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
12.3 Положение и направление функциональных поверхностей
12.3.1 Общие положения
Эти измерения имеют отношение к следующим свойствам и характеристикам:
a) параллельности линий и плоскостей (см. 12.3.2, а также ISO/TR 5460:1985, раздел 13);
b) равноудаленности (см. 12.3.3);
c) соосности (коаксиальности) (см. 12.3.4, а также ISO/TR 5460:1985, раздел 18).
12.3.2 Параллельность линий и плоскостей
12.3.2.1 Общие положения
В том случае, когда измерение параллельности включает оси, эти оси должны быть представлены цилиндрическими поверхностями достаточной длины, высокой точности формы и чистоты обработки. Если поверхность шпинделя не полностью соответствует этим условиям или если это внутренняя поверхность, не пропускающая щуп, следует использовать вспомогательную цилиндрическую поверхность - контрольную оправку.
Установку и центровку контрольной оправки следует производить либо на конце шпинделя, либо в цилиндрическом или коническом отверстии, предназначенном для крепления инструмента или других приспособлений. Если контрольная оправка вставлена в шпиндель таким образом, чтобы представлять собой его ось вращения, следует допускать, что фактически невозможно точно совместить центр оправки с осью шпинделя. При вращении шпинделя ось оправки описывает гиперболоид (а если ось оправки пересекается с осью вращения шпинделя, то коническую поверхность) и образует две позиции - B и B', лежащие в плоскости испытания (см. рисунок 119).
A - ось вращения; B - ось контрольной оправки в позиции 0°;
B' - ось контрольной оправки в позиции 180°
Рисунок 119 - Влияние настройки контрольной оправки
относительно оси вращения
При описанных условиях первоначальное измерение параллельности можно производить в любом угловом положении шпинделя, а повторное измерение - после поворота шпинделя на 180°. Среднее арифметическое значение полученных показаний дает отклонение от параллельности в данной плоскости.
Контрольную оправку можно также вводить в положение A (так называемое "положение колебания") и измерения производить только в этом положении.
Первый метод измерения представляется таким же быстрым, как и второй, но он гораздо более точный.
Примечание - Термин "положение колебания" отражает положение шпинделя в результате следующей процедуры: в контролируемой плоскости наконечник измерительного приспособления вводят в контакт с цилиндрической поверхностью, представляющей собой ось вращения; показания измерительного инструмента снимают при медленном вращении шпинделя. Шпиндель находится в положении биения, когда стрелка прибора колеблется между двумя значениями его хода.
12.3.2.2 Параллельность двух плоскостей
12.3.2.2.1 Общие положения
Для подтверждения параллельности двух плоскостей можно использовать следующие методы. Измерения следует проводить в двух направлениях, предпочтительно перпендикулярных друг другу.
Линия (или плоскость) подлежит измерению на протяжении заданной длины (или области), например на длине 300 мм (или площади 300 x 300 мм) или по всей испытуемой поверхности.
Можно оценивать угол между двумя любыми линиями или плоскостями - горизонтальными, вертикальными, перпендикулярными к исследуемой плоскости или пересекающими ее и т.д. Допуск параллельности может быть различным в разных плоскостях.
12.3.2.2.2 Измерения с использованием поверочной линейки и датчика линейных перемещений
Датчик линейных перемещений, установленный на опоре с плоской базовой поверхностью и приведенный в контакт с поверочной линейкой, перемещается в одной из описанных выше плоскостей. Наконечник прибора скользит вдоль второй плоскости (см. рисунок 120).
1 - базовая (данная) плоскость; 2 - контролируемая
плоскость; 3 - датчик линейных перемещений;
4 - направляющая поверочная линейка
Рисунок 120 - Измерение погрешности параллельности
между двумя плоскостями с использованием поверочной
линейки и датчика линейных перемещений
Показания прибора, фиксирующие изменение расстояний, воплощаются графически, что позволяет установить базовую прямую линию. Наклон этой прямой линии представляет собой угловое отклонение исследуемой плоскости в заданном направлении.
Как правило, предпочтительны показания измерительного прибора на обоих концах диапазона измерений. Угловые (тангенциальные) отклонения определены разностью этих двух показаний и длиной измерения.
12.3.2.2.3 Измерение с использованием прецизионного уровня
Прецизионный уровень устанавливается на каретке, служащей перемычкой между двумя плоскостями, подлежащими сравнению. Снимают ряд показаний вдоль этих плоскостей. Эти показания, умноженные на d (см. рисунок 121), дают относительное отклонение двух этих плоскостей, которое используют для определения базовой прямой линии. Направление базовой прямой линии (угол) представляет собой погрешность параллельности исследуемой и базовой плоскостей.
