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几何尺寸和公差(GD&T)

几何尺寸和公差(GD&T)

工程师使用CAD软件来设计项目的所有必要零件和组件。在数字领域,很容易达到完美。在现实生活中,制造永远不会100%准确。

有时,距离基本尺寸几毫米的偏差绝对精细。同时,两个配合组件可能需要极高的精度。

为了将预期偏差保持在预定范围内,可以使用工程公差。尺寸公差是非常普遍的,但缺乏方法来沟通一些非常重要的制造方面。这就是GD&T,或几何尺寸和公差,介入的地方。

这是一种以全新的方式描述尺寸和容差的形式。使用工程符号的共同语言,它有助于轻松查明所有必要的信息。

GD&T是什么?

它是工程师使用的符号和标准系统,以向生产团队提供制造信息。

使用几何尺寸和公差(GD&T)的原因是:

  1. 它确保配合部件很好地配合在一起
  2. 普遍的语言不论您正在使用谁
  3. 公差对最坏情况条件限制
  4. 定义生产和检查过程

Stanley Parker被认为是1938年GD&T系统开发背后的工程师。

在此之前,所有特征只使用X-Y轴来确定孔的位置。在该规模上赋予位置容差意味着圆孔的位置可以从预期点偏离矩形图案。

然而,我们实际上希望公差区是一个圆,因为这允许在所有角度上进行统一的测量,而矩形在角上较长,在边上较短。

所以当帕克意识到这一点时,他开始研究这个新概念这个新概念在50年代被采纳为军事工程标准。

如今,GD&T是工程的重要组成部分,特别是在创建需要的零件时manbetxapp怎么用 。描述这些特征的美国标准是ASME Y14.5-2018欧洲的情况是ISO 1101-2017

GD&T仅重点侧重于产品的几何形状。线性尺寸,表面粗糙度,线程等不是本标准的一部分。

为什么实现GD&T?

我们有传统的方法来表示尺寸和公差。那么几何尺寸和公差的需要是什么呢?

几何尺寸和公差(GD&T)通过常规方法提供了一些独特的优势。让我们看看这些是什么。

完美的组装

交配部分

使用传统尺寸和公差的最重要的缺点是它们表示单独的部分和部件特征信息。它不保证我们的部件如何适应和在装配水平上的功能。

这一点很重要,因为大多数部分本身并不有用。考虑连杆的例子。它本身并没有给我们带来任何好处。但当我们把它和曲轴和活塞连接起来时,它就更有用了,因为它把活塞的直线运动转化成了曲轴的旋转运动。

当该组件成为诸如柴油发动机的较大组件的一部分时,它可以最终成为发电机的一部分,为我们提供许多用途。

因此,我们的零件彼此配合很多。这就是我们需要GD&T的原因。使用它,我们可以确定100%,我们的部件将根据需要完全相同和功能。

公共系统解释设计意图

GD&T还为设计师提供了一个平台,将其设计意图传达给所有相关部门。这些包括:

  • 制造业
  • 检查
  • 如果初始设计团队不可用,将在设计部门拿起工作的未来设计师

定义,词汇和规则是简单且普遍理解的。这使得符号易于为每个工程师转换和传达设计师意图的好方法。

节省时间和金钱

这是使用GD&T最重要的好处。使用此系统可减少浪费,因为它会降低设计制造测试拟合周期的数量。

这是因为制造的零件在第一次尝试时很适合,因此,不合格品的数量会很低。使用一种共同的语言还可以减少检查所需的工作量。

需要考虑什么?

与传统的公差相比,几何尺寸和公差是一个更强大的系统。但只有当所有部门(设计、工程、制造)都精通阅读和解释信息时,它才会起作用。

因此,在创建工程图形和公差各部分特征的同时,重要的是遵循建议的指导方针/公约,以便在产品开发的任何阶段与图纸交互的每个人。

观察它们确保图纸标准化,并且在绘制细节时,每个人都在同一页面上。其中一些良好的做法如下。

绘画的可懂度

这可以说是绘画最重要的质量。可智能性是指绘制零件特征的清晰度,并且图中示出了公差。改善绘图智能性的一些方法是:

  • 绘制所有零件特征的真实轮廓。
  • 标记尺寸和图形外的公差(不在顶部)。有效地使用白色空间。
  • 阅读方向必须是恒定的。读者应该能够读取所有的尺寸,同时保持绘图直立。
  • 确定平行零件特征的尺寸。
  • 简要说明该部件及其功能。
  • 仅当它们不是正确的角度时指定角度(90°)。

