свободном состоянии.
14. Если явно не указано иное, допуски применяются к полной длине, ширине и глубине элемента.
15. Размеры и допуски применяются только на уровне чертежа, где это указано. Их применение на других уровнях (например, сборочном чертеже) не обязательно.
16. Системы координат, изображенные на чертежах, должны быть правосторонними. Каждая ось должна быть помечена и показано положительное направление.

Символы

Список геометрических характеристик

Справочная таблица геометрических характеристик

Приложение	Тип управления	Характеристика	Символ	Юникод характер	Соответствующая функция		Затронуто виртуальное состояние	Ссылки	Изменено		Затронуто
					Поверхность	Размера  ​			Ⓜ	Ⓢ	Бонус	Сдвиг
Индивидуальные особенности	Форма	Прямолинейность		⏤ U +23E4	Да	Да	Размера	Нет	Размера	Нет	Ⓜ	Нет
		Плоскостность		⏥ У +23E5	Да	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
		Округлость		○ U +25CB	Да	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
		Цилиндричность		⌭ У +232Д	Да	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Отдельные или связанные функции	Профиль	Профиль линии		⌒ В +2312	Да	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Нет	Датам, Ⓜ
		Профиль поверхности		⌓ В +2313	Да	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Нет	Датам, Ⓜ
Связанные функции	Ориентация	Перпендикулярность		⟂ У +27C2	Да	Да	Размера	Да	Размера	Нет	Ⓜ	Датам, Ⓜ
		Угловатость		∠ В +2220	Да	Да	Размера	Да	Размера	Нет	Ⓜ	Датам, Ⓜ
		Параллелизм		∥ В +2225	Да	Да	Размера	Да	Размера	Нет	Ⓜ	Датам, Ⓜ
	Расположение	Симметрия		⌯ У +232F	Нет	Да	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Нет
		Позиция		⌖ В +2316	Нет	Да	Да	Да	Да	Да	Ⓜ	Датам, Ⓜ
		Концентричность		◎ U +25CE	Нет	Да	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Нет
	Закончиться	Круговое биение		↗ В +2197	Да	Да	Размера	Да	Нет	Нет	Нет	Нет
		Общий выбег		⌰ В +2330	Да	Да	Размера	Да	Нет	Нет	Нет	Нет

Список модификаторов

В следующей таблице показаны лишь некоторые из наиболее часто используемых модификаторов в GD&T. Это не исчерпывающий список.

Символы, используемые в «фрейме управления элементом» для указания описания элемента, допуска, модификатора и ссылок на опорную точку.

Символ	Юникод характер	Модификатор	Определение	Примечания
	Ⓕ U +24BB	Свободное государство	«Состояние детали, свободной от приложенных сил»	Применяется только в том случае, если деталь ограничена иным образом
	Ⓛ И +24С1	Наименьшее материальное состояние (LMC)	«Состояние, при котором элемент размера содержит наименьшее количество материала в установленных пределах размера»	Полезно для поддержания минимальной толщины стенок.
	Ⓜ У +24C2	Максимальное состояние материала (MMC)	«Состояние, при котором элемент размера содержит максимальное количество материала в установленных пределах размера»	Обеспечивает бонусный допуск только для особенности размера.
	Ⓟ И +24С5	Прогнозируемая зона допуска		Полезно для резьбовых отверстий для длинных шпилек.
	Ⓢ И +24С8	Независимо от размера объекта (RFS)	«Указывает, что геометрический допуск применяется при любом приращении размера фактического сопряжения элемента размера»	Не входит в версию 1994 года. См. пункт. А5, пункт 3. Также п. Д3. Также Рисунок 3-8.
	Ⓣ И +24C9	Касательная плоскость	«Плоскость, которая касается высоких точек заданной поверхности объекта»	Полезно для интерфейсов, где форма не требуется.
		Непрерывная функция	Определяет «группу элементов размера, где существует требование, чтобы они рассматривались геометрически как единый элемент размера».	Определяет группу объектов, которые следует «геометрически рассматривать как один объект».
		Статистическая толерантность	Указывает, что элементы «должны создаваться с использованием статистического контроля процесса».	Появляется в версии стандарта 1994 года, предполагает соответствующий статистический контроль процесса.
	Ⓤ U +24CA	Неравные двусторонние		Добавлен в версию стандарта 2009 года и относится к неравномерному распределению профилей. Число после этого символа указывает допуск в направлении «плюс материала».

