Tolérances dans l'usinage CNC

Les tolérances d'usinage CNC font référence à la plage acceptable de paramètres dimensionnels et physiques, qui peuvent s'écarter de leur valeur prédéfinie. Il comprend principalement les dimensions physiques telles que la hauteur, la largeur, l'épaisseur, la profondeur et les angles, mais n'exclut pas les paramètres physiques tels que la température, la contrainte et l'humidité.

La tolérance est l'erreur tolérée lors de l'usinage des pièces avec CNC. Nous exprimons les tolérances dans la limite supérieure, qui fait référence à l'écart positif admissible.

Cet article sera couvrent les tolérances d'usinage typiques, plusieurs types de tolérances, les facteurs d'influence, les conseils de tolérance et la relation entre les tolérances et la finition de surface.

Tolérances d'usinage CNC

Il existe deux contextes de tolérancement dans l'usinage CNC, l'un avec la conception et l'autre avec les machines.

Tolérances de conception : Le niveau de précision admissible spécifié dans la conception de l'ordinateur.

Tolérances machines : Selon le type de machine CNC, elles ont également leur propre restriction et plage de précision réalisable lors de l'usinage. Généralement, les machines CNC sont capables de maintenir une tolérance de ± 0.0025 mm(Fan J, 2021)

Le tolérancement est crucial lorsque les pièces sont assemblées ultérieurement pour fabriquer un produit spécifique. L'utilisation des pièces dicte la précision des tolérances dans les projets d'usinage CNC. Les ingénieurs de conception ont fixé les tolérances en fonction des fonctions requises et de l'ajustement des pièces. Par exemple, les ustensiles de cuisine peuvent ne pas respecter les tolérances strictes des pièces de défense ou d'avion.

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Types de tolérances

Il existe principalement quatre types de tolérances utilisées dans les pièces de machines CNC. Examinons de plus près chacun d'eux.

1. Limiter les tolérances

Exemple de tolérance limite

Les tolérances limites sont la plage de valeurs bidimensionnelles, où la mesure des pièces usinées CNC doit tomber sous cette plage. Le nombre le plus élevé indique la dimension la plus autorisée et la valeur inférieure indique la dimension la plus faible autorisée.

Par exemple, si une pièce a une tolérance limite (largeur) de 0.82 à 0.90 mm, la largeur acceptable est comprise entre 0.82 et 0.90 mm. Cette partie est inacceptable si la largeur ne tombe pas sous la plage lors de la fabrication.

2. Tolérances unilatérales

Exemple de tolérances unilatérales

Les tolérances unilatérales dictent la plage de dimensions autorisées dans une seule direction, qui peut être négative ou positive. Par exemple, si une pièce a une tolérance de diamètre dans un trou de 3 mm + 0.007/ – 0.00, cela signifie que le diamètre peut aller de 3 à 3.007 mm seulement.

Il est utilisé dans les composants qui nécessitent des raccords plus tard. Par exemple, dans la fabrication des arbres, des tolérances unilatérales sont appliquées. Ici Si le diamètre de l'arbre est légèrement supérieur à la taille du trou, il ne s'adaptera pas, donc seule l'utilisation d'un tolérancement négatif permettra d'économiser du temps et du gaspillage de matériau.

3. Tolérances bilatérales

Contrairement aux tolérances unilatérales, les tolérances bilatérales permettent une erreur dans les côtés positifs et négatifs par rapport à la dimension de base de la même valeur. La valeur de base peut être légèrement supérieure ou inférieure à la valeur de la mesure autorisée.

Par exemple, la tolérance bilatérale de ± 0.005 mm oblige le fabricant à créer la pièce qui ne peut être que de 0.005 mm plus courte ou plus longue que la valeur indiquée.

4. Tolérances standards

Les tolérances standard sont les tolérances les plus courantes utilisées dans l'usinage CNC et d'autres méthodes de fabrication de métaux.

Il permet au produit de fonctionner largement. Les tolérances standard peuvent varier en fonction du type d'exigences. La norme la plus couramment utilisée est ISO 286-1:2010. Cependant, les tolérances varient en fonction de la qualité des machines CNC. Il est applicable pour créer des trous, des filetages, des tuyaux, des broches et d'autres fonctionnalités.

Tolérances standard

Les tolérances standard sont définies pour les dimensions angulaires et linéaires, les parties arrondies, les chanfreins et autres. Il existe quatre classes de tolérances standard fines, moyennes, grossières et très grossières.

Toutes les plages de tolérance pour chaque dimension sont basées sur les normes EN 20286, JIS B 0401, ISO 286, ISO 1829, ISO 2768, ANSI B4.1 et ANSI B4.2.

