Precisione vs accuratezza nella lavorazione: differenze chiave

Ottenere una lavorazione CNC corretta significa molto più che raggiungere una quota una volta sola. Significa sapere quanto si è vicini al risultato finale. Significa anche sapere con quanta costanza si riesce a rimanerci. Questo è ciò che descrive la precisione e l'accuratezza nella lavorazione meccanica.

Un processo può essere preciso ma non accurato. Può essere accurato ma non preciso. Può essere entrambe le cose, o nessuna delle due. Se non si comprende la differenza, si rischia di realizzare pezzi di scarsa qualità. Questi pezzi potrebbero sembrare perfetti sulla carta, ma poi cedere. Potrebbero non funzionare durante l'assemblaggio, i test o l'uso a lungo termine. Questo articolo spiega i concetti di precisione e accuratezza per un macchinista. Spiega cosa significano, come si relazionano alle tolleranze e come misurarle e migliorarle.

Cosa sono la precisione e l'accuratezza nella lavorazione meccanica?

Nella lavorazione meccanica, la precisione descrive la coerenza delle parti ripetute. Al contrario, l'accuratezza descrive quanto le misurazioni siano vicine al valore reale sul disegno.

La precisione nella lavorazione meccanica indica se una caratteristica è "in linea con il disegno". Immagina che un albero debba essere di 10,00 mm. Se lo misuri e ottieni 10,00 mm o molto vicino, il processo è accurato. In termini formali (ISO 5725-1), la precisione combina esattezza e precisione. Ma nel linguaggio tecnico, la precisione di solito significa "vicinanza al disegno".“

La precisione nella lavorazione meccanica riguarda la ripetibilità. Immagina di lavorare molti alberi. Se tutti misurano entro pochi micron l'uno dall'altro, il processo è preciso. Questo vale anche se sono tutti leggermente diversi dalle dimensioni target. La precisione mostra le variazioni casuali in un processo. Queste includono piccole variazioni nell'impegno dell'utensile, nel carico del truciolo o nelle vibrazioni.

Ecco un modo semplice per ricordare:

Precisione vs accuratezza

Precisione e accuratezza hanno obiettivi diversi. La precisione considera la dispersione dei risultati, mentre l'accuratezza considera la distanza dall'obiettivo. Confonderli porta a decisioni di processo errate.

Dal punto di vista dell'errore, la precisione è influenzata da errori casuali. Si tratta di piccole variazioni imprevedibili nelle forze di taglio, nell'usura dell'utensile o nella temperatura. Variano da un ciclo all'altro. La precisione è influenzata da errori sistematici. Questi potrebbero essere dovuti a un offset utensile errato o a una superficie di riferimento usurata. Questi errori alterano tutti i risultati in modo analogo.

Per la misurazione, è necessario un insieme di misurazioni per verificarne la precisione. Sono necessarie molte parti per vedere come si raggruppano i risultati. È possibile verificare l'accuratezza con una singola misurazione confrontandola con il valore target. In pratica, spesso utilizziamo la media di diverse letture.

Un errore comune è parlare di "lavorazione meccanica ad alta precisione" quando si intende "elevata accuratezza entro una tolleranza ristretta". Un processo può essere altamente ripetibile (alta precisione), ma potrebbe risultare ogni volta inferiore di 0,05 mm (scarsa accuratezza). Questo rappresenta un problema se la tolleranza è di soli ±0,02 mm.

Come precisione, accuratezza e tolleranza lavorano insieme nella lavorazione CNC

Precisione, accuratezza e tolleranza sono collegate. Descrivono la deviazione consentita, quanto si è vicini al bersaglio e con quale costanza si rimane lì.

• Tolleranza CNC è ciò che il disegno consente. È l'intervallo accettato attorno al valore target.
• L'accuratezza descrive dove si colloca il processo all'interno di quella fascia di tolleranza.
• La precisione descrive l'ampiezza della dispersione del processo. Indica di quanto le parti variano rispetto alla media.

Per qualsiasi caratteristica, una buona lavorazione significa due cose:

• Il valore medio misurato è molto vicino al target (elevata precisione).
• La dispersione delle misurazioni è ridotta rispetto alla tolleranza (alta precisione).

