Las máquinas CNC pueden alcanzar niveles muy altos de precisión. Algunas máquinas pueden alcanzar precisiones de hasta +/-0.0025 mm. Sin embargo, ejecutar el fresado de una pieza con el más alto nivel de precisión de una máquina CNC es una tarea costosa y que requiere mucho tiempo. Aquí es donde entran en juego las tolerancias del mecanizado CNC. Dado que diferentes piezas requieren diferentes grados de precisión, resulta económico para un diseñador especificar las dimensiones y tolerancias específicas necesarias para esa pieza.
¿Qué son las tolerancias?
En resumen, las tolerancias son medidas que indican el nivel de precisión necesario para una pieza que desea fabricar. Específicamente, las tolerancias CNC indican el grado de variación permitida en las dimensiones finales o el valor medido de una pieza mecanizada personalizada.
Los talleres de mecanizado CNC miden los componentes mediante valores numéricos, normalmente precedidos por un símbolo ±. Por ejemplo, puede asignar una tolerancia de ±0.001″ a una pieza que mide 2.550 pulgadas de largo. Esto indicaría que la pieza fabricada tendría una longitud variable entre 2.549” y 2.551”. Si una pieza que mide 1.5 pulgadas de altura necesita una tolerancia de ±0.005”, la pieza final debe estar dentro del rango de 1.495” y 1.505” para pasar la inspección de calidad.
Las tolerancias estándar o no estándar en el dibujo indican Servicios de mecanizado CNC y los mecánicos qué grado de precisión utilizar al producir una pieza. Cuanto menor sea el número (en el mundo de la fabricación, esta es una tolerancia más estricta), más precisión se requiere. Cuanto mayor sea el número (también llamado más flexible), menos precisión necesitará.
Tipos comunes de tolerancias en el mecanizado CNC
1. Tolerancias estándar
Los maquinistas a menudo se adhieren a las tolerancias CNC estándar para piezas fabricadas comúnmente. Esto incluye precisión específica para elementos como roscas, pasadores y tuberías. Muchos servicios de fresado Proporciona estándares internacionales de alrededor de +/-0.1 mm, especialmente cuando los clientes no especifican sus propios niveles de tolerancia. Para obtener una visión completa, consulte la tabla detallada de mecanizado CNC. El alcance de estos estándares suele estar definido por varias organizaciones internacionales, incluida la Organización Internacional de Normalización (ISO), la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) y el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI).
2. Tolerancias bilaterales
Cuando se emplea tolerancia bilateral, la desviación de la dimensión dada puede ser negativa o positiva, permitiendo que la pieza sea ligeramente más grande o más pequeña de lo indicado. Un ejemplo es +/- 0.06 mm, lo que indica que la pieza mecanizada puede ser 0.06 mm más corta o más larga que la medida especificada. Estas especificaciones suelen aplicarse a las dimensiones exteriores.
3. Dimensionamiento geométrico y tolerancia
Tolerancias GD&T Son mucho más exhaustivos que los otros sistemas de tolerancias de mecanizado. Destaca las medidas y desviaciones permitidas. También describe características geométricas específicas de la pieza mecanizada, como qué tan plana debe ser, su concentricidad y su verdadera posición. Las tolerancias GD&T se utilizan a menudo para piezas que tienen dimensiones extremadamente precisas.
4. Tolerancias unilaterales
Las tolerancias unilaterales permiten desviaciones exclusivamente en una dirección, ya sea sólo positiva o sólo negativa. Por ejemplo, una tolerancia especificada como +0.00/-0.06 mm indica que la pieza terminada puede ser hasta 0.06 mm más pequeña, pero no más grande, que la medida indicada. Estas tolerancias se emplean normalmente en diseños en los que una pieza debe encajar en otro componente. Es fundamental asegurarse de que la pieza no supere las dimensiones especificadas, ya que un tamaño mayor impediría que encaje en la posición prevista.
5. Tolerancias límite
Una tolerancia límite se expresa como un rango de valores, donde la pieza está bien siempre que la medición se encuentre dentro de ese rango. 13 – 13.5 mm, por ejemplo, es un límite de tolerancia para el mecanizado CNC que indica que la pieza debe tener una medida que se encuentre entre el límite superior y el inferior (13 mm es el límite superior y 13.5 mm es el límite inferior).
Cosas a tener en cuenta al elegir tolerancias
En el mecanizado CNC, comprender las tolerancias es fundamental para garantizar el rendimiento óptimo de una pieza. El umbral en el que la función de una pieza se ve afectada por las variaciones dimensionales es una consideración crítica. Esto es particularmente cierto para piezas como los componentes críticos del motor, donde la precisión es primordial; cualquier desviación en su forma geométrica puede tener graves repercusiones. Por otro lado, hay partes en las que no es necesaria una precisión tan estricta. Para estos componentes se puede permitir una desviación ligeramente mayor en las tolerancias de fabricación sin que ello afecte a su funcionalidad. Más allá de estas consideraciones, al seleccionar tolerancias en el mecanizado CNC, es importante tener en cuenta también algunos factores adicionales:
1. ¿Cuándo necesita tolerancias estrictas?
La necesidad de tolerancias más estrictas a menudo varía dentro de las diferentes características de un solo componente. Por ejemplo, si bien la estructura general de una pieza puede no requerir las tolerancias más estrictas, áreas específicas (como los puntos donde la pieza debe encajar o unirse con otros componentes, como los agujeros) requieren una alta precisión.
Las tolerancias complejas son particularmente esenciales en industrias donde la precisión es necesaria, como la aeroespacial, la de dispositivos médicos y la de fabricación de automóviles. Estos sectores a menudo requieren componentes que deben encajar y funcionar perfectamente dentro de conjuntos complejos, donde incluso las desviaciones más pequeñas pueden provocar fallas operativas importantes.
