Geometrisk dimensionering och tolerans

Exempel på geometrisk dimensionering och tolerans

Geometric Dimensioning and Tolerancing ( GD&T ) är ett system för att definiera och kommunicera tekniska toleranser och samband. Den använder ett symboliskt språk på tekniska ritningar och datorgenererade tredimensionella solida modeller som uttryckligen beskriver nominell geometri och dess tillåtna variation. Den talar om för tillverkande personal och maskiner vilken grad av noggrannhet och precision som krävs för varje kontrollerad del av delen. GD&T används för att definiera den nominella (teoretiskt perfekta) geometrin för delar och sammansättningar, för att definiera den tillåtna variationen i form och möjlig storlek på individuella egenskaper, och för att definiera den tillåtna variationen mellan funktioner.

• Dimensioneringsspecifikationer definierar den nominella geometrin, enligt modell eller enligt avsikt. Ett exempel är en grundläggande dimension.
• Toleransspecifikationer definierar den tillåtna variationen för formen och möjligen storleken på individuella funktioner, och den tillåtna variationen i orientering och placering mellan funktioner. Två exempel är linjära dimensioner och funktionskontrollramar som använder en referensreferens (båda visas nedan).

Det finns flera standarder tillgängliga över hela världen som beskriver symbolerna och definierar reglerna som används i GD&T. En sådan standard är American Society of Mechanical Engineers (ASME) Y14.5 . Den här artikeln är baserad på den standarden. Andra standarder, såsom de från International Organization for Standardization (ISO) beskriver ett annat system som har mycket olika tolkningsregler ( se GPS&V) . Y14.5-standarden ger en ganska komplett uppsättning regler för GD&T i ett dokument. ISO-standarderna, i jämförelse, tar vanligtvis bara upp ett enskilt ämne åt gången. Det finns separata standarder som ger detaljerna för var och en av de viktigaste symbolerna och ämnena nedan (t.ex. position, planhet, profil, etc.). BS 8888 tillhandahåller ett självständigt dokument som tar hänsyn till många GPS&V-standarder.

Ursprung

Ursprunget till GD&T tillskrivs Stanley Parker, som utvecklade konceptet "sann position". Även om lite är känt om Parkers liv, är det känt att han arbetade på Royal Torpedo Factory i Alexandria, West Dunbartonshire , Skottland . Hans arbete ökade produktionen av sjövapen av nya entreprenörer.

1940 publicerade Parker Notes on Design and Inspection of Mass Production Engineering Work, det tidigaste arbetet om geometrisk dimensionering och tolerans. 1956 publicerade Parker Drawings and Dimensions , som blev den grundläggande referensen på området.

Dimensionerings- och toleransfilosofi

Enligt ASME Y14.5-2009-standarden är syftet med GD&T att beskriva den tekniska avsikten med delar och sammansättningar. Datumreferensramen kan beskriva hur delen passar eller fungerar. GD&T kan mer exakt definiera dimensionskraven för en del, vilket tillåter över 50 % mer toleranszon än koordinatdimensionering (eller linjär) i vissa fall. Korrekt tillämpning av GD&T säkerställer att den del som definieras på ritningen har önskad form, passform (inom gränserna) och fungerar med största möjliga toleranser. GD&T kan lägga till kvalitet och minska kostnaderna samtidigt genom producerbarhet.

Det finns några grundläggande regler som måste tillämpas (dessa finns på sidan 7 i 2009 års upplaga av standarden):

