Tolérances d'usinage CNC: Un guide complet pour la fabrication de précision

Dans l'usinage CNC, tolérances sont les héros méconnus de qualité de partie. Ils définissent à quel point les dimensions réelles d'une partie peuvent varier du plan de conception - et les obtenir correctement signifie la différence entre une partie qui s'adapte parfaitement (Par exemple, un composant moteur) Et celui qui est inutile (Par exemple, Une poignée de porte lâche). Que vous soyez un designer rédigeant une nouvelle pièce ou un fabricant choisissant un service CNC, Comprendre les tolérances d'usinage CNC vous aide à éviter des retouches coûteuses, accélérer la production, et assurez-vous que vos pièces répondent aux besoins fonctionnels. Ce guide décompose tout ce que vous devez savoir: D'après quelles tolérances sont comment les concevoir, avec des exemples du monde réel et des conseils exploitables.

Quelles sont les tolérances d'usinage CNC?

Commençons par les bases: UN Tolérance à l'usinage CNC est la plage de variation admissible pour les dimensions ou propriétés physiques d'une partie (comme la température ou la contrainte). Considérez-le comme un «filet de sécurité» - tant que la taille réelle de la partie reste dans cette gamme, Cela fonctionnera comme prévu.

Les tolérances ont deux limites clés:

• Limite supérieure: La plus grande dimension acceptable (Par exemple, 0.65 mm pour une petite épingle).
• Limite inférieure: La plus petite dimension acceptable (Par exemple, 0.55 mm pour la même broche).

Dans l'usinage CNC, Les tolérances ont deux significations critiques - ne les mélangez pas:

1. Tolérance à la machine CNC: La précision maximale Une machine CNC spécifique peut atteindre. Par exemple, Un moulin CNC haut de gamme peut frapper ± 0,0025 mm (à propos 1/40 L'épaisseur d'un cheveux humains!), Alors qu'une machine standard utilise souvent ± 0,02 mm (Une moyenne de l'industrie commune). Les tolérances de machine sont fixées par le fabricant, Et les bons fournisseurs de services CNC partageront ces spécifications à l'avance.
2. Tolérance au design: La gamme qu'un concepteur définit en fonction de la fonction de la pièce. Par exemple, Un piston moteur a besoin d'une tolérance serrée (± 0,01 mm) s'adapter parfaitement dans un cylindre, Mais une poignée de porte n'a besoin que d'une tolérance plus lâche (± 0,1 mm)- Cela n'affecte pas les performances si elle est légèrement plus grande ou plus petite.

Exemple du monde réel

Un fabricant de pièces de voiture a une fois mélangé ces deux tolérances: Ils ont conçu une soupape de moteur avec une tolérance de ± 0,005 mm mais ont utilisé une machine CNC qui n'a atteint que ± 0,02 mm. Le résultat? 80% des valves étaient trop lâches, provoquant des fuites de moteur. Ils ont dû passer à une machine à précision supérieure - les coûter $20,000 dans les retours.

Le 4 Principaux types de tolérances d'usinage CNC

Toutes les tolérances ne fonctionnent pas pour chaque partie. Le type que vous choisissez dépend de la fonction de la pièce, ajuster, et les besoins d'assemblage. Ci-dessous est une ventilation des types les plus courants, avec des exemples et des cas d'utilisation.

1. Limiter les tolérances

Limiter les tolérances sont le type le plus simple - ils répertorient directement les limites supérieures et inférieures. Toute dimension entre ces deux valeurs est acceptable.

• Format: Écrit comme [limite inférieure]- [limite supérieure] (Par exemple, 0.55–0,65 mm).
• Mieux pour: Pièces où vous avez besoin de claire, directives simples (Par exemple, petites épingles, rondelles).

Exemple: Une laveuse de CNC-Machin pour une chaîne de vélos a une tolérance limite de 2,9 à 3,1 mm. Si le diamètre réel de la laveuse est 3.05 MM, C'est acceptable; Si c'est 3.15 MM, C'est trop grand et est rejeté.

2. Tolérances unidirectionnelles

Tolérances unidirectionnelles Laissez la dimension varier dans une seule direction, au-dessus ou au-dessous de la taille de la base (pas les deux).