5. Dimensionnement géométrique et tolérancement (GD&T)

Plus que toute autre méthode de fabrication, l'usinage CNC utilise largement GD&T. GD&T assure d'autres caractéristiques des dimensions, telles que le positionnement, la planéité, la rondeur et la concentricité. Il définit toutes les dimensions physiques de la pièce destinée à l'usinage CNC.

Exemple de GD&T

Le système GD&T contient divers symboles qui définissent les propriétés géométriques de la pièce, telles que la ligne de référence, le modificateur et les tolérances. Il ne définit pas l'écart par rapport à la dimension de base mais dicte les tolérances dans les spécifications. L'utilisation de GD&T permet aux fabricants de produire une variété de fonctionnalités dans une plage de précision spécifique.

• Position vraie : La position réelle de toute entité est déterminée par l'emplacement de la ligne de référence (ligne de référence). Par exemple, une coordonnée (X, Y) peut décrire la position réelle d'un trou. Une ligne de référence est fixée au début du processus de tolérancement.
• Platitude: Le tolérancement de planéité est défini par les deux plans parallèles à l'intérieur de la surface de fraisage. C'est crucial pendant le fraisage car la contrainte de la force de serrage peut provoquer le gauchissement et affecter la planéité.
• Cylindricité: Les deux cylindres concentriques à l'intérieur desquels le trou usiné doit se trouver sont ce qui caractérise les cylindres.
• Concentricité: Le bossage circulaire ou lamage coaxial est assuré par concentricité. Par exemple, les roues d'une voiture sont toujours concentriques à l'essieu.
• Perpendicularité: La perpendicularité est mesurée par la déviation de la surface horizontale par rapport à la surface verticale adjacente dans une pièce usinée CNC. La perpendicularité aide également à réguler l'équerrage.

Il existe des critères supplémentaires en plus de ceux mentionnés ci-dessus, tels que l'angularité, la rectitude, le parallélisme et autres.

Facteurs à prendre en compte lors du choix des tolérances 

Lors de la sélection des tolérances pour votre projet d'usinage CNC, il y a beaucoup de choses à considérer. La précision et les autres exigences des pièces détermineront les tolérances requises.

Approfondissons quelques éléments clés influençant le choix des tolérances.

1. Type de matériel

Le type de matériau sélectionné pour l'usinage CNC affecte les tolérances réalisables. Différentes propriétés, telles que la dureté, la densité, l'abrasivité, la stabilité thermique et l'usinabilité, affectent la réactivité lorsque les outils appliquent une contrainte sur la pièce pendant l'usinage. Ces caractéristiques du matériau déterminent la difficulté d'usinage et la plage de tolérances pouvant être atteinte.

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2. Performances requises

Certains composants, tels que l'aménagement, l'aérospatiale et la défense, doivent être extrêmement précis.

Par conséquent, les tolérances dépendent également des exigences de la pièce particulière. Certains composants, tels que les ustensiles de cuisine, les cadres de fenêtre et les poignées de porte, peuvent ne pas nécessiter de tolérances strictes.

3. Coût

Si vous avez besoin de tolérances serrées, la machine CNC avancée, les paramètres ajustés et diverses configurations d'outils seront nécessaires. Ainsi, plus de temps sera consommé pour créer des pièces plus précises, ce qui entraînera le coût élevé du produit final.

Augmentation des coûts avec une tolérance serrée

Typiquement, les coûts de production augmentent lorsqu'il y a une tolérance de plus de 0.1 mm. Par conséquent, une tolérance plus stricte entraîne des coûts de production plus élevés.

4. Ressources disponibles pour l'inspection

Le choix des tolérances dépend également de la technologie ou des ressources disponibles pour l'inspection. Un équipement d'inspection plus avancé sera nécessaire pour vérifier les tolérances serrées (légère déviation). Lors de la définition de la tolérance, la méthode d'inspection doit être prise en compte pour créer les pièces qui se situent dans la plage prédéfinie.

Finition de surface et tolérances

Une rugosité de surface élevée a un impact sur les tolérances, ce qui affecte la précision recherchée. Vous devez corriger la rugosité avant de tolérer les caractéristiques de toutes les pièces. Il est préférable de définir au moins 63 µ de rugosité pour les surfaces planes ou perpendiculaires et 125 µ pour les courbes.

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Conseils de tolérancement pour les pièces d'usinage CNC

Le tolérancement est le processus de dimensionnement des pièces avec des erreurs tolérées. Avoir des idées sur les conseils de conception aide à minimiser l'erreur avec les tolérances. Discutons de quelques-uns des conseils de conception.

