Bearbeitungstoleranzen 101:Grundlagen, Arten und Bedeutung von Bearbeitungstoleranzen verstehen

In den frühen Stadien der ersten industriellen Revolution gab es keinen Standard für die Herstellung von Maschinenteilen. Das bedeutete, dass jede Maschine oder jedes hergestellte Produkt sein kundenspezifisches Design hatte und in einem „Einzelstück“-Produktionsstil gebaut wurde. Obwohl dieses Verfahren es den Herstellern ermöglichte, Maßgenauigkeit zu erreichen, verursachte es lange Vorlaufzeiten.

Gegen Ende der ersten industriellen Revolution fand Eli Whitney (der Erfinder der Baumwollentkörnung) heraus, wie man mehrere Musketen so herstellt, dass sie austauschbar waren ㅡ, was bedeutet, dass die Musketen identisch waren und er sie gegeneinander austauschen konnte. Sein Fertigungsansatz zeigte, wie Komponenten einer Baugruppe mit bestimmten Standard-Bearbeitungstoleranzen hergestellt werden sollten.

Aber was genau ist Bearbeitungstoleranz und wie funktioniert sie? Dieser Artikel beantwortet all diese Fragen und mehr.

Was ist Toleranz bei der Bearbeitung?

Toleranz ist einfach ein Maß für die akzeptable Variation (oder Abweichung) in der Abmessung Ihres Teils. Einfach ausgedrückt, ermöglicht Ihnen die Bearbeitungstoleranz, die maximale und minimale Abmessungsgrenze eines Teils festzulegen. Sie wird normalerweise mit „±“ (ausgesprochen plus oder minus) ausgedrückt und von einer akzeptablen Abweichung begleitet (z. B. ±0,05).

Stellen Sie sich zum besseren Verständnis der Toleranzen ein Szenario vor, in dem Sie eine Welle herstellen möchten, die mit einem Lager gekoppelt wird, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Abbildung 1:Eine Wellen- und Lagerkupplung

Angenommen, das Lager hat einen Durchmesser von 30 mm. In einem solchen Szenario würden Sie zustimmen, dass es schwierig sein könnte, eine Welle mit einem Durchmesser von 30 mm (oder mehr) in das Lager einzupassen. Ebenso ist eine Welle mit einem Durchmesser von 27 mm zu locker für das Lager.

Bearbeitungstoleranzen ermöglichen es Ihnen, eine akzeptable Abweichung in den Abmessungen Ihres Teils anzugeben, um die Montage zu erleichtern. So können Sie beispielsweise bei der Fertigung Ihrer Welle ein Wellenmaß von 29 ± 0,05 mm angeben. Diese Abmessung würde anzeigen, dass ein Wellendurchmesser zwischen 28,95 mm und 29,05 mm für die Welle-Lager-Anordnung zufriedenstellend wäre.

Arten von Toleranzen

#1 Einseitige Toleranz

Einseitige Toleranz ist eine Art von Toleranz, die eine Abweichung von der nominellen (oder wahren) Abmessung nur in einer Richtung (positiv oder negativ) zulässt. Ein Beispiel für eine solche Toleranz ist in Abbildung 2 dargestellt. Diese Zeichnung zeigt eine einseitige Toleranz unter Verwendung einer Welle mit einem Durchmesser von 153,65 (+2,52/-0,00) mm.

Abbildung 2:Einseitige Toleranz

Es sagt den Herstellern, dass der Durchmesser der fertigen Welle mindestens 153,65 mm und höchstens 156,17 mm ㅡ betragen muss, was eine Summe aus 153,65 mm und 2,52 mm ist.

Weitere Informationen:Präzisionsbearbeitung verstehen

#2 Bilaterale Toleranzen

Im Gegensatz zu einseitigen Bearbeitungstoleranzen erlauben zweiseitige Toleranzen Abweichungen vom Nennmaß in positiver und negativer Richtung. Ein Beispiel für eine solche Toleranz ist in Abbildung 3 dargestellt, wo wir ein Loch mit einem Durchmesser von 102,00 ± 0,10 mm haben.

