Réussir l'usinage CNC ne se résume pas à atteindre une dimension une seule fois. Il s'agit de savoir précisément où l'on se situe par rapport à la cible, et surtout de pouvoir maintenir cette précision de manière constante. C'est ce que décrit la différence entre précision et exactitude en usinage.
Un processus peut être précis sans être exact, ou exact sans être précis. Il peut être les deux, ou aucun des deux. Si vous ne comprenez pas la différence, vous risquez de fabriquer des pièces défectueuses. Ces pièces peuvent sembler correctes sur le papier, mais présenter des défaillances ultérieures : assemblage, tests ou utilisation à long terme. Cet article explique la précision et l’exactitude pour un machiniste. Il aborde leur définition, leur lien avec les tolérances, ainsi que les méthodes de mesure et d’amélioration.
Que sont la précision et l'exactitude en usinage ?
En usinage, la précision décrit la régularité des pièces répétées. En revanche, l'exactitude décrit la proximité des mesures par rapport à la valeur réelle indiquée sur le dessin.
La précision en usinage indique si une caractéristique est conforme aux spécifications. Prenons l'exemple d'un arbre qui doit mesurer 10,00 mm. Si la mesure donne 10,00 mm ou une valeur très proche, l'usinage est précis. Selon la norme ISO 5725-1, la précision combine la justesse et la justesse. En pratique, elle signifie généralement “ conformité au plan ”.“
La précision en usinage repose sur la répétabilité. Imaginez l'usinage de nombreux arbres. Si leurs dimensions diffèrent toutes de quelques microns près, le processus est précis. Cela reste vrai même si chaque arbre présente un léger écart par rapport à la dimension cible. La précision permet de détecter les variations aléatoires d'un processus, telles que les petites variations d'engagement de l'outil, de la charge de copeaux ou des vibrations.
Voici un moyen simple de s'en souvenir :
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Aspect |
Précision en usinage |
Précision en usinage |
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Question |
“ Les pièces sont-elles cohérentes ? ” |
“ Les pièces sont-elles conformes aux spécifications ? ” |
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Se concentrer |
Répartition entre les résultats répétés |
Distance par rapport à la valeur cible |
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Propulsé par |
Erreurs aléatoires (bruit, variation) |
Erreurs systématiques (biais, décalages) |
Précision vs Exactitude
Précision et exactitude ont des objectifs différents. La précision évalue la dispersion des résultats, tandis que l'exactitude évalue la distance par rapport à la cible. Les confondre peut entraîner de mauvaises décisions de processus.
Du point de vue des erreurs, la précision est affectée par les erreurs aléatoires. Il s'agit de petites variations imprévisibles des forces de coupe, de l'usure de l'outil ou de la température. Elles varient d'un cycle à l'autre. L'exactitude est affectée par les erreurs systématiques. Cela peut être dû à un mauvais décalage de l'outil ou à une surface de référence usée. Ces erreurs décalent tous les résultats de manière similaire.
Pour effectuer une mesure, il faut plusieurs mesures afin de vérifier la précision. Il faut mesurer sur un grand nombre de pièces pour observer la redistribution des résultats. On peut vérifier l'exactitude d'une seule mesure en la comparant à la valeur cible. En pratique, on utilise souvent la moyenne de plusieurs mesures.
Une erreur fréquente consiste à parler d“” usinage de haute précision “ au lieu de ” haute exactitude dans une tolérance serrée ». Un processus peut être très répétable (haute précision), mais présenter systématiquement un écart de 0,05 mm (faible exactitude). Cela pose problème si la tolérance n’est que de ±0,02 mm.
Comment la précision, l'exactitude et la tolérance interagissent dans l'usinage CNC
La précision, l'exactitude et la tolérance sont liées. Elles décrivent l'écart autorisé, la proximité de la cible et la constance avec laquelle on s'y maintient.
- Tolérance CNC C'est ce que permet le dessin. Il s'agit de la plage acceptée autour de la valeur cible.
- La précision décrit la position de votre processus à l'intérieur de cette plage de tolérance.
- La précision décrit l'étendue de la dispersion de votre processus. Elle indique la variation des pièces autour de leur moyenne.
