Обработка на станках с ЧПУ известна своей точностью и повторяемостью, но даже самые передовые станки не всегда могут изготавливать абсолютно идентичные детали. Всегда есть крошечные различия на микроуровне, вызванные такими вещами, как износ инструмента, тепловое расширение, вибрации станка и другими физическими факторами. Эти крошечные различия могут показаться крошечными, но они могут складываться и влиять на то, насколько хорошо детали подходят и работают, особенно когда вы собираете несколько компонентов. Производители применяют допуски для управления этими различиями. Допуски в основном являются предопределенными допустимыми пределами отклонений в физическом измерении. Для обработки на станках с ЧПУ типичный общий допуск составляет +/- 0,127 мм, что примерно равно ширине двух человеческих волос. Но для критически важных применений могут потребоваться более жесткие допуски.
Виды допусков при обработке на станках с ЧПУ
Предельные допуски
Предельные допуски выражаются в виде верхней и нижней границы. Например, если размер детали указан как 12.000 мм / 12.500 мм, он должен находиться в этом диапазоне. Этот метод интуитивно понятен и широко используется в производственных чертежах.
Односторонние допуски
Односторонние допуски допускают отклонение только в одном направлении. Например, рассмотрим вал диаметром 70 мм, который должен быть вставлен в отверстие. Подходящий допуск может быть установлен как +0,00 / -0,05 мм, что позволяет немного уменьшить диаметр без превышения требуемого предела. Этот тип допуска легче проверить с помощью фиксированного калибра.
Двусторонние допуски
Двусторонние допуски допускают отклонения по обе стороны от номинального размера. Например, типичный допуск 30,00 мм ± 0,05 мм означает, что фактический размер детали может находиться в диапазоне от 29,95 мм до 30,05 мм. Это характерно для некритичных размеров, где симметричное отклонение допустимо.Типы допусков при обработке с ЧПУ
Учет шероховатости поверхности
Допуски не ограничиваются размерами; шероховатость поверхности имеет не менее важное значение. Стандартная шероховатость поверхности при обработке на станках с ЧПУ составляет 63 мкн Ra для плоских и перпендикулярных поверхностей и 125 мкн Ra или лучше для криволинейных геометрий. Для косметических деталей можно использовать дробеструйную обработку, которая улучшает визуальное качество. Если необходима еще более гладкая отделка, она должна быть четко указана в конструкторской документации.
Геометрические размеры и допуски (GD&T)
GD&T – это символьный язык, определенный ASME Y14.5, который используется для описания геометрических отношений и допустимых отклонений между элементами детали. Он обеспечивает больший контроль и ясность в функциональных аспектах, чем простые линейные размеры.
Истинное положение
Истинное положение определяет точное местоположение элемента относительно опорных точек. Например, положение отверстий может быть задано относительно опорных точек A, B и C с помощью MMC (Maximum Material Condition) или LMC (Least Material Condition).
Плоскостность
Плоскостность – это мера того, насколько поверхность может отклоняться от идеальной плоской плоскости. Это очень важно для уплотнительных поверхностей или интерфейсов сборки.
Цилиндричность
Контролирует, насколько круглой и прямой должна быть цилиндрическая поверхность. Она гарантирует, что отверстие диаметром 6,35 мм, например, не станет эллиптическим.
Концентричность
Концентричность обеспечивает точное выравнивание центральных осей нескольких элементов, например отверстия и цековки.
Перпендикулярность
Определяет допустимое отклонение между поверхностью и базовой осью или плоскостью. Используется для контроля прямоугольности критических механических узлов.
Стоимость и производственные возможности
Скрытая стоимость жестких допусков
Более жесткие допуски могут улучшить прилегание и функциональность, но они также приводят к увеличению стоимости и сложности производства. Процесс требует больших затрат времени, квалифицированной рабочей силы и специализированного оборудования для контроля. Кроме того, может пострадать выход продукции, что приведет к увеличению общих производственных затрат.
Выбор правильного допуска
Конструкторы должны применять жесткие допуски только там, где это функционально необходимо, например, на сопрягаемых поверхностях или подвижных сопряжениях. Завышение допусков на все детали может привести к чрезмерным затратам и задержкам в производстве.
Выбор производственного процесса
Возможности различных технологических процессов с ЧПУ различны. Например, швейцарские токарные станки могут обеспечивать допуски ±0,001 дюйма (0,025 мм) или более жесткие допуски для точеных деталей. В некоторых случаях для изготовления высокоточных деталей могут потребоваться альтернативные процессы, такие как EDM, шлифование или растачивание, которые обычно не связаны со стандартным фрезерованием или точением. Целесообразность применения того или иного метода обработки часто определяется требуемым уровнем точности.
Стандартная и высокоточная обработка с ЧПУ
| Характеристика | Стандартная обработка с ЧПУ | Высокоточная обработка с ЧПУ |
|---|---|---|
| Ценообразование | Автоматизированная | Ручной просмотр (1 день) |
| Срок выполнения | 3-5 дней | 7-10 дней |
| Допуски | ±0,005″ типовая | С точностью до ±0,001″ или менее |
| Отделка поверхности | 63-125 мкн Ra | Возможна нестандартная отделка |
| Поддержка GD&T | Ограниченная | Полная GD&T с 2D чертежами |
| Оборудование | Стандартные фрезы/станки | EDM, шлифовка, расточка |
| Контроль качества | Базовая | CMM, FAI, CoC, PPAP. |
Контроль качества и документация
Высокоточная обработка часто требует дополнительной гарантии качества и нормативной документации. Они могут включать:
- Первая проверка изделия (FAI)
- Сертификат соответствия (CoC)
- Процесс утверждения производственной детали (PPAP)
- Сертификация материалов и номера плавильных партий
- Отчеты CMM
Эти услуги имеют особое значение в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности, где прослеживаемость и соответствие имеют решающее значение.
Рекомендации для дизайнеров
- Указывайте жесткие допуски только для тех функций, которые абсолютно этого требуют.
- Учитывайте влияние обработки поверхности на функциональность и эстетику детали.
- Используйте GD&T для сложных деталей с множественными геометрическими отношениями.
- Сотрудничайте с вашим партнером по ЧПУ на ранних этапах процесса проектирования, чтобы оптимизировать стоимость и функциональность.
- Если есть сомнения, проконсультируйтесь с инженером по применению для оптимизации допусков.
Заключение
Правильное понимание и применение допусков обработки на станках с ЧПУ имеет важное значение для достижения баланса между функциональностью, технологичностью и стоимостью. От двусторонних допусков до GD&T и отделки поверхности важна каждая деталь. Тщательно учитывая эти факторы, инженеры могут гарантировать поставку высокопроизводительных деталей, которые соответствуют требованиям бюджета и сроков.