Abbildung 3:Bilaterale Toleranz

Beachten Sie, dass diese Toleranz eine gleiche Abweichung vom Nennwert in beide Richtungen zulässt. Angenommen, Ihr Hersteller stellt ein Loch mit einem Durchmesser zwischen 101,90 mm und 102,10 mm her. In einem solchen Szenario wird die Funktion Ihres Teils nicht beeinträchtigt.

Sie sollten sich für beidseitige Toleranzen entscheiden, wenn Sie Außenteile in Massenproduktion herstellen möchten, da dadurch die Möglichkeit kostspieliger Fehler ausgeschlossen wird, die Ihre fertigen Produkte unbrauchbar machen würden.

#3 Grenztoleranz

Wie der Name schon sagt, ist die Grenztoleranz eine Art von Toleranz, die die möglichen Grenzwerte (oder Extremwerte) eines Teils ausdrückt. Beispielsweise veranschaulicht Abbildung 4 die Grenzbearbeitungstoleranz. Und es teilt den Herstellern mit, dass das bearbeitete Teil (oder Endprodukt) zufriedenstellend ist, solange die Wellenabmessung zwischen 99,50 mm (Untergrenze) und 101,80 mm (Obergrenze) liegt.

Abbildung 4:Grenztoleranz

#4 Standard-Bearbeitungstoleranzen

Standardtoleranzen sind heute die am häufigsten verwendeten Bearbeitungstoleranzen für die meisten gefertigten Teile. Diese Toleranzen liegen in der Regel im Bereich von ±0,005 Zoll und ±0,030 Zoll und Maschinisten wenden sie normalerweise an, wenn Kunden keine Toleranzgrenzen angeben.

Beispielsweise zeigt Tabelle 1 die Standardtoleranzen für verschiedene Herstellungsverfahren:

Diese Toleranzwerte werden von mehreren internationalen Normungsgremien (wie ASME und ANSI) festgelegt. Sie sind ideal, wenn Sie einfache Teile (oder Teilemerkmale) wie Rohre, Gewinde und Stifte herstellen möchten. Für komplexere Teilemerkmale möchten Sie jedoch möglicherweise Toleranzen und Anforderungen mithilfe des Standards Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) angeben.

Geometrische Bemaßung und Tolerierung verstehen (GD&T)

Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) bietet im Vergleich zu anderen Bearbeitungstoleranzen ein höheres Maß an Qualitätskontrolle. So können Sie beispielsweise einzigartige geometrische Eigenschaften wie die wahre Position eines Merkmals, die Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Parallelität und Konzentrizität eines Teils angeben.

Abbildung 5 zeigt die 2D-CAD-Zeichnung (Computer Aided Design) eines Teils mit GD&T. Beachten Sie, dass diese Zeichnungs- und Bearbeitungstoleranz hilfreiche Informationen darüber liefert, wie bestimmte Flächen parallel und rechtwinklig zu anderen Flächen sein sollten.

Abbildung 5:Geometrische Bemaßung und Tolerierung

GD&T ist ein fester Bestandteil von Design und Fertigung, und Sie werden erstklassige Produktdesigner finden, die diesen Toleranzansatz mit den anderen Toleranztypen für ihr Produktdesign verwenden. Diese Kombination von Bearbeitungstoleranzmethoden ermöglicht es Ihnen, Ihre Konstruktionsabsicht genau zu kommunizieren. Es reduziert auch die Notwendigkeit, komplexe Anforderungen zu erläutern, insbesondere wenn Sie die Fertigung an eine Maschinenwerkstatt im Ausland auslagern möchten.

Abbildung 6:Explosionsansicht und zusammengesetzte Ansicht eines Induktionsmotors mit mehreren Teilen mit unterschiedlichen Toleranzanforderungen

Fertigung mit Gensun

Bearbeitungstoleranzen sind unerlässlich, wenn Sie Teile entwerfen, die Sie herstellen möchten. Der Erfolg Ihres Fertigungsprojekts hängt jedoch auch von der Maschinenwerkstatt ab, für die Sie sich entscheiden.

Gensun Precision Machining ist ein führender Anbieter von Fertigungsdienstleistungen in ganz Asien. Wir haben ein Team aus hochqualifizierten Maschinisten, Ingenieuren und Qualitätskontrollexperten, die zusammenarbeiten, um Ihre Design- und Toleranzanforderungen zu verstehen, bevor Ihr Produkt richtig ausgeführt wird.

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