Les tolérances d'usinage CNC sont essentielles lors de la fabrication de produits, Peu importe ce pour quoi ils sont utilisés. Aujourd'hui, la plupart des produits, qu'il soit industriel ou grand public, besoin d'être cohérent pour répondre aux normes.
À cause de ça, Les fabricants comptent sur différents types de machines CNC pour assurer une haute précision dans leurs projets. Mais il est important de comprendre quelles sont les tolérances d'usinage, leurs types, les normes pour eux, Et comment les mesurer. C'est parce que les dimensions de Pièces usinées CNC peut différer des valeurs théoriques dues à des facteurs tels que le type de matériau, Le processus d'usinage, et concevoir.
Dans cet article, Nous parlerons des tolérances d'usinage CNC, Pourquoi ils comptent, et partager un tableau des tolérances d'usinage communes. Continuez à lire pour en savoir plus sur les normes de tolérance CNC et les facteurs qui les influencent.
What Are Machining Tolerances?
Machining tolerances refer to the allowable variation in a part’s dimensions from its original design. No manufacturing process can achieve 100% perfection, so tolerances define the acceptable deviation that ensures the final product functions properly.
The general rule is:
- Smaller tolerances = higher precision, but higher costs
- Larger tolerances = lower precision, but lower costs
Par exemple, dans Usinage CNC, tolerances are typically written as ±0.005″, meaning the dimension can be 0.005 inches above or below the intended size.
Calculation and Expression of Machining Tolerances
To understand how tolerances work, we need to familiarize ourselves with key concepts:
Key Terminologies:
| Term | Définition |
| Basic Size | The intended size of a part as per design |
| Actual Size | The final manufactured size after machining |
| Upper Limit | The maximum acceptable size |
| Lower Limit | The minimum acceptable size |
| Deviation | The difference between the actual and basic sizes |
| Datum | A reference point or line used for measurement |
Material Conditions:
| Term | Meaning | Exemple |
| MMC (Maximum Material Condition) | When a part has the most material possible | A shaft at its largest diameter |
| LMC (Least Material Condition) | When a part has the least material possible | A hole at its largest diameter |
| Bonus Tolerance | Extra allowance for variation | Difference between MMC and LMC |
Tolerance Formula:
Tolerance=Upper Limit−Lower Limit\text{Tolérance} = \text{Upper Limit} – \text{Lower Limit}
Par exemple, if a shaft is specified as 10 ± 0.2 mm, then:
- Upper Limit= 10.2 mm
- Lower Limit= 9.8 mm
- Tolérance= 10.2 – 9.8 = 0.4 mm
Different Types of Machining Tolerances
Unilateral Tolerance
- What It Means:
The allowed variation is only in one direction. Par exemple, if the design calls for a 10 mm diameter with a unilateral tolerance of +1 mm, the part can be 10 mm or up to 11 mm, but not smaller than 10 mm. - When to Use:
When you want to ensure that a part does not get smaller than the design size, which is important for parts that must fit a tight assembly.
Bilateral Tolerance
- What It Means:
The variation is allowed in both directions. For a 10 mm diameter with a bilateral tolerance of ±1 mm, the part can range from 9 mm à 11 mm. - When to Use:
When you need a part that can be a little bit smaller or larger than the nominal size, allowing for more flexibility in production while still meeting design requirements.
Limit Tolerance
- What It Means:
Instead of using a basic size with a ± variation, the upper and lower limits are defined explicitly. Par exemple, a part might be required to have a diameter between 9 mm et 11 mm. - When to Use:
When you want the final dimensions to fall strictly within a specified range without referencing a nominal value.
Profile Tolerance
- What It Means:
This type controls the shape or contour of a part. It specifies that the surface’s curve must stay within a defined range. Think of it as setting a “fuzzy boundary” for a curved edge. - When to Use:
It is used when the exact shape of a part is crucial, such as in components with complex curves or aerodynamic surfaces.
