GBT 17421.2-2016 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

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中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局IGB/T17421.2—2016前言 Ⅲ V 12定义与符号 13检验条件 44检验程序 55结果的评定 76供方/制造厂和用户之间的协商要点 77结果的表达 7附录A(资料性附录)线性定位测量的测量不确定度估算——简易方法 附录B(资料性附录)阶梯循环 参考文献 Ⅲ——原2.18内容拆分为2.18和2.19(见2.18和2.19,2000年版2.18); —4.2公式中“r”说明进行了修改(见4.2,2000年版4.2);确的名义差胀(NDE)修正，检验单上应说明机床部件上温度传感器的位置、对名义差胀 对名义差胀(NDE)修正的温度传感器的安装位置”和“补偿程序的类型(例如更新补偿参数的频率)”,“在检验开始和结束时，把温度传感器放在机床有代表性的检测元件和工件的相关件上测量”改为“在检验开始和结束时，分别安装在机床部件(机床检测元件或机床工件/刀具夹持部件)上和检验设备上的、对名义差胀(NDE)修正的传感器的温度”(见7.1,2000年版7.1);——增加了7.2.1; 修改表2,指标中增加不确定度数值(见表2,2000年版表2); 本部分等同采用ISO230-2:2006《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本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国金属切削机床标准化技术委员会(SAC/TC22)归口。北京北一机床股份有限公司、北京第二机床厂有限公司、沈阳机床(集团)有限责任公司、上海机床厂有本部分所替代标准的历次版本发布情况为：V制定本标准的目的是为了对机床精度的检验方法本部分规定了用于确定数控轴线的定位精度和重复定位精度的检验程序按供方/制造厂提出的有关规定，提供满足要求的检验环境，否则应承担机床性能降低的责任。1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GB/T17421的本部分规定了通过直接测量机床的单个轴线来检验和评定数控机床的定位精度和检验方法涉及每个位置上的重复测量。本部分给出了与检验有关的参数的定义和计算方法。附录B叙述了可供选择应用的阶梯循环。这一循环的结果既不用在与本部分有关的技术文献中，用于采集数据的部分轴线行程。选择测量行程时应保证可以双向趋近第(见图1)。P;(i=1～m)2X;;=P-P以相同的方向沿轴线或绕轴线趋近某一目标位置的一系列测量。从两个方向沿轴线或绕轴线趋近某一目标位置的一系列测量所测得的参数。定量地确定一个测量结果的区间，该区间期望包含大部分的数值分布。为获得扩展不确定度而用做综合标准不确定度倍率的一个数值因子。由n次单向趋近某一位置P;所得的位置偏差的算术平均值。某一位置的双向平均位置偏差meanbidirectionalpositionaldeviationataposition某一位置的反向差值reversalvalueatapositionB;从两个方向趋近某一位置时两单向平均位置偏差之差。轴线反向差值reversalvalueofanaxisB沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的绝对值|B;|中的最大值。轴线平均反向差值meanreversalvalueofanaxisB沿轴线或绕轴线的各个目标位置反向差值B;的算术平均值。3在某一位置的单向轴线重复定位精度的估算值estimatorfortheunidirectionalaxisrepeatabilityofpositioningataposition通过对某一位置P;的n次单向趋近所获得的位置偏差标准不确定度的估算值。