Toleranties bij CNC-bewerkingen

CNC-bewerking toleranties verwijzen naar het aanvaardbare bereik van dimensionale en fysieke parameters, die kunnen afwijken van hun vooraf gedefinieerde waarde. Het omvat voornamelijk de fysieke afmetingen zoals hoogte, breedte, dikte, diepte en hoeken, maar sluit de fysieke parameters zoals temperatuur, spanning en vochtigheid niet uit.

Tolerantie is de toegestane fout tijdens het bewerken van de onderdelen met CNC. We drukken de toleranties uit in de bovengrens, die verwijst naar hoeveel positieve afwijking is toegestaan.

Dit artikel zal behandelen typische bewerkingstoleranties, verschillende soorten toleranties, beïnvloedende factoren, tolerantietips en de relatie tussen toleranties en oppervlakteafwerking.

CNC-bewerkingstoleranties

Er zijn twee contexten van tolerantie bij CNC-bewerking, een met het ontwerp en een andere met de machines.

Ontwerp toleranties: Het toegestane nauwkeurigheidsniveau gespecificeerd in het computerontwerp.

Machine toleranties: Afhankelijk van het type CNC-machine hebben ze ook hun eigen beperking en bereik van haalbare nauwkeurigheid tijdens het bewerken. Over het algemeen kunnen CNC-machines een tolerantie van ± 0.0025 mm aanhouden(Fan J, 2021)

Tolerantie is cruciaal wanneer onderdelen later worden geassembleerd om een ​​specifiek product te maken. Het gebruik van de onderdelen bepaalt hoe nauwkeurig toleranties moeten zijn in CNC-bewerkingsprojecten. Ontwerpingenieurs legden de toleranties vast op basis van de vereiste functies en montage van onderdelen. Keukengerei kan bijvoorbeeld niet de nauwe toleranties opleggen die defensie- of vliegtuigonderdelen wel hebben.

Zie ook: 

Relatie tussen metrologie en productie: alles wat u moet weten

Soorten toleranties

Er zijn voornamelijk vier soorten toleranties die worden gebruikt in CNC-machineonderdelen. Laten we ze eens nader bekijken.

1. Beperk toleranties

Voorbeeld van grenstolerantie

Grenstoleranties zijn het bereik van tweedimensionale waarden, waar de meting van CNC-bewerkte onderdelen onder dat bereik moet vallen. Het hogere getal geeft de meest toegestane dimensie aan en de lagere waarde geeft de laagst toegestane dimensie aan.

Als een onderdeel bijvoorbeeld een limiettolerantie (breedte) heeft van 0.82-0.90 mm, ligt de acceptabele breedte tussen 0.82 en 0.90 mm. Dat onderdeel is onaanvaardbaar als de breedte tijdens fabricage niet binnen het bereik valt.

2. Eenzijdige toleranties

Voorbeeld van eenzijdige toleranties

Unilaterale toleranties dicteren het bereik van toegestane afmetingen in slechts één richting, die negatief of positief kan zijn. Als een onderdeel bijvoorbeeld een diametertolerantie heeft in een gat van 3 mm + 0.007/ – 0.00, betekent dit dat de diameter alleen van 3 naar 3.007 mm kan gaan.

Het wordt gebruikt in componenten die later fittingen nodig hebben. Bij de vervaardiging van assen worden bijvoorbeeld eenzijdige toleranties toegepast. Hier Als de asdiameter iets groter is dan de gatgrootte, past deze niet, dus alleen het gebruik van negatieve toleranties bespaart tijd en materiaalverspilling.

3. Bilaterale toleranties

In tegenstelling tot unilaterale toleranties, staan ​​bilaterale toleranties fouten toe in zowel positieve als negatieve kanten met betrekking tot de basisafmeting met dezelfde waarde. De basiswaarde kan iets hoger of lager zijn dan de waarde van de toegestane meting.

De bilaterale tolerantie van ± 0.005 mm dicteert de fabrikant bijvoorbeeld om het onderdeel te maken dat slechts 0.005 mm korter of langer kan zijn dan de vermelde waarde.

