机床验收基础标准精度定义.doc

1 精度定义
通常说来，精度是指机床将刀尖点定位至程序目标点能力。然而，测量这种定位能力措施很多，更为关键是，不一样国家有不一样要求。
日本机床生产商标定“精度”时，通常采取JISB6201或JISB6336或JISB6338标准。JISB6201通常见于通用机床和一般数控机床，JISB6336通常见于加工中心，JISB6338则通常见于立式加工中心。上述三种标准在定义位置精度时基础相同，文中仅以JIS B6336作为例子，因为首先该标准较新，其次相对于其它两种标准来说，它要稍稍正确部分。
欧洲机床生产商，尤其是德国厂家，通常采取VDI/DGQ3441标准。
美国机床生产商通常采取NMTBA(National Machine Tool Builder's Assn)标准(该标准源于美国机床制造协会一项研究，颁布于1968年，后经修改)。
上面所提到这些标准，全部和ISO标准相关联。
当标定一台数控机床精度时，很有必需将其采取标准一同标注出来。一样一台机床，因采取不一样标准会显示出不一样数据(采取JIS标准，其数据比用美国NMTBA标准或德国VDI标准显著偏小)。
2 一样指标，不一样含义
常常轻易混淆是：一样指标名在不一样精度标准中代表不一样意义，不一样指标名却含有相同含义。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测量以后，经过数学统计计算出来，其关键不一样点在于1)目标点数量;(2)测量回合数;(3)从单向还是双向靠近目标点(此点尤为关键);(4)精度指标及其它指标计算方法。
这是4种标准关键区分点描述，正如大家所期待，总有一天，全部机床生产商全部统一遵照ISO标准。所以，这里选择ISO标准作为基准。附表中对4种标准进行了比较，本文仅包含线性精度，因为旋转精度计算原理和之基础一致。
3 ISO标准
在全部现行精度测量过程中，沿轴向分布各个目标点上全部假设存在一条正态分布曲线(图1)。因为是多回合测量过程，所以对应于每个目标点来说，全部存在一个实际测定点系列分布，经过对这种分布标准偏差计算(累积，数次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)能够覆盖无限个实际点中约99.74%位置分布情形。而这个发散度即称作反复精度，它是指某一指定目标点处反复精度。

图1 单向5次测量时反复精度及平均定位偏差
图2 双向测量时反复精度及反向误差
图1中正态曲线是指从单方向靠近目标点曲线(称为单向)，假如从反方向靠近目标点(称为双向)，将会出现第二条正态分布曲线(图2)，两次不一样方向时结果偏差称反向误差。理论上它是因为系统反向间隙所产生。很显著，同一机床采取单向检测数字结果要比双向检测时好看得多。
机床精度标准比较表
指标及其它
ISO标准

VDI标准
NMTBA标准
JIS标准
要求目标点数
每1~2m 5个点，再长则增加
取决于轴长度，但最少不能少于5点
不做定义
取决于长度，每50mm到1000mm一个点，尔后每100mm一个点
目标点靠近次数
单向最少5次
单向每米10次
最少7次
单向1次计量定位精度，7次计量反复精度
单/双向(单向指测量过程中总是从一个方向靠近目标点，双向指从两个方向)
提议双向
提议双向
提议单向
提议双向
定位偏差
实际位置和目标位置之差
沿轴向目标点和对应实际位置点之平均值间最大差值(图6)
和ISO同，但定义为“目标偏差”指标
没有此项指标，因为单向仅一次，双向仅两次靠近目标点
平均定位偏差
某一目标位置处定位偏差代数平均值
和ISO同，但定义为“平均值”
和ISO同，但定义为“平均”
没有此项指标
反向误差
分别从不一样方向靠近目标点时平均定位偏差之差值
同ISO
和ISO同，但定义为“空动”
没有此项指标
标准偏差
s=
[
n
(xij-xj)2)2
]
?
S

