CNC 加工公差

本文阐述了CNC加工中使用到的公差,以及零件设计时需要客户注意的公差设计及相关建议。

CNC 加工中的公差指的是一个参数在特定范围内的允许变动量。该参数可以是各种可测量的物理属性如温度、湿度、噪音水平、应力、太阳辐射率和速度等,也可以是一个物理尺寸,如空间尺寸。

公差规定了实际参数值的可允许变化范围。在工程领域,我们可以把公差看作对误差的控制范围。公差通常有一个上限,即最大极限尺寸,和一个下限,即最小极限尺寸。

CNC 加工公差

公差 这个定义在CNC 加工中有两种指代:一是指数控机床的公差,二是指CNC 加工的设计公差。

数控机床公差指的是机床在加工零件时能达到的尺寸精度程度。CNC加工工艺的精确度极高,有的机床的制作精度可以达到 ± 0.0025mm,这个精度大概是我们头发丝的四分之一的尺寸。然而,不同的机床公差是不一样的,这通常由机床的制造商来定义,市面上常见的 0.02mm 公差是一个广泛使用的平均值。CNC 加工的服务商也会向客户提供其所拥有的的数控机床的公差。

而在设计和加工中,公差指的是零件尺寸可允许的变化范围,只要零件满足该范围,零件便能实现所有功能性要求。这时候公差由零件设计者根据零件的功能、配合和形状为基础制定公差标准。设计和加工公差对于零件间的配合和组装非常重要,你可以想象一下,比起简单的门与把手的配合,电动发动机的零件明显需要更严格的公差。毕竟发动机的零件既多又复杂,需要各个特征都能配合好。通常,零件适用尺寸旁边就会出现相应的公差标注。

公差有很多种不同的类型,如极限公差,单向公差,双向公差,以及被称为形位公差(GD&T) 的几何公差系统。

极限公差

极限公差包括了上偏差值及下偏差值,定义了尺寸的可接受范围:上偏差就是最大可接受尺寸,下偏差值就是最小可接受尺寸。任何数值只要在这个范围内都是可以接受的。比如:极限公差标注为 0.55-0.65mm 指的就是尺寸基准只要不超过这个公差带都会被允许。

Limit tolerances for a shaft and a hole in CNC machining
轴与孔的极限公差示例

单向公差

单向公差指的是基本尺寸只可以有一个方向变化,即公差只能往正方向或负方向变化(对比参考值 + 或 – )。比如公差写的是 1.5 mm +.000/-.005,这就是一个仅允许负方向变化的单边公差。这意味着尺寸偏差可以往定义的负方向增加 0.005毫米,但是反方向不允许有任何偏差。

Unilateral tolerances in CNC machining
单向公差示例

双向公差

CNC 加工工艺中,如果公差围绕基本尺寸对称则是双向公差。也就是基本尺寸的上偏差值和下偏差值相同。与单相公差不一样的就是双向公差的偏差同时出现在正负两个方向。

形位公差 (GD&T)

形位公差是一个比标准尺寸及公差(SD&T)更高级也更复杂的几何公差系统。它不仅仅提供零件的尺寸和公差,而且规定了零件点线面等特征的偏差值。SD&T 规定了零件形状,而GD&T除形状外还规定了零件的几何特征,如平整度、配合位置、同心度等等。

GD&T System
形位公差标注示例

公差设计提示

在设计机加工零件时,为零件添加公差要求的步骤叫公差设计。下面是一些我们提供的用于公差设计的建议和提示::

  • 公差对零件设计至关重要。但是并不是所有零件或者零件的所有特征都需要进行公差设计。为了节省加工时间与成本,只需要对零件的关键特征进行公差设计,比如零件与其他零件或组装件存在配合或干涉时。
  • 避免公差过于严格。严格的公差要求往往意味着更多的不达标零件,需要用到额外的测量工具或者夹具,以及更长的交付周期——这些都意味需要投入更多的加工成本。
  • 进行公差设计时,不要忘记检查一下生产零件的数控机床的加工能力及公差。但假如您使用Xometry订购零件,您不必在意机床的加工能力等细节。我们在全球制造网络拥有超过5000组多类型加工设备,能为顾客的项目找到最合适的加工方案并保证满足客户的公差要求。
  • 请牢记加工材料的特性。按特定公差进行零件加工的难度很大程度上取决于零件材料。由于制造材料在加工过程种可能会弯曲,软质材料更难保持特定的公差要求。

了解更多用于减材制造的通用公差标准

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