3 мая 2019 года
Прошло более 80 лет с момента первой публикации Y14.5, тогда еще под эгидой ASA, и Y14.5 и GD&T превратились в основной способ передачи требований к механическим компонентам и узлам практически всех типов продукции. Хотя существует несколько различных версий GD&T, опубликованных различными странами. Есть два стандарта, которые доминируют в глобальной промышленности и в глобальных цепочках поставок. Это системы ISO и ASME. Существует несколько заметных различий в спецификациях GD&T ISO и ASME.
Хотя в США есть предприятия, которые предпочитают использовать стандарт ISO, во всем мире чаще используется основанная в США система GD&T (Y14.5), которая сегодня публикуется под эгидой Американского общества инженеров-механиков (ASME). Даже в Западной Европе, где более распространена система ISO GD&T, ASME Y14.5 часто используется специалистами по обучению и применению GD&T. Социальные сети, список ASME сертифицированных специалистов по геометрическим размерам и толерантности (GDTP) и личный опыт десятилетнего обучения GD&T были объединены, чтобы показать, где эти два стандарта GD&T доминируют.
- Концепции - ASME утверждает, что для большинства характеристик размеров необходимо указывать два типа размеров: местный размер (или противоположные точки) и сопрягаемую оболочку. ISO, для сравнения, сообщает только местный размер. Связанный признак (посадочный цилиндр, параллельные плоскости и т.д.) используется для определенных геометрических допусков, но не для сообщаемого размера.
- Применение - Позиционный допуск очень распространен в обеих версиях, но ASME предусматривает использование позиционных допусков только для определения местоположения элементов размера. В ISO позиционные допуски используются не только для определения размеров, но и для определения номинально плоских элементов.
- Математика - ASME определяет фактические сопрягаемые оболочки с точки зрения наименьшего размера, который может быть уменьшен относительно внешнего элемента или наибольшего размера, который может быть расширен внутри внутреннего элемента так, чтобы он совпадал с поверхностью (поверхностями) в самых высоких точках. Это означает, что к данным, собранным во время инспекции, должен быть применен алгоритм подгонки по максимальной вписанной и минимальной описанной части. По умолчанию ISO использует алгоритм наименьших квадратов, хотя при применении операторов спецификации могут применяться алгоритмы максимального вписанного, минимального обведенного или другие алгоритмы подгонки.
Существует множество причин, по которым система GD&T ASME Y14.5 является более доминирующим стандартом во всем мире:
- Массовое распространение учебных материалов по GD&T на основе ASME Y14.5 означает, что даже если многие компании пытаются обучить сотрудников использованию системы GD&T ISO, реальность такова, что сотрудников учат применять систему символов и правил ASME.
- Система сертификации ASME (GDTP или Geometric Dimensioning and Tolerancing Professional) заставляет сотрудников и работодателей обращаться к профессиональной сертификации ASME для демонстрации навыков работы с GD&T. В мире, наводненном резюме типа "я знаю GD&T", фактическое подтверждение мастерства имеет значение.
- Использование стандартов США облегчает получение аутсорсинговых инженерных и производственных работ для неамериканских стран
- На протяжении большей части прошлого века Соединенные Штаты были как экономическим игроком, так и лидером в области технологий и механических инноваций.
- Вспомогательные стандарты, такие как рабочий язык КИМ DMIS, были основаны на практике GD&T ASME.
Во всех отраслях промышленности несоблюдение технических условий может привести к серьезным последствиям. Гарантийные иски и отзыв продукции могут привести к многомиллионным расходам. Серьезные травмы или смерть клиентов, вызванные дефектной продукцией, наносят ущерб брендам и делают бесполезными блестящие маркетинговые кампании. Даже такие обыденные вещи, как несвоевременные поставки и некачественные детали, привели к падению курса акций публичных корпораций. Производственные отклонения случаются, поэтому способность оценивать спецификации с точностью до стандартов гарантирует, что критические границы допуска будут соблюдены. В противном случае мы стали свидетелями медицинских имплантатов, вызывающих у пациентов хронические боли, наземных транспортных средств, калечащих водителей, и самолетов, летать на которых может быть опасно.
"Мы научились жить в мире ошибок и бракованных продуктов, как будто они необходимы для жизни. Пришло время принять новую философию...". Доктор Эдвард Деминг
Исторически сложилось так, что компьютерный контроль (CAI), например, операционная система КИМ, имеет значительные недостатки в оценке спецификации инженерных чертежей в попытке получить отчетное значение.
