SIMETRIUM .COM h = R(1 − cos π/n)
系列 · 制图与 CAD
ZH|36 种语言
弦高公差
面片与真实曲面之间的最大距离,单位 mm。它给出的精度与零件大小无关。
角度公差
相邻面片之间的最大夹角,单位为度。能保住小圆角,但在大零件上留下粗糙的面片。
台面上是一个钢圆柱,以不同精度导出为 STL。面片数依次为 6、12、24、48、96。放大镜里是一条弦及其弦高 h:面片数每翻一倍,弦高几乎减小到四分之一,而文件大一倍。
量的档案 · 制图与 CAD · 增材制造

STL 逼近公差

h, mm · α, ° · h = R(1 − cos π/n) · ISO/ASTM 52900 · ISO/ASTM 52915

608 轴承的座体在 AutoCAD 中画了 Ø22 的孔,送去打印。轴承装不进去。卡尺在对边量得 21.67,在对角量得 22.00。模型里的孔是圆,到了 STL 里变成了 18 边形:按默认设置导出,把它分成了每段 20° 的面片。每条弦的弦高为 0.17 mm,折合到直径上为 0.33。

STL 格式不保存圆弧:其中任何曲面都是一组三角形。这种替代的精度由两个公差决定。弦高公差 h 限制面片偏离曲面的距离,以毫米计。角度公差 α 限制相邻面片之间的转角。圆周上的面片数取两项要求中较大者。二进制文件中每个三角形占 50 字节,所以精度要用文件大小来换。

记号h——弦高,chordal deviation,mm;α——面片间夹角,°
关系h = R(1 − cos π/n) ≈ π²R / 2n²; n = π / arccos(1 − h/R)
面片数n = max(按弦高的 n, 360°/α);面片加倍——h 缩小 4 倍
对边直径D · cos(π/n):18 个面片的 Ø22 孔——21.67
文件大小二进制 STL:84 + 50 · T 字节,T 为三角形数
在哪里3D 打印导出、切片软件、按网格的 CNC 加工、扫描及与 CAD 比对
去看导出与打印 AutoCAD 提示
01 · 定义

圆弧、弦以及两者之间的弦高

把半径为 R 的圆分成 n 条弦。每条弦都向内偏离圆弧,中点偏得最多。这个距离就是弦高:h = R(1 − cos π/n)。n 较大时它近似等于 π²R / 2n²。面片数加倍——弦高减小到四分之一。n 不变而半径加倍——弦高也加倍。

所以一个公差不够。以毫米计的弦高公差在齿轮和储罐上同样精确,但在 0.5 mm 的半径上只给出三四个面片。角度公差能保住小圆角的形状,但在大半径上会留下肉眼可见的面片。导出时两者都用,每段圆弧取两者中面片较多的一个。面片顶点位于曲面上,面片本身在凸曲面上位于内侧,在孔上位于外侧:STL 中的孔总是偏小,轴总是偏细。

R——圆弧半径 · n——圆周上的面片数 · h——弦高 · α——面片间夹角 · T——三角形数
互动 · 同一公差,不同半径

圆会得到多少个面片

每一行是一个半径,从圆角到储罐。条形为按弦高公差的面片数,对数刻度。右侧为该半径圆柱的三角形数。

弦高公差

互动 · 导出、放大镜、打印机与检验

五个零件,两个公差,两台打印机

主要操作是“开始导出”按钮。CAD 中的零件是光滑的:蓝色等参线就在真实曲面上。导出时三角形覆盖零件,计数器统计三角形数和文件大小。放大镜显示一条弦及其弦高。然后文件送往打印机:零件一层层长高,如果面片大于打印机的步距,就会留在零件表面上。最后一步是按零件的主要尺寸检验。在场景下方选择零件——轴承座套、球形把手、滚筒、灯罩或密封圈——以及导出公差和打印机。“光滑曲面”按钮把真实形状叠加在面片上。

左:面板——半径、公差、面片、三角形、文件、最大弦高右:STL 文件、弦高放大镜、由哪个公差决定
主要操作
拖动0.0 s
零件
打印机
导出公差
“默认”——只有角度 20°,没有弦高公差:粗略设置的导出就是这样。
圆周面片数
—
—
最大弦高
—
—
STL 文件
—
—
判定
—
—