某一位置的双向重复定位精度bidirectionalrepeatabilityofpositiR;R;=max[2S;个+2S;√+|B;|;R;↑;R;↓]轴线单向重复定位精度unidirectionalrepeatabilityofpositioningR↑=max[R;^]和R↓=max[R;√]轴线双向重复定位精度bidirectionalrepeatabilityofpR沿轴线或绕轴线的任一位置P;上单向趋近的单向平均位置偏差X,个和X↓的最大值与最小值E^=max[X₁^]-min[X;^]和E√=max[X,√]-min[XE沿轴线或绕轴线的任一位置P;上双向趋近的单向平均位置偏差X;个和X;↓的最大值与最小值轴线双向平均定位系统偏差meanbidirectionalpositM4由单向定位系统偏差和单向轴线重复定位精度估算值的2倍的组合来确定的范围。A个=max[X₁个+2S;^]-min[X,^-2S;个]和A↓=max[X₁√+2S₄√]-min[X,√-A由双向定位系统偏差和双向轴线重复定位精度估算值的2倍的组合来确定的范围。最为理想是使测量仪器和被检对象处于20℃的环境下进行检测。如不在20℃下检测，则必须修正轴线定位系统或机床工件/刀具夹持部件和检测设备间的名义差胀(NDE),以获得修正到20测结果。在这种情况下，需要测量机床和检测设备的代表性部位的温度。同膨胀系数是供补偿用的。所产生的不确定度的典型最小范围值为2μm/(m·℃)(见附录A和附在检验前12h和检验过程中以℃/h为单位的环境温度变化率应在制造厂和用户协议规定的范5按机床编制程序使运动部件沿着或围绕轴线运动到一系列的目标位置，r——周期误差振幅(例如滚珠丝杠导程以及直线或回转感应器的节距所引起的误差)±梯度(变在行程至2000mm的线性轴线上，应按4.2的规定每米至少选择5个目标位置，并且在全程上至少也应有5个目标位置。特殊情况(如重型机床)按附录B。应按标准检验循环(见图1)在所有目标位置上进行测量。每个目标位置在每个方向上应测量5次。6循环/循环/(n=5)位置i(m=8)33图1标准检验循环4.3.3行程超过2000mm的线性轴线的检验轴线行程超过2000mm时，可通过在每个方向对目标位置进行一次单向趋近对整个轴线测量行程进行检验，按4.2的规定选择目标位置，平均间隔长度P取250mm。在测量传感器是由几个元件构成的情况下，必须选择附加的目标位置来确保每个元件至少有一个目标位置。当供方/制造厂和用户商定在正常工作范围的某一2000mm长度内检测时，应按4.3.2的规定检验应在表1给定的目标位置进行。应按4.2的规定确定目标位置，主要位置0°、90°、180°和270°应包括在内。每个目标位置在每个方向上应测量5次。表1回转轴线的目标位置3>90°且≤180°587GB/T17421.2—2016/ISO回转轴线行程超过360°至1800°(5r)时，在总测量行程上，可通过在每个方向对每转最少8个目标位置进行一次单向趋近检验。当供方/制造厂和用户商定在正常工作范围的某一360°角度内检测时，应按4.3.4的规定进行。5结果的评定5.1行程至2000mm的线性轴线和行程至360°的回转轴线对每个目标位置P;在每一方向上做5次趋近(n=5),要计算第2章中定义的参数。还要计算极5.2行程超过2000mm的线性轴线和行程超过360°的回转轴线对每一目标位置在每个方向上做1次趋近(n=1),要计算第2章中定义的适当参数。但对轴线单向重复定位精度估算值(2.15)、重复定位精度(2.16、2.17、2.18和2.19)以及定位精度(2.23和2.24)均不适用。线性轴线行程超过2000mm或回转轴线行程超过360°时，应该按供方/制造厂与用户达成的协议提供5.1结果的计算方法。6供方/制造厂和用户之间的协商要点供方/制造厂和用户之间的协商要点如下：a)检验前12h和检验期间每小时环境温度的最大变化率(见3.1);b)测量仪器的位置和温度传感器的位置(见4.3.1);c)机床检验前的升温操作(见3.3);d)目标位置间的进给速度；e)如需要，应明确用于正常工作范围的2000mm或360°测量行程的位置(见4.3.3或4.3.5);f)不在检验范围内的滑板和移动部件的位置；g)在每个目标位置的停留时间；h)确定第1个和最后1个目标位置。