仅在必要时才能缩小耐受性

除非零件配合/功能要求,否则公差必须保持尽可能宽松。这减少了制造成本和周转时间。我们建议让机械师来选择制造方法。

设计师还必须提到一般宽容一幅画。这作为所有零件特征的标准公差。对于有不同公差限制的零件特征,设计者必须在适当的位置提到它们。

这些特定的公差限制将超过一般公差。当指定特殊的公差限制时,优先选择功能特性而不是其他特性。

GD&T功能和符号

GD&T语言能够定义确保完美装配所需的几乎任何特性。

系统使用许多符号来为此目的。要正确使用这些工程符号,必须首先熟悉该系统的一些基本构建块。

在我们到达GD&T符号之前,我们可以从各种定义,术语和规则开始。

标称尺寸

标称尺寸是真实轮廓的特征尺寸。这正是我们想要达到的理想尺寸。特征细节,如尺寸,方位,从一个参考点的位置有一个机械工目标的名义尺寸。

在绘图上,它们显示在一个盒子里面。它可以显示为数字或来自诸如ASME的流行标准。

功能控制框架

功能控制框架

此框架包含有关零件细节的信息。它包含各种隔间,其中每个隔间定义零件特征的特定属性。在一个外面,特征控制框传送加工和检查所需的信息。

特征控制框可以如下分为4个主要部分。

领袖箭头

此箭头标记了控制下的零件功能。如果它导致表面,表面处于几何控制下。如果标记直径尺寸,则GD&T控制轴。在某些情况下,此箭头可能不存在。

几何特征符号

第一隔间(从左开始)包含几何特征符号。这是我们指定几何特征的地方。总共有14种类型的几何公差,基于符号的数量,并且在分类时15。

不同类型的几何特性有形状控制、轮廓控制、位置控制、方位控制等。稍后我们将更深入地探讨每个类别。

功能公差舱

第2块最多包含3个(有时2或1个)不同的符号。

第一个符号显示了公差区域的类型。直径符号(⌀)表示直径区域(圆柱形公差区域)。要指定球形区域,符号是字母的“s”,后跟直径符号(⌀)。在没有符号的情况下,我们假设总广区。

第二块中的第二个符号为MM中的公差区域提供值。此值必须始终存在于第2块中。

这个块中的第三个符号是公差的修饰语。这个材质修改器只在特征有一个大小的时候出现,例如,一个洞。材料修改器的例子是MMC(最大材料条件)和LMC(最小材料条件)。关于各种可用的修饰符的更多信息将在本文中进一步讨论。

基准

第三块给出关于最少1个和最多3个数据的数据的信息。在3个基准面的情况下,它们被称为一级、二级和三级基准面,每一个都被显示在一个不同的框中(例如,上面的图像有2个)。这个块也可以包含一个材料修改器。

以上所有信息都有助于我们理解如何读取特征控制框架。为了更好地理解如何使用材料条件调节剂调整公差,我们需要熟悉不同的选择。

物质状况修饰符

当公差适用于特定特征尺寸的特征时,材料条件调节器传达了意图。当我们给予任何特征公差时,它就建立了两个物质条件

  • 最大的材料条件
  • 至少物质条件

考虑一个直径为100毫米的轴。在制造时,如果我们给它±0.2 mm的公差,那么在100.2 mm时,轴将包含最大的材料量。这就是我们所说的最大物质条件。

另一方面,相同的轴,当制造直径为99.8毫米,将包含最少的材料。这些极限称为物质条件。

几何公差可以用三种不同的方式应用于一个特征。它们如下:

  • 最大的材料条件
  • 至少物质条件
  • 无论特征大小如何

最大材料条件修改器

最大材料条件修改器

我们在特征控制隔间的公差值后用圈出的“M”表示该条件。这个功能包含最大的材料在此特征大小。

对于外部FOS(尺寸的特征),例如轴的直径,MMC代表最大的尺寸。对于诸如孔的直径的内部FOS,MMC表示所说的公差限制内的最小可能尺寸,因为较小的孔意味着将留下更多材料。

