Wat een positietolerantie van 0,02 met de route doet

Wat verandert er tussen Ø0,1 en Ø0,02?

Een toeleverancier met twaalf man krijgt twee aanvragen voor hetzelfde blok van 6082, 120 bij 80 bij 60 mm. Er zitten twee boringen Ø12 H7 in: één in de bovenkant, één in de zijkant. De STEP-modellen zijn gelijk; het verschil staat alleen op de tekening. Op de ene ligt de zijboring vast met een positietolerantie van Ø0,1 mm ten opzichte van datum A, de onderkant, en datum B, de boring in de bovenkant. Op de andere staat Ø0,02 mm. De volgorde van de datums in het tolerantiekader telt mee: eerst A en dan B is een andere eis dan eerst B en dan A, en kan op hetzelfde stuk een andere meetuitkomst geven.

Houd drie dingen uit elkaar. De boring is het kenmerk. H7 en de positie zijn eisen: H7 is een maattolerantie en zegt hoe groot de boring mag zijn, de positietolerantie zegt waar zijn as mag liggen. Boren, ruimen of uitkotteren zijn de bewerkingen die de eisen moeten halen. Positie hoort in ISO 1101 bij de plaatstoleranties, naast vorm, richting en uitloop.

Het teken Ø voor de waarde maakt van de tolerantiezone een cilinder. Bij Ø0,02 mm mag de as van de boring dus hooguit 0,01 mm van zijn theoretische plaats afwijken, in elke richting. In die ruimte moeten machine, spanmiddel, meting en warmte samen passen.

Op de meetmachine reken je de gemeten as terug naar die diameter: positieafwijking = 2 × √(Δx² + Δy²), met Δx en Δy de afwijking van de theoretische plaats in het vlak loodrecht op de boring. De factor 2 maakt van de afstand een diameter, zodat je de uitkomst direct naast de Ø-waarde op de tekening legt.

Eén opspanning of twee?

Op een 5-asser maak je beide boringen in één opspanning: de zwenkas draait het blok, het nulpunt blijft staan en beide assen liggen in hetzelfde coördinatenstelsel. Op een 3-asser boor je de bovenkant, span je om en boor je de zijkant. Bij dat omspannen komt er een stapelfout bij: de herhaalnauwkeurigheid van het spanmiddel plus de fout van het opnieuw tasten van het nulpunt.

Die stapel moet kleiner blijven dan het deel van de tolerantie dat de regelset van je werkplaats voor het spannen reserveert. Bij Ø0,1 mm past dat ruim, en kost de tweede opspanning alleen instellen en meten. Wat elke extra opspanning kost, staat in opspanningen tellen voordat je een prijs noemt. Bij Ø0,02 mm blijft er voor de stapel bijna niets over.

In ons onderzoek naar waarom het antwoord afhangt van de fabriek (opent in een nieuw tabblad) beschreven we de twee routes die dan overblijven: één opspanning op een 5-asser, of twee opspanningen op een 3-asser met een nauwkeurig geboorde mal, herhaalbaar omspannen en vaste meetdiscipline op de 3D-meetmachine. Beide halen de tolerantie. Welke je kiest, hangt af van de machines en de meetkamer die je hebt, niet van de tekening. Hoe je de volgorde van opspanningen opbouwt, staat in het opspanplan van achteren naar voren.

Hoeveel ruimte laat Ø0,02 over?

Het rekenvoorbeeld hieronder zet per route onder elkaar hoeveel elke post van de tolerantiezone van de zijboring gebruikt, uitgedrukt in de diameter van die zone.

Tegen Ø0,1 mm laten beide routes minstens 0,08 mm over. Tegen Ø0,02 mm houdt de route op de 5-asser 0,004 mm marge en de route op de 3-asser niets: elke post die niet in de tabel staat, zoals een spaan onder de mal, maakt de marge negatief. Daarom vraagt die route in dit voorbeeld meten bij elk stuk.

De posten zijn opgeteld als slechtste geval; kwadratisch opgeteld komt het totaal lager uit. Welke optelling geldt, legt de regelset van je werkplaats vast.

Kijk ook of er een omcirkelde M achter de Ø-waarde staat. Dat is de maximum-materiaaleis uit ISO 2692, bedoeld voor kenmerken die bij montage moeten passen: een boring die groter uitvalt dan zijn kleinste toegestane maat, krijgt dat verschil erbij als positietolerantie. Het rekenvoorbeeld gaat uit van een waarde zonder M; dan geldt Ø0,02 mm bij elke gemaakte maat.

Welke machine doet nog mee?

