技術(shù)圖紙作為一種通用語言，提供尺寸和公差信息。它由一套非常精確的標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)和規(guī)則組成，傳達(dá)了一個(gè)零部件的幾何特征和公差。
工程領(lǐng)域在設(shè)計(jì)和開發(fā)產(chǎn)品時(shí)使用技術(shù)圖紙。它們也有助于在生產(chǎn)計(jì)劃期間選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾椭圃旃に嚒Ｔ谥圃旌蜋z驗(yàn)零部件階段也需要通過該語言所傳達(dá)的信息進(jìn)行仔細(xì)分析。想象一下，如果該語言不存在，那么將會(huì)出現(xiàn)多少技術(shù)問題和違約糾紛!
GD&T 代表什么：幾何尺寸和公差。
本文旨在幫助您了解幾何尺寸和公差(GD&T)的基本概念和定義;更確切地說，它介紹了什么是 GD&T，它是如何工作的，以及為什么實(shí)施 GD&T 流程很重要。此外，它強(qiáng)調(diào)了所有寫在技術(shù)圖紙上的幾何特征和公差的存在目的。它有時(shí)告訴我們?cè)谏a(chǎn)時(shí)可以不必那么嚴(yán)格，以便降低生產(chǎn)成本。更多時(shí)候，它告訴我們應(yīng)在制造或檢驗(yàn)過程中使用什么固定組件。因此，必須仔細(xì)理解 GD&T，因?yàn)樗?guī)定了一系列在整個(gè)制造過程中必須遵守的約束條件。
什么是 GD&T?
GD&T 是一個(gè)用于定義和傳達(dá)工程尺寸和公差的體系。它在技術(shù)圖紙和計(jì)算機(jī)生成的三維實(shí)體模型中使用符號(hào)語言來明確描述零部件和組件的標(biāo)稱(理論上完美的)幾何形狀。它規(guī)定了零部件的每個(gè)受控特征需要何種程度的精度。它定義了每個(gè)特征的可能大小以及這些特征的方向和位置的允許變化量。
作為一種文件設(shè)計(jì)方法和制造機(jī)制，GD&T 有助于設(shè)計(jì)師、工程師和技術(shù)人員彼此之間清晰地溝通;這樣，他們就能將一個(gè)零部件完全按照計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的要求制造出來。
GD&T 如何工作?
GD&T 確保從設(shè)計(jì)到加工使用技術(shù)圖紙的每個(gè)人都能看懂圖紙。它涉及的詞匯由幾何特征組成，例如平面度、直線度、圓柱度、圓度、垂直度、平行度、傾斜度、位置度、輪廓度、同軸度和對(duì)稱度(等等)。這些不同的幾何特征分類為形狀、方向、位置和跳動(dòng)等不同的公差類別，并使用基準(zhǔn)點(diǎn)、線、面和體積等作為零部件的其他元素的參考位置。
如果負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)零部件的研發(fā)人員與在機(jī)械車間解讀技術(shù)圖紙的人員之間存在誤解，那么就可能會(huì)浪費(fèi)大量的資金。因此，統(tǒng)一的邏輯語言 GD&T 有助于理解零部件的幾何特征和公差。它提供了統(tǒng)一性和便利性，減少了猜測(cè)和反復(fù)確認(rèn)，同時(shí)確保了整個(gè)設(shè)計(jì)和制造的幾何形狀是一致的。
隨著今天的設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜和精密，設(shè)計(jì)師、工程師和技術(shù)人員之間需要準(zhǔn)確和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏贤?。GD&T 賦能團(tuán)隊(duì)中的成員清晰有效地相互溝通，節(jié)省時(shí)間，使設(shè)計(jì)和制造過程更加高效。
為什么要實(shí)施 GD&T 流程?
作為一種允許工程師和機(jī)械師使用相同詞匯并相互理解的通用語言，GD&T 是使技術(shù)圖紙通俗易懂的關(guān)鍵。由于有些材料比其他材料更容易加工，因此可以仔細(xì)研究如果選擇另一種材料會(huì)帶來怎樣的潛在影響，這將有助于降低制造成本。在分析了技術(shù)圖紙后，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)零部件的功能沒有影響的情況下，一種材料可能優(yōu)于另一種材料。
另一個(gè)證明有必要實(shí)施 GD&T 流程的論據(jù)是，每種幾何特征都有一個(gè)公差，即一個(gè)尺寸的最大和最小變化極限值之差。公差在技術(shù)圖紙上用于控制必須裝配在一起的零部件。公差可以幫助您互換零部件并更換單個(gè)部件。
由于兩種特征之間的最大變化等于控制尺寸上的公差之和，不同特征的公差會(huì)累積起來。因此，隨著控制尺寸數(shù)量的增加，公差累積值也會(huì)增加。在最壞的情況下，一個(gè)加工好的零部件可能在這些累積的公差范圍內(nèi)，但是，一旦到了裝配階段，它可能無法與其他零部件裝配在一起。
然而，有了控制位置和方向的 GD&T 方法，這方面的誤差積累就不太可能造成裝配問題。相反，它考慮的是一整套公差，所以模型的制造是可重復(fù)的，零部件是可更換的。通過明確說明所有的設(shè)計(jì)要求，一個(gè)完整的 GD&T 過程可以保證完全符合所有的尺寸和公差規(guī)格。
為什么 GD&T 如此重要?