—

圆周面片数与半径
按弦高公差和按角度,双对数坐标
曲线为弦高公差,n 随 √R 增长。水平线为角度公差。导出取两者中较高者。圆点为五个零件的主要半径。
文件大小
四种公差下的二进制 STL,对数刻度
柱条为所选零件从“默认”到 0.001 mm 的各档公差。h 每缩小十倍,三角形大约多十倍。
沿圆周的偏差
四分之一圈上面片与圆弧的对比,mm
拱形为每个面片的偏差,顶点处为零。红线为零件公差,琥珀色线为打印机步距:比它小的面片打印机复现不出来。
02 · 换算
半径,mm · 弦高公差,mm · 角度公差,°
圆周面片数

速算:n ≈ π · √(R / 2h)。R 10、h 0.01 时约 70 个面片,R 100 时约 220 个。打印用的弦高公差宜比打印机步距细二到四倍。

STL 不保存单位。文件中的数字 22,切片软件读作 22 mm,以英寸工作的程序读作 22 inch。弦高公差以图形单位给出,所以在以米为单位的图里,“0.01”就是一厘米。

面片数 n角度R 10 上的 hØ20 对边应用场合
03 · 数量级
从光学到街区模型的弦高公差,对数刻度

04 · 测量仪器
对边 21.67 · 对角 22.00
游标卡尺
卡爪落在两个相对的面片上或两个角上,直径取决于转角。两个读数之差是弦高的两倍,在 0.05 mm 时就已能看出。
测头 ⌀1 mm圆周上 200 个点
三坐标测量机
测头沿孔走数百个点,程序拟合出内切圆和外接圆。两者之差就是圆度偏差,对 STL 面片而言等于弦高。
偏差色谱图
3D 扫描仪
扫描仪把打印出的零件采成点云,程序将其与 CAD 对齐并为偏差着色。STL 面片在色谱图上显示为整齐的条带。
高光在每个面片处折断
斑马纹与高光
在光亮表面上,条纹的反射在面片棱边处折断,即使在卡尺什么也测不出的地方也是如此。灯罩、外壳和透镜就这样检查。
05 · 书写规则
正确
打印订单中写“导出 STL:弦高 0.01 mm,角度 5°”
文件单位注在旁边:“STL,mm”
配合孔——单独取更细的公差,或留铰孔余量
文件大于几兆字节时用二进制 STL
弦高公差比打印机步距细二到四倍
错误
“STL 和模型一样精确”——其中一段圆弧都没有
大零件只设角度公差
FDM 用 h 0.0001 mm——几百兆字节的文件,毫无用处
为 Ø22 轴承做的 STL 孔 Ø22,不做对边检验
交给外协的 STL 不注单位
系列 · 制图与 CAD
每页配套的案头提示
AutoCAD · 导出 STL
命令:
STL 公差ISO/ASTM 52900 · 52915
阶段
h
α
У
0.01
5°
SIMETRIUM · “制图与 CAD”系列92 个面片的 Ø22 孔——对边 21.99
06 · 相邻单位
07 · 历史部分
h电弧弦
矢高
计量学札记

弦高也就是弓形的矢高,石匠和木匠曾用它放样拱券:由弦长和矢高反求半径。公式 h = R(1 − cos π/n) 是几何,不是标准。STL 相关标准不规定公差:由导出的人根据打印机和零件用途来选。

逼近误差与打印误差叠加。若弦高为 0.17 mm,而打印机能保证 0.1,孔会小 0.3–0.5 mm。若弦高为 0.001 mm,它就淹没在打印误差里,文件却大了几百倍。合理的取值是:面片比机器能表现的略小一点。

内切:D·cos π/n
对边孔径
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基础 · 7 个单位

国际单位制的七个基本单位

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目录实验室:一杯紫甘蓝汁、一个燃烧器、冷板上的一杯水和一组齿轮
目录 · 所有量都在一页
目录入口处的实验室

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