CNC-Toleranzkette: Warum Ihr Teil nicht passte

CNC-Toleranzkette: Warum Ihr Teil nicht passte

Eine Toleranzkette ist die Rechnung, die entscheidet, ob eine Baugruppe passt, und fast jede Beschwerde „das Teil passte nicht" ist eine Kette, die nie berechnet wurde. Jedes Maß in einer Kette bringt seine eigene Toleranz mit, und das Ergebnis ist die Summe dieser Toleranzen — drei Platten mit 10.0 ±0.1 mm ergeben ±0.3 mm, nicht ±0.1 mm. Ein Teil kann einwandfrei nach seiner eigenen Zeichnung gefertigt sein und trotzdem falsch, weil die Zeichnung nie berücksichtigt hat, wie sich die Toleranzen addieren.

Was eine Toleranzkette tatsächlich ist

Die Regel ist einfach und gnadenlos: die Toleranz eines montierten Maßes ist die Summe der Toleranzen aller Glieder in der Kette. Nichts anderes verändert das. Eine Kette aus fünf Teilen mit je ±0.1 mm ergibt ±0.5 mm, egal wie sorgfältig jedes Teil gefertigt wurde.

Es gibt zwei Wege, diese Rechnung zu fahren, und sie beantworten unterschiedliche Fragen.

Worst Case ist die Methode, die die Passung in jedem einzelnen Teil garantiert, weil sie annimmt, dass jedes Maß gleichzeitig an seiner Grenze landet. Die Quadratsumme ist die statistische Methode: sie nimmt an, dass die Fehler zufällig und unabhängig sind, Extremwerte also selten zusammenfallen. RSS beschreibt eine Population aus Tausend Teilen, Worst Case garantiert, dass ein Teil passt.

Warum Ihr Teil nicht passte: sechs Ursachen

Diese sechs Ursachen erklären den größten Teil der Passungsfehler, die über die Qualitätsabteilung zurückkommen. Alle sechs sind Zeichnungsprobleme, keine Fertigungsprobleme.

Ursachen 3 und 6 verdienen besondere Aufmerksamkeit. Eine dünne Wand kann ±0.01 mm nicht halten, gleichgültig was die Zeichnung sagt — das Teil verformt sich beim Zerspanen, und das Maß verschiebt sich, sobald der Fräser weg ist. Und eine Positionstoleranz ohne Bezugsangabe ist keine Spezifikation, sondern die Bitte an die Fertigung, eine auszuwählen.

Die Kette rechnen: Worst Case und Quadratsumme

Die Reihenfolge der Arbeit zählt. Rechnen Sie zuerst den Worst Case, weil er die einzige Methode ist, die die Passung in jedem Teil garantiert, und verwenden Sie RSS erst danach für die Serienfertigung. Wer mit RSS beginnt, hat das Problem bereits wegdefiniert.

Das Beispiel mit drei Platten ist der Referenzfall. Drei Platten mit 10.0 ±0.1 mm, gestapelt:

• Worst Case: 0.1 + 0.1 + 0.1 = ±0.3 mm, die montierte Länge ist also 30.0 mm im Nennmaß und reicht von 29.7 bis 30.3 mm.
• Quadratsumme: √(0.01 + 0.01 + 0.01) = ±0.173 mm, dieselbe Baugruppe reicht damit von 29.83 bis 30.17 mm.
• Anforderung: Muss die Baugruppe 30.0 ±0.15 mm halten, ist der Worst Case nicht bestanden, weil 0.3 größer als 0.15 ist. RSS rettet Sie ebenfalls nicht, weil einzelne Teile weiterhin den Worst Case treffen.

Wenn die Kette nicht aufgeht, gibt es genau vier Wege, und nur einer davon kostet Geld am Teil selbst.

Neu konstruieren ist meist die richtige Antwort, wenn das betroffene Maß aus der Kette herausgenommen werden kann. Eine Beilage ist die richtige Antwort, wenn die Schnittstelle bereits dafür ausgelegt ist. Eine Toleranz zu verschärfen ist nur dann richtig, wenn das Maß tatsächlich eng sein muss, und es ist der teuerste der drei Wege.

ISO 2768: Die General Tolerance, die den Großteil Ihrer Zeichnung abdecken sollte

ISO 2768 ist das, was eine Zeichnung lesbar macht. Ein Vermerk im Schriftfeld deckt jedes Maß ab, das die Funktion nicht bestimmt, das sind typischerweise 80% aller Maße, und nimmt der Fertigung das Raten beim Rest ab.