• Alla dimensioner måste ha en tolerans. Varje funktion på varje tillverkad del är föremål för variation, därför måste gränserna för tillåten variation specificeras. Plus- och minustoleranser kan appliceras direkt på dimensioner eller appliceras från ett allmänt toleransblock eller allmän notering. För grundläggande dimensioner tillämpas geometriska toleranser indirekt i en relaterad funktionskontrollram. De enda undantagen är för dimensioner markerade som minimum, maximum, lager eller referens.
• Dimensioner definierar den nominella geometrin och tillåten variation. Mätning och skalning av ritningen är inte tillåten förutom i vissa fall.
• Tekniska ritningar definierar kraven på färdiga (kompletta) delar. Varje dimension och tolerans som krävs för att definiera den färdiga delen ska visas på ritningen. Om ytterligare dimensioner skulle vara till hjälp, men inte krävs, kan de markeras som referens.
• Dimensioner bör tillämpas på funktioner och arrangeras på ett sådant sätt att de representerar funktionernas funktion. Dessutom bör dimensioner inte vara föremål för mer än en tolkning.
• Beskrivningar av tillverkningsmetoder bör undvikas. Geometrin bör beskrivas utan att uttryckligen definiera tillverkningsmetoden.
• Om vissa storlekar krävs under tillverkningen men inte krävs i den slutliga geometrin (på grund av krympning eller andra orsaker) ska de markeras som icke-obligatoriska.
• Alla dimensioner och toleranser bör ordnas för maximal läsbarhet och bör appliceras på synliga linjer i äkta profiler.
• När geometrin normalt styrs av mätstorlekar eller av kod (t.ex. lagermaterial), ska dimensionen/dimensionerna inkluderas med mätaren eller kodnumret inom parentes efter eller under måttet.
• Vinklar på 90° antas när linjer (inklusive mittlinjer) visas i räta vinklar, men ingen vinkeldimension visas explicit. (Detta gäller även andra ortogonala vinklar på 0°, 180°, 270°, etc.)
• Mått och toleranser gäller vid 20 °C (68 °F) och 101,3 kPa (14,69 psi) om inget annat anges.
• Om inget uttryckligen anges är alla dimensioner och toleranser endast giltiga när varan är i fritt tillstånd.
• Dimensioner och toleranser gäller för längden, bredden och djupet på ett objekt inklusive formvariationer.
• Mått och toleranser gäller endast på ritningsnivå där de anges. Det är inte obligatoriskt att de gäller på andra ritningsnivåer, såvida inte specifikationerna upprepas på ritningarna på högre nivå.

(Obs: Reglerna ovan är inte de exakta reglerna som anges i ASME Y14.5-2009-standarden.)

Symboler

Toleranser: Typ av toleranser som används med symboler i funktionskontrollramar kan vara 1) lika bilaterala 2) ojämna bilaterala 3) unilaterala 4) ingen speciell fördelning (en "flytande" zon)

Toleranserna för profilsymbolerna är lika bilaterala om inte annat anges, och för positionen är symboltoleranserna alltid lika bilaterala. Till exempel har positionen för ett hål en tolerans på 0,020 tum. Detta innebär att hålet kan röra sig ±0,010 tum, vilket är en lika stor bilateral tolerans. Det betyder inte att hålet kan röra sig +.015/−.005 tum, vilket är en ojämn bilateral tolerans. Olika bilaterala och unilaterala toleranser för profil specificeras genom att lägga till ytterligare information för att tydligt visa att detta är vad som krävs.

Geometrisk toleransreferenstabell (enligt ASME Y14.5 M-1982)

Typ av kontroll	Geometriska egenskaper	Symbol	Unicode- tecken	Relevant funktion		Virtuellt tillstånd påverkat	Referensdatum	Modifierad av		Påverkas av
				Yta	Av storlek			Ⓜ	Ⓢ	Bonus	Flytta
Form	Rakhet		⏤ U +23E4	Ja	Ja	Av storlek	Nej	Av storlek	Nej	Ⓜ	Nej
Form	Flathet		⏥ U +23E5	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej
Form	Circularity		○ U +25CB	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej
Form	Cylindricitet		⌭ U +232D	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej	Nej
Profil	Profil av en linje		⌒ U +2312	Ja	Nej	Nej	Ja	Nej	Nej	Nej	Datum, Ⓜ
Profil	Profil av en yta		⌓ U +2313	Ja	Nej	Nej	Ja	Nej	Nej	Nej	Datum, Ⓜ
Orientering	Vinkelräthet		⟂ U +27C2	Ja	Ja	Av storlek	Ja	Av storlek	Nej	Ⓜ	Datum, Ⓜ
Orientering	Vinkelighet		∠ U +2220	Ja	Ja	Av storlek	Ja	Av storlek	Nej	Ⓜ	Datum, Ⓜ
Orientering	Parallellism		∥ U +2225	Ja	Ja	Av storlek	Ja	Av storlek	Nej	Ⓜ	Datum, Ⓜ
Plats	Symmetri		⌯ U +232F	Nej	Ja	Ja	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej
Plats	Placera		⌖ U +2316	Nej	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ⓜ	Datum, Ⓜ
Plats	Koncentrisitet		◎ U +25CE	Nej	Ja	Ja	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej
Utkörd	Cirkulär utlopp		↗ U +2197	Ja	Ja	Av storlek	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej
Utkörd	Totalt slut		⌰ U +2330	Ja	Ja	Av storlek	Ja	Nej	Nej	Nej	Nej

