Mecanizado CNC: Dominando precisión, exactitud y tolerancia en fabricación

En fabricación, el mecanizado CNC se ha usado durante mucho tiempo en manufactura y producción. Con el advenimiento de la tecnología y software de diseño asistido por computadora, diseñar productos puede volverse más fácil, pero esto hace que el diseño sea más complejo que antes. En la propia fase de diseño, necesita establecer estándares para la precisión, exactitud y tolerancias del producto.

Hay muchos términos técnicos relacionados con las especificaciones y funciones del mecanizado CNC. ¿Conoce el significado de cada término? Al comprar servicios de mecanizado CNC de un proveedor, debe haber oído o leído algunos términos, como precisión, tolerancia, exactitud, etc. ¿Qué significan estos términos? ¿Quiere saber la importancia de estos términos técnicos en el mecanizado CNC? Si es así, lea el siguiente artículo ya que le dará una comprensión clara de estos tres términos (precisión, exactitud y tolerancia).

Precisión en mecanizado

¿Qué es la precisión?

La precisión se refiere a la cercanía entre mediciones, lo que significa que si las mediciones están todas cerca entre sí, son precisas. La precisión significa repetibilidad consistente al producir múltiples piezas con máquinas herramienta CNC. Refleja si el valor medido se repite y es consistente. Cuanto mayor sea la precisión, más cercano será el resultado.

Este es uno de los términos más importantes usados en mecanizado CNC. Del mismo modo, el término define la fiabilidad de las máquinas herramienta. Básicamente, la precisión es una métrica que define la capacidad del sistema de medición para devolver la misma métrica una y otra vez.

En una fábrica, la precisión de una máquina o proceso se refiere a la capacidad de repetir operaciones de la misma manera cada vez sin introducir errores aleatorios. El mecanizado preciso o la artesanía precisa demuestran el control del proceso sin desviación. Esto a menudo se confunde con la exactitud y de hecho los dos términos se usan casualmente de manera intercambiable. Sin embargo, la precisión se refiere más a la repetibilidad. (Más sobre mecanizado de precisión en La importancia del mecanizado de alta precisión)

Exactitud en mecanizado

¿Qué es la exactitud?

Aunque la exactitud y la precisión parecen sinónimos, tienen significados diferentes durante el procesamiento de mecanizado. Por lo tanto, es importante saber qué queremos decir en diferentes términos.

La exactitud se define como qué tan cerca está el valor medido de un valor específico o resultado verdadero. Si todos los valores medidos están cerca del valor verdadero, son exactos. Puede reflejar el impacto de errores sistemáticos. Si el error sistemático es pequeño, la exactitud es alta.

En el procesamiento de mecanizado de metales, la exactitud se refiere al grado en que la máquina puede igualar los valores medidos especificados en el diseño. Si la máquina puede cortar la posición exacta especificada en el diseño, tiene alta exactitud.

Una máquina precisa realizará operaciones (corte, taladrado, mandrinado, etc.) como el operador/programador pretendía. Por ejemplo, si una máquina está programada para cortar una pieza de trabajo a 60 mm de longitud, se cortará a 60 mm. La exactitud significa que está cerca de 60 mm con exactitud. Cuanto más cerca del estándar, mayor la exactitud.

Factores que afectan la exactitud del mecanizado CNC

Desviación inversa

Al mecanizar una pieza de trabajo en un taller de mecanizado CNC, el eje del eje causa una zona muerta inversa o juego durante el proceso de transmisión, causando errores, y su rendimiento es sesgo inverso. Si la máquina herramienta CNC adopta un sistema servo de bucle semicerrado, la existencia del sesgo inverso afectará la precisión de posicionamiento de la máquina herramienta y la precisión de repetibilidad de posicionamiento, afectando la exactitud de la pieza de trabajo.

Error de holgura

Este es el error de holgura causado durante la operación de la cadena de transmisión de la máquina herramienta. Cuando el motor está funcionando, la máquina herramienta no produce movimiento, lo que causará vibración o grandes errores de la máquina herramienta CNC.

Error de posición de la pieza

El error de posición de la pieza es la desviación entre la superficie real y la posición del eje relativa a la posición ideal, que se basa principalmente en el error de posición de la cabeza causado por el juego de transmisión de la máquina herramienta y la deformación elástica de la pieza y la fricción de servicio.

En un sistema de bucle abierto, el error de posición tiene una gran influencia en la exactitud del mecanizado, pero en un sistema servo de bucle cerrado, depende principalmente de la exactitud del dispositivo de detección de desplazamiento y el factor de amplificación del sistema, por lo que el efecto general no es obvio.

Error geométrico de la máquina herramienta

En el proceso de mecanizado CNC, las herramientas y fijaciones se ven afectadas por fuerzas externas, y el corte térmico reducirá la exactitud volumétrica de la máquina herramienta, afectando así la deformación de las piezas procesadas.

Por supuesto, las causas de los errores geométricos de la máquina herramienta son internas y externas. La razón interna es el factor de la propia máquina herramienta. Por ejemplo, la nivelación de la superficie de la mesa y la exactitud geométrica de máquinas herramienta y fijaciones.

