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
10 Испытания осей перемещения на параллельность, перпендикулярность, соосность и пересечение
10.1 Параллельность осей перемещения
10.1.1 Общие положения
Необходимо измерять погрешность параллельности между осями перемещения, которые согласно конструкции должны быть номинально параллельными. Например, можно измерять параллельность между осями Z и W на обрабатывающем центре, где осью Z является выдвижной шпиндель, а осью W - перемещающийся стол. Может также возникнуть необходимость измерять погрешность параллельности между осью линейного перемещения и средней осевой линией оси вращения или между шпинделем и неподвижной осью, такой как ось задней бабки, или между средними осевыми линиями двух осей вращения.
10.1.2 Погрешность параллельности между двумя осями линейного перемещения в двух плоскостях
10.1.2.1 Метод эксцентриситета неподвижной точки
Датчик линейного перемещения устанавливают на одном из перемещающихся компонентов станка таким образом, чтобы его измерительный наконечник упирался в другой перемещающийся компонент, обеспечивая измерение смещения в направлении, перпендикулярном оси его перемещения. Оба подвижных компонента перемещают совместно в одном и том же направлении до того же предела и записывают эксцентриситет неподвижной точки, определяемый разностью показаний датчика перемещения (см. рисунки 53 и 54) и используемый в качестве базы для определения прямолинейности. Ориентация стандартной прямой линии относительно номинального направления перемещения (угол наклона) дает погрешность параллельности.
1 - ось линейного перемещения первого перемещающегося
компонента; 2 - ось линейного перемещения второго
перемещающегося компонента; 3 - контрольная оправка;
4 - первый датчик линейного перемещения; 5 - второй
датчик линейного перемещения
Рисунок 53 - Погрешность параллельности
двух осей линейного перемещения
1 - датчик линейного перемещения; 2 - плитка Иогансона;
3 - стол станка; 4 - направление линейного перемещения
стола; 5 - направление перемещения второй линейной оси
Рисунок 54 - Измерение эксцентриситета неподвижной точки
Второй датчик линейного перемещения устанавливают в другой плоскости, перпендикулярной к первой, чтобы одновременно определить параллельность в обеих плоскостях.
10.1.2.2 Метод, основанный на измерении погрешности прямолинейности двух перемещений
Испытания проводят с использованием устройств для измерения прямолинейности, описанных в 8.2.2. Прямолинейность каждой оси линейного перемещения измеряют с применением процедуры, описанной в 8.2.3.
Измеряют и записывают погрешность параллельности между двумя осями линейного перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Для каждой плоскости отклонение от прямолинейности каждого перемещающегося компонента измеряют с использованием общепринятого эталона прямолинейности, например физического объекта или светового луча. Базовую линию с учетом соответствующих данных об отклонении от прямолинейности сравнивают с общепринятым эталоном. Рассчитанные углы наклона двух базовых линий по отношению к общепринятому эталону добавляют к полученной погрешности параллельности между двумя осями перемещения.
Примечание - Погрешность параллельности выражена в микрометрах на метр, 
, или в угловых секундах, ".
10.1.3 Погрешность параллельности между осью линейного перемещения и неподвижной осью
Контрольную оправку устанавливают на неподвижном компоненте станка для представления неподвижной оси. Датчик линейного перемещения устанавливают на неподвижном компоненте и располагают напротив контрольной оправки таким образом, чтобы считывать данные смещения в направлении, перпендикулярном направлению перемещения (см. рисунок 55). Подвижный компонент перемещают по всему интересующему диапазону его хода. Изменения в показаниях датчика линейного перемещения записывают и используют для определения прямолинейности базовой линии траектории линейного перемещения. Ориентация этой базовой линии относительно номинального направления дает погрешность параллельности (угол наклона).
Примечание - Неподвижной является та ось, которая не перемещается во время испытания.
1 - датчик линейного перемещения; 2 - ось линейного
перемещения подвижного компонента; 3 - контрольная оправка
(неподвижная ось); 4 - второй датчик линейного перемещения
Рисунок 55 - Погрешность параллельности между осью
линейного перемещения и неподвижной осью
Если не все плоскости одинаково важные, эксперимент, по возможности, проводят в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, выбираемых по степени их важности для практического применения станка.