• Format: Écrit comme [taille de base] +[limite supérieure]/-[limite inférieure] (Par exemple, 1.5 mm + 0,000 / –0,005 mm). Ici, La dimension ne peut que devenir plus petite (vers le bas 1.495 MM)- il ne peut pas être plus grand que 1.5 MM.
• Mieux pour: Parties où un côté de la dimension est critique. Par exemple, un trou de boulon qui doit être légèrement plus petit (pas plus grand) Pour saisir un boulon serré.

Étude de cas: Un fabricant de meubles utilise des tolérances unidirectionnelles pour les trous de la jambe de table: 10 mm + 0,000 / –0,03 mm. Les trous ne peuvent pas être plus gros que 10 MM (ou les jambes oscillaient), Mais ils peuvent être légèrement plus petits (10–0.03 = 9.97 MM)—Les jambes s'adaptent toujours parfaitement.

3. Tolérances bidirectionnelles

Tolérances bidirectionnelles sont symétriques - ils permettent à la dimension varier également au-dessus et en dessous de la taille de la base.

• Format: Écrit comme [taille de base] ±[tolérance] (Par exemple, 5.0 mm ± 0,02 mm). Cela signifie que la dimension peut être 4.98 MM (5.0 –0.02) à 5.02 MM (5.0 +0.02).
• Mieux pour: Les pièces où les petites variations dans les deux sens n'ont pas une fonction (Par exemple, supports en plastique, pièces décoratives).

Exemple: Un boîtier de téléphone personnalisé a une tolérance bidirectionnelle 150 mm ± 0,1 mm pour sa longueur. Si l'affaire est 150.05 mm de long, il convient toujours au téléphone - aucun problème.

4. Tolérances géométriques (Gd&T)

Dimension géométrique et tolérance (Gd&T) est le type le plus avancé - il contrôle pas seulement la taille, Mais aussi la forme de la partie, position, et l'alignement. Contrairement aux autres types (qui se concentrent sur les dimensions linéaires), Gd&T assure des fonctionnalités comme la planéité, concentricité, et le parallélisme sont corrects.

• Caractéristiques clés contrôlées par GD&T:
• Platitude: À quel point une surface est lisse (Par exemple, Une carte de circuit imprimé a besoin d'une surface plane pour fixer les composants).
• Concentricité: Comment un trou s'aligne avec un arbre (Par exemple, Un trou central d'un équipement doit s'aligner avec ses dents).
• Parallélisme: Comment les deux surfaces droites sont relatives les unes aux autres (Par exemple, Les étagères d'une étagère doivent être parallèles).
• Mieux pour: Complexe, pièces de haute précision (Par exemple, dispositifs médicaux, composants aérospatiaux).

Tableau de comparaison du type de tolérance

5 Conseils critiques pour concevoir des tolérances d'usinage CNC

La conception des tolérances ne consiste pas seulement à choisir un nombre - il s'agit d'équilibrer la précision avec le coût et la fabrication. Voici les conseils les plus importants pour éviter les erreurs:

1. Tolérer uniquement les fonctionnalités clés

Vous n'avez pas besoin de définir des tolérances étroites pour chaque partie d'une conception - seulement les fonctionnalités qui affectent l'ajustement ou la fonction. Par exemple:

• Le bord extérieur d'un boîtier d'ordinateur portable n'a besoin que d'une tolérance lâche (± 0,2 mm)- Cela n'affecte pas le fonctionnement de l'ordinateur portable.
• Mais les trous de charnière du boîtier ont besoin d'une tolérance serrée (± 0,05 mm)- Si ils sont partis, La charnière ne s'alignera pas.

Pourquoi ça compte: Tolérer les caractéristiques non critiques gaspille du temps et de l'argent - les machinistes doivent passer plus de temps à mesurer, Et vous obtiendrez des pièces plus rejetées.

2. Évitez les tolérances trop étroites

Les tolérances serrées sonnent bien, Mais ils sont chers. Voici pourquoi:

• Une tolérance de ± 0,005 mm nécessite une machine CNC à haute précision (coût du coût \(100,000+), tandis que ± 0,02 mm utilise une machine standard (\)50,000).
• Les tolérances serrées signifient également des pièces plus rejetées: Une tolérance à ± 0,005 mm pourrait avoir un 15% taux de rejet, contre. 5% pour ± 0,02 mm.

Exemple: Une startup a conçu un jouet en plastique avec une tolérance de ± 0,01 mm (inutile pour un jouet!). Ils ont payé 3x de plus pour l'usinage et ont dû réimprimer 20% des pièces. Desserrer la tolérance à ± 0,1 mm de réduction des coûts 60%.

