تلرانس هندسی چیست؟

تلرانس گذاری هندسی (GD&T) یک زبان نمادها و استانداردها است که توسط مهندسان و سازندگان طراحی شده و مورد استفاده قرار می گیرد تا یک محصول را توصیف و ارتباط بین بخش های مختلف را برای تولید یک محصول ساده کند

با تقویت دانش خود در مورد چگونگی ایجاد GD&T شما ارتباط برقرار کردن با واحد تولید سازمان خود را بهبود می بخشید و اطمینان حاصل می کنید که همه کسانی که درگیر پروژه هستند با آن زبان  صحبت می کنند.

هنگامی که صحبت از GD&T می شود، مسائل بسیار زیادی برای یادگیری هست، بنابراین این مقاله به عنوان یک نقطه شروع برای کمک به شما در درک مفاهیم مهم GD&T می باشد، مطالب زیر شامل:

• تلرانس های ماشینکاری CNC
• فریم کنترل مبنا Datum Reference Frame (DRF)
• تفسیر نمادهای GD&T
• فریم کنترل مشخصه
• ارتباط ابعاد اصلی
• اصلاح کننده ها (Material Condition Modifiers)

تلرانسها مانند باکتری می باشد: کوچک، اما قدرتمند

تلرانسها مقدار قابل توجهی از تغییرات است. مهم است که تلرانسها را در نقشه های مهندسی در نظر داشته باشیم، بنابراین من به تلرانسها مانند باکتری ها نگاه می کنم، آنها برای چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند، اما ما می دانیم آنها در آنجا هستند.

وقتی به قطعات ماشین کاری شده نگاه می کنید، آنها مسطح و صاف به نظر می کنند، اما اگر بخواهید قطعات را با کولیس مشاهده کنید، می بینید که در قسمت های مختلف قطعه نواقصی وجود دارد. این تغییرات (نواقص) در محدوده تلرانس (محدودیت ها) قرار داده شده بر روی قطعات مجاز است. به منظور درک تلرانس های هندسی، این موضوع کمک می کند که فکر کنیم که قطعات می توانند درجه هایی از نقص داشته باشند.

برای اینکه موضوع روشنتر شود، به طور متوسط قطر ​​موهای انسان را که حدودا 0.002 میلیمتر است را در نظر بگیرید. به طور کلی، رسیدن به تلرانس  0.002±  میلیمتر  امروزه توسط ماشینهای CNC قابل انتظار می باشد. با این حال، به این دلیل که شما می توانید تلرانس کمتر از موی انسان را به دست آورید، به این معنی نیست که شما به آن نیاز دارید.

مهندس یا طراح باید تلاش کند تا تلرانس ها را در حد بالا حفظ کند در حالی که عملکرد قطعه را نیز حفظ کند. تلرانس های کوچک هزینه های تولید، بازرسی و ابزار ماشینکاری در قطعه را افزایش می دهد. تلرانس بسته گاهی اوقات لازم است، اما مهم است که در کنار آن هزینه های دیگر را در نظر داشته باشیم.

مبنا ها و ویژگی ها

فریم کنترل مبنا  (Datum Reference Frame (DRF در مهندسی طراحی یک سیستم مختصات سه بعدی دکارتی است. مسلما این موضوع مهمترین مفهوم در GD&T است. DRF اسکلت سیستم هندسی است - این فریم مبنا است که همه مشخصات هندسی به آن اشاره شده و مبنای تمام اندازه ها و مشخصات هندسی به آن مربوط است.

DRF شامل شش درجه آزادی (DOF) می باشد، سه تا مستقیم و سه تا چرخشی. به منظور طراحی، ساخت و بررسی قطعات، درجات آزادی ضروری باید محدود شود. قطعات به DRF لینک می شوند بنابراین اندازه گیری، پردازش و محاسبه می تواند انجام شود.

تمایز مهمی بین مبنا ها (Datums) و مشخصه های مبنا (Datum features) وجود دارد. مبنا ها شامل نقاط، محورها (خطوط) و صفحه ها یا ترکیبی از این اجزا می باشند که DFR را تشکیل می دهند. مشخصه های مبنا، مشخصه های فیزیکی (سوراخ، صفحه، شیار، و غیره) و واقعی روی قطعه هستند. آنها کامل نیستند(آنها دارای تنوع هستند). تصاویر زیر در نشان می دهند که مبناها (چپ) تئوری می باشند و مشخصه های مبنا (راست) واقعی و دارای نقص می باشد.

در تعریف یک قطعه، مهندس مشخصه های مبنا در قطعه را که مهم ترین نیاز عملکردی در طراحی را دارد (معمولا مشخصه هایی از قطعه را که در هنگام مونتاژ تاثیر گذار است) مشخص می کند. مشخصه های مبنا که در بخش انتهایی یک فریم کنترل مشخصه Frame Controller Feature  آمده است، به ترتیب اولویت، قطعه را به مبناهای اصلی وصل می کند.