Symboler som används i en "funktionskontrollram" för att specificera en funktions beskrivning, tolerans, modifierare och referensreferenser

Symbol	Unicode- tecken	Modifierare	Anteckningar
	Ⓕ U +24BB	Fri stat	Gäller endast när en del är fastspänd på annat sätt
	Ⓛ U +24C1	Minst materialtillstånd (LMC)	Användbar för att bibehålla minsta väggtjocklek
	Ⓜ U +24C2	Maximalt materialtillstånd (MMC)	Ger bonustolerans endast för en egenskap av storlek
	Ⓟ U +24C5	Projicerad toleranszon	Användbar på gängade hål för långa dubbar
	Ⓢ U +24C8	Oavsett funktionsstorlek (RFS)	Inte en del av 1994 års version. Se paragraf. A5, punkt 3. Även mom. D3. Även figur 3-8.
	Ⓣ U +24C9	Tangent plan	Användbar för gränssnitt där form inte krävs
		Kontinuerlig funktion	Identifierar en grupp av objekt som bör behandlas geometriskt som ett enda objekt
		Statistisk tolerans	Förekommer i 1994 års version av standarden, förutsätter lämplig statistisk processkontroll.
	Ⓤ U +24CA	Ojämlika bilaterala	Tillagd i 2009 års version av standarden och hänvisar till ojämn profilfördelning. Siffran efter denna symbol indikerar tolerans i riktningen "plus material".

Datum och datumreferenser

Ytterligare information: Datumreferens

Ett datum är ett virtuellt idealplan, linje, punkt eller axel. En datumfunktion är en fysisk egenskap hos en del som identifieras av en datumfunktionssymbol och motsvarande referenspunktstriangel , t.ex.

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

Dessa refereras sedan till med en eller flera "datumreferenser" som indikerar mätningar som bör göras med avseende på motsvarande datumfunktion .

GD&T-certifiering

American Society of Mechanical Engineers (ASME) tillhandahåller två nivåer av certifiering:

• Teknolog GDTP, som ger en bedömning av en individs förmåga att förstå ritningar som har utarbetats med hjälp av språket Geometric Dimensioning & Tolerancing.
• Senior GDTP, som ger det ytterligare måttet på en individs förmåga att välja rätt geometriska kontroller samt att korrekt tillämpa dem på ritningar.

Datautbyte

Utbyte av information om geometrisk dimensionering och tolerans (GD&T) mellan CAD -system är tillgängligt på olika nivåer av trohet för olika ändamål:

