Fertigungstoleranzen: Arten, Regeln und Passungen erklärt
In der mechanischen Ingenieur- und Instrumentenfertigungsindustrie bezieht sich die Austauschbarkeit von Teilen und Komponenten darauf, dass ein Los von Teilen oder Komponenten derselben Spezifikation ohne Auswahl oder zusätzliche Nacharbeit (wie Feilarbeit) in die Maschine eingebaut werden kann, um die spezifizierten Leistungsanforderungen zu erfüllen. Um die Austauschbarkeit von Teilen in der mechanischen Fertigung zu erfüllen, sollten die Abmessungen der Fertigungsteile innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen liegen. Dies muss einen einheitlichen Standard für Form, Größe, Präzision und Leistung einer Art von Teil festlegen. Ähnliche Produkte benötigen auch eine sinnvolle Größenabstufung, um die Produktserien zu reduzieren – dies ist die Produktstandardisierung. So entstand das Konzept der spezifizierten Fertigungstoleranzen und Passungen. Angenommen, ein 100 mm Metallstab wird bearbeitet. Auch wenn alle Stäbe in dieselbe Form gebracht werden sollen, kann nicht die Fertigungsgenauigkeit aller Stäbe auf genau 100,00 mm gebracht werden, aufgrund der Größe und Ausrichtung der Stäbe. Obwohl Design- und Fertigungsstandorte daran arbeiten, solche Abweichungen zu reduzieren, können sie diese nicht auf null kontrollieren. Diese Größen- und Formabweichung schwankt grundsätzlich um den Zielwert als Zentrum. Daher werden der obere zulässige Wert und der untere zulässige Wert des oberen zulässigen Wertes relativ zur Zielgröße basierend auf der Verwendung des Metallstabs bestimmt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Werten (zulässiger Bereich) wird als "Toleranz" bezeichnet. Kurz gesagt: Toleranz ist die Abweichung von Teilen im Bearbeitungsprozess; aufgrund der Messgerätegenauigkeit muss eine Abweichung existieren. Es ist der zulässige Variationsbetrag für jede gegebene Dimension, um die ordnungsgemäße Funktion zu erreichen. Teiledimensionen innerhalb des gewünschten Toleranzbereichs sind qualifiziert. Fertigungstoleranzen umfassen Maßtoleranz, Formtoleranz und Lagetoleranz. Maßtoleranz ist der zulässige Variationsbetrag in einer Größe. Sie ist die Grundlage der Fertigungstoleranz. Der maximal zulässige Wert wird als Höchstmaß bezeichnet. Und der Minimalwert wird als Mindestmaß bezeichnet. Toleranz ist der Absolutwert des algebraischen Unterschieds zwischen dem maximalen Höchstmaß und dem minimalen Höchstmaß sowie der Absolutwert des algebraischen Unterschieds zwischen der oberen und unteren Abweichung. Toleranz ist ein numerischer Wert ohne Plus- oder Minuszeichen und kann nicht null sein. Bei konstantem Nennmaß gilt: Je kleiner die Maßtoleranz, desto höher die Maßgenauigkeit. Die spezifizierte Toleranz gibt die Anforderung an die Fertigungspräzision an und spiegelt den Bearbeitungsschwierigkeitsgrad wider. Geradheit ist der Zustand, bei dem die tatsächliche Form eines geraden Elements an einem Teil eine ideale Gerade beibehält. Sie wird auch als Grad der Geradheit bezeichnet. Die Geradheitstoleranz ist die maximal zulässige Abweichung der tatsächlichen Linie gegen die ideale Linie. Das heißt, in der Zeichnung gegebener Grenzbereich für die zulässige Bearbeitungstoleranz der tatsächlichen Linie. Ebenheit ist die Darstellung der tatsächlichen Form der Flächenelemente des Teils, die die ideale Ebene beibehält. Dies wird allgemein als Grad der Ebenheit bezeichnet. Die Ebenheitstoleranz ist der maximal zulässige Variationsbetrag der tatsächlichen Fläche gegen die Ebene. Das heißt, in der Zeichnung gegebener