Orientation Tolerance
- What It Means:
Orientation tolerance limits how much a part can tilt or deviate from a reference plane or line (called a datum). This could mean controlling the perpendicularity or angularity of a surface. - When to Use:
When the part’s angle is critical, like in parts that must align perfectly for proper assembly.
Location Tolerance
- What It Means:
This tolerance ensures that specific features, like holes or slots, are in the correct place relative to a datum. It defines the acceptable shift from the intended position. - When to Use:
When precise placement of features is needed, such as in components that must align with other parts in an assembly.
Form Tolerance
- What It Means:
Form tolerances control the shape of a part. They ensure features like flatness, roundness, or straightness meet design specifications, regardless of size. - When to Use:
When the overall shape of a surface is important, such as on parts that need to maintain a smooth, Même finir.
Runout Tolerance
- What It Means:
Runout tolerance specifies how much a feature (like a circular edge) can deviate when the part rotates around a central axis. It ensures that the part remains concentric and doesn’t wobble. - When to Use:
For parts that rotate, like shafts and gears, to guarantee smooth operation and proper fit in assemblies.
Unequally Disposed Tolerances
- What It Means:
These tolerances allow for unequal variations in different directions. Instead of having the same tolerance limit on both sides of the basic size, one side might have a larger allowance than the other. - When to Use:
When the function of a part demands more material in one direction than the other, such as for features that interact with another part that has its own tolerance limits.
Summary Table of Machining Tolerances
| Tolerance Type | Définition | When to Use |
| Unilateral Tolerance | Variation allowed in only one direction (par exemple., 10 mm +1 mm) | When parts must not be smaller than the basic size. |
| Bilateral Tolerance | Variation allowed in both directions (par exemple., 10 mm ±1 mm) | For parts that can be slightly smaller or larger than the nominal size. |
| Limit Tolerance | Upper and lower limits defined explicitly (par exemple., 9 mm à 11 mm) | When strict dimensional limits are required without reference to a nominal size. |
| Profile Tolerance | Controls the shape or curve of a feature | For parts with critical curves or aerodynamic surfaces. |
| Orientation Tolerance | Limits the deviation of a part’s angle relative to a datum | When precise angular alignment is essential. |
| Location Tolerance | Specifies how much a feature can shift from its intended position | For accurate placement of holes, machines à sous, or other features in assemblies. |
| Form Tolerance | Controls the overall shape (flatness, roundness, straightness) | When the smooth, correct shape is vital to the part’s function or fit. |
| Runout Tolerance | Limits the variation when a part rotates around an axis | For parts that must rotate without wobbling, like shafts and gears. |
| Unequally Disposed Tolerances | Different tolerance limits on each side of the basic size | When different directional allowances are needed based on part function. |
Qu'est-ce que ISO 2768?
OIN 2768 est une norme internationale qui définit les tolérances générales pour les pièces usinées, offrant des directives pour les dimensions linéaires, mesures angulaires, et les tolérances géométriques. Il simplifie le processus de conception en éliminant la nécessité de spécifier des tolérances individuelles pour chaque fonctionnalité, qui est particulièrement utile pour les dimensions moins critiques. OIN 2768 A deux cours de tolérance: "bien" (F) et «grossier» (c), Permettre aux concepteurs et aux fabricants d'aligner les niveaux de tolérance avec les exigences fonctionnelles de leurs pièces. L'utilisation de cette norme peut gagner du temps, réduire les coûts de production, et assurer la cohérence entre les opérations de fabrication.
Importance des tolérances d'usinage
La plupart des pièces fabriquées à l'aide de la commande numérique par ordinateur présentent des variations inhérentes. Ces variations sont contrôlées par des tolérances pour obtenir une fiabilité et des performances optimales.
Améliorer la précision des pièces
Les tolérances CNC sont importantes pour maintenir la compatibilité des pièces. Les tolérances garantissent que les pièces usinées s'intègrent bien dans les assemblages. De plus, certaines fonctionnalités garantissent que tout fonctionne comme prévu dans les cas d'utilisation donnés. Des concentrations excessives au-delà de ces limites peuvent conduire à classer certaines de ces pièces comme défectueuses et donc inutiles..
