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
10.3 Погрешность перпендикулярности осей перемещения
10.3.1 Общие положения
Измерение погрешности перпендикулярности между двумя осями перемещения состоит из измерения двух видов параллельности - параллельности между двумя осями перемещения и параллельности каждой из осей перемещения относительно неподвижной оси, представляемой стандартным или индексируемым угольником. Для оценки погрешности перпендикулярности между двумя осями перемещения используют также метод измерения, описываемый в разделе 11.
10.3.2 Погрешность перпендикулярности между двумя осями линейного перемещения
10.3.2.1 Общие положения
Погрешность перпендикулярности можно измерять различным оборудованием и инструментами, как это описано в 10.3.2.2 - 10.3.2.5. Во всех таких случаях используют аналогичную процедуру измерения. Две базовые линии измерения расположены, по возможности, в центре рабочей зоны и настроены номинально параллельно осям перемещения, погрешность взаимной перпендикулярности которых является объектом измерения. При повороте каждой испытуемой оси ее пересекает траектория перемещения компонента станка. Датчик линейного перемещения измеряет латеральное (боковое) смещение в направлении, перпендикулярном испытуемой оси, - отклонение от перпендикулярности между функциональной точкой перемещающегося компонента станка и базовой линией измерения, относящейся к этой оси. Погрешность параллельности каждой из осей перемещения и соответствующей базовой линией измерения определяют согласно 10.1.3. Сумма двух погрешностей параллельности дает в результате погрешность перпендикулярности между двумя осями линейного перемещения.
10.3.2.2 Метод, использующий механизированный базовый угольник и датчик линейного перемещения
Базовый угольник размещают таким образом, чтобы его базовые поверхности были номинально параллельными осям перемещения, погрешность взаимной перпендикулярности которых является объектом измерения. Датчик линейного перемещения используют для измерения погрешности параллельности между каждой осью перемещения и соответствующей базовой поверхностью угольника (неподвижной оси). Пример измерительной установки показан на рисунке 63.
1 - датчик линейного перемещения; 2 - базовый угольник;
B - вторая базовая поверхность базового угольника;
LMX - направление перемещения по оси X (пример); A - первая
базовая поверхность базового угольника; LMZ - направление
перемещения по оси Z (пример)
Рисунок 63 - Измерение погрешности перпендикулярности
с использованием базового угольника
При помощи датчика линейного перемещения одно плечо базового угольника устанавливают точно в линию с первой траекторией перемещения, а вторую траекторию измеряют в соответствии с 10.1.3. Это плечо угольника может быть установлено параллельно первой траектории с наклоном, превышающим допустимый, для того, чтобы дать возможность работы только в одном направлении, исключающем его запаздывание.
С целью исключения погрешности самого используемого для измерения базового угольника рекомендуется проводить процедуру обратного измерения, повернув угольник на 180°, а установку держателя линейного перемещения изменить таким образом, чтобы оба измерения касались той же оси перемещения и той же поверхности угольника (см. рисунок 64). Для тех же измерений применимы также двумерные контрольные плиты на шариках.
Примечание - Деформацию компонентов, вызываемую воздействием нагрузки, можно не учитывать.
a) Нормальная установка
b) Обратная установка
1 - датчик линейного перемещения; 2 - базовый угольник;
3 - поверочная линейка; B - вторая базовая поверхность
базового угольника; LMX - направление перемещения по оси X
(пример); LMZ - направление перемещения по оси Z (пример);
A - первая базовая поверхность базового угольника
Рисунок 64 - Обратный способ измерения перпендикулярности
10.3.2.3 Метод, использующий стандартную поверочную линейку и стандартный делительный стол
Стандартную поверочную линейку устанавливают на стандартном делительном столе, который плотно прижимают к столу станка. Сначала поверочную линейку выстраивают в линию по одной оси станка и измеряют погрешность параллельности между этой осью и соответствующей базовой поверхностью (неподвижной осью), как это описано в 10.1.3. Затем делительный стол поворачивают на 90° и производят измерение погрешности параллельности для другой оси перемещения (см. рисунок 65).
