Precisión vs. exactitud en el mecanizado CNC: una guía práctica para ingenieros

Si un componente se mantiene durante décadas en cualquier aplicación, se debe a la precisión de su mecanizado. Esto significa que se necesita precisión y exactitud en conjunto para obtener el 100 % de eficiencia de cualquier componente. Para lograr precisión y exactitud durante el mecanizado CNC, se requiere un mecanizado muy cuidadoso. Este artículo se centra en los puntos o factores importantes que afectan la precisión y exactitud en el mecanizado CNC. Aprenderá la diferencia entre precisión y exactitud y sus factores relacionados.

¿Qué son la precisión y la exactitud?

Precisión y exactitud son términos comunes en el mecanizado CNC, por lo que primero debe comprender qué es. El mecanizado CNC es básicamente un proceso de fabricación que utiliza herramientas controladas por computadora para eliminar material de la pieza de trabajo y obtener la forma deseada. En esta sección, estudiará qué son la precisión y la exactitud en el mecanizado CNC.

Precisión: Repetibilidad de los resultados

Si se producen las mismas medidas requeridas mediante los mismos procesos repetidamente, se denomina precisión. Es una tarea difícil en la producción por lotes. Por ejemplo, si se deben fabricar 100 soportes mediante mecanizado CNC, si se fabrican los mismos soportes, se denomina precisión. La precisión se denomina repetibilidad de los resultados en la fabricación CNC.

Precisión: Cercanía al valor objetivo

Si el resultado se acerca a la dimensión requerida de la pieza o es igual a la requerida, se denomina precisión. La precisión refleja el nivel de sus habilidades en el mecanizado CNC. Tanto la precisión como la exactitud son la base para el éxito de la aplicación de ese componente o producto.

Por qué a menudo se confunden ambos

La gente suele confundir exactitud y precisión, ya que ambas se relacionan con la calidad, aunque en aspectos diferentes. Se cree que precisión es exactitud, pero es diferente. Una máquina puede ser precisa, pero a la vez imprecisa. Por ejemplo, una máquina como un calibrador de tornillo proporciona resultados erróneos constantemente; decimos que es precisa debido a la repetición de resultados, pero es imprecisa. La exactitud se refiere a la cantidad de resultados verdaderos que se producen, y la precisión es la repetibilidad de una acción.

¿Cuál es la diferencia entre exactitud y precisión en el mecanizado?

Si aún tiene dudas sobre la precisión en el mecanizado CNC, no se preocupe, estamos aquí para aclararle las cosas. En esta sección, estudiará la diferencia completa entre precisión y exactitud con algunos ejemplos prácticos:

Precisión y exactitud en el mecanizado

Para un mecanizado de precisión, se requiere un cuidado especial durante el mecanizado de piezas de precisión. Sin embargo, ambos factores, es decir, la exactitud y la precisión, garantizan el uso correcto del componente. Por lo tanto, ambos son cruciales en el mecanizado CNC.

¿Qué se considera mecanizado de precisión?

Como ya se ha estudiado, la precisión se refiere a las acciones repetidas para producir piezas con el mismo diseño. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, los álabes de turbina se producen mediante mecanizado CNC. Requieren un mecanizado CNC extremadamente preciso para cumplir con los requisitos aerodinámicos. Otros ejemplos incluyen tuercas de husillo de bolas endurecidas, soportes de unión personalizados para brazos robóticos, etc., que requieren mecanizado de precisión.

Preciso pero no exacto

Si después del mecanizado CNC no se pueden producir piezas precisas y estos fallos se repiten, se considerará preciso, pero no exacto. Por ejemplo, durante el roscado CNC, si una broca perfora constantemente 0.1 mm descentrados debido a una herramienta desalineada, los agujeros son precisos, pero no exactos.

Preciso pero no exacto

Si un trabajador calificado promedia la profundidad correcta y cada agujero varía ligeramente debido a una inconsistencia manual, se considerará preciso pero no exacto.

Ni exacto ni preciso

En resumen, si se producen piezas a veces con precisión, pero no repetidamente, no son precisas ni exactas. Esta inestabilidad dimensional en la producción conlleva un desperdicio de dinero y material. Este es un requisito indispensable en el mecanizado CNC.

¿Qué afectará la precisión y exactitud en el mecanizado?
Estos son los factores que afectan la precisión y exactitud en el mecanizado CNC:

Cómo encaja la tolerancia en el panorama

En ingeniería, la tolerancia es fundamental, ya que es un criterio de aprobación para muchas piezas. La tolerancia se refiere al margen de error aceptable. Estos se determinan durante el diseño y luego se ejecutan en el mecanizado CNC. Si su pieza requiere una tolerancia estricta (como suele ocurrir en la industria aeroespacial, por ejemplo, en álabes de turbinas), el margen de aprobación para esa pieza será muy limitado. En resumen, la probabilidad de error es mínima, por lo que deberá ser muy cuidadoso al mecanizar esa pieza.