• I början av CAD skrevs endast utbyteslinjer, texter och symboler in i utbytesfilen. Ett mottagande system kunde visa dem på skärmen eller skriva ut dem, men bara en människa kunde tolka dem.
• GD&T-presentation : På en nästa högre nivå förbättras presentationsinformationen genom att gruppera dem i bildtexter för ett visst syfte, t.ex. en referens- och referensram . Och det finns också informationen vilka av kurvorna i filen som är ledar-, projektions- eller dimensionskurvor och vilka som används för att forma formen på en produkt.
• GD&T-representation : Till skillnad från GD&T-presentation handlar GD&T-representationen inte om hur informationen presenteras för användaren utan handlar bara om vilket element i en form av en produkt som har vilken GD&T-egenskap. Ett system som stöder GD&T-representation kan visa GD&T-information i vissa träd och andra dialoger och tillåta användaren att direkt välja och markera motsvarande funktion på produktens form, 2D och 3D.
• Helst är både GD&T-presentation och representation tillgängliga i utbytesfilen och associeras med varandra. Sedan kan ett mottagande system tillåta en användare att välja en GD&T-bildtext och få motsvarande funktion markerad på produktens form.
• En förbättring av GD&T-representationen definierar ett formellt språk för GD&T (liknande ett programmeringsspråk) som också har inbyggda regler och begränsningar för korrekt GD&T-användning. Detta är fortfarande ett forskningsområde (se nedan hänvisning till McCaleb och ISO 10303-1666).
• GD&T-validering : Baserat på GD&T-representationsdata (men inte på GD&T-presentation) och formen på en produkt i något användbart format (t.ex. en gränsrepresentation ), är det möjligt att validera GD&T-informationens fullständighet och konsistens. Mjukvaruverktyget FBTol från Kansas City Plant är förmodligen det första i detta område.
• GD&T representationsinformation kan också användas för programvaruassisterad tillverkningsplanering och kostnadsberäkning av delar. Se ISO 10303-224 och 238 nedan.

Dokument och standarder

ISO TC 10 Teknisk produktdokumentation

• ISO 129 Tekniska ritningar – Angivelse av mått och toleranser
• ISO 7083 Symboler för geometrisk tolerans – Proportioner och dimensioner
• ISO 13715 Tekniska ritningar – Kanter med odefinierad form – Ordförråd och indikationer
• ISO 15786 Förenklad representation och dimensionering av hål
• ISO 16792:2015 Teknisk produktdokumentation – Praxis för digital produktdefinition (Obs: ISO 16792:2006 härleddes från ASME Y14.41-2003 med tillstånd från ASME)

ISO/TC 213 Dimensionella och geometriska produktspecifikationer och verifiering

I ISO/TR 14638 GPS – Masterplan görs skillnaden mellan grundläggande, globala, allmänna och kompletterande GPS-standarder.

• Grundläggande GPS-standarder
  • ISO 8015 Koncept, principer och regler
• Globala GPS-standarder
  • ISO 14660-1 Geometriska egenskaper
  • ISO/TS 17, orientering och plats
  • ISO 1101 Geometrisk tolerans – Toleranser för form, orientering, placering och utlopp
    • Tillägg 1 Representation av specifikationer i form av en 3D-modell
  • ISO 1119 Serie av koniska avsmalningar och koniska vinklar
  • ISO 2692 Geometrisk tolerans – Maximalt materialkrav (MMR), minsta materialkrav (LMR) och reciprocitetskrav (RPR)
  • ISO 3040 Dimensionering och tolerans – Koner
  • ISO 5458 Geometrisk tolerans – Positionell tolerans
  • ISO 5459 Geometrisk tolerans – Datum och datumsystem
  • ISO 10578 Tolerans av orientering och placering – Projicerad toleranszon
  • ISO 10579 Dimensionering och tolerans – Icke-styva delar
  • ISO 14406 Extraktion
  • ISO 22432 Funktioner som används vid specifikation och verifiering
• Allmänna GPS-standarder: Area- och profilytstruktur
  • ISO 1302 Indikering av ytstruktur i teknisk produktdokumentation
  • ISO 3274 Ytstruktur: Profilmetod – Nominella egenskaper för kontaktinstrument (penna)
  • ISO 4287 Yttextur: Profilmetod – Termer, definitioner och yttexturparametrar
  • ISO 4288 Ytstruktur: Profilmetod – Regler och procedurer för bedömning av ytstruktur
  • ISO 8785 Ytdefekter – Termer, definitioner och parametrar
  • Form av en yta oberoende av ett datum eller datumsystem. Var och en av dem har en del 1 för ordförrådet och parametrar och en del 2 för specifikationsoperatörerna :
    • ISO 12180 Cylindricitet
    • ISO 12181 Rundhet
    • ISO 12780 rakhet
    • ISO 12781 Planhet
  • ISO 25178 Ytstruktur: Areal
• Allmänna GPS-standarder: Extraktions- och filtreringstekniker
  • ISO/TS 1661 Filtrering
  • ISO 11562 Ytstruktur: Profilmetod – Metrologiska egenskaper hos faskorrekta filter
  • ISO 12085 Ytstruktur: Profilmetod – Motivparametrar
  • ISO 13565 Profilmetod; Ytor med skiktade funktionella egenskaper

