追求低误差、高精度的机床精度

精度的定义:

一般来说，精度是指机床将刀头点定位到程序设定的目标点的能力。然而，衡量这种定位能力的方法有很多，更重要的是，不同的国家有不同的规定。

• 日本机床制造商:在校准“精度”时，通常使用JISB6201 JISB6336或JISB6338标准。JISB6201一般用于通用机床和普通数控机床，JISB6336一般用于加工中心，JISB6338一般用于立式加工中心。
• 欧洲机床制造商:特别是德国制造商，一般采用VDI/DGQ3441标准。
• 美国机床制造商:通常使用NMTBA(国家机床制造商协会)标准。

机床误差来源及精度挑战:

一台机器的最终精度是由所有可能误差的总和来表示的。

如今，精密机械行业对成品精度的要求越来越高。在智能机械与制造研究技术中，通过机器状态预测加工质量是一个重要的发展课题。然而，无论机床的类型、规格、工作量和工作精度如何，即使是最优秀的数控机床，其定位精度也会随着时间的推移而逐渐降低，从而产生误差。因此，为了保证部件质量一致，减少材料浪费，实现更高的生产效率，需要对数控机床性能进行快速检测和调整。

刀具加工性能误差的来源有:

1. 机械结构误差:
   结构在自身重量和载荷作用下的运动，会使材料发生不同程度的变形，产生误差;在设计过程中，通过有限元法分析，可以获知结构误差的大小。
2. 传动系统误差:
   螺杆、线轨、滑块配合间隙和C1级螺杆节距的误差应在5μm以内，线轨最高水平(UP级)的两个平行面之间的误差应小于2μm。然而，对于高精度机械，整机设计和装配需要找到一种方法来消除这些总误差，并达到±3μm以内的最终高精度要求。
3. 反馈控制误差:
   控制器命令输出驱动电机，并使用光学刻度接收反馈。现有最好的光学标度可以保证测量误差保持在3μm以内，但这个误差是由光学标度的精度决定的。只要光学标度总成没有问题，误差是固定的，可以通过控制器的误差补偿来消除。
4. 装配错误:
   机床的直线度、垂直度、平行度、平整度，以及各部件和运动部件的总误差一般保持在5μm以内，是一个较好的误差范围。
5. 温度误差:
   温度每升高1℃，对铁的变形量影响幅度为11.7μm /m。在加工过程中，由于能量的转换，产生局部热变形，导致刀具或工件的热变形，需要机床进行补偿。即使有热补偿功能，也只是大规模补偿，不能用于小面积补偿。高精度加工的最佳方法是控制加工温升，使其变化小于0.5℃，这样才能保持精度。
6. 材料变形:
   材料浇铸后，会有广泛的内部变形，如果材料不回火，其变形会很大。材料条件是必需的。
7. 夹具与人为操作误差:
   加工时夹具是否对称，夹紧力是否均匀，环境中是否存在振动或其他干扰因素都会影响加工精度。
8. 其他误差(如测量或环境因素):
   在整个机器的设计中，需要考虑总误差中值应被正、负误差的差值所抵消。通过补偿可以减少误差，从而提高机器的整体精度。真正的困难在于这些误差是变化的，即它们的标准差的分布范围太大而无法控制。在数十个误差源的情况下，为了保持±3μm的总误差变化，需要将每个误差的变化控制在1μm以内。通过控制这些误差源来保持机器的整体精度是一项艰巨的挑战。

因此，台湾的机床工业必须不断提高作为一个整体。为了赢得竞争，机器生产工厂以及部件和加工供应商和合作伙伴必须共同努力提高制造精度。