Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung: Was Konstrukteure wissen sollten

Die Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung sind eines der wichtigsten und am wenigsten verstandenen Elemente bei der Konstruktion der zu fertigenden Teile. Die Toleranzen für ein physikalisches Maß werden als Toleranzen bezeichnet, und die richtige Wahl der Toleranzen kann die Herstellungskosten, die Herstellungszeit und die letztendliche Leistung des gefertigten Teils erheblich beeinflussen.

In diesem Leitfaden werden wir die Toleranzen in CNC-Bearbeitung: Was Konstrukteure wissen sollten, einschließlich der Standardwerte, wie man geeignete Toleranzen auswählt und wie sie sich auf Passform und Funktion auswirken. Wir werden auch die Toleranzmöglichkeiten von CNC und EDM vergleichen und uns mit Schlüsselkonzepten wie GD&T, Maß- und Geometrietoleranzen und mehr beschäftigen.

Was sind CNC-Bearbeitungstoleranzen?

Unter den CNC-Bearbeitungstoleranzen versteht man die zulässige Abweichung von der Größe und Geometrie des bearbeiteten Teils. Mit keiner Maschine können wir ein Teil mit perfekten Abmessungen herstellen; wir können nur innerhalb eines bestimmten Betrags, den die Toleranzen uns erlauben, außerhalb der idealen Abmessungen liegen.

Die normalen CNC-Standardtoleranzgrenzen liegen im Bereich von plus/minus 0,005 Zoll und 0,010 Zoll als allgemeine Bearbeitungsgrenzen. Bei Präzisionsarbeiten mit speziellen Verfahren können die Toleranzen bis zu +/- 0,0002 Zoll betragen.

Die Bedeutung von Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung.

Die Verwendung korrekter CNC-Bearbeitungstoleranzen ist von entscheidender Bedeutung für:

Eine technische Umfrage von ThomasNet aus dem Jahr 2023 ergab, dass schlecht angewandte Toleranzen fast 80 Prozent der Probleme bei der Teilekonstruktion durch übermäßige und unzureichende Toleranzen verursacht werden.

Wie man CNC-Bearbeitungstoleranzen auswählt

Um die richtige Toleranz festzulegen, muss man den Preis mit der Genauigkeit und der Funktionalität in Einklang bringen.

1. Lernen Sie die Benutzerfreundlichkeit

Welche Funktion hat das Teil? Bei kritischen Passungen können enge Toleranzen erforderlich sein, während bei allgemeineren Merkmalen größere Toleranzen möglich sind.

2. Verstehen, was die Maschinen leisten können

Berücksichtigen Sie immer die Fähigkeit der Maschine gegenüber den Konstruktionstoleranzen. Ein Beispiel: Eine durchschnittliche CNC-Fräse kann perfekte Toleranzen von +/- 0,005 Zoll einhalten. Niedrigere, engere Werte sind zu erwarten, was eine langsamere Produktion oder eine Umstellung auf EDM erfordert.

3. Kosten-Nutzen-Bewertung

Strenge Toleranzen bedeuten mehr Inspektion, Zeit und Werkzeugverschleiß. Der Preis steigt exponentiell mit den geringen Verbesserungen der Präzision.

Wo und wann immer nötig, sollten Sie enge Toleranzen verwenden. Für den Rest des Teils sollten die Standard-CNC-Toleranzwerte ±0,005″ ±0,010″ verwendet werden, um Kosten und Vorlaufzeit zu kontrollieren.

Was sind die Standard-CNC-Toleranzwerte?

Hier finden Sie eine Kurzreferenz für den CNC-Bearbeitungstoleranzleitfaden für Ingenieure:

Wie oben gezeigt, bieten verschiedene Verfahren unterschiedliche Möglichkeiten der Feinmechanik. Gehen Sie nicht davon aus, dass alle Verfahren die gleiche Maßgenauigkeit erreichen können.

CNC vs. EDM-Toleranzfähigkeiten

Beim Vergleich von CNC- und EDM-Toleranzfähigkeiten ist Folgendes zu beachten:

• Allgemeine Teile lassen sich mit CNC-Bearbeitung schneller und kostengünstiger herstellen und liegen in der Regel im Bereich von +\/-0,005 2.
• EDM (Electrical Discharge Machining) bietet sehr enge Toleranzen (bis zu +/- 0,0001 Zoll) für komplizierte oder schwer zu bearbeitende Geometrien.
• Das Funkenerodieren kann die bessere Alternative sein, wenn Ihr Entwurf komplexe und innere Ecken oder zu feine Details aufweist. Es ist jedoch teurer und langsamer.

Maß- und Geometrietoleranzen in der CNC

Abmessungstoleranzen

Es handelt sich dabei um Einschränkungen eines Wertes, z. B. eines Lochs, z. B. bei 10,00 mm, 10,00 mm + 0,01 mm.

Geometrische Toleranzen

Diese sind Form, Ausrichtung, Position und Rundlauf. Sie werden mit GD&T in CNC-Bearbeitungstoleranzen (Geometric Dimensioning & Tolerancing) angegeben.

Mit GD&T kann die Teilegeometrie genauer kontrolliert werden, ohne dass ein Maß übermäßig eingeschränkt wird. Dies kann die Herstellbarkeit verbessern und die Kosten senken.

Die gängigen GD&T-Symbole sind:

• Ebenheit
• Parallelität
• Wahre Position
• Zylindrizität

Richtige Anwendung von GD&T in der CNC-Bearbeitung Toleranzen kann die Qualität von Baugruppen erheblich verbessern und gleichzeitig die Produktion effizient halten.

