EUCNC-Bearbeitungstoleranz: Typen und Erklärungen
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CNC-Bearbeitungstoleranz: Typen und Erklärungen
Bearbeitungsprozesse haben sich in der jüngeren Vergangenheit erheblich weiterentwickelt. Doch trotz aller Fortschritte bleibt ein Aspekt gleich: Es gibt keine perfekte Bearbeitung. Unabhängig vom gewählten Herstellungsverfahren besteht immer eine geringfügige Abweichung zwischen den in einem CAD-Modell angegebenen Maßen und den tatsächlichen Abmessungen des hergestellten Teils.
Wenn Sie denselben Bearbeitungsprozess und dieselbe CNC-Maschine verwenden würden, um zwei identische Teile herzustellen, gäbe es tatsächlich einige Unterschiede zwischen diesen Teilen.
Wie können Hersteller also eine einheitliche Produktion von Konsumgütern gewährleisten? Das ist wo CNC-Bearbeitungstoleranzen Komm herein.
In diesem Artikel werde ich Sie durch die Grundlagen von führen CNC-Bearbeitungstoleranzen. Lesen Sie weiter, um mehr über das Konzept der Bearbeitungstoleranzen, ihre Messung und Berechnung sowie die verschiedenen Arten von CNC-Bearbeitungstoleranzen zu erfahren.
Was ist Bearbeitungstoleranz?
Unter der Bearbeitungstoleranz, auch Maßhaltigkeit genannt, versteht man die maximal zulässige Abweichung zwischen den Planmaßen und den Endmaßen. Die Angabe erfolgt üblicherweise durch eine Zahl mit vorangestelltem ±-Symbol.
Wird beispielsweise einem Teil mit einer Bauplanlänge von 10 mm eine Toleranz von ±0.05 mm zugewiesen, können die Endmaße zwischen 9.95 mm und 10.05 mm liegen. Jeder Wert innerhalb dieses Bereichs würde die Qualitätsprüfung bestehen.
CNC-Bearbeitung ist bekannt für seine extreme Präzision und die Fähigkeit, enge Toleranzen einzuhalten. Ein hohes Maß an Genauigkeit, das sich durch kleinere oder engere Toleranzen auszeichnet, erhöht jedoch die Bearbeitungskosten und die Produktionszeit erheblich. Da unterschiedliche Komponenten unterschiedliche Präzisionsgrade erfordern, ist es kosteneffizienter, eine bestimmte zuzuweisen CNC-Bearbeitungstoleranz basierend auf den Teileanforderungen.
Auf diese Weise können Maschinisten je nach Bedarf zwischen lockeren und engen Toleranzen variieren.
Berechnung und Ausdruck von Bearbeitungstoleranzen
Bevor ich mich mit der eigentlichen Berechnung von Bearbeitungstoleranzen befasse, führe ich Sie durch häufig verwendete Begriffe, mit denen Sie vertraut sein müssen.
Nennwert oder Grundgröße – Dies ist das Maß, das in der CAD-Zeichnung angegeben ist. Dieser Wert ist theoretisch, da Designer wissen, dass die endgültigen Maße leicht variieren werden.
Tatsächliche Größe - Wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei um das Endmaß des gefertigten Teils. Das Ziel der Herstellungsprozesse besteht darin, sicherzustellen, dass die tatsächliche Größe und die Grundgröße möglichst nahe beieinander liegen.
Höchstgrenze - Dies ist die maximal zulässige Abmessung eines Teils. Wenn die Größe des Teils diesen Wert überschreitet, ist es nicht mehr verwendbar.
Untere Grenze - Ebenso ist die untere Grenze die minimal zulässige Abmessung eines Teils. Ist die tatsächliche Größe kleiner als dieser Wert, wird das Teil zurückgewiesen.
Abweichung - Dies ist die maximal zulässige Differenz zwischen den Abmessungen des Teils und dem Nennwert. Es gibt zwei Arten von Abweichungen: obere Abweichung und untere Abweichung.
Die obere Abweichung ist ein positiver Wert, der wie folgt berechnet wird;
Obere Abweichung = Obergrenze – Nennwert
Ebenso ist die geringere Abweichung ein negativer Wert, der wie folgt berechnet wird;
Untere Abweichung = Untere Grenze – Nennwert
Nachdem wir nun die Terminologie im Zusammenhang mit Bearbeitungstoleranzen verstanden haben, wenden wir uns dem mathematischen Teil zu.
Die Bearbeitungstoleranz ist die Differenz zwischen der Ober- und Untergrenze einer Messung. Mit dieser Definition wird es unglaublich einfach, die Toleranz eines Teils zu berechnen.
