Les machines CNC peuvent atteindre des niveaux de précision très élevés. Certaines machines peuvent atteindre des précisions allant jusqu'à +/-0.0025 mm. Cependant, exécuter le fraisage d'une pièce sur une machine CNC avec le plus haut niveau de précision est une entreprise coûteuse et chronophage. C'est là que les tolérances d'usinage CNC entrent en jeu. Étant donné que différentes pièces nécessitent différents degrés de précision, il est économique pour un concepteur de spécifier les dimensions et tolérances spécifiques nécessaires pour cette pièce.
Que sont les tolérances ?
En bref, les tolérances sont des mesures qui indiquent le niveau de précision nécessaire pour une pièce que vous souhaitez fabriquer. Plus précisément, les tolérances CNC indiquent le degré de variation autorisé dans les dimensions finales ou la valeur mesurée d'une pièce usinée sur mesure.
Les ateliers d'usinage CNC mesurent les composants par des valeurs numériques, généralement précédées d'un symbole ±. Par exemple, vous pouvez attribuer une tolérance de ±0.001″ à une pièce mesurant 2.550 pouces de longueur. Cela indiquerait que la pièce fabriquée aurait une longueur variable mesurant entre 2.549" et 2.551". Si une pièce mesurant 1.5 pouces de hauteur nécessite une tolérance de ±0.005", la pièce finale doit se situer entre 1.495" et 1.505" pour passer l'inspection de qualité.
Les tolérances standard ou non standard dans le dessin indiquent Services d'usinage CNC et les mécaniciens quel degré de précision utiliser lors de la production d'une pièce. Plus le nombre est petit (dans le monde manufacturier, la tolérance est plus stricte) plus la précision est requise. Plus le nombre est grand, également appelé plus lâche, moins vous avez besoin de précision.
Types courants de tolérances dans l'usinage CNC
1. Tolérances standard
Les machinistes adhèrent souvent aux tolérances CNC standard pour les pièces couramment fabriquées. Cela inclut une précision spécifique pour des éléments tels que les filetages, les broches et les tuyaux. Beaucoup services de fraisage fournir des normes internationales d'environ +/-0.1 mm, en particulier lorsque les clients ne spécifient pas leurs propres niveaux de tolérance. Pour une vue complète, reportez-vous à le tableau détaillé d'usinage CNC. La portée de ces normes est généralement définie par diverses organisations internationales, notamment l'Organisation internationale de normalisation (ISO), l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) et l'American National Standards Institute (ANSI).
2. Tolérances bilatérales
Lors de l'utilisation d'une tolérance bilatérale, l'écart par rapport à la dimension donnée peut être négatif ou positif, permettant à la pièce d'être légèrement plus grande ou plus petite que celle indiquée. Un exemple est +/- 0.06 mm, indiquant que la pièce usinée peut être 0.06 mm plus courte ou plus longue que la mesure spécifiée. De telles spécifications sont généralement appliquées aux dimensions extérieures.
3. Dimensionnement géométrique et tolérancement
Tolérances GD&T sont beaucoup plus approfondis que les autres systèmes de tolérances d'usinage. Il met en évidence les mesures et les écarts admissibles. Il décrit également les caractéristiques géométriques spécifiques de la pièce usinée, telles que sa planéité, sa concentricité et sa véritable position. Les tolérances GD&T sont souvent utilisées pour les pièces ayant des dimensions extrêmement précises.
4. Tolérances unilatérales
Les tolérances unilatérales autorisent des écarts exclusivement dans une direction, soit uniquement positive, soit uniquement négative. Par exemple, une tolérance spécifiée à +0.00/-0.06 mm indique que la pièce finie peut être jusqu'à 0.06 mm plus petite, mais pas plus grande, que la mesure indiquée. De telles tolérances sont généralement utilisées dans les conceptions dans lesquelles une pièce doit s'adapter à un autre composant. Il est crucial de s'assurer que la pièce ne dépasse pas les dimensions spécifiées, car une taille plus grande l'empêcherait de s'insérer dans la position prévue.
