•   Wtorek, 7 lutego 2023
Koła łańcuchowe

Co należy wiedzieć o tolerancji obróbki skrawaniem

Co to jest tolerancja?

Tolerancja obróbki skrawaniem, zwana także dokładnością wymiarową, to dopuszczalna wielkość odchyłek wymiarów części. Jest ona wyrażana jako maksymalne i minimalne granice wymiarów części. Jeśli wymiary części mieszczą się w tych granicach, uważa się, że część mieści się w zakresie tolerancji. Jeśli jednak wymiary części przekraczają te limity, części przekraczają dopuszczalne tolerancje i są uznawane za nienadające się do użytku.

Jeśli chodzi o obróbkę CNC, tolerancje są stosowane w dwóch różnych kontekstach: w odniesieniu do maszyny CNC i w odniesieniu do projektu obróbki CNC.

W przypadku maszyny CNC tolerancja odnosi się do dokładności wymiarowej, jaką maszyna może osiągnąć podczas obróbki części. Maszyny CNC są bardzo dokładne, a niektóre z nich mogą osiągać dokładność ±0,0025 mm. Jednak tolerancje różnych maszyn CNC są różne i zwykle określa je producent. Na przykład 0,02 mm to typowa średnia tolerancja. Dostawcy maszyn CNC mogą dostosować tolerancję maszyny do tolerancji określonej przez klienta.

W projektowaniu i produkcji tolerancja to dopuszczalny zakres zmian wymiarów części, który nadal pozwala na pełne funkcjonowanie części. Tolerancja jest określana przez projektanta i zależy od funkcji, zastosowania i kształtu części.

Rodzaje tolerancji

Geometryczne Tolerancja geometryczna

Nie tylko podaje wymiar i tolerancję części, ale także określa dokładną cechę geometryczną części, której dotyczy tolerancja, np. płaskość, okrągłość, cylindryczność, prostoliniowość, profil itp. Jest to tolerancja kształtu geometrycznego mierzonego elementu, czyli dokładność kształtu geometrycznego. Nie ma błędu względem odniesienia i jest to błąd niezależny.

Wymiar Tolerancja wymiarowa

Tolerancja wymiarowa oznacza, że w procesie wytwarzania części, ze względu na takie czynniki, jak obróbka lub pomiar, zawsze występuje pewien błąd w rzeczywistym rozmiarze po zakończeniu produkcji. Aby zapewnić zamienność części, ich rzeczywisty rozmiar musi być kontrolowany w dopuszczalnym zakresie zmienności. Ta dopuszczalna odchyłka wymiarowa jest nazywana tolerancją wymiarową.

Górna granica określa maksymalny dopuszczalny wymiar, natomiast dolna granica określa minimalny dopuszczalny wymiar. Każda wartość pomiędzy tymi dwoma wartościami jest dopuszczalna. W przypadku tego samego wymiaru podstawowego im mniejsza tolerancja wymiarowa, tym większa dokładność wymiarowa.

Orientacja

Tolerancja orientacji to całkowita wielkość dopuszczalnej zmiany kierunku rzeczywistego elementu odniesienia w stosunku do odniesienia, obejmująca równoległość, prostopadłość i kątowość.

Równoległość (∥) jest stosowana do kontroli wymagania, aby kierunek mierzonego elementu (płaszczyzny lub linii prostej) na części odbiegał od elementu odniesienia (płaszczyzny lub linii prostej) o 0°, to znaczy, że mierzony element musi być równomiernie oddalony od odniesienia.

Prostopadłość (⊥) jest stosowana do kontroli wymagania, aby kierunek mierzonego elementu (płaszczyzny lub linii prostej) na części odbiegał od elementu odniesienia (płaszczyzny lub linii prostej) o 90°, to znaczy, że wymaga się, aby mierzony element był 90° w stosunku do odniesienia.

Kątowość (∠) służy do kontroli stopnia odchylenia elementu mierzonego (płaszczyzny lub linii prostej) od elementu odniesienia (płaszczyzny lub linii prostej) od danego kąta (0°~90°) na części, tzn. wymaga się, aby element mierzony był pod określonym kątem w stosunku do odniesienia (z wyjątkiem 90°).

Lokalizacja Tolerancja położenia

Tolerancja położenia odnosi się do całkowitej ilości zmian dopuszczalnych przez powiązane elementy w stosunku do położenia odniesienia. Strefa tolerancji położenia w stosunku do układu odniesienia jest stała. Strefa tolerancji położenia kontroluje nie tylko błąd położenia mierzonego elementu, lecz także błąd kierunku i błąd kształtu mierzonego elementu.

Tolerancja położenia obejmuje trzy rodzaje: współśrodkowość, symetrię i położenie.