نمادها GD&T

نمادها یا ویژگی های هندسی مشخصه هایی هستند که اغلب هنگام صحبت در مورد GD&T به ذهن می آیند. در مجموع چهارده ویژگی GD&T وجود دارد و نمادهایی که آنها را نشان می دهند، در ادامه آورده شده است.

این نمادها در اولین قسمت یک قاب کنترل ویژگی قرار می گیرند و نوع تلرانسی را که به این مشخصه اعمال می شود را تعریف می کند. مشخصه ها با هم در یک گروه تقسیم بندی می شود: فرم (Form)، جهت(Orientation)، محل (Location)، لنگی (Run-out) و مکان نقاط مشتق شده (Location of derived median points). نوع استفاده و توصیف هر ویژگی نیز نشان داده شده است.

تلرانس فرم، "شکل" مشخصه را کنترل می کند و اغلب به عنوان یک محدود کننده اندازه استفاده می شود.

تلرانس های راستا "کجی" مشخصه را کنترل می کنند و همیشه با ابعاد زاویه مبنا همراه هستند و اغلب به عنوان یک محدود کننده موقعیت استفاده می شود. اگر به سطوح اعمال شود، فرم را نیز کنترل می کند.

تلرانس موقعیت، موقعیت را کنترل می کند و همیشه با ابعاد مبنا همراه است. تلرانس موقعیت، موقعیت دهی و راستا و صفحه ها یا محورهای مشتق شده از مشخصه اندازه را کنترل می کند . تلرانس پروفیل، موقعیت صفحه ها را مشخص می کند. تلرانس پروفیل قوی ترین مشخصه در بین تمام تلرانس ها است که همچنین راستا و فرم را کنترل می کند.

فریم کنترل مشخصه

فریم کنترل مشخصه الزامات یا دستورالعمل هایی را برای مشخصه ای که به آن متصل است، بیان می کند. به زبان ساده، فریم کنترل مشخصه، مشخصه ها را کنترل می کند. هر فریم کنترل مشخصه شامل تنها یک پیام (مورد نیاز) است؛ اگر دو پیام برای یک مشخصه نیاز باشد، دو فریم کنترل مشخصه مورد نیاز هستند.

اولین قسمت یک فریم کنترل مشخصه شامل یکی از چهارده علامت مشخصه هندسی می باشد. فقط یک علامت را می توان در یک فریم کنترل مشخصه قرار داد. اگر دو مورد برای یک مشخصه وجود داشته باشد، باید دو فریم کنترل مشخصه یا یک تلرانس مرکب وجود داشته باشد. تلرانس مشخص شده، سمبل مورد نیاز برای مشخصه را مشخص می کند، مانند: "این ویژگی باید صاف باشد" یا "این ویژگی باید موقعیت یابی شود".

محفظه دوم یک فریم کنترل مشخصه شامل تلرانس مجموع برای این مشخصه است. تلرانس مشخصه، همیشه یک عدد کامل است، نه یک مقدار مثبت / منفی است.

اگر تلرانس قبل از نماد قطر (Ø) باشد، تلرانس یک قطر یا ناحیه استوانه ای شکل است، همانند موقعیت سوراخ. اگر نماد قطر پیش از تلرانس وجود نداشته باشد، شکل ناحیه تلرانس به طور پیش فرض، به صورت موازی یا یک ناحیه عرضی است، همانند موقعیت یک شکاف یا پروفیل یک سطح.

پس از تلرانس در فریم کنترل مشخصه ، یک اصلاح کننده وضعیت ماده، مانند MMC یاLMC  ممکن است که وجود داشته باشد (نگاه کنید به قسمت اصلاح کننده ها). اگر مشخصه دارای اندازه باشد و هیچ اصلاح کننده ای مشخص نشده باشد، اصلاح کننده پیش فرض RFS است. اگر این مشخصه هیچ اندازه ای نداشته باشد، مثل یک سطح صفحه، اصلاح کننده معنا پیدا نمی کند.

بخش سوم فریم کنترل مشخصه شامل مبنا(ها)ی مشخصه می باشد (اگر به آنها مورد نیاز باشد). برای مثال، اگر تلرانس فرم، مانند نخنب یا راستی، مشخص شود، هیچ مبنایی مجاز نیست. اگرچه، در صورت وجود تلرانس موقعیت، مبنا معمولا مورد نیاز می باشد.

ترتیب حروف الفبایی مبناها هیچ اهمیتی ندارد - اهمیت آنها ترتیب نوشتن آنها می باشد، از چپ به راست به عنوان مبنای اولیه، ثانویه و سوم شناخته می شود. مبنای اولیه، مبنایی است که اولین تماس را ایجاد می کند (حداقل تماس با 3 نقطه)، مبنای ثانویه، دومین تماس را ایجاد میکند (حداقل تماس در 2 نقطه)، و سومین مبنا، سومین تماس را دارد (حداقل تماس در 1 نقطه). تماس با سه مشخصه مبنا به طور همزمان، سه صفحه عمود بر هم یا به اصطلاح DRF را ایجاد می کند. DRFها توسط شبیه ساز های مبنا ایجاد می شود که شبیه سازها شامل تجهیزات تولید، پردازش و بازرسی مانند صفحه، کولت، سه نظام، پین گج و غیره می باشد.

