Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung: Funktionsweise und Auswahl
Die allgemeine Toleranz, die wir anwenden, wenn Sie nichts sagen, bis zu welcher Feinheit es möglich ist, wie viel es kostet und wie man eine Passung ohne Aufpreis für das gesamte Teil anfordert.
Wenn Sie keine Toleranzen angeben, wird ein bearbeitetes Teil nach der Allgemeintoleranz ISO 2768-f bei Metallen und ISO 2768-m bei Kunststoffen gefertigt: Bei einem Maß von 25 mm sind es ±0,1 mm, also die Dicke von zwei Blättern. Das reicht für neun von zehn Teilen. Das zehnte Teil, bei dem eine Welle in ein Lager passt oder ein Zapfen in ein Loch, benötigt eine konkrete Toleranz an einem konkreten Maß. Und nur dort.
In dieser Anleitung erklären wir, wie Toleranzen bei CNC-Bearbeitung von Maßanfertigungen funktionieren: Was standardmäßig angewendet wird, wie weit man feinstimmen kann, warum eine enge Toleranz die Teile verteuert und wie man eine Passung H7 oder g6 in der Zeichnung angibt, damit das Teil beim ersten Mal passt.
Eine Toleranz ist der Fehlerbereich, den Sie akzeptieren. Je kleiner, desto langsamer wird bearbeitet und desto häufiger gemessen. Fordern Sie die feine Toleranz nur an den Maßen an, bei denen ein Teil mit einem anderen passt; im Rest ist die allgemeine Toleranz bereits sehr fein.
Was ist eine dimensionale Toleranz?
Keine Maschine fertigt ein exaktes Maß: Eine Welle von 25 mm kommt bei 24,98 oder bei 25,03 heraus, je nach Werkzeug, Temperatur und Verschleiß. Die Toleranz ist der Bereich, innerhalb dessen das Maß als gut angenommen wird. Sie wird auf zwei Arten geschrieben:
- Mit Grenzwerten: 25 ±0,05, oder 25 +0,02/−0,01. Das ist die klarste Form für einzelne Maße.
- Mit einer ISO 286-Klasse: 25 H7, 25 g6. Ein Buchstabe gibt die Position des Bereichs relativ zur Nennmaß an (H beginnt bei Null und geht nach oben; g liegt darunter) und eine Zahl, die IT-Qualität, also die Breite des Bereichs. Ein 25 H7 reicht von 25,000 bis 25,021 mm: 21 Mikrometer Spielraum.
Je kleiner die IT-Zahl, desto enger ist der Bereich: IT11 sind 130 µm bei Ø25, IT7 sind 21 µm und IT6, 13 µm. Die ISO 286-Toleranz-Rechner liefert Ihnen die Grenzwerte jedes Maßes und jeder Klasse, ohne die Norm öffnen zu müssen.
Welche Toleranz wird angewendet, wenn ich nichts angebe?
Die Norm ISO 2768-1 definiert allgemeine Toleranzen nach Maßbereichen. Bei Proto&Go! wenden wir die Klasse f (fein) bei Metallen und die m (mittel) bei Kunststoffen an, die sich stärker durch Temperatur und Feuchtigkeit bewegen:
| Nennmaß (mm) | Klasse f · fein (Metalle) | Klasse m · mittel (Kunststoffe) |
|---|---|---|
| 0,5 a 3 | ±0,05 | ±0,1 |
| mehr als 3 bis 6 | ±0,05 | ±0,1 |
| mehr als 6 bis 30 | ±0,1 | ±0,2 |
| mehr als 30 bis 120 | ±0,15 | ±0,3 |
| mehr als 120 bis 400 | ±0,2 | ±0,5 |
| mehr als 400 bis 1.000 | ±0,3 | ±0,8 |
Damit werden Gehäuse, Halterungen, Platten, Werkzeuge, funktionale Prototypen und die immense Mehrheit der Teile abgedeckt, die nicht mit einem anderen Teil nach Passung zusammenpassen. Die Norm legt auch allgemeine Toleranzen für Winkel, Radien und Fasen fest, die automatisch enthalten sind.
