Что такое геометрические размеры и допуски и почему они важны для производства

Проблемы назначения допусков | Понимание информации GD&T | Каковы преимущества геометрических размеров и допусков? | 3D‑сканирование и GD&T | Откройте для себя возможности 3D‑контроля

Производители в любой отрасли промышленности прекрасно понимают, какие трудности возникают при выводе на рынок сложного механического устройства. Каждая деталь должна быть изготовлена правильно и работать в функциональной гармонии со всеми остальными компонентами узла, это же касается каждого узла во всех системах, составляющих машину.

До 1940 года размеры изготавливаемых деталей задавались в системе координат X‑Y, что не позволяло точно определить допуски и не давало единого способа описать, как одна деталь должна взаимодействовать с другими. Другими словами, традиционный подход к определению размеров и допусков не гарантировал, что детали будут хорошо подогнаны друг к другу и должным образом функционировать в составе узла.

Назначение геометрических размеров и допусков (англ. GD&T – Geometric Dimensioning and Tolerancing) решает эту проблему. Разработанная после Второй мировой войны, эта комплексная система служит для определения требований к конструированию и изготовлению деталей.

Используя символы и слова на 2D‑чертежах и в 3D‑моделях, GD&T описывают геометрию детали и допуски для каждого ее элемента. В системе также указываются опорные точки, которые представляют собой критические элементы, являющиеся общей точкой отсчета для геометрии других элементов. Именно эти опорные точки помогают обеспечить правильную работу детали в сборке.

Как и любая система, GD&T включает в себя специальную лексику, определения и правила. Существует несколько различных стандартов геометрических размеров и допусков, включая стандарты Американского общества инженеров-механиков, или ASME (используется в США) и ISO (используется в остальном мире). Необходимо, чтобы проектные, конструкторские и производственные отделы использовали единый стандарт. В этом случае GD&T могут обеспечить серьезные преимущества.

На фоне все более широкого внедрения 3D‑сканирования для контроля качества важно, чтобы производители обращали внимание на программное обеспечение для 3D‑метрологии, которое включает передовые инструменты GD&T, поскольку это значительно упростит процесс работы.

Хотите ознакомиться с возможностями современных программных продуктов для аддитивного производства и обработки данных 3D‑сканирования? Закажите бесплатную демоверсию:

Запрос демоверсии ПО

Проблемы назначения допусков

Несколько слов о том, почему GD&T необходимы и почему установление допусков является столь важным аспектом создания функциональных деталей и узлов.

Причина проста: ни одна деталь не может быть изготовлена идеально. Это физически невозможно из‑за всех переменных в процессе производства. Любое незначительное позиционное отклонение оси детали, изменение в оснастке, давление окружающего воздуха или просто человеческая ошибка приведут к отклонению от совершенства.

Однако можно произвести деталь, которая достаточно близка к идеалу, чтобы в сборке она работала так, как ожидается. Допуск – это приемлемое отклонение от заданной формы, конструкции или положения.

Допуски применяются к каждому аспекту детали, но наиболее важны для элементов, известных как опорные точки. Любой допуск может также изменяться в зависимости от того, как детали пригнаны друг к другу. Другими словами, допуски для одной детали должны учитывать допуски других деталей в сборке.

Понимание информации GD&T

Допуски на элементы детали – будь то диаметр отверстия прессованной бобышки, положение расточенного отверстия или ориентация стыков – могут быть заданы с высокой степенью точности с помощью стандартных обозначений GD&T. Схема такого обозначения называется рамкой символов с геометрическими требованиями к детали:

Geomagic Control X предоставляет расширенные инструменты GD&T © oqton.com

В дополнение к допуску (показанному на изображении выше в виде цифр после символа ±), рамка символов включает четыре элемента:

1. Символ GD&T, или геометрический символ

Символ GD&T, или геометрический символ, обозначает тип допуска. Существует пять классов допусков: форма, профиль, ориентация, расположение и биение. Внутри каждого класса предусмотрены различные символы, которые описывают подклассы допусков:

• форма: прямолинейность, плоскостность, круглость, цилиндричность;

• профиль: профиль линии, профиль поверхности;

• ориентация: перпендикулярность, наклон, параллельность;

• расположение: симметрия, положение, концентричность;

• биение: круговое биение, полное биение.