Nehmen wir zur Veranschaulichung an, dass ein Tisch mit einer Grundlänge von 100 mm folgende Grenzen hat:
- Obergrenze – 110 mm
- Untere Grenze – 90 mm
- Die Toleranz wäre die Differenz zwischen den Grenztoleranzen;
- Toleranz (t) = Obergrenze – Untergrenze
- t = 110 – 90 = 20 mm
- In diesem Fall kann das Toleranzband auch mit ±10 mm ausgedrückt werden.
Übliche Formen von Toleranzen in der CNC-Bearbeitung
Technische Toleranzen sind ein wesentlicher Aspekt der modernen CNC-Bearbeitung. Sie unterstützen Hersteller bei der Herstellung hochwertiger Teile und austauschbarer Komponenten im Falle einer Massenproduktion.
Nachdem wir nun mit den Grundlagen der Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung vertraut sind, werde ich Sie durch die verschiedenen Arten von Toleranzen führen.
Geometrische Toleranz
Technische Toleranzen sind ein wesentlicher Aspekt der modernen CNC-Bearbeitung. Sie unterstützen Hersteller bei der Herstellung hochwertiger Teile und austauschbarer Komponenten im Falle einer Massenproduktion.
Nachdem wir nun mit den Grundlagen der Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung vertraut sind, werde ich Sie durch die verschiedenen Arten von Toleranzen führen.
- Allgemeine Toleranzen
Allgemeine Toleranzen, auch Standard-Bearbeitungstoleranzen genannt, geben typische Toleranzen für die am häufigsten bearbeiteten Teile an. Wenn eine Konstruktionszeichnung keine spezifischen Toleranzanforderungen enthält, wenden Maschinisten Standardtoleranzen an.
Standardbearbeitungstoleranzen gelten für verschiedene Komponenten, einschließlich linearer und Winkelmaße sowie Außenradien und Fasen. Sie basieren auf internationalen Standards und werden üblicherweise in einer Tabelle dargestellt. Beispielsweise gibt ISO 2768 die Standards in Europa vor, während in den USA Y14.5 von ASME verwendet wird.
Einseitige Toleranzen
Die einseitige Toleranz besagt, dass die zulässige Abweichung nur in eine Richtung erfolgen darf. Das bedeutet, dass es entweder eine positive oder eine negative Varianz geben kann, aber nicht beides.
Beispielsweise bedeutet eine einseitige Toleranz von +0.00/-0.05 mm, dass das Endmaß um 0.05 mm kleiner als der Nennwert sein kann. Ein größerer Teil wäre jedoch nicht akzeptabel.
Einseitige Toleranzen werden häufig für Teile verwendet, die in andere eingebaut werden. Wenn solche Teile größer als angegeben sind, passen sie nicht in ihre Position.
Nehmen wir an, ein Rohr mit einem Durchmesser von 20 mm geht in ein Loch mit demselben Durchmesser. Wenn die Rohrabmessungen 20 mm überschreiten, wird dieser Teil unbrauchbar. In solchen Fällen wäre die zulässige Varianz negativ.
Bilaterale Toleranzen
Im Gegensatz zur einseitigen Toleranz weist die bilaterale Toleranz darauf hin, dass die zulässige Abweichung in beide Richtungen erfolgen kann. Mit anderen Worten: Die Endmaße können etwas größer oder etwas kleiner als die angegebenen Maße sein.
Wenn beispielsweise ein Teil mit einem Durchmesser von 20 mm eine beidseitige Toleranz von ±0.05 mm aufweist, wären die oberen und unteren Grenzen 20.05 mm und 19.95 mm. Alle Werte innerhalb dieses Toleranzbereichs sind daher zulässig. 19.95 – 20.05 mm ist ein Beispiel für eine Grenztoleranz, wobei 19.95 die Untergrenze und 20.05 die Obergrenze ist.
Für Außenmaße werden typischerweise bilaterale Toleranzen verwendet.
GD & T.
Die geometrische Bemaßung und Toleranz (GD&T) ist umfassender als Standard-Bearbeitungstoleranzen. Neben Maßen und deren zulässigen Abweichungen werden in diesem System auch weitere geometrische Eigenschaften eines Bauteils detailliert aufgeführt.
Wenn eine Bank beispielsweise eine Höhe von 500 mm und eine zulässige Abweichung von 20 mm aufweist, bedeutet dies, dass eine Bank mit einer Höhe von 480 mm an einem Ende und 520 mm am anderen Ende immer noch zulässig wäre. Hier kommt GD&T ins Spiel. In diesem Fall würde es darlegen, dass die Designabsicht des Features eine flache Oberfläche ist.
Zusätzlich zur Ebenheit kommuniziert GD&T Teileeigenschaften wie Geradheit, Zirkularität, Symmetrie, Konzentrizität, Position, Parallelität und Rechtwinkligkeit.
