【国家标准(GB)】 机床检验通则 第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定

GB/T 17421. 2 -- 2000
本标准是根据IS(）230-2：1997《机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定》，对GB/T10931--1989《数字控制机床位置精度的评定方法》进行修订的。本标准等效采用函际标准1S0230-2：1997
本标准与IS0230.2：1997的主要差异：1.范围按GB/T1.1的规定进行了改写；2.准4.3.2巾增加了“特殊情况（如重型机床)按附录A”，以适应重型机床采用、贯彻本标准。木标准马G13/T10931-1989的主要差异：1.用“标准不确定度”代替“标准偏差”，用“覆盖因了2”代替“覆盖因子3”；2.增加了轴线双向定位系统偏差E.并用轴线双向平均位置偏差M代替位置系统偏差T\a；3.取消原标准附录A标准偏差近似估算法”；4.双向重复定位精度R：考虑到反向差值B:的影响；5.按IS）230-2：1997对位置精度的评处参数和检验条件作了相应修改。本标准是机床检验通则系列标准的一部分，GB/T17421在《机床检验通则》的总标题下，包括以下5部分：
第1部分：在无负荷或精加工条件下机床的儿何精度第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定第3部分：热效应的评定
第4部分：数控机床的圆检验
第5部分：噪声（山前我国有GB/T4215--1984《金属切削机床噪声声功率级的测定》和长噪南声压级测量方法》，准备准国际标准IS0230-5颁布后，制定G/T167691997金属切削机床
新的国家标准）。
本标准从实施之起，同时代替GB/T10931---1989本标准的附录A和附求B都是提示的附录。本标准由国家机械1.业揭提出。本标准由全国金属切削机床标准化技术委员会归口。本标准起草单位：北京机床研究所、长城机床厂、北京铣床研究所、沈阳自动车床研究所、武汉重型机床研究所，
本标准主要起草人：凌泽润、胡端琳、陈高、周仁礼、朱胜华、李祥文、李双庆。本标准1989年3月首次发布。
GB/T 17421.2 2000
ISO前言
ISO)（国际标准化组织）是世界范围内各国标准化组织（ISO成员）的联合组合。国际标准的制定I作通常由ISO）的技术委员会完成。对技术委员会设立的某专题感兴趣的每个ISO成员都有权在该技术委员会表达自已的意见。与ISO有联系的国际组织、官方或非官方机构也可参与此项工作，ISO与负责电气标准的国际电工委员会（IEC)合作密切。经技术委员会接受的国际标准草案，在发往各成员征求意见后表决。国际标准的发布要求至少75%的成员投票通过。
国际标准ISO）230-2是由ISO/TC39机床技术委员会的SC2金属切削机床检验条件分委员会制订的。
ISO230总标题为：机床检验通则，它包括如下几部分：第1部分：在无负荷或精加工条件下机床的儿何精度；第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定：第3部分：热效应的评定；
第4部分：数控机床的圆检验；
第5部分：噪声。
附录A和附录B都是提示的附录。第二版对第一版作了技术性修定，取代第一版（ISO230-2：1988）。338
GB/T17421.2—2000
ISO引言
由于ISO230的这部分采用测量值统计处理法对与机床特性有关的各种参数进行定义.SC2分技术委员会就决定沿用《测量不确定度的表达指南》所规定的建议。首先修订涉及到位置偏差分布形式的假定。由于在本标准中，采用了“标催的不确定度”代替“标准偏差”，所以对分布形式不作假定。用覆盖因子2代替覆盖因子3的扩展不确定度的新定义同样符合《测量不确定度的表达指南》的建议。其次为突出机床的系统特性，SC2分技术委员会在本标准中增加了新定义，即E（对应于ANSIB5.54中的“精度”术语）和M（与VDI3441中的“位置偏差，Pa”相符）SC2分技术委员会相信，增加内容后的ISO230这部分将会得到全体成员国更为致的接受，339
1范围
中华人民共和国国家标准
机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定Test code for machine tools Part 2:Determination of accuracy and repealability ofpositioning numerically controlled axesGB/T 17421.2
--2000
cqv IS0 230-2:1997
代替G13/T109311989
本标准规定了通过直接测量机床的单独轴线来检验和评定数控机床的定位精度和重复定位精度的方法。这种方法对直线运动和回转运动同样适用。本标准适用十机床的型式检验、验收检验、比较检验、定期检验。也可用丁机床的补偿调整检验：本标准不适用于需同时检验儿个轴线的机床。2定义和符号
本标准采用以下定义和符号：
2.1轴线行程　axis travel
在数字控制下运动部件沿轴线移动的最大直线行程或绕轴线回转的最大行程，2.2 测量行程 measurement travel用于采集数据的部分轴线行程。选择测量行程时应保证可以双向趋近第一个和最后·个目标位置（见图1）。
2.3目标位置P,(i=1至m）target position P,(i=1 to m）运动部件编程要达到的位置。下标；表示沿轴线或绕轴线选择的目标位置中的特定位置。2.4 实际位置 P,(i=1至m,j=1至n） actual posirion P,(i=1 to m:i=1 to n)运动部件第，次向第1个目标位置趋近时实际测得的到达位置。2.5位置偏差X，deviationof position;positional deviationXi运动部件到达的实际位置减去目标位置之差。X,- P, -P.