2. Форма и размеры поля допуска

Значение допуска представляет собой общий допуск контроля геометрии. Например, если допуск указан как ±0,1 миллиметра, или двусторонний допуск 0,1, то общее значение допуска будет равно ,2 миллиметра. Если это допуск в диаметральном выражении, то перед значением будет стоять символ диаметра (Ø).

3. Модификаторы поля допуска

Модификаторы поля допуска – это буквы, которые добавляют контекст к описанию элемента, допуску и привязке к опорной точке. Их девять, включая F (free state – свободное состояние), L (least material condition – предел минимума материала) и M (maximum material condition – предел максимума материала).

4. Ссылки на опорные точки (при необходимости)

Точка привязки – это виртуальная плоскость, линия, точка или ось, используемая в качестве точки отсчета для определения геометрии детали. Иначе говоря, определенный элемент D может иметь позиционный допуск ,2 миллиметра относительно опорных точек A, B и C (например, отверстие, нижняя кромка и лицевая кромка).

Следует иметь в виду, что можно завысить требования в спецификации или добавить допуски, которые на самом деле не являются критическими для посадки или функционирования. Помните, что чем больше рамок символов с геометрическими требованиями, тем сложнее будет изготовить деталь правильно.

Каковы преимущества геометрических размеров и допусков?

Использование GD&T имеет исключительную ценность, поскольку гарантирует со стопроцентной уверенностью, что деталь будет подогнана и будет функционировать должным образом в составе узла.  

Таким образом, геометрические размеры и допуски экономят массу времени и денег, сокращая число циклов проектирования, изготовления и испытаний, которые необходимо выполнить в процессе решения самых разных задач, будь то итерации при создании прототипа, проверка детали для оценки износа или поиск причин, почему у изделия возникают проблемы в процессе производства.

GD&T также помогают передать конструкторский замысел детали, что невозможно сделать в обычном чертеже или модели. Понимание того, как деталь должна функционировать в сборке, – важное преимущество для производственных отделов, инспекторов и конструкторов, которые могут использовать конструкцию в своих будущих проектах.

3D‑сканеры фиксируют фактические размеры детали © oqton.com

3D‑сканирование и GD&T

С появлением 3D‑сканеров производители признали, что контроль на основе данных сканирования имеет немало преимуществ по сравнению с традиционными методами. Но чтобы программное обеспечение для 3D‑контроля было действительно эффективным, оно должно включать в себя возможности GD&T.

Сканирование позволяет быстро получить наибольшее количество данных о детали за минимальное время, что ускоряет и облегчает выявление проблем или позволяет увидеть аспекты, которые вы еще не учли. К примеру, отсканированное изделие (в отличие от детали, которая была измерена на отдельных участках) будет включать все разрывы кромок, скругления, фаски и другие элементы, которые не были смоделированы разработчиком детали.

Имея полное и очень подробное представление детали, можно использовать инструменты GD&T для дальнейшего анализа размеров, формы, ориентации и расположения элементов. Например, программа Geomagic Control X, разработанная компанией Oqton, позволяет измерять:

1. линейные, угловые, радиальные, эллиптические размеры, глубину отверстия, расточку, зенковку и толщину;

2. прямолинейность, плоскостность, круглость, цилиндричность, параллельность, перпендикулярность, наклон, положение, концентричность, симметрию, профиль линии, профиль поверхности, биение и общее биение.

Кроме того, ПО включает автоматизацию и интерактивные отчеты, позволяющие передать всю информацию о детали другим командам. Эти отчеты можно передавать для просмотра на различных настольных и мобильных платформах без необходимости использовать специализированное программное обеспечение.

Примеры контроля геометрических размеров и допусков в ПО PointShape Inspector

Откройте для себя возможности 3D‑контроля

iQB Technologies предлагает широкий выбор 3D‑сканеров и программных продуктов, которые позволят обеспечить максимально эффективный контроль качества на производстве. В условиях санкций достойным аналогом ПО ушедших с российского рынка западных производителей станет PointShape (Южная Корея). Это универсальные решения для контроля геометрии и реверс-инжиниринга по выгодной цене. Подберем оптимальные варианты для ваших задач.

Статья опубликована 30.03.2023 , обновлена 03.04.2023