7结果的表达7.1表达方法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，并将下述项目附在检验报告上：——测量仪器的位置；——如果进行精确的名义差胀(NDE)修正：——对名义差胀(NDE)修正的热膨胀系数；——在机床部件和检验设备上对名义差胀(NDE)修正的温度传感器的安装位置；——在检验开始和结束时，分别安装在机床部件(机床检测元件或机床工件/刀具夹持部件)上和检验设备上的、对名义差胀(NDE)修正的传感器的温度；8 补偿程序的类型(例如更新补偿参数的频率); 由机床供方/制造厂提供的、用于轴线定位的检测元件类型及其(对名义)热膨胀系数(例如滚珠丝杠/回转分解器系统、直线感应器系统); 对于线性轴线而言，其测量线相对于非在检轴线的位置(该位置通过刀具基准、工件基准的偏置及非在检轴线的位置来确定，上述两项偏置根据机床不同结构确定); 机床检验前的升温(循环次数或空运转时间和进给率); 如有必要，标出检验开始和结束时激光光束附近的气温、气压和湿度；——检验循环中是否应用了内部补偿程序；—当应用时，使用油冷或气冷；——循环次数(n=5或n=1);——用于估算测量不确定度的促成因素和参数。以下参数均以数字给定，选取带(*)参数的检验结果可为机床验收提供依据。对表2中所给的结果，图2和图3作了图示。应该在给出每个参数的同时给出覆盖因子为2,即U(k=2)的测量不确定度U。对于测量不确定度U至少要提供：——由测量装置产生的不确定度的参数；——由机床温度补偿产生的不确定度的参数；——由环境温度变化误差产生的不确定度的参数；——由测量装置移位产生的不确定度的参数(如果有必要)。7.2.2行程至2000mm的线性轴线和行程至360°的回转轴线的检验——轴线双向定位精度)A——轴线单向定位精度)——轴线双向定位系统位置偏差)E——轴线单向定位系统位置偏差——轴线双向平均位置偏差的范围”M——轴线双向重复定位精度R——轴线单向重复定位精度)——轴线反向差值)B——轴线的平均反向差值B表2典型检验结果(轴线长度至2000mm的检验)i123456789目标位置P;/mm趋近方向个个↑↑个245单向↓双向不适用不适用0.004±0.001mm(当i=2时)(k=2)不适用不适用不适用不适用0.004士0.004mm(k=2)0.0015-(一0.0025)0.00400.0034-(一0.0006)0.004—0.0003-(一0.0043)0.008±0.004mm(k=2)0.0034-(一0.0043)0.003(当i=11时)0.003(当；=10时)0.00600.0040-(一0.0018)0.0060.0006—(一0.0055)0.010±0.004mm(k=2)0.0040-(一0.0056)注1:不确定度数值根据表A.5;覆盖因子k根据2.9,注2:上表给定数值为四舍五入数值。偏差/mm偏差/mm检验日期检验员姓名机床型号、名称和出厂编号×××,立式加工中心，编号：×××××测量仪器名称和编号激光干涉仪×××,编号：×××××检验参数——检验的轴线X轴——检测元件的类型滚珠丝杠和旋转编码器位置开始温度(℃)结束温度(℃)用于NDE修正的材料传感器检测元件的热膨胀系数(用于NDE修正)补偿程序每20s更新一次——在每一目标位置停留时间反向和丝杠检验位置——不在检验中的轴线位置 刀具基准偏置(X/Y/Z)——工件基准偏置(X/Y/Z)Y=300mm;Z=350mm;C=0°检验条件(用于激光干涉仪补偿，补偿程序每20s更新一次)开始温度(℃)结束温度(℃)——气温： —空气湿度：工作区的中间位置图2双向定位精度和重复定位精度偏偏差/mm检验日期检验员姓名机床型号、名称和出厂编号×××,立式加工中心，编号：×××××测量仪器名称和编号激光干涉仪×××,编号：×××××检验参数——检验的轴线X轴——检测元件的类型滚珠丝杠和旋转编码器——NDE修正位置开始温度(℃)结束温度(℃)用于NDE修正的材料传感器检测元件的热膨胀系数(用于NDE修正)补偿程序每20s更新一次——进给速度——在每一目标位置停留时间反向和丝杠检验位置——不在检验中的轴线位置Y=300mm;Z=350mm;C=0°——刀具基准偏置(X/Y/Z)——工件基准偏置(X/Y/Z)检验条件(用于激光干涉仪补偿，补偿程序每20s更新一次)开始温度(℃)结束温度(℃) —气温： 工作区的中间位置——轴线双向定位系统偏差”EM——轴线反向差值”BB测量不确定度的估算沿用ISO/TR230-9:2005中附录C的步骤和公式。计算测量不确定度U得本条所使用的公式以ISO/TR2如果没有提供校准证书，而制造商注明误差范围以微米每米或百万分率计，那么应该使用式(A.3)。