TechDraw Form- und Lagetolerierung

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Konzept

Der Hauptzweck einer technischen Zeichnung besteht darin, dass andere verstehen, was der Konstrukteur mit welchen Toleranzen entworfen hat UND wie der Entwurf zu fertigen ist. Da die meisten Teile zu Baugruppen passen müssen, sind auch die geometrischen Beziehungen zu anderen Teilen wichtig. Um dies zu erreichen, wurde das System der Form- und Lagetoleranz (GD&T engl. Geometric Dimensioning and Tolerancing) entwickelt.

Nimm zum Beispiel dieses Teil:

In der Anwendung soll eine Achse durch die zwei Löcher des Bauteils gelegt werden. Das heißt, dass wir die folgenden Dinge festlegen müssen:

  • Den Durchmesser der Löcher und ihre Lage.
  • Dass die Löcher entlang einer bestimmten Achse verlaufen, die nicht senkrecht auf der XZ-Basisebene steht.
  • Dass das Achsenbauteil eine bestimmte Geradheit aufweisen muss.

Die Geradheit ist wichtig, da eine gebogene Achse nicht durch die Löcher passen würde. Die Ausrichtung des Lochs ist wichtig, da das Bohren der Löcher an der vorgesehenen Stelle ohne Berücksichtigung der Achse zu Bohrungen führen würde, durch die die Achse nicht passt. Es reicht also nicht nur den Durchmesser und die Position festzulegen. Der erste Punkt entspricht der "klassischen" Bemaßung, während es sich bei den beiden anderen um geometrische Informationen handelt; damit kommt die Form- und Lagetolerierung ins Spiel. Das Beispiel zeigt auch deutlich, dass Form- und Lagetoleranzen entscheidend dazu beitragen, dass sich Einzelteile gut zu Baugruppen zusammenfügen lassen.

If you are not familiar with the concept of GD&T, we highly recommend to learn about it now. For example a quick introduction is given in this video. For more like the concept of the "maximum material condition", have a look at this video. For details to all sorts of GD&T features, look around in the Internet. For example this YouTube channel provides some good explanations.

Form- und Lagetolerierung wird in den Normen ISO 1101 und ASME Y14.5 festgelegt.

TechDraws Möglichkeiten zur Einhaltung der gängigen Normen zur Form- und Lagetolerierung sind begrenzt (soweit es FreeCAD 0.20 betrifft), aber es lässt sich schon viel erreichen. Diese Wiki-Seite erklärt, was implementiert ist und welche Tricks für nicht implementierte Funktionen angewendet werden können. Hinweis: Diese Wiki-Seite dient nicht zur Erklärung der Form- und Lagetolerierung!

Bemaßung

TechDraw enthält mehrere Werkzeuge zum Erstellen unterschiedlicher Maße. Bitte bei den unterschiedlichen Maßen nachsehen, wie sie erstellt und bearbeitet werden.

Formatierung

Die Standardschrift für neue Maßeinträge wird in den Einstellungen unter Anmerkungsschriftart festgelegt. Die Standardschrifthöhe wird in den Einstellungen unter Anmerkungsschrifthöhe festgelegt.
Hinweis: Es wird empfohlen eine Schriftart zu verwenden, die ein Minus-Zeichen enthält, das genau so breit ist, wie das Plus-Zeichen, da so sichergestellt wird, dass Toleranzen, wie in den Normen für Form- und Lagetolerierung vorgegeben, dargestellt werden. So eine Schrift, die Bestandteil aller FreeCAD-Installationen ist, ist z.B. osifont.

The default format for new dimension numbers depends on the preferences options Use Global Decimals and Alternate Decimals. This specifies the number of decimals, but in every case the dimension is a floating point number. For example if the setting is to have 2 decimals, the used format specifier is "%.2f" (floating point number with 2 decimals).

The number format can be changed:

  1. Either double-click on the dimension in the drawing or onto the dimension object in the model tree
  2. In the appearing dimension dialog the field Format Specifier contains the format specifier, so change it to what you need

The syntax of the format specifier is explained here. You can also use this online tool to see what formatting specifier will format numbers.

Examples:

  • You use 2 decimals but for an angle you want to have only one decimal use the format specifier %.1f.
  • You use 2 decimals but don't like that trailing zeroes are printed (you prefer 4 instead of 4.00). Then use this format specifier: %g. The 'g' will use the shortest possible output and thus it omits trailing zeroes. Moreover it will automatically switch to scientific notation if necessary.

With the property DatenInverted you can make length dimensions negative and flip angles from the range 0 - 180° to the the reflex range 180° - 360°.

Wird die Option Theoretisch genau im Dialog Maßeintrag aktiviert, wird das Maß mit einem rechteckigen Rahmen umgeben, um es als theoretisch genau zu kennzeichnen.

You can use your own text instead of a formatted number by setting the option Arbitrary Text in the dimension dialog. Then the content of the field Format Specifier will be printed as dimension.

With the properties DatenX and DatenY you can change the horizontal and vertical position of the dimension text relative to the view. Alternatively you can change the position by dragging the dimension number or text.