Der Buchstabe vor dem Bindestrich legt die lineare Klasse fest. Der Buchstabe nach dem Bindestrich legt die geometrische Klasse fest, ISO 2768-mK bedeutet also lineare Klasse m plus geometrische Klasse K, und lässt man den zweiten Buchstaben weg, sind überhaupt keine allgemeinen geometrischen Toleranzen festgelegt.

Die lineare Toleranz hängt vom Nennmaß ab, das Band, in das Ihr Maß fällt, verändert also die Zahl.

ISO 2768 hat klare Grenzen, und die Verwendung an Stellen, an denen eine bestimmte Passung gebraucht wird, ist der häufigste Weg, auf dem es Probleme verursacht. Nehmen Sie ein Merkmal immer dann aus der Allgemeinklasse heraus, wenn die Zeichnung zeigt, was passiert, wenn das Maß an seiner Grenze landet.

Passungen: Spiel, Übergang und Pressung

Wenn zwischen zwei Teilen eine Beziehung gehalten werden muss, reicht je eine ± Toleranz nicht — die Zeichnung braucht eine Passung, also eine Beziehung zwischen Bohrung und Welle, ausgedrückt in zwei ISO 286 Kennungen.

Eine Kennung zu lesen ist einfach, sobald man die beiden Hälften kennt.

Die Buchstaben a–h ergeben Spielpassungen, js–n Übergangspassungen und p–zc Presspassungen. Die Bohrung ist konventionell eine Stufe weiter als die Welle, weil präzises Bohren schwerer ist als präzises Drehen.

Die Wahl dazwischen folgt einer Regel: nehmen Sie die lockerste Passung, die noch ihren Job erfüllt, und reservieren Sie Presspassungen für Verbindungen, die sich nie trennen dürfen.

Ein Detail bringt bei Presspassungen viele Menschen aus dem Konzept: die Oberflächenbeschaffenheit frisst die Pressung. Die Oberflächenspitzen werden beim Zusammenbau niedergedrückt, die tatsächliche Pressung ist also kleiner als der berechnete Wert. Bei Ra 1.6 µm gehen über beide Flächen rund 13 µm verloren, bei Ra 3.2 µm etwa 25 µm. Bei H7/p6, dessen Pressung bei 25 mm nur 1–35 µm beträgt, kann dieser Verlust die gesamte Pressung auffressen und das Teil wird locker. Geben Sie Ra 0.8 µm oder besser an und behandeln Sie Ra 0.4 µm Schleifen als empfohlene Oberflächenbeschaffenheit für Presspassungen.

Was jeder Prozess tatsächlich halten kann

Eine Toleranz, die der Prozess nicht erreicht, ist keine enge Toleranz, sondern eine auf den Prüfstand wartende Ablehnung. Das hier ist, was jeder Prozess als Standard hält, und was er hält, wenn Sie mehr bezahlen.

Die IT-Stufenskala ist die gemeinsame Sprache zwischen Zeichnung und Fertigung, und es lohnt sich, sie direkt zu lesen.

Wie Sie die Kette in Ordnung bringen, bevor sie die Fertigung erreicht

Die Abhilfe ist ein kurzer Ablauf, und sie gehört vor die Freigabe der Zeichnung, nicht nach dem Eintreffen des ersten Teils.

1. Listen Sie jedes Maß der Montagekette in Reihenfolge mit seiner Toleranz auf.
2. Rechnen Sie den Worst Case: addieren Sie die Toleranzen.
3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit der Anforderung, die die Baugruppe erfüllen muss.
4. Wo sie nicht aufgeht, wählen Sie bewusst: eine Toleranz verschärfen, eine Beilage hinzufügen oder die Kette neu konstruieren.
5. Setzen Sie ISO 2768-mK ins Schriftfeld für alles, was nicht einzeln ausgewiesen ist.
6. Geben Sie Passungen direkt mit der Kennung H7/k6 an statt mit zwei getrennten ± Toleranzen.
7. Prüfen Sie jede enge Toleranz gegen die ProzessTabelle und bestätigen Sie, dass die Wand sie halten kann.
8. Geben Sie bei Presspassungen die Oberflächenbeschaffenheit an.

Die drei Fragen, die fast alles abfangen, sind einfach: Wie eng ist die Toleranz in der Kette, welches Maß erzeugt sie, und kann der Prozess sie tatsächlich halten. Wenn ein Teil nicht passte, liegt die Antwort meist bei einer dieser drei, und sie stand auf der Zeichnung, bevor der Span abgetragen wurde.