1 - поверочная линейка в исходной позиции; 2 - стандартный
делительный стол; 3 - поверочная линейка после поворота
на 90°; 4 - датчик линейного перемещения; LMX - направление
перемещения по оси X (пример); LMY - направление перемещения
по оси Z (пример)
Рисунок 65 - Измерение погрешности перпендикулярности
с использованием стандартного делительного стола
10.3.2.4 Метод, использующий зеркальный эккер и лазерный интерферометр прямолинейности
Измерения по этому методу можно производить двумя путями. В первом варианте погрешность прямолинейности первой траектории измеряют путем направления лазерного луча через зеркальный эккер на прямолинейный (двухзеркальный) отражатель. Далее призма Уолстона перемещается ко второму перемещающемуся компоненту станка. Погрешность прямолинейности второй траектории измеряют без перемещения зеркального эккера, прямолинейного отражателя или лазерного луча [см. рисунок 66 a) и b)].
По второму варианту погрешность прямолинейности первой траектории измеряют, как и по первому. Затем зеркальный эккер пускается в обратном направлении, луч лазера выстраивается в линию с прямолинейным отражателем только поворотом самого лазерного луча. При этом прямолинейный отражатель остается в стабильном состоянии.
Для некоторых конструкций металлорежущих станков может потребоваться использование дополнительного большого двухзеркального отражателя и вращающегося зеркала [см. рисунок 66, c)]. Рекомендуется строго придерживаться инструкций производителя инструмента.
a) Пример 1 - Измерения в горизонтальной плоскости
для первой линейной оси
b) Пример 2 - Измерения в горизонтальной плоскости
для второй линейной оси
c) Пример 1 - Измерения в вертикальной плоскости
для первой линейной оси
d) Пример 2 - Измерения в вертикальной плоскости
для второй линейной оси
1 - шпиндель станка; 2 - двухзеркальный отражатель;
3 - призма Уолстона (интерферометр); 4 - зеркальный эккер;
LM1 - первая линейная ось; перемещения; 5 - лазерная
головка; 6 - большой отражатель в комплекте с призмой
Уолстона (интерферометром); 7 - вращающееся зеркало;
LM2 - вторая линейная ось перемещения
Рисунок 66 - Измерения погрешности перпендикулярности
с использованием зеркального эккера и лазерного
интерферометра
Перед измерениями рекомендуется проводить испытания EVE.
10.3.2.5 Анализ данных
Полученные результаты измерения сначала наносят точками на координатную сетку, как показано на рисунке 67. Базовые прямые линии для траекторий определены в соответствии с 8.2.3. С этой целью рекомендуется метод наименьшей посадки квадрата. Рассчитывают углы наклона линий, соответствующие угловым погрешностям между осями перемещения и относящимися к ним базовыми линиями измерения.
1 - измеряемая траектория перемещения по оси X; 2 - базовая
прямая линия траектории перемещения по оси X; 3 - измеряемая
траектория перемещения по оси Y; MRY - базовая линия
измерения по оси Y; 4 - базовая прямая линия траектории
перемещения по оси Y; 
- угол наклона траектории
перемещения к оси X; 
- угол наклона траектории
перемещения к оси Y; MRX - базовая линия измерения по оси X
Рисунок 67 - Анализ данных измерений для определения
погрешности перпендикулярности
В зависимости от выбранной для проводимого измерения системы условных обозначений эти два угла либо вычитают из первоначальной погрешности перпендикулярности, либо прибавляют к ней. Для задач настоящего стандарта показания более 90° дают положительную величину погрешности перпендикулярности, а показания менее 90° - отрицательную.
Затем следует производить поправку на погрешность перпендикулярности между базовым квадратом и стандартным делительным столом (см. раздел 5).
Протоколируют положения базовых линий измерения в пределах рабочей зоны вместе с рассчитанными значениями погрешности перпендикулярности.
10.3.2.6 Расчет погрешности перпендикулярности посредством испытаний на круговое и диагональное смещение (косвенный метод)
Погрешность перпендикулярности между двумя осями линейного перемещения можно рассчитывать путем испытаний на круговое (см. ISO 230-4) и диагональное (см. ISO 230-6) смещение.
При испытании на круговое смещение погрешность перпендикулярности определяют как отношение разности между расположенными под углом 45° друг к другу двумя диаметрами 
к номинальному диаметру круговой траектории.