4. Standaard toleranties

Standaardtoleranties zijn de meest voorkomende toleranties die worden gebruikt bij CNC-bewerkingen en andere metaalproductiemethoden.

Het zorgt ervoor dat het product breed kan functioneren. De standaard toleranties kunnen variëren afhankelijk van het soort vereisten. De meest gebruikte norm is ISO 286-1:2010. De toleranties variëren echter op basis van de kwaliteit van de CNC-machines. Het is van toepassing voor het maken van gaten, schroefdraden, pijpen, pennen en andere functies.

Standaard toleranties

De standaardtoleranties zijn gedefinieerd voor hoek- en lineaire afmetingen, afgeronde delen, afschuiningen en andere. Er zijn vier klassen van standaardtoleranties fijn, gemiddeld, grof en zeer grof.

Alle tolerantiebereiken voor elke dimensie zijn gebaseerd op de normen van EN 20286, JIS B 0401, ISO 286, ISO 1829, ISO 2768, ANSI B4.1 en ANSI B4.2.

5. Geometrische maatvoering & toleranties (GD&T)

Meer dan enige andere fabricagemethode maakt CNC-bewerking op grote schaal gebruik van GD&T. GD&T zorgt voor verdere kenmerken van de afmetingen, zoals positionering, vlakheid, rondheid en concentriciteit. Het definieert alle fysieke afmetingen van het onderdeel dat CNC-gefreesd wordt.

Voorbeeld van GD&T

Het GD&T-systeem bevat verschillende symbolen die de geometrische eigenschappen van het onderdeel definiëren, zoals nullijn, modificator en toleranties. Het definieert niet de afwijking van de basisafmeting, maar dicteert de toleranties in de specificaties. Het gebruik van GD&T maakt dit mogelijk Fabrikanten van CNC-bewerkingsmachines om een ​​verscheidenheid aan functies te produceren binnen een specifiek nauwkeurigheidsbereik.

• Ware positie: De ware positie van elk element wordt bepaald door de locatie van de datumlijn (referentielijn). Een coördinaat (X, Y) kan bijvoorbeeld de werkelijke positie van een gat beschrijven. Aan het begin van het tolerantieproces wordt een nullijn vastgelegd.
• Vlakheid: Tolerantie van vlakheid wordt bepaald door de twee evenwijdige vlakken binnen het freesoppervlak. Het is van cruciaal belang tijdens het frezen, omdat de spanning van de klemkracht kromtrekken kan veroorzaken en de vlakheid kan beïnvloeden.
• Cilindriciteit: De twee concentrische cilinders waarin het bewerkte gat moet liggen, kenmerken cilinders.
• Concentriciteit: De ronde nok of coaxiale tegenboring wordt verzekerd door concentriciteit. Zo zijn de wielen van een auto altijd concentrisch met de as.
• haaksheid: Loodrechtheid wordt gemeten door de afwijking van het horizontale oppervlak naar het aangrenzende verticale oppervlak binnen een CNC-gefreesd onderdeel. Loodrechtheid helpt ook bij het reguleren van Squareness.

Er zijn aanvullende criteria naast de hierboven genoemde, zoals hoekigheid, rechtheid, parallelliteit en andere.

Factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van toleranties 

Bij het selecteren van de toleranties voor uw CNC-bewerkingsproject zijn er veel dingen waarmee u rekening moet houden. De precisie en andere vereisten van de onderdelen bepalen de vereiste toleranties.

Laten we wat dieper ingaan op enkele sleutelelementen die de keuze van toleranties beïnvloeden.

1. Soort materiaal

Het type materiaal dat is geselecteerd voor CNC-bewerking heeft invloed op de haalbare toleranties. Verschillende eigenschappen, zoals hardheid, dichtheid, abrasiviteit, thermische stabiliteit en bewerkbaarheid, zijn van invloed op het reactievermogen wanneer gereedschappen tijdens het bewerken spanning op het werkstuk uitoefenen. Deze materiaaleigenschappen bepalen hoe moeilijk het is om te bewerken en het tolerantiebereik dat kan worden bereikt.

