Zeven soorten nauwkeurigheidstesten voor de positionering van CNC-bewerkingsmachines

De positioneringsnauwkeurigheid van een CNC-machine verwijst naar de positioneringsnauwkeurigheid die haalbaar is voor elke coördinaatas van de machine onder besturing van het CNC-systeem. De positioneringsnauwkeurigheid van een CNC-machine kan ook worden opgevat als de bewegingsnauwkeurigheid van de machine. Gewone machines zijn afhankelijk van handmatige aanvoer en hun positioneringsnauwkeurigheid wordt voornamelijk bepaald door afleesfouten. De beweging van een CNC-machine wordt echter aangestuurd door digitale programma-instructies, waardoor de positioneringsnauwkeurigheid afhankelijk is van fouten in het CNC-systeem en de mechanische transmissie.

Een CNC-machine, een afkorting voor Digital Control Machine Tool, is een geautomatiseerde machine die is uitgerust met een programmagestuurd besturingssysteem. Dit besturingssysteem kan programma's met besturingscodes of andere symbolische instructies logisch verwerken, decoderen en weergeven met gecodeerde getallen. Deze informatie wordt via een gegevensdrager in de CNC-machine ingevoerd. Na verwerking geeft de CNC-machine verschillende stuursignalen af ​​om de bewegingen van de machine te besturen, waardoor onderdelen automatisch worden bewerkt volgens de vorm en afmetingen die in de tekeningen zijn vastgelegd.

De beweging van elk bewegend onderdeel van de werktuigmachine wordt aangestuurd door de CNC-machine. De nauwkeurigheid die elk bewegend onderdeel onder controle van de programma-instructies kan bereiken, is een directe weerspiegeling van de nauwkeurigheid die de bewerkte onderdelen kunnen bereiken. Daarom is positioneringsnauwkeurigheid een zeer belangrijk testcriterium.

1. Testen van de positioneringsnauwkeurigheid van lineaire beweging

De positioneringsnauwkeurigheid van lineaire bewegingen wordt doorgaans getest zonder belasting van de machine en de werktafel. Volgens nationale normen en de normen van de Internationale Organisatie voor Standaardisatie (ISO) dient lasermeting de standaard te zijn voor het testen van CNC-machines. Bij afwezigheid van een laserinterferometer kan een standaardliniaal met een optische microscoop worden gebruikt voor vergelijkende metingen door de gemiddelde gebruiker. De nauwkeurigheid van het meetinstrument moet echter 1-2 graden hoger zijn dan de te meten nauwkeurigheid.

Om alle fouten in meerdere positioneringsoperaties weer te geven, schrijft de ISO-norm voor dat het gemiddelde en de spreiding van vijf metingen voor elk positioneringspunt worden berekend, waarmee de spreidingsband van het positioneringspunt wordt gevormd.

2. Testen van de herhaalbaarheid van lineaire bewegingen en de positioneringsnauwkeurigheid

De instrumenten die voor de test worden gebruikt, zijn dezelfde als die voor het testen van de positioneringsnauwkeurigheid. De algemene testmethode omvat metingen op drie willekeurige posities nabij het middenpunt en beide uiteinden van de beweging van elke coördinaat. Elke positie wordt bepaald door middel van een snelle verplaatsing, en de positionering wordt zeven keer herhaald onder dezelfde omstandigheden. De waarden op de stopposities worden gemeten en het maximale verschil in metingen wordt berekend. De helft van het grootste verschil tussen de drie posities, met een positief of negatief teken, wordt genomen als de herhaalbaarheidsnauwkeurigheid van de positionering van die coördinaat. Dit is de meest fundamentele indicator voor de stabiliteit van de nauwkeurigheid van de asbeweging. 3. Detectie van de nauwkeurigheid van de terugkeer naar de oorsprong van de lineaire beweging

De nauwkeurigheid van de terugkeer naar de oorsprong is in wezen de herhaalbaarheidsnauwkeurigheid van een specifiek punt op de coördinatenas. De detectiemethode hiervoor is dan ook exact hetzelfde als die voor herhaalbaarheidsnauwkeurigheid.

4. Detectie van fouten bij lineaire beweging

De omgekeerde fout van lineaire beweging, ook wel impulsverlies genoemd, is een samenvattende weerspiegeling van fouten, waaronder de dode zone van de aandrijfcomponenten (zoals servomotoren, hydraulische servomotoren en stappenmotoren) in de aandrijfketen van de coördinatenas, de speling van verschillende mechanische bewegingsoverbrengingsparen en elastische vervorming. Hoe groter de fout, hoe lager de positioneringsnauwkeurigheid en herhaalbaarheid.

De methode voor het detecteren van een omgekeerde bewegingsfout is als volgt: de coördinaatas wordt een bepaalde afstand in de voorwaartse of achterwaartse richting binnen de slag bewogen, waarbij de stoppositie als referentiepunt dient. Vervolgens wordt een bepaalde bewegingsopdracht in dezelfde richting gegeven, waardoor de as een bepaalde afstand aflegt. Daarna wordt de as dezelfde afstand in de tegenovergestelde richting bewogen. Het verschil tussen de stoppositie en de referentiepositie wordt gemeten. Meerdere metingen worden uitgevoerd (meestal 7 keer) op drie posities: één in het midden en één aan het einde van de slag. De gemiddelde waarde op elke positie wordt berekend en de maximale waarde van deze gemiddelden is de waarde van de omgekeerde bewegingsfout.

