Tolerantie en precisie zijn twee zeer belangrijke concepten in de productie. Tolerantie is de maximale toegestane afwijking binnen een productieproces waarbij het onderdeel nog van acceptabele kwaliteit is. Dimensie-toleranties worden in de ontwerpfase vastgesteld om de boven- en ondergrenzen van kritieke afmetingen te bepalen die nog steeds een onderdeel in staat stellen zijn beoogde functie uit te voeren. Precisie is een maat voor de consistentie waarmee onderdelen kunnen worden vervaardigd, dit omvat zowel de precisie/nauwkeurigheid van het meetinstrument als de “precisie” van het betreffende productieproces, bijvoorbeeld CNC-bewerking.
Dit artikel zal kijken naar de definities van tolerantie en precisie, waarom ze belangrijk zijn, hoe ze worden bepaald en welke factoren ze beïnvloeden.
Wat is precisie?
Nauwkeurigheid Kan verwijzen naar twee soorten precisie. Precisie van instrumentatie verwijst naar de nabijheid van twee of meer metingen tot elkaar wanneer hetzelfde object onder dezelfde omstandigheden wordt gemeten. Het is een maat voor de variabiliteit in het meetproces. Een hoge precisie geeft aan dat het meetproces zeer vergelijkbare resultaten oplevert voor herhaalde metingen, wat een laag niveau van willekeurige fout aangeeft.
Precisie van het productieproces verwijst naar de consistentie waarmee een productieproces dezelfde resultaten kan opleveren. Elk proces heeft een mate van variabiliteit, waarbij de resultaten licht verschillen voor dezelfde inputs. Procesprecisie probeert deze variabiliteit te meten. Hogere niveaus van procesprecisie betekenen dat een productieproces onderdelen produceert die op elkaar lijken.
Hoe werkt precisie?
Nauwkeurigheid als een maat in de productie bestaat omdat er willekeurige fouten zijn in productiemachines en processen, en in de instrumenten die de outputs van deze processen meten. Deze willekeurige fout betekent dat er dimensionale variaties zullen zijn binnen elke groep vervaardigde onderdelen. Procesprecisie meet hoe consistent een specifieke productiemachine of -proces is. Een machine of proces met lage precisie zal een grote afwijking tussen onderdelen introduceren. Hoge precisie betekent dat het proces consistente resultaten oplevert, met lage afwijkingen tussen onderdelen.
Instrumentprecisie en procesprecisie spelen beide een belangrijke rol bij het beoordelen van de algehele precisie van een productieproces. Hoge instrumentprecisie is nodig om zeker te zijn dat je consistente metingen krijgt waarmee je weloverwogen beslissingen kunt nemen. Over het algemeen moet instrumentprecisie ongeveer tien keer hoger zijn dan procesprecisie om de afwijkingen in de productie nauwkeurig te kunnen meten.
Wat is het nut van precisie?
Precisieproductie wordt nuttig bij batch- of massaproductie, waarbij hetzelfde onderdeel of product meerdere keren wordt geproduceerd, en elk onderdeel nominalerwijs hetzelfde is. Het minimaliseren van variabiliteit is essentieel voor het produceren van componenten met een hoge mate van consistentie en zorgt ervoor dat elk geproduceerd item vrijwel identiek is aan alle andere, wat de algehele kwaliteit van de productie verbetert.
Hoe meet je precisie?
Precisie kan worden gemeten met behulp van de volgende stappen:
Bepaal de instrumentprecisie van het meetproces.
Vervaardig een batch testonderdelen.
Meet de kritieke afmetingen van een statistische steekproef van de onderdelen uit die batch, en registreer de gegevens.
Bereken de gemiddelde waarden van die kritieke afmetingen. De gemiddelde waarde voor een afmeting wordt berekend door de som van alle metingen van een bepaalde afmeting te delen door het aantal metingen van die afmeting.
Bepaal de afwijking van elk van de metingen ten opzichte van het gemiddelde voor die metingen.
De standaarddeviatie kan vervolgens worden berekend met behulp van de volgende formule:
formule voor standaarddeviatie voor precisie
Waar x de afwijking van elke meting is, de gemiddelde meetwaarde is, en N het totale aantal gemeten onderdelen is. Standaarddeviatie wordt vaak gebruikt als maat voor precisie, waarbij lagere waarden duiden op hogere precisie.
