Instituto Tecnológico de Ciudad Juárez Departamento de Metal Mecánica Carrera de Ingeniería Mecatrónica
UNIDAD II. ANÁLISIS Y DISEÑO DE PIEZA INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA 1 TOLERANCIAS DIMENSIONALES Y GEOMÉTRICAS Grupo L Equipo No 2 Karla Elizabeth Ramírez Montañez 15111391 Cesar Alejandro De Santiago Olivares 15111465 José Pedro Castañeda Gutiérrez 15111578
Manufactura Avanzada M.I. Luis Alfonso Barraza Alegría
Escrito argumentativo Septiembre 24 de 2018
TABLA DE CONTENIDO Página
PÁGINA DE TITULO……………………………………………………… TABLA DE CONTENIDO………………………………………………... LISTA DE FIGURAS……………………………………………………… INTRODUCCIÓN…………………………………………………………...
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Capitulo
1. TOLERANCIAS…………………………….……………………………
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1.1 Tolerancias Dimensionales……………………………………….
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1.1.1 Tolerancias bilaterales…………….…………….………
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1.1.2 Tolerancias unilaterales…………….…………………...
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1.1.3 Tolerancias de límite…………….………………………
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1.1.4 Especificaciones de tolerancias…………….………….
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1.2 Tolerancias Geométricas…………….…………….……………..
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1.2.1 Tolerancias de forma…………….………………………
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1.2.2 Tolerancias de perfil…………….……………………….
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1.2.3 Tolerancias de orientación…………….………………..
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1.2.4 Tolerancias de ubicación…………….………………….
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1.2.5 Tolerancias de descentramiento…………….…………
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2. TIPOS DE AJUSTE…………….…………….…………….………….
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2.1 Ajuste con Juego…………….…………….……………………….
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2.2 Ajuste de Interferencia…………….…………….………………..
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2.3 Ajuste de Transición…………….…………….…………………..
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2.4 Límites y Ajustes Métricos…………….…………….……………
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3 ACABADO SUPERFICIAL…………….…………….……………….
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3.1 Simbología…………….…………….…………….………………..
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CONCLUSIÓN…………………………………………………………….... BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………......
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LISTA DE FIGURAS Página Figura 1.1 Tolerancias bilaterales……………………….…………………… Figura 1.2 Tolerancia unilaterales…………………………………………… Figura 1.3 Tolerancias de límite……………………………………………… Figura 1.4 Especificación de tolerancias……………………………………. Figura 1.5 Tolerancias geométricas…………………………………………. Figura 1.6 Comparación entre sistemas de tolerancias…………………… Figura 1.7 Símbolos GDT…………………………………………………….. Figura 1.8 Tolerancia de linealidad………………………………………….. Figura 1.9 Tolerancia de planicidad…………………………………………. Figura 1.10 Tolerancia de circularidad……………………………………… Figura 1.11 Tolerancia de cilindridad……………………………………….. Figura 1.12 Tolerancia de perfil de superficie………………………………. Figura 1.13 Tolerancia de paralelismo………………………………………. Figura 1.14 Tolerancia de perpendicularidad………………………………. Figura 1.15 Tolerancia de Angularidad……………………………………… Figura 1.16 Tolerancia de concentricidad…………………………………… Figura 1.17 Tolerancia de posición………………………………………….. Figura 1.18 Tolerancia de simetría………………………………………….. Figura 1.19 Tolerancia de descentramiento circular………………………. Figura 1.20 Tolerancia de descentramiento total………………………….. Figura 1.21 DGT aplicado en un dibujo de detalle…………………………. Figura 2.1 Ajuste con juego…………………………………………………... Figura 2.2 Ajuste de interferencia……………………………………………. Figura 2.3 Ajuste de transición………………………………………………. Figura 2.4 Tolerancias métricas……………………………………………… Figura 2.5 Símbolos métricos y su definición………………………………. Figura 2.6 ANSI B4.2-1978…………………………………………………… Figura 2.6 (Continuación) ANSI B4.2-1978…………………………………. Figura 2.7 Ajustes métricos preferidos………………………………………. Figura 3.1 Simbología sin indicadores………………………………………. Figura 3.2 Simbología con indicadores………………………………………
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2 3 3 4 5 5 6 7 7 7 8 9 9 10 10 11 12 12 13 13 14 16 16 17 18 19 20 21 22 23 23
Figura 3.3 Símbolo de acabado superficial…………………………………. Figura 3.4 Ejemplo en dibujo de detalle……………………………………..
