扫肓帖:精度与精度是不一样的!
luyued 发布于 2011-03-08 08:52 浏览 N 次
小金按:刚才正好有客户问到精度标准问题,联强的加工中心精度标准用的是德国VDI的标准,问我相当于国标的多少,我也很茫然,特地在网上学习了一下,现转给大家,希望有所帮助,也许是我学识浅,大家别见笑。
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。
轴向重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)之和的最大展宽。一个最简单的理解:重复精度大约为定位精度的 1/2 ,但也有例外,并且有时出进还很大。图3中目标点的正态曲线旋转了90°,目的是为了更加直观地表达展宽的概念。由于这种分析方法基于最差的定位精度情形,并且几乎覆盖100%的可能的不正确性,因此可以期看用它能较好地评价数控机床的实际性能。
美国的NMTBA标准与ISO标准非常近似,一个区别就是:NMTBA标准喜欢采用单向丈量,而ISO标准建议双向丈量;另一区别是:NMTBA标准采用“滑动尺”(如同VDI标准),这样把精度与轴的长度关联起来,而这一点ISO标准并未涉及。单从这一点来看,1972年出版的NMTBA标准也许有点过期,由于控制系统调节功能,诸如丝杆间隙补偿等)现在已经能够调整轴向移动中产生的误差──不论轴的是非,而1988年出版的ISO标准则很显然地反映出这一点。同样应该留意的是,NMTBA标准在滑动尺这一点上与VDI标准相似。
还有一点区别,那就是NMTBA以正负值反映,而VDI和ISO以尽对值反映,实际上尽对值与正值和负值相等(也就是+0.002mm,-0.002mm或±0.002mm=0.004mm),两种表达方式总的来说有相同的解释,但技术上来说还是不一样的。
5 德国标准
德国采用的标准VDI/DGQ(Verein Deutscher Ingeieure/Deutsche Gesellschaft fuer Qualitaet)与ISO及NMTBA标准基本相近,或者更正确地说,ISO标准与VDI及NMTBA标准相近。由于后二者在前者之前问世并且很明显地被前者用做基础。尽管计算方法及指标有区别,但关键计算结果,即定位精度和重复精度在三种标准中相近。
德国VDI方法是文中所提及各种方法中最复杂的一种,该标准中的一些指标,若不做仔细分析,则很难搞清楚。指标“定位精度”不象在ISO标准中只有单一数字表达,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)。
与ISO标准中的定位精度最相近的是VDI中的定位不确定性(P),尽管这两项指标的计算过程不大一样,但终极结果却极为近似:都是计算沿轴向的正态曲线的最大展宽(图4)区别仅在于正态分布曲线的计算方法。VDI标准将双向丈量的两根正态曲线合并为一体,定义为定位发散度(Ps)它是通过首先取均匀值,然后进行六次均匀标准差(即6s,图5)而得出的,然后将反向误差(U)除以2,每一半加至均匀正态曲线(即定位发散度)的一端(图4中的“U/2”)。
6 JIS标准
日本产业标准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)目标点与其对应实际点列之间的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中运用的±3s分布。
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
机床精度标准比较表
轴向重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)之和的最大展宽。一个最简单的理解:重复精度大约为定位精度的 1/2 ,但也有例外,并且有时出进还很大。图3中目标点的正态曲线旋转了90°,目的是为了更加直观地表达展宽的概念。由于这种分析方法基于最差的定位精度情形,并且几乎覆盖100%的可能的不正确性,因此可以期看用它能较好地评价数控机床的实际性能。
图3 单/双向时的定位精度及重复精度
美国的NMTBA标准与ISO标准非常近似,一个区别就是:NMTBA标准喜欢采用单向丈量,而ISO标准建议双向丈量;另一区别是:NMTBA标准采用“滑动尺”(如同VDI标准),这样把精度与轴的长度关联起来,而这一点ISO标准并未涉及。单从这一点来看,1972年出版的NMTBA标准也许有点过期,由于控制系统调节功能,诸如丝杆间隙补偿等)现在已经能够调整轴向移动中产生的误差──不论轴的是非,而1988年出版的ISO标准则很显然地反映出这一点。同样应该留意的是,NMTBA标准在滑动尺这一点上与VDI标准相似。
还有一点区别,那就是NMTBA以正负值反映,而VDI和ISO以尽对值反映,实际上尽对值与正值和负值相等(也就是+0.002mm,-0.002mm或±0.002mm=0.004mm),两种表达方式总的来说有相同的解释,但技术上来说还是不一样的。
5 德国标准
德国采用的标准VDI/DGQ(Verein Deutscher Ingeieure/Deutsche Gesellschaft fuer Qualitaet)与ISO及NMTBA标准基本相近,或者更正确地说,ISO标准与VDI及NMTBA标准相近。由于后二者在前者之前问世并且很明显地被前者用做基础。尽管计算方法及指标有区别,但关键计算结果,即定位精度和重复精度在三种标准中相近。
德国VDI方法是文中所提及各种方法中最复杂的一种,该标准中的一些指标,若不做仔细分析,则很难搞清楚。指标“定位精度”不象在ISO标准中只有单一数字表达,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)。
与ISO标准中的定位精度最相近的是VDI中的定位不确定性(P),尽管这两项指标的计算过程不大一样,但终极结果却极为近似:都是计算沿轴向的正态曲线的最大展宽(图4)区别仅在于正态分布曲线的计算方法。VDI标准将双向丈量的两根正态曲线合并为一体,定义为定位发散度(Ps)它是通过首先取均匀值,然后进行六次均匀标准差(即6s,图5)而得出的,然后将反向误差(U)除以2,每一半加至均匀正态曲线(即定位发散度)的一端(图4中的“U/2”)。
图4 VDI标准的定位不确定性(P)
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)
6 JIS标准
日本产业标准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)目标点与其对应实际点列之间的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中运用的±3s分布。
图7定位精度即最大定位偏差
图8 重复精度为最大分散度除2后取“±”值
买机床您可以找小金,小金的报价不一定是市场最低价,但小金的态度一定是最诚恳的。
公司网站:www.jiyunmachine.cn
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