Ile kosztuje jedno miejsce po przecinku? Jak tolerancje napędzają cenę części CNC

Najdroższe znaki na rysunku technicznym to nie średnice ani długości, tylko małe dopiski przy nich: H7, $R_a$ 0,8, klasa "f". Większość trafia tam z przyzwyczajenia, a nie z potrzeby - i każdy z nich uruchamia w warsztacie konkretny, policzalny łańcuch kosztów. Ten artykuł pokazuje, jak to działa i które tolerancje można bezpiecznie poluzować.

Dwie identyczne części, dwie różne ceny

W klasycznym podręczniku szacowania kosztów produkcji, wydawanym przez amerykańskie stowarzyszenie SME nieprzerwanie od 1968 roku, jest przykład, który powinien wisieć nad biurkiem każdego konstruktora. Dwa toczone trzpienie, na pierwszy rzut oka identyczne - różnią się tylko tolerancją tej samej średnicy. Pierwszy ma tolerancję ±0,05 mm. Drugi: +0,000/-0,025 mm.

Na rysunku to różnica jednej adnotacji. W warsztacie różnica wygląda tak:

• trzpień pierwszy można wykonać wprost z pręta ciągnionego w stanie dostawy - jego naturalna dokładność wystarcza, średnicy w ogóle nie trzeba obrabiać;
• trzpień drugi wymaga grubszego pręta, obtoczenia średnicy inną, wolniejszą metodą oraz dwóch przejść: zgrubnego i wykańczającego, bo jedno nie utrzyma ani wymiaru, ani wymaganej gładkości.

Ta sama geometria, ten sam materiał, ta sama funkcja w maszynie - a czas obróbki i cena rosną skokowo. To nie jest złośliwość warsztatu. To fizyka i arytmetyka: każdą dodatkową minutę maszyny wycenia się jej stawką godzinową, a jak wyliczyć stawkę maszynogodziny, pokazujemy w bezpłatnym przewodniku.

Skąd się bierze koszt tolerancji

Zaostrzenie tolerancji nigdy nie jest "darmowe", bo zawsze zmienia sposób wykonania. Już Romuald Wołk w wydanym w 1972 roku podręczniku normowania czasu pracy na obrabiarkach pisał wprost: przy niższych klasach gładkości wystarczy jedno przejście z właściwym posuwem, natomiast przy wyższych klasach wymagane są co najmniej dwa - zdzierające i wykańczające. Pięćdziesiąt lat później zmieniły się maszyny, ale nie ta zasada.

Ciaśniejsza tolerancja podnosi koszt kilkoma kanałami naraz:

• więcej przejść - naddatek trzeba zdjąć etapami, z malejącą głębokością skrawania;
• wolniejsze parametry - przejścia wykańczające idą na niższych posuwach;
• dodatkowe operacje - rozwiercanie, wytaczanie dokładne, szlifowanie, honowanie, czyli często osobne mocowanie, osobne narzędzie, a bywa, że osobna maszyna;
• więcej pomiarów - wymiar tolerowany trzeba sprawdzić, czasem na każdej sztuce;
• wyższe ryzyko braków - im węższe pole tolerancji, tym łatwiej z niego wypaść, a koszt braku rozkłada się na dobre sztuki.

Podręcznik SME ujmuje to w jednym zdaniu, które warto zacytować dosłownie: obróbkę należy ograniczać do minimum, a tolerancje utrzymywać tak luźne, jak tylko pozwalają wymagania.

Designed by Magnific

Poziom 1: tolerancje ogólne ISO 2768

Pierwszy poziom to domyślne odchyłki dla wszystkich wymiarów bez indywidualnej tolerancji, czyli zwykle 90% wymiarów części. Dla frezowania i toczenia CNC naturalnym standardem jest klasa m, którą maszyna trzyma bez specjalnych zabiegów. Klasa f na całej części wymusza ciaśniejsze wykonanie i kontrolę każdego wymiaru, także tych bez znaczenia funkcjonalnego, więc podnosi koszt.

