DIN ISO 230-2

November 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Werkzeugmaschinen (NWM) im DIN Preisgruppe 16DIN Deutsches Institut für Normung e. V. · Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, gestattet. ICS 25.040.20 !$tK8" 1814021 www.din.de DDIN ISO 230-2 Prüfregeln für Werkzeugmaschinen – Teil 2: Bestimmung der Positioniergenauigkeit und der Wiederholpräzision der Positionierung von numerisch gesteuerten Achsen (ISO 230-2:2006) Test code for machine tools – Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes (ISO 230-2:2006) Code d’essai des machine-outils – Partie 2: Détermination de l’exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande numérique (ISO 230-2:2006) © Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Ersatz für die 2008-04 zurückgezogene Norm DIN ISO 230-2:2000-05 www.beuth.de Gesamtumfang 39 Seiten B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 Inhalt Seite Nationales Vorwort ........................................................................................................................................ 4 Einleitung........................................................................................................................................................ 6 1 Anwendungsbereich ........................................................................................................................ 7 2 Begriffe .............................................................................................................................................. 7 3 Prüfbedingungen ............................................................................................................................ 11 3.1 Umgebung ....................................................................................................................................... 11 3.2 Zu prüfende Maschine.................................................................................................................... 12 3.3 Warmlauf.......................................................................................................................................... 12 4 Prüfprogramm................................................................................................................................. 12 4.1 Betriebsart ....................................................................................................................................... 12 4.2 Auswahl der Zielposition ............................................................................................................... 13 4.3 Messungen ...................................................................................................................................... 13 4.3.1 Messaufbau und Prüfmittel............................................................................................................ 13 4.3.2 Prüfungen für lineare Achsen bis 2 000 mm................................................................................ 13 4.3.3 Prüfungen für lineare Achsen über 2 000 mm ............................................................................. 14 4.3.4 Prüfungen für Drehachsen bis 360°.............................................................................................. 14 4.3.5 Prüfungen für Drehachsen über 360° ........................................................................................... 15 5 Auswertungen der Ergebnisse...................................................................................................... 15 5.1 Lineare Achsen bis 2 000 mm und Drehachsen bis 360° ........................................................... 15 5.2 Lineare Achsen über 2 000 mm und Drehachsen über 360° ...................................................... 15 6 Zwischen Lieferant/Hersteller und Betreiber zu treffende Vereinbarungen............................. 15 7 Darstellung der Ergebnisse ........................................................................................................... 16 7.1 Darstellungsverfahren.................................................................................................................... 16 7.2 Kennwerte........................................................................................................................................ 17 7.2.1 Allgemeines..................................................................................................................................... 17 7.2.2 Prüfungen für lineare Achsen bis 2 000 mm und für Drehachsen bis 360°.............................. 17 7.2.3 Prüfungen für lineare Achsen über 2 000 mm und für Drehachsen über 360° ........................ 18 Anhang A (informativ) Vereinfachte Methode zur Abschätzung der Messunsicherheit für die lineare Positionsbestimmung........................................................................................................ 22 A.1 Abschätzung der Messunsicherheit ............................................................................................. 22 A.2 Beiträge zur Messunsicherheit...................................................................................................... 22 A.2.1 Allgemeines..................................................................................................................................... 22 A.2.2 Unsicherheit bedingt durch das Prüfmittel, UPRÜFMITTEL .............................................................. 22 A.2.3 Unsicherheit bedingt durch Fehlausrichtung des Prüfmittels zu den zu prüfenden Maschinenachsen, UFEHLAUSRICHTUNG ............................................................................................... 23 A.2.4 Unsicherheit bedingt durch Kompensation der Werkzeugmaschinentemperatur .................. 24 A.2.5 Unsicherheit bedingt durch den Fehler durch Veränderung der Umgebung (EVE, oder Temperaturdrift), UEVE..................................................................................................................... 28 A.2.6 Korrektur der Wiederholpräzisionswerte bedingt durch die Fehler der Umgebungsveränderung ............................................................................................................... 29 A.3 Abschätzung der Unsicherheit der Parameter A, A↑, A↓, E, E↑, E↓, R, R↑, R↓, B ........................ 30 A.3.1 Allgemeines..................................................................................................................................... 30 A.3.2 Abschätzung der Unsicherheit der Wiederholpräzision in einer Richtung, U(R↑,R↓) ............. 30 A.3.3 Abschätzung der Unsicherheit für Umkehrwerte, U(B)............................................................... 30 A.3.4 Abschätzung der Unsicherheit der Wiederholpräzision in beide Richtungen ......................... 30 2 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 Seite A.3.5 Unsicherheit der systematischen Abweichungen, U(M, E, E↑, E↓) ............................................31 A.3.6 Unsicherheit der Positioniergenauigkeit, U(A, A↑, A↓) ................................................................31 A.4 Beispiele von Unsicherheitsabschätzungen ................................................................................32 Anhang B (informativ) Schrittzyklus ...........................................................................................................38 Literaturhinweise..........................................................................................................................................39 3 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 Nationales Vorwort Das Dokument (ISO 230-2:2006) wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 39 „Machine tools“, Unterkomitee SC 2 „Test conditions for metal cutting machine tools“ unter Mitwirkung deutscher Experten des Normenausschusses Werkzeugmaschinen (NWM) im DIN erstellt. DIN ISO 230 besteht unter dem Haupttitel Prüfregeln für Werkzeugmaschinen aus den folgenden Teilen: ⎯ Teil 1: Geometrische Genauigkeit von Maschinen, die ohne Last oder unter Schlichtbedingungen arbeiten ⎯ Teil 2: Bestimmung der Positioniergenauigkeit und der Wiederholpräzision der Positionierung von numerisch gesteuerten Achsen ⎯ Teil 4: Kreisformprüfungen für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen ⎯ Teil 5: Bestimmung der Geräuschemission Folgende Teile der ISO 230 Test code for machine tools wurden nicht oder noch nicht übernommen: ⎯ Teil 3: Determination of thermal effects ⎯ Teil 6: Determination of positioning accuracy on body and face diagonals (Diagonal displacement tests) ⎯ Teil 7: Geometric accuracy of axes of rotation ⎯ Teil 8: Vibrations ⎯ Teil 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled machine tools Folgende Teile der ISO 230 Test code for machine tools sind in Bearbeitung: ⎯ Teil 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool tests according to series ISO 230, basic equations ⎯ Teil 11: Measuring instruments and their application to machine tool geometry tests Änderungen Gegenüber der 2008-04 zurückgezogenen Norm DIN ISO 230-2:2000-05 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) eine Bedingung für Aussagen über Messunsicherheit wurde der Darstellung von Ergebnissen hinzugefügt (7.1); b) die Abschätzung der Messunsicherheit ist als neuer Anhang A enthalten; c) es wurden redaktionelle Veränderungen im Aufbau des Dokumentes hauptsächlich in der Einleitung vorgenommen; d) ISO 230-2:1997/Cor 1:1999 wurde als 2.23 eingefügt. 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 Frühere Ausgaben DIN ISO 230-2:2000-05 Fehlerhinweis Im ISO-Original wird in 3.1, 4. Absatz auf einen Anhang C hingewiesen, welchen es nicht gibt. Der Fehler wurde an ISO/CS gemeldet und in der vorliegenden DIN ISO 230-2 bereits auf Anhang B korrigiert. 5 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 Prüfregeln für Werkzeugmaschinen — Teil 2: Bestimmung der Positioniergenauigkeit und der Wiederholpräzision der Positionierung von numerisch gesteuerten Achsen Einleitung Die Aufgabe der ISO 230 ist es, Verfahren für die Prüfung der Genauigkeit von Werkzeugmaschinen, mit der Ausnahme von tragbaren, kraftgetriebenen Werkzeugen zu standardisieren. Dieser Teil der ISO 230 spezifiziert die Prüfungsvorgänge für die Feststellung der Positioniergenauigkeit und der Wiederholpräzision von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinenachsen. Die Prüfungen wurden entwickelt, um die relativen Verlagerungen zwischen dem das Werkzeug haltenden Teil und dem das Werkstück aufnehmenden Teil, zu messen. Da die Messunsicherheit zusammen mit dem Messergebnis angegeben werden muss, wurde eine Beschreibung für die Abschätzung der Messunsicherheit für die Bestimmung der Positioniergenauigkeit und Wiederholpräzision im Anhang A hinzugefügt. Man ist überzeugt, dass durch diesen Zusatz die relevanten Einflussgrößen für Messunsicherheit leichter erkannt und effizienter reduziert werden können. Der Lieferant/Hersteller sollte temperaturspezifische Richtlinien für die Umgebung bereitstellen, in der die Maschine erwartungsgemäß mit der angegebenen Genauigkeit arbeitet. Der Betreiber der Maschine hat dafür Sorge zu tragen, eine geeignete Prüfumgebung vorzusehen indem er die temperaturspezifische Richtlinien des Lieferanten/Herstellers einhält, da er sonst eine Verringerung der Leistung in kauf nehmen muss. Ein Beispiel für temperaturspezifische Richtlinien befindet sich in der ISO 230-3:—[1], Anhang C. Eine geringere Erwartungshaltung an die Genauigkeit ist angebracht, wenn das thermische Umfeld unangemessene Unsicherheit oder Schwankungen im Leistungsvermögen der Werkzeugmaschine zur Folge hat und nicht die temperaturspezifischen Richtlinien des Lieferanten/Herstellers erfüllt. Wenn die Maschine ihre Leistungsangaben nicht erfüllt, kann die Analyse der Unsicherheit, hervorgerufen durch Kompensation der Werkzeugmaschinentemperatur, beschrieben in A.2.4 in diesem Teil der ISO 230, und die Unsicherheit im Bezug auf den Fehler durch Veränderung der Umgebung, beschrieben in A.2.5, helfen den Ursprung des Problems zu identifizieren. 6 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 1 Anwendungsbereich Dieser Teil der ISO 230 legt Verfahren zum Prüfen und Bestimmen der Positioniergenauigkeit und Wiederholpräzision von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinenachsen durch direktes Messen an individuellen Achsen der Maschine fest. Diese Verfahren sind sowohl für lineare als auch Rotationsachsen gleichermaßen anwendbar. Die Verfahren können nicht beim gleichzeitigen Test mehrerer Achsen angewendet werden. Dieser Teil der ISO 230 kann für Typprüfung, Abnahmeprüfungen, Vergleichsprüfungen, regelmäßig wiederkehrende Prüfung, Maschinenkompensation, usw., angewendet werden. Die Verfahren schließen wiederholte Messungen an jeder Position ein. Die damit verbundenen Einflussgrößen sind definiert und berechnet. Ihre Unsicherheiten sind wie in ISO/TR 230-9:2005, Anhang C [2], beschrieben abgeschätzt. Der Anhang A stellt die Abschätzung der Messunsicherheit vor. Anhang B beschreibt die Anwendung eines optionalen Prüfzyklus – des Schrittzyklus. Die Ergebnisse aus diesem Zyklus sind nicht zur Verwendung bestimmt, weder in technischer Literatur mit Hinweis auf diesen Teil der ISO 230, noch für Abnahmezwecke mit der Ausnahme spezieller schriftlicher Vereinbarungen zwischen Lieferant/Hersteller und Betreiber. Die korrekte Bezugnahme auf diesen Teil der ISO 230 für Maschinen- abnahme, betrifft immer den Normprüfzyklus. 2 Begriffe Für die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 2.1 Achsverfahrweg größte Linear- oder Drehbewegung, über die sich das bewegliche Maschinenteil numerisch gesteuert bewegen kann ANMERKUNG Bei Rotationsachsen über 360° gibt es möglicherweise keine maximale Länge des Verfahrweges. 2.2 Messweg Abschnitt des Achsverfahrweges, der für die Messwertaufnahme verwendet wird und der so ausgewählt ist, dass die erste und die letzte Zielposition von beiden Seiten angefahren werden kann Siehe Bild 1. 2.3 Zielposition Pi (i = 1 bis m) Position, zu welcher sich das bewegte Teil programmgemäß bewegt ANMERKUNG Der Index i kennzeichnet die bestimmte Position gegenüber anderen ausgewählten Zielpositionen entlang der, oder um die Achse. 2.4 Istposition Pij (i = 1 bis m; j = 1 bis n) gemessene Position, die vom bewegten Teil beim j-ten Anfahren der i-ten Zielposition erreicht wurde 7 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 2.5 Positionsabweichung xij tatsächlich vom bewegten Teil erreichte Position, abzüglich der Zielposition xij = Pij – Pi 2.6 einseitig bezogen auf eine Messreihe, bei der das Anfahren der Zielposition immer in der gleichen Richtung entlang der, oder um die Achse erfolgt ANMERKUNG Das Symbol ↑ kennzeichnet eine Größe, die aus Messungen nach Anfahren in positiver Richtung resultiert und ↓ eine solche in negativer Richtung, z. B. xij↑ oder xij↓. 2.7 zweiseitig bezogen auf eine Größe, die sich aus einer Messreihe ergibt, bei der das Anfahren der Zielposition aus beiden Richtungen entlang der, oder um die Achse erfolgt 2.8 erweiterte Unsicherheit Größe, die ein Intervall des Messergebnisses definiert, von dem angenommen werden kann, dass es einen großen Teil der Wertespanne einschließt 2.9 Erweiterungsfaktor Zahlenfaktor als Multiplikator der kombinierten Standardunsicherheit, um die erweiterte Unsicherheit zu erhalten 2.10 gemittelte einseitige Positionsabweichung an einer Position ↑ix oder ↓ix arithmetischer Mittelwert der Positionsabweichungen einer Messreihe aus n einseitigen Anfahrvorgängen an die Position Pi ∑ = ↑↑= n j iji xn x 1 1 und ∑ = ↓↓= n j iji xn x 1 1 2.11 gemittelte zweiseitige Positionsabweichung an einer Position ix arithmetischer Mittelwert der gemittelten einseitigen Positionsabweichungen ↑ix und ↓ix aus den beiden Anfahrrichtungen an die Position Pi 2 ↓+↑= ixii xx 8 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 2.12 Umkehrspanne an einer Position Bi Wert der Differenz zwischen den gemittelten einseitigen Positionsabweichungen aus beiden Anfahrrichtungen an die Position Pi. ↓−↑= iii xxB 2.13 Umkehrspanne einer Achse B Maximum der Absolutwerte der Umkehrspannen |Bi| an allen Zielpositionen entlang der oder um die Achse [ ]||.max iBB = 2.14 gemittelte Umkehrspanne einer Achse B arithmetischer Mittelwert der Umkehrspannen Bi an allen Zielpositionen entlang der oder um die Achse ∑ = = m i iBm B 1 1 2.15 Schätzwert für die einseitige Wiederholpräzision einer Achse an einer Position ↑is oder Schätzwert der Standardunsicherheit der Positionsabweichungen einer Reihe aus n einseitigen Anfahrvorgängen an eine Position Pi ↓is ( )∑ = ↑−↑−↑= n j iiji xxn s 1 2 1 1 und ( )∑ = ↓−↓−↓= n j iiji xxn s 1 2 1 1 2.16 einseitige Wiederholpräzision der Positionierung an einer Position ↑iR oder Spanne, welche aus dem Schätzwert für die einseitige Wiederholpräzision der Positionierung an einer Position Pi bei Verwendung eines Erweiterungsfaktors von 2 erhalten wird ↓iR ↑↑= ii sR 4 und ↓↓= ii sR 4 9 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 2.17 zweiseitige Wiederholpräzision der Positionierung an einer Position iR [ ]↓↑+↓+↑= iiiiii RRBssR ;|;|22.max 2.18 einseitige Wiederholpräzision der Positionierung R↑ oder R↓ Maximalwert der Wiederholpräzision der Positionierung an beliebiger Position Pi entlang der oder um die Achse [ ]↑↑= iRR .max [ ]↓↓= iRR .max 2.19 zweiseitige Wiederholpräzision der Positionierung einer Achse R Maximalwert der Wiederholpräzision der Positionierung an beliebiger Position Pi entlang der oder um die Achse [ ]iRR .max= 2.20 einseitige systematische Positionsabweichung einer Achse E↑ oder E↓ Differenz zwischen dem algebraischen Maximal- und dem Minimalwert der gemittelten, einseitigen Positionsabweichungen für eine Anfahrrichtung ↑ix oder ↓ix an beliebiger Position Pi entlang der oder um die Achse [ ] [ ]↑−↑↑= ii xxE .min.max und [ ] [ ]↓−↓↓= ii xxE .min.max 2.21 zweiseitige systematische Positionsabweichung einer Achse E Differenz zwischen dem algebraischen Maximal- und dem Minimalwert der gemittelten, einseitigen Positionsabweichungen für beide Anfahrrichtungen ↑ix oder ↓ix an beliebiger Position Pi entlang der oder um die Achse. [ ] [ ]↓↑−↓↑= iiii xxxxE ;.min;.max 2.22 Gemittelte zweiseitige Positionsabweichung einer Achse M Differenz zwischen dem algebraischen Maximal- und dem Minimalwert der gemittelten zweiseitigen Positionsabweichungen ix an beliebiger Position Pi entlang der oder um die Achse. [ ] [ ]ii xxM .min.max −= 10 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8DD9 N or m CD - St an d 20 12 -0 3 DIN ISO 230-2:2011-11 2.23 einseitige Positioniergenauigkeit einer Achse A↑ oder A↓ Spanne, die aus der Kombination der einseitigen systematischen Abweichungen und des Schätzwertes für die Wie