Tolerancias en el mecanizado CNC: Lo que los diseñadores deben saber

La tolerancia en el mecanizado CNC es uno de los elementos más importantes y menos comprendidos a la hora de diseñar las piezas que se van a fabricar. Las tolerancias sobre una dimensión física se denominan tolerancias, y la elección correcta de las tolerancias puede influir enormemente en el coste de fabricación, el tiempo de fabricación y el rendimiento final del artículo fabricado.

En esta guía, exploraremos las Tolerancias en Mecanizado CNC: Lo que los diseñadores deben saber, incluidos los valores estándar, cómo elegir las tolerancias adecuadas y cómo afectan al ajuste y la función. También compararemos las capacidades de tolerancia de CNC frente a EDM y profundizaremos en conceptos clave como GD&T, tolerancias dimensionales frente a geométricas, etc.

¿Qué son las tolerancias de mecanizado CNC?

Las tolerancias de mecanizado CNC se entienden como la desviación que es aceptable en el tamaño y la geometría de la pieza mecanizada. Con cualquier máquina, no podemos hacer una pieza de dimensiones perfectas; sólo podemos llegar dentro de una cantidad establecida que las tolerancias nos permiten estar fuera de las dimensiones ideales.

Los límites de tolerancia estándar normales del CNC se sitúan entre más o menos 0,005 pulgadas y 0,010 pulgadas como límites generales de mecanizado. En trabajos de precisión, con procesos especiales, las tolerancias pueden ser de +/- 0,0002 pulgadas.

La importancia de las tolerancias en el mecanizado CNC.

El uso de tolerancias de mecanizado CNC correctas es esencial para:

Una encuesta de ingeniería realizada en 2023 por ThomasNet descubrió que las tolerancias mal aplicadas representaban cerca del 80% de los problemas de diseño de piezas causados por tolerancias excesivas e inadecuadas.

Cómo elegir las tolerancias de mecanizado CNC

Para fijar la tolerancia correcta, es necesario equilibrar el precio con la precisión y la funcionalidad.

1. Aprender la usabilidad

¿Qué hace la pieza? Los ajustes críticos pueden requerir tolerancias estrechas, pero las características más generales tienen mayores márgenes de tolerancia.

2. Entender lo que pueden hacer las máquinas

Tenga siempre en cuenta la capacidad de la máquina frente a las tolerancias de diseño. Por ejemplo, una fresadora CNC media es capaz de mantener tolerancias perfectas de +/- 0,005 pulgadas. Se pueden esperar valores más bajos y ajustados, lo que requiere una producción más lenta o la conversión a EDM.

3. Puntuación de costes y beneficios

Unas tolerancias estrictas implican un aumento de las inspecciones, del tiempo y del desgaste de las herramientas. El precio aumenta exponencialmente con las ligeras mejoras de precisión.

Debe utilizar tolerancias estrechas donde y cuando sea necesario. El resto de la pieza debe utilizar valores de tolerancia CNC estándar ±0,005″ ±0,010″ para controlar el coste y el plazo de entrega.

¿Cuáles son los valores de tolerancia estándar del CNC?

Aquí tiene una referencia rápida de la guía de tolerancias de mecanizado CNC para ingenieros:

Como se ha mostrado anteriormente, los distintos procesos ofrecen diferentes capacidades de ingeniería de precisión. No dé por sentado que todos los procesos pueden lograr la misma precisión dimensional.

Capacidades de tolerancia de CNC frente a EDM

Cuando se comparan las capacidades de tolerancia de CNC y EDM, esto es lo que hay que saber:

• Las piezas generales son más rápidas y menos costosas de fabricar en el mecanizado CNC, y suelen estar dentro del intervalo +\/-0,005 2.
• El mecanizado por electroerosión (EDM) ofrece tolerancias muy estrictas (tan finas como +/- 0,0001 pulgadas) que pueden aplicarse a geometrías complicadas o difíciles de mecanizar.
• La electroerosión puede ser la alternativa preferible cuando su diseño presenta esquinas internas complejas o detalles demasiado finos. Sin embargo, es más caro y lento.

Tolerancias dimensionales y geométricas en CNC

Tolerancias dimensionales

Se trata de restricciones de un valor, como un agujero, por ejemplo a 10,00 mm, 10,00 mm + 0,01 mm.

Tolerancias geométricas

Son la forma, la orientación, la posición y la excentricidad. Se especifican mediante GD&T en tolerancias de mecanizado CNC (Geometric Dimensioning & Tolerancing).

Con GD&T, se puede controlar la geometría de la pieza con mayor precisión sin restringir en exceso una dimensión. Esto puede mejorar la fabricación y reducir los costes.