Tolerancias bilaterales vs. unilaterales

La tolerancia bilateral significa que se acepta una desviación en dos direcciones de la dimensión nominal. Por ejemplo, 50 ± 0.1 mm. Las tolerancias bilaterales son las más utilizadas en nuestras industrias.

La tolerancia unilateral significa que solo se acepta una desviación en una dirección de la dimensión nominal. Por ejemplo, 50 + 0.2/−0.0 mm. Estas tolerancias se utilizan únicamente en situaciones críticas, como el mecanizado de un eje, etc.

Llamadas GD&T geométricas que aumentan el costo

GD&T significa Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica; controla la orientación, la forma y la posición más allá de las dimensiones básicas. Algunos requisitos sólidos de GD&T son:

• Planitud (−):Superficie extremadamente plana
• Posición verdadera (֍): Fuerza una alineación precisa
• Perpendicularidad (↗): Requiere un ángulo exacto de 90 grados con respecto a un punto de referencia.
• Descentramiento (+): evita el tambaleo en las piezas giratorias

Qué afecta la precisión y exactitud: Fuentes comunes de errores del CNC

Esta sección es muy importante para la precisión y exactitud, ya que aprenderá sobre los factores que causan errores comunes en el CNC. Analicemos cómo estos factores afectan la precisión y exactitud durante el mecanizado CNC:

Desgaste y juego de la máquina

El juego y el desgaste de la máquina afectan gravemente la precisión y exactitud del mecanizado CNC porque provocan errores dimensionales y un acabado superficial deficiente.

Deriva térmica en recorridos largos

En tiradas largas, la deriva térmica es un problema común en el que las fluctuaciones de temperatura provocan errores en la precisión dimensional y la exactitud en el mecanizado CNC.

Desviación y desviación de la herramienta

La deflexión de la herramienta genera dimensiones defectuosas y el descentramiento causa variaciones en la carga de viruta, lo que genera una superficie rugosa y reduce la vida útil de la herramienta.

Errores de operador y programación

Estos son errores humanos. Una persona inexperta o errores de programación reducen la precisión del mecanizado CNC.

Herramientas de medición para precisión vs. exactitud

Esta es una sección interesante de este artículo, ya que aprenderá diferentes técnicas para medir la precisión durante y después del mecanizado CNC. Estas herramientas garantizan que las dimensiones de las piezas sean exactamente las requeridas. Aprendamos algunas técnicas de medición avanzadas en esta sección:

Micrómetros y calibres de orificios

Puedes leer las diferencias básicas entre estas herramientas en la siguiente tabla:

Sistemas de escaneo CMM y 3D

Una máquina de medición por coordenadas (MMC) es una herramienta de medición avanzada que recopila datos 3D de la superficie de la pieza mediante una sonda. Posteriormente, un software como PC-DMIS analiza las tolerancias de forma, posición y GD&T.

• Se puede utilizar para geometrías complejas, alta precisión, es decir, hasta 0025 mm e inspección automatizada.

Un sistema de escaneo 3D es una herramienta de medición aún más avanzada que utiliza un láser para capturar millones de puntos de datos. Posteriormente, los convierte en modelos compatibles con CAD para compararlos con el diseño y las dimensiones originales.

• Puedes usarlo para digitalización rápida de formas complejas; es portátil y resulta ideal para diseños orgánicos.

Sondeo en proceso en máquinas CNC

Las máquinas CNC avanzadas ahora están equipadas con sondas incorporadas que siguen registrando las dimensiones de la superficie y mecanizan si se producen desviaciones.

Cuantificación de precisión y exactitud con métricas Cp/Cpk

Si desea evaluar la capacidad del proceso y medir su conformidad con las especificaciones predefinidas, necesitará índices estadísticos Cp/Cpk. Estas métricas se utilizan a menudo en las metodologías Six Sigma para identificar y abordar las desviaciones del proceso, lo que, en última instancia, se traduce en una reducción de errores y una mayor precisión y exactitud.

Cómo calcular el Cp/Cpk paso a paso

Hagamos un cálculo de precisión paso a paso a través de los índices Cp/Cpk:

• 1. Definir especificaciones y recopilar datos

Para definir las especificaciones, primero se determinará el límite superior de especificación (LSE) y el límite inferior de especificación (LSE). Estas especificaciones son los valores objetivo del cliente. Tras definir las especificaciones, se recopilarán datos de al menos 30 puntos para garantizar la representatividad de los datos de la muestra.

• 2. Verificar la estabilidad y normalidad de los datos

Deberá verificar la estabilidad del proceso antes de basarse en análisis de capacidad del proceso, como Cp/Cpk. La estabilidad del proceso significa que el promedio y las desviaciones se mantienen constantes durante todo el análisis, sin saltos repentinos en el patrón, etc. En segundo lugar, también deberá confirmar la normalidad de los datos comprobando si siguen una distribución normal de curva de campana.