Сертификация

Американское общество инженеров-механиков (ASME) предоставляет два уровня сертификации:

• Технолог GDTP, который обеспечивает оценку способности человека понимать чертежи, подготовленные с использованием языка геометрических размеров и допусков.
• Старший GDTP, который обеспечивает дополнительную меру способности человека выбирать правильные геометрические элементы управления, а также правильно применять их к чертежам.

Обмен данными

Обмен информацией о геометрических размерах и допусках (GD&T) между системами САПР доступен на разных уровнях точности для разных целей:

• На заре CAD в файл обмена записывались строки, тексты и символы, предназначенные только для обмена. Принимающая система могла вывести их на экран или распечатать, но интерпретировать их мог только человек.
• Представление GD&T : На следующем, более высоком уровне, презентационная информация расширяется за счет группировки ее в выноски для определенной цели, например, выноска исходного объекта и опорный кадр опорной точки . А еще есть информация, какие из кривых в файле являются выносными, проекционными или размерными и какие используются для формирования формы изделия.
• Представление GD&T : в отличие от представления GD&T, представление GD&T не касается того, как информация представляется пользователю, а касается только того, какой элемент формы продукта имеет какую характеристику GD&T. Система, поддерживающая представление GD&T, может отображать информацию GD&T в некотором дереве и других диалоговых окнах и позволять пользователю напрямую выбирать и выделять соответствующий элемент формы продукта в 2D и 3D.
• В идеале и презентация, и представление GD&T доступны в файле обмена и связаны друг с другом. Затем принимающая система может позволить пользователю выбрать обозначение GD&T и выделить соответствующую функцию на форме продукта.
• Улучшение представления GD&T заключается в определении формального языка для GD&T (похожего на язык программирования), который также имеет встроенные правила и ограничения для правильного использования GD&T. Это все еще область исследований (см. ниже ссылку на МакКалеба и ISO 10303-1666).
• Проверка GD&T : на основе данных представления GD&T (но не представления GD&T) и формы продукта в каком-либо полезном формате (например, граничное представление ) можно проверить полноту и согласованность информации GD&T. Программный инструмент FBTol от завода в Канзас-Сити, вероятно, является первым в этой области.
• Информацию о представлении GD&T также можно использовать для планирования производства с помощью программного обеспечения и расчета стоимости деталей. См. ISO 10303-224 и 238 ниже.

Документы и стандарты

ISO TC 10 Техническая документация на продукцию

• ISO 129 Технические чертежи. Указание размеров и допусков.
• ISO 7083 Символы геометрических допусков. Пропорции и размеры.
• ISO 13715 Технические чертежи. Края неопределенной формы. Словарь и обозначения.
• ISO 15786 Упрощенное представление и определение размеров отверстий.
• ISO 16792:2015 Техническая документация продукта. Практика использования данных цифрового определения продукта (Примечание: ISO 16792:2006 был получен из ASME Y14.41-2003 с разрешения ASME).

ISO/TC 213 продукции

В ISO/TR 14638 GPS – Генеральный план проводится различие между фундаментальными, глобальными, общими и дополнительными стандартами GPS.

• Основные стандарты GPS
  • ISO 8015 Концепции, принципы и правила
• Глобальные стандарты GPS
  • ISO 14660-1 Геометрические характеристики
  • ISO/TS 17, ориентация и расположение
  • ISO 1101 Геометрические допуски. Допуски формы, ориентации, местоположения и биения.
    • Изменение 1. Представление технических условий в виде 3D-модели.
  • ISO 1119 Серия конических конусов и углов конусов.
  • ISO 2692 Геометрические допуски. Максимальное требование к материалу (MMR), минимальное требование к материалу (LMR) и требование взаимности (RPR).
  • ISO 3040 Размеры и допуски. Конусы
  • ISO 5458 Геометрические допуски. Позиционные допуски.
  • ISO 5459 Геометрические допуски. Базы и системы базирования.
  • ISO 10578 Допуски ориентации и местоположения. Проецируемая зона допуска.
  • ISO 10579 Размеры и допуски. Нежесткие детали.
  • ISO 14406 Добыча
  • ISO 22432 Характеристики, используемые при спецификации и проверке
• Общие стандарты GPS: текстура поверхности по площади и профилю.
  • ISO 1302 Указание текстуры поверхности в технической документации на продукцию.
  • ISO 3274 Текстура поверхности: Метод профиля. Номинальные характеристики контактных (щуповых) инструментов.
  • ISO 4287 Текстура поверхности: Метод профиля. Термины, определения и параметры текстуры поверхности.
  • ISO 4288 Текстура поверхности: Метод профиля. Правила и процедуры оценки текстуры поверхности.
  • ISO 8785 Несовершенства поверхности. Термины, определения и параметры.
  • Форма поверхности, независимая от базы или системы баз. Каждый из них имеет часть 1 для словаря и параметров и часть 2 для операторов спецификации :
    • ISO 12180 Цилиндричность
    • ISO 12181 Округлость
    • ISO 12780 Прямолинейность
    • ISO 12781 Плоскостность
  • ISO 25178 Текстура поверхности: Площадная.
• Общие стандарты GPS: методы экстракции и фильтрации.
  • ISO/TS 1661 Фильтрация
  • ISO 11562 Текстура поверхности: Метод профиля. Метрологические характеристики фазокорректирующих фильтров.
  • ISO 12085 Текстура поверхности: Метод профиля – Параметры мотива
  • ISO 13565 Профильный метод; Поверхности, имеющие многослойные функциональные свойства

