La tolérance de position est un paramètre de contrôle dimensionnel qui définit la zone dans laquelle le centre d’un élément (trou, bossage, rainure, etc.) doit se trouver par rapport à un référentiel de base. Contrairement à la tolérance de localisation, qui ne contrôle que la distance entre deux éléments, la tolérance de position s’appuie sur un référentiel unique et défini, appelé référentiel de base, composé de trois plans perpendiculaires entre eux.
Pour simplifier, imaginez que vous devez percer un trou dans une plaque métallique. Le référentiel de base peut être défini par le bord gauche de la plaque (plan X), le bord inférieur (plan Y) et la face supérieure (plan Z). La tolérance de position du trou ne vérifie pas seulement que le trou est à la bonne distance du bord gauche et du bord inférieur : elle vérifie que son centre se trouve dans un cylindre de diamètre donné, centré sur la position théorique du trou par rapport à ce référentiel.
Un concept clé associé à la tolérance de position est la position vraie. La position vraie est la position théorique parfaite du centre de l’élément par rapport au référentiel de base. La tolérance de position est donc la zone autorisée autour de cette position vraie.
Deux autres concepts importants sont le MMC (Maximum Material Condition, condition de matière maximale) et le LMC (Least Material Condition, condition de matière minimale). Le MMC est la taille de l’élément qui lui donne la plus grande quantité de matière : pour un trou, c’est son diamètre minimum ; pour un bossage, c’est son diamètre maximum. Le LMC est l’inverse : pour un trou, c’est son diamètre maximum ; pour un bossage, c’est son diamètre minimum.
La tolérance de bonus est une tolérance supplémentaire qui s’ajoute à la tolérance de position de base lorsque l’élément s’écarte de sa condition MMC ou LMC. Par exemple, si un trou a une tolérance de position de 0,1 mm en MMC, et que son diamètre est de 0,05 mm supérieur au diamètre minimum autorisé, la tolérance de position effective devient 0,15 mm. Cette tolérance de bonus permet de réduire le taux de rebut sans compromettre la fonction de la pièce.
La tolérance de position est un paramètre critique pour la fonction, l’assemblage et le coût des pièces usinées.
Sur le plan fonctionnel, elle garantit que les éléments de la pièce remplissent leur rôle. Par exemple, un trou de fixation doit être positionné avec précision pour que la vis puisse passer sans effort et que la pièce soit assemblée correctement. Un trou de passage d’huile doit être positionné avec précision pour garantir le débit d’huile nécessaire au fonctionnement d’un moteur.
Sur le plan de l’assemblage, elle réduit le risque de défauts d’assemblage. Si les trous de fixation d’un composant sont mal positionnés, il peut être impossible d’assembler le composant à la structure principale, ou l’assemblage peut être trop serré, ce qui cause des contraintes excessives et une défaillance prématurée.
Sur le plan du coût, une tolérance de position bien définie permet de réduire le taux de rebut et les coûts de retouche. Une tolérance trop serrée augmente le temps d’usinage et le risque de rebut, tandis qu’une tolérance trop lâche augmente le risque de défauts d’assemblage et de fonctionnement.
La tolérance de position peut être obtenue par usinage sur machine-outil CNC et mesurée par différentes méthodes, chacune avec ses limites de précision.
Pour obtenir une tolérance de position, la machine-outil CNC doit avoir une précision de positionnement suffisante. La précision de positionnement est la capacité de la machine à se déplacer à une position théorique donnée. La répétabilité est la capacité de la machine à revenir à la même position plusieurs fois.
Par exemple, le centre d’usinage vertical GA-DV750 de Gree CNC a une précision de positionnement de 0,003 mm et une répétabilité de 0,0024 mm. Cette machine est capable d’usiner des pièces avec des tolérances de position très serrées, typiquement de l’ordre de 0,01 mm à 0,05 mm.
Pour des tolérances de position moins serrées, de l’ordre de 0,1 mm à 0,5 mm, des machines comme le centre d’usinage vertical GA-MV856, avec une précision de positionnement de 0,010 mm et une répétabilité de 0,006 mm, sont suffisantes.
