乾物！ CNC工作機械の位置精度を検出する7つの方法

CNC工作機械の位置決め精度とは、CNC装置の制御下で工作機械の各座標軸を移動させることによって達成できる位置精度を指します。 CNC工作機械の位置決め精度は、工作機械の動作精度として捉えることができます。
通常の工作機械は手動で送り込まれ、位置決め精度は主に読み取り誤差によって決まりますが、CNC工作機械の動きはデジタルプログラム命令によって実現されるため、位置決め精度はCNCシステムと機械的な伝達誤差によって決まります。 工作機械の各可動コンポーネントの動作は CNC 装置の制御の下で完了し、プログラム命令の制御下で各可動コンポーネントが達成できる精度は、機械加工部品が達成できる精度を直接反映します。 したがって、測位精度は重要な検出内容となる。
1. 直線運動の位置決め精度検出
直線運動の位置決めの精度は、一般に工作機械や作業台の無負荷状態で行われます。 国家規格および国際標準化機構 (ISO 規格) の規定によれば、CNC 工作機械のテストはレーザー測定に基づく必要があります。 レーザー干渉計がない場合、一般のユーザーは、標準スケールを光学読み取り顕微鏡と併用して比較測定することもできます。 ただし、測定器の精度は測定精度よりも 1-2 レベル高い必要があります。
複数の測位におけるすべての誤差を反映するために、ISO 規格では、各測位点が 5 つの測定値の平均と -3 の散乱帯に基づいて計算され、測位点の散乱帯を形成する必要があると指定されています。
2. 直線運動における繰り返し位置決め精度の検出
検出に使用する機器は位置精度の検出に使用する機器と同じです。 一般的な検出方法は、各座標ストロークの中点と端付近の任意の 3 つの位置を測定します。 各位置とも早送り位置決めを使用し、同じ条件で位置決めを7回繰り返します。 停止位置の値を測定し、読み取り値の最大差を計算します。 3 つの位置の最大差の 1/2 を正負の記号で表し、座標の繰返し位置決め精度とし、軸動作精度の安定性を反映する最も基本的な指標となります。
3. 直線運動における原点復帰の精度検出
原点復帰精度は、本質的には座標軸上の特殊な点の繰り返し位置決め精度ですので、その検出方法は繰り返し位置決め精度と全く同じです。
4. 直線運動の逆誤差検出
運動量の損失としても知られる直線運動の逆誤差には、座標軸送り伝達チェーン上の駆動部品 (サーボ モーター、サーボ油圧モーター、ステッピング モーターなど) の逆不感帯だけでなく、包括的なエラーも含まれます。さまざまな機械的運動伝達ペアの逆すきまと弾性変形の反映。 誤差が大きくなると、位置決め精度や繰り返し位置決め精度が低下します。
逆誤差の検出方法は、測定座標軸のストローク内を一定距離前進または後退させ、その停止位置を基準とします。 次に、一定の移動指令値を与えて同方向に一定距離移動し、その後同じ距離を逆方向に移動させ、停止位置と基準位置との差を測定します。 ストロークの中間点付近とストローク端付近の3箇所を複数回（通常7回）測定し、各箇所の平均値を算出します。 得られた平均値の最大値が逆誤差値となる。
5. 回転ワークテーブルの位置精度検出
測定ツールには標準的なターンテーブル、角多面体、円形回折格子、コリメータ（コリメータ）があり、状況に応じて選択できます。 測定方法は、作業台を一定角度前方（または後方）に回転させ、その位置を基準に停止、ロック、位置決めを行います。 その後、作業台を同じ方向に素早く回転させ、30 秒ごとに位置をロックして測定します。 正転、逆転を1回ずつ測定し、各位置決め位置における実際の回転角度と理論値(指令値)との差の最大値が割出し誤差となります。 CNC 回転ワークテーブルの場合、目標位置を 30 回ごとに設定し、各目標位置を正負方向から 7 回素早く位置決めします。 実際の位置と目標位置との差が位置偏差となります。 そして、GB10931-89「デジタル制御工作機械の位置精度の評価方法」に規定されている方法に従い、全平均位置偏差の最大値と標準偏差との差を算出し、平均位置偏差と標準偏差を算出します。全平均位置偏差の最小値と標準偏差がCNC回転ワークテーブルの位置決め精度誤差となります。
乾式変圧器の実際の使用要件を考慮すると、一般に、0、90、180、270 などのいくつかの直角の等点の測定に重点を置くことが重要です。これらの点の精度を向上させる必要があります。他の角度位置に比べて 1 段階大きくなります。
6. 回転ワークテーブルの繰返し割出し精度検出
測定方法は、回転ワークテーブルの1週間以内に3つの位置を選択し、それぞれ3回ずつ位置決めを繰り返し、正回転方向と逆回転方向の検出を行います。 該当位置の理論値と全読み取り値の差の最大値除算精度。 CNC回転ワークテーブルの場合、30点ごとの測定点を目標位置とし、各目標位置を正負方向から5回ずつ素早く位置決めします。 実際の位置と目標位置との差、つまり位置偏差を測定する必要があります。 次に、GB10931-89 で指定された方法に従って標準偏差を計算する必要があります。 各測定点の最大標準偏差の 6 倍が、CNC 回転ワークテーブルの繰り返し割り出し精度となります。
7. 回転作業台の原点復帰の高精度検出
測定方法は、任意の7点から1回の原点復帰を行い、停止位置を求め、読み取った最大の差を原点復帰精度とします。
現在の測位精度の検出は、高速かつ測位条件下で測定されることに注意してください。 送りシステムの風速が低い一部の CNC 工作機械では、位置決めに異なる送り速度を使用すると、異なる位置決め精度値が得られます。 また、位置決め精度の測定結果は周囲温度や座標軸の動作状態にも関係します。 現在、ほとんどの CNC 工作機械はセミクローズド ループ システムを使用しており、位置検出コンポーネントは主に駆動モーターに取り付けられています。 1m ストローク以内に 0.01-0.02mm の誤差が発生しても不思議ではありません。 これは熱伸びによる誤差であり、一部の工作機械ではその影響を軽減するためにプレストレッチ（仮締め）方式を採用しています。
各座標軸の繰り返し位置決め精度は、その軸の動作精度の安定性を反映する最も基本的な精度指標です。 精度の悪い工作機械が安定して生産に使用できるとは考えられません。 現在、CNCシステムの多機能化により、各シートインジェクターの動作精度におけるピッチ累積誤差や逆クリアランス誤差などのシステム誤差を系統的に補正することが可能となっています。 ランダム誤差のみを補正することはできず、繰り返し位置決め精度は送り駆動機構の総合的なランダム誤差を反映しており、CNC システムの補正では補正できません。 許容範囲外であることが判明した場合は、フィードドライブチェーンの微調整と修正のみを行うことができます。 したがって、工作機械を選択できるのであれば、繰り返し位置決め精度の高い工作機械を選択するのが良いでしょう。