ASME-standarder

• ASME Y14.41 Datapraxis för digital produktdefinition
• ASME Y14.5 Dimensionering och tolerans
• ASME Y14.5.1M Matematisk definition av dimensionerings- och toleransprinciper

ASME arbetar också med en spansk översättning för ASME Y14.5 – Dimensioning and Tolerancing Standard.

GD&T-standarder för datautbyte och integration

• ISO 10303 Industriella automationssystem och integration — Produktdatarepresentation och utbyte
  • ISO 10303-47 Integrerad generisk resurs: Formvariationstoleranser
  • ISO/TS 10303-1130 Applikationsmodul: Härlett formelement
  • ISO/TS 10303-1050 Applikationsmodul: Måtttolerans
  • ISO/TS 10303-1051 Applikationsmodul: Geometrisk tolerans
  • ISO/TS 10303-1052 Applikationsmodul: Standardtolerans
  • ISO/TS 10303-1666 Applikationsmodul: Utökad geometrisk tolerans
  • ISO 10303-203 Applikationsprotokoll: Konfigurationsstyrd 3D-design av mekaniska delar och sammansättningar
  • ISO 10303-210 Tillämpningsprotokoll: Elektronisk montering, sammankoppling och förpackningsdesign
  • ISO 10303-214 Applikationsprotokoll: Kärndata för mekaniska konstruktionsprocesser för fordon
  • ISO 10303-224 Applikationsprotokoll: Mekanisk produktdefinition för processplanering med hjälp av bearbetningsfunktioner
  • ISO 10303-238 Applikationsprotokoll: Applikationstolkad modell för datoriserade numeriska styrenheter ( STEP-NC)
  • ISO 10303-242 Tillämpningsprotokoll: Hanterad modellbaserad 3D-teknik

Se även

• Specifikation av ytfinish
• Teknisk passform
• Ingenjörstolerans

Vidare läsning

• McCaleb, Michael R. (1999). "En konceptuell datamodell av datumsystem" (PDF) . Journal of Research vid National Institute of Standards and Technology . 104 (4): 349–400. doi : 10.6028/jres.104.024 . Arkiverad från originalet (PDF) 2011-10-18 . Hämtad 2011-09-13 .
•   Henzold, Georg (2006). Geometrisk dimensionering och tolerans för design, tillverkning och inspektion ( 2:a upplagan). Oxford, Storbritannien: Elsevier. ISBN 978-0750667388 .
• Srinivasan, Vijay (2008). "Standardisera specifikationen, verifieringen och utbytet av produktgeometri: Forskning, status och trender". Datorstödd design . 40 (7): 738–49. doi : 10.1016/j.cad.2007.06.006 .
•   Drake, Jr., Paul J. (1999). Handbok för dimensionering och tolerans . New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0070181311 .
•   Neumann, Scott; Neumann, Al (2009). GeoTol Pro: En praktisk guide till geometrisk tolerans per ASME Y14.5-2009 . Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers. ISBN 978-0-87263-865-5 .
• Bramble, Kelly L. (2009). Geometric Boundaries II, Praktisk guide till tolkning och tillämpning ASME Y14.5-2009, . Ingenjörer Edge.
•   Wilson, Bruce A. (2005). Design Dimensionering och tolerans . USA: Goodheart-Wilcox. sid. 275. ISBN 978-1-59070-328-1 .

externa länkar

• Allmänna toleranser för linjära och vinkelmått enligt ISO 2768
• Vad är GD&T
• Vikten av GD&T
• GD&T Ordlista med termer och definitioner
• GDT: Introduktion
• ASME-certifiering
• Ändringar och tillägg till ASME Y14.5M
• NIST MBE PMI validering och överensstämmelsetestning Projekt testar implementeringar av GD&T i CAD-programvara
• STEP File Analyzer and Viewer - Analysera GD&T i en STEP-fil