設(shè)計(jì)越復(fù)雜，公差越嚴(yán)格，需要的工具就越復(fù)雜，制造和檢驗(yàn)過程就越昂貴，廢品率就越高。在設(shè)計(jì)一個(gè)零部件時(shí)，必須考慮到這一點(diǎn)。
因此，與其在位置和孔徑上設(shè)置非常嚴(yán)格的尺寸公差，從而使加工變得更加昂貴和復(fù)雜，設(shè)計(jì)師和工程師反而可以控制輪廓和定位，以擴(kuò)大公差范圍。這將通過減少制造過程的復(fù)雜性為他們節(jié)省費(fèi)用。
在這方面，GD&T 通過允許適當(dāng)?shù)墓钜宰畲笙薅鹊睾?jiǎn)化生產(chǎn)，提高了設(shè)計(jì)精度。好處是，對(duì)于許多項(xiàng)目來說，這個(gè)過程將提供額外的公差，以進(jìn)一步提高成本效益。
GD&T 和三維測(cè)量
GD&T 與檢驗(yàn)過程緊密相關(guān)。質(zhì)量控制和質(zhì)量保證過程中的一個(gè)重要階段是數(shù)據(jù)采集，這可以通過手動(dòng)測(cè)量、觸碰探測(cè)或三維掃描進(jìn)行。通過這些技術(shù)，我們可以數(shù)字化處理一個(gè)零部件實(shí)體。然后，我們可以確定測(cè)量值是否與預(yù)期的幾何實(shí)體(也稱為 GD&T 標(biāo)注)相符。我們通過將測(cè)量數(shù)據(jù)與 CAD 模型上顯示的尺寸進(jìn)行比較，以檢查它是合格還是不合格。更重要的是，我們可以量化與極限公差的偏差。
簡(jiǎn)而言之，需要進(jìn)行三維測(cè)量來評(píng)估 GD&T 標(biāo)注。通過隨機(jī)探測(cè)一系列的點(diǎn)或掃描一個(gè)表面獲取數(shù)據(jù)，我們可以根據(jù)具體的幾何特征，如平面度、直線度、圓柱度、圓度、垂直度等，評(píng)估零部件質(zhì)量，從而評(píng)估制造工藝。
定義
平面度
平面度用平行四邊形來表示，是指一個(gè)表面或派生的中間平面的所有元素都在一個(gè)平面內(nèi)。平面度公差規(guī)定了一個(gè)由兩個(gè)平行平面定義的公差帶，表面或派生的中間平面必須位于這個(gè)公差帶內(nèi)。
直線度
直線度是指表面的一個(gè)元素或派生的中線是一條直線。直線度公差規(guī)定了一個(gè)公差帶，表面的相關(guān)元素或派生的中線必須位于這個(gè)公差帶內(nèi)。直線度公差應(yīng)用在要控制的直線元素上。
圓柱度
圓柱度用一個(gè)由平行線圍成的圓表示，是指旋轉(zhuǎn)表面上的所有點(diǎn)都與一個(gè)公共軸等距離。圓柱度公差規(guī)定了一個(gè)由兩個(gè)同心圓柱體組成的公差帶，表面必須位于這個(gè)公差帶內(nèi)。
圓形度(圓度)
圓度用一個(gè)圓表示，是指 (a) 對(duì)于球體以外的特征，表面上與軸線或脊線(曲線)垂直的任何平面相交的所有點(diǎn)都與該軸線或脊線等距;(b) 對(duì)于球體，表面上與通過一個(gè)公共中心的任何平面相交的所有點(diǎn)都與該中心等距。圓度公差規(guī)定了以兩個(gè)同心圓為界的公差帶，表面上的每個(gè)圓形元素都必須在這個(gè)公差帶內(nèi)，它單獨(dú)適用于任一平面。
垂直度
垂直度用一條水平線與另一條垂直線來表示，是指表面、特征的中心平面或特征的軸線與基準(zhǔn)平面或基準(zhǔn)軸線成直角。
平行度
平行度用兩條斜的平行線表示，是指表面或特征的中心平面上的所有點(diǎn)與基準(zhǔn)面等距;或特征的軸線沿其長(zhǎng)度與一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)軸線等距。
傾斜度
傾斜度用兩條成一定角度的線來表示，是指表面、特征的中心平面或特征的軸線與基準(zhǔn)平面或基準(zhǔn)軸線成任何特定的角度。
位置度
