BLOG » Przewodnik po tolerancjach obróbki CNC

Przewodnik po tolerancjach obróbki CNC

W obróbce CNC tolerancje odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu, że części spełniają wymagania funkcjonalne i montażowe. Tolerancja definiuje dopuszczalną zmienność wymiarów, wpływając na dokładność i wydajność końcowego komponentu. Zrozumienie tolerancji jest niezbędne dla inżynierów, projektantów i producentów do optymalizacji produkcji przy jednoczesnym zachowaniu opłacalności.

Czym są Tolerancje w Obróbce CNC?

Tolerancje określają dopuszczalne odchylenie od nominalnego wymiaru, zapewniając, że część mieści się w wymaganych ograniczeniach mechanicznych i funkcjonalnych. Te odchylenia są zazwyczaj mierzone w mikronach (µm) lub milimetrach (mm) i zależą od czynników takich jak właściwości materiału, procesy obróbcze i wymagania projektowe. Te specyfikacje są kluczowe w rysunkach technicznych, gdzie inżynierowie wskazują dopuszczalne wymiary za pomocą standardowej notacji. Ustalając precyzyjne tolerancje, producenci mogą zrównoważyć koszty, efektywność materiałową i wydajność, zapewniając, że części obrabiane CNC spełniają standardy branżowe i wymagania funkcjonalne.

Jak wyjaśniono, tolerancje są używane do kontrolowania, o ile wyprodukowana część może odbiegać od swoich nominalnych wymiarów bez wpływu na funkcjonalność. Te tolerancje są kluczowe dla zapewnienia wymienności, dopasowania, funkcji i możliwości produkcji.

Oto główne typy tolerancji powszechnie stosowane w projektowaniu części:

1. Tolerancje Wymiarowe

dotyczą rozmiaru cech takich jak długości, średnice, grubości, itp.

Tolerancje liniowe: np. 50 ± 0,1 mm
Tolerancje kątowe: np. 90° ± 0,5°
Często definiowane przy użyciu ISO 2768-1 dla ogólnych tolerancji, gdy nie są wyraźnie określone.

2. Tolerancje Geometryczne (GD&T)

Zdefiniowane przez BS 8888 (brytyjski standard zgodny z ISO 1101)
Kontrolują kształt, orientację i położenie cech poza samym rozmiarem.

Główne typy:

Tolerancje kształtu
- Wyprostowanie
- Płaskość
- Okrągłość
- Cylindryczność

Tolerancje orientacji
- Prostopadłość
- Równoległość
- Kątowość

Tolerancje położenia
- Pozycja
- Współosiowość
- Symetria

Tolerancje bicia
- Bicie okrągłe
- Całkowite bicie

Każda ma określony symbol używany w ramce kontroli cech na rysunku technicznym.

3. Tolerancje Tekstury Powierzchni

Określają chropowatość lub wykończenie powierzchni części.
Wskazywane za pomocą symboli takich jak Ra (średnia chropowatość).
Regulowane przez BS EN ISO 1302.

4. Tolerancje Pasowań i Ograniczeń (System Otwór/Wał)

Określa, jak ciasno lub luźno dwie współpracujące części pasują do siebie.
Regulowane przez BS EN ISO 286 (wcześniej BS 4500).
Używa klas tolerancji (IT01–IT16) i kodów literowych dla otworów (H, G, itp.) i wałów (h, g, itp.)
- Np. H7/g6 = pasowanie ślizgowe

Rodzaje pasowań:

Dopasowanie prześwitu
Pasowanie przejściowe
Pasowanie wciskowe

5. Tolerancje Położenia i Oparte na Odniesieniach

Kontrolują, gdzie cechy muszą być zlokalizowane w stosunku do siebie lub do odniesienia.
Często używane z GD&T.

Tabela Podsumowująca

Typ	Kontrolowana Cech	Przykład / Standard
Wymiarowa	Rozmiar (długość, średnica)	ISO 2768-1, BS 8888
Geometryczna (GD&T)	Kształt, położenie	ISO 1101, BS 8888
Tekstura Powierzchni	Wykończenie, chropowatość	ISO 1302
Ograniczenia i Pasowania	Części współpracujące	ISO 286, BS EN ISO 286
Położeniowa	Lokalizacja względna	Ramka kontroli cech GD&T

Kluczowa Terminologia w Tolerancjach Rozmiaru

Nieporozumienia dotyczące terminów związanych z tolerancjami mogą prowadzić do błędów projektowych. Aby zapewnić dokładność, przedstawimy poniżej definicje oparte na międzynarodowych standardach:

Termin	Definicja
Geometria Rozmiaru	Kształt geometryczny określony przez pomiary długości lub kąta.
Rozmiar Nominalny	Teoretycznie doskonały wymiar pokazany na rysunku.
Granice Tolerancji	Maksymalny i minimalny dopuszczalny rozmiar cechy.
Górna Granica	Największy dopuszczalny rozmiar.
Dolna Granica	Najmniejszy dopuszczalny rozmiar.
Wartość Tolerancji	Różnica między górną a dolną granicą.
Odchylenie Górne	Odchylenie od rozmiaru nominalnego do górnej granicy.
Odchylenie Dolne	Odchylenie od rozmiaru nominalnego do dolnej granicy.
Klasa Tolerancji	Połączenie podstawowych tolerancji i podstawowych klas rozmiarów.

