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
11.7 Специальные испытания
11.7.1 Общие положения
Испытания, описываемые в данном подразделе, основаны на измерениях многочисленных расстояний в пределах рабочего объема станка. В таких измерениях использован физический эталон со сферическими поверхностями, устанавливаемыми в известных положениях (1D-, 2D- или 3D-устройства), или лазерные интерферометры, специально сконструированные для измерения смещений вдоль множественных направлений.
В случае использования физического эталона положение шаровых калибров в системе координат станка определяют, проводя измерения смещений или поверхностных систем обнаружения, связанных с измерительными шкалами самого станка (далее - "испытательные системы"). Затем измеряемые положения физического эталона с учетом его системы координат сравнивают с калиброванными позициями для определения отклонений, вызванных погрешностью перемещений станка.
Измерительными инструментами для метода испытаний с использованием физического эталона являются пробник с кнопочным пуском, датчик(и) линейных перемещений (для радиальных поверочных систем, см. рисунок 79) и 2D- или 3D-пробники. Рекомендуется до начала испытаний проводить проверку повторяемости измерительных систем, особенно в случае использования пробника с кнопочным включением.
11.7.2 Шаровое устройство для одномерных измерений
Физический эталон с шаровым устройством на столе станка следует ориентировать таким образом, чтобы ряд шариков выстраивался в нужном направлении (см. рисунок 84). Рекомендуется использовать поверочную систему с качественными характеристиками, соответствующими ISO 230-10.
Рисунок 84 - Конструкция одномерного шарового калибра
Точную ориентацию физического эталона по осям координат измеряют поверочной системой в положениях первого и последнего шарика (сферического углубления). С помощью полученных показаний можно рассчитывать прицельные позиции всех шариков эталона в системе координат станка.
В процессе измерения оси станка перемещаются по вычисленным позициям каждого шарика. Отклонения в результате погрешности перемещений или неправильной настройки осей станка измеряют с использованием поверочной системы.
После того как выполнены измерения на позиции последнего шарика, производят повторное измерение в первой позиции с целью проверки термального воздействия.
Погрешность прямолинейности можно определять по измеренным отклонениям. Величина точности позиционирования и повторяемости может быть определена в соответствии с ISO 230-2.
11.7.3 Шаровое устройство для двумерных измерений
Калиброванная плита с шаровым устройством на столе станка должна быть ориентирована таким образом, чтобы взаимно перпендикулярные ряды шариков были выстроены по двум осям координат металлорежущего станка (см. рисунок 85).
Рисунок 85 - Конструкция двумерного шарового калибра
Рекомендуется использовать поверочную систему с качественными характеристиками, соответствующими ISO 230-10.
Точную ориентацию физического эталона по осям координат измеряют поверочной системой в положениях шариков, расположенных в трех или четырех углах поверочной плиты. С помощью полученных показаний можно рассчитывать прицельные позиции всех шариков эталона в системе координат станка.
В процессе измерения оси станка перемещаются по рассчитанным позициям каждой сферы. Отклонения в результате погрешности перемещений и неправильной настройки осей станка измеряют с использованием поверочной системы.
После того как выполнены измерения на позиции последнего шарика, производят повторное измерение в первой позиции с целью проверки термального воздействия.
Положение и направление физического эталона в системе координат станка настраивают математически по минимальной сумме квадратов в диапазоне отклонений характеристик испытуемого станка.
Специфические погрешности характеристик станка могут происходить в значительной мере от подлежащих измерению данных, например от погрешности прямолинейности двух отдельных используемых осей перемещения, погрешности взаимной перпендикулярности этих осей в плоскости шарового эталона и их угловой погрешности относительно боковой стороны заготовки.
Если вертикальные координаты сферы также калиброваны, можно измерять погрешность прямолинейности в направлении, перпендикулярном плоскости эталона, и угловую погрешность перемещения этих осей вокруг оси перемещения (продольный крен) при условии, что эти две оси находятся на боковой стороне заготовки.
11.7.4 Измерения трехмерным шаровым калибром
Такие измерения выполняют как с использованием трехмерного пирамидального шарового калибра типа 3D, так и расположением аналогичного двумерного устройства типа 2D на различных высотах при помощи калиброванного кинематического устройства, обеспечивающего различные прицельные стандартные точки в рабочем объеме станка. Результаты анализов измерений, полученных в формате 2D, дополняют данными измерений в формате 3D.
11.7.5 Многосторонний метод с использованием лазерного интерферометра
Такой метод требует использования большого числа интервалов и позиций измерения для идентификации геометрических погрешностей в рабочем объеме металлорежущего станка. Измерения проводят между поверхностями обрабатываемой заготовки и обрабатывающего инструмента. Обрабатывающий инструмент перемещается через ряд точек измерения (например, по изображенной точками линии на рисунке 86); изменения расстояния или местоположения относительно выбранной точки на поверхности заготовки записывают. Далее выбирают другую позицию на поверхности заготовки, инструмент снова приводят в движение, и он перемещается через тот же самый ряд позиций точек измерения, но через другой ряд измененных расстояний; показания записывают. Регистрируют данные измерений для нескольких серий выбранных точек. Также можно производить измерения для различных расстояний до поверхности инструмента (см. рисунок 86).
Рисунок 86 - Многосторонний метод
Все данные измерений используют для расчета отклонений перемещения осей X, Y, Z в точках измерения, а в совокупности с числовым программным управлением кинематикой и для расчета любых геометрических погрешностей перемещения осей: позиционирования, прямолинейности, продольного и поперечного крена, поворота вокруг вертикальной оси.
Измерительным инструментом для таких измерений обычно служит специальный следящий лазерный интерферометр, который автоматически следует за прицельным отражателем, расположенным на поверхности обрабатывающего инструмента, записывает радиальные, а по возможности, и пространственные угловые смещения при условии, что обрабатывающий инструмент перемещается по запрограммированному ряду точек измерения.
Иногда для пространственных измерений используют телескопический шаровой калибр с удлиненным стержнем.
Точность результатов измерения зависит от точности самого измерительного инструмента, внешних воздействий, повторяемости, зазора, гистерезиса и настройки инструмента (положения выбранных точек измерения на поверхности заготовки или инструмента, количества предпринятых серий измерений) и от совершенства используемой кинематической модели станка. Точного соотношения, в классическом смысле, почти невозможно добиться; следовательно, компьютерные расчеты для многосторонности не дадут точных величин рассчитываемых параметров при использовании "метода моделирования Монте Карло" или других приемлемых методов расчета погрешностей.