2.6单向unidirectional
以相同的方向沿轴线或绕轴线趋近某目标位置的一系列测量。符号表示从正方向趋近所得的参数；符号表示从负方向趋近所得的参数。如X，或X，。2.7 双向 bidirectional
从两个方向沿轴线或绕轴线趋近某百标位置的一系列测量所测得的参数。2.8扩展不确定度expanded uncertainty定量地确定一个测量结集的区间，该区间期望包含大部分的数值分布。2.9覆盖因子covcrage factor
为获得扩展不确定度而用作标准不确定度倍率的个数值因了国家质量技术监督局2000-02-18批准3.10
20000601实施
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2.10某一位置的单向平均位置偏差x，或X，mean unidirectional positional deviation at a position,X, + 2.11某---位置的双向平均位置偏差×，X,和,：
mean bidirectional positional deviation at a position ,X1>x.*
从两个方向趋近某…位置，所得的单向平均位置偏差又，和文，★的算术平均值。+
2.12某位置的反向差值B，reversal value at a position，B从两个方向趋近某·位置时两单向平均位置偏羔之差。B, =X +-X,
2.13轴线反向差值 B reversal value of an axis,B沿轴线或绕轴线的各自标位置的反向差值的绝对值1B，中的最人值，B maxiB:t
2.14轴线平均反向差值Bmean reversal value of an axis,B沿轴线或绕轴线的各个目标位置反向差值B，的算术平均值。B
estimator of the unidirrctional2.15在某一位置的单向定位标准不确定度的估算值S，1或S：+standard uncertainty af positioning at a position,S, a or S, +通过对某一位置P,的n次单向趋近所获得的位置偏差标准不确定度的估算值。S.+
(X,+ -X,+)
Z(X,+ X.+)2
2.16某一位置的单向重复定位精度R,或R.tion.R,+ or R.
unidirectional repeatability of positioning al a post由某一-位置P，的单向位置偏差的扩展不确定度确定的范图，覆盖因子为2。R,+4S.和R-4S.
2.17某一位置的双向重复定位精度R；bidirectional repeatability of positioning at a position、RR; = maxE2S:+ + 2S, + - B:;R.+:R,+2.18轴线单向重复定位精度R或R以及轴线双向重复定位精度Runidirectional repeatabilityof positioning R t or R and bidirectional repeatability of positioning R of an axis沿轴线或绕轴线的任一位置P，的重复定位精度的最大值-- max.R,J
R★ = max(R,J
R max.R,.