Établir une marge d'erreur
Dans la fabrication, il y a toujours des variations, quel que soit le processus utilisé. Les écarts sont fournis par les tolérances d'usinage, qui définissent les marges d’opération. Cette spécification minimise les chances de rappeler une pièce produite.
Contrôler les coûts d'usinage
Dans la plupart des cas, des tolérances plus strictes entraînent un coût d'usinage CNC plus élevé. Certaines pièces à tolérance étroite peuvent nécessiter d'autres méthodes de finition telles que le meulage., et superfinition. Cependant, des surfaces plus tolérantes permettent une réalisation par des opérations d'usinage simples.
Maintenir la qualité esthétique des produits
Une tolérance de haute précision signifie l'aspect final des pièces usinées. Par exemple, si deux pièces doivent s'emboîter étroitement, des limites plus strictes doivent être fixées au moment de la conception. Cela garantit un ajustement parfait et élimine le risque d'une interface imbriquée.
Tolérances d'usinage CNC - Éléments à considérer
Le tolérancement consiste à incorporer des spécifications dans une dimension lors de la conception d'une pièce.. Voici les conseils clés à prendre en compte lors du réglage des tolérances pour l'usinage CNC:
Les tolérances essentielles doivent être priorisées
La tolérance est un aspect essentiel du design. Cependant, toutes les fonctionnalités ne doivent pas être tolérées. Pour économiser du temps et de l'argent, appliquer des tolérances uniquement à ces fonctionnalités, qui influencent d’autres composants.
N'utilisez pas de tolérances petites/serrées
Une tolérance excessive peut entraîner une augmentation de la quantité de ferraille produite. Ils nécessitent un jaugeage spécial, plus de serrage, et temps de coupe plus long que les coupes conventionnelles. Tous ces facteurs entraînent des frais généraux plus élevés.
Traiter les propriétés des matériaux
Le matériau utilisé a une grande influence sur les tolérances d'usinage réalisables. C’est pourquoi il est parfois impossible d’atteindre les tolérances spécifiques données – cela dépend du matériau. Par exemple, certains matériaux peuvent être flexibles, surtout lorsqu'il est usiné et, donc, il devient difficile d'atteindre le niveau de tolérance requis.
Cotation géométrique et tolérancement (DG&T)
DG&T is an international system that standardizes how tolerances are specified in engineering drawings.
| DG&T Feature | But | Exemple |
| Straightness | Ensures a part is not curved | A long metal rod must be perfectly straight |
| Platitude | Controls surface evenness | A machine base must not have bumps |
| Circularity | Ensures a round part is truly circular | Piston rings in engines |
| Concentricité | Aligns the center of features | Holes must align perfectly |
Common CNC Machining Tolerances
En usinage CNC, standard tolerances refer to the typical level of precision that most machines can achieve without special adjustments. These tolerances ensure that parts meet industry requirements while keeping costs and production time reasonable.
| CNC Machining Process | Tolérance typique |
| Fraisage CNC (3-axe & 5-axe) | ± 0.005″ (0.13 mm) |
| CNC Lathe Turning | ± 0.005″ (0.13 mm) |
| Routeur CNC | ± 0.005″ (0.13 mm) |
| Gravure CNC | ± 0.005″ (0.13 mm) |
| Usinage de vis | ± 0.005″ (0.13 mm) |
| Outils de coupe de joints | ± 0.030″ (0.762 mm) |
| Rail Cutting | ± 0.030″ (0.762 mm) |
| Découpe de règles en acier | ± 0.015″ (0.381 mm) |
| Finition de surface | 125 RA (average roughness) |
💡 À retenir: Most CNC machining processes have a general tolerance of ± 0.005″ (0.13 mm), but this can change depending on material type, machine capabilities, and specific project needs.
