ГОСТ ISO 230-1-2018. Межгосударственный стандарт. Нормы и правила испытаний станков. Часть 1. Геометрическая точность станков, работающих на холостом ходу или в квазистатических условиях

9.2 Погрешность позиционирования углового перемещения

9.2.1 Общие положения

Многие металлорежущие станки оборудованы осями вращения с возможностью непрерывного или дискретного позиционирования (например, поворотными или делительно-поворотными столами, наклонными или поворотными головками). В то время как оси вращения, способные к непрерывному позиционированию, работают под числовым управлением, оси вращения, обладающие способностью дискретного позиционирования, могут работать под различными типами управления, включая ручное, механическое, числовое или программно-логическое управление (ПЛУ). Решение о выборе осей вращения с возможностью непрерывного позиционирования зависит от устройства обратной связи между угловой позицией и системой сервоконтроля. Для осей, обладающих способностью дискретного позиционирования, решение о выборе шага зависит от механических средств пошаговой подачи и может меняться от 90° (для столов фрезерных и сверлильных станков) до 0,5°. При некоторых применениях комбинации двух устройств угловой шаговой подачи с различным шагом допускается минимальная величина шага менее 0,02°.

Устройства программируемой шаговой подачи обычно требуют останова после осевого смещения на несколько миллиметров и допускают относительное смещение между их компонентами. После шагового перемещения такие устройства останавливаются в этой позиции.

Такие измерения проводят между двумя поверхностями станка - несущей обрабатываемую заготовку и несущей инструмент.

9.2.2 Измерительное оборудование и инструментарий

9.2.2.1 Многоугольник с автоколлиматором

Оптический многоугольник в качестве эталона угла устанавливают приблизительно концентрически с вращающимся компонентом станка таким образом, чтобы быть измеряемым автоколлиматором. Во время испытания соприкасающиеся поверхности эталона и вращающегося компонента должны быть параллельны друг другу и перпендикулярны средней осевой линии вращающегося компонента. Автоколлиматор устанавливают на невращающейся части станка, например на шпиндельной головке (см. рисунок 51).

Примечание - Средняя погрешность параллельности между поверхностью эталона и средней осевой линией вращающегося компонента оказывает влияние на проводимые во время испытания измерения углового позиционирования, порождая дополнительную периодическую погрешность с периодом 360°.

 

 

1 - зеркало многоугольника; 2 - автоколлиматор;

3 - поворотный стол; 4 - шпиндельная головка

 

Рисунок 51 - Установка для измерения угловой погрешности

перемещения с использованием автоколлиматора

и оптического многоугольника

 

Во все время испытания шаг углового позиционирования должен оставаться таким же или увеличиваться на целое число углов между стандартными сторонами эталона. Например, если использован оптический многоугольник с 12 сторонами, шаг углового позиционирования должен быть 30° или увеличенным на 30°. Нулевую позицию (0°) применяют как начальную, чтобы иметь возможность компенсировать погрешность многоугольника, указанную в его калибровочной карте. Угол, измеряемый автоколлиматором при каждом шаге, представляет собой угловое отклонение позиционирования в этой угловой позиции.

Автоколлиматором с оптическим многоугольником, имеющим достаточное количество углов, измеряют угловую погрешность оси вращения с пошаговой подачей, обеспечивая увеличение на целое число минимального шага во все время испытания.

9.2.2.2 Делительно-поворотный стол с лазерным интерферометром/автоколлиматором

Делительно-поворотный стол устанавливают на вращающемся компоненте станка (например, на его поворотном столе). На делительно-поворотном столе устанавливают плоский зеркальный отражатель или иную угловую оптику, причем их поверхности должны быть перпендикулярны световому лучу. Лазерный интерферометр/автоколлиматор устанавливают на невращающемся компоненте станка (см. рисунок 52). Делительно-поворотный стол должен вращаться в направлении, противоположном направлению вращения вращающегося компонента станка. Если вращение компонента станка направлено по часовой стрелке, то вращение делительно-поворотного стола должно быть направлено против часовой стрелки. Таким образом, зеркальный отражатель (или иная угловая оптика), размещенный на верхней плоскости делительно-поворотного стола, передвигается в том же направлении. Угол, измеряемый инструментом при каждом шаге, представляет собой угловое отклонение позиционирования в этой угловой позиции.