Wie sich die CNC-Toleranz auf Passform und Funktion auswirkt

Unzureichende Beschränkungen in schlampigen Spezifikationen führen zu:

• Falsch ausgerichtete Baugruppen
• Zu viel oder zu wenig Reibung oder Lockerheit
• Unnötige Nacharbeit

Wie bei einem Schacht- und Lochsystem:

• Eine enge Passung (Übermaß) erfordert eine strenge Kontrolle; Toleranzüberlagerung ist wichtig.
• Bei einer losen Passform (Spiel) kann die Produktion schneller und kostengünstiger erfolgen.

Das Verständnis dafür, wie sich CNC-Toleranzen auf Passform und Funktion auswirken, hilft Ingenieuren, Teileausfälle zu vermeiden und die Montagezeit zu verkürzen.

Maschinenkapazität vs. Konstruktionstoleranzen

Konstrukteure neigen dazu, viel engere Toleranzen festzulegen, als sie wirtschaftlich bearbeitet werden können. Prüfen Sie immer die Maschinenfähigkeit im Vergleich zu den Konstruktionstoleranzen, bevor Sie Zeichnungen für die Produktion freigeben.

Eine zu enge Spezifikation kann:

• Benötigte Sekundärfunktionen
• Anhebung der Ausschussquoten
• Lieferung verzögern

Arbeiten Sie mit Fertigungsingenieuren zusammen, um genaue und praktische Toleranzen festzulegen.

Toleranz und materielle Betrachtung

Verschiedene Materialien dehnen sich aus, ziehen sich zusammen und verformen sich unterschiedlich. Bei Aluminium kann eine Toleranz von +-0,002 möglich sein, aber bei Kunststoffen ist dies aufgrund der Wärmeausdehnung und Verformbarkeit nicht möglich.

Bedenken Sie auch:

• Bearbeitbarkeit: Die meisten Werkstoffe sind schwieriger in ihren Abmessungen zu halten, z. B. Titan.
• Stressabbau: Bei der Bearbeitung können Eigenspannungen entstehen, die die Toleranzstabilität beeinträchtigen.
• Beste Designer-Praktiken
• Wenn enge Toleranzen erforderlich sind, verwenden Sie sie
• GD&T verwenden, wenn Form oder Ausrichtung wichtig sind
• Frühzeitige Kommunikation mit den Maschinenführern in der Konstruktion
• Dokumentieren Sie kritische Merkmale gegenüber unkritischen Merkmalen
• Übernahme des gleichen Formats in die Toleranzbeschreibungen

Beispiel aus der Praxis

Ein Unternehmen der Präzisionsrobotik benötigte Getriebegehäuse mit einer Toleranz von +/- 0,0005 bei den Lagertaschen. Bei den ersten Entwürfen wurden herkömmliche CNC-Techniken eingesetzt, was zu 30 Prozent Ausschuss führte.

Sie konnten den Ausschuss auf weniger als 3 Prozent reduzieren und die Passgenauigkeit verbessern, indem sie auf EDM-Bearbeitung umstellten und die Toleranzstrategie mit Hilfe von GD&T neu gestalteten.

Schlussfolgerung

Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung: Was Konstrukteure wissen sollten, läuft auf Folgendes hinaus:

• Nicht alle Merkmale erfordern extrem enge Toleranzen.
• Betrachten Sie die CNC-Bearbeitung Toleranzleitfaden für Ingenieure zum Ausgleich von Kosten und Leistung.
• Lernen Sie den Unterschied zwischen Maß- und Geometrietoleranzen in der CNC kennen.
• Verstehen, wie die CNC-Toleranz Passform und Funktion beeinflusst.
• Stimmen Sie bei der Entwurfsprüfung stets die Maschinenfähigkeit mit den Konstruktionstoleranzen ab.
• Karriere der Konstrukteure Die Beherrschung der Toleranzen garantiert eine bessere Leistung, eine geringere Anzahl von Fehlern und beschleunigte Produktionspläne.

FAQs zu CNC-Bearbeitungstoleranzen

1. Welche CNC-Bearbeitungstoleranz wird am häufigsten verwendet?

Die gängigsten CNC-Standardtoleranzwerte, ±0,005″ ±0,010″, werden für allgemeine Merkmale verwendet, die keine hohe Präzision erfordern.

2. Wie verbessert GD&T die CNC-Bearbeitung?

GD&T bei CNC-Bearbeitungstoleranzen ermöglicht eine präzise Kontrolle der Geometrie ohne unnötige Verengung der Größentoleranzen, was sowohl die Passform als auch die Herstellbarkeit verbessert.

3. Was sind die Umstände, die den Einsatz von EDM anstelle von CNC erfordern?

Entscheiden Sie sich für die Funkenerosion, wenn extrem enge Toleranzen (±0,0001″) oder komplexe Innengeometrien erforderlich sind, insbesondere wenn CNC- gegenüber Funkenerosionstoleranzen bevorzugt werden.

4. Welche Gefahren birgt die übermäßige Tolerierung von Entwürfen?

Übertoleranz verursacht höhere Kosten, Verzögerungen und Verschwendung. Stimmen Sie die Toleranzen auf die Funktion und die Maschinenfähigkeit im Vergleich zu den Konstruktionstoleranzen ab.

5. Sind die CNC-Maschinen in der Lage, mm-Toleranzen einzuhalten?

Ja, aber ±0,001 muss regelmäßig eingehalten werden, je nach Maschine und Einrichtung, und Material. Bitte beachten Sie die aktuellen Möglichkeiten des Shops.