Tight Tolerances vs. Loose Tolerances
Not all parts need extremely tight tolerances. While tighter tolerances improve precision, they also increase costs, machining time, and inspection requirements. Voici un guide rapide pour vous aider à décider:
| Tolerance Type | When to Use | Exemples |
| Standard Tolerance (± 0.005″) | Most general-purpose CNC parts where extreme accuracy is not required. | Machine brackets, basic fasteners, couvertures. |
| Tight Tolerance (± 0.001″ or less) | When precision is crucial for part function, such as in aerospace or medical applications. | Composants d'avion, outils chirurgicaux, microelectronics. |
| Loose Tolerance (± 0.010″ or more) | When a part’s function is not affected by minor dimensional variations, reducing costs. | Decorative pieces, basic enclosures, non-critical supports. |
Facteurs influençant les tolérances dans l'usinage CNC
Normalement, les produits sont fabriqués selon des limites de tolérance standard, sauf lorsque le client a fixé des limites personnalisées. Il existe plusieurs raisons d'autoriser des tolérances dans la fabrication.
Propriétés des matériaux
Le choix des matériaux affecte directement la tolérance réalisable. Ces caractéristiques peuvent inclure: abrasivité, dureté du matériau, et résistance à la chaleur.
- Abrasivité:Les fraises CNC sont sensibles aux matériaux grossiers. De tels matériaux entraînent une dégradation plus rapide des outils. De plus, ils rendent difficile l'atteinte de tolérances très serrées.
- Dureté:Il est souvent difficile d’usiner des matériaux moins denses avec une grande précision. Ses dimensions peuvent varier lors de la découpe et c'est pourquoi il est recommandé de rester patient lorsqu'il s'agit de produits plus souples/flexibles..
- Stabilité thermique:Les matériaux non métalliques ont tendance à se déformer pendant les processus d'usinage en raison de la chaleur., produits au cours des processus.
Choix des processus d'usinage CNC
Les sélectionnés processus d'usinage affecte les tolérances étant donné les différences dans les caractéristiques de surface et la rugosité. Chaque technique d'usinage CNC comme le tournage, fraisage, et affûtage offers unique strengths and challenges. En outre, diverses machines CNC à axes multiples peuvent avoir des tolérances de base différentes. La connaissance de ces capacités signifie que les tolérances requises seront atteintes, en particulier lorsque les conceptions ont des tolérances spécifiées de près.
Effets de finition de surface
Les processus ultérieurs tels que la peinture et l'anodisation peuvent influencer les dimensions de la pièce.. Ces traitements de surface peuvent placer les pièces usinées au-delà des niveaux de tolérance normalement souhaités pour de telles pièces.. Donc, il est crucial de choisir le bon procédé de finition pour réduire les distorsions.
Outils de coupe CNC
Les types d'outils de coupe utilisés dans l'usinage CNC ont également un impact sur les tolérances.. Des outils précis, correctement dimensionné et enduit, et aiguisés offrent une précision améliorée.
Considérations budgétaires
Les outils et le matériel doivent être choisis en fonction du budget d’un projet. Des tolérances réduites signifient plus de temps et d'outils spécialisés, ce qui augmente considérablement les coûts.. L'acquisition d'outils de haute qualité garantit que les pièces produites ont la tolérance nécessaire et une finition uniforme.
Expertise du machiniste
La compétence et l’expérience du machiniste sont primordiales dans la détermination des tolérances. Un opérateur expert peut choisir les outils appropriés pour la coupe, configurer les facteurs d'usinage corrects, et garantir que le processus répond aux caractéristiques nécessaires.
Why Do CNC Machining Tolerances Matter?
Without proper tolerances, parts may not fit together properly, leading to misalignments, assembly issues, or even failure in operation. Choosing the right tolerance ensures:
✅ Smooth assembly of components
✅ Reduced machining costs by avoiding unnecessary precision
✅ Better overall performance of the final product
If you’re unsure about what tolerance to use for your project, a good rule of thumb is to start with ± 0.005” and adjust as needed based on the part’s function and requirements.
How to Improve Machining Tolerances？
✅ Use high-quality CNC machines.
