劉利海 林新星 唐睿琳

【摘要】本文機(jī)床檢測的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了具體的介紹，其中包括ISO標(biāo)準(zhǔn)，美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)，VDI3441標(biāo)準(zhǔn)和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，具體分別介紹了這幾種驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)原則以及優(yōu)劣性，以及使用用途。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；位置精度；標(biāo)準(zhǔn)；評價(jià)原則

1、概述

機(jī)床的位置精度是指機(jī)床各坐標(biāo)軸在數(shù)控裝置控制下運(yùn)動部件所能達(dá)到的目標(biāo)位置的準(zhǔn)確程度。各運(yùn)動部件在程序指令的控制下所能達(dá)到的精度直接影響了加工零件的精度。因此精確評定位置精度顯得尤為重要，然而評定這種精度的方法很多，但是目前行業(yè)中評定這種精度常用ISO標(biāo)準(zhǔn)，美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)，VDI3441標(biāo)準(zhǔn)和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)這四種評定方法。但是這四種方法的評價(jià)各有什么特點(diǎn)以及區(qū)別在什么地方，在什么情況下應(yīng)該采用何種評定方法，我們在下面對這幾種方法分別進(jìn)行介紹。

2、機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

2.1 ISO標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 ISO標(biāo)準(zhǔn)簡介

在所有的機(jī)床位置精度的測量過程中，沿軸向分布的各個目標(biāo)點(diǎn)上都假設(shè)存在一條正太分布的曲線，由于是多回合的測量過程，因此對于每個目標(biāo)點(diǎn)來說，都存在一條實(shí)際測定點(diǎn)系列的分布，通過這種分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算，則可以求出該正態(tài)曲線。在ISO230-2標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)不確定度的包含因子為2，這個包含因子可以包含無限多個點(diǎn)中約94.95%的位置分布情況。而這個發(fā)散度即為某一指定目標(biāo)點(diǎn)的重復(fù)精度。

為了標(biāo)定機(jī)床的定位精度，必須在運(yùn)動軸向上建立一些目標(biāo)位置點(diǎn)，然后根據(jù)目標(biāo)位置點(diǎn)對應(yīng)的一系列實(shí)際位置點(diǎn)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分布情況，所有正態(tài)最上端曲線和最下端曲線的展寬即為定位精度，由于存在反向量差，雙向靠近時發(fā)散度大，精度值也更大。重復(fù)精度是指目標(biāo)點(diǎn)處一條正態(tài)曲線最大展寬。因此這種方法基于最差定位精度的情形，并且包含了所有的可能。

2.1.2 ISO標(biāo)準(zhǔn)中幾個重要的評價(jià)指標(biāo)。

（1）平均位置偏差：指某一位置處定位偏差的代數(shù)平均值，公式如下：

正向：負(fù)向：雙向：

（2）反向差值：指分別從不同方向接近目標(biāo)點(diǎn)時的平均定位偏差的差值，評價(jià)時以最大反向差值做為依據(jù)，公式為：

（3）定位精度：指與極限值的最大差值，公式如下：

正向：

反向：

雙向：

（4）重復(fù)精度：指正態(tài)曲線的最大展寬，大小取決于擴(kuò)展不確定度的覆蓋因子。公式如下：

正向：反向：

雙向：

2.2 德國標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 德國標(biāo)準(zhǔn)簡介

歐洲機(jī)床生產(chǎn)商，特別是德國廠家，一般采用VDI3441標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定位精度由四項(xiàng)指標(biāo)組成：定位不確定度（P），定位發(fā)散度（Ps），反向量差（U）和位置偏差（Pa）。定位不確定度P與國標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)中的定位精度差不多，都是計(jì)算沿軸向正態(tài)曲線的最大展寬，唯一的不同是VDI標(biāo)準(zhǔn)將兩根正態(tài)曲線合為一體，通過先取其平均值，再進(jìn)行六次平均標(biāo)準(zhǔn)差得出，然后將反向量差除以2，每一半加至平均正態(tài)曲線的一端，這條合并的曲線即為發(fā)散度。重復(fù)精度是由目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的最大定位發(fā)散度加上反向誤差而得，但是值得注意的是德國VDI標(biāo)準(zhǔn)的包含因子為3。

2.2.2 德國VDI標(biāo)準(zhǔn)中幾個重要的評價(jià)指標(biāo)。

（1）位置偏差：沿軸向的目標(biāo)點(diǎn)與對應(yīng)的實(shí)際位置點(diǎn)平均值之間的最大差值。公式為：

（2）反向量差：與ISO標(biāo)準(zhǔn)的反向差值一樣。公式為：

（3）定位精度：該項(xiàng)指標(biāo)反向差值參與了運(yùn)算。

公式為：

（4）重復(fù)精度：由于包含因子為3，所以公式為：。

2.3 NMTBA標(biāo)準(zhǔn)

2.3.1 NMTBA標(biāo)準(zhǔn)簡介

美國機(jī)床生產(chǎn)商通常采用NMTBA（National Machine Tool Builder's Assn）標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)源于美國機(jī)床制造協(xié)會的一項(xiàng)研究，頒布于1968年。美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)與ISO標(biāo)準(zhǔn)很相似，但是區(qū)別有兩點(diǎn)：第一，NMTBA標(biāo)準(zhǔn)以正負(fù)值表示，而VDI和ISO標(biāo)準(zhǔn)以絕對值表示，實(shí)際上絕對值與正值和負(fù)值相等，只是技術(shù)上表述不一樣而已。第二，NMTBA標(biāo)準(zhǔn)采用“滑動尺”，這樣精度便把軸的長度聯(lián)系起來了。但是ISO標(biāo)準(zhǔn)與軸的長度無關(guān)。