Grenzbereich für die zulässige Bearbeitungstoleranz der tatsächlichen Fläche. Rundheit ist der Zustand, in dem die tatsächliche Form der Elemente eines Teils von ihrem Zentrum gleich weit entfernt ist. Der Grad der Rundheit, wie er oft genannt wird. Die Rundheitstoleranz ist die maximal zulässige Variation des tatsächlichen Kreises gegen den idealen Kreis im selben Querschnitt. Das heißt, der in der Zeichnung angegebene Variationsbereich begrenzt die Bearbeitungstoleranz des tatsächlichen Kreises. Zylindrizität bezieht sich auf den Punkt auf dem Umriss der Zylinderoberfläche am Teil und hält seine Achse gleich weit entfernt. Die Zylindrizitätstoleranz ist die maximal zulässige Variation des tatsächlichen Zylinders gegen die ideale Zylinderoberfläche. Das heißt, in der Zeichnung angegeben, verwendet, um den zulässigen Bereich der tatsächlichen zylindrischen Bearbeitungstoleranz zu begrenzen. Das Profil einer Linie stellt die Kurve beliebiger Form auf der gegebenen Ebene des Teils dar und behält ihre ideale Form bei. Die Profil-einer-Linie-Toleranz ist die zulässige Variation des tatsächlichen Konturs einer nicht-kreisförmigen Kurve. Das heißt, in der Zeichnung angegeben, um den zulässigen Variationsbereich der tatsächlichen Kurvenbearbeitungstoleranz zu begrenzen. Das Profil einer Fläche ist eine Fläche beliebiger Form am Teil, die ihre ideale Form beibehält. Die Profil-einer-Fläche-Toleranz ist die zulässige Variation des tatsächlichen Konturs einer nicht-kreisförmigen Fläche zum idealen Kontur. Das heißt, in der Zeichnung angegeben, verwendet, um den tatsächlichen Flächenbearbeitungsbereich zu begrenzen. Lagetoleranz bezieht sich auf die gesamte zulässige Änderungsmenge der Position des bestimmten Elements relativ zum Bezug. Sie ist ein weiterer wichtiger Parameter der Fertigungstoleranz. Richtungstoleranz bezieht sich auf die gesamte zulässige Variationsmenge in der Richtung, die vom Bezug in Relevanz zu den bestimmten Elementen erlaubt ist. Solche Toleranz verkörpert Parallelität, Senkrechtigkeit und Winkligkeit. Lagetoleranz ist der gesamte Variationsbereich in einer Position, der zugelassen ist, um die tatsächlichen Elemente mit dem Bezug zu korrelieren. Diese Art von Toleranz umfasst Koaxialität, Symmetrie und Lage. Eine Rundlauftoleranz ist ein Toleranzwert, der auf Basis einer spezifischen Prüfmethode gegeben wird. Rundlauftoleranz kann in Rundlauf und Gesamtlauf unterteilt werden. Die Toleranzen der oben genannten Formen und Lagen werden gemeinsam als Geometrische Produktspezifikation (GPS / GD&T) bezeichnet. In technischen Zeichnungen müssen neben der Toleranz für bestimmte Abmessungen und Merkmale die nicht spezifizierten Abmessungen allgemein bestimmten Standards folgen. Als Beispiel für unseren häufig verwendeten internationalen Fertigungstoleranzstandard DIN ISO 2768: die allgemeine Maßtoleranz ist m, die Formtoleranz ist K. Und die Kennzeichnungsmethode ist ISO 2768-mK. Die folgende Tabelle zeigt lineare Maßtoleranzstufen als Referenz. Dies ist eine Anforderung, dass Maßtoleranz und GPS (GD&T) miteinander in Beziehung stehen. Die tatsächliche Toleranz des Maßelements mit Hüllflächenprinzip muss der maximalen materiellen Grenze entsprechen. D.h. seine äußere Funktionsdimension darf die maximale materielle Dimension nicht überschreiten. Und seine partielle Dimension darf die minimale materielle Dimension nicht überschreiten. Das Unabhängigkeitsprinzip besagt, dass jede auf der Zeichnung angegebene Größe und Form in der Lage unabhängig ist und ihre eigenen Anforderungen