Tolérances dans l'usinage CNC : Ce que les concepteurs doivent savoir

La tolérance dans l'usinage CNC est l'un des éléments les plus importants et les plus mal compris lors de la conception des pièces à fabriquer. Les tolérances sur une dimension physique sont appelées tolérances, et le choix correct des tolérances peut grandement influencer le coût de fabrication, le temps de fabrication et la performance finale de l'article fabriqué.

Dans ce guide, nous allons explorer les tolérances dans les domaines suivants Usinage CNC: Ce que les concepteurs doivent savoir, y compris les valeurs standard, comment choisir les tolérances appropriées et comment elles affectent l'ajustement et la fonction. Nous comparerons également les capacités de tolérance de la CNC et de l'EDM, et nous nous pencherons sur des concepts clés tels que la GD&T, les tolérances dimensionnelles et les tolérances géométriques, etc.

Que sont les tolérances d'usinage CNC ?

Les tolérances d'usinage CNC correspondent à l'écart acceptable dans la taille et la géométrie de la pièce usinée. Avec n'importe quelle machine, nous ne pouvons pas fabriquer une pièce aux dimensions parfaites ; nous ne pouvons que nous approcher d'une certaine quantité que les tolérances nous permettent d'écarter des dimensions idéales.

Les limites de tolérance normales de la CNC sont de l'ordre de plus ou moins 0,005 pouce et 0,010 pouce en tant que limites générales d'usinage. Pour les travaux de précision, avec des procédés spéciaux, les tolérances peuvent être de plus ou moins 0,0002 pouce.

L'importance des tolérances dans l'usinage CNC.

L'utilisation de tolérances d'usinage CNC correctes est essentielle pour.. :

Une étude technique réalisée en 2023 par ThomasNet a révélé que les tolérances mal appliquées représentaient près de 80 % des problèmes de conception de pièces causés par des tolérances excessives et inadéquates.

Comment choisir les tolérances d'usinage CNC

Pour fixer la bonne tolérance, il est nécessaire de trouver un équilibre entre le prix, la précision et la fonctionnalité.

1. Apprendre l'utilisabilité

Quelle est la fonction de la pièce ? Des tolérances étroites peuvent être exigées pour les ajustements critiques, alors que les caractéristiques plus générales bénéficient de tolérances plus importantes.

2. Comprendre ce que les machines peuvent faire

Il faut toujours tenir compte de la capacité de la machine par rapport aux tolérances de conception. Par exemple, une fraiseuse CNC moyenne est capable de maintenir des tolérances parfaites de +/- 0,005 pouce. Des valeurs plus faibles et plus serrées peuvent être attendues, ce qui nécessite une production plus lente ou une conversion à l'électroérosion.

3. Comparaison des coûts et des avantages

Des tolérances strictes impliquent une augmentation des contrôles, du temps et de l'usure des outils. Le prix augmente de manière exponentielle avec les légères améliorations de la précision.

Vous devez utiliser des tolérances serrées lorsque c'est nécessaire. Le reste de la pièce doit utiliser les valeurs de tolérance CNC standard ±0,005″ ±0,010″ pour contrôler les coûts et les délais.

Quelles sont les valeurs de tolérance standard de la CNC ?

Voici une référence rapide pour le guide des tolérances d'usinage CNC pour les ingénieurs :

Comme nous l'avons vu plus haut, les différents procédés offrent des capacités différentes en matière d'ingénierie de précision. Ne partez pas du principe que tous les procédés permettent d'obtenir la même précision dimensionnelle.

Capacités de tolérance de la CNC par rapport à l'électroérosion

Voici ce qu'il faut savoir lorsque l'on compare les capacités de tolérance de la CNC à celles de l'électroérosion :

• Les pièces générales sont plus rapides et moins coûteuses à fabriquer par usinage CNC et se situent généralement dans une fourchette de +\/-0,005 2.
• L'EDM (Electrical Discharge Machining) permet d'appliquer des tolérances très strictes (jusqu'à +/- 0,0001 pouce) à une géométrie compliquée ou difficile à usiner.
• L'électroérosion peut être l'alternative préférable lorsque votre dessin présente des angles internes complexes ou des détails trop fins. Elle est cependant plus coûteuse et plus lente.

Tolérances dimensionnelles et géométriques en CNC

Tolérances dimensionnelles

Il s'agit de restrictions d'une valeur, comme un trou, par exemple à 10,00 mm, 10,00 mm + 0,01 mm.

Tolérances géométriques

Il s'agit de la forme, de l'orientation, de la position et du faux-rond. Elles sont spécifiées à l'aide de la méthode GD&T dans les tolérances d'usinage CNC (Geometric Dimensioning & Tolerancing).

Grâce à la GD&T, il est possible de contrôler la géométrie de la pièce avec plus de précision, sans imposer de contraintes excessives sur une dimension. Cela permet d'améliorer la fabricabilité et de réduire les coûts.