当我们需要在最大材料条件下应用几何公差时,我们在特征控制框架中提到了这一条件。

最小物质条件修改器

最小物质条件修改器

LMC是该条件材料含有最少量的材料

对于外部FOS,它将在规定的限度范围内是最小的尺寸。对于内部FOS,这将是最大的尺寸。

我们将该修饰符用圆圈中的字母“L”代表。该特性消除了过多的材料,从而脱颖而出。要在此条件下应用几何公差,我们将其在特征控制框架中使用其符号。

无论特征大小(RFS)

无论特征大小如何

当给定的几何公差以任何递增的FOS递增时,我们通过RF表示这一点。RFS的符号是围绕圆圈的字母“S”,但它不再需要RFS现在被认为是默认条件,不需要符号

基准和功能标注

基准点是测量尺寸公差的基准点。它可以是一个点,一条线,或者一个平面。在基准的帮助下,我们建立了基准参考系(DRF)。DRF基本上是一个帮助我们的3D坐标系统定义与DRF相关的所有其他特征的位置

6度自由(3转换和3个旋转),我们需要控制制造和检查零件。我们使用DRF建立这些自由度。

基准面特征是实际的零件特征,如孔和槽。它们可以显示不同的期望位置。

在所有的基准面特征中,我们优先考虑那些在装配中与其他部件配合的基准面特征。在我们的特征控制框架中,我们可以提到不止一个基准。根据特征控制框架中drf的顺序,零件按重要性递减的顺序与drf配对。

