促进数控机床标准的贯彻与实施（GB／T17421．2-2000介绍）.doc

促进数控机床标准的贯彻与实施（GBT174212-2000介绍）综述specialR螂促进数控机床标准的贯彻与实施(GB/T17421.22000介绍)李祥文(全国金属切削机床标准化技术委员会,北京100102)PromotiontotheImplementationofStandardsforCNCMachineToolsUXiangwen(ChinaStandardizationTechnologyCommitteeforMetalCuttingMachineTools,Beijing100102,CHN)GB/T17421.22ooo(机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定颁布至今已经五年多了.由于该标准科学,合理,检验结果更为真实可靠,现已被行业在机床检验时得到贯彻实施,成为评定机床质量的一项重要标准.该标准于2004年被国家标准化管理委员会评为优秀国家标准.但,时至今日,仍有一些单位在机床生产,检验及签订合同时参照甚至采用早已经被废止的德国VDIDGQ34413:1977(机床工作精度和位置精度的统计检验原理和日本JISB63301980(数控机床试验方法通则标准.其中的原因是多方面的,但主要原因是对GB/T17421.22000标准的真正理解不够,对该标准与原日本标准的真正区别缺乏认识.为使该标准在机床行业得到全面贯彻实施,笔者希望通过制造技术与机床杂志介绍一下对GB/T17421.22000的主要内容及与修订前的主要差异.1基本情况(1)标准号和标准名称:GB/T17421.2200O(机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定.(2)标准实施日期:2000年6月1日.(3)适用范围:该标准规定了通过直接测量机床的单独轴线,来检验和评定数控机床的定位精度和重复定位精度的方法.该标准适用于机床的型式检验,验收检验,比较检验,定期检验.也可用于机床的补偿调整检验.(4)标准起草单位和归口单位:该标准由北京机床研究所负责起草,参加单位有:长城机床厂,北京铣床研究所,沈阳自动车床研究所和武汉重型机床研究所.该标准由全国金属切削机床标准化技术委员会归口2修订该标准的意义数控机床的突出特点是机电一体化,由机械和电气共同满足机床的精度和性能的要求.它通过数控系统控制可使运动部件达到预定的准确位置.数控机床与普通机床检验的不同之处,在于增加了位置精度的检测项目,以便全面考核机床的性能水平.定位精度磨床1700余台,其它机床800多台.武汉华中数控股份有限公司为5O多家企业数控化改造100多台机床.目前国防工业系统正开展万台机床数控化改造.数控化改造效果明显:(1)可以提高机床精度与性能.如普通立车改造为数控立车后,可加工原来做不到的曲面,曲线,螺纹等.用华中数控系统更新常州柴油机厂上世纪70年代进口的加工中心,改造前该机床只能进行粗加工,改造后定位精度达到0.005mm,可以进行精加工.(2)经数控化改造后一般效率可提高两倍,最高可达七倍.(3)可节约资金.北京航空制造工程研究所改造一台数控龙门铣,改造费用仅用180万元,如购买同样?34?新机床要超过1000万元.各种机床都可以应用数控技术,液压技术,光电技术,新材料等进行改造.成形机床也应用数控技术,电液技术等进行改造.要注意发展铁屑打包及其它废旧回收机械,继续做好高速钢屑及废高速钢刀具和硬质合金刀片,刀具的回收再利用.机床工具新产品是精密,高效,节能(材)的,旧机床经改造后也焕发青春.机床工具工业必将走上可持续发展,建和谐社会大道.由机床大国变为机床强国的目标一定可以早13实现.(全文完)蓠孽镱j|(编辑宋业钧)馕懒调童瘴中韵橱矗曲渲.,;.w00和重复定位精度是评定一台数控机床精度水平高低的关键技术指标,通过定位精度和重复定位精度指标可直接判定数控机床的优与劣.因此,其检验方法标准就显得尤为重要.