Bij elke aanvraag is de eerste vraag of het onderdeel op je machines past: werkbereik, assen, spanmiddel. Bij Ø0,1 mm doet elk bewerkingscentrum mee waar het blok in past. Bij Ø0,02 mm wordt machinekeuze een vraag naar nauwkeurigheid: welke machine haalt deze positie, warmgedraaid, met de mal die erop staat?

Het specificatieblad geeft positioneernauwkeurigheid en herhaalbaarheid, volgens ISO 230-2 as voor as gemeten, direct op de machine. Een onderdeel vraagt meer: twee of drie assen tegelijk, soms een zwenkas, met gereedschap, spanmiddel en warmte erbij. Wat een machine daaronder haalt, staat in je eigen metingen.

Vaak is de ene machine die Ø0,02 mm haalt ook de machine die iedereen wil. De levertijd van dit onderdeel hangt dan aan de bezetting van die ene machine, en dat hoort in de offerte te staan voordat de klant bestelt.

Kun je het meten en aantonen?

Maken is de helft; de andere helft is meten en aan de klant laten zien. Een gangbare vuistregel is de 10:1-regel: de meetonzekerheid is hooguit een tiende van de tolerantie. Bij Ø0,1 mm is dat 0,01 mm, bij Ø0,02 mm is het 0,002 mm.

De beslisregel van ISO 14253-1 legt de bewijslast bij wie iets wil aantonen. De leverancier die aantoont dat een kenmerk goed is, trekt zijn meetonzekerheid van elke grens af; de klant die afkeurt, telt de zijne erbij op. Bij een tolerantie met twee grenzen en een onzekerheid van een tiende blijft zo 80 procent van de zone over om te maken, bij een vijfde nog 60 procent. De 10:1-regel stamt van voor de norm.

Een taster op de machine is bij Ø0,1 mm vaak genoeg, maar hij meet met de fouten van dezelfde machine die de boring maakte. Bij Ø0,02 mm meet je op een 3D-meetmachine in een meetkamer op temperatuur. Wat de meetmachine daar haalt, blijkt uit zijn afname- en controlebeproeving volgens ISO 10360-2.

Elk kritisch kenmerk krijgt in het meetplan een meetmoment, een meetmiddel, de nominale waarde met grenzen en een offsetveld. Een afwijking bij de eerste-stukcontrole leidt dan meteen tot een correctie van de offset. Bij een serie van 25 stuks kies je daarna tussen een meetrapport per stuk en een steekproef.

Geef de opslag een adres

Twee gangbare manieren van prijzen missen dit verschil. Een prijs die alleen uit het 3D-model komt, ziet twee gelijke blokken, want de STEP-modellen zijn gelijk. Een vast percentage voor krappe toleranties in het rekenblad van één calculator legt de opslag op het hele stuk, zonder adres. In het rekenvoorbeeld gaat op de 3-asser-route elk stuk naar de meetkamer; bij een serie van 25 stuks zijn dat 25 metingen die in geen van beide prijzen staan, en die betaal je uit je marge.

Het marge-rapport uit het procesplan zet per tolerantie het afwijkingsbudget tegenover de eis, zoals in het rekenvoorbeeld. Een kenmerk met kleine marge wordt gemarkeerd, en die markering is de basis van de risico-opslag. Zo heeft de opslag een adres, die ene zijboring, in plaats van een gevoel over de klant.

Komt het budget boven de tolerantie uit, dan is de marge negatief en is het onderdeel met deze middelen niet te maken. Maakbaarheid is dus geen eigenschap van de geometrie; in ons onderzoek naar maakbaarheid (opent in een nieuw tabblad) beschrijven we het als een relatie tussen onderdeel, eisen, proces en fabriek. Dat gaat als voorbehoud in de offerte, of eerder al terug naar de klant met de vraag of Ø0,02 mm functioneel nodig is.

Die vraag stellen is vakwerk. Een krappe waarde is soms overgenomen van een oudere tekening; accepteert de klant Ø0,05 mm, dan wordt de route eenvoudiger en de levertijd vaak korter.

Tel de getolereerde maten

Voor een snelle schatting van het meetwerk tel je de maten met een eigen tolerantie. Wij gebruiken dat aantal als graadmeter voor de meetlast: elke getolereerde maat is een kenmerk in het meetplan, met een meetmoment en een meetmiddel. De overige maten vallen onder de algemene tolerantie uit het titelblok.

Twee kenmerken op Ø0,1 mm meet je aan de machine. Twee kenmerken op Ø0,02 mm betekenen een gang naar de meetkamer. Hoeveel minuten die gang kost, blijft een getal van je eigen werkplaats: de afstand tot de meetkamer, de wachtrij voor de meetmachine en het rapport dat de klant vraagt. Dat getal haal je uit je nacalculaties.