Dlaczego Zrozumienie Tolerancji Jest Ważne

Wybór odpowiedniej tolerancji jest kluczowy dla zrównoważenia precyzji, możliwości produkcji i kosztów. Zbyt ciasne tolerancje mogą zwiększyć złożoność obróbki i koszty, podczas gdy zbyt luźne tolerancje mogą prowadzić do problemów z montażem. Przestrzegając standardów branżowych i poprawnie definiując tolerancje, inżynierowie mogą poprawić wydajność produkcji i zapewnić kompatybilność części.

Tolerancje ogólne: Standard dla zmienności wymiarowej

Gdy wymiar jest określony z tolerancją ±0,1, producenci zwracają szczególną uwagę na zmienność. Ale co się dzieje, gdy wymiar jest podany bez tolerancji? Jak określamy akceptowalny zakres zmienności?

Odpowiedź leży w tolerancjach ogólnych, znanych również jako tolerancje standardowe lub zwykłe dopuszczalne odchylenia w projektowaniu i produkcji. Są to zdefiniowane wcześniej tolerancje, które mają zastosowanie, gdy nie są określone tolerancje wyraźne, pomagając utrzymać rysunki techniczne czyste i przejrzyste.

Zrozumienie tolerancji ogólnych

Jeśli wymiar jest pokazany bez tolerancji, standardowa praktyka zakłada równy zakres tolerancji po obu stronach plus i minus, skupiony wokół wymiaru nominalnego. Oznacza to, że niezależnie od tego, czy część jest wyprodukowana nieco większa czy mniejsza, dopóki mieści się w dozwolonym zakresie, jest akceptowalna.

Konkretne wartości tolerancji ogólnych różnią się w zależności od metody produkcji. Poniżej skupiamy się na powszechnych tolerancjach ogólnych dla procesów obróbki, opartych na standardach.

Tabela 5-2 Tolerancje ogólne dla wymiarów długości z wyłączeniem fazowania (JIS B 0405-1991 ~ W przypadku cięcia)

Klasa tolerancji	Klasyfikacja standardowych wymiarów	0,5 do 3	Powyżej 3 ≤ 6	Powyżej 6 ≤ 30	Powyżej 30 ≤ 120	Powyżej 120 < 400	Powyżej 400 < 1000	Powyżej 1000 < 2000	Powyżej 2000 < 4000
Tolerancja	Klasa dokładna	±0,05	±0,05	±0,1	±0,15	±0,2	±0,3	±0,5	–
	Średnia	±0,1	±0,1	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2	±2
	Klasa zgrubna	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2	±2	±3	±4
	Bardzo gruboziarniste	–	±0,5	±1	±1,5	±2,5	±4	±6	±8

Tabela 5-3 Tolerancja ogólna długości fazowania (JIS B 0405-1991 ~ Dla cięcia)

Klasa Tolerancji	Klasyfikacja standardowych wymiarów
Wyjaśnienie	0,5 lub więcej 3 lub mniej	Powyżej 3 6 lub mniej	Powyżej 6
Wyjaśnienie	Tolerancja
Klasa dokładna	±0,2	±0,5	±1
Średnia	±0,2	±0,5	±1
Gruba klasa	±0,4	±1	±2

Tabela 5-4 Tolerancje ogólne dla wymiarów kątowych (JIS B 0405-1991 – dla cięcia)

Klasa Tolerancji	Długość krótszego boku kąta w pytaniu
wyjaśnienie	10 lub mniej	Powyżej 10	Powyżej 50	Powyżej 120	Powyżej 400
		Poniżej 50	Poniżej 120	Poniżej 400
	Tolerancja
Klasa dokładna	±1°	±30′	±20′	±10′	±5′
Średnia
Klasa zgrubna	±1°30′	±1°	±30′	±15′	±10′
Bardzo gruboziarniste	±3°	±2°	±1°	±30′	±20′

Klasy tolerancji obróbki

Tolerancje ogólne dla obróbki są klasyfikowane na cztery klasy:

Klasa dokładna (f) – Wysoka precyzja
Klasa średnia (m) – Standardowa precyzja
Klasa zgrubna (c) – Niższa precyzja
Klasa bardzo zgrubna (v) – Zgrubna obróbka

Jak poprawnie określać tolerancje wymiarowe

W przypadkach, gdy tolerancje ogólne są niewystarczające, należy określić ciaśniejsze tolerancje, aby spełnić wymagania funkcjonalne i montażowe. Jednakże, niepotrzebnie ścisłe tolerancje zwiększają koszty obróbki wykładniczo, ponieważ mniej producentów jest w stanie osiągnąć ekstremalną precyzję.