Pour toute caractéristique, un bon usinage signifie deux choses :
- La valeur moyenne mesurée est très proche de la cible (haute précision).
- La dispersion des mesures est faible par rapport à la tolérance (haute précision).
En termes de processus, la précision est liée à l'écart-type (σ). L'exactitude, quant à elle, correspond à l'écart moyen par rapport à la valeur cible. Il est nécessaire de maîtriser les deux. Cela permet de maintenir le processus dans les limites de tolérance sans avoir à effectuer constamment des tris et des retouches.
Exemples typiques de tolérances dans les éléments usinés
Un exemple simple d'arbre illustre cette relation :
- Diamètre nominal : 10,00 mm
- Tolérance: ±0,02 mm → la plage acceptable est 9,98–10,02 mm
Maintenant, pensez à trois résultats différents d'un processus de tournage CNC:
- Le diamètre moyen est 10,00 mm. Presque toutes les pièces se situent entre 9,995–10,005 mm. Le processus est précis et exact. Il y a largement de la marge dans les limites de tolérance.
- Le diamètre moyen est 9,97 mm. Les parties sont entre 9,965–9,975 mm. Le processus est précis mais pas exact. Toutes les pièces sont trop petites, même si elles sont très régulières.
- Le diamètre moyen est 10,00 mm. Mais les pièces varient de 9,97–10,03 mm. Le processus est précis en moyenne, mais pas précis.. De nombreuses pièces présenteront des tolérances hors spécifications des deux côtés.
Exiger des tolérances plus strictes, c'est exiger une meilleure précision. Cela a généralement un coût plus élevé.
Pièces usinées précises vs exactes
Le meilleur moyen d'apprendre les notions de précision est d'observer les quatre combinaisons classiques. Nous pouvons les relier à des situations concrètes d'atelier.
Précis et exact
Un processus est précis et exact lorsque les mesures sont rigoureuses et centrées sur la valeur cible.
Imaginez une fraiseuse CNC usinant une poche de 20,00 mm. La tolérance est de ±0,01 mm. Les mesures des pièces indiquent 20,00, 20,01, 19,99 et 20,00 mm. Toutes ces valeurs sont très proches de 20,00 mm et cohérentes entre elles. L'outillage, les dispositifs de fixation, les décalages et la température sont parfaitement maîtrisés. C'est la situation idéale. Les pièces s'ajustent correctement, l'assemblage est simple et le taux de rebut est faible.
Précis mais pas exact
Un processus est précis mais inexact lorsque les résultats sont cohérents mais s'écartent de la cible.
Par exemple, un arbre devrait mesurer 15,00 ± 0,02 mm. Or, les mesures indiquent 14,94, 14,95, 14,94 et 14,95 mm. La dispersion étant très faible, la précision est élevée. Cependant, toutes les pièces sont en dessous de la limite inférieure de tolérance. Ceci est souvent dû à des décalages d'outil incorrects ou à un mauvais paramétrage des coordonnées de la pièce. Améliorer la précision consiste ici à corriger un biais, et non à lutter contre des variations aléatoires.
Exact mais pas précis
Un processus est exact mais pas précis lorsque le résultat moyen est proche de la cible, mais que les pièces varient considérablement.
Supposons qu'un trou percé doive mesurer 8,00 ± 0,05 mm. Les mesures indiquent 7,95, 8,03, 7,98, 8,05 et 7,99 mm. La moyenne étant proche de 8,00 mm, le processus est globalement précis. Cependant, la grande dispersion des valeurs témoigne d'une faible précision. Ceci peut être dû à un serrage instable, une vitesse d'avance irrégulière ou des vibrations. Un contrôle initial pourrait être concluant, mais les résultats à long terme seront médiocres.
Ni précis ni exact
Un processus n'est ni précis ni exact lorsque ses résultats sont dispersés et éloignés de la cible.
La dimension attendue est de 50,00 ± 0,05 mm. Or, vos mesures sont de 49,80, 49,92, 50,10, 49,85 et 50,05 mm. Le processus présente une erreur moyenne et une dispersion importantes, ce qui indique généralement des problèmes plus graves : pièces de la machine usées, dispositifs de fixation défectueux ou erreur de réglage importante. À ce stade, il ne s'agit plus d'un réglage fin, mais du dépannage d'un processus hors de contrôle.