我国数控机床的设计,制造始于上世纪70年代中期,当时日本,美国,德国有数控机床检验标准.由于日本数控机床标准简单易行,在世界上被许多国家广泛传播使用.当时我国在检验数控机床时也普遍采用了日本标准,但也有部分生产厂和质验部门使用德国标准(VDI)和美国标准(ANSI).上世纪80年代中期,我国先后制订了数控机床检验标准.由于各厂和各类型机床所采用的标准不同,检验方法不一,造成检验结果差异很大,因此很难根据检验结果来评定一台数控机床的真正水平.1989年我国首次制定了GB109311989(数字控制机床位置精度的评定方法.该标准对统一我国数控机床位置精度的评定方法起到了积极的作用.与此同时,国际标准化组织于1988年也颁布了ISO2302:1988(机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定,1997年国际标准化组织又对其进行了修订,形成了ISO2302:1997版本.该标准与我国当时执行的GB/T109311989(数字控制机床位置精度的评定方法无论在检验方法上,还是在检验结果的计算上均有很大差异.为贯彻国家采标方针,加快采标步伐,尽快与国际标准接轨,用一个标准,一种方法去检验同类产品,用同一种方法计算检验结果就显得非常重要.因此,修订GB/T1093l就成了当务之急.1996年全国金属切削机床标准化技术委员会秘书处决定立项对该标准进行修订.3修订该标准的原则在GB/T10931修订工作组成立会议上,首先讨论的就是标准的修订原则.因该标准为数控机床通用检验方法标准,它的修订应充分体现积极采用国际标准的原则.用国际上通用的方法和标准来统一和规范我国数控机床定位精度和重复定位精度的检验方法和标准.在认真分析,讨论的基础上,标准修订工作组为该标准的修订确定了如下两项原则:(1)修改采用(当时称为等效采用)ISO2302:1997(机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定.(2)在编排格式上,按GB/T1.11993的规定进行编写.,;w口o朋speciaIns综述4GB/T17421.22000的主要内容该标准包括如下章节:范围,定义和符号,检验条件,检验程序,结果的评定,供方/制造厂和用户之间的协商要点,结果的表达,附录A及附录B.第一章范围规定了检验和评定数控机床的定位精度和重复定位精度的方法.给出了该标准的适用范围.第二章用中英文两种语言列出了本标准采用的23条术语及其符号.第三章检验条件,第四章检验程序,第五章结果的评定,第六章供方/制造厂和用户之间的协商要点以及第七章结果的表达是本标准最重要的内容.其中第三章对机床检验时的环境条件,安装条件,几何精度,机床温升等均进行了明确的规定.第四章对操作方法,检验目标位置的选择,贝4量装置和测量仪器给予了明确规定和说明.最主要的是在这一章中对行程至2000mm的线性轴线的位置精度检验,行程超过2000mm的线性轴线的位置精度检验,行程至360.的回转轴线的位置精度检验和行程超过360.的回转轴线的位置精度检验的方法进行了规定和说明.第五章给出了行程至2000mm的线性轴线和行程至360.的回转轴线以及行程超过2000mm的线性轴线和行程超过360.的回转轴线的测量结果的评定方法.第六章规定了供方/制造厂和用户之间的协商要点,如:检验前12h和检验期间每小时温度变化的最大变化率,测量仪器的位置和温度传感器的位置,机床检验前的温升操作,1日标位置问的进给速度,在每个目标位置的停留时间,第1个和最后一个目标位置的确定等.第七章规定了测量结果的表达方法.这一章明确规定,为了与测量方案相一致,结果表示的优先方法是采用图解法.附录A为提示的附录,给出了可供选择的阶梯循环.GB/T17421.22000只保留了直线循环作为标准检验循环.附录B为提示的附录,该附录列出了参考文献目录.5国际和国外相关标准的分析课题组首先对美国国家机床制造商协会NMTBA1977版本数控机床精度和重复定位精度的定义及评定方法,德国VDIDGQ344l一3:1977(机床工作精度和位置精度的统计检验原理和日本JISB63301980(数控机床试验方法通则等国外相关标准进行了分析,研究.