Геометрические размеры и допуски

Система определения и представления инженерных допусков

Пример истинного геометрического контроля положения, определяемого основными размерами и базовыми характеристиками

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 , которая описывает номинальную геометрию физического объекта и ее допустимые вариации. GD&T используется для определения номинальной (теоретически идеальной) геометрии деталей и сборок, допустимых вариаций размера, формы, ориентации и расположения отдельных элементов, а также того, как элементы могут изменяться по отношению друг к другу таким образом, чтобы компонент считался удовлетворительным для предполагаемого использования. Размерные характеристики определяют номинальную, смоделированную или предполагаемую геометрию, в то время как характеристики допусков определяют допустимые физические вариации отдельных элементов детали или сборки.

В мире существует несколько стандартов, описывающих символы и определяющих правила, используемые в GD&T. Одним из таких стандартов является стандарт Американского общества инженеров-механиков (ASME) Y14.5 . Эта статья основана на этом стандарте. Другие стандарты, такие как стандарты Международной организации по стандартизации (ISO), описывают другую систему, которая имеет некоторые нюансы в своей интерпретации и правилах (см. GPS&V) . Стандарт Y14.5 предоставляет довольно полный набор правил для GD&T в одном документе. Стандарты ISO, для сравнения, обычно рассматривают только одну тему за раз. Существуют отдельные стандарты, которые предоставляют подробную информацию для каждого из основных символов и тем, указанных ниже (например, положение, плоскостность, профиль и т. д.). BS 8888 предоставляет самостоятельный документ, учитывающий множество стандартов GPS&V.

Источник

Происхождение GD&T приписывают Стэнли Паркеру, который разработал концепцию «истинного положения». Хотя о жизни Паркера мало что известно, известно, что он работал на Королевском заводе торпед в Александрии, Западный Данбартоншир , Шотландия . Его работа увеличила производство морского оружия новыми подрядчиками.

В 1940 году Паркер опубликовал «Заметки о проектировании и инспекции инженерных работ массового производства» , самую раннюю работу по геометрическим размерам и допускам. ^[1] В 1956 году Паркер опубликовал «Чертежи и размеры» , которые стали основным справочником в этой области. ^[1]

Фундаментальные концепции

Размеры

Размер определяется в ASME Y14.5 как «числовое значение(я) или математическое выражение в соответствующих единицах измерения, используемые для определения формы, размера, ориентации или местоположения детали или элемента». ^{[2] : 3} Специальные типы размеров включают основные размеры (теоретически точные размеры) и справочные размеры (размеры, используемые для информирования, а не для определения элемента или части).

Единицы измерения

Единицы измерения на чертеже, который следует за GD&T, могут быть выбраны создателем чертежа. Чаще всего чертежи стандартизированы либо по линейным единицам СИ, миллиметрам (обозначаемым "мм"), либо по обычным линейным единицам США, десятичным дюймам (обозначаемым "IN"). Размеры могут содержать только число без единиц, если все размеры имеют одинаковые единицы и на чертеже есть примечание, в котором четко указано, какие единицы используются. ^{[2] : 8}

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

Допуски

Каждая характеристика на каждой изготовленной детали подвержена вариации, поэтому должны быть указаны пределы допустимой вариации. Допуски могут быть выражены непосредственно на размере с помощью пределов, плюс/минус допусков или геометрических допусков, или косвенно в блоках допусков, примечаниях или таблицах.

Геометрические допуски описываются рамками контроля элементов, которые представляют собой прямоугольные поля на чертеже, указывающие тип геометрического контроля, значение допуска, модификатор(ы) и/или датум(ы), относящиеся к элементу . Тип допусков, используемых с символами в рамках контроля элементов, может быть:

1. равноправный двусторонний
2. неравный двусторонний
3. односторонний
4. нет определенного распределения («плавающая» зона)

Допуски для символов профиля являются равными двусторонними, если не указано иное, а для символов положения допуски всегда являются равными двусторонними. Например, положение отверстия имеет допуск .020 дюйма. Это означает, что отверстие может перемещаться на ±.010 дюйма, что является равным двусторонним допуском. Это не означает, что отверстие может перемещаться на +.015/−.005 дюйма, что является неравным двусторонним допуском. Неравные двусторонние и односторонние допуски для профиля указываются путем добавления дополнительной информации, чтобы четко показать, что это то, что требуется.