La causa externa es el entorno externo y el calor generado durante el proceso de mecanizado, lo que lleva a la deformación de la máquina herramienta. Los cambios de temperatura afectarán la exactitud estática y dinámica de la máquina. En el proceso de mecanizado de fábricas CNC, el calentamiento del motor y la fricción de la pieza de trabajo causarán cambios de temperatura, lo que llevará a la pérdida de exactitud de ajuste y afectará el tamaño y la exactitud de la pieza de trabajo.

Error de posicionamiento de la máquina herramienta

La precisión de posicionamiento de la máquina herramienta afectará en gran medida la exactitud de las piezas. Por lo tanto, el error de posicionamiento es una causa importante de errores de mecanizado CNC, y el sistema de alimentación de la máquina herramienta es el eslabón principal que afecta la precisión de posicionamiento. El sistema de alimentación de una máquina herramienta CNC generalmente está compuesto por un sistema de transmisión mecánica y un sistema de control eléctrico, y su precisión de posicionamiento está relacionada con el sistema de transmisión mecánica del diseño estructural.

En el sistema de bucle abierto, debido a más factores de influencia y situaciones más complicadas, el monitoreo de posicionamiento no será posible, lo que afecta en gran medida la exactitud de mecanizado de máquinas herramienta CNC. Sin embargo, en un sistema de bucle cerrado, las máquinas herramienta CNC generalmente pueden evitar la desviación posicional de los componentes principales en el sistema a través de dispositivos de detección de posicionamiento.

La importancia de la exactitud

Las piezas mecanizadas CNC se usan en muchas industrias. El éxito de las industrias automotriz, aeroespacial, médica, industrial y muchas otras depende de productos exactos.

La exactitud también puede garantizar la seguridad del público. Por ejemplo, automóviles y aviones están compuestos por varias piezas mecanizadas CNC. Si uno de estos componentes no cumple con los estándares de la empresa e industria, puede tener una reacción en cadena, poniendo en riesgo a conductores y pasajeros.

Tolerancia en mecanizado

¿Qué es la tolerancia?

La tolerancia puede definirse como la desviación permitida o predecible del sistema de medición de valores conocidos o estándar. La tolerancia de cualquier sistema generalmente se expresa como "±".

Por ejemplo, la tolerancia de las herramientas de mecanizado CNC se requiere en ±0.01 mm. Esto significa que la herramienta de mecanizado tendrá una desviación de 0.01 mm en cada corte. La desviación puede ser 0.01 mm mayor que el valor estándar o 0.01 mm menor que el valor estándar.

Aunque es una buena idea reducir la tolerancia, a veces puede no ser necesario reducir la tolerancia, y no beneficiará al producto terminado. Pero las tolerancias ajustadas aumentarán los costos y harán que el tiempo de producción del fabricante sea más largo. Por lo tanto, el valor aceptable de la tolerancia realmente depende del campo de aplicación.

Aunque la tolerancia es definida por el cliente, la máquina generalmente especifica su tolerancia estándar y la tolerancia más pequeña posible.

Factores que afectan la tolerancia de mecanizado

Materiales: Los materiales se comportan de manera diferente bajo presión, y algunos materiales son más fáciles de procesar que otros. Estas propiedades de materiales deben considerarse al determinar tolerancias.

Tipo de mecanizado: El método de procesamiento usado afectará significativamente las tolerancias posibles de la pieza final, porque algunos procesos son más precisos que otros.

Recubrimiento y acabado: Al determinar el tamaño y tolerancia de las piezas, cualquier proceso de recubrimiento o acabado debe considerarse. Aunque el recubrimiento y acabado agregarán una pequeña cantidad de material a la superficie de la pieza, estas pequeñas cantidades aún cambiarán el tamaño del producto final, por lo que debe considerarse antes de la producción.

Costo: Las tolerancias deben ser precisas, pero nunca excedan las tolerancias necesarias, porque obtener tolerancias más ajustadas es más costoso. (Cómo reducir costos de mecanizado)

La importancia de la tolerancia

Los fabricantes de hoy requieren tolerancias estrictas para asegurar que sus productos o sistemas sean fáciles de ensamblar y realicen las funciones requeridas con ajustes mínimos. Desde el material de la pieza hasta el proceso de mecanizado usado, varios factores pueden causar diferencias. Por lo tanto, los ingenieros asignan tolerancias de mecanizado a las piezas durante el proceso de diseño, y la tolerancia es en última instancia uno de los factores más importantes en el proceso desde la mesa de dibujo hasta el producto terminado.

Los fabricantes de hoy requieren tolerancias estrictas para asegurar que sus productos o sistemas sean fáciles de ensamblar y realicen las funciones requeridas con ajustes mínimos. Las especificaciones de diseño correctas pueden reducir el tiempo de producción y reducir los costos del cliente.

Relación entre precisión, exactitud y tolerancia

La alta precisión no significa alta exactitud, e incluso si la medición es exacta. La máxima exactitud y tolerancia ajustada no son necesarias para cada pieza, porque significan más inversión de costo y tiempo. Las máquinas CNC modernas y herramientas de corte son lo suficientemente exactas para la mayoría de proyectos.

Es muy intuitivo ver la relación a través de la siguiente imagen.

Esperamos que haya obtenido una comprensión de los términos – exactitud, precisión y tolerancia usados en mecanizado CNC. Esta comprensión de términos le hará más confiado al hablar con cualquier servicio de mecanizado.

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