Точность, повторяемость и разрешение позиционирования в станках с ЧПУ

Академические определения и способы расчета данных параметров указаны в соответствующем ГОСТ 27843-2006, а в данной статье разберем их базовые отличия для неспециалистов. Начнем с наиболее простой характеристики.

1. Разрешение позиционирования

Рассмотрим на примере. Допустим, на оси Y станка под управлением Mach3 установлен шаговый двигатель с шагом 1.8 градуса (200 шагов/об) и драйвером с режимом деления шага 1/16, который соединен с винтом ШВП 1605 с шагом 5 мм на оборот. Mach3 работает в режиме STEP/DIR – посылает дискретные импульсы на контроллер, которые затем интерпретируются в шаги двигателя.

Один импульс STEP вызовет перемещение вала двигателя, которое будет соответствовать перемещению идеальной оси, без люфтов и погрешностей, на 1/(200*16)*5 = 0.0015625 мм. Таково максимальное разрешение позиционирования оси Y – в идеальной ЧПУ позиция по оси в управляющей программе будет кратна этой величине.

В реальной же системе ЧПУ координаты хранятся обычно кратно десятичным разрядам, обычно 0.001 мм, или 0.0001 мм.

И вы сможете задать перемещение в точку с координатой Y = 2.101 или 2.1001 соответственно. Именно значение минимального приращения координаты в УЧПУ называется разрешением позиционирования станка.

И, хотя эти значения обычно не кратны разрешению оси, программа сама вычислит необходимое количество импульсов, необходимое, чтобы получить максимально близкую позицию к заданной.

Естественно, все это вовсе не означает, что, послав один импульс STEP, на самом деле получим перемещение в 0.0015625 мм, ведь существует множество факторов, вносящих погрешность – начиная от погрешности позиционирования вала двигателя до люфта в ходовой гайке. Здесь уместно перейти к следующей характеристике:

2. Повторяемость позиционирования

Если мы будем отправлять ось в одну и ту же точку из разных положений, то каждый раз будем получать немного разный результат из-за механических погрешностей – ось будет останавливаться на каком-то расстоянии от требуемой точки.

Повторяемость показывает, насколько велик разброс этого расстояния, а если точнее – повторяемость прямо пропорциональна среднеквадратичному отклонению ошибки позиционирования. Одним словом, повторяемость характеризует величину "разброса" ошибки позиционирования относительно некоего среднего значения.

Повторяемость зависит главным образом от люфтов передачи и возникающих упругих деформаций, и на самом деле достаточно малоинформативна, т.к. говорит лишь о том, стабильна ли ошибка позиционирования или нет, но ничего не сообщает о её величине. Можно построить совершенно неточный станок с прекрасной повторяемостью.

3. Точность позиционирования оси

Точность позиционирования оси – обобщенная величина, показывающая, в каких пределах может находиться реальная координата оси после завершения позиционирования. Когда говорят "точность станка", подразумевают обычно именно точность позиционирования.

Точность зависит от повторяемости, но включает в себя не только величину "разброса" ошибки позиционирования, но и её среднее значение, т.е. является более универсальной характеристикой. Точность показывает, на сколько велика может быть ошибка позиционирования оси. Точность – основная характеристика станка. Зачастую производители станков среднего и хоббийного класса просто указывают некую "точность станка", не указывая "фактор охвата" - т.е. коэффициент пропорциональности, ведь точность, скажем, 0.05 мм, измеренная для 3σ и для 1σ - большая разница: в первом варианте позиционирование с погрешностью не более 0.05 мм произойдет в 97% случаев, а во втором всего лишь в 32% (если интересно, откуда взяты проценты, вам сюда).

Точность является основной характеристикой станка с точки зрения позиционирования рабочего инструмента и зависит от большого количества факторов, в числе основных – люфты направляющих и передач, несоосность направляющих осей и их неперпендикулярность.

Все, кто хоть раз пытался вырезать большой прямоугольник из фанеры или иного листового материала, знают, как ошибка в доли градуса при разметке прямых углов может привести к несовпадению длин сторон в несколько миллиметров, а иногда и сантиметров (!), поэтому установке направляющих уделяется особое внимание при сборке станка с ЧПУ.

По теме направляющих у нас есть отдельная подробная статья "Какие должны быть направляющие в ЧПУ станках?"

Жесткость и качество исполнения станины и портала также оказывают непосредственное влияние на точность станка.

4. Повторяемость и точность изготовляемых деталей

Самые важные параметры. Методы вычисления и суть их аналогична одноименным характеристикам позиционирования, однако измерению подвергается не позиция оси, а размеры готовых деталей.

Именно эти параметры показывают, насколько станок пригоден для работы и какого качества детали на нем можно изготовить.

Однако, зависят они от еще большего количества факторов: биение на конце фрезы шпинделя, перпендикулярность установки шпинделя, да и собственно обрабатываемых материалов и режимов резания. Поэтому обычно производителями зачастую указывается точность изготовления детали – чисто теоретическая, "расчетная" величина, иногда - не имеющая с реалиями ничего общего.

Для станков среднего класса точность изготовления в 0.2 мм для 3σ можно считать удовлетворительной, в 0.1 мм – хорошей, в 0.05 мм – отличной, менее 0.05 мм – превосходной, такую можно наблюдать лишь на считанных единицах станков эконом-класса.

Другие статьи с рекомендациями по станкам с ЧПУ читайте на страничке нашего сайта "Советы по станкам с ЧПУ".

Определиться с выбором станка производством TINANIUM вам помогут наши специалисты. Для получения бесплатной консультации по всем возникшим вопросам обращайтесь по контактам ниже.