10.1.4 Погрешность параллельности между осью линейного перемещения и средней осевой линией оси вращения или шпинделем станка
10.1.4.1 Общие положения
Для схематического определения соотношения между осью вращения и вращающейся осью или между шпинделем станка и линейной осью сначала устанавливают положение средней осевой линии относительно оси вращения. Затем перемещение линейной оси сравнивают с этой средней осевой линией. Вращение средней осевой линии в плоскости измерения (плоскости, содержащей как ось вращения, так и линейную ось перемещения) определяют путем усреднения данных измерения прямолинейности в двух угловых положениях оси вращения, отстоящих друг от друга на 180°.
Иногда среднюю осевую линию представляют базовой линией, перпендикулярной оси вращения. Для образования таких средних осевых линий используют как механические объекты, так и оптические методы. Специфические комплекты испытательного оборудования, приведенные в 10.1.4.2 - 10.1.4.4, могут служить только примерами. Вместо них могут использоваться другие инструменты, обеспечивающие сопоставимые результаты измерения погрешности.
10.1.4.2 Метод, использующий лазерный интерферометр прямолинейности
Измерительное оборудование для измерения с использованием лазерного интерферометра прямолинейности представлено на рисунке 56.
1 - шпиндель или ось вращения; 2 - прямолинейный отражатель
(двухзеркальный); 3 - призма Уолстона (интерферометр);
4 - перемещающийся компонент; 5 - лазерная головка;
LM - направление линейного перемещения
Рисунок 56 - Измерение погрешности параллельности
прямолинейным лазерным интерферометром
Прямолинейный отражатель устанавливают на поворотном столе или на шпинделе и регулируют таким образом, чтобы его ось измерения проходила вплотную с осью вращения, а инструмент для измерения погрешности прямолинейности находился в плоскости, перпендикулярной к интересующей плоскости. В начале испытания инструмент для измерения погрешности прямолинейности перемещения вместе с отражателем и поворотной осью приводят в исходное угловое положение. Измерения погрешности прямолинейности перемещения повторяют после поворота отражателя и оси вращения на 180°. Погрешность прямолинейности представляется половиной суммы измеренных в двух угловых позициях углов наклона базовой прямой линии относительно номинального направления перемещения.
Изменяя угловые позиции этого измерения до 90° и до 270°, можно также получать данные о погрешности прямолинейности в двух других взаимно перпендикулярных плоскостях.
10.1.4.3 Метод, использующий контрольную оправку или угольник и датчик линейного перемещения
Контрольную оправку устанавливают и центрируют на шпинделе станка или на поворотном столе. Датчик линейного перемещения устанавливают на линейно перемещающемся компоненте станка вплотную к боковой стороне контрольной оправки. Измерение погрешности прямолинейности перемещения производят путем измерения смещения перемещающегося компонента напротив оправки во время его прохождения вдоль всей длины этой оправки, как показано на рисунке 57. Измерение погрешности прямолинейности перемещения повторяют после поворота шпинделя/поворотного стола станка на 180°. Погрешность параллельности равна половине арифметической суммы углов наклона базовой прямой линии к номинальному направлению перемещения, измеренных в двух угловых позициях.
Примечание 1 - Поворот шпинделя/поворотного стола станка на 180° гарантирует сохранение соосности между ними и контрольной оправкой.
Примечание 2 - Этот метод в совокупности с обратным ходом угольника позволяет определить как обе погрешности прямолинейности линейного перемещения, так и погрешность параллельности.
1 - шпиндель; 2 - датчик линейного перемещения;
3 - контрольная оправка; 4 - поворотный стол;
LM - направление линейного перемещения
Рисунок 57 - Измерение погрешности параллельности
контрольной оправкой
Кроме того, при выполнении этих измерений показания датчика линейных перемещений, полученные при его повороте на 90° относительно первоначального положения напротив оправки, дают возможность определить погрешность параллельности в направлении, перпендикулярном линейному перемещению.
10.1.4.4 Метод, использующий контрольный шар и датчик линейного перемещения
Контрольный шар устанавливают на линейно перемещающемся компоненте станка, а датчик линейного перемещения - на испытуемой оси вращения (поворотном столе или шпинделе), как показано на рисунке 58. Контрольный шар центрируют относительно средней линии оси вращения путем перемещения двух осей станка перпендикулярно испытуемой оси, в то время как ось вращения или шпиндель вращаются. Затем путем перемещения салазок станка перемещают контрольный шар на другую позицию вдоль линейного перемещения испытуемой оси (h на рисунке 58). В новой позиции датчик линейного перемещения также устанавливают циферблатом напротив контрольного шара. Погрешность в центральной позиции регистрируют как половину разности показаний датчика линейных перемещений в двух противоположных точках контрольного шара.
