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Les tolérances en usinage CNC

Cet article résume tous les degrés de tolérances utilisés en usinage CNC, en plus de fournir quelques astuces à prendre en compte lorsqu’il s’agit de rajouter des tolérances sur une pièce au cours de sa conception.

En usinage CNC, on définit une tolérance comme étant une déviation acceptable d’un paramètre par rapport à sa valeur désirée. Le paramètre en question peut être une grandeur physique mesurable (température, humidité, niveau de bruit, stress, radiations solaires, vitesse, etc…) ou une dimension spécifique (longueur, largeur, etc…).

Ajouter des tolérances permet de quantifier les limites acceptables, en termes d’écarts, avant de considérer une grandeur comme étant hors spécifications. En ingénierie, on peut voir les tolérances comme un taux d’erreur permis. Les tolérances sont souvent définies avec une borne supérieure, qui est la déviation positive maximale acceptable, et une borne inférieure qui est, à l’inverse, la déviation négative maximale acceptable.

Les tolérances utilisées en usinage CNC

Dans le cadre de l’usinage CNC, le terme tolérances est utilisé dans deux contextes distincts : celui des machines CNC et celui de l’usinage CNC en lui-même.

Quand on parle des machines CNC, les tolérances définissent le degré de précision dimensionnelle que la machine peut atteindre quand elle produit une pièce. Les machines CNC sont particulièrement précises, certaines pouvant aller jusqu’à une précision de ± 0,0025 mm (à titre de comparaison, il s’agit du quart de l’épaisseur d’un cheveux humain). Cependant, les tolérances peuvent varier d’une machine à l’autre et sont généralement spécifiées par le fabricant (par exemple, des tolérances de l’ordre de 0,02 mm constituent une moyenne récurrente). Les prestataires de services en usinage CNC ont également l’habitude de communiquer les tolérances de leurs machines à leurs clients.

En conception et fabrication, les tolérances définissent des plages acceptables de variations pour certaines dimensions, variations dans lesquelles la pièce fabriquée sera toujours pleinement fonctionnelle. Elles sont déterminées par le concepteur, en se basant sur la fonction de la pièce, sa forme et sa coupe, et sont particulièrement cruciales pour les composants censés s’appareiller ou interagir avec d’autres. Par exemple, les pièces d’un moteur électrique devront satisfaire à des tolérances bien plus strictes qu’une poignée de porte, principalement en raison du fait que les premières ont beaucoup plus d’éléments qui s’appareillent avec d’autres composants que la seconde. Une tolérance est représentée par un rappel, sous forme numérique, mentionné près de la dimension à laquelle elle s’applique.

Il existe différents types de tolérances, dont les plages de tolérances, les tolérances bilatérales ou unilatérales, ainsi qu’un système de tolérances connu sous le nom de « Geometric Dimensioning and Tolerancing » (GD&T, traduisible en « dimensionnement géométrique et tolérancement »).

Les plages de tolérances

Les plages de tolérances sont des grandeurs bi-dimensionnelles qui spécifient une plage de valeurs acceptables pour une dimension donnée. La borne supérieure définit la valeur maximale acceptable, tandis que la borne inférieure définit la valeur minimale acceptable. 0,55 – 0,65 mm est un exemple de plage de tolérances, 0,55 mm étant la borne inférieure et 0,65 la borne supérieure.

Limit tolerances for a shaft and a hole in CNC machining
Plages de tolérances pour une tige et un trou

Les tolérances unilatérales

Dans le cas des tolérances unilatérales, une grandeur n’est autorisée à varier que dans un seul sens, lequel peut être soit positif, soit négatif (comprendre, soit une addition, soit une soustraction par rapport à la valeur d’origine spécifiée, respectivement). 1,5 mm +0,000/-0,005 est un exemple de tolérance unilatérale : la grandeur peut dévier jusqu’à un maximum de 1,505 mm, mais ne peut pas descendre en-dessous de sa valeur d’origine (1,5 mm).

Unilateral tolerances in CNC machining
Tolérances unilatérales

Les tolérances bilatérales

En usinage CNC, les tolérances bilatérales sont symétriques par rapport à la valeur d’origine : les limites hautes et basses dévient de la valeur originale d’une quantité identique. Comparées aux tolérances unilatérales, les tolérances bilatérales dévient aussi bien dans le sens positif que dans le sens négatif.

Le système « Geometric Dimensioning and Tolerancing » (GD&T)

Le système GD&T est supérieur, quoique plus compliqué, au système de tolérances et de dimensionnement standard (SD&T) : non seulement il fournit les dimensions et tolérances pour une pièce donnée, mais il spécifie également les caractéristiques géométriques exactes de la pièce pour lesquelles ces tolérances s’appliquent. Bien que le système SD&T prenne en compte la forme, le système GD&T va encore plus loin et couvre les caractéristiques géométriques, telles que la planéité, les positions exactes et la concentricité.

GD&T System
Système GD&T

Quelques astuces pour les tolérances d’usinage CNC

Le processus de tolérancement consiste à fixer des tolérances aux dimensions d’une pièce au cours de sa conception. Vous trouverez ci-dessous d’importantes astuces qui vous aideront dans votre tâche pour fixer les tolérances de votre ouvrage en vue de l’usinage CNC :

  • Bien que les tolérances soient d’une importance capitale en termes de conception, il est important de comprendre que tous les éléments d’une pièce n’en ont pas forcément besoin. Appliquer les tolérances uniquement sur les éléments critiques (comprendre, ceux qui s’appareillent ou interagissent avec d’autres pièces) est un bon moyen d’économiser du temps et de l’argent sur l’usinage.
  • Sachez éviter de trop contraindre vos tolérances quand ce n’est pas nécessaire. Des tolérances trop serrées ne feront qu’augmenter le taux de rejet en production et les dépenses additionnelles en outillage spécifique et dispositifs dédiés, sans parler de l’accroissement des temps d’exécution. Autant de facteurs se traduisant par une augmentation des coûts d’usinage.
  • Au cours du processus de tolérancement, il est important de garder à l’esprit les capacités, en termes de tolérances applicables, des machines qui vont usiner votre pièce. Cependant, quand vous passez commande chez Xometry, vous n’avez pas à vous soucier de ce détail car nous comptons plus de 5000 machines CNC dans notre réseau, ce qui fait qu’il est toujours possible de trouver un banc adapté à votre projet, et qui saura se plier aux tolérances que vous avez choisies.
  • Gardez également à l’esprit les particularités du matériau de fabrication, car ce dernier conditionne largement la difficulté d’usinage d’une pièce pour un jeu de tolérances donné. Du fait des contraintes de pression exercées durant le processus d’usinage, il est plus difficile de tenir des tolérances spécifiques avec des matériaux tendres.

Vous pouvez aussi en apprendre davantage sur les standards généraux de tolérances utilisés en Europe pour la fabrication soustractive.

Publié dans Usinage CNC