Plusieurs méthodes de mesure sont utilisées pour vérifier la tolérance de position des pièces usinées :
Jauge à alésage et jauge à position : C’est une méthode simple et rapide pour les trous. La jauge à alésage vérifie que le diamètre du trou est dans la tolérance. La jauge à position est une broche qui doit pouvoir s’insérer dans le trou. Si la broche s’insère, le trou est dans la tolérance de position. Cette méthode est peu coûteuse et rapide, mais elle ne donne pas de mesure quantitative de l’écart par rapport à la position vraie. Sa précision est limitée par la précision de la jauge, typiquement de l’ordre de 0,01 mm à 0,05 mm.
Machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) : C’est la méthode la plus précise. La MMT utilise une sonde pour mesurer les coordonnées du centre de l’élément par rapport au référentiel de base. Elle calcule ensuite l’écart par rapport à la position vraie et vérifie si cet écart est dans la tolérance de position. La précision des MMT industrielles est typiquement de l’ordre de 0,001 mm à 0,01 mm. Cette méthode est plus lente et plus coûteuse que les méthodes de jauge, mais elle donne des mesures quantitatives détaillées.
Scanner laser : C’est une méthode de mesure rapide pour les pièces de grande taille ou les séries importantes. Le scanner laser mesure les coordonnées de l’élément par rapport au référentiel de base. Sa précision est typiquement de l’ordre de 0,01 mm à 0,1 mm. Cette méthode est plus rapide que la MMT, mais moins précise.
Palpeur sur machine-outil : C’est une méthode de mesure in-process. Le palpeur est monté sur la broche de la machine-outil. Il mesure les coordonnées de l’élément par rapport au référentiel de base pendant ou après l’usinage. La précision du palpeur dépend de la précision de la machine-outil. Par exemple, un palpeur sur une GA-DV750 peut avoir une précision de l’ordre de 0,005 mm à 0,01 mm. Cette méthode permet de mesurer la pièce sans la sortir de la machine, ce qui réduit le temps de mesure et les erreurs de réinstallation.
Plusieurs sources d’erreur peuvent affecter la tolérance de position des pièces usinées :
Précision de la machine-outil : La précision de positionnement et la répétabilité de la machine sont des sources d’erreur importantes. Par exemple, une machine avec une précision de positionnement de 0,01 mm ne peut pas garantir une tolérance de position de 0,005 mm.
Erreurs de réinstallation : Lorsque la pièce est réinstallée sur la machine-outil ou sur la machine de mesure, des erreurs de positionnement peuvent se produire. Ces erreurs peuvent être de l’ordre de 0,01 mm à 0,1 mm, selon la méthode de serrage.
Déformation de la pièce : Pendant l’usinage, la pièce peut se déformer sous l’effet des forces de coupe ou des contraintes résiduelles. Cette déformation peut modifier la position des éléments de la pièce.
Erreurs de mesure : Les méthodes de mesure ont leurs propres erreurs. Par exemple, la précision de la jauge à position, la précision de la MMT ou la précision du palpeur sur machine-outil peuvent affecter le résultat de la mesure.
Erreurs de programmation : Des erreurs dans le programme CNC peuvent entraîner des erreurs de positionnement des éléments de la pièce.
La tolérance de position est un outil puissant, mais elle a des limites importantes qu’il faut connaître pour éviter une confiance excessive.
Premièrement, la tolérance de position ne contrôle pas la forme de l’élément. Par exemple, un trou peut avoir un centre dans la tolérance de position, mais être ovale ou conique. Si la forme de l’élément est critique pour la fonction de la pièce, il faut ajouter des tolérances de forme, comme la tolérance de circularité ou de cylindricité.
Deuxièmement, la tolérance de position ne contrôle pas la taille de l’élément. Par exemple, un trou peut avoir un centre dans la tolérance de position, mais être trop petit ou trop grand. Il faut donc ajouter une tolérance de taille pour l’élément.
