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探究机床精度及计算方法

2012年06月13日 11:41中国机床商务网点击:9231

        在一份数控机床的促销文章上,机床A的“定位精度”标为0.004mm,而在另一生产商的样本上,同类机床B的“定位精度”标为0.006mm。从这些数据,你会很自然地以为机床A比机床B的精度要高。然而,事实上很有可能机床B比机床A的精度要高,题目就在于机床A和B的精度分别是如何定义的。

        所以,当我们谈到数控机床的“精度”时,务必要弄清标准、指标的定义及计算方法。

1 精度定义

        一般说来,精度是指机床将刀尖点定位至程序目标点的能力。然而,丈量这种定位能力的办法很多,更为重要的是,不同的国家有不同的规定。

        日本机床生产商标定“精度”时,通常采用JISB6201或JISB6336或JISB6338标准。JISB6201一般用于通用机床和普通数控机床,JISB6336一般用于加工中心,JISB6338则一般用于立式加工中心。上述三种标准在定义位置精度时基本相同,文中仅以JIS B6336作为例子,由于一方面该标准较新,另一方面相对于其它两种标准来说,它要稍稍精确一些。

        欧洲机床生产商,特别是德国厂家,一般采用VDI/DGQ3441标准。

        美国机床生产商通常采用NMTBA(National Machine Tool Builder's Assn)标准(该标准源于美国机床制造协会的一项研究,颁布于1968年,后经修改)。

        上面所提到的这些标准,都与ISO标准相关联。

        当标定一台数控机床的精度时,非常有必要将其采用的标准一同标注出来。同样一台机床,因采用不同标准会显示出不同的数据(采用JIS标准,其数据比用美国的NMTBA标准或德国VDI标准明显偏小)。

2 同样的指标,不同的含义

        经常轻易混淆的是:同样的指标名在不同的精度标准中代表不同的意义,不同的指标名却具有相同的含义。上述4种标准,除JIS标准之外,皆是在机床数控轴上对多目标点进行多回合丈量之后,通过数学统计计算出来的,其关键不同点在于:(1)目标点的数目;(2)丈量回合数;(3)从单向还是双向接近目标点(此点尤为重要);(4)精度指标及其它指标的计算方法。

        这是4种标准的关键区别点描述,正如人们所期待的,总有一天,所有机床生产商都同一遵循ISO标准。因此,这里选择ISO标准作为基准。附表中对4种标准进行了比较,本文仅涉及线性精度,由于旋转精度的计算原理与之基本一致。

3 ISO标准

        在所有现行的精度丈量过程中,沿轴向分布的各个目标点上都假设存在一条正态分布曲线(图1)。由于是多回合的丈量过程,因此对应于每个目标点来说,都存在一个实际测定点系列分布,通过对这种分布的标准偏差计算(累积,多次S),即可定义该正态曲线。

        一个±3次标准偏差(记做±3s--亦即共6s)可以覆盖无穷个实际点中约99.74%的位置分布情形。而这个发散度即称作重复精度,它是指某一指定目标点处的重复精度。


图1 单向5次丈量时的重复精度及均匀定位偏差 图2 双向丈量时的重复精度及反向误差

        图1中的正态曲线是指从单方向接近目标点的曲线(称为单向),假如从反方向接近目标点(称为双向),将会出现第二条正态分布曲线(图2),两次不同方向时的结果偏差称反向误差。理论上它是由于系统的反向间隙所产生的。很明显,同一机床采用单向检测的数字结果要比双向检测时好看得多。
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