Tolerancja współosiowości jest stosowana do kontroli błędu współosiowości osi mierzonej części wału z osią odniesienia.

Tolerancja symetrii jest stosowana do kontroli błędu współpłaszczyznowości (lub współliniowości) płaszczyzny środkowej (lub osi) mierzonego elementu względem płaszczyzny środkowej (lub osi) odniesienia.

Tolerancja położenia służy do kontroli błędu położenia mierzonego elementu (punktu, linii, powierzchni) względem odniesienia. Błąd położenia można podzielić na trzy rodzaje: dla jednego kierunku, dla dwóch kierunków i dla dowolnego kierunku, przy czym ten ostatni jest najczęściej stosowany.

Uruchom-tolerancja bicia

Można ją podzielić na bicie kołowe i bicie pełne.

Bicie po okręgu: odnosi się do maksymalnej różnicy wskazań zmierzonej przez wskaźnik w określonym kierunku, gdy mierzona powierzchnia rzeczywista obraca się wokół osi odniesienia bez ruchu osiowego.

Pełne bicie: odnosi się do obrotu mierzonej powierzchni rzeczywistej wokół osi odniesienia bez ruchu osiowego, podczas gdy wskaźnik porusza się równolegle lub prostopadle do osi odniesienia. Maksymalna różnica odczytu zmierzona przez wskaźnik podczas całego procesu.

Znaczenie tolerancji

Chociaż dla wymiarów nieobjętych tolerancją można określić standardowe tolerancje, wielu producentów ich nie stosuje. Wielu producentów nie może rozpocząć produkcji części, dopóki inżynier nie zdefiniuje wszystkich funkcji wraz z tolerancjami. Dzieje się tak dlatego, że producent nie ma ram odniesienia, aby zrozumieć, jak dana część będzie oddziaływać z innymi częściami.

Z powodu braku informacji producenci nie wiedzą, jakie znaczenie dla ostatecznego projektu mają określone wymiary. Nie ma możliwości rozpoczęcia produkcji.

W zależności od tego, czy podano tolerancje, mogą wystąpić następujące możliwości:

Tolerancje są zapewnione: Po zapewnieniu tolerancji producent może rozpocząć obróbkę części natychmiast po otrzymaniu projektu i poznaniu wymaganych limitów wymiarów. Może to zminimalizować koszty i skrócić czas realizacji zamówienia.

Nie podano tolerancji i producenci odmawiają produkcji: Niektórzy producenci nie będą pracować nad częściami bez podania tolerancji, aby zapewnić zadowolenie klienta i zmniejszyć koszty ponownej produkcji. Może to wprawdzie wydłużyć czas realizacji, ale może oszczędzić inżynierom potencjalnych kosztów restrukturyzacji.

Nie podano tolerancji, a producent będzie kontynuował produkcję: W tym przypadku producent nie rozumie dolnej granicy projektu, więc do części może być zastosowana standardowa tolerancja, na przykład ±0,005″. Oznacza to, że średnica może być o 0,005 cala mniejsza niż określona średnica lub o 0,005 cala większa niż określona średnica. Jeśli średnica zaprojektowana przez mechanika jest o 0,005 cala mniejsza od wymaganej, część nie będzie mogła być zamontowana na wale i trzeba ją będzie ponownie dopasować lub nawet odtworzyć. Powoduje to znaczne straty czasu konstruktora i dostawcy oraz koszty, a także może powodować opóźnienia w realizacji projektu.

Prawidłowe stosowanie tolerancji oznacza, że części będą pasować niezależnie od tego, czy jest to pasowanie ślizgowe, czy wciskane. Jeśli produkujesz części, które są kompatybilne z innymi komponentami, bezwzględnie musisz określić tolerancje. Nawet niewielki błąd pomiaru lub różnica wymiarów spowoduje, że wyrób będzie funkcjonalnie bezużyteczny lub niekompatybilny.

Stosowanie niepotrzebnie wąskich tolerancji powoduje, że produkcja części jest droższa. Nie ma powodu, aby stosować tolerancję +/- 0,0002, gdy tolerancja +/- 0,002 będzie działać prawidłowo.

Czynniki wpływające na tolerancję obróbki

Przy określaniu tolerancji należy brać pod uwagę wiele czynników. Są to między innymi:

Materiały:

Materiały różnie zachowują się pod ciśnieniem, a niektóre materiały są łatwiejsze w obróbce niż inne. Przy określaniu tolerancji należy uwzględnić te właściwości materiałów.

Na przykład, ze względu na ścieralność materiałów, będą one miały wpływ na tolerancje projektowe, gdy będą się ścierać na obrabiarce skrawającej.