Maßtoleranz
Maßtoleranzen legen Grenzen fest, die nur für die Abmessungen eines Features gelten. Diese Steuerung gilt nur für Messungen und definiert keine anderen Aspekte eines Features wie Form, Ausrichtung und Profil. Zu den gängigen Arten von Bemaßungen, bei denen es zu Toleranzen kommen kann, gehören Linear-, Winkel- und Radialbemaßungen.
Beispielsweise kann ein Tisch eine Höhentoleranz von ±20 mm haben, was bedeutet, dass er akzeptiert werden würde, wenn er etwas höher oder niedriger wäre.
Positionstoleranz
Die Positionstoleranz ist die maximal zulässige Abweichung eines Merkmals von seiner wahren Position. Wie ich bereits erläutert habe, können hergestellte Teile nicht perfekt mit Bauplänen übereinstimmen. Dies gilt auch für die Position von Merkmalen.
Die „wahre Position“ ist die theoretische Position eines Merkmals und wird durch Grund- oder Nennmaße beschrieben. Die Positionstoleranz definiert die Grenzen der Position Ihres Features vom beabsichtigten Standort. Es ist besonders wichtig für zusammenpassende Teile, da es einen reibungslosen Zusammenbau ermöglicht.
Positionstoleranzen werden häufig auf Merkmale wie Löcher, Vorsprünge und Keilnuten angewendet.
Winkeltoleranz
Die Winkeltoleranz steuert die Ausrichtung eines Merkmals, das in einem Winkel zu einer Bezugsfläche steht. Beachten Sie, dass die Winkligkeit nicht die Winkelvariation zwischen Merkmalen definiert, beispielsweise ±5 Grad. Vielmehr beschreibt sie eine Toleranzzone, die aus zwei parallelen Linien besteht, die sich im angegebenen Winkel zum Bezugspunkt befinden. Das referenzierte Feature sollte in dieser Zone liegen, damit es akzeptiert wird.
Die Angabe der Winkligkeit ist besonders nützlich für Teile, die in einem Winkel zusammenpassen. Diese Kontrolle wird mithilfe von Koordinatenmessgeräten (KMGs), Winkelplatten oder Planplatten gemessen.
Rundlauftoleranz
Bei der Rundlauftoleranz handelt es sich um eine Steuerungsart, die Grenzwerte dafür festlegt, wie stark ein bestimmtes Merkmal in Bezug auf den Bezugspunkt schwankt, wenn das Merkmal um 360 Grad um die Bezugsachse gedreht wird. Mit anderen Worten, der Rundlauf gibt an, wie viel Variation auftreten kann, wenn ein Feature um eine Mittelachse gedreht wird.
Viele branchenübergreifende Anwendungen erfordern rotierende Teile, weshalb Rotationstoleranzen weit verbreitet sind. Zu den beliebten Anwendungen gehören Spindeln, Wellen, Bohrer, Zahnräder und Räder.
Toleranz der Oberflächenbeschaffenheit
Die Oberflächengütetoleranz behält die Kontrolle über die zulässige Abweichung einer Teileoberfläche von der Nennoberfläche.
Die Oberflächenbeschaffenheit eines Teils besteht aus drei separaten Komponenten: Welligkeit, Lage und Oberflächenrauheit. Wenn Maschinenbauer von „Oberflächenbeschaffenheit“ sprechen, beziehen sie sich in der Regel auf die Oberflächenrauheit.
Es ist wichtig, die vorgesehenen Grenzwerte für die Oberflächengüte einzuhalten, da dieser Parameter das Aussehen, die Funktion und die Gesamtqualität des Teils erheblich beeinflusst.
Konzentrizitätstoleranz
Die Konzentrizitätstoleranz ist eine Art Standortangabe. Es legt Grenzen dafür fest, wo die Mittelpunkte des referenzierten Features in Bezug auf eine Bezugsachse liegen sollten.
Konzentrizität ist recht komplex und bei der Bearbeitung schwer zu erreichen. Daher werden stattdessen typischerweise einfachere CNC-Bearbeitungstoleranzen wie Rundlauf und Position verwendet. Konzentrizität ist normalerweise komplizierten Komponenten wie Getrieben und Wellen vorbehalten.
Rundheitstoleranz
Die Rundheitstoleranz, auch Zirkularitätstoleranz genannt, ist eine 2D-Beschriftung, die steuert, wie perfekt ein Kreis ist. Dadurch wird sichergestellt, dass ein kreisförmiger Querschnitt einem wahren Kreis möglichst nahe kommt.