Troisièmement, la tolérance de position dépend de la définition du référentiel de base. Si le référentiel de base est mal défini ou mal mesuré, la tolérance de position ne sera pas pertinente. Par exemple, si le bord de la pièce utilisé comme référentiel n’est pas rectiligne, la mesure de la position du trou par rapport à ce bord sera fausse.
Quatrièmement, la tolérance de position ne tient pas compte des déformations de la pièce en service. Par exemple, une pièce peut être usinée avec une tolérance de position parfaite, mais se déformer sous l’effet de la température ou des charges en service, ce qui modifie la position des éléments.
Enfin, il est important de ne pas confondre la précision de la machine-outil avec la tolérance de position de la pièce. La précision de la machine est une caractéristique de la machine, tandis que la tolérance de position de la pièce est une caractéristique de la pièce qui dépend de la machine, du serrage, de l’usinage et de la mesure. Par exemple, une machine avec une précision de positionnement de 0,003 mm peut produire des pièces avec une tolérance de position de 0,01 mm, car d’autres sources d’erreur s’ajoutent à la précision de la machine.
| Méthode de mesure | Précision typique | Effet (temps, coût) | Utilisation typique |
|---|---|---|---|
| Jauge à alésage et jauge à position | 0,01 mm à 0,05 mm | Faible (rapide, peu coûteux) | Contrôle en série de tolérances de position moyennes à lâches |
| Machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) | 0,001 mm à 0,01 mm | Élevé (lent, coûteux) | Contrôle de tolérances de position serrées, vérification de prototypes |
| Scanner laser | 0,01 mm à 0,1 mm | Moyen (rapide, coût moyen) | Contrôle de pièces de grande taille, séries importantes |
| Palpeur sur machine-outil | 0,005 mm à 0,01 mm | Moyen (rapide, coût moyen) | Mesure in-process, contrôle de pièces usinées sur la même machine |
Quelle est la différence entre la tolérance de position et la tolérance de localisation ? La tolérance de localisation contrôle la distance entre deux éléments, sans référence à un référentiel de base global. La tolérance de position contrôle la position d’un élément par rapport à un référentiel de base défini, ce qui permet de garantir la cohérence de la position de l’élément par rapport à l’ensemble de la pièce.
Quelle machine-outil Gree CNC dois-je utiliser pour usiner des pièces avec une tolérance de position de 0,01 mm ? Plusieurs machines Gree CNC sont adaptées. Le centre d’usinage vertical GA-DV750, avec une précision de positionnement de 0,003 mm et une répétabilité de 0,0024 mm, est parfait pour cette application. Le centre d’usinage 5 axes de haute précision GA-UHD500, avec une précision de positionnement de 0,006 mm et une répétabilité de 0,004 mm, est également adapté.
La tolérance de bonus est-elle toujours applicable ? Non. La tolérance de bonus ne s’applique que si la tolérance de position est spécifiée avec le MMC ou le LMC. Si la tolérance de position est spécifiée sans condition de matière, la tolérance de position est fixe, quelle que soit la taille de l’élément.
Puis-je mesurer la tolérance de position d’un trou avec un pied à coulisse ? Non. Le pied à coulisse permet de mesurer la distance entre le bord de la pièce et le bord du trou, mais il ne permet pas de mesurer la position du centre du trou par rapport au référentiel de base avec une précision suffisante pour vérifier la tolérance de position.
Quelle est la tolérance de position minimale que je peux obtenir avec une machine-outil CNC ? La tolérance de position minimale dépend de la précision de la machine-outil, de la méthode de mesure et des autres sources d’erreur. Avec une machine de haute précision comme la GA-DV750, il est possible d’obtenir des tolérances de position de l’ordre de 0,01 mm à 0,02 mm. Pour des tolérances plus serrées, de l’ordre de 0,005 mm, il faut utiliser des machines de précision extrême et des méthodes de mesure très précises, ce qui est rare et très coûteux.
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