3. Vérifiez la capacité de votre machine CNC

Votre tolérance de conception ne peut pas être plus serrée que la capacité de la machine CNC. Demandez toujours à votre fournisseur de services CNC:

• Quelle est la précision maximale de la machine? (Par exemple, ± 0,0025 mm pour les usines haut de gamme, ± 0,02 mm pour les machines standard)
• Peut-il gérer votre matériel? (Les matériaux mous comme l'aluminium sont plus difficiles à maintenir des tolérances étroites que l'acier - ils se plient pendant l'usinage.)

Pour la pointe: Si vous utilisez un service comme la xométrie, Ils correspondront à votre conception à une machine qui répond à votre tolérance - aucune conjecture n'est nécessaire.

4. Comptez les propriétés des matériaux

Matériaux mous (Par exemple, aluminium, plastique) sont plus délicats à la machine à des tolérances étroites - ils peuvent se pencher, chaîne, ou rétrécir après l'usinage. Par exemple:

• A steel part can hold a ±0.005 mm tolerance easily.
• An aluminum part of the same size might only hold ±0.01 mm—aluminum bends more during cutting.

Étude de cas: A tool manufacturer tried to machine an aluminum wrench with a ±0.005 mm tolerance. The wrench warped after machining, making it too loose. They switched to steel (which holds tighter tolerances) et résoudre le problème.

5. Label Tolerances Clearly on Drawings

Always mark tolerances next to the applicable dimensions on your 2D/3D drawings. Vague labels (Par exemple, “tight tolerance”) lead to mistakes. Par exemple:

• Au lieu d'écrire «Trou de boulon: tolérance étroite,"Écrivez" Trou du boulon: 10 mm ± 0,02 mm. »
• Pour GD&T, Utiliser des symboles standard (Par exemple, Un symbole de planéité pour la douceur de surface)—Les joueurs sont formés pour reconnaître ces.

Perspective de la technologie Yigu sur les tolérances d'usinage CNC

À la technologie Yigu, Nous voyons Tolérances d'usinage CNC Comme le pont entre l'intention de conception et la fonctionnalité du monde réel. Trop souvent, Les clients définissent des tolérances trop serrées (Coût de gaspillage) ou trop de lancement (provoquant des problèmes d'ajustement)- Notre travail consiste à les guider vers le sweet spot. Nous avons aidé les clients des dispositifs médicaux à ajuster leurs tolérances de conception de ± 0,003 mm à ± 0,005 mm (respectant toujours les normes de sécurité) et couper le temps d'usinage par 30%. Pour les pièces automobiles, Nous correspondons aux conceptions à notre flotte de machines CNC (de ± 0,0025 mm de montants de précision à des modèles standard de ± 0,02 mm) Pour assurer la cohérence. Les tolérances ne sont pas seulement des chiffres - ils visent à faire des pièces qui fonctionnent, à l'heure et au budget.

FAQ

1. Puis-je utiliser une tolérance de ± 0,02 mm pour toutes mes pièces CNC?

Non - cela dépend de la fonction de la pièce. Une tolérance de ± 0,02 mm fonctionne pour des pièces non critiques (Par exemple, supports décoratifs) mais est trop lâche pour les pièces de haute précision (Par exemple, pistons de moteur, qui ont besoin de ± 0,005 mm). Baser toujours la tolérance sur la façon dont la pièce sera utilisée.

2. Pourquoi GD&T mieux que les tolérances standard pour les pièces complexes?

Tolérances standard uniquement la taille du contrôle, Mais GD&T contrôle la forme et la position - critique pour les pièces complexes. Par exemple, Un foret médical a besoin de GD&T pour s'assurer que sa pointe est parfaitement centrée (concentricité) Et sa surface est lisse (platitude). Sans GD&T, Le foret peut être la bonne taille mais osciller pendant l'utilisation, provoquant des erreurs.

3. Comment savoir si mon fournisseur de services CNC peut répondre à ma tolérance de conception?

Posez-leur deux questions: 1) Quelle est la précision maximale de leurs machines? (Par exemple, ± 0,0025 mm) 2) Ont-ils travaillé avec des pièces / tolérances similaires avant? Les fournisseurs réputés partageront des spécifications de machine et même testeront une pièce d'échantillonnage pour vous. Par exemple, Si votre conception a besoin de ± 0,01 mm, assurez-vous que leur machine peut réaliser au moins cela (pas seulement ± 0,02 mm).