• Toutes les fonctionnalités présentes dans votre conception n'ont peut-être pas besoin d'être tolérées. Alors, définissez quelles fonctionnalités sont critiques et doivent être tolérées. Par exemple, le tolérancement pour un compagnon ou une interférence est plus essentiel que toute autre caractéristique.
• Évitez de maintenir des tolérances serrées dans les parties inutiles car il n'est pas nécessaire de le faire pour toutes les caractéristiques. Des tolérances inutiles augmentaient le temps et le coût d'usinage.
• Lors de la conception des pièces, tenez compte de la capacité de tolérance des machines CNC. Il peut arriver que vous conceviez parfois les pièces avec des tolérances serrées, et cela ne peut pas être réalisé avec la machine CNC disponible.
• Tenez compte du type de matériau que vous allez utiliser avec la machine. Le type de matériau influence également la plage des tolérances acceptables. Par exemple, il est difficile de maintenir des tolérances serrées avec des matériaux souples.

Comment obtenir des tolérances d'usinage CNC plus strictes  

1. Utilisez des outils de haute qualité : Le choix des bons outils pour le travail est crucial pour obtenir des tolérances serrées dans l'usinage CNC. Des outils de haute qualité avec des arêtes vives et une géométrie précise produiront des coupes plus nettes et réduiront le risque de déviation de l'outil.
2. Maintien correct de la pièce : La façon dont la pièce est maintenue pendant le processus d'usinage peut avoir un impact important sur la tolérance finale. Assurez-vous que la pièce est correctement serrée ou fixée afin qu'elle ne bouge pas pendant l'usinage.
3. Conditions de coupe optimales : Les bonnes conditions de coupe, telles que la vitesse et l'avance, peuvent aider à réduire les erreurs et à atteindre des tolérances plus strictes. Travaillez avec votre opérateur de machine CNC pour déterminer les meilleures conditions de coupe pour chaque travail.
4. Utilisez matériel bien entretenu: Maintenir votre machine CNC en bon état est essentiel pour atteindre des tolérances serrées. L'entretien et l'étalonnage réguliers de la machine peuvent aider à garantir qu'elle fonctionne au mieux.
5. Minimiser la déviation de l'outil : la déviation de l'outil peut entraîner des écarts importants dans la pièce finale, il est donc important de minimiser cela autant que possible. Cela peut être fait en réduisant les efforts de coupe, en utilisant des outils de haute qualité ou en ajustant la trajectoire de l'outil.
6. Contrôle de la température : Le maintien de la pièce et de l'outil à une température constante peut aider à réduire les erreurs et à améliorer la précision de la pièce finale. Ceci peut être réalisé en utilisant un liquide de refroidissement, en contrôlant l'environnement ou en réduisant le temps d'usinage.
7. Utilisez un logiciel de simulation : un logiciel de simulation peut aider à prédire le comportement du processus de coupe, vous permettant de faire des ajustements avant d'usiner réellement la pièce. Cela peut aider à identifier les problèmes potentiels et à améliorer la précision de la pièce finale.

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Conclusion

Les tolérances sont un facteur crucial dans tous les types d'usinage CNC. Il définit l'écart maximal admissible dans les dimensions et autres propriétés physiques. La sélection des tolérances dans tout projet d'usinage dépend de la capacité des machines, de la précision souhaitée et du type de matériau.

Une simple machine CNC peut atteindre les tolérances requises dans de nombreux cas, bien que des tolérances plus strictes nécessitent une configuration plus avancée des machines et des outils. Chez Prolean, nous avons équipement CNC multi-axes de pointe pour fournir la haute précision requise pour toutes les tolérances. De plus, nos experts du service de contrôle de la qualité surveillent de près chaque étape du processus et inspectent le produit fabriqué. Si vous allez nous envoyer la conception, nous vous recommandons fortement de spécifier toutes les tolérances. Nous livrerons les pièces exactes à votre porte en quelques jours.

FAQ's

Qu'entend-on par tolérances ?

L'écart maximal autorisé par rapport à la valeur de base de toute dimension ou propriété physique est appelé tolérance. Par exemple, en largeur 6 ± 0.05 mm, la valeur de base est de 6 mm, tandis que la tolérance est représentée par 0.05 mm. Il stipule que seules les valeurs comprises entre 5.95 et 6.05 mm sont autorisées.

Quels sont les types courants de tolérances ?

La fabrication utilise généralement cinq différents types de tolérances : limite, unilatérale, bilatérale, standard et dimensionnement et tolérance géométriques (GD&T). Cependant, GD&T est le plus couramment utilisé pour les projets d'usinage CNC.

Quelles variables influencent le choix des tolérances ?

Le choix des tolérances est influencé par diverses variables, notamment le type de matière première, les exigences d'utilisation finale, le coût et la disponibilité des ressources d'inspection..

Toutes les pièces ont-elles besoin de tolérances serrées ?

Toutes les pièces usinées CNC n'ont pas besoin d'avoir des tolérances exactes. Cela dépend de la nécessité et de la fonctionnalité du composant et des fonctionnalités spécifiques. Par exemple, un arbre nécessite des tolérances exceptionnellement serrées, mais pas une poignée de porte.