GD&T符号

最多14个GD和T符号可用于表示不同的功能的不同几何特征。这些符号帮助我们将这些特征指定为最终产品的要求。

我们将这些符号放在特征控制框的第一隔间中。我们将看看这些类型的公差控制。

表单控件

顾名思义,Form控件与特性的最终形式或形状有关。我们定义了形状控制来限制几何公差与其理想形状的偏差。下面是一些常见的表单控件特性。

直线度

直线度

为了表示特征(例如轴或表面)的直线度特性,我们在第一隔室中使用其符号(直线水平线)。

表面直线度可以施加到平坦的表面,如块的一侧或沿轴线的方向的圆柱的侧面。它定义了在特定公差范围内表面上的线(2尺寸)的允许变化。

轴向直线度通常适用于轴或孔的轴,例如。行距/非行距量规是在确保零件符合要求的过程中使用的检验工具。

平面度

平面度

我们将此特征用于零件的表面等特征。平坦度的符号是一个向右倾斜的平行四边形。平面的最高点和最低点之间的区别就是它的平整度。

平坦度符号不需要任何基准,因为它仅示出了零件的整个表面必须符合3维度的公差范围。

一个高度计被用来检查结果。它接触到表面的不同区域,以确定所有的点都在公差区内。

循环

圆

特征的圆形度表明,部件的圆周应该是完美的圆圈的封闭。它在垂直于部件轴的平面上使用2个同心圆,以在2D中定义合适的公差范围。最终测量的每个点必须落在圆圈之间。

该特性显示为特征控制框架的第一个隔间中的一个圆圈。

圆柱形

圆柱形

圆柱形基本上是3D圆形的,这意味着它沿着部分的整个长度延伸。

该特性还描述了其他圆柱特性,如锥度、直线度和圆度。这就是为什么这个特性检查起来也很昂贵的原因。

配置文件控制

我们使用轮廓控制来控制特征周围的三维公差区域。这个特性帮助我们给高级曲线和形状提供公差限制。

一个对高级曲线有好处的特性也必须自然地适用于简单曲线。这使得配置文件控件非常灵活。这就是为什么有些设计师建议放弃所有其他控制,只使用配置文件控制。

这些控件通过在两侧模仿它来形成围绕先进曲线的公差限制。然后,它可以防止特征曲线上的任何点从外出公差限制。配置文件控件是两种类型的。

线简介

线简介

线轮廓围绕零件的二维截面建立一个公差带。它控制零件特征的各个线元素。

线路轮廓控制迹线在两侧的公差限制下追踪理想曲线。部分曲线上的所有点必须位于这些限制范围内。

表面剖面

表面轮廓

表面轮廓控制比线控制更受欢迎。表面轮廓控制在表面周围创建一个3D区域,而不是二维公差区。

桌面上的所有点必须位于两个虚拟平面内。

方向控制

方位公差控制特征相对于已定义基准面的方位。GD&T中有三种类型的方向控制。

角度

有角

角度控制保持特征相对于在检查中的基准的角度。我们可以使用它来控制2D线,但它更受诸如控制曲面(3D)的流行。

这种紧密控制保持了角度和表面平坦度,建议用于与其他部件通过成角度的部分配合的部分特征。

重要的是要注意,角度特征间接控制角度,而不是基本上与角差(例如+/- 2°)相同。相反,必要的角度是保持通过该控制布置的尺寸要求的结果。

并行性

并行

平行是一种精致的角度形式。这里,基准是我们需要模仿的表面,并且角度设定为0°。有两种类型的并行性:表面并行和轴平行度。

我们可以选择一个轴或表面作为参考。这成为我们的数据,我们将其在特征控制框的第3块中引用它作为该功能的数据库。

与角度相似,它不控制实际角度,而是通过铺设公差区域的形式的要求来保护它。

垂直

垂直

垂直也是一种特殊形式的角度,角度设置为90°。这是一个棘手的控制,因为它可能意味着两种非常不同的需求类型。

一种是表面垂直(符号:⟂),另一种是轴垂直(符号:⟂+⌀)。

表面垂直度规定,表面或线需要垂直于基准表面或线的相同角度。在目标表面周围假设两个虚拟平面/线路以进行控制。

轴垂直指定垂直轴需要到提到的数据。这是通过在与基准面完全平行的表面上围绕目标轴线竖立的虚拟圆筒来完成的。

位置控制

位置公差控制用于对特征相对于基准的位置进行严格控制。位置控件主要有四种类型。

同心度

同心度

同心度,也称为同轴度(即使不完全相同),控制保持圆形以及圆柱特征的同心度。

它将零件的轴修复到引用的特征(基准轴)的轴。两部分的轴线被确定为位于部件的中值点。

这种控制可能导致一些混乱,因为轴从外部测量中导出,而不是它们的实际放置。

同轴性基于零件必须位于的表面测量产生3D容差区域。

对称

对称

对称性标注建立一个中心平面,周围的特征的两个部分置于相等的距离。两侧两点的中点必须位于中心平面周围的公差区域内。

对称标注不是很常见。它的用途非常有限,也很难检查。我们需要一个CMM.检查最终对称性。

真正的位置

真正的位置

真正的位置(普遍称为位置)是一个非常有用的标注,并在GD&T中发现广泛使用。

位置定义特征的实际位置可以从预期位置变化多少。该定义包括测量与测量有关的基准平面。

它通常包括直径符号(⌀),以突出显示公差区域是圆形,而不是仅仅是x和y轴(我们在文章的开始时讨论为首先创建GD&T的原因)。

这里有一个很棒的视频,展示了如何使用图纸上的公差,使用真实的位置:

如何在孔上应用公差公差
如何在孔上应用公差公差

输出控制

我们使用跳动控制来测量零件特征从其指定的位置相对于一个确定的基准面的偏差。此控件用于圆形功能。它通过旋转固定基准面来测量摆动。

有两种类型的跳动控制。

圆跳动

圆跳动

圆跳动有两种维度,以控制各种零件功能的形式,位置和方向。此2D标注需要我们将其分配一个数据轴以检查这些功能。

在GD&T的术语中,圆形跳动通常被称为跳动。跳动通过旋转测量表面元素的偏差。

意思是,例如,轴由其基准轴旋转,并且测量特征元件的公差。实质上,它限制了工作轴的振动,以确保连接部件的更长的寿命轴承

总跳动

总跳动

总跳动是圆形跳动的3D对应。它控制了形式,位置和方向。但是,而不是检查各个横截面(如圆形跳动),它检查整个表面。因此,使用总跳动使我们对特征的特性进行更严格的控制。

检查

在所有行业中,制造过程不能满足设计规范可能是有问题的。在某些情况下,消费者的生命可能会受到威胁,而在另一些情况下,产品召回可能会导致巨大的经济损失。

即使结果不是那么糟糕,一个公司的声誉很大程度上依赖于其产品和服务的质量。

GD&T通过将视察员与设计师在同一平台上携带的视察员来标准。这消除了很多障碍。但GD&T是一个庞大的主题。

如我们所见,有许多不同的几何特征,每个不同的几何特征与另一个不同的几何特征,可以用GD&T控制。由于这种差异,每个特征的检查需要特定的方法,工具和技能。

这些特性中的一些可以用最简单的工具测量,而其他特征则无法测量没有先进设备,例如坐标测量机(CMM)。

检验员将需要使用各种测量工具的知识和技能,如千分尺,千分尺,游标卡尺,表盘和坐标测量机,以满意地检查零件的精度。

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