5. Tolérances limites
Une tolérance limite est exprimée sous la forme d'une plage de valeurs, où la pièce est en bon état tant que la mesure se situe entre cette plage. 13 – 13.5 mm par exemple est une tolérance limite pour l'usinage CNC indiquant que la pièce doit avoir une mesure comprise entre la limite supérieure et la limite inférieure (13 mm est la limite supérieure et 13.5 mm est la limite inférieure).
Choses à garder à l'esprit lors du choix des tolérances
Dans l’usinage CNC, la compréhension des tolérances est essentielle pour garantir les performances optimales d’une pièce. Le seuil auquel la fonction d’une pièce est affectée par les variations dimensionnelles est une considération cruciale. Cela est particulièrement vrai pour les pièces telles que les composants critiques du moteur, où la précision est primordiale ; toute déviation de leur forme géométrique peut entraîner de graves répercussions. En revanche, il existe des pièces pour lesquelles une précision aussi rigoureuse n’est pas nécessaire. Pour ces composants, un écart légèrement plus important dans les tolérances de fabrication peut être autorisé sans affecter leur fonctionnalité. Au-delà de ces considérations, lors de la sélection des tolérances dans l'usinage CNC, il est important de garder également à l'esprit quelques facteurs supplémentaires :
1. Quand avez-vous besoin de tolérances serrées ?
La nécessité de tolérances plus strictes varie souvent en fonction des différentes caractéristiques d'un seul composant. Par exemple, même si la structure globale d'une pièce ne nécessite pas les tolérances les plus strictes, des zones spécifiques, telles que les points où la pièce doit s'adapter ou se joindre à d'autres composants, comme les trous, nécessitent une grande précision.
Les tolérances complexes sont particulièrement essentielles dans les secteurs où la précision est nécessaire, comme l'aérospatiale, les dispositifs médicaux et la construction automobile. Ces secteurs nécessitent souvent des composants qui doivent s’adapter et fonctionner parfaitement au sein d’assemblages complexes, où même des écarts infimes peuvent entraîner des pannes opérationnelles importantes.
Dans le processus d'usinage, une précision accrue garantit que chaque pièce est produite avec la plus grande précision, réduisant ainsi la marge d'erreur. Ceci est crucial pour les pièces qui interagissent étroitement avec d’autres composants, où un léger décalage peut provoquer une usure ou une inefficacité opérationnelle. De plus, pour les projets où la sécurité est une préoccupation majeure, comme dans l'industrie aérospatiale, la tolérance limite dans l'usinage CNC n'est pas négociable, car elle a un impact direct sur la fiabilité et la sécurité du produit final.
2. Des coûts élevés pour des exigences strictes
Cependant, opter pour des tolérances de précision peut augmenter le temps et le coût d’usinage. L'utilisation d'outils CNC pour maintenir des normes rigoureuses, telles que des tolérances extrêmement serrées aussi proches que ±0.001", peut entraîner une usure accrue de l'équipement. Cet aspect devient particulièrement critique dans la production de masse. Par exemple, un nouvel outil peut initialement répondre facilement à une norme de ±0.001", mais maintenir ce niveau de précision devient difficile au fil d'une utilisation répétée. La production de nombreuses pièces selon ces normes strictes peut nécessiter des changements d'outils ou des ajustements fréquents dans le processus d'usinage, entraînant des temps de production plus longs et des coûts élevés.
3. Les tolérances dépendent du matériau
Différents matériaux ont des caractéristiques individuelles qui peuvent affecter le niveau de tolérance qu'ils peuvent atteindre dans l'usinage CNC. Certaines de ces caractéristiques comprennent :
- Dureté : Les matériaux plus tendres sont plus difficiles à usiner avec une grande précision. Cela est principalement dû à leur probabilité de changer de dimensions lorsque l'outil de coupe les touche. Vous devez donc faire preuve d'une patience supplémentaire lors de l'usinage de ces matériaux plus tendres.