En el proceso de mecanizado, una mayor precisión garantiza que cada pieza se produzca con la mayor precisión, lo que reduce el margen de error. Esto es crucial para piezas que interactúan estrechamente con otros componentes, donde una ligera discrepancia puede provocar desgaste o ineficiencia operativa. Además, para proyectos donde la seguridad es una preocupación crítica, como en la industria aeroespacial, la tolerancia límite en el mecanizado CNC no es negociable, ya que afecta directamente la confiabilidad y seguridad del producto final.
2. Altos costos para requisitos estrictos
Sin embargo, optar por tolerancias de precisión puede aumentar el tiempo y el coste del mecanizado. El uso de herramientas CNC para mantener estándares exigentes, como tolerancias extremadamente estrictas tan cercanas como ±0.001”, puede provocar un mayor desgaste del equipo. Este aspecto se vuelve particularmente crítico en la producción en masa. Por ejemplo, una nueva herramienta puede cumplir inicialmente con facilidad un estándar de ±0.001”, pero mantener este nivel de precisión se vuelve un desafío con el uso repetido. Producir numerosas piezas según estos estrictos estándares puede requerir cambios frecuentes de herramientas o ajustes en el proceso de mecanizado, lo que genera tiempos de producción más largos y costos elevados.
3. Las tolerancias dependen del material
Los diferentes materiales tienen características individuales que pueden afectar el nivel de tolerancia que se puede lograr con ellos en el mecanizado CNC. Algunas de estas características incluyen:
- Dureza: Los materiales más blandos son más difíciles de mecanizar con alta precisión. Esto se debe principalmente a la probabilidad de que cambien de dimensiones cuando la herramienta de corte los toca. Por lo tanto, hay que tener más paciencia al mecanizar estos materiales más blandos.
- Abrasividad: Los materiales ásperos y ásperos suelen ser duros para las herramientas de corte e incluso pueden hacer que se desgasten más rápido. Estos materiales dificultan lograr una precisión dimensional estricta porque los cambios en la herramienta de corte dan como resultado una menor precisión. Los materiales abrasivos generalmente requieren que el técnico cambie la herramienta varias veces durante el proceso de mecanizado.
- Estabilidad térmica: este es un problema que afecta principalmente a los no metales. A medida que se acumula calor durante el proceso de mecanizado, estos materiales comienzan a perder su forma. Esto restringe los procesos que puede usar en ese material en particular.
4. Elección de métodos de fabricación
Las máquinas CNC varían significativamente en sus capacidades y capacidades. La tolerancia de una máquina CNC es crucial y determina los tipos de piezas que puede manejar. Si bien algunas máquinas destacan en tareas complejas, otras pueden tener limitaciones. A menudo, lograr la pieza mecanizada perfecta requiere operaciones adicionales, especialmente para diseños complejos o cuando se trabaja con tolerancias CNC estrictas. Esto resalta la importancia de comprender las fortalezas y limitaciones específicas de una máquina en la fabricación de precisión.
5. Inspección
Dada la naturaleza del proyecto, será necesaria una inspección minuciosa de las piezas con tolerancias limitadas. Este proceso requerirá una cantidad importante de tiempo debido a la precisión que implica. Además, puede ser esencial utilizar herramientas y equipos de medición especializados para evaluar con precisión las tolerancias de estas piezas, como calibradores, micrómetros, comparadores ópticos, CMM y más. Esta verificación detallada es crucial para garantizar la calidad y confiabilidad del producto final.
Cómo encontrar la tolerancia correcta
A veces, elegir el nivel de precisión adecuado no supone un aspecto complicado. Para los diseñadores de productos o piezas, es fundamental determinar el rango de variación permitido para las dimensiones de una pieza. Este conocimiento afecta significativamente la decisión sobre la tolerancia correcta en la fabricación, impacta el tiempo de respuesta del proyecto e influye en su costo. Los siguientes consejos están destinados a ayudarle en su proceso de toma de decisiones:
1. Considere el uso de su pieza
La aplicación prevista de su pieza normalmente dicta la precisión necesaria durante su mecanizado. Por ejemplo, las piezas que son independientes y no necesitan integrarse con otros componentes generalmente requieren menos precisión en el fresado. Dado que lograr tolerancias más estrictas tiene un coste mayor, es aconsejable optar por ellas sólo si es absolutamente necesario. Si su pieza no requiere una precisión tan alta, es más rentable elegir tolerancias estandarizadas.
2. Busque una empresa de mecanizado CNC de buena reputación
Encontrar la tolerancia adecuada para un proyecto a menudo implica asociarse con un servicio de mecanizado CNC confiable. Los clientes deben entablar conversaciones detalladas sobre los objetivos y especificaciones de su proyecto con expertos en fabricación para determinar las tolerancias óptimas. Normalmente, los ingenieros o diseñadores de piezas definen estas tolerancias antes de acercarse a un Mecanizado CNC or servicio de creación rápida de prototipos, lo que ayuda a agilizar el proceso de producción y reducir costos.
Es fundamental recordar que si no se especifican las tolerancias al enviar una pieza para producción, la mayoría de los servicios CNC utilizarán de forma predeterminada su tolerancia estándar, generalmente alrededor de ±0.1 mm (±0.004 pulg.). Si bien esta desviación es menor y no visible a simple vista, puede afectar significativamente el ajuste del ensamblaje de la pieza final. Por ejemplo, un agujero más pequeño incluso de 0.005 pulgadas puede dificultar más de lo necesario la integración de su pieza correspondiente.
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