Прямолинейность и плоскостность: различия между GD&T, которые имеют значение в цехах

Примерно раз в неделю на наш стол попадает рисунок с двумя выносками, которые кажутся почти взаимозаменяемыми: короткая прямая линия, проведенная над древком, и небольшой параллелограмм, нарисованный над гранью. Прямолинейность и плоскостность являются допусками формы. Ни одному из них не нужна ссылка на данные. И то, и другое обычно проверяют с помощью циферблатного индикатора и поверхностной пластины. И все же о части они задают совсем другие вопросы.

Инженеры, впервые работающие с GD&T, часто спрашивают нас, какой из них использовать. Короткий ответ: прямолинейность контролирует линию или ось, а плоскостность — всю поверхность. Более развернутый ответ — это то, о чем пойдет речь в остальной части этой статьи.

Вот как мы объясняем клиентам эти два обозначения и как разница проявляется на реальных деталях.

Что на самом деле контролирует прямолинейность

Прямолинейность — это двумерный контроль. Применительно к плоской поверхности он гласит, что каждый отдельный элемент линии на этой поверхности должен находиться между двумя параллельными линиями, разделенными значением допуска. Применительно к элементу размера, такому как хвостовик болта, установочный штифт или оптический вал, он контролирует производную срединную линию, и зона допуска становится цилиндром, диаметр которого равен значению допуска.

Два свойства делают прямолинейность необычной:

• Никаких данных не требуется. Зона допуска может свободно перемещаться и вращаться до тех пор, пока не будет максимально точно отражать фактический элемент, поэтому инспектор измеряет только форму, а не ориентацию или местоположение.
• Он работает одновременно в одном направлении. Поверхность, которая имеет хорошие размеры по длине, все равно может быть изогнута, вогнута или скручена по ширине, и выноска прямолинейности, выполненная в одном направлении, не отразит этого.

Обозначение прямолинейности 0,02 мм на хвостовике вала означает, что полученная срединная линия должна поместиться внутри цилиндра диаметром 0,02 мм по всей длине элемента. Если на чертеже рядом с допуском добавляется модификатор максимального состояния материала, допустимая погрешность увеличивается по мере отклонения фактического диаметра от максимального состояния материала. Именно этот дополнительный допуск позволяет валу немного меньшего размера изгибаться немного больше и при этом пройти проверку.

Где прямолинейность действительно заслуживает своего места, так это в длинных, тонких элементах, которые скользят, вращаются или выравнивают что-то еще: направляющие стержни, шпиндели, выталкивающие штифты, стержни клапанов и сердечники валов внутри небольших коробок передач и вращающихся механизмов.

Что на самом деле означает плоскостность

Плоскость берет ту же идею и растягивает ее по всей поверхности. Зона допуска представляет собой две параллельные плоскости, разделенные величиной допуска, и каждая точка контролируемой поверхности должна находиться между ними. Как и прямолинейность, плоскостность не требует исходных данных, и две плоскости могут свободно наклоняться до тех пор, пока они не захватят поверхность как можно плотнее.

Эта свобода является важной частью. Выноска плоскостности не учитывает ориентацию поверхности в пространстве. Его заботит лишь то, чтобы сама поверхность не была изогнутой, вогнутой или волнистой. Идеально ровная грань, находящаяся под тремя градусами к низу детали, остается плоской.

Прямолинейность и плоскостность связаны друг с другом. Плоская поверхность автоматически становится прямой во всех направлениях, через которые можно провести линию. Обратное неверно. Представьте себе лист бумаги, аккуратно свернутый вокруг большого цилиндра. Каждая линия, идущая по рулону, идеально прямая, но лист в целом изогнут. Выноска прямолинейности примет этот лист. Вызов плоскостности отклонил бы это.

Плоскостность также является более точным определением, когда поверхность должна плотно прилегать, скользить или прилегать к другой поверхности под нагрузкой. Шайба, которая качается на корпусе, или седло клапана, которое закрывается неравномерно, — это проблема плоскостности, а не прямолинейности.

Прямолинейность и плоскостность: разница в таблице

Различие между линией и поверхностью приводит к нескольким практическим последствиям, которые бросаются в глаза:

1. Плоскостность подразумевает прямолинейность во всех направлениях. Если грань плоская в пределах 0,05 мм, любая проведенная на ней линия также будет прямой в пределах 0,05 мм.
2. Прямолинейность в одном направлении ничего не говорит о перпендикулярном направлении. Деталь может пройти однонаправленную проверку прямолинейности и все еще раскачиваться на поверхности пластины.
3. Прямолинейность оси и прямолинейность поверхности ведут себя по-разному, хотя они называются одним и тем же именем и печатаются с одним и тем же типом выноски.
4. Ни одна из выносок не контролирует текстуру поверхности, волнистость в другом масштабе или ориентацию элемента относительно базовой точки. Вместо этого нужны отметки о шероховатости поверхности, профиле, параллельности или перпендикулярности.

Место каждой выноски на реальном чертеже

На практике две выноски обычно располагаются в разных углах отпечатка.

