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
11.3 Круговые траектории
11.3.1 Общие положения
Задачей таких испытаний является обеспечение метода оценки способности металлорежущего станка с ЧПУ воспроизводить запрограммированный контур. На погрешности круговых контуров, представленных круговой диаграммой на рисунке 72, оказывают воздействие геометрические погрешности и динамическое поведение станка при приемлемой скорости подачи. Результатом является качественное представление данных, которые могут быть получены на обрабатываемом изделии в идеальных условиях работы станка, если диаметр изделия и скорость подачи те же и для обработки, и для проверки воспроизведения кругового контура. Определения и параметры контроля обеспечиваются согласно ISO 230-4 (на рисунке 72 представлены результаты типовых измерений).
0 - исходная точка; 1 - стандартная окружность;
2 - фактическая траектория; G - отклонение
от круглости, GXY; + - центр окружности наименьших
квадратов, вписанной в фактическую траекторию
Рисунок 72 - Оценка круговой погрешности G
Примечание 1 - ISO 230-4 определяет G как "отклонение от круглости" и "погрешность круглости" (см. раздел 3). Следовательно, отклонение от круглости, представленное на рисунке 72, непосредственно относится к погрешности круглости.
Примечание 2 - При фактической обработке деталей диаметр и дефекты инструмента, механические характеристики материала обрабатываемой заготовки, как и свойства внешних и внутренних поверхностей станка, оказывают воздействие на погрешность воспроизведения контура, что необходимо учитывать при таких проверках.
11.3.2 Полностью круговые траектории
Так как оценка данных круговых проверок требует коррекции по методу наименьших квадратов для компенсации погрешностей из-за неточностей центровки оборудования, настоятельно рекомендуется минимизировать компьютерные погрешности и связанные с ними систематические отклонения, порождаемые полностью круговой траекторией.
11.3.3 Частично круговые траектории
Используемые для круговых испытаний инструменты и крепежные приспособления предпочтительны для полных круговых траекторий перемещения функциональной точки. Если проверяемая траектория включает только отдельные отрезки круговых траекторий, оценка может быть произведена по таким отрезкам.
Следует отметить, что на процесс получения данных могут оказывать воздействие компьютерные погрешности, поэтому настоятельно рекомендуется физическую центровку инструмента в соответствии с запрограммированными перемещениями производить с крайней осторожностью.
Для частично круговых траекторий вместо кругового отклонения G рекомендуется рассчитывать радиальное отклонение F (см. 11.3.1, примечание 1).
11.3.4 Измерительные инструменты, приспособления и методы измерения для круговых траекторий, образованных двумя или тремя линейными осями. Двумерные и трехмерные круговые испытания
11.3.4.1 Общие положения
Две линейные оси программируют таким образом, чтобы функциональная точка следовала по полностью или частично круговой траектории в плоскости, определяемой двумя из трех осей линейного перемещения (XY, YZ или ZX).
Круговые проверки, особенно проводимые с использованием шарового калибра, оснащенного выдвижным стержнем или двумерной цифровой шкалой, не ограничены измерениями в базовых плоскостях XY, YZ и ZX металлорежущего станка. Они могут быть также произведены в любых направлениях в пространстве, в котором компьютер позволяет продолжать оси X, Y и Z за пределы круговой траектории.
11.3.4.2 Метод, использующий вращающийся датчик одномерных линейных перемещений
Датчик одномерных линейных перемещений программируют на перемещение по круговой траектории. Датчик поворачивают при помощи специального поворотного приспособления и производят измерения смещений относительно контрольной оправки или специальной мишени, устанавливаемой на поворотном приспособлении, связанном с датчиком (см. рисунки 73 и 74). Показания датчика наносят точками на круговую диаграмму (см. рисунок 72). Круговая диаграмма производится, например, синхронизированным построителем траекторий по компьютерному расчету или с использованием дополнительного датчика положений, вращающегося в специальном приспособлении, и полярного графопостроителя.
