Zusammenfassung der Testmethoden zur Bestimmung der Positioniergenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen

CNC-Werkzeugmaschine ist die Abkürzung für digital gesteuerte Werkzeugmaschine. Es handelt sich um eine Art automatische Werkzeugmaschine mit programmgesteuertem System. Das Steuerungssystem kann logische Steuerregeln oder andere symbolische Anweisungen verarbeiten und den digitalen Code dekodieren, so die Nanjing Fourth Machine Tool Limited Company. Durch die Eingabe von Informationen in die Maschine sendet die numerische Steuerung verschiedene Steuersignale, um die Maschinenbewegung zu steuern und die Teile gemäß den Anforderungen der Zeichnung hinsichtlich Form und Größe automatisch zu bearbeiten.
Die Positioniergenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen beschreibt die Positionsgenauigkeit der Bewegung jeder Koordinatenachse der Werkzeugmaschine unter der Steuerung der numerischen Steuerung. Sie kann als kinematische Genauigkeit der Werkzeugmaschine verstanden werden. Bei herkömmlichen Werkzeugmaschinen mit manueller Beschickung wird die Positioniergenauigkeit hauptsächlich durch den Ablesefehler bestimmt. Bei CNC-Werkzeugmaschinen hingegen wird die Bewegung durch ein digitales Programm realisiert, sodass die Positioniergenauigkeit durch das numerische Steuerungssystem und den mechanischen Übertragungsfehler bestimmt wird. Die Bewegung der beweglichen Teile der Werkzeugmaschine erfolgt unter der Steuerung der numerischen Steuerung. Jede Bewegung kann durch die Programmanweisungen präzise bearbeitet werden, was sich direkt auf die Positioniergenauigkeit auswirkt und daher eine sehr wichtige Überprüfung darstellt.
1. Genauigkeitserkennung der linearen Bewegungspositionierung
Die Positioniergenauigkeit linearer Bewegungen wird üblicherweise im unbelasteten Zustand von Werkzeugmaschine und Arbeitsplattform ermittelt. Gemäß nationaler Normen und der Internationalen Organisation für Normung (ISO) sollte die Prüfung von CNC-Werkzeugmaschinen auf Lasermessungen basieren. Steht kein Laserinterferometer zur Verfügung, kann für den durchschnittlichen Anwender eine Standardskala verwendet und die Messung mit einem optischen Mikroskop verglichen werden. Die Messgenauigkeit des Instruments muss jedoch mindestens 1–2 Genauigkeitsstufen über der Sollgenauigkeit liegen.
Um alle Fehler bei der Positionierung zu berücksichtigen, sieht die ISO-Norm vor, dass jeder Positionierungspunkt durch den Mittelwert der Daten aus fünf Messungen berechnet wird und der Positionierungspunkt um ±3 gestreut ist.
2. Genauigkeitserkennung für die Positionswiederholung bei linearen Bewegungen
Das für die Prüfung verwendete Instrument ist dasselbe wie das zur Genauigkeitsmessung. Die allgemeine Methode besteht darin, die Positionsbestimmung in einem beliebigen Koordinatensystem nahe dem Mittelpunkt und den Endpunkten dreier Positionen zu messen. Jede Position wird mit einem schnellen mobilen Positionsbestimmungssystem unter gleichen Bedingungen siebenmal erfasst. Anschließend wird die Stoppposition gemessen und die maximale numerische Differenz berechnet. Die Hälfte des größten Wertes der drei Positionen (mit positivem oder negativem Vorzeichen) dient als Koordinate der wiederholten Positionsgenauigkeit und spiegelt die Stabilität der Achsenbewegung als grundlegendsten Indikator wider.
3. Präzisionserkennung für lineare Bewegungen des Ursprungs.

Die Genauigkeit der Rückkehr zum Ursprung entspricht im Wesentlichen der Wiederholgenauigkeit der Positionierung eines bestimmten Punktes auf der Achse, daher ist die Detektionsmethode die gleiche wie die der Wiederholgenauigkeit der Positionierung.