Los símbolos comunes de GD&T son

• Planitud
• Paralelismo
• Posición real
• Cilindricidad

Uso adecuado de GD&T en el mecanizado CNC tolerancias puede mejorar enormemente la calidad de los ensamblajes manteniendo la eficiencia de la producción.

Cómo afecta la tolerancia al CNC al ajuste y la función

Las limitaciones insuficientes en las especificaciones de mala calidad dan lugar a:

• Montajes desalineados
• Mucha o poca fricción o holgura
• Reformas innecesarias

Como en el caso de un sistema de eje y orificio:

• Un ajuste estrecho (interferencia) implica un control estricto; el apilamiento de tolerancias es importante.
• Con un ajuste holgado (holgura), la producción puede ser más rápida y menos costosa.

Comprender cómo afecta la tolerancia CNC al ajuste y la función ayuda a los ingenieros a evitar fallos en las piezas y a reducir el tiempo de montaje.

Capacidad de la máquina frente a tolerancias de diseño

Los diseñadores tienden a tener tolerancias mucho más estrechas de las que pueden mecanizarse económicamente. Compruebe siempre la capacidad de la máquina frente a las tolerancias de diseño antes de enviar los planos a producción.

Una especificación demasiado ajustada puede

• Necesidad de funciones secundarias
• Aumentar los ratios de rechazo
• Retraso en la entrega

Trabajar con ingenieros de fabricación para establecer tolerancias precisas y prácticas.

Tolerancia y consideración de los materiales

Los distintos materiales se dilatan, contraen y deforman de forma diferente. Tolerancia en función de aluminio de +-0,002 puede ser posible, pero no es bueno con los plásticos debido a las capacidades de expansión térmica y maleabilidad.

Además, considera:

• Maquinabilidad: La mayoría de los materiales son más difíciles de mantener dimensionalmente, como el titanio.
• Alivio del estrés: Durante el mecanizado, es posible inducir tensiones residuales, que repercuten en la estabilidad de la tolerancia.
• Mejores prácticas de diseño
• Cuando sean necesarias tolerancias estrechas, utilícelas
• Utilice GD&T en caso de que la forma o la orientación sean importantes
• Comunicación temprana con los maquinistas en el diseño
• Documentar la característica crítica frente a la no crítica
• Adoptar el mismo formato en las llamadas a la tolerancia

Ejemplo real

Una empresa de robótica de precisión necesitaba cajas de engranajes con una tolerancia de +/- 0,0005 en las cavidades de los rodamientos. Los primeros diseños empleaban técnicas CNC normales, lo que suponía un desperdicio de piezas del 30%.

Eliminaron los rechazos a menos del 3% y mejoraron el rendimiento del ajuste cambiando al mecanizado por electroerosión y rediseñando la estrategia de tolerancia con ayuda de GD&T.

Conclusión

Tolerancias en el mecanizado CNC: Lo que los diseñadores deben saber se reduce a esto:

• No todas las características requieren tolerancias muy estrictas.
• Considere la Mecanizado CNC Guía de tolerancia para que los ingenieros equilibren coste y rendimiento.
• Conozca la diferencia entre tolerancias dimensionales y geométricas en CNC.
• Comprender cómo afecta la tolerancia CNC al ajuste y la función.
• Alinee siempre la capacidad de la máquina con las tolerancias de diseño durante las revisiones de diseño.
• Carrera de los diseñadores Dominar las opciones de tolerancia garantizará una mejora del rendimiento, una reducción del número de errores y una aceleración de los plazos de producción.

Preguntas frecuentes sobre tolerancias de mecanizado CNC

1. ¿Cuál es la tolerancia de mecanizado CNC estándar más utilizada?

Los valores de tolerancia CNC estándar más comunes, ±0,005″ ±0,010″, se utilizan para características generales que no requieren gran precisión.

2. ¿Cómo mejora GD&T el mecanizado CNC?

GD&T en tolerancias de mecanizado CNC proporciona un control preciso sobre la geometría sin ajustar innecesariamente las tolerancias de tamaño, mejorando tanto el ajuste como la fabricabilidad.

3. ¿Cuáles son las circunstancias que obligan a utilizar la electroerosión en lugar del CNC?

Elija la electroerosión cuando se necesiten tolerancias ultraestrechas (±0,0001″) o geometrías internas complejas, especialmente cuando las capacidades de tolerancia del CNC frente a la electroerosión favorezcan la electroerosión.

4. ¿Cuáles son los peligros de un exceso de tolerancia en el diseño?

El exceso de tolerancia genera mayores costes, retrasos y residuos. Ajustar las tolerancias a la función y la capacidad de la máquina frente a las tolerancias de diseño.

5. ¿Las máquinas CNC son capaces de tolerancias de mm?

Sí, pero ±0,001 tiene que mantenerse regularmente, según la máquina y la configuración, y material. Consulte las capacidades reales de la tienda.