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INTRODUCCIÓN El proceso de agregar al dibujo información sobre el tamaño se conoce como dimensionamiento, y para este propósito se han establecido prácticas estándares de dimensionamiento. La capacidad de leer dibujos de ingeniería es una habilidad esencial para el éxito en las carreras de mecanizado. Los dibujos de ingeniería utilizan un sistema de vistas, tipos de línea, símbolos y notación para proporcionar detalles sobre las especificaciones requeridas para los componentes mecanizados. La esencia de maquinar una característica en una pieza; por ejemplo un agujero; requiere calidad en el trabajo, ya que el agujero debe ser del tamaño correcto y estar localizado correctamente en la pieza. También puede que tenga especificaciones de redondez o de planicidad. A todo esto se le conoce como dimensiones nominales. Pero ya que no se puede lograr la perfección, un rango de aceptabilidad es agregado al nominal lo que se conoce como tolerancia. Los mejor sería dejar la pieza con sus dimensiones nominales pero una pieza es buena aun cuando sus dimensiones están dentro del rango dado. Durante la presente investigación bibliográfica se habla de la importancia de colocar tolerancias y los ajustes permisibles dentro de un diseño. Las tolerancias pueden expresarse en diferentes formatos y dar los límites permisibles de variación a partir de los tamaños básicos definidos. La clase de ajuste y tolerancia se utilizan para describir las tolerancias y la relación entre las partes de acoplamiento.
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CAPITULO 1 TOLERANCIAS Es la cantidad de variación permisible en dimensiones o superficies de piezas de máquina. La tolerancia es igual a la diferencia entre los límites máximos y mínimos de cualquier dimensión especificada. Por ejemplo si el límite máximo para el diámetro de un eje es de 2.000 pulgadas y el límite mínimo es de 1.990 pulgadas, la tolerancia para este diámetro es de 0.010 pulgadas. La cantidad de tolerancia puede variar dependiendo del uso previsto del componente mecanizado, pero el principio de interpretar cualquier tolerancia es el mismo. 1.1 Tolerancias Dimensionales Se define tolerancia dimensional como la cantidad total que es permitido variar en la fabricación, a una dimensión especificada en el plano según la cota nominal. 1.1.1 Tolerancias bilaterales. Una tolerancia bilateral permite a la dimensión variar por encima y debajo del tamaño base. La cantidad permisible por encima del tamaño base se muestra con el signo de “+”. La cantidad permisible por debajo del tamaño base se muestra con el signo de “-”. Cuando ambas son iguales se usa el signo “±”; figura 1.1.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.1 Tolerancias bilaterales.
1.1.2 Tolerancias unilaterales. Una tolerancia unilateral permite a la dimensión variar ya sea por encima o debajo del tamaño nominal, pero no en ambos lados. También se muestra con los signos
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“+” y “-“, pero uno de los dos es “0” indicando que no hay variación permisible en ese sentido; figura 1.2.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.2 Tolerancia unilaterales.
1.1.3 Tolerancias de límite. Una tolerancia de límite no usa el “+”, “-“, o “±”. En lugar de una dimensión base, se muestra el límite superior e inferior. Para determinar la tolerancia total de una tolerancia de límite solo se resta el límite inferior al superior. Figura 1.3.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.3 Tolerancias de límite.
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1.1.4 Especificaciones de tolerancias. No importa si la tolerancia es bilateral, unilateral, o una de límite, pueden ser mostradas de dos maneras. La primera es poner la tolerancia junto con la dimensión; a estas se le llaman tolerancias locales o específicas. Cuando una dimensión no tiene junto a ella su tolerancia se les conoce como inespecífica, las cuales muestran sus tolerancias en el cuadro de información del dibujo. La figura 1.4 muestra la manera de especificar las tolerancias; letra A: locales, B: inespecíficas. Dentro de la inespecíficas en el cuadro de información se muestran las tolerancias para dimensiones con diferentes cantidades de decimales.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.4 Especificación de tolerancias.