5. Testen van de positioneringsnauwkeurigheid van draaitafels

Meetinstrumenten omvatten standaard draaitafels, hoekpolyhedra, cirkelroosters en collimatoren, die naar gelang de specifieke omstandigheden kunnen worden gekozen. De meetmethode omvat het draaien van de tafel over een bepaalde hoek naar voren (of naar achteren), stoppen, vergrendelen en positioneren. Met deze positie als referentie wordt de tafel vervolgens snel in dezelfde richting gedraaid, waarbij elke 30 graden wordt vergrendeld en gepositioneerd, en de meting wordt uitgevoerd. Eén volledige rotatie wordt zowel in de voorwaartse als in de achterwaartse richting gemeten. Het maximale verschil tussen de werkelijke draaihoek bij elke positioneringspositie en de theoretische waarde (opdrachtwaarde) is de indexeringsfout. Voor CNC-draaitafels moet elke 30 graden als streefpositie worden beschouwd. Voor elke streefpositie wordt 7 keer snel gepositioneerd in zowel de voorwaartse als de achterwaartse richting. Het verschil tussen de werkelijke positie en de streefpositie is de positieafwijking. De gemiddelde positieafwijking en de standaardafwijking worden vervolgens berekend volgens de methode gespecificeerd in GB10931-89 "Evaluatiemethode voor de positioneringsnauwkeurigheid van numeriek gestuurde werktuigmachines". Het verschil tussen de maximale som van alle gemiddelde positieafwijkingen en standaardafwijkingen en de som van alle minimale sommen van gemiddelde positieafwijkingen en standaardafwijkingen is de positioneringsnauwkeurigheidsfout van de CNC-draaitafel.

Gezien de praktische eisen van droge transformatoren worden belangrijke metingen doorgaans uitgevoerd op haakse verdeelpunten zoals 0°, 90°, 180° en 270°. De nauwkeurigheid van deze punten moet één graad hoger zijn dan die van andere hoekposities.

6. Herhaalbaarheidsnauwkeurigheidstest van de draaitafel

De meetmethode omvat het willekeurig selecteren van drie posities binnen één omwenteling van de draaitafel en het driemaal herhalen van de positionering, waarbij de test zowel voorwaarts als achterwaarts wordt uitgevoerd. Het maximale verschil tussen alle metingen en de theoretische waarde voor de corresponderende positie is de herhaalbaarheidsnauwkeurigheid. Voor CNC-draaitafels moet elke 30° een meetpunt als doelpositie worden geselecteerd. Voor elke doelpositie wordt vijfmaal een snelle positionering uitgevoerd in zowel voorwaartse als achterwaartse richting. Het verschil tussen de werkelijk bereikte positie en de doelpositie wordt gemeten, oftewel de positieafwijking. De standaardafwijking wordt vervolgens berekend volgens de methode gespecificeerd in GB10931-89. Zes keer de maximale standaardafwijking van alle meetpunten is de herhaalbaarheidsnauwkeurigheid van de CNC-draaitafel.

7. Test van de nauwkeurigheid van de terugkeer naar de oorsprong van de draaitafel

De meetmethode omvat het uitvoeren van een terugkeertest naar de oorsprong op zeven willekeurige posities, het bepalen van de stoppositie en het gebruiken van het maximale verschil als de nauwkeurigheid van de terugkeer naar de oorsprong.

Het is belangrijk op te merken dat de huidige positioneringsnauwkeurigheidstests worden uitgevoerd onder hogesnelheidspositioneringsomstandigheden. Bij sommige CNC-bewerkingsmachines met minder efficiënte voedingssystemen worden verschillende positioneringsnauwkeurigheidswaarden verkregen bij gebruik van verschillende voedingssnelheden. Bovendien zijn de meetresultaten van de positioneringsnauwkeurigheid afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de werkstatus van de coördinatenassen. De meeste CNC-bewerkingsmachines maken momenteel gebruik van semi-gesloten-lus-systemen, waarbij de positiedetectie-elementen meestal op de aandrijfmotor zijn gemonteerd. Een fout van 0,01 tot 0,02 mm binnen een slag van 1 meter is dan ook niet verrassend. Deze fout wordt veroorzaakt door thermische uitzetting; sommige machines gebruiken voorspanningsmethoden om de invloed hiervan te verminderen.

De herhaalbaarheidsnauwkeurigheid van elke coördinaatas is de meest fundamentele nauwkeurigheidsindicator die de stabiliteit van de bewegingsnauwkeurigheid van de as weerspiegelt. Het is ondenkbaar dat een machine met een lage nauwkeurigheid stabiel in de productie kan worden gebruikt. Met de toenemende functionaliteit van CNC-systemen kunnen systematische fouten in de bewegingsnauwkeurigheid van elk onderdeel, zoals spoedaccumulatiefouten en spelingfouten, tegenwoordig worden gecompenseerd. Willekeurige fouten kunnen echter niet worden gecompenseerd. De herhaalbaarheidsnauwkeurigheid weerspiegelt de totale willekeurige fout van het voedingsaandrijfmechanisme, die niet kan worden gecorrigeerd door compensatie van het CNC-systeem. Wanneer deze buiten de tolerantie valt, is fijnafstelling van de voedingsoverbrenging noodzakelijk. Daarom moet, indien mogelijk, bij de selectie van een machine een machine met een hoge herhaalbaarheidsnauwkeurigheid worden gekozen.