一般而言，测量装置分辨率的影响可以忽略不计，并且可以依据ISO/TR230-9:2005中的A.2.3由于测量装置对机床在检轴线的移本条所使用的公式以ISO/TR230-9:2005中的C.2.3和式(C.5)为基础。测量装置应对准并平行于机床被检轴线放置，否则会产生测量误差。但是，如果移位(失准)量大于1mm的话，将产生二阶影响。并且，如果机床被检轴线小于300mm的话，则会产生严重影响。式(A.4)和表A.1呈现了移位的影响效果。在使用光学测量设备，例如激光干涉仪的情况下，如果反射光束的运动正如设备制造商所推荐的那样，移位量将在1mm范围内。如果仅仅是出于获得足够的返回光束强度的目的而进行校直的话(这是不提倡的做法),那么移位量可能会达到4mm。在使用机械测量装置，例如线性刻度尺的情况下，由一个侧面辅助进行校准将会产生小于0.5mm的移位量。表A.1由测量设备的移位产生的测量不确定度Ug位01360124901259003600350001230001120000A.2.4由于机床温度补偿产生的不确定度A.2.4.1总则本条所使用的公式以ISO/TR230-9:2005中的C.2.4为基础。如果不在20℃进行测量，就要对机床(或工件)与测量装置之间的相对膨胀进行补偿。这项工作通常是在隐性状态下，由测量装置自动完成的。对于本标准而言，温度测量所需要的补偿会产生一个测量不确定度，并将它增添到长度测量的总测量不确定度中。对于补偿而言，同样需要机床(或工件)的热膨胀系数和测量装置。它们的不确定度是长度测量不确定度的进一步促成因素。A.2.4.2和A.2.4.3与这些不确定度的估算有关。A.2.4.2由于温度测量产生的不确定度本条所使用的公式以ISO/TR230-9:2005中的式(C.6)为基础。在实际应用中，上述这些影响因素以温度测量的可能误差范围的形式表现出来。估算测量不确定度。常用的温度传感器偏差范围大约在0.7℃±0.35℃。如果温度传感器安装不正确或置于非代表性测量点上，测量误差也许会大于4℃。表A.2列出了温度传感器测量误差和测量长度差/℃1.0士0.5004600112468012237113461512713736大多数激光干涉仪系统会对装置的膨胀(如气温的影响)自动做出补偿度Uu.猿显。由于机床温度测量产生的测量不确定度仍然是长度测量不确定度的一个促成因素[见式(A.5)]。测量直线感应器的温度，因此可以将由测量装置温度测量产生的测量不确定度Uw.亚设为零值[见式(A.6)]。R(θ)由于测量不确定度产生的可能温度范围或是机床工件夹持装置与(机械)测量装置之间度表达式包括了由装置温度测量产生的不确定度(或不在20℃测量的补偿不确定度)表A.3表示了在轴线长度为1m的条件下，热膨胀系数不确定度与长度测量温度两者之间的关需要求出由在机床(或工件)膨胀系数中的可能误差产生的不确定度数值UE.n来[见式(A.7)]以及果测量装置的不确定度表达式包括了由装置温度测量产生的不确定度(或不在20℃测温度/℃UE的系数/(μm/m)59636912357122300000112231235736969动到极限位置(最大距离)。在长度测量所需的大致时间内，记录测量装置的读数。读数的范围Ev就UEve=0.6Eve…………(任何环境变化误差Eve将会增加从轴线重复测量中得出的标准偏差值，因而增本条所使用的公式(从A.3.2到A.3.6)以第2章和ISO/TR230-9:2005中的C.4为基础。当直线轴线行程至2000mm时，假设5分别向上和向下运动；当直线轴线行程超过2000mm时，只有1分别本条内容只适用于轴线行程至2000mm的情况。本条所使用的公式以ISO/TR230-9:2005中的U(R↑,R↓)=2·UEVE…………(A.11)A.3.3反向差值不确定度U(B)的估算本条所使用的公式以ISO/TR230-9:2005中的C.4.2和式(C.14)为基础。a)当轴线行程至2000mm时U(B)=0.9·UEVE…………b)当轴线行程超过2000mm时U(B)=2·UEvE…………A.3.4双向重复定位精度的不确定度U(R)本条内容只适用于轴线行程至2000mm的情况。本条所使用的公式以ISO/TR230-9:2005中的U(R)=2.2·UEv…………(A.14A.3.5定位系统偏差的不确定度U(M,E,E↑,E↓)a)当轴线行程至2000mm时b)当轴线行程超过2000mm时式中：U(A,A↑,AV)=√U(E)²+U(R↑,