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1.2
Tolerancias Geométricas
Las tolerancias geométricas; figura 1.5 se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funciones importantes en un conjunto, de las que depende la fiabilidad del producto. Estas tolerancias pueden controlar formas individuales o definir relaciones entre distintas formas.
Cortesía Machinery´s Handbook.
Figura 1.5 Tolerancias geométricas.
El dimensionamiento y tolerancias geométricas (GDT) utiliza símbolos para mostrar tolerancias de forma, perfil, orientación, ubicación, y descentramiento. La figura 1.6 muestra una comparación entre el sistema GDT y el método normal.
Cortesía Fitzpatrick.
Figura 1.6 Comparación entre sistemas de tolerancias.
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La figura 1.7 muestra la simbología más usada para el método GDT.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.7 Símbolos GDT.
1.2.1 Tolerancias de forma. Estas controlan la forma de la superficie exterior. Pueden ser lineales, planas, circulares, y cilíndricas.
Linealidad: Al proyectar la zona de tolerancia sobre un plano, queda limitada por dos rectas paralelas separadas una distancia. Figura 1.8.
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Cortesía Dimensioning and tolerancing.
Figura 1.8 Tolerancia de linealidad.
Planicidad: Significa que una superficie debe ser plana dentro de una zona de tolerancia dada. Figura 1.9.
Cortesía Dimensioning and tolerancing.
Figura 1.9 Tolerancia de planicidad.
Circularidad: Controla el diámetro de cualquier sección de un cilindro. Figura 1.10.
Cortesía Dimensioning and tolerancing.
Figura 1.10 Tolerancia de circularidad.
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Cilindridad: Controla la superficie de un cilindro a través de su longitud. El diámetro debe estar dentro de la tolerancia especificada. Figura 1.11.
Cortesía Dimensioning and tolerancing.
Figura 1.11 Tolerancia de cilindridad.
1.2.2 Tolerancias de perfil. Estas controlan la forma de la superficie exterior con características curveadas. Es muy similar al de forma pero controla elementos que no son lineales, planos, circulares, o cilíndricos.
Perfil de una línea: Es muy similar al de circularidad. Todas las secciones de la superficie tienen que estar dentro de las tolerancias especificadas.
Perfil de una superficie: Es muy similar al de cilindridad. Todas las secciones de la superficie tienen que estar dentro de las tolerancias especificadas. Figura 1.12.
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Cortesía Dimensioning and tolerancing.
Figura 1.12 Tolerancia de perfil de superficie.
1.2.3 Tolerancias de orientación. Controlan la relación de una característica con respecto a un datum. Por ejemplo el ángulo de una superficie o la perpendicularidad con respecto a un datum.
Paralelismo: Significa que cada punto de la superficie debe tener una distancia igual a la superficie del plano. Figura 1.13.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.13 Tolerancia de paralelismo.
Perpendicularidad: Significa que la superficie debe estar a un ángulo de 90 grados respecto al plano especificado dentro de la zona de tolerancia dada. Figura 1.14.
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Cortesía Hoffman.
Figura 1.14 Tolerancia de perpendicularidad.
Angularidad: Es similar al de perpendicularidad pero es usado para superficies que no están a 90 grados. Figura 1.15.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.15 Tolerancia de Angularidad.
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1.2.4 Tolerancias de ubicación. Controla la posición central con respecto a un plano. Se utiliza para especificar la ubicación de representaciones relacionadas con otras representaciones. Los tres controles de ubicación siempre se refieren a puntos de referencia y siempre controlan el eje central de una característica, nunca un elemento de superficie.
Concentricidad: Comparar la relación de ejes de o más representaciones cilíndricas. La representación completa debe estar dentro de la zona de tolerancia cilíndrica. Controla el centro de objetos giratorios. Figura 1.16.
Cortesía Fitzpatrick.
Figura 1.16 Tolerancia de concentricidad.
Posición: Es usado para especificar el centro de representaciones como agujeros o ranuras. Figura 1.17.
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Cortesía Fitzpatrick.
Figura 1.17 Tolerancia de posición.
Simetría: La simetría infiere una distribución igual de una característica sobre un objetivo central (la misma en ambos lados). Similar a la de posición, la simetría requiere que la línea central se encuentre dentro de una zona de tolerancia construida alrededor de un objetivo. Figura 1.18.
Cortesía Fitzpatrick.
