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　　別被機床樣本上的精度欺騙了!
 

　　大家在購買機床時經(jīng)常會關(guān)注精度指標(biāo)，如某日系品牌A標(biāo)注的定位精度為±0.002mm；某德系品牌B標(biāo)注的定位精度為0.006mm。大家會理所當(dāng)然的認為A比B的精度要高，事實真的是這樣的嗎？
 

　　要搞清楚這件事情必須要先明白精度的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及計算方法。
 

　　1、精度定義
 

　　一般說來，精度是指機床將刀尖點定位至程序目標(biāo)點的能力。然而，丈量這種定位能力的辦法很多，更為重要的是，不同的國家有不同的規(guī)定。
 

　　日本機床生產(chǎn)商標(biāo)定“精度”時，通常采用JISB6201或JISB6336或JISB6338標(biāo)準(zhǔn)。JISB6201一般用于通用機床和普通數(shù)控機床，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作為子，由于一方面該標(biāo)準(zhǔn)較新，另一方面相對于其它兩種標(biāo)準(zhǔn)來說，它要稍稍一些。
 

　　歐洲機床生產(chǎn)商，特別是德國廠家，一般采用VDI/DGQ3441標(biāo)準(zhǔn)。
 

　　美國機床生產(chǎn)商通常采用NMTBA(National Machine Tool Builder's Assn)標(biāo)準(zhǔn)(該標(biāo)準(zhǔn)源于美國機床制造協(xié)會的一項研究，頒布于1968年，后經(jīng)修改)。
 

　　上面所提到的這些標(biāo)準(zhǔn)，都與ISO標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)。
 

　　當(dāng)標(biāo)定一臺數(shù)控機床的精度時，非常有必要將其采用的標(biāo)準(zhǔn)一同標(biāo)注出來。同樣一臺機床，因采用不同標(biāo)準(zhǔn)會顯示出不同的數(shù)據(jù)(采用JIS標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)比用美國的NMTBA標(biāo)準(zhǔn)或德國VDI標(biāo)準(zhǔn)明顯小很多)。
 

　　2、同樣的指標(biāo)，不同的含義
 

　　經(jīng)常輕易混淆的是：同樣的指標(biāo)名在不同的精度標(biāo)準(zhǔn)中代表不同的意義，不同的指標(biāo)名卻具有相同的含義。上述4種標(biāo)準(zhǔn)，除JIS標(biāo)準(zhǔn)之外，皆是在機床數(shù)控軸上對多目標(biāo)點進行多回合丈量之后，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計計算出來的，其關(guān)鍵不同點在于:(1)目標(biāo)點的數(shù)目;(2)丈量回合數(shù);(3)從單向還是雙向接近目標(biāo)點(此點尤為重要);(4)精度指標(biāo)及其它指標(biāo)的計算方法。
 

　　3、ISO標(biāo)準(zhǔn)
 

　　在所有現(xiàn)行的精度丈量過程中，沿軸向分布的各個目標(biāo)點上都假設(shè)存在一條正態(tài)分布曲線(圖1)。由于是多回合的丈量過程，因此對應(yīng)于個目標(biāo)點來說，都存在一個實際測定點系列分布，通過對這種分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算(累積，多次S)，即可定義該正態(tài)曲線。
 

　　一個±3次標(biāo)準(zhǔn)偏差(記做±3s--亦即共6s)可以覆蓋無窮個實際點中約99.74%的位置分布情形。而這個發(fā)散度即稱作重復(fù)精度，它是指某目標(biāo)點處的重復(fù)精度。
 

圖1                       圖2
 

　　圖1中的正態(tài)曲線是指從單方向接近目標(biāo)點的曲線(稱為單向)，假如從反方向接近目標(biāo)點(稱為雙向)，將會出現(xiàn)第二條正態(tài)分布曲線(圖2)，兩次不同方向時的結(jié)果偏差稱反向誤差。理論上它是由于系統(tǒng)的反向間隙所產(chǎn)生的。很明顯，同一機床采用單向檢測的數(shù)字結(jié)果要比雙向檢測時好看得多。
 

　　為了標(biāo)定機床的定位精度，必須在運動軸向上建立一些目標(biāo)位置點，然后根據(jù)目標(biāo)位置點對應(yīng)的一系列實際位置點計算±3s的分布。假如一條理論正態(tài)曲線──或雙向時的兩條──在每個目標(biāo)點上形成，在經(jīng)過3s分布之后，所有正態(tài)曲線中zui上端曲線與zui下端曲線之間的展寬ISO230-1標(biāo)準(zhǔn)中所指的定位精度(圖3)。
 

　　軸向重復(fù)精度指目標(biāo)點處一條正態(tài)曲線zui大展寬(單向)或兩條正態(tài)曲線(雙向)之和的zui大展寬。一個zui簡單的理解：重復(fù)精度大約為定位精度的½，但也有例外，并且有時出進還很大。圖3中目標(biāo)點的正態(tài)曲線旋轉(zhuǎn)了90°，目的是為了更加直觀地表達展寬的概念。由于這種分析方法基于zui差的定位精度情形，并且?guī)缀醺采w100%的可能的不正確性，因此可以期看用它能較好地評價數(shù)控機床的實際性能。
 

 

　　圖3
 

　　4、NMTBA標(biāo)準(zhǔn)
 