Twardość i sztywność: Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej miękki jest materiał, tym trudniej jest utrzymać określoną tolerancję ze względu na zginanie się materiału podczas cięcia. Tworzywa sztuczne, takie jak nylon, HDPE i PEEK, mogą nie utrzymywać tak ścisłych tolerancji jak stal lub aluminium bez specjalnego oprzyrządowania.

Stabilność termiczna: Niektóre materiały niemetaliczne, zwłaszcza tworzywa sztuczne, odkształcają się pod wpływem ciepła. Ogranicza to dopuszczalne rodzaje procesów obróbki i wpływa na tolerancje części.

Ważne jest również, aby przy wyborze określonych procesów obróbki brać pod uwagę materiał, który ma być użyty, ponieważ niektóre materiały nie są kompatybilne z określonymi procesami obróbki, np. obróbka elektroerozyjna nie może obrabiać materiałów nieprzewodzących.

Rodzaj obróbki:

Oprócz użytych materiałów, również maszyna użyta do produkcji części oraz rodzaj obróbki mają duży wpływ na możliwe tolerancje gotowej części. Na ilustracjach po prawej stronie przedstawiono kilka powszechnie stosowanych maszyn do obróbki oraz ich tolerancje w SANS Machining.

Powlekanie i wykończenia:

Przy określaniu wymiarów i tolerancji części należy wziąć pod uwagę wszelkie procesy galwaniczne i wykończeniowe. Podczas gdy galwanizacja i wykańczanie dodają niewielkie ilości materiału do powierzchni części, te niewielkie ilości nadal zmieniają wymiary produktu końcowego i powinny być brane pod uwagę przed rozpoczęciem produkcji.

Jak zachować ścisłą tolerancję

1. Znajdź odpowiednie miejsce pracy

Szukając warsztatu, nie możesz skupiać się tylko na jego otoczeniu. Trzeba także zastanowić się, na którym piętrze ma się znajdować. Pierwsze piętro (pierwsza kondygnacja) to jedyna opcja. Na drugim piętrze, trzecim piętrze lub nawet na wyższych piętrach sklepów CNC, gdy maszyna CNC pracuje, odczuwalne są wibracje, a produkcja precyzyjnych części CNC w drżącym warsztacie jest prawie niemożliwa.

2. Używaj wysokiej jakości obrabiarek CNC

Tolerancja maszyny jest jednym z najważniejszych czynników zapewniających jakość części. Jeśli tolerancja maszyny wynosi +/- 0,02 mm, jak zapewnić tolerancję +/- 0,01 mm?

3. Używaj (prawidłowo) ostrych narzędzi skrawających

Jakość i ostrość narzędzi skrawających odgrywa ważną rolę w osiąganiu wąskich tolerancji. Tępe narzędzia nie tylko będą zużywać energię maszyny, ale także uniemożliwią uzyskanie precyzji i dokładności.

4. Doświadczeni inżynierowie:

Doświadczeni inżynierowie wiedzą, jak zmodyfikować projekt, aby uzyskać prostą i dokładną obróbkę, a tym samym lepsze wyniki. Doświadczeni inżynierowie od razu wiedzą, jaka metoda jest najlepsza do produkcji części po uzyskaniu wymaganych plików CAD i tolerancji.

5. Dobrze wyszkoleni operatorzy

Wykwalifikowani operatorzy maszyn wiedzą, jak dobierać narzędzia skrawające, programować maszyny oraz wykonywać ręczną obróbkę i operacje tokarskie. Potrafią także rozpoznawać jakość narzędzi skrawających i w razie potrzeby zmieniać ich parametry. Ważne jest również, aby dobry operator wiedział, jak chronić części podczas obróbki i po jej zakończeniu.

6. Silny dział kontroli jakości:

Dobra kontrola jakości nie spowoduje automatycznego zwiększenia tolerancji, ale może zagwarantować, że części przekraczające dopuszczalne tolerancje nie będą przez pomyłkę wysyłane do klientów.

7. Dobra komunikacja:

Dobra komunikacja z klientami i pracownikami pozwala osiągnąć lepsze wyniki w sklepie. Dział produkcji musi dokładnie zrozumieć potrzeby klienta i przekazać mu rzeczywiste możliwości, co jest bardzo ważne.

SANS Machining specjalizuje się w produkcji niestandardowych części obrabianych CNC od ponad 10 lat. Nasze działania opieramy na najsurowszych standardach jakościowych i sprawdzamy wszystkie części indywidualnie przed wysyłką, aby mieć pewność, że nasze części przewyższają oczekiwania. Jeśli masz podobne projekty, możesz wysłać do nas rysunek w celu uzyskania szczegółowej oferty.

Zobacz również