что такое повторяемость станка
Определение точности позиционирования станка: суть процедуры, методы измерений, факторы, влияющие на точность оборудования
При выборе станка и в процессе оценивания технического состояния оборудования с целью определения возможности его дальнейшей эксплуатации требуется проведение комплекса диагностических мероприятий, частью которого является проверка точности позиционирования. Именно от этого показателя зависит, насколько детали, изготовленные с помощью данной машины, будут соответствовать заданным параметрам.
Разрешение позиционирования
Чтобы понять, насколько важен данный фактор, и разобраться в том, что он означает, рекомендуется рассмотреть простой пример.
Для начала следует вспомнить, что из себя представляет всем известная детская игра «Морской бой», но не в современном компьютерном виде, а на обычном листе бумаги в клетку, как изображено на иллюстрации:
Чтобы приступить к сражению, соперники в первую очередь чертят поле установленных стандартов, в пределах которого и будут разыгрываться все дальнейшие события. В классическом варианте игры это площадь 10 × 10 квадратов.
Проведя аналогию со станком, представим рабочую поверхность с размерами 600 × 900 мм. Это такое же поле, как в игре, но со стороной квадрата 1 мм. Станок способен различать эти параметры с большой точностью, включая несколько знаков после запятой.
Внимание! Чем больше знаков после запятой видит машина, тем выше показатель ее точности.
Точность позиционирования станка — что это?
Точность позиционирования станка с числовым программным управлением (ЧПУ) — это показатель позиционной точности, которая достигается путем перемещения каждой оси координат машины под воздействием цифровой системы управления. Другими словами, это точность движения механизма.
Внимание! Точность позиционирования оборудования, управляемого вручную, определяется в основном ошибкой чтения. В отличие от данной особенности, движение машины с ЧПУ задается цифровой системой управления и механической передачей.
Алгоритм работы оборудования с программным управлением выглядит следующим образом:
Внимание! Точность перемещения каждой части машины оказывает прямое влияние на показатель точности каждой изготовленной детали.
Точность позиционирования демонстрирует, насколько значительной может быть ошибка позиционирования по оси и в каком диапазоне может находиться координата, установленная оператором.
Способы определения точности позиционирования
Существует несколько способов определения точности позиционирования:
От чего зависят цифры после запятой?
Количество цифр после запятой, различаемых машиной, зависит от типа двигателя, которым она оборудована:
Что еще влияет на точность позиционирования?
Разрешение позиционирования имеет ограничения в зависимости от настроек и возможностей системы управления. Они обычно установлены таким образом, чтобы исключить вероятность ошибки, и демонстрируют показатель уровня точности ниже, чем значение, которое на самом деле может обеспечить двигатель соответствующего типа.
На точность позиционирования оказывают влияние следующие факторы:
Точность станка зависит:
Внимание! Важное значение при выборе станка для деревообработки имеет качество его рамы и материал, из которого она изготовлена. Некоторые производители экономят на металле и сварочных работах, что впоследствии отражается на точности оборудования. Обычно высота рамы низкого качества не достигает 60 см. Это помогает компенсировать ее небольшую массу и снизить инерцию, возникающую при боковых нагрузках.
Что такое повторяемость на станках с ЧПУ?
Повторяемость — это показатель погрешности, с которой станок прибывает в одну и ту же позицию.
Допустим, система управления подала команду машине переместиться в определенную точку, затем вернуться в исходное положение и вновь отправиться в заданную позицию. Предположим, этот маршрут нужно повторить несколько раз. Машина будет прибывать в указанную точку с разбросом. Это и является повторяемостью.
Внимание! Как правило, у большинства станков показатель повторяемости колеблется в пределах 0,02–0,05 мм. Это значение считается нормой.
Повторяемость и точность изготавливаемых деталей
Повторяемость и точность изготавливаемых деталей — приоритетные параметры при выборе станка. Методы вычисления данных показателей аналогичны алгоритмам определения значений соответствующих характеристик позиционирования. Отличительной чертой является то, что измерению подлежат не положения оси, а параметры готовых изделий.
Значения данных характеристик показывают, насколько оборудование годно к эксплуатации и какого качества изделия можно изготовить с его помощью. Но результаты расчетов во многом зависят от различных факторов, в т. ч. от используемых материалов и режимов резки.
Внимание! Производители указывают в техническом паспорте станка теоретическую точность изготовления деталей. Часто она не соответствует реальному значению. Показатель колеблется в среднем в пределах от 0,05 до 0,2 мм.