erfüllen sollte. Es ist das grundlegende Prinzip, dem das Verhältnis zwischen Maßtoleranz und Formtoleranz folgen sollte. Für Lagetoleranz, wenn Maßmerkmale als Bezug dienen, müssen S, L oder M im Merkmalskontrollrahmen angegeben werden. Für andere als Lagetoleranz gilt RFS (Regardless of Feature Size) in Bezug auf die Toleranz, den Bezug oder beide, wo kein Modifikator angegeben ist. MMC (Maximum Material Condition) muss im Merkmalskontrollrahmen angegeben werden, wenn es angemessen und gewünscht ist. In mechanischen Baugruppen wird das Verhältnis zwischen einer Bohrung derselben Nenngröße und dem Toleranzbereich der Welle als Passung bezeichnet. Da die tatsächliche Größe von Bohrung und Welle nach der Montage unterschiedlich ist, kann ein Spiel oder eine Pressung entstehen. In der Passung von Bohrung und Welle ist der algebraische Unterschied der Bohrungsgröße minus der Wellengröße ein Spiel, wenn er positiv ist, und eine Pressung, wenn er negativ ist. Die Passung wird in drei Kategorien entsprechend den Unterschieden von Spiel oder Pressung eingeteilt: Der Toleranzbereich der Bohrung liegt über dem Toleranzbereich der Welle, und jedes Paar von Bohrung und Welle wird zu einer Passung mit Spiel (einschließlich eines minimalen Spiels von 0). Der Toleranzbereich der Bohrung liegt unter dem Toleranzbereich der Welle, und jedes Paar von Bohrung und Welle wird zu einer Presspassung (einschließlich eines minimalen Spalts von 0). Der Bohrungstoleranzbereich überlappt den Wellentoleranzbereich, sodass ein Paar von Bohrung und Welle entweder mit Spiel oder Presspassung passen kann. Der Kern der Auswahl der geeigneten Toleranzstufe besteht darin, den Widerspruch zwischen den Betriebsanforderungen von Maschinenkomponenten und dem Fertigungsprozess und -kosten angemessen zu lösen. Das Prinzip der Wahl der Toleranzstufe besteht darin, die niedrigste Toleranzstufe so weit wie möglich auf der Prämisse zu wählen, die Anwendungsanforderungen der Teile zu erfüllen. Die Präzisionsbearbeitungsanforderungen sollten mit den Produktionsmöglichkeiten abgestimmt sein. D.h., bezahlbare Prozesstechnologie, Montagetechnologie und bestehende Ausrüstung sollten verwendet werden. Wenn jedoch notwendig, müssen Strategien zur Verbesserung der Gerätegenauigkeit und zur Verbesserung der Methode angewendet werden, um die Produktgenauigkeit zu gewährleisten. Es ist sehr wichtig, die geeignete Toleranzstufe für das Passmaß auszuwählen. Da es in verschiedenen Fällen die Betriebsleistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit der passenden Komponenten bestimmen kann. Und gleichzeitig beeinflusst es die Teilefertigungskosten und Produktionseffizienz.Was ist Fertigungstoleranz?
Maßtoleranz
Formtoleranz
(1) Geradheit (Straightness)
(2) Ebenheit (Flatness)
(3) Rundheit (Circularity)
(4) Zylindrizität (Cylindricity)
(5) Profil einer Linie (Profile of a Line)
(6) Profil einer Fläche (Profile of a Surface)
Lagetoleranz
(1) Richtungs-toleranz (Directional Tolerance)
(2) Lage-toleranz (Location Tolerance)
(3) Rundlauf-toleranz (Runout Tolerance)
Allgemeintoleranz (General Tolerance)
Grundlegende Regeln
Regel #1 Hüllflächenprinzip (Envelope Rule)
Regel #2 Unabhängigkeitsprinzip (Independence Rule)
Regel #3 Lage-toleranz-Regel (Tolerance of Position Rule)
Regel #4 Andere als Lage-toleranz-Regel (Other Than Tolerance of Position Rule)
Passungen (Fits)
Spielpassung (Clearance Fit)
Presspassung / Übermaßpassung (Interference Fit)
Übergangspassung (Transition Fit / Overfit)
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