 

 

1 - лазерная головка; 2 - угловой интерферометр с вогнутым

зеркалом; 3 - шпиндельная головка; 4 - двойной

ретрорефлектор; 5 - стандартный делительно-поворотный

стол; 6 - испытуемая ось вращения

 

Рисунок 52 - Измерение погрешности позиционирования

углового перемещения

 

Автоколлиматор в комплекте с делительно-поворотным столом используют для измерения угловой погрешности позиционирования осей вращения с шаговой подачей, обеспечив достаточное количество углов на столе с нормированным шагом поворота и увеличение на целое число шага перемещения осей с шаговой подачей на все время испытания.

Если в качестве прибора для измерения углов использован лазерный интерферометр, можно обнаружить угловую погрешность перемещения около 5° (или менее чем минимальный угол шаговой подачи станка высокой точности). Следовательно, этим методом можно измерять и угловую погрешность непрерывного перемещения. Обычно неточность измерения значительно возрастает, если измеряют углы более 20" .

Оси вращения с пошаговой подачей обычно нуждаются в остановке после аксиального смещения в несколько миллиметров и допускают относительное смещение между их компонентами; при испытании таких устройств с использованием лазерных угловых интерферометров в комплекте с индексируемым столом и угловой оптикой рекомендуется использовать специальные устройства для предотвращения прерывания лазерного луча.

9.2.2.3 Стандартный датчик угла поворота

Стандартный (откалиброванный) датчик угла поворота следует устанавливать таким образом, чтобы вращающийся компонент датчика был соосным с осью вращения вращающегося компонента станка. Кожух датчика (невращающийся компонент) должен быть закреплен на невращающемся компоненте станка. Необходимо следовать рекомендациям изготовителя данного измерительного инструмента по его установке и настройке. Показания датчика гарантируют фактическое угловое смещение, которое сравнивают с запрограммированной величиной для определения углового отклонения позиционирования.

Стандартный датчик угла поворота не используют для измерения угловой погрешности позиционирования тех делительно-поворотных столов, которым для работы необходимо осевое перемещение.

9.2.3 Процедура испытаний и анализ данных

Процедура испытаний для определения точности углового позиционирования и повторяемости осей вращения с возможностью непрерывного позиционирования под ЧПУ определена в ISO 230-2.

Процедура испытаний, установленная ISO 230-2, применима также для определения точности углового позиционирования и повторяемости осей вращения с возможностью дискретного позиционирования под программным или ручным управлением, но со следующими ограничениями:

a) Количество целевых угловых позиций может быть ограничено сочетанием углов имеющегося эталона и минимального шага испытуемого устройства.

b) При использовании стандартного оптического многоугольника и стандартного делительно-поворотного стола для выбора целевой угловой позиции не может быть применим произвольный компонент.

c) Измерения для осей вращения с периодической круговой подачей и запрограммированным остановом должны быть выполнены после завершения цикла, а выбор системы измерения произведен с учетом возможного осевого смещения между компонентами с периодической круговой подачей.

9.2.3.1 Периодическая погрешность позиционирования углового перемещения

Периодическую погрешность позиционирования углового перемещения с ожидаемой периодичностью измеряют на протяжении двух периодов аналогично измерению периодической погрешности позиционирования линейного перемещения. Для измерений выбирают не менее 21 целевой позиции, равномерно расположенной через два периода ожидаемого периодического смещения углового перемещения.

На каждой целевой позиции проводят серию однонаправленных измерений. Суммарное отклонение углового позиционирования этого ряда измерений представляет собой периодическую погрешность позиционирования углового перемещения P.