Даты и ссылки на них

База — это теоретически точная плоскость, линия, точка или ось. ^{[2] : 3} Базовая характеристика — это физическая характеристика детали, идентифицируемая символом базовой характеристики и соответствующим треугольником базовой характеристики , например,

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

Затем они ссылаются на одну или несколько «базовых ссылок», которые указывают измерения, которые должны быть сделаны относительно соответствующей базовой функции. Базовая система отсчета может описывать, как деталь подходит или функционирует.

Цель и правила

Целью GD&T является описание инженерного замысла деталей и узлов. ^[2] GD&T может более точно определить размерные требования к детали, допуская в некоторых случаях более чем на 50% большую зону допуска, чем координатные (или линейные) размеры. Правильное применение GD&T гарантирует, что деталь, определенная на чертеже, будет иметь желаемую форму, соответствовать (в пределах ограничений) и функционировать с максимально возможными допусками. GD&T может повысить качество и одновременно снизить стоимость за счет производительности.

Согласно ASME Y14.5, основные правила GD&T следующие: ^{[2] : 7–8}

1. Все размеры должны иметь допуск. Положительные и отрицательные допуски могут применяться непосредственно к размерам или применяться из общего блока допусков или общей заметки. Для основных размеров геометрические допуски применяются косвенно в связанной рамке управления функциями. Единственными исключениями являются размеры, отмеченные как минимальные, максимальные, запасные или справочные.
2. Размеры и допуски должны полностью определять каждую особенность. Измерение непосредственно с чертежа или предполагаемые размеры не допускаются, за исключением специальных чертежей без размеров.
3. Чертеж должен иметь минимальное количество размеров, необходимых для полного определения конечного продукта. Использование справочных размеров должно быть сведено к минимуму.
4. Размеры должны быть применены к функциям и организованы так, чтобы представлять функцию и сопряжение части. Должен быть только один способ интерпретации размеров.
5. Геометрию детали следует определять без явного указания методов изготовления.
6. Если размеры требуются в процессе производства, но не окончательная геометрия (из-за усадки или по другим причинам), их следует пометить как необязательные .
7. Размеры следует располагать так, чтобы они были максимально читабельными, и наносить на видимые линии в истинных профилях.
8. Если геометрия обычно контролируется размерами калибра или кодом (например, исходные материалы), размер(ы) должны быть включены вместе с номером калибра или кода в скобках после размера.
9. Углы в 90° предполагаются, когда линии (включая центральные линии) показаны под прямым углом, но угол не указан.
10. Базовые углы в 90° предполагаются там, где центральные линии элементов в шаблоне или поверхности, показанные под прямым углом на двухмерном ортогональном чертеже, расположены или определены базовыми размерами, а угол не указан.
11. Базовый размер принимается равным нулю, когда оси, центральные плоскости или поверхности показаны на чертеже совпадающими, а взаимосвязь между элементами определяется геометрическими допусками.
12. Размеры и допуски действительны при температуре 20 °C (68 °F) и давлении 101,3 кПа (14,69 фунтов на кв. дюйм), если не указано иное.
13. Если явно не указано иное, размеры и допуски применяются только в свободном состоянии.
14. Если явно не указано иное, допуски применяются ко всей длине, ширине и глубине элемента.
15. Размеры и допуски применяются только на уровне чертежа, где указано. Не обязательно, чтобы они применялись на других уровнях (например, сборочный чертеж).
16. Системы координат, показанные на чертежах, должны быть правыми. Каждая ось должна быть обозначена, а положительное направление должно быть указано.

Символы

Список геометрических характеристик

1. При применении к элементу размером .
2. Когда базовый элемент размера ссылается на максимальный модификатор состояния материала.
3. Автоматически ^[b]
4. Когда используется максимальный модификатор состояния материала.
5. Может также использоваться как элемент управления формой без ссылки на базу данных.
6. В версии 2018 года концентричность и симметрия были исключены и больше не поддерживаются.
7. Характеристики символа симметрии не были включены в версию диаграммы, из которой получена эта диаграмма. Символ симметрии был исключен из стандарта Y14.5M около 1982 года и снова добавлен около 1994 года.

