точность позиционирования что это значит

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.

Источник

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.

Источник

ТОЧНОСТЬ В СИСТЕМАХ ПРИВОДОВ

О качестве перемещения объекта позиционирующей системой можно судить по точности позиционирования, точности повторяемости и углу отклонения. Самый критический аспект системы, если говорить о ее точности, это вид привода. Для преобразования вращения двигателя в линейное движение каретки в приводной системе используются шарико-винтовые пары, трапецеидальная резьба или зубчатые ремни. Кроме привода, крепеж и профиль линейных элементов также могут быть причиной ошибок точности. Следствием может быть угловое отклонение, негативно влияющее на общую точность системы. Неточности в приводных системах можно объяснить следующими причинами:

Ошибки кинематики
Кинематические ошибки позиционирования возникают, по существу, из-за погрешности шага ходового винта. Они сказываются непосредственно на результатах измерения.

Деформация механизма подачи под воздействием динамических сил
К изменению механизма подачи, по существу, приводят: инерционная сила при разгоне салазок, силы обусловленные технологическим процессом (если имеются) и силы трения в направляющих. Они приводят к смещению действительного положения линейных элементов относительно заданной позиции.

Силы ускорения
Типовая масса салазок и умеренное ускорение 2 м/с² приводят к отклонению в значениях перемещений от 5 до 10 микрометров, не распознаваемому системой вращения винт-привод. При более высоких значениях ускорения возрастает и отклонение.

Силы трения
Значения сил трения в направляющих, в зависимости от типа установки составляют от 1 % до 2 % нормальной составляющей силы для роликовых направляющих и от 3 % до 12 % нормальной составляющей силы в случае направляющих скольжения. Таким образом, при величине нормальной составляющей силы в 500 N деформация механизма подачи в следствии сил трения столь незначительны, что ими можно пренебречь.

Рис.1 Проблемные зоны привода с шарико-винтовой парой

Измерение физической величины означает экспериментальное нахождение значения этой величины в заданных единицах. Точное (истинное) значение измерения определить невозможно, поскольку не существует измерений без ошибок. Таковыми являются:

Все ошибки можно разделить на систематические и статистические.

О систематической ошибке говорят, если при каждом измерении в одинаковых условиях результат отличается от правильного значения в одну сторону и на одинаковую величину. Эту ошибку можно заметить только в случае, если правильный результат известен. Типичной систематической ошибкой является погрешность градуировки измерительного прибора.

При статистической ошибке проведение повторного замера той же самой величины измерения при казалось бы неизменных условиях измерения не всякий раз будет приводить к повторению результата. Это можно объяснить различными факторами: например, трением, установкой отличной от оптимальной и т.д.

Многие причины статистических ошибок непосредственно измеряемых величин влияют друг на друга и приводят к результатам, отличающимся от измерения к измерению. Многократное повторение измерений позволяет более точно определить среднее значение величины. Серийные измерения величины позволяют определить не только ее среднее (арифметическое) значение, но и оценить достоверность измерения, вычислив среднеквадратичное отклонение.

Оценить статистическую ошибку можно на основании величин „среднего значения», „средне-квадратичного отклонения» и „доверительного интервала».

Среднее значение величины серии из n измерений xi рассчитывается по следующей формуле

Формула 1
Вычисленное таким образом из конечного числа измерений среднее значение величины тем точнее приближается к истинному среднему значению µ, чем большее количество измерений n проводится.

Среднеквадратичное отклонение служит мерой вариабельности величины измерения. Каждое отдельное измерение xi отклоняется случайным образом от среднего значения. Диапазон, в который попадают все измерения, определяется как среднеквадратичное отклонение s. Среднеквадратичное отклонение s ряда измерений с n значениями вычисляется как квадратный корень из отдельных квадратичных отклонений, разделенных на (n-1). Измеряется в тех же единицах, что и сами величины.

Формула 3

Другая иногда используемая величина, относительное среднеквадратичное отклонение Sr, рассчитывается по следующей формуле:

Формула 4
Нормальное распределение

Этот случайный разброс последовательности измерений во многих случаях подходит под так называемое нормальное распределение. Оно устойчиво, симметрично и однозначно определено средним значением µ и среднеквадратичным отклонением σ. Серия измерений с конечным n не позволяет точно определить µ и σ, их заменяют и s.