Figura 1.18 Tolerancia de simetría.
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1.2.5 Tolerancias de descentramiento. Controla la oscilación en la superficie exterior de un objeto rotatorio respecto a un eje central de referencia.
Descentramiento circular: Es similar al de circularidad solo que el descentramiento circular revisa el descentramiento en una ubicación alrededor de la periferia de un cilindro. Figura 1.19.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.19 Tolerancia de descentramiento circular.
Descentramiento total: Revisa el descentramiento de una superficie cilíndrica. La superficie entera debe estar dentro de la zona de tolerancia. Figura 1.20.
Cortesía Hoffman.
Figura 1.20 Tolerancia de descentramiento total.
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En la figura 1.21 se muestra un dibujo de detalle de una pieza con sus detalles de acabado final y el conjunto de tolerancias geométricas y dimensionales que definen su manufactura.
Cortesía Cummins.
Figura 1.21 DGT aplicado en un dibujo de detalle.
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CAPITULO 2 TIPOS DE AJUSTE A veces, las operaciones de mecanizado producen dos piezas de acoplamiento, como una flecha que cabe dentro de un agujero. Si el diseño no menciona específicamente las dimensiones o tolerancias, se puede requerir el uso de material de referencia técnica para determinar los rangos de tamaño adecuados para esas dos partes coincidentes. Esta relación entre los tamaños de las dos partes coincidentes se denomina clase de ajuste. El grado de estrechez entre piezas que se acoplan es lo que se conoce como ajuste. 2.1
Ajuste con Juego
El ajuste con juego ocurre cuando al ensamblar dos piezas que se acoplan queda un espacio entre ellas. En la figura 2.1, el mayor tamaño con el que puede fabricarse el eje es .999, mientras el tamaño más pequeño del agujero es 1.000. El eje siempre será más pequeño que el agujero, lo que da como resultado un espacio mínimo de +.001, también conocida como discrepancia permitida. El espacio máximo se presenta cuando el eje más pequeño (.998) se acopla con el agujero más grande (1.001), lo que da como resultado una diferencia de +.003. 2.2
Ajuste de Interferencia
El ajuste de interferencia se presenta cuando dos piezas, con tolerancia, que acoplan siempre interfieren cuando se ensamblan. Un ajuste de interferencia fija o ancla una pieza en la otra, como si las dos fuesen una. En la figura 2.2, el menor tamaño con que puede fabricarse el eje es 1.002, y el mayor tamaño con el que puede fabricarse el agujero es 1.001. Esto significa que el eje siempre será más grande que el agujero, con lo que la interferencia mínima es -.001. La interferencia máxima se presentará cuando el agujero más pequeño (1.000) acople con el eje más grande (1.003), lo que dará como resultado una interferencia de -.003. Para ensamblar las piezas bajo esta condición, será necesario estrechar el agujero o contraer el eje, o forzar el eje contra el agujero.
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Cortesía Bertoline.
Figura 2.1 Ajuste con juego.
Cortesía Bertoline.
Figura 2.2 Ajuste de interferencia.
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2.3
Ajuste de Transición
El ajuste de transición ocurre cuando dos piezas con tolerancia que acoplan, algunas veces presentan en el momento de ensamblarlas un ajuste de interferencia y otras un ajuste con juego. En la figura 2.3, el tamaño más pequeño con el que puede fabricarse el eje es .998, mientras el tamaño más grande con el que puede hacerse el agujero es 1.001, lo que dará como resultado un juego de +.003. El tamaño más grande del eje es 1.002 y el más pequeño del agujero es 1.000, lo que da como resultado una interferencia de -.002.
Cortesía Bertoline.
Figura 2.3 Ajuste de transición.
2.4
Límites y Ajustes Métricos
Los estándares utilizados para las mediciones métricas están recomendados por la ISO y aparecen en el ANSI B4.2-1978. Los términos utilizados en las tolerancias métricas son los siguientes:
Tamaño básico: Tamaño al que se le asignan límites de desviación. Los límites deben ser los mismos para las dos piezas.
Desviación: Es la diferencia entre el tamaño real de la pieza y el tamaño básico.
Desviación superior. Diferencia entre el tamaño límite máximo y el tamaño básico; figura 2.4.