Список модификаторов

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

Сертификация

Американское общество инженеров-механиков (ASME) предоставляет два уровня сертификации: ^[4]

• Сертификат GDTP технолога, который позволяет оценить способность человека понимать чертежи, подготовленные с использованием языка геометрических размеров и допусков.
• GDTP для старшеклассников, который обеспечивает дополнительную оценку способности человека выбирать правильные геометрические элементы управления, а также правильно применять их в чертежах.

Обмен данными

Обмен информацией о геометрических размерах и допусках (GD&T) между системами САПР возможен с разной степенью точности для разных целей:

• На заре САПР в файл обмена записывались только обменные линии, тексты и символы. Принимающая система могла отображать их на экране или распечатывать, но интерпретировать их мог только человек.
• Представление GD&T : На следующем более высоком уровне информация представления улучшается путем группировки их вместе в выноски для определенной цели, например, выноска элемента базы и опорная система базы . Также есть информация о том, какие из кривых в файле являются направляющими, проекционными или размерными кривыми и какие используются для формирования формы продукта.
• Представление GD&T : В отличие от представления GD&T, представление GD&T не имеет отношения к тому, как информация представляется пользователю, а имеет отношение только к тому, какой элемент формы продукта имеет какую характеристику GD&T. Система, поддерживающая представление GD&T, может отображать информацию GD&T в некоторых древовидных и других диалоговых окнах и позволять пользователю напрямую выбирать и выделять соответствующую функцию на форме продукта, 2D и 3D.
• В идеале и презентация GD&T, и представление доступны в файле обмена и связаны друг с другом. Тогда принимающая система может позволить пользователю выбрать выноску GD&T и получить соответствующую функцию, выделенную 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 McCaleb 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, представление границ ) можно проверить полноту и согласованность информации GD&T. Программный инструмент FBTol от завода в Канзас-Сити, вероятно, является первым в этой области.
• Информация представления GD&T может также использоваться для программного обеспечения для планирования производства и расчета стоимости деталей. См. ISO 10303-224 и 238 ниже.

Документы и стандарты

ИСО ТК 10Техническая документация по продукту

• ISO 129 Технические чертежи. Указание размеров и допусков
• ISO 7083 Символы для геометрических допусков. Пропорции и размеры
• ISO 13715 Технические чертежи. Кромки неопределенной формы. Словарь и обозначения.
• ISO 15786 Упрощенное представление и размеры отверстий
• ISO 16792:2021 Техническая документация по продукции. Методы определения цифровых данных по продукции (Примечание: ISO 16792:2006 был разработан на основе ASME Y14.41-2003 с разрешения ASME)

ИСО/ТК 213Размерные и геометрические характеристики изделия и их проверка

В стандарте ISO/TR 14638 GPS – Masterplan 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, расположения и биения
    • Поправка 1. Представление спецификаций в виде 3D-модели
  • Серия ISO 1119 конических конусов и углов конусности
  • ISO 2692 Геометрические допуски – Максимальные требования к материалу (MMR), минимальные требования к материалу (LMR) и требования взаимности (RPR)
  • ISO 3040 Размеры и допуски – Конусы
  • ISO 5458 Геометрические допуски – Позиционные допуски
  • ISO 5459 Геометрические допуски – Базы и системы баз
  • ISO 10578 Допуски ориентации и расположения – Проецируемая зона допуска
  • ISO 10579 Размеры и допуски – Нежесткие детали
  • Извлечение по стандарту ISO 14406
  • ISO 22432 Характеристики, используемые в спецификации и проверке
• Общие стандарты GPS: поверхностная текстура и профиль
  • ISO 1302 Указание текстуры поверхности в технической документации на продукцию
  • ISO 3274 Текстура поверхности: Профильный метод. 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 Дефекты поверхности – Термины, определения и параметры
  • Форма поверхности, не зависящая от датума или системы данных. Каждая из них имеет часть 1 для словаря и параметров и часть 2 для операторов спецификации :
    • Цилиндричность по ISO 12180
    • ISO 12181 Круглость
    • ISO 12780 Прямолинейность
    • ISO 12781 Плоскостность
  • ISO 25178 Текстура поверхности: Плоская
• Общие стандарты GPS: методы извлечения и фильтрации
  • Фильтрация по стандарту ISO/TS 1661
  • ISO 11562 Текстура поверхности: Метод профиля – Метрологические характеристики фазокорректирующих фильтров
  • ISO 12085 Текстура поверхности: Метод профиля – Параметры мотива
  • ISO 13565 Профильный метод; Поверхности со слоистыми функциональными свойствами

Стандарты ASME

• ASME Y14.41 Методы определения данных цифрового продукта
• ASME Y14.5 Размеры и допуски
• ASME Y14.5.1M Математическое определение принципов определения размеров и допусков

ASME также работает над переводом на испанский язык стандарта ASME Y14.5 – «Размеры и допуски».