+ unidirectional systematic positional devintion of an ixis.2.19轴线单向定位系统偏差E+或FE* or E+
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沿轴线或绕轴线的任一位置P，上单向趋近的单向平均位置偏差又，和X，★的最人值与最小值的代数差
E^ = maxX, + -- min[X, +]
E = maxx,J min'X,
2.20轴线双向定位系统偏差Ehidirectional systematic positianal deviation of an axis，F沿轴线或绕轴线的任位置P上双向趋近的单向平均位置偏差戈，和x，的最大值与最小值的代数差。
E - max(X, +,X,J- minX, +,X,+)2.21轴线双向平均位置偏差Mmean bidirectionalpositional deviation of an axis，M沿轴线或绕轴线的任位置P，的双向平均位置偏差又，的最大值与最小值的代数差。M = max[X,] - min[X,]
2.22轴线单向定位精度A+或A★unidirectional accuracy of positioning of an axis，A + or 1-由单向定位系统偏差和单向定位标准不确定度估算值的2倍的组合来确定的范围。A+ = max[x, * + 2s. + -- minrx. + - 2s, +]和A★ = maxX, ^ + 2S. +-min[X, →- 2S,→J2.23轴线双向定位精度 Abidirectional accuracy of positioning of an axis，A由双向定位系统偏差和双向定位标准不确定度估算值的2部的组合来确定的范围。A = maxX,+ + 2S, +,X,+ + 2S,+- min[X,+ \ 2S, +;X,+ --2S ]3检验条件
3.1环境
为满足机床按规定精度运转，建议供方/制造提出适宜的温度环境的规定规定中，一般应包括平均室温、平均温度偏差的最大幅度和频率范围以及环境温度梯度等。出用户负责在安装现场提供机床操作和性能试验的适宜温度环境。当用户遵守供方/制造厂所提出的规定，则供方/制造厂应对所检测的机床性能负责。最为理想是使测量仪器和被检对象处于20℃的环境下进行检测。如不在20C下检测，卿必须修正轴线定位系统和检测设备间的名义差胀（NDE),以获得修正到20C的检测结果。在这种情况下，需要测量机床定位系统和检测设备的代表性部位的温度。应该注意，任何与20℃的温差均可对有效膨胀系数下的不确定度产生一个附加不确定度，而有效膨胀系数是供补偿用的。所产生的不确定度的常用值为土2μm/(m·）（见附录B）。因此在检验报告中应记录实际的温度。供方/制造厂应提供轴线定位系统的有效膨胀系数。机床和检具应在检测环境中放置足够长的时间（最好过夜)以确保在检验前达到热稳定状态。应避免气流和外部辐射，如阳光、外部热源等。在检验前12h和检验过程中以度每小时为单位的环境温度变化率应在制造」和用户协议规定的范围内，
3.2被检机床
被检机床应完成装配并经充分运转。在开始检验定位精度和重复定位精度之前，机床的调平、儿何精度和功能检验都应完金符合要求。检验期间若使用机内补偿程序，应记录在检验报告中。所有的检验均应在机床无负载，即无工件的条件下进行。非检验轴线上的滑板或运动部件的位置应在检验单上标明。3.3温升
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为了在止常工作条件下检验机床，检验前应按供方/制造厂的规定或供方/制造与用户的协议进行适当的升温
如果未规定条件，则在检验前的运动只限于调整测量仪器的需婴。连续地趋近任一特定的自标位置时，若偏差成一有序序列，应考到热状态尚不稳定，则应通过升温运转使这些趋势减至最低限度。4检验程序
4.1操作方法
按机床编制程序使运动部件沿着或围绕轴线运动到一系列的国标位置，并在各百标位置停留足够的时间，以便测量和记录实际位置。机床应按程序以间一的进给速度在目标位置间移动。4.2目标位置的选择
每个目标位置的数值可白由选择，一般应按下列公式：P--P+r