Точность обработки — это базовый критерий оценки качества изготавливаемых изделий. Главная задача производителя заключается в минимизации отклонения фактических параметров продукции от заданных стандартов. Чтобы решить данную проблему, важно периодически проводить контроль станков на их технологическую точность. Для этого недостаточно их осмотра и измерения соответствующих деталей оборудования. Важно разработать полноценный комплекс мероприятий, который позволит точно определить, возможна ли дальнейшая эксплуатация машины либо требуется ее модернизация или полная замена станка.
Точность и повторяемость станков с ЧПУ
Точность станка с ЧПУ это насколько точно его оси могут следовать намеченным путям к заданным конечным точкам под нагрузкой.
Повторяемость это насколько точно ЧПУ может дублировать управляемые движения (опять же, под нагрузкой) в течение нескольких циклов в течение дня.
Эти определения динамической точности и повторяемости скорее всего будут отличаться от технических характеристик производителя вашего станка. Характеристики производителя обычно указывают статическую точность и повторяемость; то есть станок не находится в цикле выполнения операций механической обработки, когда выполняются соответствующие измерения.
Честно говоря, динамическая точность и повторяемость зависят от величины нагрузки, оказываемой на компоненты машины. Чем больше нагрузка, тем труднее поддерживать точность и повторяемость. Это лишает машиностроителей возможности предоставить характеристики динамической точности и повторяемости. Просто слишком много переменных.
Тем не менее, машиностроители должны сказать, может ли их ЧПУ соответствовать требованиям точности / повторяемости для вашего конкретного производства.
Ответственность производителей обычно включает
• Конструкцию станка.
ЧПУ должен быть в состоянии выполнять самые тяжело нагруженные операции обработки без чрезмерного отклонения в точности и повторяемости.
• Систему обратной связи.
Линейные шкалы непосредственно контролируют положение движущихся осей станка.
Ответственность за другие факторы, связанные с точностью, несет пользователь станка. Это включает:
• Калибровка станков.
Производители станков первоначально калибруют погрешность шага и компенсацию люфта в узлах станка, но для поддержания точности наладчики должны повторять эти калибровки через регулярные промежутки времени в течение всего срока службы станка.
• Среда.
Станки необходимо размещать в стабильной рабочей среде, которая сводит к минимуму колебания температуры и влажности окружающей среды.
Машиностроители делают все возможное, чтобы минимизировать тепловые изменения в узлах станка (например, охлаждение шпинделя и / или направляющих систем). Кроме того, они используют методы проектирования, которые сводят к минимуму влияние температуры на изменения повторяемости при обработке. Например, в токарных центрах с ЧПУ передняя бабка может располагаться перпендикулярно станине. По мере нагревания изменяется только высота режущей кромки инструмента. Это сводит к минимуму количество отклонений обрабатываемого диаметра от детали к детали при прогреве станка.
Приобретая любой новый станок с ЧПУ, вы должны понимать, как производитель справляется с температурными колебаниями. Что еще более важно, вы должны подтвердить, что отклонения обработанной поверхности, вызванные термическим ростом во время прогрева, не будут превышать требуемых допусков. В противном случае вы можете быть удивлены потерей производительности, когда обнаружите, что ваш новый станок должен работать очень долго для прогрева узлов, прежде чем его можно будет использовать в производстве.
Какие есть примеры вариаций?
Примеры вариаций во время производственного цикла включают:
• Износ инструмента.
По мере износа режущих кромок обработанные поверхности будут изменяться. Внешние поверхности растут, а внутренние — сжимаются.
• Настройка оснастки.
Многие факторы влияют на стабильность заготовки (например, размещение / выравнивание зажимного приспособления, положение зажима и прилагаемое усилие, а также установка нуля программы).
• Сборка режущего инструмента, измерение и ввод смещения.
Вариации компонентов и сборки приводят к колебаниям жесткости, что может привести к проблемам при обработке.
• Состояние станка.
Вариации, вызванные ошибками и пренебрежением ТО.
Что такое повторяемость станка
ГОСТ 27843-2006
(ИСО 230-2:1997)
Определение точности и повторяемости позиционирования осей с числовым программным управлением
Test of machine tools. Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
Дата введения 2008-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации и сертификации в машиностроении (ФГУП «ВНИИНМАШ») и Экспериментальным научно-исследовательским институтом металлорежущих станков (ОАО «ЭНИМС») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 24 июня 2006 г. N 29)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 мая 2007 г. N 102-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 27843-2006 (ИСО 230-2:1997) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2008 г.