Wie weit lässt sich bei der CNC-Bearbeitung die Präzision steigern?
Bei konkreten Maßen, die in der Zeichnung angegeben sind, erreichen wir IT7 bei Metallen (21 µm bei Ø25) und IT11 bei Kunststoffen. Beim Drehen werden Außenmaße sogar bis IT6 zugelassen, da sich das Teil um seine eigene Achse dreht und das Werkzeug lediglich einen Abstand halten muss. Präzisionsbohrungen werden gereibt oder mandrinbohren; unter IT6 ist Schleifen notwendig, was ein anderer Prozess und ein anderer Preis ist.
Die geometrischen Toleranzen (Ebene, Parallelität, Rechtwinkligkeit, Konzentrik) werden gleich angegeben und werden vor allem erreicht, indem die zugehörigen Flächen im selben Aufspannungsbereich bearbeitet werden. Deshalb kommt ein Teil mit zwei rechtwinkligen Flächen bei 0,02 mm besser aus einem 5-Achs-Zentrum, das sie ohne Umspannen bearbeitet.
Warum treibt eine enge Toleranz den Preis des Teils in die Höhe?
Denn sie ändert, wie dieses Maß bearbeitet wird, nicht nur wie es gemessen wird:
- Langsamere Oberflächenbearbeitung mit geringerer Schnitttiefe und neuem Werkzeug.
- Messung in der Maschine und außerhalb: Jedes Maß IT7 wird mit Mikrometer oder Taststift geprüft, Teil für Teil.
- Temperaturkontrolle: Aluminium dehnt sich um 23 µm pro Meter und Grad aus; ein Teil von 200 mm ändert sich um 5 µm zwischen Maschine und Messraum.
- Höhere Ausschussquote: Ein Teil, das außerhalb einer Toleranz von 20 µm liegt, wird aussortiert; außerhalb von 200 µm fast nie.
Das Ergebnis ist, dass ein Maß auf IT7 die Bearbeitungszeit dieser Operation verdoppeln oder verdreifachen kann. Sind es zwei oder drei Maße in einem Teil, ist das kaum im Gesamtpreis spürbar; ist das gesamte Teil bei ±0,02, explodiert der Preis, ohne dass das Teil besser funktioniert. Das ist dieselbe Logik wie in wie man die Kosten einer bearbeiteten Komponente senkt.
Passungen: So wählen Sie H7, h6, g6 und mehr aus
Eine Passung ist das Verhältnis zwischen einem Loch und einer Welle, die zusammengebaut werden. Das übliche System ist das Einheitsloch-System: Das Loch wird immer H7 gefertigt und die Klasse der Welle wird je nach Anforderung gewählt:
| Passung (Loch H7) | Welle | Ergebnis | Beispiel |
|---|---|---|---|
| Spiel | g6, f7 | Dreht oder gleitet mit kleinem Spiel | Welle in einer Buchse, Gleitführung |
| Feinlauf | h6 | Handeinschub, ohne nennenswertes Spiel | Zentrierstift, Führungssäule |
| Leicht übermaßig | k6, m6 | Mit Hammer einpressen, lässt sich demontieren | Lager auf einer Welle |
| Einpressen | p6, s6 | In die Presse einpressen, lässt sich nicht demontieren | Buchse in einem Gehäuse |
Die Welle-Loch-Passung-Rechner zeigt das resultierende Spiel oder Übermaß jeder Kombination an. Und ein Tipp, der viele Probleme vermeidet: tragen Sie die enge Toleranz auf das einfach zu bearbeitende Teil. Eine gedrehte Welle mit h6 ist Routine; ein tiefes Sackloch mit H6, nein.