1 - датчик одномерных линейных перемещений; 2 - специальный
поворотный суппорт; 3 - контрольная оправка
Рисунок 73 - Круговая проверка с использованием датчика
одномерных линейных перемещений
1 - специальный поворотный суппорт 1; 2 - специальный
поворотный суппорт 2; 3 - датчик одномерных линейных
перемещений; 4 - мишень; 5 - угловой графопостроитель
Рисунок 74 - Проверка круглости с использованием датчика
одномерных линейных перемещений и углового графопостроителя
11.3.4.3 Метод, использующий круговой контрольный калибр и датчик двумерных перемещений
Двумерный калибр программируют на перемещение по круговой траектории (см. рисунок 75). Центр и диаметр программируемой траектории выбирают таким образом, чтобы двумерный калибр постоянно находился в контакте с базовым артефактом. Записывают показания калибра в двух направлениях (X и Y). Эти величины наносят точками на круговую диаграмму (см. рисунок 72).
1 - двумерный калибр; 2 - угловой
графопостроитель; 3 - каретка станка
Рисунок 75 - Проверка круглости
с использованием двумерного калибра
11.3.4.4 Метод, использующий шаровой контрольный калибр с выдвижным стержнем
Одно контрольное устройство, состоящее из шарового калибра с углубленной или выпуклой сферической поверхностью и выдвижного стержня, устанавливают на рабочем компоненте станка, а другое аналогичное устройство - на держателе инструмента (см. рисунок 76). Станок программируют на воспроизведение между боковыми сторонами инструмента и заготовки круговой траектории радиусом длиной, равной длине выдвижного стержня контрольного устройства. Датчик линейных перемещений регистрирует изменения расстояния между двумя шаровыми калибрами. Результаты измерений наносят точками на круговую диаграмму.
1 - шаровой калибр; 2 - магнитная втулка; 3 - датчик
линейных перемещений; 4 - выдвижной стержень; 5 - шпиндель
станка; 6 - установочный крепеж
Рисунок 76 - Круговые испытания с использованием
телескопического шарового калибра
11.3.4.5 Метод, использующий двумерную масштабную линейку
Масштабную линейку, способную определять одновременно две координаты местоположения, используют для получения координат ряда позиций вдоль круговой траектории (см. ISO/TR 230-11). Детектор с двумерной шкалой устанавливают на боковой стороне инструмента, а двумерную масштабную линейку с градуированной шкалой размещают на боковой стороне заготовки (см. рисунок 77). Координаты позиций вдоль круговой траектории между боковыми сторонами инструмента и заготовки определяют специальным программным обеспечением, регистрируют и используют для получения данных по отклонениям от круглости, которые затем наносят точками на круговую диаграмму.
1 - двумерный детектор положений; 2 - градуированная шкала;
3 - шпиндельная головка станка; 4 - стол станка
Рисунок 77 - Измерение погрешности круглости
с использованием двумерной шкалы
11.3.4.6 Метод, использующий два датчика линейных перемещений и стандартный поверочный угольник
Стандартный поверочный угольник устанавливают на столе станка, а его эталонную поверхность выравнивают по двум осям координат станка (оси X и Y на рисунке 78 приведены только для примера).
1 - датчик линейных перемещений по оси X; 2 - датчик
линейных перемещений по оси Y; 3 - стандартный
поверочный угольник
Рисунок 78 - Измерение погрешности круговой траектории
малого радиуса двумя датчиками линейных перемещений
Двумерный датчик линейных перемещений, настроенный соответственно по направлениям осей X и Y, устанавливают на поверхности стола для выявления относительного смещения между поверхностями инструмента и заготовки, как показано на рисунке 78. Координаты отдельных составляющих круговой траектории по осям X и Y определяют и регистрируют двумя датчиками линейных перемещений. Полученные данные координат Xn, Yn используют для расчета отклонений и построения точечной круговой диаграммы (см. рисунок 72).
Основной расчет в уравнении (17):
, (17)
где Xn, Yn - рассчитанные координаты в n-позиции;
r - запрограммированный радиус круговой траектории;
en - обозначение отклонения от запрограммированной круговой траектории. Знак этой величины положительный, если измеренный радиус превышает величину запрограммированного.
Для таких измерений может быть использован также лазерный интерферометр с двумя плоскими взаимно перпендикулярными зеркалами.