通过对这些标准的分析,研究和比较,得出:日本JISB63301980所规定的方法属于级差法,采用这种方法具有很大的偶然性,可靠性差.定位精度只是实测值与理论值之差值.规定只测一次,综述specIaIRepons并且未将定位重复度包含在内,明显不合理.另外,日本标准还规定了定位精度只用单向趋近评定,也不合理.关于评定位置精度使用补偿问题,为了考核机床设计结构和制造质量,反向偏差经游隙补偿后其值很小,难以考核机床质量,所以补偿前后均应检验.NMTBA1977是最早提出用数理统计方法检验位置精度的标准,他与德国VDIDGQ34413:1977及ISO2302:1988标准,尽管有所差异,但均是采用数理统计的方法来评定数控机床的定位精度和重复定位精度,克服了日本标准的缺点.我们认为采用数理统计方法,其测量结果可靠,能真实地反映出数控机床的精度.数理统计法在计算重复定位精度时,采用的是6sj(3sj)来确定误差,误差介于3sj范围内的概率可达99.7%.按此方法评定机床定位精度对用户有利,但给生产者增加了难度.而在ISO2302:1997中,重复定位精度采用了4sj(2sj)来确定,误差介于2sj范围内的概率可达95%,不仅用户可以接受,也为制造厂带来了方便.显然ISO2302:1997更为经济合理.6该标准与lSO2302:1997的主要差异该标准系修改采用ISO2302:1997.与ISO2302:1997的主要差异是:(1)在格式上,按照GB/T1.11993的规定进行了编写,语言表达尽量符合我国习惯;(2)在4.3.2中增加了特殊情况(如重型机床)按附录A,以利于重型机床行业采用该标准.7该标准与GB109311989对照主要修改的内容(1)与采用的国际标准一致,标准名称由原来的数字控制机床位置精度的评定方法改为机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度;(2)对部分术语进行了修改:用标准不确定度代替标准偏差,用覆盖因子2代替覆盖因子3;(3)增加了轴向双向定位系统偏差E,并用轴向双向平均位置偏差代替位置系统偏差Pa;(4)取消了原标准的附录A标准偏差近似估算法;(5)新的双向重复定位精度的评定方法考虑了反向差值的影响,与原标准不同;(6)原标准规定了线性循环和阶梯循环两种标准检验循环,本标准只保留线性循环作为标准检验循环,?36?而阶梯循环被列入附录A,供选择用;(7)增加了对行程超过2000mm的线性轴线和行程超过360.的回转轴线的检验和评定方法;(8)增加了两个评定指标:轴线双向定位系统偏差和轴线双向平均位置偏差M;(9)原标准规定的环境温度范围是1525,本标准规定环境温度为20,如果不在20下检验,则必须进行NDE修正,以获得修正到20的检验结果.8修订工作中遇到的问题及处理方法ISO2302:1997(机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定在使用范围上没有区分一般规格的数控机床和重型机床.所以在转化标准时,重型机床行业反映,如果我们等同转化ISO2302:1997,重型机床行业在执行这个标准时就很难操作.尽管重型机床产量小,但因其体积大,轴线长,而对轴线的定位精度和重复定位精度的检验在环境和温度上的要求又很严格,ISO2302:1997中规定的标准检验循环方法不适用于我国目前重型机床的现状.根据这种情况,我们分别在一般数控机床和重型机床上多次进行了试验与验证.通过对试验数据的分析对比,我们发现:标准检验循环中,从相反方向趋近两端点目标位置的时间间隔相差很大,而阶梯循环中从任一方向趋近每个目标位置的时间间隔较短.按照标准检验循环的测量可反映热效应.在检验期间,沿轴线的各个目标位置热效应不同.测量中热效应在反向差值曰和重复定位精度上是明显的.而就阶梯循环来说,热效应在双向平均位置偏差的范围上也许是明显的,而机床的热性能对反向差值和重复定位精度影响很小.有鉴于此,我们以附录形式为重型机床位置精度