Tolérances générales Dimensions linéaires ISO 2768

Guide des tolérances d’usinage CNC

L’usinage à commande numérique par ordinateur (communément appelé CNC) fait référence à l’utilisation de la programmation informatique et de dispositifs électromécaniques pour automatiser l’usinage de pièces métalliques (et non métalliques) selon les besoins. Une machine CNC effectue toutes les opérations sur la pièce en fonction du programme pour nous donner le produit final.

Il y a toujours une variation

Bien que les services d’usinage CNC soient très précis en ce qui concerne les dimensions des produits, ils ne sont pas parfaits. Les mesures finales entre deux pièces quelconques réalisées en utilisant le même processus de fabrication, même sur la même machine CNC, sont toujours légèrement décalées. Il est impossible de créer des pièces identiques de mêmes dimensions exactes quelle que soit la machine CNC que nous sélectionnons.

Cette différence de mesures finales entre deux pièces fabriquées à partir de la même machine CNC est prise en compte par la mise en place d’une limite de tolérance standard. La limite de tolérance définit la différence maximale admissible entre les dimensions correspondantes des deux pièces.

Pour l’usinage CNC, la limite de tolérance standard est fixée à +/-. 005 ”(0,127 mm). Pour référence, l’épaisseur d’un cheveu humain est de 0,002 ”(0,05 mm).

La limite de tolérance standard est un petit nombre et dans la plupart des cas, une si petite différence entre deux pièces qui remplissent la même fonction peut même ne pas avoir d’importance. Pour les autres cas où de petites variations de dimension peuvent affecter les performances de la pièce, des tolérances plus strictes peuvent être maintenues.

Tolérances courantes dans l’usinage CNC

Les tolérances d’ingénierie sont une exigence nécessaire lors de la définition des mesures du produit. À moins que le client ne spécifie certaines tolérances, les pièces seront généralement fabriquées selon une classe de tolérance générale.

Ainsi, il est dans l’intérêt du concepteur de définir les tolérances des pièces pour les caractéristiques appropriées avant de les remettre pour l’usinage CNC. Cela garantit la satisfaction du client et réduit les coûts de réoutillage pour l’atelier d’usinage CNC, si quelque chose ne correspond pas aux exigences.

Par caractéristiques appropriées, nous entendons qu’il n’est pas nécessaire de définir une tolérance pour chaque dimension. Cela a en fait un effet plutôt opposé car l’ajout d’exigences à chaque mesure entraînera une partie très coûteuse.

Nous le définissons généralement uniquement pour les fonctions d’une pièce qui s’accouplent avec d’autres pièces. Lorsque nous faisons cela, cela garantit que les composants s’intègrent bien dans un assemblage et fonctionnent comme prévu.

Les différents types de tolérances applicables aux pièces usinées sont:

Tolérances générales

Des tolérances générales peuvent être définies pour les mesures linéaires ou angulaires, ainsi que pour les chanfreins ou autres pièces arrondies. Ces tolérances spécifient des tolérances standard pour 4 classes différentes en fonction de leur plage pour une dimension de pièce.

Ces classes sont organisées dans un graphique qui sépare les différentes limites de tolérance comme très grossière (v), grossière (c), moyenne (m) et fine (f).

La plage de chaque limite de tolérance pour un support de dimension particulier est basée sur les normes internationales (EN 20286, JIS B 0401, ISO 286, ISO 1829, ISO 2768, ANSI B4.1, ANSI B4.2).

Tolérances limites

Nous exprimons la tolérance limite comme une valeur minimale et maximale admissible pour une dimension. La dimension correspondante des composants fabriqués doit se situer entre ces deux points pour une utilisation dans l’assemblage.

Par exemple, si la tolérance limite pour une cote est définie sur 12… 12,5 mm, la valeur finale doit se situer entre ces deux limites.

Tolérances unilatérales

En tolérance unilatérale, nous définissons la plage de valeurs dans une seule direction. En d’autres termes, nous autorisons une déviation d’un seul côté de la valeur nominale.

Considérez un arbre de 70 mm de diamètre qui doit s’insérer dans un trou de même taille. Si le diamètre de l’arbre dépasse 70 mm, même d’une petite quantité, il ne rentrera pas dans le trou.

Ainsi, on ne peut pas utiliser les arbres fabriqués avec un diamètre supérieur à 70 mm. Cela augmenterait le gaspillage et les délais d’exécution.

Pour éviter cela, nous utilisons des tolérances unilatérales pour ces pièces. Si nous pouvons autoriser un écart maximum de 0,05 mm, nous définirons la plage de tolérance pour cet arbre à 70 +0,00 / 0,05 mm. Cette plage nous donne une valeur maximale et minimale admissible du diamètre d’arbre de 70,00 mm et 69,95 mm respectivement.