✅ Choose appropriate materials for precision machining.
✅ Control environmental factors like temperature.
✅ Use advanced measuring tools like Coordinate Measuring Machines (MMT).
Tips for Tighter CNC Machining Tolerances
Choisissez le bon matériau
Not all materials machine the same way. Some expand, warp, or wear down cutting tools faster, which can affect tolerance accuracy.
🔹 Best for Tight Tolerances: Acier inoxydable, aluminium, laiton, et titane.
🔹 Harder to Machine Accurately: Plastiques, métaux doux, matériaux composites (due to thermal expansion and flexibility).
💡 Conseil: If you’re working with a material that expands or contracts with temperature, consider using climate-controlled machining environments.
Use High-Quality CNC Machines
The type and condition of the CNC machine directly impact the precision of the final part.
✅ Meilleur choix: 5-axis CNC machines (greater flexibility and accuracy)
✅ Avoid: Older or worn-out machines (they may introduce slight errors due to mechanical wear)
💡 Conseil: Always ensure that CNC machines are properly calibrated and maintained to prevent inconsistencies.
Optimize the Cutting Tools
Using the right cutting tools is crucial for achieving tight tolerances. Dull or low-quality tools can cause uneven cuts and poor surface finishes.
✔ Use Carbide or Diamond-Coated Tools – They stay sharp longer and reduce tool deflection.
✔ Use the Right Feed Rate & Vitesse – Too fast can cause chatter; too slow can cause excess heat buildup.
💡 Conseil: Regularly replace worn-out tools and use toolpath simulation software to ensure smooth, accurate cuts.
Control Temperature & Facteurs environnementaux
Even small temperature changes can affect machining accuracy. Metals expand when heated, which can alter dimensions.
🌡 Solutions:
- Machine in a temperature-controlled
- Utiliser coolants and lubricants to reduce heat buildup.
- Let metal parts rest before final measurements(so they stabilize).
💡 Conseil: If you’re machining to ultra-tight tolerances, measure the part at the same temperature it will be used.
Use Precision Workholding & Fixturing
A secure, stable workpiece is essential for high precision. Even the slightest movement can cause errors.
🔹 Best Workholding Options:
- Hydraulic clamps for consistent pressure.
- Vacuum fixtures for thin, delicate parts.
- Custom jigs & luminaires to reduce vibration.
💡 Conseil: Always double-check alignment before starting a machining run to avoid positioning errors.
Reduce Tool Deflection & Vibration
Tool deflection happens when the cutting tool bends slightly under pressure, affecting accuracy.
🛠 How to Fix This:
- Utiliser shorter tool lengths(less bending).
- Increase tool diameter for stability.
- Utiliser rigid machine setups to minimize vibrations.
💡 Conseil: Reducing the depth of each cut can also help prevent tool deflection.
Choose the Right Tolerance for the Right Part
Not every part needs a tolerance of ±0.001”. Over-specifying tolerances can increase machining costs and production time.
✅ Use tight tolerances where needed – like on mating surfaces, bearing fits, ou composants aérospatiaux.
✅ Use looser tolerances when possible – for non-critical areas like decorative finishes or general enclosures.
💡 Conseil: Talk to your machinist or CNC shop—they can suggest the best tolerance levels without adding unnecessary cost.
Inspect & Measure Parts Correctly
Tighter tolerances require high-precision measuring tools. Standard calipers won’t cut it for ultra-precise parts.
🔹 Best Measuring Tools:
✔ MMT (Coordonner la machine à mesurer) – Best for measuring complex 3D parts.
✔ Micrometers & Dial Indicators – More accurate than standard calipers.
✔ Optical Comparators & Laser Scanners – Great for checking surface profiles.
💡 Conseil: Always measure in a temperature-controlled environment to avoid inaccurate readings due to material expansion.
Use Post-Machining Processes for Extra Accuracy
If your CNC machine can’t achieve the required tolerance, considérer secondary finishing processes like:
🔹 Affûtage – For super-smooth and ultra-precise surfaces.
