10 年原装精度保证

进行精确的 GD&T 测量

2019 年 5 月 3 日

Y14.5 和 GD&T 已经发展成为传达几乎所有类型产品的机械部件和装配的产品要求的主要手段。虽然各国发布的 GD&T 有多个不同版本，但其中有两个标准是占主导地位的。有两种标准在全球工业和整个全球供应链中占据主导地位。这就是 ISO 和 ASME 系统。ISO 和 ASME 的 GD&T 规范有几个显著的不同点。

虽然有些企业选择在美国使用 ISO 标准，但美国创立的 GD&T 系统（Y14.5）（目前由美国机械工程师协会 (ASME) 发布）在全球更为普遍。即使在 ISO GD&T 更为普遍的西欧，ASME Y14.5 通常也是专业人员进行 GD&T 培训和应用时使用的系统。社交媒体、ASME 认证的几何尺寸标注与公差专业人员 (GDTP) 名单和个人十年 GD&T 培训的经验相结合，显示了这两种 GD&T 标准的主导地位。

概念 - ASME 认为，对于大多数尺寸特征，有两种类型的尺寸需要报告：局部尺寸（或相对点）和配合包络线。相比之下，ISO 只报告局部尺寸。相关特征（配合圆柱、平行平面等）用于某些几何公差，但不用于报告尺寸。
应用 - 位置公差在两种版本中都很常见，但 ASME 将位置公差仅用于定位尺寸特征。ISO 使用位置公差不仅可以定位尺寸特征，还可以定位名义平面特征。
数学 - ASME 以外部特征可收缩的最小尺寸或内部特征可扩张的最大尺寸来定义实际配合包络，使其与最高点的表面重合。这意味着必须对检测过程中收集的数据采用最大内切和最小外切拟合算法。ISO 默认采用最小二乘法拟合，但在应用规格运算符时，也可采用最大内切、最小外切或其他拟合算法。

ASME Y14.5 GD&T 系统在全球范围内成为主流标准的原因有很多：

以 ASME Y14.5 为基础的 GD&T 培训材料的大量涌现意味着，即使许多公司试图培训员工使用 ISO GD&T 系统，但实际情况是，员工已经学会应用 ASME 系统的符号和规则。
ASME 的认证体系（GDTP 或几何尺寸与公差专业人员）使员工和雇主希望通过 ASME 的专业认证来证明自己对 GD&T 的熟练程度。在这个充斥着 "我知道 GD&T "简历的世界里，经过实际验证的熟练程度至关重要。
使用美国标准有利于接受非美国国家的外包工程和制造工作
在上个世纪的大部分时间里，美国既是经济强国，也是技术和机械创新的领导者。
DMIS 坐标测量机操作语言等辅助标准以 ASME 的 GD&T 实践为基础。

在所有行业中，不符合工程规范都可能导致严重后果。保修和产品召回可能会造成数百万美元的损失。缺陷产品造成的严重伤害或客户死亡会损害品牌，使出色的营销活动无用武之地。即使是像延迟发货和零件不匹配这样的平凡事件，也曾让上市公司的股价一落千丈。制造过程中难免会出现偏差，因此，评估规格的能力和精确的标准可以确保公差的关键界限得到维护。否则，我们就会看到医疗植入物会导致病人长期疼痛，地面车辆会使驾驶员致残，飞机会对飞行造成危害。

"我们已经学会生活在一个充满错误和次品的世界里，仿佛它们是生活的必需品。 现在是采用新哲学的时候了......" 爱德华-戴明博士

一直以来，计算机辅助检测 (CAI) （如坐标测量机操作系统）在评估工程图纸规格以生成报告值方面存在巨大缺陷。

其中最主要的问题是，许多坐标测量机操作系统使用校准坐标系（也称为工件坐标系 (PCS)）作为基准参考框架的代理。这种想法从一开始就很糟糕，但对客户来说很直观，而且易于编程，因此这种想法逐渐深入人心。要简单解释两者的区别，就必须指出 PCS 作为实际基准参考框架的代理（或替代）的不足之处。对中坐标系的轴一次只能指向一个方向，这些轴的交点只能为坐标测量机定义一个可能的原点。然而，GD&T 基准参考框架可能需要不止一个固定的轴线方向，而且原点经常会随着圆柱体或平行平面宽度等特征的变化而浮动。结果是，软件中的这些差异可能会报告错误的合格或不合格值。

LK Metrology 的 CAMIO 软件采用真正独立的基准参考框架。基准参考框架和对准坐标系通常对自由度有不同的约束，不同的起源，甚至 X、Y 和 Z 轴的方向也不同。软件的偏好设置还提供了在主要标准之间进行选择的功能。ISO 和 ASME 标准选择允许这两种全球标准的用户确定几何公差的应用方式。CAMIO 的偏好选择对话框允许用户以传统 CAI 软件无法实现的方式来满足工程师的规格要求。

对于质量专业人员来说，最重要的是要牢固地认识到，测量所涉及的远不止是探测工件或从计量仪器中获取读数。测量 "的一个定义是"确定其范围、尺寸、数量、容量等，特别是通过与标准进行比较"。就机械工程而言，ISO 和 ASME 尺寸和公差标准在应用正确测量方面发挥着至关重要的作用。

测量位置

过去，许多坐标测量机程序员曾试图通过不同的校准和报告方法来克服软件缺陷。ASME Y14.5-2009图7-5可用于讨论为克服PCS缺陷而采用的一些窍门。

在第一个例子中，PCS 被用作基准参照框架的替代物。

由于图纸只有一个基准参考，自由度限制太少，程序员只能使用基准 B 作为 PCS。程序员选择了右下方的孔（6 个中的 1 个）来对齐工件。报告的位置偏差极小，让每个人都对工件产生了错误的信任感。这种错误的报告会导致对制造过程的错误信任，从而降低全面生产时的检查率。

