CNS 14636-2002 Determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled machine tools《数值控制工具机定位精度暨重现性检验通则》.pdf

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1、 1 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 數值控制工具機定位精度暨 重現性檢驗通則 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 91 年 5 月 16 日 年 月 日 14636 B7293ICS 25.040.20 (共 10 頁 ）Determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled machine tools 1.適用範圍 本標準規定數值控制工具機及其元件之定位精度與重現性之檢驗方法， 此方法乃是直接量測工具機上

2、的各獨立軸，其中包括直線運動與旋轉運動。 備考本方法不適用於多數個軸同時檢驗。 本標準是關於數值控制工具機之運動件沿(繞)該軸運動時的定位精度與重現性。 本方法對每個位置進行重複量測，然而量測的次數與誤差的特性無法允許精確評估結果的可信度。選用的方法，一般多是採高斯分佈，在實務上已證實有相當的可信度；若遵守所指定的步驟進行檢驗，將可得到可接受的結果。 2.用語釋義與符號 2.1 目標位置，P j運動件之程式預定到達之位置。下標 j 用於與其他選擇的目標位置有所區別。 2.2 實際位置，P ij : 運動件由 i途徑到達 j目標位置的量測值。 2.3 位置偏差， xij : 實際位置減去目標位置

3、所得的值。 xij = Pij - Pj 2.4 單向的表示一連串的量測中，運動件接近目標位置的方向都是相同的，無論是沿著該軸或是環繞該軸。符號表示量測得的參數是正方向，而則是表示負方向，例如 xij或 xij。 2.5 雙向的相對於從一連串量測中導出的參數，其接近目標位置的方向不論是沿軸向或繞著該軸兩個方向皆可。 2.6 單向位置偏差平均值jx 或jx 在位置 P j 所量得的 n 個單向位置偏差的算術平均值。 =niijjniijjxnxxnx1111和 2 CNS 14636 , B 7293 2.7 位置之逆向值 (誤差 )， Bj在某位置所得到的兩個方向的單向位置偏差平均值之差。 g

4、175g45g173g61jjjxxB2.8 位置偏差範圍 ， Wj由同方向接近目標位置 Pj 所得到的最大位置偏差與最小位置偏差之差。 minmaxminmaxg175g45g175g175g61g173g45g173g173g61ijijjijijjxxWxxW和2.9 標準偏差估測值 ， s在目標位置 Pj 進行 n 個單向量測所得到位置偏差之標準偏差值的估測值 s，可由公式法或範圍法得到。 a) 公式法 g229g229g61g61g175g45g175g45g175g61g173g45g173g45g173g61nijijjnijijjxxnsxxns1212)(11)(11和b)

5、範圍法 kWskWsjjjjg175g175g61g173g173g61和其 k 決定於對目標位置 Pj 所進行的 n 次重複量測，其值見於表 1。 表 1 k 值為 n 的函數 n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 k 1.128 1.693 2.059 2.326 2.534 2.704 2.847 2.97 3.078 2.10 目標位置 Pj 之 單向定位重現性 ， Rj或 Rj 6sj或 6sj的最大範圍 ， 即 ，g173g43g173jjx s3 和 g173g45g173jjx s3 間的範圍，或是 g175g43g175jjx 3s 和 g175g45g175jjsx 3

6、 間的範圍。 備考以得到的是最差狀況而非平均結果。 2.11 目標位置 Pj 之雙向定位重現性 Rj其範圍等於以各值的最大值。 g175g173g43g175g43g173jjjjjs6s6Bs3s3或2.12 軸之單向定位重現性 R或 R與雙向定位重現性 R對某軸任位置採用以步驟所得到的定位重現性之最大值。 3 CNS 14636 , B 72932.13 軸之精度 A 與 之極限值間的最大差，此值無關於運動的位置和方向，此定義用於單向與雙向精度。 s3g43g45x s3g45g45x3.測試條件 3.1 環 境 檢驗環境的溫度可控制於 20 0.5 ， 工具機與相關的量測儀器必須放置於檢

7、驗環境經足 夠時間（以 超過為 佳）以便達 到熱平衡。 此外它們必 須與 外 界通風設備及輻射源隔絕，例如太陽光，高架加熱器等。 若量測儀器 結合了環境 因素之補償 ，如空氣壓 力，溫度或 工具機溫度 等， 它 們將用於修正 20的量測結果。 在檢驗前 12 個小時和檢驗 ， 每小時的溫度變化梯度必須在製造商與買方共同議的範圍內。 3.2 檢驗的機器 該 機器必須 已經組裝 完全且正 常運作（ 除了安全 防護裝置 外）。所 必 須 之平 高度 調整動 作， 幾何對 準檢 驗與功 能檢 查等必 須在 開始進 行精 度與 重 現性檢驗前完成。 備考內建之補償程序可用於檢驗進行。 所的檢驗必須是在機