Comment mesurer la précision et l'exactitude de votre processus d'usinage ?
Pour évaluer la précision de votre travail, vous devez contrôler les dimensions et vérifier la répétabilité. Vous devez également comparer les résultats à votre objectif et à sa tolérance.
Systèmes d'inspection et de mesure dimensionnelles
Le contrôle dimensionnel vous fournit les données nécessaires pour vérifier la précision et l'exactitude.
Les outils courants comprennent les pieds à coulisse, les micromètres, les comparateurs d'alésage et les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT). Pour des aspects tels que la rugosité de surface, d'autres outils sont nécessaires. Le principe reste le même : enregistrer les mesures et vérifier leur conformité avec l'objectif. Votre système de mesure doit être performant. Des outils ou des méthodes inadaptés masqueront la réalité de votre processus.
Contrôles de répétabilité/reproductibilité pour la précision
Vous pouvez vérifier la précision grâce à des études de répétabilité et de reproductibilité (R&R).
- La répétabilité vérifie la variation lorsque la même personne mesure la même pièce à plusieurs reprises avec le même outil. Une faible variation indique une bonne répétabilité.
- La reproductibilité vérifie les variations observées lorsque différentes personnes, machines ou configurations sont utilisées. Si les résultats restent similaires, le processus est reproductible.
Vous pouvez également calculer l'écart type de vos mesures. Les cartes de contrôle indiquent aussi la dispersion des points de données. Une bande étroite et stable signifie une bonne précision. Une bande large ou instable indique un problème de variation aléatoire.
Comparaison de la précision avec la valeur nominale et la tolérance
Vous vérifiez la précision en comparant les valeurs mesurées à la dimension cible et à sa tolérance.
Pour une dimension, vous pouvez trouver l'erreur :
Erreur = Valeur mesurée − Valeur nominale
Vous pouvez également l'afficher sous forme de pourcentage :
Précision (%) = (1 − |Mesuré − Nominal| / Plage de tolérance) × 100%
En pratique, on vérifie si la moyenne de plusieurs mesures se situe dans la plage de tolérance. Si la moyenne est proche de la valeur cible, la précision est bonne. Si la moyenne s'en écarte, il y a une erreur systématique. Il faut la corriger par un étalonnage ou un ajustement du décalage.
Comment améliorer la précision et l'exactitude de l'usinage CNC
Améliorer la précision et l'exactitude requiert différentes actions. On réduit la variation pour une meilleure précision, et on élimine les biais pour une meilleure exactitude. Ces étapes sont d'autant plus importantes dans les configurations d'usinage CNC 5 axes, où des spécifications strictes sont souvent indispensables.
Contrôle des machines, de l'outillage et des dispositifs de fixation pour une meilleure précision
Pour améliorer la précision, il faut s'attacher à rendre le processus stable et reproductible.
Les principales actions comprennent :
- Entretien de la machine pour éviter le jeu et les retours de flamme.
- Utiliser du bon appareillage Ainsi, la pièce est maintenue de la même manière à chaque fois. Cela réduit les mouvements et les vibrations.
- Standardiser les paramètres de coupe, comme les avances et les vitesses. Cela permet de maintenir des charges de coupe similaires pour chaque cycle.
- Gérez l'usure des outils avec un plan clair. Changez les outils avant qu'ils ne tombent en panne.
L'objectif est de faire en sorte que chaque cycle soit identique au précédent. Cela minimise les variations aléatoires dans la partie finale.
Étalonnage, compensation et contrôle de l'environnement pour une meilleure précision
Pour améliorer la précision, il faut se concentrer sur la proximité du processus par rapport à la valeur cible.
Les étapes pratiques comprennent :
- Étalonnage régulier des machines CNC et des instruments de mesure. Cela permet d'éliminer les erreurs systématiques.
- Réglage et vérification corrects des décalages d'outil et de pièce. À effectuer après tout changement d'outil ou réglage de montage.
- Utilisation de fonctions de compensation sur la commande machine. Exemples : compensation de l’usure des outils et compensation thermique.