При этом дополнительные положения, а также фразы и отдельные слова, включенные в текст стандарта для учета потребностей национальной экономики указанных выше государств и особенностей межгосударственной стандартизации, выделены курсивом
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6)
7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2020 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет методы проверки и оценки точности и повторяемости позиционирования осей с числовым программным управлением станка с помощью непосредственного измерения отдельных осей на станке. Описанные методы применяются одинаково к линейным осям и осям вращения.
Настоящий стандарт может использоваться для типовых проверок, приемочных проверок, сравнительных проверок, периодических подтверждений точности, коррекции точности станка и т.д.
Используемые методы включают в себя повторные измерения в каждой позиции. Соответствующие параметры определяют и рассчитывают, как описано в руководстве по выражению неопределенности в измерениях [1].
2 Нормативные ссылки
ГОСТ 8-82 Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность
ГОСТ 22267 Станки металлорежущие. Схемы и способы измерений геометрических параметров
ГОСТ 23597 Станки металлорежущие с числовым программным управлением. Обозначение осей координат и направлений движений. Общие положения
3 Термины и определения
3.1 ход оси: Линейный или вращательный максимальный ход, в пределах которого подвижный компонент может перемещаться при управлении посредством числового программного управления.
3.2 измерительный ход: Часть хода оси, используемая для сбора данных и выбранная так, чтобы к первой и последней заданным позициям можно было приближаться с двух направлений (см. рисунок 1).
3.3 заданная позиция 
Позиция, в которую запрограммировано движение подвижного компонента.
3.5 отклонение на позиции; позиционное отклонение : Действительная позиция, достигнутая подвижным компонентом минус заданная позиция
.
3.7 двустороннее измерение: Относится к параметру, полученному в ряде измерений, в которых подход к заданной позиции сделан в обоих направлениях вдоль или вокруг данной оси.
3.8 расширенная неопределенность: Величина, определяющая ожидаемый интервал вокруг результата измерения, который может охватить большую часть распределения возможных фактических значений измерения.
3.9 фактор охвата: Коэффициент, используемый как множитель для среднеквадратического отклонения, чтобы получить расширенную неопределенность.
3.10 среднее одностороннее позиционное отклонение на позиции или : Среднеарифметическое позиционных отклонений, полученных при серии однонаправленных подходов к позиции :
.
.
3.12 зона нечувствительности позиционирования на позиции : Разность между средними односторонними позиционными отклонениями, полученными при двух направлениях подхода к позиции
.
3.13 зона нечувствительности позиционирования оси : Максимум абсолютных значений разностей зон нечувствительности на всех заданных позициях вдоль или вокруг данной оси
.
3.14 средняя зона нечувствительности позиционирования оси : Среднеарифметическое значение зон нечувствительности позиционирования на всех заданных позициях вдоль или вокруг данной оси
.
3.15 вычисление одностороннего среднеквадратического отклонения от заданного положения или : Среднеквадратическое отклонение от заданного положения, полученного серией односторонних подходов к позиции
; 
.
Допускается вычисление и no формулам:
7 способов определения точности позиционирования станков с ЧПУ
Точность позиционирования станков с ЧПУ относится к позиционной точности, которая может быть достигнута путем перемещения каждой оси координат станка под управлением устройства цифрового управления. Точность позиционирования станков с ЧПУ можно понимать как точность движения станка. Обычные станки подаются вручную. Точность позиционирования определяется главным образом ошибкой чтения. Движение станка с ЧПУ осуществляется системой цифрового управления и механической передачей.
Через арифметическую обработку различные управляющие сигналы выдаются дифференциальным устройством управления для управления движением станка, и детали автоматически обрабатываются в соответствии с формой и размером, требуемым чертежами.
Движение каждой движущейся части станка завершается под управлением устройства численного управления. Точность, которую каждая движущаяся часть может достичь под контролем команды программы, напрямую отражает точность, которую может выполнить обработанная деталь.
1. Линейное определение точности позиционирования движения
Точность позиционирования линейного движения, как правило, выполняется в условиях отсутствия нагрузки на станок. В соответствии с национальными стандартами и положениями Международной организации по стандартизации (стандарты ИСО) измерение станков с ЧПУ должно основываться на лазерных измерениях. В отсутствие лазерного интерферометра также можно использовать стандартной шкалой с оптическим считывающим микроскопом для сравнительных измерений. Однако точность измерительного прибора должна быть на один-два уровня выше, чем точность измерения.