Значение экспериментально определяемой физической величины в большинстве случаев невозможно определить непосредственно, поскольку специальное оборудование не существует или недоступно. Необходимо измерить значение нескольких величин, которые, при подстановке в соответствующие физические формулы, дают возможность расчета искомой величины. Этот подход носит название косвенного метода измерения.

Систематические ошибки могут компенсировать друг друга. Малое количество систематических ошибок может сдвинуть результат в каком-то одном направлении. Этот случай даже более вероятен. Поэтому частичная компенсация систематических ошибок обычно не учитывается, а распространение погрешностей вычисляют при помощи сложения максимальных значений ошибок, которое, в свою очередь, является полным дифференциалом с суммированием по модулю. Систематическая ошибка Δy функции y = F (x1. xn) рассчитывается по следующей формуле:

Формула 5
Статистическая ошибка:
Поскольку систематическая ошибка с равной вероятностью как уменьшает, так и увеличивает измеряемую величину, т.е. имеет место взаимная частичная компенсация ошибок, входящих в конечный результат, существует формула, учитывающая этот эффект. Если при нормальном распределении измеряемой величины известны стандартные отклонения s1. sn независимых друг от друга значений x1. xn, то стандартное отклонение результата измерения рассчитывается по следующей формуле:

Результат измерения y = F (x1…xj…xn)

Точность приводной системы:
При обсуждении точности приводной системы важны следующие термины:

Абсолютная точность указывает на отклонение между ожидаемой заданной позицией и средним значением реального положения, которое получается в процессе посещения заданной позиции с различных сторон(мультинаправленно). Термин «абсолютный» выражает отношение характеризующей величины к базовой системе координат системы. Абсолютную точность определяют как разницу заданного и реального положения системы позиционирования. Она описывается через среднее значение рассеивания плюс его диапазон.

Точность повторяемости указывает, насколько точно приводная система позиционирует при перемещении в одном и том же направлении и определяется как усредненное отклонение между заданным и реальным значением. Измерить точность повторяемости можно без привязки к системе координат, поскольку заданная позиция для сравнения не требуется. Наряду с однонаправленной точностью повторяемости, в специальных случаях говорят о двунаправленной точности повторяемости, когда перемещение в заданную позицию происходит с двух сторон.

Нормами, определяющими точность системы приводов, являются:

Оценка ошибок позиционирования системы приводов

Разбор ошибок позиционирования является комплексной задачей и находится в тесной связи со структурой системой. Оценку точности проведем на следующем примере.
В нём мы рассмотрим 3-х координатную систему позиционирования (см. рис. 4). Влияние всех системных ошибок, в конечном счете, сконцентрировано на одной точке „самого внутреннего» линейного элемента. На данной точке приложения системы или центральной координате инструмента системы(Tool Center Point, TCP) закреплен груз(рабочий инструмент, в случае станка). Суммарную ошибку в этой точке системы можно разделить на компоненты пространственного вектора (x, y, z). В этом примере предположим, что TCP находится на конце оси Z. Компоненты пространственного вектора состоят из:

Каждая из этих ошибок имеет статическую и динамическую составляющие.

Рис. 4 Пример для расчета точности некой системы

Динамическая составляющая ошибки

При коротких рабочих циклах время восстановления системы сокращается. При этом могут возникнуть ошибки точности, которые объясняются инерционными силами. Их можно учесть, представив прогиб как результат совместного действия статических сил и сил инерции.

Общая методика разбора позиционируемости линейных модулей

Рис. 6

Источник

Точность и повторяемость позиционирования осей с ЧПУ. ГОСТ 27843-2006

ГОСТ 27843-2006 (ИСО 230-2:1997) Испытания станков. Определение точности и повторяемости позиционирования осей с числовым программным управлением

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

МКС 25.040
ОКП 38 1000

Дата введения 2008-01-01

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, 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 аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 29 от 24 июня 2006 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код 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

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

5 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.

6 ВЗАМЕН ГОСТ 27843-88

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные 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

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

Источник