在第二个例子中，程序员再次意识到，仅靠基准 B 提供的约束条件太少，无法定义 PCS。在这种情况下，使用了平面、直线、圆柱体对齐方式，基准 B 的圆柱体仅用于定义 PCS 中的 X 和 Y 原点。简而言之，与第一个示例相比，该 PCS 的轴线指向的方向略有不同。这也与设计要求不同，因为主基准 B 为基准参考框架的其他两个轴设定了轴方向和原点。这种噱头会产生更高的位置公差偏差值，但也是不正确的。第一个和第二个示例的编程方式与实际基准参考框架不同，因此报告的位置公差值也不正确。如果设计工程师或客户发现设计规范没有得到遵守，应该会非常失望。使用 PCS 作为基准的代理 "解决方案 "并不等同于，也不能等同于使用实际基准参考框架。

在最后一个示例中，对齐并不重要。程序员允许 CAMIO 按照工程师的意图使用基准参考框架，即仅使用基准轴 B。通过阅读 Y14.5 定义和第 4.19[vi]段，我们发现这是一个同步要求，所有 6 个孔的位置与该单一基准轴的关系必须在 6 个孔的集体模式下进行审查。现在的报告显示，这个孔的位置严重偏差。该零件显然不适合使用，需要立即纠正。在之前的示例中，该孔与基准特征 B 之间的连线被用作该孔对齐和报告的一部分（从而掩盖了偏差），与此相比，这份仅使用基准轴 B 的报告显示，该孔的大部分偏差出现在围绕 Z 的旋转上，即保持图纸上的 60° 角尺寸。两次 "噱头 "尝试都无法检测到这一点，因为它们是根据发现的这一特征的位置旋转对齐，而不是根据工程规范要求的图案中其他 5 个孔的偏差。

值得注意的是，与传统的（噱头）替代方法相比，使用基准参考框架可以显示 "更好 "或 "更差 "的结果。在这些示例中，如果坐标测量机软件没有正确使用基准参照框架，那么质量部门就无法获得真正的测量结果，而许多坐标测量机软件至今仍未正确使用基准参照框架。

进一步了解地点

长期以来，机械工程界一直不理解直接公差线性尺寸无法有效定义特征的位置。这些线性尺寸通常被称为 "坐标尺寸"，不能有效定义和限制尺寸的测量方向。

直接公差尺寸或 "坐标尺寸 "非常适合定义尺寸特征，因为尺寸通常是指零件上直接相对的点、线或平面之间的线性距离。因此，唯一需要的方向就是测量相对元素的固有方向。因此，卡尺和千分尺仍然是这些测量的常用和可行的选择。但是，如果需要对位置进行线性测量，则更需要确定测量方向。因此，ASME Y14.5 规定，位置尺寸必须以基准参考框架为基础。这就要求尺寸必须是基本尺寸。基本尺寸通常用尺寸值的框架或 "框 "来表示。只有基本尺寸才以基准参考框架为基础。

需要超越直接公差尺寸极其有限的实用性，这是 Y14.5 和 GD&T 发展的最初催化剂。

许多富有想象力的产品设计师和检验员都认为，尺寸线的方向表示直接公差尺寸的测量方向。但这在任何标准中都没有说明，也没有控制这些方向的实际方法，因为方向只能在图纸的数学理论中理解。然而，脱离了这一纯粹的理论，零件的物理现实将方向转化为一个难以捉摸和模糊的实体。

许多坐标测量机程序员的做法是直接将公差位置尺寸作为对中坐标系（或PCS）上的距离进行编程报告。

任何时候，如果 "测量 "必须使用对齐轴进行编程评估，那么整个团队都应该对规范和评估方法进行认真审查，因为这些方法通常都存在很多出错的机会。

如图所示，轴的方向会对孔在标称状态下的位置产生重大影响。黑色显示的孔是图纸上的位置，但与零件不完美表面的对齐情况表明，软件很容易将不同的位置识别为名义上正确的位置。当然，这对装配和功能是非常不利的。

通常会报告为 "沿__轴的距离"、"沿__轴的特征间距离 "或在图纸上表示。任何时候都要避免使用直接公差尺寸指定位置，尽可能避免使用涉及轴线方向的距离报告。使用几何公差和基准参考框架是一种非常有效的方法，可以避免设计人员和检验人员在使用直接公差尺寸进行定位时遇到的问题。在 LK Metrology 的 CAMIO 8 系列坐标测量机操作系统中，基准功能可进行额外处理，以设置基准参考框架的相互垂直平面和相应轴线，使其符合首选项中选择的 ASME 和 ISO 标准。

LK Metrology 拥有多名获得 GDTP 认证的专业人员，为客户提供支持，帮助他们创建准确的坐标测量机检测程序、正确解释图纸，并确保 LK 的坐标测量机操作系统 CAMIO 按照设计工程师的意图执行测量，并符合 ASME Y14.5 标准。

摘要

不符合工程规格可能会导致严重而昂贵的后果。LK Metrology 的 CAMIO 软件是评估您的产品是否符合工程规格的一种复杂而强大的手段。该软件能够评估来自各种基准特征类型的基准参考框架 - 平面、圆柱体、平行平面以及模式中的若干组合。CAMIO 的公差库支持所有 14 种几何公差（Y14.5 1994 和 2009），在需要时，可根据基准参考框架而不是 PCS 轴进行正确评估。更改标准的能力使 CAMIO 成为一个全球性的解决方案。

来源：Metrology News计量新闻