Die Zirkularitätstoleranzzone besteht aus zwei theoretisch perfekten konzentrischen Kreisen. Alle Punkte des nominell runden Bauteils müssen innerhalb dieses Toleranzbandes liegen, um akzeptiert zu werden.
Zirkularität ist eine gängige Kontrolle, da es viele Anwendungen gibt, die perfekt kreisförmige Teile erfordern. Dazu gehören Lager und rotierende Wellen.
Geradheitstoleranz
Die Geradheitstoleranz ist eine 2D-Beschriftung, die die Gleichmäßigkeit der Teilemerkmale steuert. Es gibt an, wie gerade ein Feature unabhängig von Bezugspunkten ist.
Die Geradheitstoleranz kann entweder auf eine Fläche oder eine Achse angewendet werden. Die Geradheit der Oberfläche wird mit einem Höhenmessgerät gemessen, während die Geradheit der Achse mit einer Messuhr oder einer Zylinderlehre gemessen werden kann.
Die Geradheitsbeschriftung wird häufig für zusammenpassende Teile verwendet, die Linienkontakt haben müssen.
Parallelitätstoleranz
Die Parallelitätstoleranz steuert die Parallelität zweier Teilmerkmale. Es gibt zwei Arten von Parallelität: Flächenparallelität und Achsenparallelität, wobei erstere am häufigsten vorkommt.
Zwei parallele Ebenen, die parallel zur Referenzfläche liegen, definieren die Toleranzzone. Damit das Teil die Qualitätsprüfung besteht, müssen alle Punkte auf der Oberfläche innerhalb der Toleranzzone liegen.
Parallelitätstoleranz ist praktisch, wenn ein gleichmäßiger Abstand zwischen zwei synchronen Teilen erforderlich ist. Darüber hinaus stellt diese Steuerung sicher, dass sich Merkmale wie zylindrische Löcher nicht verjüngen.
Moderne KMG-Maschinen machen die Messung der Parallelität ziemlich einfach. Wenn diese Geräte nicht vorhanden sind, können Sie die Parallelität mithilfe eines Höhenmessgeräts oder einer Richtplatte bestimmen.
Ebenheitstoleranz
Ebenheit ist für viele eine Anforderung CNC-bearbeitete Teile. Auch wenn keine Oberfläche vollkommen eben sein kann, können Maschinisten eine Oberfläche herstellen, die für die vorgesehene Anwendung flach genug ist.
Die Ebenheitstoleranz steuert die Ebenheit einer Oberfläche. Es definiert die Toleranzzone, die aus zwei parallelen Ebenen besteht, eine auf jeder Seite der ebenen Fläche. Liegen alle Punkte der betreffenden Fläche innerhalb der Toleranzzone, liegt das Teil im zulässigen Bereich.
Wir nutzen die Ebenheit, um sicherzustellen, dass zwei Oberflächen bündig aneinander anliegen können, wenn die Ausrichtung nicht so wichtig ist. Diese Eigenschaft ist auch wichtig, wenn Sie eine gleichmäßige Abnutzung einer Oberfläche aufrechterhalten möchten.
Ein gutes Beispiel für die Angabe der Ebenheit sind Messschieber. Dieses Instrument verwendet eine feste und verschiebbare Backe, um Messungen durchzuführen. Wenn diese beiden Flächen nicht flach genug sind, würde die bewegliche Backe während der Bewegung stecken bleiben.
Zu den Werkzeugen zur Ebenheitsmessung gehören KMG-Maschinen, 3D-Scanner und Messuhren.
Rechtwinkligkeitstoleranz
Die Rechtwinkligkeitstoleranz ist eine Art Orientierungskontrolle, die die Grenzen definiert, an denen ein Merkmal liegen sollte, damit es als ausreichend senkrecht gilt. Es gibt zwei Arten von Rechtwinkligkeit: Flächen- und Achsenrechtwinkligkeit.
Wie der Name schon sagt, wird die Flächensenkrechtheit auf eine Fläche angewendet, die in einem Winkel von 90 Grad zu einem Bezugspunkt ausgerichtet ist. Die Achsensenkrechtheit steuert die Abweichung einer Achse von einem perfekten 90-Grad-Winkel.
Die Rechtwinkligkeitstoleranz wird üblicherweise auf die Mittelachse eines Lochs angewendet.
Autorin
Gavin Leo ist technischer Redakteur bei Aria mit 8 Jahre Erfahrung im IngenieurwesenEr beherrscht die Bearbeitungseigenschaften und den Oberflächenbearbeitungsprozess verschiedener Materialien. und war an der Entwicklung von mehr als 100 komplexen Spritzguss- und CNC-Bearbeitungsprojekten beteiligt. Es ist ihm eine Leidenschaft, sein Wissen und seine Erfahrung weiterzugeben.