Главной из этих проблем было то, что многие операционные системы КИМ используют систему координат выравнивания, также известную как система координат детали (PCS), в качестве прокси для системы отсчета. Это была плохая идея с самого начала, но она была интуитивно понятна заказчику и легко программировалась, поэтому идея прижилась. Простое объяснение различий заключается в указании на недостатки PCS как прокси (или замены) реальной системы отсчета. Оси системы координат центровки могут одновременно указывать только в одном направлении, а пересечение этих осей определяет только одно возможное начало отсчета для КИМ. Однако системы отсчета GD&T могут требовать более одного фиксированного направления оси, и начало координат может часто смещаться относительно такой детали, как цилиндр или параллельная плоскость. В результате этих несоответствий программное обеспечение может выдавать ложные значения прохода или отказа.
Впрограммном обеспечении CAMIO компании LK Metrology используется действительно независимая система отсчета. Система отсчета и система координат выравнивания часто имеют разные ограничения по степеням свободы, разное происхождение и даже разные направления по осям X, Y и Z. Возможность выбора между основными стандартами также предусмотрена в настройках предпочтений программного обеспечения. Выбор стандартов ISO и ASME позволяет пользователям обоих мировых стандартов определить, как должны применяться геометрические допуски. Диалоговое окно выбора предпочтений CAMIO позволяет пользователям выполнять спецификацию инженера так, как традиционное программное обеспечение CAI просто не может.
Для профессионалов в области качества жизненно важно иметь твердое понимание того, что измерение включает в себя гораздо больше, чем прощупывание деталей или снятие показаний с метрологических приборов. Одно из определений слова "измерять" следующее: "установление протяженности, размеров, количества, емкости и т.д., особенно путем сравнения с эталоном". В случае машиностроения стандарты ISO и ASME на размеры и допуски играют жизненно важную роль в применении правильных измерений.
Измерительная позиция
В прошлом многие программисты КИМ пытались обойти недостатки программного обеспечения с помощью различных методов выравнивания и отчетности. Рисунок 7-5 ASME Y14.5-2009 может быть использован для обсуждения некоторых ухищрений, которые применялись для преодоления недостатков PCS.
В этом первом примере PCS использовалась в качестве прокси для системы отсчета.
Поскольку чертеж имеет только одну опорную точку, слишком мало степеней свободы ограничено, чтобы программист мог использовать только точку B в качестве PCS. Программист выбрал нижнее правое отверстие (1 из 6) для выравнивания заготовки. Сообщается о минимальном позиционном отклонении, что дает всем ложное чувство уверенности в детали. Эта ошибочная отчетность приведет к ложному чувству уверенности в производственном процессе, что может привести к снижению количества проверок по мере наращивания производства.
Во втором примере программист снова понимает, что одна только точка отсчета B предлагает слишком мало ограничений для определения PCS. В этом сценарии использовалось выравнивание по плоскости, линии, цилиндру, причем цилиндр точки отсчета B использовался только для определения начала координат X и Y в PCS. Короче говоря, оси этой PCS, по сравнению с осями в первом примере, направлены в немного разные стороны. Это также отличается от требований к конструкции, поскольку первичная точка отсчета B задает направление осей и начало координат для двух других осей системы отсчета. Этот прием дает более высокое значение отклонения для допуска положения, однако он также является неправильным. И первый, и второй примеры были запрограммированы иначе, чем реальная базовая точка отсчета, и поэтому выдают неверное значение для допуска положения. Инженер-проектировщик или заказчик должен быть крайне разочарован, узнав, что проектные спецификации не соблюдаются. "Решение", использующее PCS в качестве прокси для базовой точки, просто не является и не может быть сделано эквивалентным использованию реальной базовой точки.
В последнем примере выравнивание не имеет значения. Программист позволяет CAMIO использовать опорную систему отсчета, как и предполагал инженер - только ось отсчета B. Кроме того, в проекте указан допуск положения, применяемый к 6X отверстиям. Из чтения определений Y14.5 и параграфа 4.19[vi] следует, что это одновременное требование, и положение всех 6 отверстий по отношению к этой единственной базовой оси должно рассматриваться в контексте коллективной схемы из 6 отверстий. Отчет теперь показывает, что это отверстие сильно нарушено. Деталь явно непригодна для использования, и процесс требует немедленного исправления. По сравнению с предыдущими примерами, где линия между этим отверстием и базовой осью B использовалась как часть выравнивания и отчета для этого отверстия (таким образом, скрывая отклонения), этот отчет, использующий только базовую ось B, показывает, что большая часть отклонения этого отверстия находится во вращении относительно Z - т.е. выдерживается угловой размер 60° по чертежу. Две попытки не смогли обнаружить это, потому что они поворачивали центровку на основе того, где была обнаружена эта особенность, а не отклонение от 5 других отверстий в детали, как того требовала инженерная спецификация.