Toleranzen

Erstellen

  1. Ein Maß in der Zeichnung eintragen.
  2. Entweder das Maß in der Zeichnung oder das Dimension-Objekt in der Baumansicht doppelklicken.
  3. In dem geöffneten Dialog Maßeintrag wird unter Oberes Abmaß der Wert angegeben, um den eine Abmessung das (Nenn-) Maß überschreiten darf.
    Dies ergibt eine symmetrische Toleranz, wie diese:
  4. Für unterschiedliche Abmaße wird unter Unteres Abmaß der Wert angegeben, um den eine Abmessung das (Nenn-) Maß unterschreiten darf und die Option "Symmetrische Toleranz" wird deaktiviert.
    Dies ergibt eine Toleranz mit unterschiedlichen Abmaßen, wie diese:

Entfernen

Um eine Toleranzangabe zu entfernen, werden sowohl "Oberes Abmaß" als auch "Unteres Abmaß" auf Null gesetzt

Formatierung

The default font for new tolerances is the same than for dimensions. The default font size is specified by the preferences setting Tolerance Text Scale. This scale is a factor of the font size used for the dimension.

The default number format for new tolerances is by default the same format than for the dimension. It can be changed in the dimension dialog.

You can also use your own text instead of a formatted number by checking the option Arbitrary Tolerance Text in the dimension dialog. Then the content of Tolerance Format Specifier will be used as tolerance text.

Geometrische Tolerierung

Tolerances are created by using the Balloon feature of TechDraw. Since for most features a frame is required, it is helpful to change in the TechDraw preferences the Balloon Shape to Rectangle.

Toleranzindikator

Example of a toleranced rod. (The run-out already defines the straightness, it is only there as example.)

The tolerance indicator of GD&T is a frame, also called "feature control frame". It can be created by using the Balloon feature of TechDraw:

  • after adding a Balloon and if its shape is not already a frame, double-click on it in the model tree and set in the appearing dialog the Shape to Rectangle.
  • add the corresponding Unicode character for the feature you need to the Balloon Text. (You can copy them from the reference tables below.)
  • by adding the character '|' to the Text, you start a new indicator field.

There is no rule that defines if or how the tolerance indicator must have a leader line or not, so you can either:

  • set the property Line Visible to False in the balloon dialog.
  • set End Symbol to Filled Arrow or Dot.

The example at the right side shows the two possible tolerance indicator layouts.

Bezüge

Datums in the GD&T sense of the meaning are surfaces your tolerance is relative to. They are created as Balloon:

  • after adding a Balloon, set End Symbol to Filled Triangle in the balloon dialog.
  • if the bubble shape is not already a frame, set Bubble Shape to Rectangle.
  • drag the bubble with the mouse so that the triangle points away from the datum surface.
  • since it is common to have a straight line for datums unless the datum surface is not perpendicular to X or Y, assure that either the properties DatenX and DatenOrigin X or DatenY and DatenOrigin Y are equal to get a straight Balloon line.
Example of a datum in a drawing

Symbolreferenz

To insert GD&T symbols TechDraw provides the Customize format label feature.

As reference, here are lists of characters to be used for geometric tolerancing:

Geometric tolerancing reference chart (according to table 2 in ISO 1101-2017)
Type of control Geometric characteristics Symbol Unicode character Datum necessary Notes
Form Straightness
U+23E4
no
Form Flatness
U+23E5
no
Form Roundness
U+25CB
no
In older norms also called circularity.
Form Cylindricity
U+232D
no
Form / Orientation / Location Line profile
U+2312
yes
No datum necessary when used for form purpose
Form / Orientation / Location Surface profile
U+2313
yes
No datum necessary when used for form purpose
Orientation Parallelism
U+2225
yes
Orientation Perpendicularity
U+27C2
yes
Orientation Angularity
U+2220
yes
Location Position
U+2316
yes
No datum necessary when working with norm ISO 5458.
Location Concentricity / Coaxiality
U+25CE
yes
Named concentricity when used for center points and coaxiality when used for median lines. In the norm ASME Y14.5 it was eliminated since the version from 2018.
Location Symmetry
U+232F
yes
In the norm ASME Y14.5 from 2018, the symmetry was eliminated.
Run-out Circular run-out
U+2197
yes
Run-out Total run-out
U+2330
yes
Symbols used in the feature control frame to specify a feature's description, tolerance, modifier and datum references
Symbol Unicode character Modifier Notes
U+24BB
Free state Applies only when part is otherwise restrained
U+24C1
Least material condition (LMC) Useful to maintain minimum wall thickness
U+24C2
Maximum material condition (MMC) Provides bonus tolerance only for a feature of size
U+24C5
Projected tolerance zone Useful on threaded holes for long studs
U+24C8
Regardless of feature size (RFS) Not part of the 1994 version. See para. A5, bullet 3. Also para. D3. Also, Figure 3-8.
U+24C9
Tangent plane Useful for interfaces where form is not required
Continuous feature Identifies a group of features that should be treated geometrically as a single feature
Statistical tolerance Appears in the 1994 version of the standard, assumes appropriate statistical process control.
U+24CA
Unequal bilateral Added in the 2009 version of the standard, and refers to unequal profile distribution. Number after this symbol indicates tolerance in the "plus material" direction.