8、器無負載條件完成，即沒工件的狀況。 各軸滑台或運動件未測定之運動位置必須陳述於測試表。 3.3 暖 機 試驗之前 必 須段 暖 機的操作 程 序，該暖 機 操作程序 必 須由製造 商 指定或 由廠商與 買方 共同 議。 若沒 指定 的操作 條件 ，則檢 驗前 動作必 須限 於必 要 之量測儀器之設定動作。 4.檢驗程式 4.1 操作模式 機器必須由程式控制 ， 使運動件在該檢驗的軸移動 ， 且定位在連串的目標位置時 ， 必須保持個足夠長的時間以達成實際位置的量測與記錄 （或儲存於電腦的記憶體）。 機器在程 式控制 運動於目 標位置之 間的移動 速度必須 快速或在 個經同 意的進給速度移動。 4

9、.2 目標位置的選定 目標位置的值可由的選定，其般形式如 P = (N+r)p 其 N 是整數， r 是隨機的進位小數， p 是所檢驗之軸的最大週期節距， 又 r 在不 同的目標位置取不同的值， N 的選定必須使沿著或環繞軸的目標位置均勻的間距。如此可確保當的位置誤差取樣。 4.3 量 測 4 CNS 14636 , B 7293 4.3.1 量 測 基 準 位 置 、 量 測 儀 器 位 置 必 須 記 錄 於 檢 驗 記 錄 或 指 定 於 相關標準 ， 溫度感測器位於機器元件的位置以及補償程序的形態必須陳述於測試表。 4.3.2 整體檢驗 對於 2 公 尺 以內的軸每公尺少必須選取 5

10、個 目標位置，且全長少 5個目標位置均勻分布於軸。 對每個目標位置，量測進行的方式必須採用圖 1（線性循環）或採用圖 2（迴步循環）之測試循環。每個目標位置必須由每個方向趨近少 5 次 ，測試的循環方式（圖 1 或 圖 2）必須指定於測試表。 4.3.3 個別檢查 對於長於 2 公尺的軸，該軸全長的檢驗必須由以程序之進行。 a) 對於每個量測轉換器的目標位置由各方向進行少次單向接近。 或 b) 若量測系 統連 續則進 行 250 公 釐間距 之 量測（線 性轉 換器或滾 珠導 螺桿與旋 轉式 轉換器）。 在 4.3.2 的整體檢查必須對 2 公 尺 以的軸之正常工作範圍進行檢驗，該範圍須由製造

11、商與買方議決定。 4.3.4 旋轉軸 必須對軸主要位置 0 ，9 0 ， 180及 270 進行檢驗，若量測儀器具連續尺寸當精度，則必須對根據 4.2 節選擇的 3 個位置進行檢驗。 5.結果評估 對每個目標位置 Pj 由每個方向的 5 次接近，計算 a) 位置偏差 jijijPPx g45g61 b) 位置平均偏差 g175g175g61g173g173g61g229g229g61g6151515151iijjiijjxxxx和 c) 逆向值 g175g45g173g61jjjxxB 5 CNS 14636 , B 7293d) 標準偏差估測值 326.21minmax326.21minma

12、x)(41)(41251251g180g175g45g175g175g61g180g173g45g173g173g61g175g45g175g175g61g173g45g173g173g61g229g229g61g61ijijjijijjjiijjjiijjxxsxxsxxsxxs和或和e) 範圍極限 g175g45g175g175g43g175g173g45g173g173g43g173jjjjs3xs3js3jjs3j和和和xxx6.結果表示 6.1 記錄軸的雙向和單向之定位重現性 （參照第 2.12 節 ） ； 若是單向 ， 必須指出量測的方向。 6.2 記錄軸的精度（參照第 2.13

13、節）。 6.3 平均逆向誤差（參照第 2.7 節）。 g173g173g61g229g61njjBnB117.結果展示 展示結果較好的方式是以圖形呈現出各個主要參數，如精度、單向及雙向重現性、平均逆向值、並以數值表示。 圖 3 所示為表 2 所檢驗得的結果。 備考此外檢驗結果可以用沿或繞著平均重現性補充之。 g229g229g229g61g61g61g61g175g175g61g173g173g61njjnjjnjjRnrRnrRnr1111118.製造商與買方之議的觀點 以列出製造商與買方共同議的觀點 a) 檢驗前 12 小時及檢驗溫度之每小時最大變化率（參照第 3.1 節）。 6 CNS

14、14636 , B 7293 b) 量測基準位置(參照第 4.3.1 節)。 c) 檢驗前暖機程序(參照第 3.3 節)。 d) 當不用快速移動速度時、移動於目標位置的進給速度(參照第 4.1 節)。 e) 如圖 1 或 圖 2 的檢驗循環(參照第 4.3.2 節)。 f) 認定為正常工作區域的 2範圍(參照第 4.3.3 節)。 圖 1 線性循環 圖 2 迴步循環 7 CNS 14636 , B 7293圖 3 結果之圖形展示 位置 mm (參考第6.2節)(參考第6.1節)g173g45g173g173g43g173jjjj sxsx 33及g175g45g175g175g43g175jj