　　美國的NMTBA標(biāo)準(zhǔn)與ISO標(biāo)準(zhǔn)非常近似，一個區(qū)別就是：NMTBA標(biāo)準(zhǔn)喜歡采用單向丈量，而ISO標(biāo)準(zhǔn)建議雙向丈量；另一區(qū)別是NMTBA標(biāo)準(zhǔn)采用“滑動尺”(如同VDI標(biāo)準(zhǔn))，這樣把精度與軸的長度關(guān)聯(lián)起來，而這一點ISO標(biāo)準(zhǔn)并未涉及。單從這一點來看，1972年出版的NMTBA標(biāo)準(zhǔn)也許有點過期，由于控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能，諸如絲桿間隙補償?shù)取，F(xiàn)在已經(jīng)能夠調(diào)整軸向移動中產(chǎn)生的誤差──不論軸的是非，而1988年出版的ISO標(biāo)準(zhǔn)則很顯然地反映出這一點。同樣應(yīng)該留意的是，NMTBA標(biāo)準(zhǔn)在滑動尺這一點上與VDI標(biāo)準(zhǔn)相似。
 

　　還有一點區(qū)別，那就是NMTBA以正負值反映，而VDI和ISO以盡對值反映，實際上盡對值與正值和負值相等(也就是0.002mm，-0.002mm或±0.002mm=0.004mm)，兩種表達方式總的來說有相同的解釋，但技術(shù)上來說還是不一樣的。
 

　　5、 德國標(biāo)準(zhǔn)
 

　　德國采用的標(biāo)準(zhǔn)VDI/DGQ(Verein Deutscher Ingeieure/Deutsche Gesellschaft fuer Qualitaet)與ISO及NMTBA標(biāo)準(zhǔn)基本相近，或者更正確地說，ISO標(biāo)準(zhǔn)與VDI及NMTBA標(biāo)準(zhǔn)相近。由于后二者在前者之前問世并且很明顯地被前者用做基礎(chǔ)。盡管計算方法及指標(biāo)有區(qū)別，但關(guān)計算結(jié)果，即定位精度和重復(fù)精度在三種標(biāo)準(zhǔn)中相近。
 

　　德國VDI方法是文中所提及各種方法中zui復(fù)雜的一種，該標(biāo)準(zhǔn)中的一些指標(biāo)，若不做仔細分析，則很難搞清楚。指標(biāo)“定位精度”不象在ISO標(biāo)準(zhǔn)中只有單一數(shù)字表達，而是分成四個部分：定位不確定性(P)，定位發(fā)散度(Ps)，反向誤差(U)和定位偏差(Pa)。
 

　　與ISO標(biāo)準(zhǔn)中的定位精度zui相近的是VDI中的定位不確定性(P)，盡管這兩項指標(biāo)的計算過程不大一樣，但*結(jié)果卻極為近似：都是計算沿軸向的正態(tài)曲線的zui大展寬(圖4)區(qū)別僅在于正態(tài)分布曲線的計算方法。VDI標(biāo)準(zhǔn)將雙向丈量的兩根正態(tài)曲線合并為一體，定義為定位發(fā)散度(Ps)它是通過首先取均勻值，然后進行六次均勻標(biāo)準(zhǔn)差(即6s，圖5)而得出的，然后將反向誤差(U)除以2，每一半加至均勻正態(tài)曲線(即定位發(fā)散度)的一端(圖4中的“U/2”)。
 

圖4                       圖5
 

　　指標(biāo)“定位偏差”在VDI中的描述與ISO標(biāo)準(zhǔn)中的同名指標(biāo)不同，在ISO標(biāo)準(zhǔn)中它是指目標(biāo)點與實際點之差(圖1)，在VDI標(biāo)準(zhǔn)中是指沿軸向的各個目標(biāo)點對應(yīng)的一系列實際位置點的均勻值的zui大差額(圖6)。
 

 

　　圖6
 

　　軸向重復(fù)精度與ISO標(biāo)準(zhǔn)中的定義很相似，它是由目標(biāo)點對應(yīng)的zui大定位發(fā)散度加上反向誤差而得到的(圖4)。
 

　　6、JIS標(biāo)準(zhǔn)
 

　　日本產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS遠比前述任一精度標(biāo)準(zhǔn)簡單，自然也遠不如前述任一精度標(biāo)準(zhǔn)正確。JIS B6336僅要求一次往返目標(biāo)點檢測(雙向)目標(biāo)點與其對應(yīng)實際點列之間的zui大定位偏差即為定位精度(圖7)JIS B6336根本不考慮ISO、VDI和NMTBA中運用的±3s分布。
 

 

　　圖7
 

　　用這種方法計量出的數(shù)控機床的精度結(jié)果給人的感覺是無論比ISO標(biāo)準(zhǔn)還是NMTBA標(biāo)準(zhǔn)計量的都要高，數(shù)值比例為1:2。JIS標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)精度是指目標(biāo)點處的zui大分散度。這種通過7次雙向丈量得出的zui大分散度除以2，然后冠以“±”值，即表達出重復(fù)精度(圖8)。
 

 

　　圖8
 

　　總結(jié)
 

　　通常德國機采用VDI3441標(biāo)準(zhǔn)，如：DMG MORI(德馬吉森精機)、INDEX(因代克斯)等；其他歐洲機采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，如：MIKRON(米克朗)、PARPAS(帕爾怕斯)等；日本機采用JIS標(biāo)準(zhǔn)，如：MAZAK(馬扎克)、MAKINO(牧野)等；當(dāng)然也有一些品牌為彰顯自己對品質(zhì)的高要求，不采用本國標(biāo)準(zhǔn)而采用VDI3441標(biāo)準(zhǔn)的，如：HURCO(赫克)、ALEX-TECH(伍將)等。所以我們不能簡單根據(jù)樣本數(shù)據(jù)來判斷，一定要搞清楚執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，仔細分析，避免掉進宣傳陷阱。