Toleranzen und Oberflächenbehandlungen: das Detail, das man vergisst
Oberflächenbehandlungen fügen Material hinzu oder nehmen es weg: Eloxieren vergrößert jede Fläche um 2,5 bis 12,5 µm (ein Durchmesser das Doppelte), Verzinken fügt 5 bis 15 µm hinzu und Lackierung RAL 40 bis 100 µm. Bei einer Maßangabe mit Allgemeintoleranz ist es egal; bei einem H7 mit 21 µm Toleranzspiel kann es das gesamte Spiel sein. Wenn das Maß nach der Oberflächenbehandlung eingehalten werden muss, geben Sie es in der Zeichnung an und es wird korrigiert bearbeitet oder die Zone wird maskiert. Sie haben die Wandstärken jeder Oberflächenbehandlung in Oberflächenbehandlungen für die CNC-Bearbeitung.
Und beim 3D-Druck, Blech und Vakuumguss?
Jeder Prozess hat seine eigene Präzision. Der 3D-Druck MJF arbeitet mit ±0,3 mm bis 100 mm und ±0,3 % darüber; bei Blech haben der geschnittene Rand und das abgekannte Teil unterschiedliche Präzisionen; beim Vakuumguss hängt die Toleranz von der Schwindung des Harzes und der Geometrie ab. Wenn Sie unsicher sind, welcher Prozess die benötigte Toleranz erfüllt, vergleichen Sie in der Tabelle der Toleranzen nach Fertigungsverfahren die Optionen.
Wie man Toleranzen in der Bestellung angibt
- STEP hochladen. Das 3D-Modell enthält die Nenngeometrie, aber nicht die Toleranzen oder Gewinde.
- Fügen Sie ein Zuordnungsdokument für das Teil mit nur den funktionalen Maßen hinzu: Passungen, Gewinde, Abstände zwischen Bohrungen, die mit einem anderen Teil zusammenarbeiten.
- Geben Sie die Toleranz als Grenzwerte (±0,02) oder als Klasse (25 H7) an. Beide sind gültig.
- Wenn ein Maß nach der Oberflächenbehandlung eingehalten werden muss, geben Sie es an.
- Geben Sie keine feinere Allgemeintoleranz in das Feld „nur falls doch" ein: Das verteuert das gesamte Teil. Die ISO 2768-f ist bereits fein.
Der Ingenieur, der die Bestellung prüft, überprüft, ob jede Toleranz mit dem Material und dem Prozess erreichbar ist, und teilt Ihnen mit, falls eine nicht erreichbar ist oder nicht nötig, bevor gefertigt wird. Die Teile sind ab 8 Werktagen lieferbar und jedes Maß mit Toleranz wird vor dem Versand geprüft.
Häufig gestellte Fragen zu Bearbeitungstoleranzen
Welche Toleranz hat ein bearbeitetes Teil, wenn ich keine angebe?
Die allgemeine Toleranz ISO 2768-f wird bei Metallen und ISO 2768-m bei Kunststoffen angewendet. Bei einer Maßangabe von 25 mm in Metall entspricht dies ±0,1 mm, was für die meisten funktionalen Teile, Gehäuse, Halterungen und Prototypen ausreicht.
Welche ist die engste Toleranz, die bei der CNC-Bearbeitung angefordert werden kann?
Bei konkreten in der Zeichnung angegebenen Maßen beträgt es IT7 bei Metallen (21 Mikrometer bei einem Durchmesser von 25 mm) und IT11 bei Kunststoffen. Gedrehte Durchmesser erlauben IT6. Darunter ist eine Schleifung erforderlich, was ein anderer Prozess ist.
Was bedeutet 25 H7?
Es handelt sich um ein Loch von 25 mm Nennmaß mit Toleranz H7: Es kann zwischen 25,000 und 25,021 mm messen. Das Buchstabe H zeigt an, dass der Bereich beim Nennmaß beginnt und nach oben geht; die 7 ist die IT-Qualität, die die Breite des Intervalls festlegt, in diesem Fall 21 Mikrometer.
Warum treibt eine engere Toleranz den Preis des Teils in die Höhe?
Sie erfordert langsamere Schlichtgänge, die Messung jedes Maßes an jedem Teil und führt zu mehr Ausschuss. Ein Maß IT7 kann die Zeit dieser Operation verdoppeln. Die Reservierung für funktionelle Maße hält den Preis niedrig, ohne die Funktion zu verlieren.