- Il est important de maîtriser des facteurs comme la température. Laissez la machine et la pièce se stabiliser avant les passes finales sur les pièces critiques.
Ces actions réduisent les erreurs systématiques. Elles ramènent la valeur moyenne de votre processus vers la valeur cible.
Équilibrer la qualité requise, le coût et le délai de cycle
Les ingénieurs et les urbanistes doivent se poser une question essentielle : il ne s’agit pas seulement de savoir “ jusqu’où pouvons-nous aller ? ” mais “ jusqu’où devons-nous aller ? ”
Des tolérances plus strictes exigent des machines, des outils et des contrôles plus performants. Elles se traduisent souvent par une baisse de la production. Un simple support peut convenir avec une tolérance de ±0,1 mm. Spécifier ±0,01 mm n'augmente que le coût, sans apporter de valeur ajoutée. La meilleure approche consiste à :
- Spécifiez des tolérances suffisamment strictes pour le fonctionnement, mais pas plus strictes.
- Alignez les tolérances de dessin avec les capacités réelles des CNC, y compris celles de Usinage CNC 5 axes.
- Réservez les tolérances ultra-serrées aux fonctions critiques, et non aux pièces entières.
Conclusion
Dans Usinage CNC, La précision et l'exactitude sont deux outils différents pour contrôler la qualité. La précision indique si un processus est constant, tandis que l'exactitude indique s'il est correct. Les tolérances définissent le niveau d'erreur acceptable.
Si vous ne vous souciez que de la précision, vous atteindrez peut-être parfois la cible, mais vous rencontrerez des difficultés avec les pièces défectueuses. Si vous ne recherchez que la perfection, vous risquez de produire des rebuts très réguliers. En mesurant les deux et en corrigeant leurs causes profondes, vous pouvez mettre en place des processus d'usinage stables, performants et rentables.
FAQ
Un processus d'usinage peut-il être précis mais imprécis ?
Oui. Un processus est précis mais imprécis s'il produit systématiquement des résultats non conformes. Cela se produit lorsque les décalages d'outil ou les coordonnées de la pièce présentent une erreur systématique. Par exemple, chaque pièce est trop petite de 0,03 mm, mais elles sont toutes très similaires. Pour corriger ce problème, il faut ajuster un décalage, et non lutter contre des variations aléatoires.
En usinage CNC, qu'est-ce qui est le plus important : la précision ou l'exactitude ?
Aucun des deux n'est toujours plus important qu'un autre. Il faut un niveau suffisant des deux pour rester dans les tolérances. Pour les pièces essentielles, la précision est cruciale pour qu'elles soient conformes au plan. La fiabilité est vitale pour assurer la constance entre les lots. Un processus efficace commence par une bonne précision, puis l'améliore pour réduire les rebuts.
Comment puis-je savoir si j'ai un problème de précision ou un problème d'exactitude ?
Vous avez un problème d'exactitude si vos données sont regroupées de manière compacte mais décentrées par rapport à la cible. Vous avez un problème de précision si la moyenne est proche de la cible mais que les données sont très dispersées. La représentation graphique des mesures permet de clarifier ce point. Une bande étroite mais décalée indique un problème d'exactitude. Une bande large centrée sur la cible indique un problème de précision.
Comment la précision, l'exactitude et la tolérance influencent-elles le coût des pièces ?
Des tolérances plus strictes exigent une précision accrue, ce qui augmente presque toujours les coûts. Pour y parvenir, il peut être nécessaire d'utiliser des machines et des outils plus performants, et de consacrer plus de temps au contrôle qualité. Spécifier des tolérances trop serrées revient à augmenter le coût sans améliorer le fonctionnement. Les tolérances doivent être définies en fonction des besoins réels.
Une meilleure mesure améliore-t-elle automatiquement la précision et l'exactitude ?
Non, une meilleure mesure ne corrige pas le processus d'usinage lui-même. Mais elle permet de détecter les problèmes plus tôt. Des outils de qualité, bien calibrés, aident à distinguer la précision de l'exactitude. Ils permettent de mesurer les variations et de vérifier l'efficacité des corrections apportées. Toutefois, pour améliorer réellement les résultats, il reste nécessaire d'ajuster la machine, les outils et le processus.