位置度用一個(gè)十字線符號(hào)表示，是指一個(gè)或多個(gè)尺寸特征相對(duì)于彼此或相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)的位置。位置度公差定義了以下任何一項(xiàng)：(a) 允許尺寸特征的中心、軸或中心平面從真實(shí)(理論上準(zhǔn)確的)位置變化的區(qū)域，以及 (b)(在 MMC 或 LMC 基礎(chǔ)上指定的)邊界，它被定義為位于真實(shí)(理論上準(zhǔn)確的)位置處的實(shí)效狀態(tài)，相關(guān)尺寸特征的一個(gè)或多個(gè)表面不得違反這個(gè)實(shí)效狀態(tài)。
曲面輪廓度
由曲面輪廓公差建立的公差帶用一個(gè)半圓表示，其中曲邊朝上，直邊在底部，公差帶是三維的(一個(gè)體積)，并沿著一個(gè)或多個(gè)相關(guān)特征的長(zhǎng)度和寬度(或周長(zhǎng))延伸。曲面輪廓度可以應(yīng)用于任何形狀的零部件，包括具有恒定橫截面的零部件，具有旋轉(zhuǎn)表面的零部件，或其輪廓公差應(yīng)用于整個(gè)輪廓的零部件。
線輪廓度
根據(jù)線輪廓度公差要求建立的每個(gè)線元素公差帶是二維的(一個(gè)區(qū)域)，公差帶垂直于每個(gè)線元素處特征的真實(shí)輪廓。通過創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體模型或工程視圖，可以顯示真實(shí)的輪廓。如果不希望公差帶將特征的整個(gè)表面作為單個(gè)實(shí)體包括進(jìn)去，可以將線輪廓度應(yīng)用于具有不同橫截面的零部件，如飛機(jī)的錐形機(jī)翼，或具有恒定橫截面的零部件，如擠壓件。
同軸度
同軸度是指旋轉(zhuǎn)表面的所有徑向相對(duì)元素的中點(diǎn)(或兩個(gè)或多個(gè)徑向布置特征的相應(yīng)位置處元素的中點(diǎn))與基準(zhǔn)軸(或中心點(diǎn))重合。同軸度公差是一個(gè)圓柱形(或球形)公差帶，其軸線(或中心點(diǎn))與基準(zhǔn)特征的軸線(或中心點(diǎn))重合。無論特征大小如何，受控特征的所有相應(yīng)位置處元素的中點(diǎn)都必須位于圓柱形(或球形)公差帶內(nèi)。
對(duì)稱度
對(duì)稱度是指兩個(gè)或多個(gè)特征表面的所有相對(duì)或相應(yīng)位置處元素的中點(diǎn)與基準(zhǔn)軸或中心平面重合。上一段的解釋適用于這里的特征，因?yàn)閷?duì)稱度和同軸度控制遵循相同的概念，只是它們適用于不同的零部件配置。
圓跳動(dòng)
圓跳動(dòng)提供了對(duì)表面的圓形元素的控制。當(dāng)零部件圍繞模擬基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)到表面的最大角度范圍時(shí)，公差單獨(dú)適用于每個(gè)圓形測(cè)量位置。
全跳動(dòng)
全跳動(dòng)提供了對(duì)所有表面元素的控制。當(dāng)零部件圍繞基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn) 360°時(shí)，公差同時(shí)適用于所有圓形和輪廓測(cè)量位置。
最大實(shí)體狀態(tài)(MMC)
最大實(shí)體狀態(tài)(MMC)是指在規(guī)定的尺寸限制內(nèi)(如最小孔徑、最大軸徑)，一個(gè)尺寸特征包含最多量的材料。
最小實(shí)體狀態(tài)(LMC)
最小實(shí)體狀態(tài)(LMC)是指在規(guī)定的尺寸限制內(nèi)(如最大孔徑、最小軸徑)，一個(gè)尺寸特征包含最少量的材料。
參考資料：ASME Y14.5-2009，尺寸和公差，工程制圖和相關(guān)文件慣例，美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)
長(zhǎng)按如下二維碼聯(lián)系技術(shù)專家
（轉(zhuǎn)載）