Gemiddelde absolute afwijking is een andere maatstaf die wordt gebruikt als indicator voor precisie. Deze waarde wordt niet drastisch beïnvloed door uitschieters. Het kan worden berekend door de gemiddelde waarde af te trekken van de gemeten waarde voor elke dimensie om de absolute afwijkingen te krijgen. De absolute afwijkingen kunnen vervolgens worden opgeteld en gedeeld door het totale aantal gemeten onderdelen om de gemiddelde absolute afwijking te geven.
Precisie wordt gerapporteerd als een ± bereik. Bijvoorbeeld, een precisie van ±2,5 mm betekent dat de afmetingen van een onderdeel binnen 2,5 mm van elkaar consistent zijn.
Zijn precisie en nauwkeurigheid hetzelfde?
Nee, de termen “precisie” en “nauwkeurigheid”, hoewel ze soms door elkaar worden gebruikt, hebben niet dezelfde betekenis. Nauwkeurigheid beschrijft hoe dicht een gemeten waarde bij de werkelijke waarde of verwachte waarde ligt. Met andere woorden, het is een maat voor correctheid, die aangeeft in hoeverre een meting overeenkomt met een referentie- of geaccepteerde waarde. Aan de andere kant verwijst precisie naar de consistentie van herhaalde metingen, en laat zien hoe dicht deze metingen bij elkaar liggen, ongeacht of ze dicht bij de werkelijke waarde liggen. Hoge precisie betekent dat de metingen zeer vergelijkbaar zijn, maar betekent niet noodzakelijk dat ze nauwkeurig zijn (dicht bij de werkelijke waarde). Nauwkeurigheid en precisie zijn onafhankelijk van elkaar.
In industrieën zoals productie en wetenschap is het belangrijk om resultaten te hebben die zowel hoge precisie als hoge nauwkeurigheid hebben. Figuur 1 hieronder toont het verschil tussen precisie en nauwkeurigheid in een doelschietmeting:
precisie vs nauwkeurigheid
Visuele weergave van nauwkeurigheid en precisie. Afbeelding Credit: https://www.antarcticglaciers.org/glacial-geology/dating-glacial-sediments-2/precision-and-accuracy-glacial-geology/
Zoals te zien is in de figuur, liggen nauwkeurige metingen rond het doelschot, terwijl precieze metingen dicht bij elkaar liggen, ongeacht of ze op het doelwit gericht zijn of niet. Metingen die zowel nauwkeurig als precies zijn, liggen dicht bij elkaar en binnen het doelschot.
Wat is het belang van precisie in de productie?
Precisie is een maat voor de consistentie waarmee onderdelen worden vervaardigd. Hoge precisie betekent dat een fabrikant erop kan vertrouwen dat alle onderdelen binnen een bepaalde batch consistent en vergelijkbaar zullen zijn. Het is een zeer belangrijke maatstaf en doel in de productie om een consistente, hoogwaardige output te garanderen.
Wat is toleranties?
Tolerantie is de toegestane afwijking van het ontwerp tijdens het productieproces, waarbij het onderdeel nog steeds acceptabel wordt beschouwd. Elk productieproces of machine zal een bepaalde mate van variatie produceren, omdat niets perfect is. De toegestane afwijkingen van het ontwerp worden meestal gegeven als een maximale bereik, bijvoorbeeld een tolerantie van 0 +/- 1 mm betekent dat een afwijking van minder dan 1 mm voor elke meting nog steeds acceptabele resultaten oplevert.
In de productontwerpfase is het cruciaal om toleranties vast te stellen die het product nog steeds correct laten functioneren, zelfs als een kritische onderdeelmaat op de maximale (of minimale) waarde voor de tolerantie ligt. Tegelijkertijd moet de tolerantie rekening houden met het geplande proces en de economische last van een tolerantie die strakker is dan nodig. In wezen bieden toleranties een fabrikant richtlijnen over het acceptabele bereik van resultaten voor een onderdeelmaat.
Hoe werkt tolerantie?
Toleranties maken deel uit van het productieproces omdat geen enkel gereedschap, machine of materiaal perfect is. Zelfs de best gemaakte machine met ideale kalibratie is onderhevig aan variaties die leiden tot afwijkingen van het beoogde ontwerp. Deze mogelijke afwijkingen moeten worden meegenomen in de ontwerpfase om de kwaliteit van het product acceptabel te houden.
Toleranties worden gebruikt als uiterlijke grenzen voor acceptabele afmetingen van een onderdeel. Fabrikanten gebruiken een reeks procescapaciteitsvolg- en analysetools om ervoor te zorgen dat de geproduceerde producten binnen de door de tekening vastgestelde toleranties blijven.
