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Introduction to Geometric Tolerancing and Form ControlsASME Y14.5 2009

– Geometric Tolerancing Overview– Form Controls Applied to Features (Surfaces)

Geometric Tolerancing• Is Primarily based on Function*• Created from the need for mass‐produced interchangeable parts (Vs the old “File to Fit” Method)

• Provides more precise interpretations of drawings• Provides a common symbol/numeric system for international interpretation*

• Allows for looser Dimensional/Size Tolerances• Can Indicate

• How parts Fit/Function in the Assembly• Inspection Methods• How to set up part in Machine

• Geometric tolerances don’t need to be used for every feature of a part• Applied to features with important Fits/Functions*• Don’t Overuse, Underuse, or Use Incorrectly

GD&T Relationships: Design, Production/Fabrication and 

Measurement/Inspection = Function

Geometric Tolerances

Control:*•Form•Orientation•Location

Weaknesses of Dimensional Tolerancing

• Dimensional Tolerances only Control Size*

• No Common References*• Don’t Control Form or Orientation*

• Not the best way to control Location*

Weaknesses of Dimensional Tolerancing

• No Common References*• Don’t Control Form or Orientation*

• Are Not the best way to Control Location*

Geometric Tolerance Controls

• Have Common References*

• Control Form and Orientation*

• Are the Best way to Control Location*

Geometric Control Zones• Create 2D or 3D Tolerance Zones*

• As Opposed Dimensional Tolerancing Size Ranges (+/‐, Etc)• The Tolerance value represents the width or diameter(s) of the tolerance zone

Geometric Tolerancing

• 14 Controls in Five Categories• Form

• Straightness• Flatness• Circularity• Cylindricity

• Orientation• Angularity• Parallelism• Perpendicularity

• Location• True Position• Concentricity• Symmetry

• Profile**• Profile of a Line• Profile of a Surface

• Runout**• Circular Runout• Total Runout

** Profile and Runout are Used to Control

•Form•Orientation•Location

Feature Control Frames• Used to specify geometric tolerances• A feature control frame consists of a rectangular frame divided into two or more compartments

• The first compartment (starting from the left) contains the geometric Control Symbol*

• The second compartment contains the tolerance value, the diameter of the tolerance Zone (if cylindrical) and can contain Material Condition Modifiers*

• Compartment(s) to the Right contain referenced datums (when used)

Simple Complex

Form Controls

Form Tolerances• Form tolerances control:

• Straightness *• Flatness *• Circularity • Cylindricity

• The tolerance zones can be Two or Three Dimensional• * Straightness and Flatness can be applied to a Feature or to a Feature of Size (FOS).  (Straightness DML and Flatnes DMP)

• Circularity and Cylindricity are applied to Features Only• Form Controls do not reference Datums

Inspection Methods for Features• There are many Inspection Methods   • Two Common Types are with a Dial Indicator or Coordinate Measurement Machine (CMM)*

• Feature Size is Inspected First (Must be Between MMC & LMC)

Dial Indicator Setup

Inspection Methods for Features

CMMDial Indicator

Straightness Applied to a Feature (Surface)

• The Tolerance Zone is Two Dimensional• The Control can be applied to Either Cylindrical or Rectangular Features

• Only applies to surface elements• The symbol is a straight line

Straightness Applied to a Feature• Straightness is a condition in which the Line Elements of a surface are in a straight line

• The control frame is attached to the Feature with a  Leader

Straightness Controlling Surface Elements• The Tolerance Zone is two parallel lines*

• The distance between them is the tolerance value stated in the Feature Control Frame

• Often inspected with a Dial Indicator• Each inspection is independent 

• One for each line element• The Indicator is reset between each inspection

• The Full Indicator Movement (FIM)* must not be greater than the tolerance value

Applied to a Cylinder

Applied to a Rectangular

Feature

Straightness Controlling Surface Elements• Surface Elements Control:

• Concavity• Convexity• Irregularity

Straightness Controlling Surface Elements

Surface Elements Do Not Control Bending of the Center Axis or Centerplane

Just the surface elements (skin)

Flatness Applied to a Feature (Surface) 

Flatness • Flatness is the 3‐D Version of Straightness:

• Applied to Rectangular Features• The Tolerance Zone is Two Parallel Planes*• The distance between the planes is the specified tolerance in the Feature Control Frame

• The entire surface is inspected (not independent checks)

Flatness• Common Inspection Method

• Flatness Controls in All Directions• Straightness Controls One Direction

Circularity 

Circularity• The Tolerance Zone is two Concentric Circles

• The distance between them is the tolerance value stated in the Feature Control Frame

• Often inspected with a Dial Indicator• Each inspection is independent 

• One for reach Circular Line Element or Section

• The Indicator is reset between each inspection

• The Full Indicator Movement (FIM) must not be greater than the tolerance value

Used for O‐Ring Seals, Bearings, Rotating Surfaces, Etc.

Circularity• Controls “Roundness” of Individual Sections

Cylindricity 

Cylindricity• Cylindricity is the 3‐D Version of Circularity:

• The Tolerance Zone is Two Concentric Cylinders

• The distance between the Cylinders is the specified tolerance in the Feature Control Frame

• The entire surface is inspected (not independent checks)*

• Cylindricity can control circularity, surface straightness and taper