در شرایط خاص، اصلاح کننده های مشخصه مبنا مانند حداکثر مرز مادهMMB  یا کمترین مرز مادهLMB  ممکن است به مشخصه مبنا اعمال شود. اصلاح کننده پیش فرض، صرف نظر از مرز ماده RMB می باشد. از آنجا که مشخصه مبنا دارای اندازه است (می تواند بزرگتر و کوچکتر شود)، اطلاعات در مورد اندازه مورد نظر، که مرجع مشخصه مبنا در آن استفاده می شود، لازم است. وضعیت اصلاح شده مشخصه (MMB، LMB، RMB) اندازه یا شرایط شبیه ساز مشخصه مبنا را مشخص می کند.

ابعاد پایه (Basic Dimension)

ابعاد پایه از لحاظ تئوری ابعاد عددی دقیقی هستند که برای تعریف فرم، اندازه، راستا یا موقعیت یک قسمت یا مشخصه استفاده می شود. ابعاد پایه معمولا در نقشه داخل یک مربع  نشان داده می شوند، اما آنها را می توان با ارجاع به استاندارد یا بوسیله یک نوشته در نقشه مشخص کرد. مدل CAD ،خود نیز می تواند به عنوان اندازه پایه تعریف شود. تغییرات مجاز از ابعاد پایه معمولا در فریم کنترل مشخصه یا با یادداشت هایی در نقشه مشخص می شوند.  هر تلرانس پیش فرض به ابعاد پایه در نقشه اعمال نمی شود.

اصلاح وضعیت ماده

در مشخص کردن کنترل های هندسی، اغلب نیاز به حالتی می باشد که تلرانس به یک مشخصه در یک اندازه مشخص اعمال شود . شرایط حداکثر ماده MMC و وضعیت کمترین مادهLMC  به طراح اجازه می دهد که این موضوع را اعمال کند

این اصلاح کننده های وضعیت مواد در یک فریم کنترل مشخصه در محدوده تلرانس مشخصه استفاده می شود و به دنبال تلرانس مشخصه. استفاده از اصلاح کننده های MMC و LMC تلرانس هندسی اضافی را بیش از تلرانس مشخص شده اعمال می کند که با دور شدن مشخصه از شرایط مشخص ایجاد می شود.

حداکثر وضعیت مواد (MMC) - شرایطی که مشخصه شامل حداکثر ماده با محدودیت های اندازه می باشد. (یعنی: بزرگترین اندازه پین و / یا کوچکترین اندازه سوراخ)

وضعیت کمترین مواد (LMC) - شرایطی که در آن مشخصه شامل حداقل ماده با محدودیت های اندازه می باشد. (یعنی: کوچکترین لندازه پین و / یا بزرگترین اندازه سوراخ)

در تصویر زیر، MMC سوراخ 19.5 میلی متر و LMC سوراخ 20.5 میلی متر است. به عنوان مثال دیگر، مجموعه ای از سوراخ هایی با ابعاد 20 ± 0.5 میلی متر را در نظر بگیرید که موقعیت مکانی 0.6 میلی متر را در حالت MMC داشته باشند. MMC برای سوراخ ها 19.5 میلی متر قطر است. اگر سوراخ ها از اندازه MMC فاصله بگیرند (بزرگتر شوند)، آنها اجازه تلرانس موقعیت بیشتری را دارند که برابر مقدار خروج آنها از اندازه MMC 19.5 میلی متر است. اگر سوراخ در 20.0mm قرار گیرد، تلرانس موقعیت قطر مجاز 1.1mm است. این مفهوم تلرانس جایزه است.

نکات اصلی

GD&T یک روش کاملا جدید برای توصیف ابعاد و تلرانسها در مقایسه با تلرانس مثبت/منفی مورد استفاده در قدیم است. اساسا مهندس، قطعه ای را با هندسه کامل در CAD طراحی می کند، اما قطعه تولید شده هرگز کامل نمی باشد. استفاده مناسب از GD&T می تواند کیفیت را بهبود بخشد و زمان و هزینه تحویل را با ارائه یک زبان مشترک برای بیان اهداف طراحی، کاهش دهد.

مزایای ابعاد هندسی و تلرانسGD&T  عبارتند از:

• یک زبان طراحی استاندارد
• یک روش واضح و دقیق برای مشتریان، تامین کنندگان و تیم های تولید تا به راحتی ارتباط برقرار کنند.
• یک روش برای محاسبه بدترین حالت مونتاژ قطعات
• فرآیندهای تولید و بازرسی قابل تکرار هستند
• اسمبلی از قطعات تولیدی با کیفیت، مطمئن میباشد.

این مقاله مفاهیم کلیدی برای کاربرد را پوشش داده است، از جمله مبناهاو مشخصه ها، نمادها، فریم های کنترل مشخصه، ابعاد پایه و اصلاح کننده های وضعیت.