In termini di processo, la precisione è circa σ (sigma). L'accuratezza è circa lo scostamento medio dal target. È necessario controllare entrambi. Questo mantiene il processo entro i limiti di tolleranza senza dover effettuare continue selezioni e rilavorazioni.

Esempi tipici di tolleranza nelle caratteristiche lavorate

Un semplice esempio di albero mostra la relazione:

• Diametro nominale: 10,00 millimetri
• Tolleranza: ±0,02 millimetri → l'intervallo accettabile è 9,98–10,02 millimetri

Ora, pensa a tre risultati diversi da un Processo di tornitura CNC:

• Il diametro medio è 10,00 millimetri. Quasi tutte le parti sono tra 9,995–10,005 millimetri. Il processo è accurato e preciso. C'è molto spazio entro i limiti di tolleranza.
• Il diametro medio è 9,97 millimetri. Le parti sono tra 9,965–9,975 millimetri. Il processo è preciso ma non accurato. Tutte le parti sono troppo piccole, anche se sono molto coerenti.
• Il diametro medio è 10,00 millimetri. Ma le parti vanno da 9,97–10,03 millimetri. Il processo è accurato in media ma non preciso. Molte parti saranno fuori tolleranza su entrambi i lati.

Quando si richiedono tolleranze più strette, si richiede maggiore precisione e accuratezza. Questo di solito comporta costi maggiori.

Parti lavorate precise vs accurate

Il modo migliore per imparare a conoscere precisione e accuratezza è osservare le quattro combinazioni classiche. Possiamo metterle in relazione con situazioni reali in officina.

Preciso e accurato

Un processo è preciso e accurato quando le misurazioni sono precise e centrate sul valore target.

Immaginate una fresa CNC che taglia una tasca da 20,00 mm. La tolleranza è di ±0,01 mm. Le misure dei pezzi sono 20,00, 20,01, 19,99 e 20,00 mm. Tutti i valori sono molto vicini a 20,00 mm e tra loro. Utensili, attrezzature, offset e temperatura sono tutti sotto controllo. Questa è la condizione ideale. I pezzi si adattano, l'assemblaggio è semplice e gli scarti sono ridotti.

Preciso ma non accurato

Un processo è preciso ma non accurato quando i risultati sono coerenti ma si discostano dall'obiettivo.

Ad esempio, un albero dovrebbe essere di 15,00 ±0,02 mm. Ma le misurazioni mostrano 14,94, 14,95, 14,94 e 14,95 mm. La dispersione è molto ridotta, quindi la precisione è elevata. Tuttavia, tutti i componenti sono al di sotto del limite di tolleranza inferiore. Ciò è spesso causato da offset utensile errati o da un'impostazione errata delle coordinate di lavoro. Migliorare la precisione in questo caso significa rimuovere una distorsione, non contrastare le variazioni casuali.

Preciso ma non preciso

Un processo è accurato ma non preciso quando il risultato medio è vicino all'obiettivo, ma le parti variano notevolmente.

Supponiamo che un foro praticato sia di 8,00 ±0,05 mm. Le misurazioni indicano 7,95, 8,03, 7,98, 8,05 e 7,99 mm. La media è vicina a 8,00 mm, quindi il processo è in media accurato. Tuttavia, l'ampia dispersione mostra una scarsa precisione. Ciò può essere causato da un serraggio instabile, da una velocità di avanzamento incoerente o da vibrazioni. Potresti superare un controllo iniziale, ma i risultati a lungo termine saranno scarsi.

Né preciso né accurato

Un processo non è né preciso né accurato quando i risultati sono sparsi e concentrati lontano dall'obiettivo.

Una dimensione dovrebbe essere 50,00 ±0,05 mm. Ma le letture sono 49,80, 49,92, 50,10, 49,85 e 50,05 mm. Il processo presenta sia un errore medio che un'ampia dispersione. Questo di solito indica problemi più gravi. Potresti avere parti della macchina usurate, attrezzature scadenti o un grave errore di configurazione. A questo punto, non stai effettuando una messa a punto precisa. Stai risolvendo un problema di processo che è fuori controllo.