Прямолинейность обычно появляется на

• Направляющие стержни, шпиндели и плунжеры, которые должны двигаться по всей длине.
• Дюбели, конические штифты и установочные штифты, определяющие положение приспособления или пластины.
• Сердечники валов, ступенчатые валы и оптические валы в небольших вращающихся узлах.
• Длинные шпильки и стержни с резьбой, изгиб которых может привести к смещению соединения.

Плоскостность обычно появляется на

• Уплотняющие поверхности на корпусах клапанов, фитингах и гидравлических компонентах.
• Поверхности шайб, опорные поверхности гаек и опорные поверхности головок болтов равномерно распределяют зажимную нагрузку.
• Поверхности фланцев, торцы шестерен, монтажные площадки и крышки, которые крепятся болтами и не должны протекать.
• Любая грань, которая скользит по другой грани, например износная пластина или скользящая крышка.

Винт с шестигранной головкой под торцевой ключ является хорошим примером того, как обе выноски располагаются на одной и той же детали. На хвостовике может быть указана прямолинейность оси, чтобы он не застревал в зазорном отверстии, а на нижней стороне головки может быть указана плоскостность, чтобы зажимная нагрузка распределялась равномерно, а не концентрировалась на одной кромке.

Как мы измеряем и то, и другое в цеху

Ни один из допусков нетрудно проверить, но оба легко проверить плохо.

Измерение прямолинейности

В случае линии на поверхности деталь располагается на пластине поверхности, а циферблатный индикатор перемещается вдоль элемента. Разброс между самым высоким и самым низким показаниями, взятыми вдоль этой единственной линии, представляет собой ошибку прямолинейности. Что касается оси, деталь поддерживается V-образными блоками или между центрами, вращается и перемещается по своей длине. Направление выступов имеет такое же значение, как и их размер, потому что на самом деле выноска относится к производной срединной линии, а не к поверхности, которой вы можете коснуться.

Измерение плоскостности

На поверхности пластины измеритель высоты или индикатор проводит сетку по поверхности, а разброс между максимальными и минимальными показаниями представляет собой ошибку плоскостности. Для притертых или тонко отшлифованных граней оптическая плоскость и монохроматический источник света показывают интерференционные полосы, которые отображают форму поверхности за считанные секунды. Для сложных или прерывистых граней обычно практичным способом является сканирование сетки КИМ.

Какой бы метод ни использовался, три вещи решают, означает ли это число что-нибудь. Поддерживайте деталь так, как она находится в сборке, поскольку трехточечная опора предотвращает раскачивание, приводящее к завышению каждого показания. Пусть деталь и датчик достигают одинаковой температуры, поскольку стальная поверхность толщиной 100 мм увеличивается примерно на 0,0012 мм на каждый градус Цельсия. И очистите поверхность, потому что высота одного скола на поверхностной пластине легко достигает нескольких микрометров. Удержание этих переменных под контролем — это большая часть работы по точности размеров, и мы рассмотрели это более подробно в нашей заметке о как мы держим точность размеров под контролем .

Избыточные допуски обходятся дороже, чем недостаточные допуски

Если есть одна привычка, от которой мы отказываемся, то это выноска плоскостности или прямолинейности, скопированная из предыдущего рисунка на деталь, которая никогда в ней не нуждалась.

Увеличение плоскостности поверхности шайбы с 0,05 мм до 0,01 мм не просто меняет число в электронной таблице. Это меняет процесс. Это означает притирку или тонкое шлифование, более частую правку кругов, дополнительные станции контроля, сортировку и более высокий процент брака. То же самое относится и к прямолинейности вала: выноска оси 0,01 мм на хвостовике диаметром 200 мм обычно превращает токарную операцию в операцию шлифования.

Несколько практических правил, которые мы используем, когда просматриваем отпечаток вместе с клиентом:

• Спросите, что на самом деле делает эта функция. Уплотнение, скольжение и позиционирование граней требуют внимания к плоскостности. Косметические лица делают это редко.
• Сохраняйте допуск настолько большим, насколько это позволяет функция. Если сборка допускает отклонение в 0,1 мм, то требование плоскостности в 0,05 мм уже в два раза более строгое, чем необходимо.
• Используйте прямолинейность для осей и линий, плоскостность для площадей. Их путаница — самая частая причина, по которой деталь отклоняют из-за чего-то, что никогда не имело значения.
• Помните, что плоскостность подразумевает прямолинейность. Размещение обоих на одном лице обычно излишне.

Работа на заказ – вот где этот разговор имеет наибольшее значение, потому что каждый нестандартный крепеж или обработанная деталь начинается с рисунка и решения о том, что действительно нужно контролировать.

Прямолинейность и плоскостность не являются конкурирующими требованиями. Они описывают две разные формы ошибки: блуждающую линию и поверхность, вышедшую из своей плоскости. Как только это различие станет ясным, принимать решения станет проще, а проверки станут короче, поскольку никому не придется спорить о том, какая зона допуска применима.

Если отпечаток на вашем столе выглядит неоднозначно или допуск кажется более строгим, чем требуется для работы, отправьте его. Мы предпочли бы обсудить это до того, как щепки разлетятся, чем потом разбирать детали.