4. Lineare Bewegung der umgekehrten Fehlererkennung
Der Rücklauffehler der Linearbewegung, auch Impulsverlust genannt, umfasst die Antriebskomponenten der Achsenvorschubkette (wie Servomotoren, Servomotoren und Schrittmotoren im Totbereich des Rücklaufs usw.) und spiegelt die mechanische Bewegung aufgrund von Zahnflankenspiel und elastischer Verformung wider. Je größer der Fehler, desto geringer die Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit.
Die Methode zur Erkennung von Rückwärtsfehlern misst die zurückgelegte Strecke in Fahrtrichtung bis zur Ausgangsposition. Anschließend wird ein Fahrbefehl in dieselbe Richtung gegeben, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen. Danach wird dieselbe Strecke in die entgegengesetzte Richtung zurückgelegt. Die Differenz zwischen der zurückgelegten Strecke und der Ausgangsposition wird gemessen. In der Mitte der Fahrt sowie an den drei Endpunkten werden jeweils zwei Positionen wiederholt gemessen (üblicherweise siebenmal). Der Mittelwert jeder Position und der größte Mittelwert ergeben den Rückwärtsfehler.
5. Genauigkeitserkennung der Drehtischpositionierung
Ein Standardmessgerät, bestehend aus Drehtischwinkel-Polyeder, Kreisgitter und Kollimator, wird je nach den spezifischen Gegebenheiten verwendet. Die Messmethode besteht darin, den Arbeitstisch (vorwärts oder rückwärts) an einem festgelegten Punkt anzuhalten, zu arretieren und zu positionieren. Diese Position dient als Referenz. Anschließend wird der Tisch in gleicher Richtung schnell gedreht, wobei alle 30° erneut arretiert und positioniert wird. Die Messung erfolgt durch Messung. Der maximale Wert der Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehwinkel und dem Sollwert (Vorgabewert) jeder Position ist die Differenz zwischen den Messungen bei Vorwärts- und Rückwärtsdrehung. Bei einem CNC-Drehtisch sollte jede Zielposition alle 30° siebenmal schnell von der positiven und negativen Richtung aus angefahren werden. Die Differenz zwischen tatsächlicher und Sollposition ergibt die Positionsabweichung. Anschließend werden gemäß GB10931-89 „Methoden zur Bewertung der Genauigkeit digitaler Positionssteuerungen von Maschinen“ die durchschnittliche Position und die Standardabweichung berechnet. Die Differenz aus maximaler und minimaler durchschnittlicher Positionsabweichung und Standardabweichung aller Werte sowie deren Differenz ergibt den Positioniergenauigkeitsfehler des CNC-Drehtisches.
Unter Berücksichtigung der Anforderungen des tatsächlichen Einsatzes von Trockentransformatoren, 0, 90, 180, 270 und mehreren anderen rechtwinkligen Teilungspunkten für die Messung, ist die Genauigkeit dieser Punkte größer als die anderer Betrachtungsweisen, um eine Note zu verbessern.
6, Drehtisch zur wiederholten Indexiergenauigkeitsprüfung
Die Messmethode besteht darin, die Position des Drehtisches innerhalb einer Woche dreimal zu wiederholen. Die Messung erfolgt in positiver und negativer Drehrichtung. Die maximale Teilgenauigkeit ergibt sich aus der Differenz zwischen dem theoretischen Wert aller Messwerte und der entsprechenden Position. Bei einem CNC-Drehtisch wird alle 30 Messungen ein Messpunkt als Zielposition festgelegt. Jede Zielposition wird fünfmal schnell aus positiver und negativer Richtung angefahren. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Position und der Zielposition, die sogenannte Positionsabweichung, wird gemessen. Die Standardabweichung wird gemäß GB10931-89 berechnet. Das Sechsfache des maximalen Standardabweichungswerts jedes Messpunkts ergibt die Wiederholgenauigkeit des CNC-Drehtisches.
Ursprungsrücklauf 7, Präzisionsdrehtisch
Die Messmethode besteht darin, von 7 beliebigen Positionen aus zum Ursprung zurückzukehren, die Stoppposition zu bestimmen und die maximale Abweichung als Ursprung der Rückkehr für die Genauigkeit der Ablesung zu verwenden.
Es ist anzumerken, dass die bestehende Positioniergenauigkeit bei schnellen Positioniervorgängen gemessen wird. Das Vorschubsystem von CNC-Werkzeugmaschinen ist in gewisser Weise nicht optimal; bei unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten ergeben sich unterschiedliche Positioniergenauigkeitswerte. Darüber hinaus hängen die Ergebnisse der Positioniergenauigkeitsbestimmung von der Umgebungstemperatur und dem Betriebszustand der Achse ab. Die meisten modernen CNC-Maschinen verwenden ein halbgeschlossenes Regelsystem, bei dem die Positionierkomponenten am Antriebsmotor installiert sind. Ein Fehler von 0,01 bis 0,02 mm pro Meter Verfahrweg ist daher nicht ungewöhnlich. Dieser Fehler wird durch thermische Ausdehnung verursacht. Einige Werkzeugmaschinen verwenden ein Vorspannverfahren, um dessen Einfluss zu reduzieren.
Die Wiederholgenauigkeit jeder Koordinatenachse ist der grundlegendste Präzisionsindex und spiegelt die Stabilität der Achsenbewegung wider. Moderne CNC-Systeme verfügen über immer mehr Funktionen. Für jede Achse gibt es Standard-Systemfehler wie die Akkumulation von Nickfehlern usw., die durch ein Kompensationssystem für Spielfehler ausgeglichen werden können. Neben der Kompensation zufälliger Fehler ist die Wiederholgenauigkeit ein Spiegelbild der zufälligen Fehler des integrierten Vorschubantriebsmechanismus. Diese können nicht durch ein numerisches Steuerungssystem kompensiert werden. Bei extrem niedrigen Werten bleibt nur die Feinjustierung der Vorschubkette als Korrekturmöglichkeit. Daher sollte bei der Auswahl einer Werkzeugmaschine, sofern möglich, auf hohe Wiederholgenauigkeit geachtet werden.