🔹 Honing – Improves inner diameter accuracy for tight-fit holes.
🔹 Lapping & Polissage – Removes microscopic imperfections for high-precision parts.
💡 Conseil: Combining CNC machining with post-processing techniques can help meet ultra-tight tolerances while keeping costs under control.
Work with an Experienced CNC Machining Partner
Not all machine shops specialize in ultra-precise machining. If you need super-tight tolerances, choose a CNC shop that has experience working with tight-tolerance parts.
✅ Look for shops that:
- Have 5-axis CNC machines and advanced metrology equipment.
- Offer precision finishing services like grinding and honing.
- Fournir quality control certifications(OIN 9001, AS9100, etc.).
💡 Conseil: When requesting a quote, always mention the tolerance requirements upfront to ensure the shop can meet your needs.
How Surface Roughness Affects Tolerances
Machining tolerances specify how close a part’s dimensions must be to the design. But surface roughness can affect precision in multiple ways:
✅ Friction & Ajuster: Rough surfaces create extra friction, which can lead to improper fitting in tight-tolerance parts.
✅ Wear & Durabilité: High roughness can accelerate wear and tear, reducing the lifespan of moving components.
✅ Sealing Issues: Scellés, joints, and O-rings need smooth surfaces to work effectively—roughness can cause leaks.
✅ Apparence: Some applications require a polished, smooth look (par exemple., medical and aerospace parts).
💡 Conseil: Pour tight-tolerance parts, achieving the correct surface roughness is just as critical as hitting the right dimension.
Standard Surface Roughness for Different Machining Processes
Different machining techniques create different roughness levels. Here’s a comparison of common processes:
| Processus d'usinage | Typical Roughness (Râ, µm/µin) | Application |
| Fraisage (Standard) | 1.6 – 6.3 µm (63 – 250 µin) | Usinage général |
| Tournage CNC (Standard) | 0.8 – 3.2 µm (32 – 125 µin) | Arbres, engrenages |
| Affûtage | 0.1 – 1.6 µm (4 – 63 µin) | Pièces de haute précision |
| Polissage | 0.05 – 0.4 µm (2 – 16 µin) | Médical, aérospatial |
| Lapping | 0.01 – 0.1 µm (0.4 – 4 µin) | Optical, sealing surfaces |
💡 Conseil: Choose the right machining process based on how smooth your part needs to be.
Cost Considerations for Tight Tolerances
Tighter tolerances increase costs due to:
🔹 Additional machining time
🔹 More material waste
🔹 Increased inspection requirements
🔹 Conseil: Use tight tolerances only where necessary to balance cost and precision.
Inspection et contrôle qualité
Common methods for verifying tolerances include:
| Inspection Method | But |
| MMT (Coordonner la machine à mesurer) | Measures complex part geometry |
| Micrometers & Calipers | Checks dimensions manually |
| Surface Roughness Tester | Measures surface finish |
| Laser Scanning | Inspects part accuracy digitally |
Industries nécessitant des tolérances CNC de précision
| Industrie des applications | Produits et pièces |
| Secteur Médical | Instruments chirurgicaux, implants, prothèses |
| Aérospatial | Composants d'avion, pièces de moteur, train d'atterrissage |
| Automobile | Composants du moteur, pièces de transmission, capteurs |
| Défense et militaire | Armes à feu, équipement tactique, pièces de véhicules |
| Électronique | Cartes de circuits imprimés, logements, connecteurs |
| Horlogerie et Joaillerie | Composants de montre, montures de bijoux fins |
| Pétrole et Gaz | Forets, vannes, raccords de canalisation |
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FAQ
- What is considered a tight tolerance in machining?
Anything below ±0.005″ is considered tight.
- Why do tighter tolerances increase costs?
More machining time, usure des outils, and inspections increase production expenses.
- What materials have the tightest tolerances?
Metals like titanium and stainless steel can be machined with extreme precision.
- Can CNC machines achieve ±0.001″ tolerances?
Oui, but it depends on the machine quality and material properties.