- Abrasivité : les matériaux rugueux et grossiers sont généralement résistants aux outils de coupe et peuvent même les user plus rapidement. Ces matériaux rendent difficile l’obtention d’une précision dimensionnelle stricte, car les modifications apportées à l’outil de coupe entraînent une moindre précision. Les matériaux abrasifs nécessitent généralement que le technicien change l'outil plusieurs fois tout au long du processus d'usinage.
- Stabilité à la chaleur : il s'agit d'un problème qui affecte principalement les non-métaux. Au fur et à mesure que la chaleur s'accumule pendant le processus d'usinage, ces matériaux commencent à perdre leur forme. Cela limite les processus que vous pouvez utiliser sur ce matériau particulier.
4. Choix des méthodes de fabrication
Les machines CNC varient considérablement dans leurs capacités et capacités. La tolérance d'une machine CNC est cruciale, car elle dicte les types de pièces qu'elle peut traiter. Si certaines machines excellent dans des tâches complexes, d’autres peuvent avoir des limites. Souvent, l'obtention d'une pièce usinée parfaite nécessite des opérations supplémentaires, en particulier pour les conceptions complexes ou lorsque l'on travaille avec des tolérances CNC serrées. Cela souligne l'importance de comprendre les atouts et les limites spécifiques d'une machine dans la fabrication de précision.
5. Inspection
Compte tenu de la nature du projet, une inspection approfondie des pièces avec des tolérances limitées sera nécessaire. Ce processus nécessitera beaucoup de temps en raison de la précision impliquée. De plus, il peut être essentiel d'utiliser des outils et équipements de mesure spécialisés pour évaluer avec précision les tolérances de ces pièces, comme des pieds à coulisse, des micromètres, des comparateurs optiques, des MMT, etc. Une telle vérification détaillée est cruciale pour garantir la qualité et la fiabilité du produit final.
Comment trouver la bonne tolérance
Parfois, choisir le niveau de précision approprié n’est pas un défi. Pour les concepteurs de produits ou de pièces, il est crucial de déterminer la plage de variation autorisée pour les dimensions d'une pièce. Cette connaissance affecte de manière significative la décision concernant la bonne tolérance de fabrication, a un impact sur le délai d'exécution du projet et influence son coût. Les conseils suivants sont destinés à vous aider dans votre processus de prise de décision :
1. Considérez l'utilisation de votre pièce
L'application prévue de votre pièce dicte généralement la précision nécessaire lors de son usinage. Par exemple, les pièces autonomes qui n’ont pas besoin d’être intégrées à d’autres composants nécessitent généralement moins de précision lors du fraisage. Étant donné que l’obtention de tolérances plus strictes entraîne un coût plus élevé, il est conseillé de les opter uniquement en cas d’absolue nécessité. Si votre pièce ne nécessite pas une telle précision, il est plus rentable de choisir des tolérances standardisées.
2. Recherchez une entreprise d'usinage CNC réputée
Trouver la bonne tolérance pour un projet implique souvent de s'associer à un service d'usinage CNC fiable. Les clients doivent engager des discussions détaillées sur les objectifs et les spécifications de leur projet avec des experts en fabrication afin de déterminer les tolérances optimales. Généralement, les ingénieurs ou les concepteurs de pièces définissent ces tolérances avant d'aborder un Usinage CNC or service de prototypage rapide, ce qui permet de rationaliser le processus de production et de réduire les coûts.
Il est essentiel de se rappeler que si les tolérances ne sont pas spécifiées lors de la soumission d'une pièce pour la production, la plupart des services CNC utiliseront par défaut leur tolérance standard, généralement autour de ±0.1 mm (±0.004 po). Bien que cet écart soit mineur et non visible à l’œil nu, il peut affecter considérablement l’ajustement de la pièce finale. Par exemple, un trou plus petit, même de 0.005 pouce, peut rendre l'intégration de la pièce correspondante plus difficile que nécessaire.
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