式中：1—现行目标位置的序号；P一一自标位置的间距，使测量行程内的目标位置之间有均匀的间距；7一一在各目标位置取不同的值，获得全测量行程上目标位置的不均勾间隔，以保证周期误差（例如滚珠丝杠导程以及直线或回转感应器的节距所引起的误差)被充分地采样4.3测量
4.3.1装置和仪器
测量装置用于测量轴线运动方问上夹持刀具的部件和夹持工件的部件间产生的相对位移。检验单上应记录测量仪器的位置。检验单上应说明机床部件上温度传感器的位置和补偿程序的类型。4.3.2行程至2000mm的线性轴线的检验在行程至2000mm的线性轴线上，应按4.2的规定每米至少选择5个目标位置，并直在全程1至少也应有5个日标位置。
应按标准检验循坏（见图1）在所有日标位置上进行测量。每个日标位置在每个方向.1.应测量5次。特殊情洗(如重型机床)按附录A。注：选择改变方向的位置时应考虑机床的正常运行（达到规定的进给速度）。4.3.3行程超过2000mm的线性轴线的检验轴线行程超过2000mm时，可通过在每个方向对且标位置进行一次单向趋近对整个轴线测量行程进行检验，按4.2的规定选择目标位置，平均间隔长度P取250mm。在测量传感器是由儿个元件构成的情况下，必须选择附加的目标位置来确保每个元件至少有一个目标位置，在行程超过2000mm的情况下，需按4.3.2的规定进行检验，应按供方/制造厂和用广的约定在正常工作范围内进行。
4.3.4行程至360°的回转轴线的检验检验应在表1给定的目标位置进行。应按4.2的规定确定目标位置，主要位置0°、90°、180°和270°应包括在内，
们标位留
量行程
>90\和180°
>180°
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位置（
图1标准检验循环
表1回转轴线的目标位置
4.3.5行程超过360的回转轴线的检验循环)
最少目标位置数
回转轴线行程超过360°至1800°（5r）时，在总测量行程上，可通过在每个方向对间隔不超过45°的围标位置进行·次单向趋近检验在行程超过360°的情况下，需按4.3.4的规定进行检验，应按供方/制造和用户的约定在正常工作范围内进行。
5结果的评定
5.1行程至2000mm的线性轴线和行程至360°的回转轴线对每个月标位置P，在每一方向上作5次趋近（n5），要计算第2章定义的参数。还要计算极限偏差：
x,+ + 2S, +
X, + 2S
X,+ - 2S, *
5.2行程超过2000mm的线性轴线和行程超过360°的回转轴线对每·目标位置在每个方向上作一次趋近（n一1），要计算第二章中定义的适当参数。但对标准不确定度（2.15）、重复定位精度（2.16、2.17和2.18)以及定位精度（2.22与2.23)均不适用。6供方/制造厂和用户之间的协商要点供方/制造厂和用户之间的协商要点如下：a）检验前12h和检验期间每小时环境温度的最人变化率（见3.1)；b）测量仪器的位置和温度传感器的位置（见4.3.1)；81
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C）机床检验前的温升操作（见3.3）：d）目标位置间的进给速度；
e）如需要，应明确用子正常工作范围的2000mm或360°测量行程的位覆（见4.3.3或1.3.5）；f）不在检验范围内的滑板和移动部件的位置；g）在每个目标位置的停留时间：h）确定第1个和最后1个日标位置7结果的表达
7.1表达方法
为了与测量方案相致，结果表示的优先方法是采用图解法，并将下述项画附在检验报告上：测量仪器的位置；
一机床部件上温度传感器的位置及补偿程序的类型；·检验日期；
机床型号、名称、型式（水平主轴或垂直主轴)和坐标轴行程；：使用的检验设备清单，包括供方/制造）的名称、元件的型号和编号（如激光头、光学件、溢度传感器等）；
用十轴线定位的检测元件类型及其对名义差胀修正的热膨胀系数（如滚珠丝杠和旋转缩码器、玻璃尺、感应同步器和磁尺等)；在检轴线名称及其测量线相对」非在检轴线的位置（该位置通过刀其基准、工件基准的偏置及非在检轴线的位置来确定，上述两项偏置根据机床不同结构确定）；在每一月标位置的进给速度和停留时间，名义目标位置的编号：机床检验前的升温（循环次数或空运转时间和进给率）；在检验开始和结束时，把温度传感器放在机床有代表性的检测元件和工件的剂关件上测量；在检验开始和结束时，测量环境温度；一如有必要，标出检验开始和结束时的气压和湿度；检验循环中是否应用「内部补偿程序；当使用气体或油时，其气体或油应具有--定的压力；循环次数（n=5或1）
7.2参数wwW.bzxz.Net
以下参数均以数字给定，选取带（×）参数的检验结果可为机床验收提供依据：对表2中所给的结果，图2a和图2b作了图示。
7.2.1行程至2000mm的线性轴线和行程至360\的回转轴线的检验*\-轴线双向定位精度*；A
轴线单向定位精度＊和A+
-轴线双向定位系统位置偏差*：E轴线单向定位系统位置偏差，和E…--轴线双向平均位置偏差的范围*；M一轴线双向重复定位精度；R
一轴线单向重复定位精度*R和R
轴线反向差值*B
…-轴线的平均反向差值。B
7.2.2行程超过2000mm的线性轴线和行程超过360°的叫转轴线的检验--轴线双向定位系统偏差*;E
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轴线单向定位系统偏差；E+和E+轴线双尚平均位置偏差的范围*；M轴线反向差值*：B
轴线平均反向差值。
日标位置P/mm
趋近方询
位置偏养
单向平均位置偏
差X:/μm
标准不确定度
X,-2S:/μm
X,+2S:/μm
单向重复定位偏
差R-4S:/μm
反向差值 B, / um
双间重复定位精
度R./μuml
双向平均位置偏
差Xi/μm
轴向偏差
反向差值B
平均反向差值B
175,077
2.31.23.6
2. 3 -1. 6 3. 4
0. 7 0. 7
1. 6-- 2.32.8
典型检验结果（轴线长度至2000mm的检验）4
0. 9 4. 0
1.41.21.5
双间平均位置偏差
的范围M
定位系统偏差E
重复定位精度R
定位精度 A/mm
不适用
不适用
不适用
0. 003 4-(--0. 000 6)
0.0025(当1=11时)
0. 004 0-(-0. 001 7)
不适用
不适用
不适用
0. 000 4 - (--- 0. 004 3)
0. 002 9(当i=10 时)
0. 000 5- (- 0. 005 5)
7:0.610.7
0.0041（当-2附）
0. 001 5 - (- 0. 002 5)
0. 003 4 -- (- 0. 004 3)
0.0065（当1--9时）
0. 004 0 - (- 0. 005 5)
机床型号、名称和出厂编号
测量仪器名称和编号
检验参数
检验的轴线；
检测元件的类型：
NDE修正（是或不是）：
GB/T 17421. 2
X××，立式加工中心，编号：×××××××,编号:×X×××
滚珠丝杠和旋转编码器
检测元件的热膨胀系数（用于NDE修正）：进给速度：
在每百标位置停留时间：
使用补偿：
检验位臀
…不在检验中的轴线位置
刀具基准偏置（X/Y/Z）：
工件基准偏置（X/Y/Z）
检验条件
温度传感器
材料传感器！
材料传感器 2
空气传感器
气压：
一一空气湿度！
检验日期
检验员姓名
工作台X=50 mm
工作台 X1 700 rnm
工作区的中间位置
-—x+
-.~ F+±2st 或 +±2Si
H am/(m-()
1 000 mm/min
反向和丝杠
Y= 300 nm;z 350 imm;C- (0
0/0/120 mm
0/0/30mm
开始温度/C
位置/mm
图2a双向定位精度和重复定位精度2000
结束温度！
机床型号、名称和出广编号
测量仪器名称和编号
检验参数
检验的轴线：
检测元件的类型：
---NDE修正（是或不是）：
GB/T17421.2—2000
XX×，立式加工中心编号：XX××X×××,编号:×××××
滚珠丝杠和旋转编码器
检测元件的热膨胀系数（用于NDE修正）\进给速度
在每一月标位置停留时间：
使用补偿：
检验位置
不在检验中的轨线位置：
一刀具基准偏置（X/Y/Z）：
\工件基准偏置（X/YIZ)：
检验条件
温度传感器
材料传感器#1
材料传感器2
空气传感器
气压：
空气湿度：
检验口期
检验员姓名
T.作台X-50 mm
工作台X=1 700 mm
工作区的中间位置
--- X1±2$t
1lμm/(m· C)
1 000 mm/min
反向和丝杠
Y=300mm;Z=-350mm;C-0°
0/0/120mm
0/0/30mm
开始温度/C
位置/mm
单向定位精度和重复定位精度
结束温度/（
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