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Desviación inferior. Diferencia entre el tamaño límite mínimo y el tamaño básico.
Desviación fundamental. Desviación más próxima al tamaño básico. La letra H representa la desviación fundamental del agujero, y la letra f indica la desviación fundamental del eje,
Tolerancia. Diferencia entre el tamaño límite máximo y mínimo de una pieza.
Zona de tolerancia. La tolerancia y su posición con respecto al tamaño básico.
Cortesía Machinery´s Handbook.
Figura 2.4 Tolerancias métricas.
Grado de tolerancia internacional (IT). Grupo de tolerancias que varían de acuerdo con el tamaño básico, pero que tienen el mismo nivel de exactitud dentro de un grado dado. Los números 7 y 8 de la figura 2.5 son grados IT. Hay 18 grados IT: IT0, IT1 y del IT01 al IT 16. Entre más pequeño es el número de grado, menor es la zona de tolerancia.
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La combinación del número de grado IT y la letra de posición de tolerancia es la que establece el símbolo de tolerancia, el cual identifica los límites superior e inferior reales de la pieza. El tamaño con tolerancia de la pieza está definido por el tamaño básico seguido por una letra y un número, tal como 40H8 o 40f7. En el símbolo, la parte interna está precedida por la parte externa. La leyenda básica para un ajuste métrico podría aparecer como 40H8, donde:
40: Tamaño básico de 40 milímetros. H: Una característica interna (agujero). 8: Ajuste con juego de movimiento cerrado.
Cortesía Bertoline.
Figura 2.5 Símbolos métricos y su definición.
En la figura 2.6 se muestran los valores estándar de agujero básico para determinar los límites superior e inferior de un agujero acotado métricamente.
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Cortesía Machinery´s Handbook.
Figura 2.6 ANSI B4.2-1978.
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Cortesía Machinery´s Handbook.
Figura 2.6 (Continuación) ANSI B4.2-1978.
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En la figura 2.7 se encuentra la descripción de los sistemas de agujero y eje básicos.
Cortesía Machinery´s Handbook.
Figura 2.7 Ajustes métricos preferidos.
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CAPITULO 3 ACABADO SUPERFICIAL Los objetos mecanizados reciben una rugosidad máxima en micro pulgadas. Esto especifica cuán profundas pueden ser las marcas microscópicas dejadas por el mecanizado. 3.1
Simbología
En la figura 3.1 se muestran los símbolos básicos sin indicadores y en la 3.2 algunos con indicaciones complementarias.
Cortesía Google.
Figura 3.1 Simbología sin indicadores.
Cortesía Google.
Figura 3.2 Simbología con indicadores.
En la figura 3.3 se muestra el símbolo para acabados superficiales ISO.
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Cortesía Machinery´s Handbook.
Figura 3.3 Símbolo de acabado superficial.
En la figura 3.4 se muestra un ejemplo de un dibujo de detalle mostrando la manera correcta de mostrar las tolerancias de formas y el acabado superficial de la pieza.
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Cortesía Hoffman.
Figura 3.4 Ejemplo en dibujo de detalle.
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CONCLUSIÓN La tolerancia dimensional es aquella que define únicamente con el rango que puede tener la medición métrica en cuestión. La tolerancia geométrica proporciona respecto a planos de referencia y características de maquinado que son útiles en el momento de la manufactura de la pieza, esto conlleva un análisis funcional de la pieza, para saber cuál es su papel en el sistema mecánico y ser lo más específico posible en estas tolerancias, para lo cual existe una amplia gama de simbología reconocida internacionalmente. Es imprescindible para cualquier diseñador conocer y aplicar DGT y sus sistemas de ajuste ISO/ANSI ya que las exigencias de la manufactura cada vez más automatizada, como podría ser maquinaria CNC, exigen mayor detalle de acabado de piezas.
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Referencias Documentales 1.
Hoffman, Peter J. Precision Machining Technology. Editorial Delmar Cengage Learning, 2012.
2.
Fitzpatrick, Michael. Machining and CNC Technology. Tercera edición, McGraw Hill, 2014.
3.
Bertoline. Dibujo en Ingeniería y Comunicación Gráfica. Segunda edición, McGraw Hill.
4.
Oberg, Erick. Machinery´s Handbook. Décimo sexta Edición. Industrial Press Inc, New York, 2000.
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