Wat is het gebruik van tolerantie?
Toleranties bepalen hoeveel variatie acceptabel is voor een gegeven maat op een bepaald onderdeel. Het is een essentiële maatstaf om te overwegen bij het ontwerpen en produceren van een product, om te zorgen dat het onderdeel met acceptabele kwaliteit wordt vervaardigd.
Hoe meet je tolerantie?
Toleranties worden vastgesteld tijdens de ontwerpfase als de maximale toegestane afwijking van de gespecificeerde geometrieën in het ontwerp. Als zodanig worden ze meestal niet gemeten. Om te verifiëren of een productieproces aan de vereiste toleranties kan voldoen, kan de volgende procedure worden gevolgd:
Er wordt een batch van nominale identieke testonderdelen geproduceerd.
De afmetingen van deze onderdelen worden vervolgens gemeten.
De afwijkingen van de onderdelen ten opzichte van het ontwerp worden gecontroleerd om te verifiëren of ze binnen de tolerantiebereik vallen.
In het geval dat sommige onderdelen buiten de specificaties vallen, kunnen de toleranties worden aangepast of kan het productieproces worden verbeterd.
Wat is het belang van toleranties in de productie?
Toleranties zijn belangrijk in de productie om de grenzen vast te stellen waarbinnen onderdelen nog acceptabel worden beschouwd, zelfs wanneer de onvermijdelijke variaties tijdens de productie optreden. Acceptabele tolerantiebereiken moeten worden gespecificeerd als onderdeel van het ontwerpproces. Deze toleranties beschrijven de maximale afwijking waarbij het onderdeel nog acceptabel zou zijn. Tijdens de productie moeten deze gespecificeerde tolerantiebereiken worden meegenomen. Alleen productieprocessen en machines die in staat zijn onderdelen te produceren op het niveau van precisie en op de doelwaarde die door de vastgestelde toleranties wordt vereist, mogen worden gebruikt.
Welke factoren beïnvloeden precisie en toleranties in het productieproces?
Precisie en toleranties binnen het productieproces worden beïnvloed door verschillende factoren, waaronder:
1. Materiaal eigenschappen
Materiaal eigenschappen zoals hardheid, thermische uitzettingscoëfficiënt en treksterkte beïnvloeden hoe materialen zich gedragen tijdens het bewerken. Variatie in mechanische of fysieke eigenschappen maakt het moeilijker om consistente resultaten te behalen uit een productieproces, wat zowel de precisie als de nauwkeurigheid negatief kan beïnvloeden. Bijvoorbeeld, als het ruwe materiaal harder is dan verwacht, heeft de gekozen pers mogelijk niet genoeg kracht om het nauwkeurig te vormen volgens de beoogde afmetingen. Daarom moeten ruwe materialen ook voldoen aan specificaties met toleranties. Een ruwe materiaal kan worden gespecificeerd met een toegestane hardheidsrange om variabiliteit in procesresultaten te voorkomen.
2. Omgevingsomstandigheden
Omgevingsomstandigheden, met name temperatuur en vochtigheid, kunnen een rol spelen bij het bepalen van tolerantieniveaus en in de werkelijke precisie van een productieproces. Temperatuurschommelingen laten materialen uitzetten en krimpen, en vochtigheid kan ook de materiaaleigenschappen beïnvloeden. Het handhaven van consistente omgevingsomstandigheden kan helpen de consistentie tussen onderdelen te verbeteren. Dit verbetert de algehele precisie, wat helpt bij het voldoen aan de vastgestelde toleranties.
3. Ontwerpoverwegingen
Het ontwerp van een onderdeel beïnvloedt hoe gemakkelijk of moeilijk het is om te bewerken of te produceren. De keuze van materiaal, de dikte ervan en de gebruikte productieprocessen spelen allemaal een grote rol in hoe consistent onderdelen kunnen worden geproduceerd. Toleranties mogen nooit strakker worden ingesteld dan nodig is voor de juiste passing en werking van het onderdeel. Als een proces onderdelen produceert die buiten de toleranties vallen, kan de oorspronkelijke toleranties worden herzien om te zien of ze kunnen worden versoepeld om het huidige proces te accommoderen. Een andere mogelijkheid is het herontwerpen van het onderdeel om het gemakkelijker te maken om de vereiste afmetingen te halen. Als geen van deze opties mogelijk is, kan het nodig zijn om processen te wijzigen of meer capabele machines te gebruiken om aan de eisen te voldoen.