Les symboles GD&T courants sont les suivants

• Planéité
• Parallélisme
• Position réelle
• Cylindricité

Utilisation correcte de la GD&T dans l'usinage CNC tolérances peut améliorer considérablement la qualité des assemblages tout en maintenant une production efficace.

Comment la tolérance à la CNC affecte l'ajustement et la fonction

Des limitations insuffisantes dans des spécifications de mauvaise qualité entraînent :

• Assemblages mal alignés
• Trop ou trop peu de friction ou de relâchement
• Remaniements inutiles

Comme dans le cas d'un système d'arbre et de trou :

• Un ajustement serré (interférence) implique un contrôle strict ; l'empilement des tolérances est important.
• Avec un ajustement lâche (dégagement), la production peut être plus rapide et moins coûteuse.

Comprendre comment la tolérance CNC affecte l'ajustement et la fonction aide les ingénieurs à prévenir la défaillance des pièces et à réduire le temps d'assemblage.

Capacité de la machine et tolérances de conception

Les concepteurs ont tendance à avoir des tolérances beaucoup plus étroites que celles qui peuvent être usinées de manière économique. Il faut toujours vérifier la capacité de la machine par rapport aux tolérances de conception avant d'autoriser la production des dessins.

Une spécification trop stricte peut :

• Besoin de fonctions secondaires
• Augmenter les taux de rebut
• Retard de livraison

Travailler avec les ingénieurs de fabrication pour établir des tolérances à la fois précises et pratiques.

Tolérance et prise en compte des matériaux

Les matériaux se dilatent, se contractent et se déforment différemment. Une tolérance de +-0,002 en fonction de l'aluminium est possible, mais elle n'est pas bonne avec les plastiques en raison de leurs capacités de dilatation thermique et de malléabilité.

Il faut également tenir compte de ce qui suit :

• Usinabilité : La plupart des matériaux sont plus difficiles à maintenir dimensionnellement, comme le titane.
• Soulagement du stress : Pendant l'usinage, il est possible d'induire des contraintes résiduelles qui ont un impact sur la stabilité de la tolérance.
• Meilleures pratiques des concepteurs
• Lorsque des tolérances serrées sont nécessaires, il faut les utiliser
• Utiliser la méthode GD&T si la forme ou l'orientation est importante.
• Communication précoce avec les machinistes lors de la conception
• Documenter les caractéristiques critiques et les caractéristiques non critiques
• Adopter le même format dans les appels à la tolérance

Exemple concret

Une entreprise de robotique de précision avait besoin de boîtiers d'engrenage avec une tolérance de +/- 0,0005 pour les poches de roulements. Les premières conceptions utilisaient les techniques CNC habituelles, ce qui entraînait un gaspillage de 30 % des pièces.

Ils ont éliminé les rejets à moins de 3 % et amélioré les performances d'ajustement en passant à l'usinage par électroérosion et en redéfinissant la stratégie de tolérance à l'aide de la méthode GD&T.

Conclusion

Tolérances dans l'usinage CNC : Ce que les concepteurs doivent savoir se résume à ceci :

• Toutes les caractéristiques ne nécessitent pas des tolérances très strictes.
• Considérez le Usinage CNC guide de tolérance pour les ingénieurs afin d'équilibrer le coût et la performance.
• Apprenez la différence entre les tolérances dimensionnelles et les tolérances géométriques dans la CNC.
• Comprendre comment la tolérance CNC affecte l'ajustement et la fonction.
• Lors des révisions de la conception, il faut toujours aligner les capacités de la machine sur les tolérances de la conception.
• Carrière des concepteurs La maîtrise des choix de tolérance garantit une amélioration des performances, une réduction du nombre d'erreurs et une accélération des délais de production.

FAQ sur les tolérances d'usinage CNC

1. Quelle est la tolérance standard d'usinage CNC la plus utilisée ?

Les valeurs de tolérance CNC standard les plus courantes, ±0,005″ ±0,010″, sont utilisées pour les caractéristiques générales qui ne nécessitent pas une grande précision.

2. Comment la GD&T améliore-t-elle l'usinage CNC ?

Les tolérances d'usinage CNC GD&T permettent un contrôle précis de la géométrie sans resserrer inutilement les tolérances de taille, ce qui améliore à la fois l'ajustement et la fabricabilité.

3. Quelles sont les circonstances qui exigent l'utilisation de l'électroérosion au lieu de la CNC ?

Choisissez l'électroérosion lorsque des tolérances très étroites (±0,0001″) ou des géométries internes complexes sont nécessaires, en particulier lorsque les capacités de tolérance de la CNC par rapport à l'électroérosion favorisent l'électroérosion.

4. Quels sont les dangers d'une tolérance excessive en matière de conception ?

Les tolérances excessives entraînent des coûts, des retards et des gaspillages plus importants. Faire correspondre les tolérances à la fonction et à la capacité de la machine par rapport aux tolérances de conception.

5. Les machines à commande numérique sont-elles capables de tolérances de l'ordre du millimètre ?

Oui, mais ±0,001 doit être maintenu régulièrement, en fonction de la machine et de l'installation, et matériel. Veuillez vous référer aux capacités réelles du magasin.