了解 CNC 机床的精度和重复性

我将 CNC 机床的精度定义为它的轴在负载下遵循预期路径到达命令端点的精度。我将它的可重复性定义为它在一天中的多个周期内复制指令运动（同样，在负载下）的精确度。

这些是动态精度和可重复性的定义。它们可能与您的机器制造商的规格不同。制造商规格通常表明静态精度和可重复性；即在进行相关测量时，机床并未在循环执行加工操作。

公平地说，对于机器制造商来说，动态精度和可重复性会随着施加在机器部件上的应力大小而变化。压力越大，就越难以保持准确性和可重复性。这使得机器制造商无法提供动态精度和可重复性规范，更不用说保证了。变量太多了。

也就是说，机器制造商应该能够确定他们的机器是否可以达到您特定应用的准确性/可重复性要求。如果您在购买新机床之前要求他们这样做，他们应该愿意保证。

安装机器后，某些与精度相关的因素超出了 CNC 用户的控制范围。其中包括：

机器结构

• 它必须能够在您的应用程序中执行最强大的加工操作，而其支撑组件不会过度偏转。

反馈系统

• 线性标尺直接监控轴的移动部件的位置。与旋转编码器不同，它们不高度依赖轴系统组件（导轨系统、滚珠丝杠和耦合器）的完整性。

其他与精度相关的因素由机器用户负责。其中包括：

机床校准

• 机器制造商最初会校准螺距误差和齿隙补偿，但如果要保持精度，最终用户必须在机器使用寿命期间定期重复这些校准。

环境

• 机床必须放置在环境温度和湿度变化最小的稳定工作环境中。

确保机器安装可以为您的应用程序提供足够的动态精度并保持正确维护，这只是生产一致、可接受的组件问题的一半。您还必须确认机器可以准确地从第一个工件重复到最后一个工件——一小时又一小时，日复一日——即使机器部件在空闲期后预热。

与机器设计相关的一个重要的可重复性相关问题是运动部件的热变化。主要关注的是机器的主轴和导轨系统，因为它们对加工表面的影响最大。随着这些成分变暖，它们会生长。当它们冷却时，它们会收缩。这使得在机器预热期间很难（甚至不可能）在关键、严格公差的表面上保持尺寸。

机器制造商不遗余力地尽量减少机器部件的热变化（例如冷却主轴和/或导轨系统）。此外，它们还采用了将热变化对可重复性影响降至最低的设计方法。例如，对于 CNC 车削中心，主轴箱可能与床身垂直。随着温度的升高，只有刀具刃口的高度会发生变化。这样可以最大限度地减少机器预热时零件之间的加工直径变化量。

购买任何新的 CNC 机床时，您应该了解制造商如何处理热变化。更重要的是，您必须确认在预热期间由热增长引起的加工表面变化不会超过公差。否则，当您发现新机器必须运行一段预热期才能用于生产时，您可能会大吃一惊。

一些最严重的可重复性问题与机器设计无关。相反，它们受到机器应用程序的影响。任何类型的变化——在生产运行期间或从一次作业运行到下一次——都会影响可重复性。从一个周期到另一个周期的变化将导致需要进行耗时的调整。如果变化足够大，可能会导致报废。

有哪些变体示例？

生产运行期间的变化示例包括：

• 工具磨损。 随着切削刃磨损，加工表面会发生变化。外表面增大，内表面收缩。

• 钝刀更换。 更换钝切削刀具时，需要格外小心，以确保切削刃不会偏离其预定位置。

从一次作业运行到下一次包括：

• 工件夹持设置。 影响工件稳定性的因素有很多（例如工件夹持装置的放置/对齐、夹具位置和施加的力，以及程序归零等）。

• 刀具组装、测量和偏移输入。 组件和装配的变化会导致刚性变化，从而导致加工问题。

• 机器状况。 由事故和忽视预防性维护引起的变化可能会导致过去成功运行的作业出现规模问题。