С целью увеличения геометрического воздействия на погрешность перпендикулярности круговая траектория должна быть максимально большой (см. приложение B ISO 230-4:2005). Результаты, полученные на траекториях с малыми диаметрами, показывают только локальную погрешность перпендикулярности.
Для того чтобы устранить воздействие возможного бокового зазора и сервопривода на определение погрешности перпендикулярности, рекомендуется проводить испытания на круговой траектории в 360° в двух направлениях при низкой скорости подачи с программной регулировкой посадки измерительного угольника.
При испытании на диагональное смещение погрешность перпендикулярности определяют как отношение разности между расположенными под углом 45° друг к другу двумя диагоналями к номинальной диагонали D.
Диагонали можно использовать и в том случае, когда они имеют разную длину. Тогда погрешность перпендикулярности S рассчитывают по следующей упрощенной формуле (уравнение 15):
, (15)
где D0 - номинальная длина диагонали;
D1 и D2 - измеренные длины диагоналей;
X и Y - заданные длины траекторий вдоль каждой оси линейного перемещения.
Примечание - Погрешность измерения возрастает по мере увеличения коэффициента этого соотношения.
10.3.3 Погрешность перпендикулярности между осью линейного перемещения и средней осевой линией оси вращения или шпинделя станка
Определение взаимного расположения между осью линейного перемещения и средней осевой линией оси вращения или шпинделя станка схематическим путем начинают с установления средней осевой линии, относящейся к оси вращения. Затем проводят сравнение перемещения линейной оси с соответствующей средней линией. В плоскости измерения среднюю осевую линию (оси) вращения определяют путем усреднения погрешности перпендикулярности в двух угловых позициях оси вращения, отстоящих друг от друга на 180°, причем считается, что номинально ось вращения и ось линейного перемещения параллельны осям системы координат. Иногда для непрямого представления средней осевой линии вращения могут учреждать базовую линию измерения, перпендикулярную оси вращения. Для представления такой базовой линии могут служить как механические объекты, так и оптические методы. На рисунке 68 показана типичная установка для таких измерений.
a) Прямое направление
b) Обратное направление
Рисунок 68 - Погрешность перпендикулярности
между линейной осью и осью вращения
Поверочную линейку устанавливают таким образом, чтобы она охватывала центр оси вращения и позволяла измерять ее отклонения от прямолинейности как оптическими, так и механическими средствами. Наклон базовой прямой линии измеряется углом между осью линейного перемещения и поверхностью поверочной линейки. Затем ось вращения поворачивают на 180° и производят такие же измерения. На рисунке 68 показано произвольно выбранное "прямое направление" с осью вращения в нулевом угловом положении и обратное направление с осью вращения в положении 180°.
Угол 
на рисунке 68 представляет порождаемую крепежными приспособлениями погрешность перпендикулярности между поверочной линейкой и осью вращения, в то время как угол EB0C показывает погрешность перпендикулярности. Измеряемые углы и выбираемые направления (прямое и обратное) имеют следующие обозначения: 
и 
. Погрешность перпендикулярности EB0C рассчитывают по уравнению (16)
. (16)
При повторном выполнении таких измерений начальной позицией является поворот на 90° относительно первого измерения, причем можно определять погрешность перпендикулярности между осью вращения и другой осью линейного перемещения, перпендикулярной к первой.
10.3.4 Погрешность перпендикулярности между двумя средними осевыми линиями
Контрольную оправку устанавливают параллельно средней осевой линии первой оси вращения. Затем датчик линейного перемещения прикрепляют ко второй оси вращения с помощью кронштейна, смещенного радиально относительно второй средней осевой линии. Датчик линейного перемещения приводится в контакт с контрольной оправкой, а первую ось вращения поворачивают на несколько полных оборотов, причем записывают показания датчика линейного перемещения. Затем вторую ось вращения, на которой укреплен датчик, поворачивают на 180°, а первую ось вращения - снова на несколько полных оборотов. Записывают новые показания датчика (см. рисунок 69). По двум сериям данных рассчитывают центры окружностей наименьших квадратов. Разность координат этих центров вдоль второй оси вращения, поделенная на измеренные датчиком расстояния между двумя сериями измерений, дает в результате погрешность перпендикулярности между двумя средними осевыми линиями.
Рисунок 69 - Погрешность перпендикулярности
между двумя средними осевыми линиями