1. Jak wskazywać tolerancje rozmiaru

Dla tolerancji rozmiaru, dopuszczalne odchylenie jest zapisywane obok wymiaru nominalnego. Jeśli górne i dolne odchylenia nie są symetryczne, są zapisywane ułożone jedno nad drugim względem wartości nominalnej.

Tolerancja rozmiaru nie musi być równomiernie rozłożona wokół wymiaru nominalnego. Możliwe jest przesunięcie tolerancji w stronę dodatnią lub ujemną (powszechnie nazywane tolerancją jednostronną w ustawieniach projektowych).

W ten sposób projektanci wyrażają swoje zamierzenia projektowe na rysunkach, celując w średni, górny lub dolny zakres względem wymiaru nominalnego. Jednak ważne jest, aby pamiętać, że tokarze zazwyczaj celują w środek dozwolonego zakresu tolerancji podczas produkcji.

Nie ma ścisłych regulacji dotyczących rozmiaru czcionki dla wartości tolerancji. Według przykładów JIS, wartości tolerancji są zapisywane w tym samym rozmiarze czcionki co liczby wymiarowe. Dopóki tekst jest czytelny, domyślne ustawienia w oprogramowaniu CAD powinny być wystarczające.

2. Wskazywanie tolerancji rozmiaru kątowego

Notacja dla tolerancji rozmiaru kątowego podąża za tym samym formatem co tolerancja rozmiaru. Jednak wymiary kątowe wymagają symboli jednostek, a system sześćdziesiątkowy (base-60) jest zazwyczaj używany, reprezentowany w stopniach (°), minutach (′) i sekundach (″).

Jak należy interpretować minuty (′) i sekundy (″)?
Działa to podobnie jak zegar: gdy minie 60 minut, tworzą 1 stopień, przechodząc do następnej jednostki. Ta metoda liczenia jest znana jako system sześćdziesiątkowy.

W przeciwieństwie do tego, regularna notacja numeryczna podąża za systemem dziesiętnym, gdzie 9 przechodzi na 10. Poniższa tabela zapewnia konwersję między minutami kątowymi (′) w systemie sześćdziesiątkowym a stopniami dziesiętnymi.

Tabela konwersji kątów (Minuty na stopnie dziesiętne)

Minuty (′)	Stopnie dziesiętne	Minuty (′)	Stopnie dziesiętne	Minuty (′)	Stopnie dziesiętne	Minuty (′)	Stopnie dziesiętne
1′	0,0167°	16′	0,2667°	31′	0,5167°	46′	0,7667°
2′	0,0333°	17′	0,2833°	32′	0.5333°	47′	0.7833°
3′	0.0500°	18′	0.3000°	33′	0.5500°	48′	0.8000°
4′	0.0667°	19′	0.3167°	34′	0.5667°	49′	0.8167°
5′	0.0833°	20′	0.3333°	35′	0.5833°	50′	0.8333°
6′	0.1000°	21′	0.3500°	36′	0.6000°	51′	0.8500°
7′	0.1167°	22′	0.3667°	37′	0.6167°	52′	0.8667°
8′	0.1333°	23′	0.3833°	38′	0.6333°	53′	0.8833°
9′	0.1500°	24′	0.4000°	39′	0.6500°	54′	0.9000°
10′	0.1667°	25′	0.4167°	40′	0.6667°	55′	0.9167°
11′	0.1833°	26′	0.4333°	41′	0.6833°	56′	0.9333°
12′	0.2000°	27′	0.4500°	42′	0.7000°	57′	0.9500°
13′	0.2167°	28′	0.4667°	43′	0.7167°	58′	0.9667°
14′	0.2333°	29′	0.4833°	44′	0.7333°	59′	0.9833°
15′	0.2500°	30′	0.5000°	45′	0.7500°	60′	1.0000°

Podczas określania tolerancji kątowych wybór pomiędzy notacją dziesiętną a notacją sześćdziesiętną zazwyczaj zależy od preferencji projektanta.

Nagromadzenie tolerancji

Aby zbadać, jak metody wymiarowania wpływają na zmienność, wymiarowanie szeregowe i wymiarowanie równoległe zostały zilustrowane przy użyciu tolerancji ogólnych (średnia klasa) (zobacz Rysunki 5-3 i 5-4).