Стоит отметить, что использование опорных точек может показать "лучшие" или "худшие" результаты, чем традиционные (диковинные) альтернативы. В этих примерах было решено показать, как истинное измерение может ускользнуть от вашего отдела качества, если ваше программное обеспечение КИМ не использует опорные точки должным образом - многие программы КИМ по сей день не используют их.
Дальнейшее понимание Местонахождение
В машиностроительном сообществе уже давно не понимают, что линейные размеры с прямыми допусками не могут эффективно определять местоположение элементов. Часто называемые "координатными размерами", эти линейные размеры не могут эффективно определить и ограничить направление, в котором измеряется размер.
Размеры с прямыми допусками, или "координатные размеры", отлично подходят для определения характеристики размера, поскольку универсально размер - это линейное расстояние между прямо противоположными точками, линиями или плоскостями детали. Таким образом, единственное направление, которое необходимо, присуще измерению до противоположного элемента. По этой причине штангенциркули и микрометры остаются популярными и жизнеспособными вариантами для таких измерений. Однако в тех случаях, когда требуется линейный размер для определения местоположения, необходимо определить направление измерения. По этой причине ASME Y14.5 гласит, что размеры в местах расположения должны быть основаны на системе отсчета. В соответствии с этим размеры должны быть основными. Основные размеры чаще всего выражаются с помощью рамки или "коробки" вокруг значения размера. Только основные размеры основываются в системе отсчета.
Необходимость выйти за рамки крайне ограниченной полезности прямых допусков размеров была первоначальным катализатором разработки Y14.5 и GD&T.
Многие конструкторы и контролеры, обладающие богатым воображением, считали, что направление размерной линии указывает направление измерения для прямого допускаемого размера. Но это просто не указано ни в одном стандарте, и не было бы никаких реальных средств контроля этих направлений, потому что направление может быть понято только в математической теории чертежа. Однако в отрыве от этой чистой теории физическая реальность детали превращает направление в неуловимую и неоднозначную сущность.
Многие программисты КИМ практикуют программирование отчета о прямых размерах места допуска в виде расстояний вдоль системы координат центровки (или PCS).
В любом случае, когда "измерение" должно быть запрограммировано для оценки с помощью оси центровки, вся команда должна серьезно изучить как спецификацию, так и метод оценки, поскольку эти методы, как правило, насыщены возможностями для ошибок.
Как показано на рисунке, направление оси может оказать значительное влияние на то, где отверстие воспринимается как принадлежащее ему в номинальном состоянии. Отверстие, показанное черным цветом, было расположено на чертеже, но выравнивание по несовершенным поверхностям детали показывает, что программное обеспечение может легко определить другое место как номинально правильное. Это, конечно, будет весьма негативно сказываться на сборке и функционировании.
Обычно они указываются как "Расстояние вдоль оси __", "Расстояние между элементами вдоль оси __" или выражаются на чертежах. Избегайте указания мест с прямыми допусками размеров в любое время, и по возможности избегайте использования отчетов о расстояниях, включающих направления осей. Использование геометрических допусков и опорных точек является очень эффективным средством, позволяющим конструктору и контролеру избежать проблем, связанных с прямыми допусками размеров для определения местоположения. В операционной системе КИМ серии CAMIO 8 компании LK Metrology функции нулевых точек получают дополнительную обработку для установки взаимно перпендикулярных плоскостей и соответствующих осей системы отсчета в соответствии со стандартами ASME и ISO, выбранными в настройках.
В штате компании LK Metrology есть несколько сертифицированных специалистов GDTP, которые оказывают поддержку клиентам в создании точных программ контроля на КИМ, правильной интерпретации чертежей и обеспечении того, чтобы операционная система КИМ компании LK, CAMIO, выполняла измерения в соответствии с планами инженера-конструктора и стандартом ASME Y14.5.
Резюме
Несоблюдение технических условий может привести к серьезным и дорогостоящим последствиям. Программное обеспечение CAMIO компании LK Metrology - это сложное и мощное средство для оценки ваших изделий на соответствие инженерным спецификациям. Программа способна оценивать базовые опорные точки по широкому спектру типов базовых точек - плоскости, цилиндру, параллельным плоскостям и нескольким комбинациям в шаблонах. Библиотека допусков CAMIO поддерживает все 14 геометрических допусков (Y14.5 1994 и 2009) и, при необходимости, оценивает их в соответствии с базовой точкой отсчета, а не с осью PCS. Возможность изменения стандартов делает CAMIO глобальным решением.
Источник: Metrology News