Wie enge CNC-Toleranzen Design und Produktion beeinflussen

Die Toleranz ist ein zulässiges Maß für Abweichungen der Teileabmessungen aufgrund ihrer Form, Passung und Funktion. Mit diesem Begriff wird definiert, wie genau die Messung eines Bauteils sein muss. Es definiert das Ausmaß der zulässigen Variation oder Abweichung vom Grundmaß, insbesondere im Hinblick auf die Abmessungen von CNC-bearbeiteten Teilen.

Um diese Abweichungen zu mildern, werden bei der CNC-Bearbeitung Standardtoleranzen verwendet. Sofern vom Konstrukteur nicht anders angegeben, betragen die Toleranzen für Teile aus Kunststoff +/-.010'' und für Metallteile +/-.005''. Allerdings gilt:Je höher die erforderliche Teilegenauigkeit, desto enger ist die Toleranz (z. B. +/-0,0004 Zoll).

Eine immer wiederkehrende Frage ist, ob sich engere CNC-Teiletoleranzen auf die Teileproduktion und -konstruktion auswirken. Die Antwort ist ein klares Ja! Den größten Einfluss auf Design und Produktion könnten enge Toleranzen haben.

Engere Toleranzen führen zu höheren Produktionskosten

Toleranzniveaus wirken sich auf die Bearbeitungszeit und die Werkzeuge aus und haben somit Einfluss auf die Kosten. Hier ist der Grund? Engere Toleranzen führen oft leichter zu mehr Ausschuss, dem Einsatz spezieller Messwerkzeuge und zusätzlicher Vorrichtungen. Das Streben nach engeren Toleranzen könnte auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit verlangsamen und somit die Produktionszykluszeiten verlängern.

Abhängig vom erforderlichen Toleranzniveau und der Geometrie könnte die Suche nach engeren Teiletoleranzen die Konstruktions- und Produktionskosten im Vergleich zum Erreichen von Standardtoleranzniveaus verdoppeln.

Drei Gründe, wie strengere Toleranzen die Kosten erhöhen

Es gibt drei Hauptgründe dafür, wie engere Toleranzen bei der Herstellung von Teilen die Produktionskosten erhöhen könnten. Dazu gehören:

1. Verwendung spezieller und teurer Werkzeuge

Wenn Spezialwerkzeuge erforderlich sind, um die erforderliche Toleranz und Präzision zu erreichen, würde die Anschaffung dieser Werkzeuge die Produktionskosten erhöhen.

2. Durchführung teurer Tests

Bei CNC-Teilen mit engen Toleranzen ist eine gründliche Prüfung erforderlich. Unabhängig davon, ob die Tests von Menschen durchgeführt oder automatisch gesteuert werden, ist dies mit mehr Zeit und Arbeit verbunden. Manchmal muss aufgrund enger Toleranzen jede Komponente geprüft werden und jedes Teil, das nicht den Spezifikationen entspricht, muss zurückgewiesen werden, auch wenn es sonst verwendbar wäre. Folglich wirkt sich diese hohe Sortier- und Ausschussrate auch auf den Preis der Teile aus, wodurch diese höher ausfallen.

3. Zusätzliche Prozesse

Engere CNC-Teiletoleranzen erfordern häufig mehr Prozesse, Geräte und Werkzeuge, was die Produktionskosten erhöht. Wenn es beispielsweise um die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit von Metall geht, sind sekundäre Prozesse wie Schleifen, Honen und Veredeln teuer und sollten nur bei Bedarf durchgeführt werden.

Engere Toleranzen erfordern eine Änderung des Herstellungsprozesses

Wenn Sie Toleranzen wählen, die strenger als die Industriestandards sind, kann sich der optimale Herstellungsprozess für Ihre CNC-Teile ändern. Der Grund dafür ist, dass sich die Auswahl des Produktionsprozesses auf engere Toleranzen auswirken kann.

Beispielsweise kann ein Loch mit einem Satz Toleranzen mit einem Vertikalfräser und einem anderen Satz Toleranzen beim Bohren desselben Lochs mit einer Drehmaschine bearbeitet werden, was die Durchlaufzeiten erhöht. Darüber hinaus können grundlegende Toleranzen bei CNC-Maschinen mit unterschiedlicher Achsenanzahl unterschiedlich sein.