4. Supply Chain factoren
De belangrijkste factor in de toeleveringsketen die de precisie en toleranties beïnvloedt, is de kwaliteit van het materiaal. De kwaliteit van het materiaal dat in het productieproces wordt gebruikt, heeft een directe invloed op de kwaliteit van het vervaardigde onderdeel. Variaties in de eigenschappen van de grondstoffen kunnen de manier beïnvloeden waarop het materiaal zich gedraagt tijdens het fabricageproces, wat leidt tot variaties die de algehele productieprecisie verlagen.
5. Fixtuur en werkhouder
Hoe een onderdeel wordt gefixeerd of vastgehouden tijdens het bewerkingsproces, speelt een cruciale rol bij het behouden van de precisie en nauwkeurigheid van het onderdeel en het voldoen aan de vastgestelde toleranties. Werkstukken moeten consequent in de juiste oriëntatie en positie worden gehouden om reproduceerbare resultaten te behalen. Elke afwijking in de positie van het onderdeel tijdens het bewerkingsproces kan leiden tot dimensionale variatie in het uiteindelijke onderdeel. Evenzo, als werkstukken niet stevig genoeg worden vastgezet, zullen trillingen of verschuivingen resulteren in onnauwkeurige onderdelen, wat het moeilijk maakt om hoge precisie en strakke toleranties te bereiken.
6. Machinecapaciteiten en kalibratie
Machines produceren inherent willekeurige fouten tijdens het bewerken van een werkstuk, omdat geen enkele machine altijd perfect consistent kan functioneren. Deze willekeurige fouten leiden tot afwijkingen in de vervaardigde onderdelen. Machines van hogere kwaliteit produceren doorgaans meer consistente resultaten, met minder afwijkingen, wat de algehele productieprecisie verbetert. Kalibratie kan helpen om afwijkingen tussen onderdelen te minimaliseren, maar wordt vooral gebruikt om de nauwkeurigheid te vergroten, wat kan helpen bij het behalen van strakke toleranties.
7. Operatorvaardigheden en Training
Operatorvaardigheden en training spelen een cruciale rol bij het handhaven van hoge precisie en het voldoen aan strakke toleranties in de productie. Bij handmatige productieprocessen controleert de operator rechtstreeks de uitkomst van het proces. Hoogopgeleide operators hebben meer kans op het behalen van consistente resultaten, wat de precisie verhoogt. Training kan hun vaardigheden en vertrouwdheid met specifieke machines en processen verder verbeteren.
8. Processtabiliteit en Variantievermindering
Processtabiliteit en variantievermindering verwijzen naar methoden om de consistentie van de uitkomsten van productieprocessen te verbeteren. Door variabiliteit te verminderen, wordt de consistentie van de geproduceerde onderdelen verhoogd, wat op zijn beurt de precisie verbetert. Er bestaan veel methoden om de productstabiliteit te vergroten, zoals het gebruik van feed-forward controllers, die afwijkingen in een onderdeel compenseren, feedbackcontrole, waarbij afwijkingen in een onderdeel worden aangepast in volgende onderdelen, of het verminderen van variaties in inputs van het productieproces.
9. Kwaliteitscontrole en Inspectietechnieken
Kwaliteitscontrole en inspectietechnieken spelen een essentiële rol bij het handhaven van hoge precisieniveaus. Door consequent hoge kwaliteitscontrole-standaarden te handhaven, kunnen potentiële defecten of onaanvaardbare afwijkingen worden opgespoord, en kan het proces snel worden aangepast om het maken van meer buiten toleranties vallende onderdelen te voorkomen. Statistische procescontroleprocedures en -hulpmiddelen kunnen worden gebruikt om de kwaliteit van het productieproces te monitoren, en geïnformeerde aanpassingen te maken om hoge precisieniveaus te behouden.
Voor meer informatie, zie onze volledige gids over Kwaliteitscontrole.
10. Gereedschap en Snijparameters
Gereedschap en snijparameters kunnen de precisie aanzienlijk beïnvloeden als ze verkeerd worden gekozen. Parameters zoals voersnelheden, snijdiepte en gereedschapsgeometrie hebben allemaal optimale werkingsbereiken voor een bepaald proces. Het gebruik van snijgereedschap of gereedschap buiten deze optimale bereiken kan leiden tot inferieure kwaliteit van het onderdeel en significante variatie tussen onderdelen, wat de precisie en het vermogen om vastgestelde toleranties te halen, beïnvloedt.
Voor meer informatie, zie onze gids over Gereedschap en Snijparameters.