Meer informatie over de Bewerkbaarheid van materiaal en zijn relatie met CNC-bewerkingen

2. Vereiste prestaties

Sommige componenten, zoals montage, ruimtevaart en verdediging, moeten buitengewoon nauwkeurig zijn.

Daarom zijn toleranties ook afhankelijk van de vereisten van het specifieke onderdeel. Sommige componenten, zoals kookgerei, raamkozijnen en deurklinken, vereisen mogelijk geen nauwe toleranties.

3. Kosten

Als u krappe toleranties nodig heeft, zijn de geavanceerde CNC-machine, aangepaste instellingen en verschillende gereedschapsinstellingen vereist. Er zal dus meer tijd worden besteed aan het maken van nauwkeurigere onderdelen, wat resulteert in hoge kosten van het eindproduct.

Kosten stijgend met nauwe tolerantie

Doorgaans stijgen de productiekosten wanneer er een tolerantie is van meer dan 0.1 mm. Daarom resulteert een strakkere tolerantie in hogere productiekosten.

4. Beschikbare middelen voor inspectie

De selectie van toleranties hangt ook af van de beschikbare technologie of middelen voor inspectie. Er zal geavanceerdere inspectieapparatuur nodig zijn om de krappe toleranties (geringe afwijking) te controleren. Bij het definiëren van de tolerantie moet de inspectiemethode worden overwogen om de onderdelen te maken die binnen het vooraf gedefinieerde bereik vallen.

Oppervlakteafwerking en toleranties

Hoge oppervlakteruwheid beïnvloedt toleranties, wat de beoogde precisie beïnvloedt. U moet de ruwheid corrigeren voordat u de kenmerken in onderdelen tolereert. Het is het beste om minimaal 63 µ in ruwheid in te stellen voor vlakke of loodrechte oppervlakken en 125 µ in voor gebogen oppervlakken.

Zie ook:

• Oppervlakteruwheid: alles wat u moet weten
• CNC-precisiebewerking uitgelegd: voordelen en praktisch gebruik

Tolerantietips voor CNC-bewerkingsonderdelen

Tolerantie is het proces van dimensionering van de onderdelen met toegestane fouten. Het hebben van ideeën over ontwerptips helpt de fout met toleranties te minimaliseren. Laten we enkele ontwerptips bespreken.

• Alle functies die in uw ontwerp aanwezig zijn, hoeven mogelijk niet tolerant te zijn. Definieer dus welke functies kritiek zijn en moeten worden getolereerd. Tolerantie voor een partner of interferentie is bijvoorbeeld belangrijker dan alle andere kenmerken.
• Vermijd het handhaven van krappe toleranties in onnodige delen, aangezien dit niet voor alle functies nodig is. Onnodige toleranties verhoogden de tijd en bewerkingskosten.
• Houd bij het ontwerpen van de onderdelen rekening met het tolerantievermogen van CNC-machines. Het kan gebeuren dat u de onderdelen soms ontwerpt met nauwe toleranties, en dat kan niet worden bereikt met de beschikbare CNC-machine.
• Denk na over het soort materiaal dat u naar de machine gaat. Het type materiaal heeft ook invloed op het bereik van aanvaardbare toleranties. Het is bijvoorbeeld moeilijk om nauwe toleranties aan te houden met zachte materialen.

