數(shù)控機(jī)床位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的探討

王志鑫 劉志強(qiáng)

【摘要】我國(guó)針對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床，在制造和驗(yàn)收會(huì)嚴(yán)格按照《GBIO9 3-89數(shù)字控制機(jī)床位置精度的評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)，但是在其它國(guó)家對(duì)位置精度有不同的定義和計(jì)算方法，本文探討了幾種常見的數(shù)控機(jī)床位置精確評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；位置精度；評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；探討

引言

近年來，進(jìn)口數(shù)控機(jī)床的數(shù)量呈現(xiàn)直線上升趨勢(shì)，不少企業(yè)為了追求“世界技術(shù)化”潮流，各大企業(yè)都從國(guó)外進(jìn)口數(shù)控機(jī)床，情況不容樂觀的是，在眾多的進(jìn)口數(shù)控機(jī)床中，超過半數(shù)的數(shù)控機(jī)床的位置精度都不符合標(biāo)準(zhǔn)，筆者經(jīng)過實(shí)地調(diào)查和咨詢發(fā)現(xiàn)，不少企業(yè)無(wú)論在購(gòu)買國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床，還是進(jìn)口國(guó)外數(shù)控機(jī)床時(shí)，對(duì)位置精度這一概念和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)了解甚少，在選擇數(shù)控機(jī)床時(shí)有較大的盲目性和跟風(fēng)性，這樣對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)有害無(wú)利。鑒于此，有必要基于不同國(guó)家制定出來的不同位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)展開一定綜合性的研究，以提高數(shù)控機(jī)床的工作效率。

一、位置精度的定義以及相關(guān)術(shù)語(yǔ)

1.位置精度的定義 在百度詞條上，將位置精度定義為“空間點(diǎn)位獲取坐標(biāo)值與其真實(shí)坐標(biāo)值的符合程度”。但是，這樣的介紹太籠統(tǒng)，讀者讀完肯定對(duì)其內(nèi)容不明所以。浙江商檢局盧振球前輩在《數(shù)控機(jī)床位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及討論》一問中明確將數(shù)控機(jī)床的位置精度，又稱之為“定位精度”，是指主軸箱、工作臺(tái)等數(shù)控機(jī)床主要的執(zhí)行件通過運(yùn)到到程序自身事先設(shè)定好的目標(biāo)的能力程度，這一檢測(cè)數(shù)值可以較為準(zhǔn)確的評(píng)估數(shù)控機(jī)床的工作性能。德國(guó)相關(guān)領(lǐng)域曾經(jīng)在VDI/DGQ3441《機(jī)床工作精度和位置精度的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理》中對(duì)位置精度定義做出如下補(bǔ)充：“位置精度是一切有定位裝置的機(jī)床，尤其是數(shù)控機(jī)床的重要特征”。

2.位置精度的相關(guān)術(shù)語(yǔ) 以下術(shù)語(yǔ)在相同的情況下會(huì)出現(xiàn)不同的稱呼，但是，其內(nèi)容大同小異，并不影響操作人員的操作和檢測(cè)，認(rèn)識(shí)一些位置精度的相關(guān)術(shù)語(yǔ)可以幫助我們更好的進(jìn)行對(duì)位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的研究：目標(biāo)位置，是指運(yùn)動(dòng)部件預(yù)定設(shè)置要達(dá)到的位置，通常用大寫P來表示，加下標(biāo)小寫字母則表示按照所選定的不同目標(biāo)位置中的某一特定目標(biāo)位置；另一個(gè)是實(shí)際位置，同樣也是用大寫P來表示，在下角也標(biāo)有小寫字母，不同的是標(biāo)記了兩個(gè)，比方標(biāo)記了小寫ij那么表示運(yùn)動(dòng)部件第i次向第j個(gè)目標(biāo)位置趨近時(shí)，實(shí)際達(dá)到的位置；位置偏差用大寫X來表示，計(jì)算公式一般是用實(shí)際位置的數(shù)值減去目標(biāo)位置的數(shù)值；最后一個(gè)是單向趨近和雙向趨近，和數(shù)學(xué)上的概念相似，是以同一方向上的目標(biāo)位置為參照物。

二、有關(guān)數(shù)控機(jī)床位置精度不同評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的探討

1.ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的跨國(guó)界交易，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織早在1998年就針對(duì)數(shù)控機(jī)床位置精度制定了相關(guān)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但是就目前實(shí)際情況來看，ISO國(guó)際數(shù)控機(jī)床位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)并沒有被各個(gè)國(guó)家接受，因?yàn)檫@些國(guó)家始終堅(jiān)持自己國(guó)家推行的數(shù)控機(jī)床位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但是我們不能排擠此標(biāo)準(zhǔn)的地位。在對(duì)數(shù)控機(jī)床位置精度進(jìn)行評(píng)定時(shí)，必然需要沿著同個(gè)方向或者是繞著某個(gè)坐標(biāo)軸以目標(biāo)位置為參照點(diǎn)，假設(shè)存在一條正太分布的曲線，在多次的測(cè)量下，在目標(biāo)位置附近就會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測(cè)定點(diǎn)的分布。通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，就能求出相應(yīng)的正態(tài)曲線。在ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，其中包含因子為2，在這個(gè)包含因子下，無(wú)限個(gè)點(diǎn)的分布情況又可以求發(fā)散度。

在ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有以下這么幾種重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)：一是平均位置偏差，其中包括正向、負(fù)向以及雙向，它是指某一位置處定位偏差的代數(shù)平均值；二是反向差值，是指從不同方向或者是繞著不同坐標(biāo)軸接近目標(biāo)位置時(shí)的平均定位偏差的差值，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)差值，在評(píng)價(jià)時(shí)候要用最大反向差值作為依據(jù)；三是表示+2σ與-2σ極限值的最大差值的定位精度，和平均位置偏差相同也分為正向、負(fù)向以及雙向；四是重復(fù)精度，也分為正向、負(fù)向以及雙向，都是取正態(tài)曲線的最大展度。

2.德國(guó)VDI/DGQ3441《機(jī)床工作精度和位置精度的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理》 該標(biāo)準(zhǔn)早在1977年3月份被德國(guó)工程師協(xié)會(huì)和聯(lián)合學(xué)會(huì)一起制定的技術(shù)規(guī)范，其中有定位裝置的機(jī)床，尤其是數(shù)控機(jī)床的位置精度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大篇幅的介紹，該標(biāo)準(zhǔn)也是被歐洲數(shù)控機(jī)床行業(yè)普遍認(rèn)同的，而且由于目前我國(guó)進(jìn)口歐洲的數(shù)控機(jī)床的數(shù)量較大，因此認(rèn)識(shí)此技術(shù)規(guī)范對(duì)數(shù)控機(jī)床位置精度的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定十分重要。該標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)：位置不可靠性，常用大寫字母P來表示，表示的是總偏差，是由反向量差、位置偏差以及位置分散幅度來共同表示的，位置偏差和反向量差都是系統(tǒng)誤差。筆者關(guān)于具體計(jì)算這三個(gè)參數(shù)，提出了以下指導(dǎo)：分別要求平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；然后，中間計(jì)算結(jié)果；最后，計(jì)算位置偏差、最大位置分散幅度、最大反向量差以及位置的不可靠性四個(gè)評(píng)定參數(shù)。

3.美國(guó)NMTBA《數(shù)控機(jī)床精度和重復(fù)定位精度的定義和評(píng)定》 此技術(shù)規(guī)范是目前稱為美國(guó)制造技術(shù)協(xié)會(huì)（原名為美國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)）提出的，首次推行于1968年，后來經(jīng)過1972年修訂至今保持一樣。美國(guó)NMTBA《數(shù)控機(jī)床精度和重復(fù)定位精度的定義和評(píng)定》在評(píng)定數(shù)控機(jī)床的位置精度時(shí)，采取定位精度（即是精度）、失動(dòng)量以及重復(fù)定位精度三項(xiàng)參數(shù)來做出評(píng)定的。精度值一般用大寫字母A來表示，加下角標(biāo)字母表示的是單向或者是雙向接近任意點(diǎn)的精度值，比如Ab、Aa；而重復(fù)定位精度需要以下公式計(jì)算：所有檢驗(yàn)值之和除以（檢驗(yàn)次數(shù)-1）得到的數(shù)值在減去所有檢驗(yàn)值的平方除以（檢驗(yàn)次數(shù)-1），得到的差值開方，最后再乘以數(shù)字3，一般情況下，檢驗(yàn)次數(shù)都是七次；另外，關(guān)于其中的失動(dòng)量，實(shí)質(zhì)就是VDI/DGQ3441《機(jī)床工作精度和位置精度的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理》反向量差。

結(jié)語(yǔ)

由于篇幅有限，筆者只能淺要的闡述ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)VDI/DGQ3441《機(jī)床工作精度和位置精度的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理》以及美國(guó)NMTBA《數(shù)控機(jī)床精度和重復(fù)定位精度的定義和評(píng)定》三種常見評(píng)定數(shù)控機(jī)床位置精度的標(biāo)準(zhǔn)，需要注意的是，還有中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G1B0 931一8 9《數(shù)字控制機(jī)床位置精度的評(píng)定方法》、日本JISB 6330《數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)方法通則》等等，每種評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，不能斷言那一種優(yōu)劣好壞，而是要根據(jù)相應(yīng)的情況進(jìn)行綜合評(píng)判和應(yīng)用，從而讓各種標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮其重要的價(jià)值和作用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡有杰.數(shù)控機(jī)床位置精度評(píng)定方法對(duì)比與分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2012，01：122-124.

基金項(xiàng)目

沈陽(yáng)市2015年科技計(jì)劃項(xiàng)目資助（F15-004-2-00）