Przeanalizujmy dwa kluczowe wymiary—całkowitą szerokość (90 mm) i szerokość rowka (30 mm)—aby ocenić zmiany wymiarów po obróbce.

Całkowita szerokość

Wymiarowanie sekwencyjne: 90 ± 0,8 mm
- Kumulacyjna kalkulacja tolerancji: [±0,3] + [±0,3] + [±0,2] = ±0,8
Wymiarowanie równoległe: 90 ± 0,3 mm (bezpośrednio odczytywane z oznaczenia wymiaru)

Z tego widzimy, że zmienność wymiarowa w wymiarowaniu sekwencyjnym jest o 0,5 mm większa niż w wymiarowaniu równoległym.

Szerokość rowka

Wymiarowanie sekwencyjne: 30 ± 0,3 mm (bezpośrednio odczytywane z oznaczenia wymiaru)
Wymiarowanie równoległe: 30 ± 0,5 mm
- Kumulacyjna kalkulacja tolerancji: [±0.3] + [±0.2] = ±0.5

Uwaga: Podczas gdy podstawowy wymiar jest określany poprzez odejmowanie, tolerancje są kumulatywne i muszą być dodawane. W rezultacie, zmienność szerokości rowka w wymiarowaniu równoległym jest 0,2 mm większa niż w wymiarowaniu sekwencyjnym.

Ten przykład podkreśla, że obie metody wymiarowania mają zalety i wady w zależności od specyficznej cechy części.

Jednakże obowiązuje ogólna zasada:

Krytyczne wymiary funkcjonalne powinny być zawsze bezpośrednio określone, aby zminimalizować wariacje.
Unikaj polegania na obliczeniach addytywnych lub subtraktywnych dla istotnych wymiarów.

Innymi słowy, jeśli dokładne rozmiary wypukłości i rowka są bardziej krytyczne niż całkowita długość 90 mm, preferowaną metodą wymiarowania jest ta pokazana na Rysunku 5-3. Z drugiej strony, jeśli całkowita długość 90 mm lub pozycja rowka od prawej krawędzi jest ważniejsza niż szerokość rowka 30 mm, metoda wymiarowania na Rysunku 5-4 jest bardziej odpowiednia.

Zrozumienie typów dopasowania: podstawowa wiedza dla precyzyjnej obróbki

Podczas montażu komponentów, zapewnienie precyzyjnego wyrównania lub kontrolowanego ruchu jest niezbędne. To tutaj „fits” wchodzą do gry.

Pasowanie odnosi się do wymiarowego związku między otworem a wałem przed montażem. Istnieją trzy główne typy, z których każdy jest dostosowany do różnych zastosowań:

Pasowanie luźne: Używane do pozycjonowania nieruchomych elementów lub umożliwiania ruchu w obracających się/przesuwających częściach.
Pasowanie wciskowe: Używane, gdy elementy muszą być wciskane i trwale zabezpieczone.
Pasowanie przejściowe: Zmienny rodzaj pasowania, który może zachowywać się jako pasowanie luźne lub pasowanie ciasne, w zależności od wariacji tolerancji. Z powodu tej nieprzewidywalności projektanci rzadko preferują pasowania przejściowe, chyba że jest to absolutnie konieczne.

Jak określić pasowania w rysunkach technicznych

Klasyfikacje pasowań ustandaryzowanego systemu notacji, łącząc wielką lub małą literę z oceną numeryczną w celu zdefiniowania klas tolerancji. Ta notacja jest uznawana na całym świecie.

Dla otworów (wewnętrzne cechy jak rowki), używana jest wielka litera → Przykład: φ10H7
Dla wałów (zewnętrzne cechy jak występy) używa się małej litery → Przykład: φ10h7

Symbol alfabetyczny reprezentuje położenie strefy tolerancji względem nominalnego rozmiaru (czy jest przesunięty w stronę dodatnią czy ujemną). Poniższy obrazek przedstawia wizualizację tego konceptu.

Podsumowanie

W tej sesji zbadaliśmy ogólne tolerancje, tolerancje wymiarowe i symbole klas tolerancji pasowania. Te symbole są zgodne z globalnie uznawanymi standardami, co czyni je uniwersalnie stosowanymi w międzynarodowej produkcji. Jako projektant, ważne jest, aby pamiętać o następujących kwestiach:

Zrozum obecność i wartości ogólnych tolerancji przed przypisaniem jakiejkolwiek specyficznej tolerancji.
Tolerancje związane z rozmiarem są określane jako „tolerancje rozmiaru”.
Zbyt rygorystyczne tolerancje zwiększają trudność obróbki, co prowadzi do wyższych kosztów.
Układ wymiarów może odróżniać cechy krytyczne od niekrytycznych.
Dla dopasowań o wysokiej precyzji, klasy tolerancji powinny być wyrażane za pomocą standardowej notacji.