Darüber hinaus hängt die Art der Teile, die eine CNC-Maschine bearbeiten kann, von ihrer Toleranz ab. Unter bestimmten Umständen sind weitere Bearbeitungen am Teil erforderlich, bevor die enge Toleranz erreicht werden kann. Wenn Sie kleine oder extrem feine Endbearbeitungsmerkmale an Ihren Produkten wünschen, müssen Sie diese möglicherweise mehreren unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen unterziehen. Unterschiedliche Bearbeitungsverfahren erzeugen auch unterschiedliche Oberflächenrauheiten oder -eigenschaften. Um noch engere Toleranzstandards einzuhalten, kann Schleifen oder Läppen erforderlich sein.

Die Enge der Toleranz hängt vom Material ab

Die Komplexität der Herstellung eines Produkts mit einer bestimmten Toleranz kann je nach Material sehr unterschiedlich sein. Da sich das Material beim Schneiden verbiegt, ist es normalerweise schwierig, eine festgelegte Toleranz für weichere Materialien wie Duroplaste und Thermoplaste einzuhalten.

Der Grad der mit einem bestimmten Material erreichten Toleranz kann von seinen Eigenschaften abhängen. Zu diesen Merkmalen gehören:

Hitzestabilität :Bei Nichtmetallen wie Kunststoffen treten typischerweise Probleme mit der thermischen Stabilität auf. Diese Materialien verformen sich während der CNC-Bearbeitung, wenn sich Wärme aufbaut, was sich auf die Toleranz des Teils auswirkt.

Abrasivität :Bei einigen CNC-Bearbeitungsmaterialien mit hohem Kohlenstoffgehalt, wie Kohlenstoffstahl und Titan, ist es aufgrund ihrer abrasiven Beschaffenheit schwierig, bestimmte Toleranzen bei gleichzeitiger Beibehaltung der Präzision zu erreichen. Diese Schwierigkeit ist in erster Linie auf die Anzahl der notwendigen Werkzeugwechsel zurückzuführen.

Härte :Im Vergleich zu weicheren Materialien lassen sich härtere Materialien wie Aluminium, Edelstahl, Messing und Kupfer einfacher mit präzisen Toleranzen verarbeiten. Der Grund dafür ist, dass es einfacher ist, die Abmessung zu ändern, wenn die Werkzeugmaschine mit weicheren Materialien in Kontakt kommt. Daher erfordert das Fräsen empfindlicherer Materialien Geduld.

Komplexität und Design in Teilen

Das CNC-Teiledesign ist das wichtigste Element bei der Kontrolle enger Toleranzen. Anpassungen während der Designphase führen nicht nur zu konstant engen Toleranzen, sondern verbessern auch die Qualität, steigern die Kundenzufriedenheit und senken die Kosten.

Die Toleranzkontrolle kann durch die Teilegeometrie, Gesamtabmessungen und Wandstärkenspezifikationen beeinflusst werden. Die unterschiedlichen Schrumpfraten, die dicke Wände in ihren dicken Abschnitten erfahren können, machen es aufgrund der unterschiedlichen Schrumpfung innerhalb verschiedener Abschnitte schwierig, genaue Toleranzen einzuhalten.

Engere Toleranzen beeinflussen die Teileinspektion

Die Überprüfung engerer Toleranzen ist schwierig und dauert länger. Der Grund dafür ist, dass bessere Messgeräte und Inspektionstechniken erforderlich sind. Außerdem werden dadurch die Produktionskosten für Teile steigen.

Beispielsweise können beim Fräsen Vibrationen entstehen, die zu Rattermarken führen können. Es ist zwar möglich, diese Markierungen visuell zu prüfen, hierfür sind jedoch hochentwickelte Inspektionswerkzeuge erforderlich, um genaue Daten wie Markierungstiefe und -länge zu erhalten. Diese Markierungen können störend sein und Geräusche und Vibrationen in der Baugruppe verursachen (insbesondere, wenn es um engere Toleranzen geht).

Nur bei Bedarf auswählen

Viele Menschen neigen dazu, bei der Auswahl einer Toleranz zu spezifisch zu sein. Die Auswahl einer Toleranz von 0,001 mm statt 0,01 mm kann zu einer zwei- bis dreifachen Preiserhöhung führen. Engere Toleranzen erfordern eine sorgfältigere Fertigung und weitere Tests, um die Genauigkeit aller Teile zu gewährleisten.

In manchen Situationen sind engere Toleranzen erforderlich. Die Teiletoleranzen sollten jedoch in erster Linie dadurch bestimmt werden, wie sie zusammenwirken, wie sie verwendet werden, wie sie hergestellt werden und wie empfindlich die Merkmale auf Abweichungen reagieren.