2.3.2NMTBA標(biāo)準(zhǔn)中幾個常用的評價(jià)指標(biāo)。

（1）定位精度：與ISO相似，但是采用分步，公式為：

正向：

反向：

雙向：

（2）重復(fù)精度：與德國VDI標(biāo)準(zhǔn)相似，分為單向重復(fù)和雙向重復(fù)，公式為：

正向：反向：

雙向：

2.4 JIS標(biāo)準(zhǔn)

2.4.1JIS標(biāo)準(zhǔn)簡介

日本機(jī)床生產(chǎn)商標(biāo)定“精度”時，通常采用JISB6201或JISB6336或JISB6338標(biāo)準(zhǔn)。JISB6201一般用于通用機(jī)床和普通數(shù)控機(jī)床，JISB6336一般用于加工中心，JISB6338則一般用于立式加工中心。上述三種標(biāo)準(zhǔn)在定義位置精度時基本相同，文中僅以JIS B6336作為例子，因?yàn)橐环矫嬖摌?biāo)準(zhǔn)較新，另一方面相對于其它兩種標(biāo)準(zhǔn)來說，它要稍稍精確一些。

日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS6336比前述三種標(biāo)準(zhǔn)都簡單，自然精度也沒有前面三種準(zhǔn)確，JIS僅要求一次雙向測量，目標(biāo)點(diǎn)與其對應(yīng)的實(shí)際點(diǎn)之間的最大位置偏差即為定位精度，重復(fù)精度是指目標(biāo)點(diǎn)的最大分散度。

2.4.2 JIS標(biāo)準(zhǔn)中幾個常用的評價(jià)指標(biāo)

（1）定位精度：實(shí)際位置與對應(yīng)目標(biāo)位置差值的最大值。

（2）重復(fù)精度：在任意一點(diǎn)相同方向重復(fù)定位7次，誤差讀數(shù)以在目標(biāo)點(diǎn)的最大分散度除以2，再加上“±”值。

3、實(shí)例

為了分析以上四種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不同，我們利用雙頻激光對分廠的一臺名為pama的機(jī)床的V軸進(jìn)行多次雙向檢測，并對該測量結(jié)果進(jìn)行評價(jià)分析。結(jié)果如下表所示：

單位：μm

從上述表格的數(shù)據(jù)可以看出：第一，美國NMTBA和日本JIS-B6330只對定位精度和重復(fù)精度做出了評價(jià)，位置偏差和反向差值沒有要求。第二，在對四種標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)精度的評價(jià)中，德國3441和美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)對重復(fù)精度的要求最高，日本重復(fù)精度要求最低。第三，在定位精度的評價(jià)中，德國標(biāo)準(zhǔn)的要求最高，因?yàn)槠浞聪蛄坎顓⑴c了運(yùn)算，日本精度要求最低。第四，在位置偏差和反向差值的計(jì)算中，由于ISO標(biāo)準(zhǔn)和德國3441標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式相似，所以精度計(jì)算出的結(jié)果也相似。

4、結(jié)論

綜上所述，四種標(biāo)準(zhǔn)中，ISO標(biāo)準(zhǔn)和德國標(biāo)準(zhǔn)均比美國NMTBA標(biāo)準(zhǔn)和JIS-B6330標(biāo)準(zhǔn)精度要求高，而且前兩者評價(jià)項(xiàng)目更全面。這是由于國標(biāo)ISO和德國3441采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，處理數(shù)據(jù)科學(xué)合理，從公式可以看出，由于每個偏離平均值的誤差進(jìn)行平方運(yùn)算，減小了帶有偶然性的較大誤差的影響，因此其結(jié)果平均特性好，數(shù)據(jù)可靠。在ISO和德國3441標(biāo)準(zhǔn)中，德國3441標(biāo)準(zhǔn)由于反向差值參與了定位精度的運(yùn)算，即使反向差值影響定位精度，英因此定位精度上德國3441要求比ISO標(biāo)準(zhǔn)高；在重復(fù)精度中由于ISO標(biāo)準(zhǔn)覆蓋因子取2覆蓋了94.45%的位置分布情況，而德國3441標(biāo)準(zhǔn)中覆蓋因子為3，覆蓋了99%的位置分布情況，所以在重復(fù)精度中，德國3441標(biāo)準(zhǔn)比國標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)要求更高。

從上分析可以得出，在四種標(biāo)準(zhǔn)中，德國3441標(biāo)準(zhǔn)是精度要求最高的，ISO標(biāo)準(zhǔn)次之。因此我們在進(jìn)行機(jī)床驗(yàn)收時，建議采用德國3441標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T17421.2-2000 <機(jī)床檢驗(yàn)通則>

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[5]美國機(jī)床制造商協(xié)會NMTBA1977第2版《數(shù)控機(jī)床精度和重復(fù)性的定義及評定方法》