• ISO 10303 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Представление и обмен данными о продукции
  • ISO 10303-47 Интегрированный общий ресурс: Допуски на изменение формы
  • ISO/TS 10303-1130 Модуль приложения: Производный элемент формы
  • ISO/TS 10303-1050 Модуль приложений: Допуски размеров
  • ISO/TS 10303-1051 Модуль приложений: Геометрические допуски
  • ISO/TS 10303-1052 Модуль приложения: Допуск по умолчанию
  • ISO/TS 10303-1666 Модуль приложений: Расширенный геометрический допуск
  • Протокол применения ISO 10303-203 : 3D-проектирование механических деталей и узлов с контролируемой конфигурацией
  • ISO 10303-210 Протокол применения: Электронная сборка, межсоединения и проектирование корпусов
  • ISO 10303-214 Протокол применения: Основные данные для процессов проектирования автомобильной механики
  • ISO 10303-224 Протокол применения: Определение механического изделия для планирования процесса с использованием характеристик обработки
  • ISO 10303-238 Протокол применения: прикладная интерпретируемая модель для компьютеризированных числовых контроллеров (STEP-NC)
  • Протокол применения ISO 10303-242 : 3D-проектирование на основе управляемых моделей

Смотрите также

• Измерительные приборы
• Инженерное соответствие
• Инженерная толерантность
• Манометр (прибор)
• Геометрическая спецификация и проверка продукта
• Датчик положения
• Спецификация отделки поверхности

Ссылки

1. MacMillan, David M.; Krandall, Rollande (2014). "Библиография по определению размеров и допусков". Circuitous Root . Архивировано из оригинала 27 марта 2019 г. Получено 24 октября 2018 г.
2. Размеры и допуски, ASME Y14.5-2009 . Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков. 2009. ISBN 978-0-7918-3192-2.
3. "GD&T, Геометрические размеры и допуски, GD&T, Плоскостность, Круглость, Допуск плоскостности, Допуск круглости". cobanengineering.com . Получено 2020-04-02 .
4. "Ресурсы". Консультанты по техническому обучению. 2020. Получено 20 сентября 2020 г.

Дальнейшее чтение

• Маккалеб, Майкл Р. (1999). «Концептуальная модель данных систем данных». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 104 (4): 349–400. doi : 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, проверки и обмена геометрией продукта: исследования, статус и тенденции». Computer-Aided Design . 40 (7): 738–49. doi :10.1016/j.cad.2007.06.006.
• Дрейк-младший, Пол Дж. (1999). Справочник по размерам и допускам . Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 978-0070181311.
• Нойманн, Скотт; Нойманн, Эл (2009). GeoTol Pro: Практическое руководство по геометрическим допускам в соответствии с ASME Y14.5-2009 . Дирборн, Мичиган: Общество инженеров-технологов. ISBN 978-0-87263-865-5.
• Bramble, Kelly L. (2009). Геометрические границы II, Практическое руководство по интерпретации и применению ASME Y14.5-2009 . Engineers Edge.
• Уилсон, Брюс А. (2005). Расчет размеров и допусков . США: Goodheart-Wilcox. стр. 275. ISBN 978-1-59070-328-1.

Внешние ссылки

• Общие допуски линейных и угловых размеров согласно ISO 2768
• Что такое GD&T
• Важность GD&T
• Словарь терминов и определений GD&T Архивировано 15 сентября 2008 г. на Wayback Machine
• ГДТ: Введение
• Сертификация ASME
• Изменения и дополнения к ASME Y14.5M
• Проект проверки и тестирования соответствия NIST MBE PMI Тестирует реализацию GD&T в программном обеспечении САПР
• Анализатор и просмотрщик файлов STEP — анализ GD&T в файле STEP