Чтобы отразить все ошибки в множественном позиционировании, стандарт ISO предусматривает, что каждая точка позиционирования вычисляет среднее значение и разницу дисперсии на основе пяти данных измерений и разностную полосу дисперсии.
2 Обнаружение точности позиционирования при линейном движении
Общий метод заключается в измерении в любых трех положениях вблизи середины и двух концах каждого хода координат. Каждое положение быстро перемещается, и позиционирование повторяется 7 раз при тех же условиях. Измеряется значение положения останова, и достигается максимальная разница в считывании. Взяв половину наиболее значимой разницы между тремя позициями, положительные и отрицательные знаки привязаны как повторяющаяся точность позиционирования координат, что является самым основным показателем, отражающим устойчивость точности движения оси.
3 Определение точности возврата источника движения
4. Обратное обнаружение ошибок линейного движения
Противоположная погрешность линейного движения, также называемая суммой потерь, включает в себя обратную мертвую зону положения привода (например, сервомотор, серводвигатель и шаговый двигатель) в цепи подачи координатной оси.Чем больше ошибка, тем ниже точность позиционирования и точность позиционирования повтора.
Метод обнаружения обратной ошибки.
Нужно переместить на расстояние вперед или назад в ходе измеряемой координатной оси и использовать положение остановки в качестве начала отсчета, а затем дать конкретное значение команды движения в том же направлении, чтобы заставить переместиться узел станка по этой оси на это расстояние расстоянием. Затем выполните то же в противоположном направлении и измерьте разницу между положением останова и исходным положением. Измерение выполняется несколько раз (как правило, семь раз) в трех точках вблизи середины и обоих концах хода. Максимальное значение среди полученных средних значений будет значением обратной ошибки.
5. Определение точности позиционирования поворотного стола
Метод измерения состоит в том, чтобы переместить стол вперед (или назад ) на определенный угол, и остановить (зафиксировать). Используйте это положение как начальную точку для измерений, затем быстро поверните стол в том же направлении и измерьте каждые 30 перемещений. Каждое прямое вращение и обратное вращение измеряются в течение одной недели, а максимальное значение разницы между фактическим углом поворота каждого положения позиционирования и теоретическим значением (значением команды) является погрешностью деления.
Учитывая фактические требования к использованию, как правило, необходимо измерять несколько одинаковых угловых точек, таких как 0, 90, 180, 270 и т. д.
6. Повторное обнаружение точности индексации вращающихся узлов
Метод измерения повторяется три раза в трех местах за одну неделю поворотного стола, измерение выполняется в направлениях вперед и назад соответственно. Максимальное значение разницы между значениями всех показаний и теоретическим значением соответствующей позиции. Если это вращающийся стол с ЧПУ, возьмите одну точку измерения на каждые 30 в качестве позиции цели и выполните пять быстрых позиций для каждой позиции цели с положительного и отрицательного направлений соответственно и измерьте разницу между фактической позицией прибытия и целевым положением.
7. Определение точности возвращения источника вращения вращающегося стола
Следует отметить, что определение текущей точности позиционирования измеряется в условиях быстрого и позиционирования. Для некоторых станков с ЧПУ, система подачи которых не очень хороша, при позиционировании с различными скоростями подачи получаются различные значения точности позиционирования.Кроме того, результат измерения точности позиционирования связан с температурой окружающей среды и рабочим состоянием оси координат. В настоящее время большинство станков с числовым программным управлением используют систему с полузамкнутым контуром, а компоненты обнаружения положения в основном устанавливаются на приводном двигателе, который генерирует ошибку от 0,01 до 0,02 мм с шагом 1 м. Это не странно. Это ошибка, вызванная термическим удлинением, а на некоторых машинах используется метод предварительного растяжения (предварительная затяжка) для уменьшения воздействия.
Вывод
Повторяющаяся точность позиционирования каждой координатной оси отражает самый основной показатель точности, который отражает стабильность точности движения оси, и нельзя предположить, что станок с низкой точностью можно стабильно использовать для производства. В настоящее время из-за возрастающего числа функций системы численного управления системные ошибки, такие как ошибка накопления высоты и ошибка зазора, могут быть скомпенсированы для точности движения каждого узла.