Стандарты ASME

• ASME Y14.41 Практика обработки данных для определения цифровых продуктов
• ASME Y14.5 Определение размеров и допусков
• ASME Y14.5.1M Математическое определение принципов определения размеров и допусков

ASME также работает над переводом на испанский язык стандарта ASME Y14.5 – Стандарт размеров и допусков.

Стандарты GD&T для обмена

• ISO 10303 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Представление данных о продукции и обмен ими.
  • ISO 10303-47 Интегрированный общий ресурс: Допуски на изменение формы.
  • ISO/TS 10303-1130 Прикладной модуль: Производный элемент формы
  • ISO/TS 10303-1050 Прикладной модуль: Допуски размеров
  • ISO/TS 10303-1051 Прикладной модуль: Геометрический допуск
  • ISO/TS 10303-1052 Прикладной модуль: Допуск по умолчанию
  • ISO/TS 10303-1666 Прикладной модуль: Расширенные геометрические допуски.
  • ISO 10303-203 Протокол применения: 3D-проектирование механических деталей и узлов с контролем конфигурации.
  • ISO 10303-210 Протокол применения: Электронная сборка, межсоединение и проектирование упаковки.
  • ISO 10303-214 Протокол применения: Основные данные для процессов механического проектирования автомобилей.
  • ISO 10303-224 Протокол применения: Определение механического изделия для планирования процесса с использованием функций обработки.
  • ISO 10303-238 Протокол приложения: Модель, интерпретируемая приложением, для компьютеризированных числовых контроллеров (STEP-NC).
  • ISO 10303-242 Протокол приложения: 3D-инжиниринг на основе управляемых моделей.

См. также

• Габаритные инструменты
• Инженерное соответствие
• Инженерная толерантность
• Манометр (инструмент)
• Геометрическая спецификация и проверка продукта
• Датчик положения
• Спецификация отделки поверхности

Дальнейшее чтение

• Маккалеб, Майкл Р. (1999). «Концептуальная модель данных систем данных» . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 104 (4): 349–400. дои : 10.6028/jres.104.024 .
• Хенцольд, Георг (2006). Геометрические размеры и допуски для проектирования, производства и контроля (2-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Elsevier. ISBN  978-0750667388 .
• Шринивасан, Виджай (2008). «Стандартизация спецификации, проверка и обмен геометрией изделия: исследования, состояние и тенденции». Компьютерное проектирование . 40 (7): 738–49. дои : 10.1016/j.cad.2007.06.006 .
• Дрейк-младший, Пол Дж. (1999). Справочник по размерам и допускам . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN  978-0070181311 .
• Нойманн, Скотт; Нойманн, Эл (2009). GeoTol Pro: Практическое руководство по геометрическим допускам согласно ASME Y14.5-2009 . Дирборн, Мичиган: Общество инженеров-технологов. ISBN  978-0-87263-865-5 .
• Брамбл, Келли Л. (2009). Геометрические границы II, Практическое руководство по интерпретации и применению ASME Y14.5-2009 . Инженеры Эджа.
• Уилсон, Брюс А. (2005). Расчет размеров и допусков при проектировании . США: Гудхарт-Уилкокс. п. 275. ИСБН  978-1-59070-328-1 .

Внешние ссылки

• Общие допуски на линейные и угловые размеры по ISO 2768.
• Что такое ГД&Т
• Важность GD&T
• Глоссарий терминов и определений GD&T, заархивировано 15 сентября 2008 г. в Wayback Machine.
• ГДТ: Введение
• Сертификация ASME
• Изменения и дополнения к ASME Y14.5M
• Проект NIST MBE PMI по проверке и тестированию на соответствие Тестирует реализацию GD&T в программном обеспечении САПР.
• Анализатор и программа просмотра файлов STEP — анализ GD&T в файле STEP.