Hoe strakkere toleranties voor CNC-bewerkingen te bereiken  

1. Gebruik hoogwaardige gereedschappen: Het kiezen van de juiste gereedschappen voor de taak is cruciaal voor het bereiken van nauwe toleranties bij CNC-bewerkingen. Hoogwaardige gereedschappen met scherpe randen en nauwkeurige geometrie zorgen voor schonere sneden en verminderen het risico op doorbuiging van het gereedschap.
2. Juiste werkstukopspanning: De manier waarop het werkstuk wordt vastgehouden tijdens het bewerkingsproces kan een grote invloed hebben op de uiteindelijke tolerantie. Zorg ervoor dat het werkstuk goed is vastgeklemd of vastgezet zodat het niet beweegt tijdens de bewerking.
3. Optimale snijcondities: De juiste snijcondities, zoals snelheid en voedingssnelheid, kunnen helpen fouten te verminderen en nauwere toleranties te bereiken. Werk samen met uw CNC-machinebediener om de beste snijomstandigheden voor elke taak te bepalen.
4. Gebruik goed onderhouden apparatuur: Het in goede staat houden van uw CNC-machine is essentieel voor het behalen van krappe toleranties. Regelmatig onderhoud en kalibratie van de machine kan ervoor zorgen dat deze optimaal presteert.
5. Minimaliseer de doorbuiging van het gereedschap: De doorbuiging van het gereedschap kan aanzienlijke afwijkingen in het uiteindelijke werkstuk veroorzaken, dus het is belangrijk om dit zo veel mogelijk te minimaliseren. Dit kan door snijkrachten te verminderen, hoogwaardige gereedschappen te gebruiken of door het gereedschapspad aan te passen.
6. Temperatuurregeling: Door het werkstuk en gereedschap op een constante temperatuur te houden, kunnen fouten worden verminderd en kan de nauwkeurigheid van het uiteindelijke onderdeel worden verbeterd. Dit kan worden bereikt door koelmiddel te gebruiken, de omgeving te beheersen of door de bewerkingstijd te verkorten.
7. Gebruik simulatiesoftware: Simulatiesoftware kan helpen het gedrag van het snijproces te voorspellen, zodat u aanpassingen kunt maken voordat u het onderdeel daadwerkelijk bewerkt. Dit kan helpen bij het identificeren van mogelijke problemen en het verbeteren van de nauwkeurigheid van het laatste onderdeel.

Meer informatie:

• Hoe ruwheid op een CNC-freesmachine te voorkomen
• Micro-CNC-bewerking: processen, typen en voordelen

Conclusie

Toleranties zijn een cruciale factor bij alle soorten CNC-bewerkingen. Het definieert de maximaal toegestane afwijking in afmetingen en andere fysieke eigenschappen. De selectie van toleranties in elk bewerkingsproject hangt af van de capaciteit van de machines, de gewenste nauwkeurigheid en het type materiaal.

Een eenvoudige CNC-machine kan in veel gevallen de vereiste toleranties bereiken, hoewel strakkere toleranties meer geavanceerde machine- en gereedschapsconfiguratie vereisen. Bij Prolean hebben we dat geavanceerde meerassige CNC-apparatuur om de hoge nauwkeurigheid te leveren die vereist is voor alle toleranties. Bovendien volgen onze experts van de afdeling kwaliteitscontrole nauwlettend elke stap van het proces op en inspecteren ze het vervaardigde product. Als u ons het ontwerp gaat sturen, raden we u ten zeerste aan om alle toleranties op te geven. Wij leveren de juiste onderdelen binnen enkele dagen bij u aan de deur.

FAQ's

Wat wordt bedoeld met toleranties?

De maximaal toegestane afwijking van de basiswaarde van een dimensie of fysieke eigenschap wordt tolerantie genoemd. Bij breedte 6 ± 0.05 mm is de basiswaarde bijvoorbeeld 6 mm, terwijl de tolerantie wordt weergegeven door 0.05 mm. Daarin staat dat alleen waarden tussen 5.95 en 6.05 mm zijn toegestaan.

Wat zijn de gebruikelijke soorten toleranties?

Productie maakt doorgaans gebruik van vijf verschillende soorten toleranties: limiet, unilateraal, bilateraal, standaard en geometrische dimensionering en tolerantie (GD&T). GD&T wordt echter het meest gebruikt voor CNC-bewerkingsprojecten.

Welke variabelen beïnvloeden de keuze van toleranties?

De keuze van toleranties wordt beïnvloed door verschillende variabelen, waaronder het type grondstof, vereisten voor eindgebruik, kosten en de beschikbaarheid van inspectiemiddelen.

Hebben alle onderdelen nauwe toleranties nodig?

Alle CNC-bewerkte onderdelen hoeven geen exacte toleranties te hebben. Het hangt af van de noodzaak en functionaliteit van de specifieke component en functies. Zo vereist een as bijzonder nauwe toleranties, maar een deurkruk niet.