Come misurare la precisione e l'accuratezza nel processo di lavorazione?

Per verificare la precisione e l'accuratezza del tuo lavoro, devi ispezionare le dimensioni e verificarne la ripetibilità. Devi anche confrontare i risultati con il tuo obiettivo e la sua tolleranza.

Sistemi di ispezione e misurazione dimensionale

L'ispezione dimensionale fornisce i dati per verificare precisione e accuratezza.

Gli strumenti più comuni includono calibri, micrometri, alesametri e CMM (macchine di misura a coordinate). Per misure come la rugosità superficiale, si utilizzano altri strumenti. La logica è la stessa. Si registrano le misurazioni e si verifica se corrispondono all'obiettivo. Il sistema di misurazione deve essere valido. Strumenti o metodi scadenti nasconderanno il vero stato del processo.

Controlli di ripetibilità/riproducibilità per la precisione

È possibile verificare la precisione con studi di ripetibilità e riproducibilità (R&R).

• La ripetibilità verifica la variazione quando la stessa persona misura lo stesso pezzo più volte con lo stesso strumento. Una piccola variazione indica una buona ripetibilità.
• La riproducibilità verifica la variabilità quando vengono utilizzate persone, macchine o configurazioni diverse. Se i risultati rimangono simili, il processo è riproducibile.

È anche possibile calcolare la deviazione standard delle misurazioni. I grafici di controllo mostrano anche quanto strettamente si raggruppano i punti dati. Una banda stretta e stabile indica una buona precisione. Una banda ampia o variabile indica un problema di variazione casuale.

Confronto tra nominale e tolleranza per la precisione

Si verifica la precisione confrontando i valori misurati con la dimensione target e la relativa tolleranza.

Per una dimensione, puoi trovare l'errore:

Errore = Valore misurato − Valore nominale

Oppure puoi mostrarlo come percentuale:

Precisione (%) = (1 − |Misurato − Nominale| / Intervallo di tolleranza) × 100%

In pratica, verifichiamo come la media di più misurazioni rientra nella tolleranza. Se la media è vicina al target, la precisione è buona. Se la media è spostata da un lato, si ha un errore sistematico. È necessario correggerlo tramite calibrazione o modifiche dell'offset.

Come migliorare la precisione e l'accuratezza nella lavorazione CNC

Migliorare la precisione e l'accuratezza richiede azioni diverse. Si riduce la variazione per una maggiore precisione. Si eliminano le distorsioni per una maggiore accuratezza. Questi passaggi sono ancora più importanti nelle lavorazioni CNC a 5 assi, dove specifiche rigorose sono spesso d'obbligo.

Controllo di macchine, utensili e attrezzature per una maggiore precisione

Per migliorare la precisione, bisogna concentrarsi sul rendere il processo stabile e ripetibile.

Le azioni principali includono:

• Manutenzione della macchina per evitare giochi e contraccolpi.
• Usando il bene fissaggio in modo che il pezzo venga mantenuto sempre nello stesso modo. Questo riduce movimenti e vibrazioni.
• Standardizzare i parametri di taglio come avanzamenti e velocità. In questo modo i carichi di taglio rimangono simili per ogni ciclo.
• Gestire l'usura degli utensili con un piano chiaro. Sostituire gli utensili prima che si rompano.

L'obiettivo è far sì che ogni ciclo assomigli al precedente. Questo riduce al minimo le modifiche casuali nella parte finale.

Calibrazione, compensazione e controllo ambientale per una maggiore precisione

Per migliorare la precisione, bisogna concentrarsi su quanto il processo si avvicina al valore target.

I passaggi pratici includono:

• Calibrazione regolare delle macchine CNC e degli strumenti di misura. In questo modo si eliminano gli errori sistematici.
• Impostare e controllare correttamente gli offset degli utensili e del pezzo. Eseguire questa operazione dopo aver sostituito gli utensili o regolato le attrezzature.
• Utilizzo di funzioni di compensazione sul controllo macchina. Esempi sono l'usura degli utensili e la compensazione termica.
• Controllo di fattori come la temperatura. Lasciare che la macchina e il pezzo in lavorazione si stabilizzino prima dei tagli finali nei lavori critici.