Ramka "ISO 2768-mK" na rysunku dotyczy wszystkich wymiarów bez indywidualnych tolerancji - czyli zwykle 90% wymiarów części. Litera oznacza klasę dokładności wymiarów liniowych:

Dla frezowania i toczenia CNC klasa m jest naturalnym standardem - maszyna trzyma ją bez specjalnych zabiegów. Klasa f na całej części oznacza, że każdy wymiar, także te bez znaczenia funkcjonalnego, musi być wykonany i skontrolowany ciaśniej: ostrożniejsze przejścia wykańczające, więcej pomiarów, mniejszy margines na zużycie narzędzia. Płaci się za dokładność na powierzchniach, których nic nigdy nie dotknie.

Praktyczna reguła: ogólna klasa m, a zaostrzenia tylko przy konkretnych wymiarach, które tego naprawdę wymagają.

Poziom 2: pasowania otworów ISO 286

Drugi poziom to symbole pasowań przy otworach, które wyznaczają technologię wykonania. H11 daje samo wiercenie, H9 wymaga rozwiercania, H7 powiercania i rozwiercania dokładnego lub wytaczania, a H6 jeszcze dogładzania. H7 jest zasadne przy łożyskach, tulejach i kołkach pasowanych, ale na otworach przelotowych pod śruby podnosi tylko wycenę.

Symbol przy otworze - H11, H9, H7 - to nie kosmetyka, tylko wybór technologii wykonania. Każdy stopień w dół drabinki oznacza węższe pole tolerancji i zwykle dodatkową operację. Dla otworu Ø10 mm wygląda to tak:

H7 jest zasadne tam, gdzie otwór współpracuje z łożyskiem, tuleją czy kołkiem pasowanym. Ale H7 wpisane "z rozpędu" na otworach przelotowych pod śruby to klasyka drogich rysunków: śruba M8 w otworze Ø9 nie zauważy różnicy między H7 a tolerancją ogólną, a wycena tak.

Odchyłki H7, H8 czy H9 dla innych średnic, razem z wymiarami granicznymi, policzysz w kalkulatorze tolerancji ISO 286.

Rodzaje pasowań, luzy i wciski typowych par oraz ich dobór opisuje artykuł o pasowaniach.

Poziom 3: chropowatość Ra

Z chropowatością jest jak z pasowaniami - kolejne progi to kolejne operacje, a nie tylko "ładniejsza powierzchnia". W praktyce frezarsko-tokarskiej: $R_a$ 3,2 to standard po prawidłowej obróbce; $R_a$ 1,6 wymaga starannych przejść wykańczających; $R_a$ 0,8 to już wolne posuwy i dobre warunki.

$R_a$ 0,4 i niżej zwykle oznacza szlifowanie - czyli dodatkową maszynę, dodatkowe mocowanie i dodatkowy koszt, często większy niż cała wcześniejsza obróbka tej powierzchni. Wpisana w ramce rysunku "globalna" niska chropowatość działa jak mnożnik na całą część.

Zasada nadrzędna: toleruj tylko to, co czegoś dotyka

Tolerancję warto stawiać wyłącznie na powierzchniach, które z czymś współpracują: pasują, prowadzą, uszczelniają lub bazują. Ogólną klasą powinna być m, pasowania należą tylko do otworów funkcyjnych, a niska chropowatość do powierzchni ślizgowych, uszczelniających lub stykowych. Na części średniej wielkości zluzowanie dwóch, trzech niepotrzebnych tolerancji potrafi obniżyć cenę o kilkadziesiąt procent.

Sprowadźmy to do checklisty, którą można przejść przed wysłaniem rysunku do wyceny:

1. Czy tolerancja ogólna to m (a nie f) - i czy na pewno musi być inna?
2. Czy każdy wymiar z indywidualną tolerancją opisuje powierzchnię, która z czymś współpracuje - pasuje, prowadzi, uszczelnia, bazuje?
3. Czy pasowania (H7 itd.) są tylko na otworach funkcyjnych, a nie na przelotowych pod śruby?
4. Czy niska chropowatość dotyczy wyłącznie powierzchni ślizgowych, uszczelniających lub stykowych?
5. Czy najciaśniejsza tolerancja na rysunku ma uzasadnienie, które umiesz wypowiedzieć na głos?

