数控机床位置精度评定标准的探讨

王志鑫 刘志强

【摘要】我国针对国内数控机床，在制造和验收会严格按照《GBIO9 3-89数字控制机床位置精度的评定方法》标准，但是在其它国家对位置精度有不同的定义和计算方法，本文探讨了几种常见的数控机床位置精确评定标准。

【关键词】数控机床；位置精度；评定标准；探讨

引言

近年来，进口数控机床的数量呈现直线上升趋势，不少企业为了追求“世界技术化”潮流，各大企业都从国外进口数控机床，情况不容乐观的是，在众多的进口数控机床中，超过半数的数控机床的位置精度都不符合标准，笔者经过实地调查和咨询发现，不少企业无论在购买国内数控机床，还是进口国外数控机床时，对位置精度这一概念和相关标准了解甚少，在选择数控机床时有较大的盲目性和跟风性，这样对企业的生产有害无利。鉴于此，有必要基于不同国家制定出来的不同位置精度评定标准展开一定综合性的研究，以提高数控机床的工作效率。

一、位置精度的定义以及相关术语

1.位置精度的定义 在百度词条上，将位置精度定义为“空间点位获取坐标值与其真实坐标值的符合程度”。但是，这样的介绍太笼统，读者读完肯定对其内容不明所以。浙江商检局卢振球前辈在《数控机床位置精度评定标准及讨论》一问中明确将数控机床的位置精度，又称之为“定位精度”，是指主轴箱、工作台等数控机床主要的执行件通过运到到程序自身事先设定好的目标的能力程度，这一检测数值可以较为准确的评估数控机床的工作性能。德国相关领域曾经在VDI/DGQ3441《机床工作精度和位置精度的统计检验原理》中对位置精度定义做出如下补充：“位置精度是一切有定位装置的机床，尤其是数控机床的重要特征”。

2.位置精度的相关术语 以下术语在相同的情况下会出现不同的称呼，但是，其内容大同小异，并不影响操作人员的操作和检测，认识一些位置精度的相关术语可以帮助我们更好的进行对位置精度评定标准的研究：目标位置，是指运动部件预定设置要达到的位置，通常用大写P来表示，加下标小写字母则表示按照所选定的不同目标位置中的某一特定目标位置；另一个是实际位置，同样也是用大写P来表示，在下角也标有小写字母，不同的是标记了两个，比方标记了小写ij那么表示运动部件第i次向第j个目标位置趋近时，实际达到的位置；位置偏差用大写X来表示，计算公式一般是用实际位置的数值减去目标位置的数值；最后一个是单向趋近和双向趋近，和数学上的概念相似，是以同一方向上的目标位置为参照物。

二、有关数控机床位置精度不同评定标准的探讨

1.ISO国际标准简介 为了实现数控机床的跨国界交易，国际标准化组织早在1998年就针对数控机床位置精度制定了相关的评定标准，但是就目前实际情况来看，ISO国际数控机床位置精度评定标准并没有被各个国家接受，因为这些国家始终坚持自己国家推行的数控机床位置精度评定标准，但是我们不能排挤此标准的地位。在对数控机床位置精度进行评定时，必然需要沿着同个方向或者是绕着某个坐标轴以目标位置为参照点，假设存在一条正太分布的曲线，在多次的测量下，在目标位置附近就会出现实际测定点的分布。通过计算标准偏差，就能求出相应的正态曲线。在ISO国际标准中，其中包含因子为2，在这个包含因子下，无限个点的分布情况又可以求发散度。

在ISO国际标准中有以下这么几种重要的评价指标：一是平均位置偏差，其中包括正向、负向以及双向，它是指某一位置处定位偏差的代数平均值；二是反向差值，是指从不同方向或者是绕着不同坐标轴接近目标位置时的平均定位偏差的差值，会出现多个差值，在评价时候要用最大反向差值作为依据；三是表示+2σ与-2σ极限值的最大差值的定位精度，和平均位置偏差相同也分为正向、负向以及双向；四是重复精度，也分为正向、负向以及双向，都是取正态曲线的最大展度。

2.德国VDI/DGQ3441《机床工作精度和位置精度的统计检验原理》 该标准早在1977年3月份被德国工程师协会和联合学会一起制定的技术规范，其中有定位装置的机床，尤其是数控机床的位置精度评定标准进行了大篇幅的介绍，该标准也是被欧洲数控机床行业普遍认同的，而且由于目前我国进口欧洲的数控机床的数量较大，因此认识此技术规范对数控机床位置精度的评定标准规定十分重要。该标准有以下几个重要评价指标：位置不可靠性，常用大写字母P来表示，表示的是总偏差，是由反向量差、位置偏差以及位置分散幅度来共同表示的，位置偏差和反向量差都是系统误差。笔者关于具体计算这三个参数，提出了以下指导：分别要求平均值和标准偏差；然后，中间计算结果；最后，计算位置偏差、最大位置分散幅度、最大反向量差以及位置的不可靠性四个评定参数。

3.美国NMTBA《数控机床精度和重复定位精度的定义和评定》 此技术规范是目前称为美国制造技术协会（原名为美国机床制造商协会）提出的，首次推行于1968年，后来经过1972年修订至今保持一样。美国NMTBA《数控机床精度和重复定位精度的定义和评定》在评定数控机床的位置精度时，采取定位精度（即是精度）、失动量以及重复定位精度三项参数来做出评定的。精度值一般用大写字母A来表示，加下角标字母表示的是单向或者是双向接近任意点的精度值，比如Ab、Aa；而重复定位精度需要以下公式计算：所有检验值之和除以（检验次数-1）得到的数值在减去所有检验值的平方除以（检验次数-1），得到的差值开方，最后再乘以数字3，一般情况下，检验次数都是七次；另外，关于其中的失动量，实质就是VDI/DGQ3441《机床工作精度和位置精度的统计检验原理》反向量差。

结语

由于篇幅有限，笔者只能浅要的阐述ISO国际标准、德国VDI/DGQ3441《机床工作精度和位置精度的统计检验原理》以及美国NMTBA《数控机床精度和重复定位精度的定义和评定》三种常见评定数控机床位置精度的标准，需要注意的是，还有中国国家标准G1B0 931一8 9《数字控制机床位置精度的评定方法》、日本JISB 6330《数控机床试验方法通则》等等，每种评定标准都有其自身的优缺点，不能断言那一种优劣好坏，而是要根据相应的情况进行综合评判和应用，从而让各种标准发挥其重要的价值和作用。

参考文献

[1]蔡有杰.数控机床位置精度评定方法对比与分析[J].机械科学与技术，2012，01：122-124.

基金项目

沈阳市2015年科技计划项目资助（F15-004-2-00）