11.3.5 Круговое перемещение, образованное комбинацией линейной оси и оси вращения
11.3.5.1 Общие положения
Целью таких испытаний является контроль отклонений от круглости, или, иными словами, от константы радиуса траектории, образуемой любой комбинацией скоординированных, т.е. одновременно управляемых, перемещений трех линейных осей и двух осей вращения. Основной принцип таких проверок - координация множественных осевых перемещений для поддержания постоянного взаимоположения между инструментом и поверхностью, несущей обрабатываемую заготовку.
Отклонения измеряют при помощи шарового калибра с датчиком линейных перемещений, шарового калибра с выпуклой сферической поверхностью и выдвижным стержнем, многоячеистого шарового калибра с вогнутой сферической поверхностью.
11.3.5.2 Метод, использующий шаровой калибр с датчиком линейных перемещений
Отклонения от констант радиусов множества траекторий вокруг шарового калибра, образуемых любой комбинацией скоординированных, т.е. одновременно управляемых, трех линейных осей и двух осей вращения измеряют при помощи датчика линейных перемещений.
11.3.5.3 Радиальные испытания - метод с использованием трех датчиков линейных перемещений и шарового калибра
Стандартную сферу устанавливают на поверхности металлорежущего станка, несущей инструмент, а датчик линейных перемещений - на поверхности, несущей обрабатываемую заготовку, и настраивают в направлении, перпендикулярном шаровой поверхности (см. рисунок 82). Выходные данные датчика линейных перемещений фиксируются компьютером или графопостроителем.
Центр радиуса r запрограммированной сферы совмещен с центром стандартной сферы. Центр стандартной сферы настроен соосно средней осевой линии шпинделя станка.
Измеряемые тремя датчиками линейных перемещений, расположенными напротив стандартной сферы, отклонения взаимоположения инструмента и заготовки вдоль траектории, образуемой скоординированными осями перемещения, можно разложить на три категории по осям X, Y, Z: радиальные, аксиальные и тангенциальные (см. рисунок 79).
1 - датчик линейных перемещений 1; 2 - датчик линейных
перемещений 2; 3 - датчик линейных перемещений 3;
4 - контрольная сфера, центрированная по средней линии оси
шпинделя; 5 - средняя осевая линия шпинделя; 6 - поворотный
стол; 7 - гнездо для датчиков; 8 - револьверная головка
Рисунок 79 - Метод радиальных испытаний с тремя датчиками
линейных перемещений и стандартной сферой - R-тест
Стандартную сферу центрируют по средней осевой линии шпинделя (поверхность инструмента), а три датчика линейных перемещений устанавливают на поверхности металлорежущего станка, несущей заготовку, и настраивают на измерение изменений положения центра стандартной сферы.
11.3.5.4 Метод, использующий телескопический шаровой калибр
Отклонения взаимоположения между инструментом и заготовкой вдоль траектории, образуемой тремя скоординированными осями перемещения, можно измерять телескопическим шаровым калибром, который можно устанавливать в трех направлениях (см. рисунок 80):
a) параллельно оси вращения;
b) радиально относительно круговой траектории;
c) тангенциально - по касательной к круговой траектории.
1 - телескопический шаровой калибр; 2 - гнездо для установки
калибра на поверхности шпинделя; 3 - гнездо для установки
калибра на поверхности заготовки; 4 - поворотный стол
Рисунок 80 - Круговые перемещения, образованные двумя
скоординированными линейными или вращательными
перемещениями. Измерения в радиальном, аксиальном
и тангенциальном направлениях
Выдвижной стержень шарового калибра, обращенного к поверхности стола, устанавливают на некотором расстоянии от оси вращения стола, а шаровой калибр, обращенный к поверхности шпинделя, размещают на оси вращения шпинделя. Ось вращения выдвижного стержня калибра для измерений по варианту a) ориентирована перпендикулярно поверхности стола, а для измерений по вариантам b) и c) - параллельно поверхности стола.
Отклонения, выявленные телескопическим шаровым калибром, наносят точками на круговую диаграмму, относящуюся к контролируемым позициям оси вращения. Круговую погрешность фактической траектории дает диапазон измеренных отклонений.
При создании диаграмм круговой погрешности для контроля координации различных многоосевых перемещений [например, перемещения по конусу, см. рисунок 81)] могут использовать другие направления установки калибра и другие траектории инструмента, поддерживающие постоянство радиального расстояния между поверхностями обрабатывающего инструмента и обрабатываемой заготовки.