Autorzy podręcznika SME wśród żelaznych zasad wyceniającego wymieniają uważne przeglądanie wymaganych tolerancji - i dopytywanie konstruktora, gdy ich brakuje lub budzą wątpliwości. Dobry warsztat zrobi dokładnie to samo: zapyta, czy H7 na dziesięciu otworach to potrzeba, czy przyzwyczajenie. Na części średniej wielkości zluzowanie dwóch, trzech niepotrzebnych tolerancji potrafi obniżyć cenę o kilkadziesiąt procent - bez żadnej zmiany funkcji.

Najszybciej widać to zresztą na żywo: w wycenie MetronQ klient klika powierzchnię na modelu 3D, zaostrza jej tolerancję i od razu widzi, jak zmienia się cena. Trudno o lepszą lekcję kosztów tolerancji niż suwak, który przelicza je na złotówki w czasie rzeczywistym.

PS Jeśli chcesz sprawdzić, ile taka automatyczna wycena kosztuje warsztat - cennik jest tutaj.

Najczęstsze pytania o tolerancje i cenę obróbki CNC

Dlaczego ciaśniejsza tolerancja podnosi cenę części CNC?

Ciaśniejsza tolerancja podnosi cenę, bo zawsze zmienia sposób wykonania. Oznacza więcej przejść z malejącą głębokością skrawania, wolniejsze parametry wykańczające, dodatkowe operacje, takie jak rozwiercanie, szlifowanie czy honowanie, więcej pomiarów oraz wyższe ryzyko braków. Każdą dodatkową minutę maszyny wycenia się jej stawką godzinową, a koszt braków rozkłada się na dobre sztuki.

Jaką klasę tolerancji ogólnej ISO 2768 wybrać dla części CNC?

Klasę m. Dla frezowania i toczenia CNC to naturalny standard, który maszyna trzyma bez specjalnych zabiegów. Klasa f na całej części wymusza ciaśniejsze wykonanie i kontrolę każdego wymiaru, także tych bez znaczenia funkcjonalnego. Praktyczna reguła brzmi: ogólna klasa m, a zaostrzenia tylko przy konkretnych wymiarach, które naprawdę tego wymagają.

Kiedy pasowanie H7 jest uzasadnione?

Tylko wtedy, gdy otwór współpracuje z łożyskiem, tuleją lub kołkiem pasowanym. H7 wymaga wiercenia, powiercania i rozwiercania dokładnego albo wytaczania, więc kosztuje więcej niż zwykłe wiercenie. Na otworach przelotowych pod śruby nie ma sensu: śruba M8 w otworze Ø9 nie zauważy różnicy między H7 a tolerancją ogólną, a wycena tak.

Jaką chropowatość Ra zapewnia standardowa obróbka CNC?

$R_a$ 3,2 to standard po prawidłowym frezowaniu i toczeniu. $R_a$ 1,6 wymaga starannych przejść wykańczających, $R_a$ 0,8 wolnych posuwów i dobrych warunków, a $R_a$ 0,4 i niżej zwykle oznacza szlifowanie, czyli dodatkową maszynę i mocowanie. Niską chropowatość warto wpisywać tylko dla powierzchni ślizgowych, uszczelniających lub stykowych.

Ile można zaoszczędzić, luzując niepotrzebne tolerancje?

Nawet kilkadziesiąt procent. Na części średniej wielkości zluzowanie dwóch, trzech niepotrzebnych tolerancji potrafi obniżyć cenę o kilkadziesiąt procent bez żadnej zmiany funkcji. Najwięcej dają: ogólna klasa m zamiast f, pasowania tylko na otworach funkcyjnych i niska chropowatość wyłącznie tam, gdzie powierzchnia z czymś współpracuje.