1 - контрольный шар в позиции 1; 2 - контрольный шар
в позиции 2; 3 - датчик линейного перемещения в позиции 2;
h - расстояние между позициями 1 и 2; 4 - испытуемая ось
вращения (поворотного стола или шпинделя); 5 - датчик
линейного перемещения в позиции 1; LM - направление
линейного перемещения
Рисунок 58 - Измерение погрешности параллельности
между линейной осью и осью вращения с использованием
контрольного шара
Погрешность параллельности между осью вращения и линейной осью рассчитывают вычитанием данных, полученных в центральной позиции в положениях, отстоящих друг от друга на дистанцию измерения (h на рисунке 58).
Для получения такого результата выбирают промежуточные позиции на оси линейного перемещения (например, при использовании для расчетов меньшего квадрата).
10.1.5 Погрешность параллельности между двумя осями вращения
10.1.5.1 Общие положения
Соотношение между двумя осями вращения схематически определяют установлением в первую очередь средней линии оси, относящейся к одной из таких осей. Затем вторую ось вращения сравнивают с этой средней линией. Среднюю линию оси вращения в плоскости измерения (плоскость прямоугольных координат станка номинально параллельна обеим осям вращения) определяют путем усреднения данных измерения в двух угловых позициях первой оси вращения, отстоящих друг от друга на 180°. Для непрямого представления средней осевой линии иногда можно использовать базовую линию, перпендикулярную к этой оси. Для создания таких средних осевых линий используют механические объекты или оптические методы. Специфические комплекты испытательного оборудования для измерения погрешности параллельности между коаксиальными осями вращения, данные в 10.1.5.2 и 10.1.5.3, служат только примерами; вместо них могут быть использованы другие инструменты, обеспечивающие сопоставимую погрешность измерения.
10.1.5.2 Методы, использующие контрольную оправку
Контрольную оправку устанавливают на одном из шпинделей или поворотных столов станка соосно с осью вращения шпинделя (поворотного стола) для минимизации биения в двух взаимно перпендикулярных радиальных направлениях. Зажимные приспособления для двух датчиков линейного перемещения, отстоящие друг от друга на расстоянии d (см. рисунок 59), устанавливают на другом шпинделе станка. Датчик перемещения прижимают к цилиндрической поверхности контрольной оправки в двух положениях на ее длине. Посредством второго шпинделя датчик перемещения поворачивают вокруг контрольной оправки, записывая показания линейного смещения на оправке, являющиеся функцией угловой позиции второго шпинделя. Центр стандартной окружности (с координатами CX, CY) для каждой пары показаний двух датчиков рассчитывают применением к каждой паре данных окружности наименьших квадратов. Разность координат центра стандартной окружности в одном направлении (CX1 - CX2), поделенная на расстояние между двумя датчиками d, определяет угол между двумя осями вращения, т.е. погрешность параллельности между ними. Аналогичным образом разность координат в другом направлении (CY1 - CY2) позволяет определить погрешность параллельности в направлении, перпендикулярном первому (см. рисунок 59).
1 - контрольная оправка; 2 - траектория перемещения датчика
относительно оправки; CX - координата центра стандартной
окружности по оси X; CY - координата центра стандартной
окружности по оси Y; A, B - датчики линейного перемещения;
d - расстояние между датчиками A и B
Рисунок 59 - Измерение погрешности параллельности
между двумя осями вращения с использованием
контрольной оправки
Необходимо, особенно в случае испытания горизонтальной оси, иметь очень жесткую установку с незначительным отклонением.
Для полного устранения воздействия несоосности между контрольной оправкой и первым шпинделем вышеупомянутые измерения повторяют после поворота первого шпинделя на 180°. В таком случае отклонение от параллельности рассчитывают как половину арифметической суммы двух углов.
10.1.5.3 Метод, использующий две контрольные сферы
Две контрольные сферы, оси которых расположены на определенном расстоянии друг от друга, устанавливают на одном из шпинделей или поворотных столов станка. Каждую сферу индивидуально центруют таким образом, чтобы минимизировать биение относительно средней линии оси вращения. Зажимные приспособления для двух датчиков линейного перемещения, отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, устанавливают на другом шпинделе или поворотном столе. Процедура измерения такая же, как описанная в 10.1.5.2.