15、jj sxsx 33及平均逆向誤差 -1.53 m重現性 逆向值 重現性 R=13.49精度 A=18.03 m逆向趨近 正向趨近 平均單向偏差 機器號碼： 001軸： x 偏差值(g109m) 偏差值(g109m) 偏差值(g109m) 平均逆向誤差-1.53 g109m 重現性R11.84 g109m (在 j=10)R9.9 g109m (在 j=10) R 13.49 j=11) 精度18.03g109m (在g109m (參考第6.3節)81 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 150.71 300.85 450.33 601.11 750.31 901.55 1,050

16、.02 1,201.9 1,351.56 1,500.41 j 目標位置 Pj趨近方向 i=1 2 3 4 5 -2.6-1.6-2.7-1.8-0.92.3 1.1 3.2 2.5 1.5 0.2 0.7 0.4 1.8 1.5 5.44.65.75.45.9-5-5.6-4.8-2.7-2.8-1.5-1 -0.8-2.60.80.61.60.52.32.32.42.13.62.22.9-8.4-7.4-7.8-6.1-6.9-9 -9.4-8.1-8.3-7.8-4.9 -3.7 -4.7 -3.4 -2.3 -5.9-5.9-4 -4.3-2.9-6.3-5.1-5.6-4.1-3.2

17、-5.8-5.6-4.7-4.2-3.3-5.5-3.6-5 -2.3-2.3-5.6-4.8-4.4-4.4-2 -8.2-5.9-6.3-4.5-3.4-6.1-5 -4.8-3.1-2 -7.4-5.5-5.4-3.7-2.2-5.6-4.6-2.9-2.8-1.4-7.8 -5.8 -5.6 -4.7 -2.7 -3 -1.8 -0.2 0 -2.7 平均偏差 jx -1.92 2.12 0.92 5.4 -4.18 -1.34 1.46 2.64 -7.32 -8.52 -3.8 -4.6 -4.86 -4.72 -3.74 -4.24 -5.66 -4.2 -4.84 -3.46

18、-5.32 -1.54 標準偏差 sj 0.746 0.832 0.698 0.495 1.339 0.76 0.879 0.619 0.876 0.661 1.054 1.296 1.226 1.028 1.488 1.345 1.828 1.632 1.973 1.649 1.851 1.38 3sj 2.24 2.49 2.09 1.49 4.01 2.28 2.64 1.86 2.63 1.98 3.16 3.89 3.68 3.08 4.46 4.03 5.48 4.9 5.92 4.95 5.5 4.16 x 0.23 2.62 x -10.87 -5.69 逆向值Bg45s6或值

19、CNS 14636 , B 7293 表 2 典型結果檢驗 單位：平均逆向值 精度 Aj +3sj 0.32 4.16 3.01 6.89 -0.16 0.94 4.1 4.5 -4.69 -6.54 -0.64 -0.71 -1.18 -1.64 0.72 -0.2 -0.18 0.7 1.08 1.49j -3sj -4.16 -0.36 -1.17. -3.92 -8.18 -3.62 -1.18 0.78 -9.95 -10.5 -6.96 -8.49 -8.54 -7.8 -8.2 -8.27 -11.14 -9.1 -10.76 -8.41g173g61 jjxg175jx-4.0

20、4 -4.46 -2.84 -1.18 1.2 0.8 -0.14 0.5 -1.46 -1.38 -3.78 jjjjs3s3s6g43g173g173g175或jB 之較大8.77 8.06 9.13 5.68 5.81 7.85 7.36 8.99 11.84 12.25 13.49 m53.1B g109g45g61，位置重現性單向 R 11.84 m(j=10) R 9.9 m(j=10)， 雙 向 R 13.49 m(j=(jx+3sj)max-(jx-3sj)min=6.89-(-11.14)=18.03 m 9 CNS 14636 , B 7293英詞對照表 英文詞 文詞 A

21、accuracy 精 度 actural position 實際位置 alignment 對 準 B ball screw 滾珠導螺桿 bidirectional 雙向的 C compensation 補 償 cyclic pitch 週期節距 D decimal fraction 進位小數 deviation of position 位置偏差 E estimator 估測值 F feed 進 給 formula method 公式法 full check 整體檢查 G gaussian distribution 高斯分佈 geometric alignment 幾何對準檢驗 gradient

22、 梯 度 I individual chek 個別檢查 L linear cycle 線性循環 linear transducer 線性轉換器 10 CNS 14636 , B 7293 英文詞 文詞 M mean unidirectional positional deviation 單向的位置偏差平均值 O overhead heater 高架加熱器 P positional deviation 位置偏差 positioning 定 位 Q quasi-pilgrim step cycle 迴步循環 R random 隨機的 range method 範圍法 relevant standa

23、rd 相關標準 repeatability 重現性 reversal value 逆向值 rotary transducer 旋轉式轉換器 S standard deviation 標準偏差 T target position 目標位置 test sheet 檢驗記錄，測試表 U unidiectional 單向的 W warm-up 暖 機 workpiece 工 件 相關國際標準 ISO 230-2 1988： Test code for machine tools - Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes