Die Präzisionsanforderungen an Schlüsselkomponenten typischer vertikaler Bearbeitungszentren bestimmen die Genauigkeit bei der Auswahl von CNC-Werkzeugmaschinen. CNC-Werkzeugmaschinen lassen sich je nach Einsatzzweck in einfache, voll funktionsfähige und Ultrapräzisionsmaschinen usw. einteilen. Auch die erreichbare Genauigkeit ist unterschiedlich. Der einfache Typ wird derzeit in einigen Dreh- und Fräsmaschinen verwendet und weist eine minimale Bewegungsauflösung von 0,01 mm auf. Sowohl die Bewegungsgenauigkeit als auch die Bearbeitungsgenauigkeit liegen über (0,03–0,05) mm. Ultrapräzisionsmaschinen werden für spezielle Bearbeitungen mit einer Genauigkeit von weniger als 0,001 mm verwendet. Hier geht es hauptsächlich um die am häufigsten verwendeten voll funktionsfähigen CNC-Werkzeugmaschinen (hauptsächlich Bearbeitungszentren).
Vertikale Bearbeitungszentren lassen sich anhand ihrer Genauigkeit in Standard- und Präzisionsmaschinen unterteilen. CNC-Werkzeugmaschinen verfügen im Allgemeinen über 20 bis 30 Genauigkeitsprüfpunkte. Die wichtigsten Punkte sind jedoch: Positionierungsgenauigkeit auf einer Achse, wiederholte Positionierungsgenauigkeit auf einer Achse und Rundheit der von zwei oder mehr verbundenen Bearbeitungsachsen hergestellten Prüfstücke.
Die Positioniergenauigkeit und die wiederholte Positioniergenauigkeit spiegeln die Gesamtgenauigkeit jedes beweglichen Bauteils der Achse wider. Insbesondere die wiederholte Positioniergenauigkeit spiegelt die Positionierstabilität der Achse an jedem Positionierpunkt innerhalb ihres Hubs wider und ist ein grundlegender Indikator für die Messung der Stabilität und Zuverlässigkeit der Achse. Moderne Software in CNC-Systemen verfügt über umfangreiche Fehlerkompensationsfunktionen, die Systemfehler in jedem Glied der Vorschubkette stabil kompensieren können. Faktoren wie Spiel, elastische Verformung und Kontaktsteifigkeit in jedem Glied der Antriebskette spiegeln beispielsweise häufig unterschiedliche Momentanbewegungen wider, die von der Lastgröße des Werktischs, der Länge der Bewegungsstrecke und der Geschwindigkeit der Bewegungspositionierung abhängen. In einigen Vorschubservosystemen mit offenem und halbgeschlossenem Regelkreis werden die mechanischen Antriebskomponenten nach der Messung der Komponenten durch verschiedene zufällige Faktoren beeinflusst und weisen zudem erhebliche Zufallsfehler auf, wie z. B. die Abweichung der tatsächlichen Position des Werktischs durch die thermische Ausdehnung der Kugelumlaufspindel. Kurz gesagt: Wenn Sie die Wahl haben, wählen Sie das Gerät mit der besten wiederholten Positioniergenauigkeit!
Die Präzision eines vertikalen Bearbeitungszentrums beim Fräsen zylindrischer Oberflächen oder beim Fräsen räumlicher Spiralnuten (Gewinde) ist eine umfassende Bewertung der Servo-Folgebewegungseigenschaften der CNC-Achsen (zwei oder drei Achsen) und der Interpolationsfunktion des CNC-Systems der Werkzeugmaschine. Die Beurteilungsmethode besteht darin, die Rundheit der bearbeiteten zylindrischen Oberfläche zu messen. Bei CNC-Werkzeugmaschinen gibt es auch ein Verfahren zum schrägen, quadratischen Vierkantfräsen zum Schneiden von Teststücken, mit dem auch die Genauigkeit zweier steuerbarer Achsen bei linearer Interpolationsbewegung bestimmt werden kann. Bei diesem Probeschneiden wird der für die Präzisionsbearbeitung verwendete Schaftfräser auf der Spindel der Werkzeugmaschine installiert und die auf der Werkbank platzierte kreisförmige Probe gefräst. Bei kleinen und mittelgroßen Werkzeugmaschinen wird die kreisförmige Probe im Allgemeinen bei Ф 200 bis Ф 300 entnommen, dann die geschnittene Probe auf ein Rundheitsmessgerät gelegt und die Rundheit der bearbeiteten Oberfläche gemessen. Die deutlichen Vibrationsmuster des Fräsers auf der zylindrischen Oberfläche weisen auf eine instabile Interpolationsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine hin. Die Rundheit des Fräsers weist einen erheblichen elliptischen Fehler auf, der auf eine Nichtübereinstimmung der Verstärkung der beiden steuerbaren Achsensysteme für die Interpolationsbewegung hinweist. Wenn sich an jedem Richtungsänderungspunkt der steuerbaren Achsenbewegung auf einer kreisförmigen Oberfläche Stoppmarkierungen befinden (bei einer kontinuierlichen Schneidbewegung führt das Anhalten der Vorschubbewegung an einer bestimmten Position zu einem kleinen Abschnitt mit Metallschnittmarkierungen auf der Bearbeitungsoberfläche), weist dies darauf hin, dass die Vorwärts- und Rückwärtsabstände der Achsen nicht richtig eingestellt wurden.
Die Positioniergenauigkeit einer einzelnen Achse bezeichnet den Fehlerbereich bei der Positionierung an einem beliebigen Punkt innerhalb des Achsenhubs. Sie kann die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine direkt widerspiegeln und ist daher der wichtigste technische Indikator für CNC-Werkzeugmaschinen. Derzeit gelten für diesen Indikator in verschiedenen Ländern weltweit unterschiedliche Vorschriften, Definitionen, Messmethoden und Datenverarbeitungsmethoden. Bei der Einführung verschiedener Beispieldaten von CNC-Werkzeugmaschinen werden häufig folgende Standards verwendet: der amerikanische Standard (NAS) und die empfohlenen Standards der American Machine Tool Manufacturers Association, der deutsche Standard (VDI), der japanische Standard (JIS), der Internationale Organisation für Normung (ISO) und der chinesische nationale Standard (GB). Der niedrigste Standard unter diesen Standards ist der japanische Standard, da seine Messmethode auf einem einzigen Satz stabiler Daten basiert und der Fehlerwert dann mit einem ±-Wert um die Hälfte komprimiert wird. Daher ist die mit seiner Messmethode gemessene Positioniergenauigkeit häufig mehr als doppelt so hoch wie die mit anderen Standards gemessene.
Obwohl es Unterschiede in der Datenverarbeitung zwischen anderen Standards gibt, spiegeln sie alle die Notwendigkeit wider, die Positioniergenauigkeit anhand von Fehlerstatistiken zu analysieren und zu messen. Das heißt, ein Positionierungspunktfehler im steuerbaren Achsenhub einer CNC-Werkzeugmaschine (vertikales Bearbeitungszentrum) sollte den Fehler widerspiegeln, der entsteht, wenn dieser Punkt im langfristigen Einsatz der Werkzeugmaschine tausendfach lokalisiert wird. Wir können jedoch während der Messung nur eine begrenzte Anzahl von Messungen durchführen (normalerweise 5-7 Mal).
Die Genauigkeit vertikaler Bearbeitungszentren lässt sich nur schwer bestimmen und bei manchen ist vor der Beurteilung eine Bearbeitung erforderlich, sodass dieser Schritt recht schwierig ist.