Wat zijn de beste praktijken voor materiaalhandling om consistente precisie te waarborgen en strakke toleranties in productie te halen?
Het toepassen van gevestigde best practices voor materiaalhandling is cruciaal om consistente precisie te garanderen en strakke toleranties in een massaproductieomgeving te halen.
Dit begint met kwaliteitscontrole van materialen, een manier om te verifiëren dat alle materialen voldoen aan de vereiste normen en specificaties voordat ze de productielijn betreden. Correcte opslag is ook belangrijk. Het is essentieel om materialen te beschermen tegen milieuschade, contaminatie en vervorming, met speciale aandacht voor het beheersen van temperatuur en vochtigheid voor gevoelige materialen. Even belangrijk is het trainen van personeel in juiste materiaalhandlingtechnieken om schade te voorkomen en potentiële problemen vroegtijdig te identificeren. Regelmatige kalibratie van meetinstrumenten en apparatuur die in de productie worden gebruikt, zorgt ook voor voortdurende precisie. Het volgen van deze best practices kan aanzienlijk bijdragen aan het bereiken en behouden van de hoge precisieniveaus en strakke toleranties die vereist zijn in moderne productieprocessen.
Wat zijn de veelvoorkomende uitdagingen bij het bereiken van precisie en het voldoen aan toleranties in de productie?
Er zijn verschillende uitdagingen bij het behalen van hoge precisie en het voldoen aan strakke toleranties in de productie, waaronder:
Variabiliteit in de kwaliteit en eigenschappen van de grondstoffen kan de precisie en nauwkeurigheid schaden. Het vinden van leveranciers die materialen van consistente kwaliteit kunnen leveren, kan een uitdaging zijn.
Productiemachines vereisen kalibratie om op optimale niveaus te werken. Kalibratie kost echter downtime, wat leidt tot lagere productiviteitsniveaus. Het vinden van de balans tussen prioriteit geven aan precisie en productiviteit kan moeilijk zijn.
Het hoog houden van precisie om strakke toleranties te halen, vereist vaak investeren in hoogwaardige machines, operatortraining en automatiseringstools. De kosten kunnen gemakkelijk uit de hand lopen in de zoektocht naar deze twee metrics.
Sommige onderdeelontwerpen vereisen bewerkingen die moeilijk op een consequent hoog kwaliteitsniveau kunnen worden uitgevoerd. Soms is er geen praktische oplossing voor dit probleem, en lijdt de precisie daaronder.
Wat is het verschil tussen nauwkeurigheid en toleranties?
Nauwkeurigheid is een maat voor hoe dicht een gegeven afmeting bij de bedoelde afmeting ligt. In de context van productie zou dit betekenen hoe dicht de afmetingen van een vervaardigd onderdeel bij de ontwerp specificatie liggen.
Toleranties in de productie verwijzen naar de toegestane afwijking in metingen van een ontworpen onderdeel tot een vervaardigd onderdeel. Toleranties die in een ontwerp worden gespecificeerd, verwijzen naar de hoeveelheid afwijking die nog steeds resulteert in een acceptabel onderdeel.
Wat is het verschil tussen precisie en toleranties?
Precisie in de context van productie is een maat voor de consistentie waarmee een onderdeel nauwkeurig kan worden vervaardigd.
Tolerantie in de productie verwijst naar de toegestane afwijking in metingen van een ontworpen onderdeel tot een vervaardigd onderdeel. Toleranties die in een ontwerp worden gespecificeerd, verwijzen naar de hoeveelheid afwijking die nog steeds resulteert in een acceptabel onderdeel.
Niveau's van precisie bepalen of toleranties kunnen worden gehaald. Lage productienauwkeurigheid kan leiden tot een groot aantal onderdelen dat buiten de specificaties valt. Het precisieniveau van het productieproces moet worden overwogen tijdens de ontwerpfase bij het instellen van toleranties. Als toleranties niet kunnen worden gehaald met een bepaald productieproces, kunnen de toleranties worden verruimd, moet het onderdeel mogelijk worden herontworpen, of moeten hogere kwaliteit productieprocessen en machines worden overwogen.
XTJ is een toonaangevende OEM-fabrikant die zich inzet voor het bieden van one-stop productieoplossingen van prototype tot productie. We zijn trots op ons ISO 9001 gecertificeerde systeem voor kwaliteitsbeheer en vastbesloten om waarde te creëren in elke klantrelatie. Dat doen we door samenwerking, innovatie, procesverbeteringen en uitzonderlijk vakmanschap.