Queste azioni riducono gli errori sistematici e riportano il valore medio del processo al valore target.

Bilanciamento tra qualità richiesta, costo e tempo di ciclo

Ingegneri e progettisti devono porsi una domanda importante. Non è solo "quanto possiamo essere bravi?", ma "quanto dobbiamo essere bravi?".“

Tolleranze più strette richiedono macchine, utensili e controlli migliori. Spesso comportano una produzione inferiore. Una semplice staffa potrebbe funzionare bene con una tolleranza di ±0,1 mm. Specificare ±0,01 mm aumenta solo i costi, non il valore. L'approccio migliore è:

• Specificare tolleranze sufficientemente strette per la funzionalità, ma non di più.
• Allinea le tolleranze del disegno con capacità CNC realistiche, comprese quelle di Lavorazione CNC a 5 assi.
• Riservate tolleranze estremamente ristrette alle caratteristiche critiche, non a parti intere.

Conclusione

In Lavorazione CNC, Precisione e accuratezza sono strumenti diversi per il controllo della qualità. La precisione indica se il processo è coerente. L'accuratezza indica se è corretto. Le tolleranze definiscono il livello di errore accettabile.

Se ti limiti a considerare la precisione, potresti raggiungere il bersaglio a volte, ma avere difficoltà con i pezzi difettosi. Se ti limiti a ricercare la precisione, potresti produrre scarti molto consistenti. Misurando entrambi e risolvendone le cause alla radice, puoi creare processi di lavorazione stabili, efficienti ed economici.

Domande frequenti

Un processo di lavorazione può essere preciso ma impreciso?

Sì. Un processo è preciso ma impreciso se produce risultati coerenti ma tutti fuori target. Questo accade quando gli offset degli utensili o le coordinate di lavoro presentano un errore sistematico. Ad esempio, ogni pezzo è troppo piccolo di 0,03 mm, ma sono tutti molto simili. Risolvere questo problema significa regolare un offset, non contrastare variazioni casuali.

Cosa è più importante nella lavorazione CNC: la precisione o l'accuratezza?

Nessuno dei due è sempre più importante. È necessario che entrambi i componenti siano presenti in quantità sufficiente per rimanere entro i limiti di tolleranza. Per i componenti chiave, la precisione è fondamentale affinché corrispondano al progetto. La precisione è fondamentale per la coerenza tra i lotti. Un processo efficiente garantisce innanzitutto la precisione, quindi la migliora per ridurre gli scarti.

Come posso sapere se ho un problema di precisione o di accuratezza?

Si ha un problema di accuratezza se i dati sono raggruppati in modo compatto ma decentrati rispetto al target. Si ha un problema di precisione se la media è vicina al target ma i dati sono ampiamente distribuiti. Rappresentare le misurazioni su un grafico lo rende chiaro. Una banda stretta ma spostata indica un problema di accuratezza. Una banda ampia centrata sul target indica un problema di precisione.

In che modo precisione, accuratezza e tolleranza influiscono sul costo dei componenti?

Tolleranze più strette richiedono maggiore precisione e accuratezza, il che quasi sempre comporta un aumento dei costi. Raggiungerle può richiedere macchine e utensili migliori e tempi di ispezione più lunghi. Specificare tolleranze troppo strette rende il lavoro più costoso senza migliorarne la funzionalità. Le tolleranze dovrebbero essere basate su esigenze reali.

Una misurazione migliore migliora automaticamente la precisione e l'accuratezza?

No, una misurazione migliore non risolve il problema del processo di lavorazione in sé. Ma rende i problemi visibili prima. Strumenti di buona qualità e calibrati aiutano a distinguere tra problemi di precisione e di accuratezza. Aiutano a misurare le variazioni e a verificare che le correzioni siano efficaci. Tuttavia, è comunque necessario adattare la macchina, gli utensili e il processo per migliorare effettivamente i risultati.