• 3. Calcular los valores de Cp y Cpk

Para calcular Cp, encuentre:

• USL: límite superior de especificación
• LSL: límite inferior de especificación
• σ: desviación estándar estimada del proceso

Para calcular el Cpk, encuentre:

• USL: límite superior de especificación
• LSL: límite inferior de especificación
• μ: media del proceso
• σ: desviación estándar estimada del proceso

• 4. Interpretar la capacidad del proceso

Para interpretar la capacidad del proceso, deberá comprender los valores de Cp y Cpk. Por ejemplo,

• Valor Cp > 1: proceso capaz de satisfacer los requisitos del cliente
• Cp<1: La desviación del proceso no estará dentro de los valores de tolerancia

En caso de Cpk:

Cpk=1: el proceso está bien centrado dentro de los límites de especificación

Si el valor de Cpk es negativo, la salida del proceso estará fuera de los límites de especificación.

En el rango de 0 a 1, los valores de Cpk más altos significan una mejor capacidad del proceso.

Y si Cp=Cpk, el proceso está perfectamente centrado entre los límites de especificación.

Interpretación de un histograma de capacidad

Para interpretar un histograma de capacidad, necesitará:

• Examen visual de la distribución de datos en el histograma
• Evaluación de normalidad
• Centrado de procesos
• Estabilidad del proceso

Establecimiento de criterios de aceptación para piezas de alto valor

Ahora es fácil establecer criterios de aceptación. Por ejemplo, para piezas de mayor valor, los criterios de aceptación son:

Valores objetivo de Cp y Cpk ≥ 1.33

Y para la parte crítica, los criterios de aceptación son valores objetivo de Cp y Cpk de 1.67.

Precisión vs. exactitud en diferentes industrias

En esta sección verás cuál es la diferencia práctica entre precisión y exactitud en diferentes industrias:

Aeroespacial: Ranura de raíz de álabe de turbina ±0.01 mm

Como saben, la industria aeroespacial cuenta con los más altos estándares de seguridad, por lo que se ofrece la tolerancia más baja para las piezas. Dado que la tolerancia es de tan solo ±0.01 mm, requiere un mecanizado CNC muy minucioso.

Médica: Ubicación del orificio de la placa ósea ±0.05 mm

En la industria médica, especialmente en cirugía ortopédica, la ubicación del orificio de la placa ósea es fundamental para obtener resultados satisfactorios. Para mantener la precisión, la tolerancia es de tan solo ±0.05 mm.

Automotriz: Cpk de caja de cambios EV ≥ 1.67

Las cajas de engranajes EV altamente precisas y exactas requieren un Cpk de 1.67 o más, precisión forjada y validación CMM a nivel de micrones para una eficiencia óptima.

Proyectos personalizados: desde el prototipo hasta la producción

El mecanizado de precisión personalizado conecta el prototipo con la producción de forma impecable. Nuestros procesos CNC y CMM garantizan una precisión de ±0.01 mm, asegurando que sus piezas personalizadas cumplan con las especificaciones exactas desde la primera muestra hasta la fabricación a gran escala. Comience su proyecto hoy mismo.

Cómo mejorar tanto la precisión como la exactitud

A continuación se explica cómo puedes mejorar tanto la precisión como la exactitud:

1. Configuración de preproducción

• Verificar la capacidad de la máquina
• Análisis del sistema de medición de conducta (MSA)
• Calibrar todos los medidores de medición

2. Control en proceso

1. Utilice el sondeo en la máquina para realizar ajustes en tiempo real
2. Implementar control estadístico de procesos (SPC)
3. Monitorizar el desgaste de las herramientas y los efectos térmicos

3. Verificación posproducción

• Realizar la inspección final con CMM
• Validar según los requisitos de GD&T
• Documentar los resultados para la mejora continua

Conclusión

Toda máquina electrónica está evolucionando hacia procesos basados en IA. Las tendencias futuras en mecanizado CNC incluyen la optimización de procesos basada en IA, la monitorización en tiempo real basada en IoT y el mecanizado adaptativo con retroalimentación de bucle cerrado. Otras tecnologías, como el mantenimiento predictivo, aumentarán la precisión en el mecanizado CNC al proporcionar tolerancias más estrictas, una fabricación más inteligente y una producción más rápida.

Preguntas Frecuentes

¿La precisión es igual a exactitud?

No, precisión significa la repetibilidad de los resultados, mientras que exactitud significa qué tan cerca está el resultado de la dimensión requerida.

¿Una mayor precisión siempre aumenta el costo?

Sí, una mayor precisión significa una tolerancia más estricta, etc. Para lograr una tolerancia más estricta, necesitamos herramientas más avanzadas y un mecanizado extra cuidadoso, por lo que sí, el costo aumentará.

¿Pueden el mecanizado aditivo y el CNC lograr la misma precisión?

No, porque el CNC puede lograr una precisión de hasta 0.001 mm, que es más que la fabricación aditiva (0.005 mm).