Un avantage de l’utilisation de la tolérance unilatérale est la facilité avec laquelle nous pouvons l’inspecter. Étant donné que les dimensions ne varient que d’un côté avec la valeur supérieure fixe, nous pouvons standardiser une jauge go pour augmenter la vitesse et la facilité d’inspection.

Tolérances bilatérales

En tolérance bilatérale, les mesures finales d’une pièce peuvent varier de part et d’autre de la valeur nominale ou du vrai profil. Par exemple, une tolérance bilatérale de 30 + 0,05 / -0,05 mm se réfère à une valeur minimale et maximale de 30,05 mm et 29,95 mm respectivement, 30 mm étant la valeur nominale.

GD&T

Parallélisme GD&T

Le dimensionnement et le tolérancement de la géométrie constituent un pas en avant par rapport aux tolérances de cote régulières. En plus de garantir que la valeur finale reste dans les limites définies, il définit d’autres caractéristiques de la cote telles que sa concentricité, sa planéité et sa position réelle.

La cote finale doit avoir ces caractéristiques prédéfinies pour réussir l’inspection.

Alors que les autres types de tolérance sont répandus partout, GD&T est particulièrement pertinent pour l’usinage CNC. Ces pièces ont souvent des exigences très élevées et GD&T permet de garantir la précision dimensionnelle pour une variété de fonctionnalités.

Principes de base du tolérancement CNC

Maintenant que nous comprenons pourquoi nous avons besoin de limites de tolérance et de ses différents types, voyons pourquoi il est important de sélectionner la bonne limite. La limite de tolérance appropriée garantit des performances de pièces parfaites sans coûts inutilement élevés.

Le choix d’une tolérance plus stricte que nécessaire présente cependant quelques inconvénients.

Voyons donc ce qu’il faut garder à l’esprit lors du choix des tolérances.

Coûts élevés pour des exigences strictes

Pour plusieurs raisons, le fait de viser des tolérances plus strictes affecte considérablement les coûts d’usinage ainsi que les délais d’exécution. Une limite plus stricte nécessite plus de temps et de travail.

Cela augmente également la probabilité qu’une pièce tombe en dehors de la plage et soit mise au rebut. La machine aura besoin de gabarits et de montages spéciaux pour atteindre ces limites. Enfin, des tolérances très strictes nécessiteront des outils de mesure spéciaux pour le contrôle qualité.

Choix des méthodes de fabrication

Les tolérances fixées par le concepteur dictent les procédés de fabrication les plus adaptés pour les atteindre. Au fur et à mesure que les tolérances deviennent plus fines, moins de machines CNC seront en mesure de terminer le travail de manière satisfaisante car elles diffèrent dans leurs capacités en matière de précision.

Le composant peut nécessiter d’autres opérations telles que le meulage et le rodage pour atteindre les tolérances serrées.

Les tolérances dépendent du matériau

Le choix du matériau décide de la capacité d’un procédé de fabrication à atteindre une certaine plage de tolérance. La différence de propriétés des matériaux peut affecter considérablement les valeurs finales.

Les pièces souples sont difficiles à fixer car elles continuent de se plier lorsqu’elles entrent en contact avec l’outil de coupe.

D’un autre côté, un matériau abrasif peut user l’outil de coupe et rendre plus difficile l’obtention de la valeur préférée. Les phénoliques tels que le GP 11, le GP 03 ou tout autre stratifié de verre sont des exemples de tels matériaux.

L’exposition à la chaleur de friction pendant l’opération de coupe peut provoquer la déformation de certains matériaux (par exemple des pièces en plastique). Ainsi, un type de matériau peut être incompatible avec un processus de fabrication lorsque l’on tente d’atteindre des tolérances serrées.

Inspection

Contrôle dimensionnel

Plus les tolérances sont fines, plus il est difficile et chronophage de les inspecter. Ils exigent de meilleurs outils de mesure et méthodes d’inspection. Cela augmente les coûts de fabrication du composant.

Par exemple, des marques de broutage peuvent se former en raison de vibrations pendant le processus d’usinage. Nous pouvons vérifier ces marques visuellement mais pour obtenir des informations importantes telles que la longueur et la profondeur de ces marques, nous avons besoin d’un équipement d’inspection avancé. Ces marques (en particulier lorsqu’il s’agit de tolérances plus fines) peuvent être gênantes, créant du bruit et des vibrations dans l’assemblage.

Conclusion

Le tournage et le fraisage CNC sont connus pour la haute qualité et la précision qu’ils peuvent fournir. Dans le même temps, les ingénieurs doivent se méfier de quelques aspects importants lors du choix des exigences et ne pas aller au-dessus des exigences.

Se renseigner sur les propriétés des matériaux et garder à l’esprit l’environnement de travail du projet aide à la prise de décision.

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