i

其中：n=靠近次数
i=某一次靠近
xij第i次定位偏差
xj平均定位偏差

n-1

没有此项指标

定位精度
+3s和-s极限值最大差额(不考虑位置和运动方向)适适用于单向及双向。因为存在反向误差，双向时发散度大，精度值也大

没有“精度”这个指标，但有“定位不确定性”和之含义相同，但计算方法不一样(图4和图5)
和ISO相近，但定义为“精度”
和另外三种精度有很大差异，定位精度为实际位置和对应目标位置差值最大值(图7)
反复精度(单向或双向)
目标点对应发散度最大值(图3)
和ISO相近(图4)
和ISO相近
和另外三种精度有很大差异。它是指目标点对应最大发散度除以2(图8)
为了标定机床定位精度，必需在运动轴向上建立部分目标位置点，然后依据目标位置点对应一系列实际位置点计算±3s分布。假如一条理论正态曲线──或双向时两条──在每个目标点上形成，在经过3s分布以后，全部正态曲线中最上端曲线和最下端曲线之间展宽即ISO230-1标准中所指定位精度(图3)。
轴向反复精度指目标点处一条正态曲线最大展宽(单向)或两条正态曲线(双向)之和最大展宽。一个最简单了解：反复精度大约为定位精度?，但也有例外，而且有时出入还很大。图3中目标点正态曲线旋转了90°，目标是为了愈加直观地表示展宽概念。因为这种分析方法基于最差定位精度情形，而且几乎覆盖100%可能不正确性，所以能够期望用它能很好地评价数控机床实际性能。

图3 单/双向时定位精度及反复精度
4 NMTBA标准
美国NMTBA标准和ISO标准很近似，一个区分就是：NMTBA标准喜爱采取单向测量，而ISO标准提议双向测量；另一区分是：NMTBA标准采取“滑动尺”(如同VDI标准)，这么把精度和轴长度关联起来，而这一点ISO标准并未包含。单从这一点来看，1972年出版NMTBA标准可能有点过时，因为控制系统调整功效，诸如丝杆间隙赔偿等)现在已经能够调整轴向移动中产生误差──不管轴长短，而1988年出版ISO标准则很显然地反应出这一点。一样应该注意是，NMTBA标准在滑动尺这一点上和VDI标准相同。
还有一点区分，那就是NMTBA以正负值反应，而VDI和ISO以绝对值反应实际上绝对值和正值和负值相等(也就是+0.002mm，-0.002mm或±0.002mm=0.004mm)，两种表示方法总来说有相同解释，但技术上来说还是不一样。

图4 VDI标准定位不确定性(P)
5 德国家标准准
德国采取标准VDI/DGQ(Verein Deutscher Ingeieure/Deutsche Gesellschaft fuer Qualitaet)和ISO及NMTBA标准基础相近，或更正确地说，ISO标准和VDI及NMTBA标准相近。因为后二者在前者之前问世而且很显著地被前者用做基础。尽管计算方法及指标有区分，但关键计算结果，即定位精度和反复精度在三种标准中相近。
德国VDI方法是文中所提及多种方法中最复杂一个，该标准中部分指标，若不做仔细分析，则极难搞清楚。指标“定位精度”不象在ISO标准中只有单一数字表示，而是分成四个部分：定位不确定性(P)，定位发散度(Ps)，反向误差(U)和定位偏差(Pa)。
和ISO标准中定位精度最相近是VDI中定位不确定性(P)，尽管这两项指标计算过程不大一样，但最终止果却极为近似：全部是计算沿轴向正态曲线最大展宽(图4)区分仅在于正态分布曲线计算方法。VDI标准将双向测量两根正态曲线合并为一体，定义为定位发散度(Ps)它是经过首先取平均值，然后进行六次平均标准差(即6s，图5)而得出，然后将反向误差(U)除以2，每二分之一加至平均正态曲线(即定位发散度)一端(图4中“U/2”)。
指标“定位偏差”在VDI中描述和ISO标准中同名指标不一样，在ISO标准中它是指目标点和实际点之差(图1)，在VDI标准中是指沿轴向各个目标点对应一系列实际位置点平均值最大差额(图6)。

图5 正反向正态曲线合并及定位发散度(Ps)
图6 定位偏差(Pa)
轴向反复精度和ISO标准中定义很相同，它是由目标点对应最大定位发散度加上反向误差而得到(图4)。
6 JIS标准
日本工业标准JIS远比前述任一精度标准简单，自然也远不如前述任一精度标准正确。JIS B6336仅要求一次往返目标点检测(双向)目标点和其对应实际点列之间最大定位偏差即为定位精度(图7)JIS B6336根本不考虑ISO、VDI和NMTBA中利用±3s分布。
用这种方法计量出数控机床精度结果给人感觉是不管比ISO标准还是NMTBA标准计量全部要高，数值百分比为1:2。JIS标准反复精度是指目标点处最大分散度。这种经过7次双向测量得出最大分散度除以2，然后冠以“±”值，即表示出反复精度(图8)。

图7定位精度即最大定位偏差
图8 反复精度为最大分散度除2后取“±”值