1 - направляющая поверочная линейка; 2 - прецизионный
уровень; 3 - каретка; d - базовая длина измерения
Рисунок 121 - Измерение погрешности параллельности
с использованием прецизионного уровня
Если затруднительно установить перемычку между базовой и исследуемой плоскостями, каретку не применяют, а показания снимают отдельно вдоль каждой плоскости, используя горизонталь в качестве базовой прямой линии (12.1.3). Две линии оценивают в соответствии с 12.1.3. Разность в их направлениях (угол) представляет собой погрешность параллельности.
12.3.2.3 Параллельность двух осей
12.3.2.3.1 Общие положения
Измерения проводят в двух плоскостях:
- в плоскости, проходящей через две оси.
Примечание - Это выражение подразумевает плоскость, проходящую через две испытуемые оси и расположенную максимально близко ко второй из них;
- в другой плоскости, перпендикулярной к первой.
12.3.2.3.2 Измерение в плоскости, проходящей через две оси
Измерительный инструмент устанавливают на опоре с базовой поверхностью подходящей формы таким образом, чтобы он мог скользить по цилиндрической поверхности, представляющей одну из осей; наконечник инструмента скользит вдоль цилиндра, представляющего другую ось.
Для определения минимального значения показаний между этими осями в точках измерения измерительный инструмент следует осторожно покачивать в направлении, перпендикулярном обеим осям (см. рисунок 122). Для предотвращения деформации цилиндра под действием веса следует принимать во внимание необходимость обеспечивать его поддержку во время измерения (см. ISO/TR 5460:1985, 13.2, метод 13.2.1).
Рисунок 122 - Измерение погрешности параллельности
двух осей в плоскости, проходящей через обе оси
12.3.2.3.3 Измерение в другой плоскости, перпендикулярной к первой
Для этого метода требуется дополнительная плоскость, по возможности параллельная той, которая проходит через две оси.
Если дополнительная плоскость существует, допуская тот факт, что обе исследуемые оси параллельны функциональной поверхности станка, параллельность каждой из них относительно этой поверхности, рассматриваемая отдельно, должна быть определена методом, описанным в 12.3.2.4. В противном случае измерения следует производить относительно некой теоретической плоскости при помощи уровня с регулируемой телескопической трубой. С этой целью измерительное оборудование следует размещать на двух цилиндрических поверхностях, представляющих испытуемые оси, и устанавливать на "0" воздушный пузырек уровня. Если обе испытуемые оси не лежат в одной горизонтальной плоскости, можно использовать неподвижный или регулируемый вспомогательный блок (см. рисунок 123).
Рисунок 123 - Дополнительный блок для измерения
погрешности параллельности двух осей
Уровень перемещают вдоль осей, как определено выше, и снимают показания. Величины показаний умножают на расстояние между испытуемыми осями. Если, например, расстояние между осями равно 300 мм, а показание уровня - 0,06/1000 мм, то относительное отклонение параллельности между этими осями - 0,06·0,03 = 0, 018 мм. Эти относительные отклонения используют для определения стандартной прямой линии. Направление этой линии (угол) дает погрешность параллельности между испытуемыми линиями.
12.3.2.4 Параллельность между осью и плоскостью
Измерительный инструмент устанавливается на опоре с плоским основанием и перемещается вдоль испытуемой плоскости, как описано выше. Измерительный наконечник скользит вдоль цилиндра, представляющего собой испытуемую ось (см. рисунок 124).
Рисунок 124 - Измерение погрешности параллельности
между любой осью и плоскостью
В каждой точке измерения следует находить показание минимальной величины путем скользящего движения измерительного инструмента в направлении, перпендикулярном измеряемой оси.
В отношении оси вращения достаточно измерений в средней позиции и в двух экстремальных позициях (см. рисунок 125).
Примечание - Вопрос представительства определенной оси цилиндрической поверхностью рассмотрен в 12.3.2.1.
Рисунок 125 - Измерение погрешности параллельности
между осью вращения и плоскостью
12.3.2.5 Параллельность между осью линейного перемещения и плоскостью
12.3.2.5.1 Измерение при нахождении испытуемой плоскости на самом линейно перемещающемся компоненте
Датчик линейных перемещений прикрепляется к неподвижному компоненту станка, а его измерительный наконечник удерживается под прямым углом к поверхности, подлежащей проверке.
Подвижный компонент следует перемещать согласно тому, как установлено соответствующим международным стандартом по машинной специфике.
Этот тип измерения обычно применяют для фрезерных и шлифовальных станков, в которых обрабатываемая заготовка установлена на столе станка.
Датчик линейных перемещений установлен на торце шпинделя, как показано на рисунке 126, а стол приведен в движение. Полученные показания датчика использованы для определения эталона плоскости. Угол, определяющий направление этой плоскости, следует считать погрешностью параллельности.
1 - головка шпинделя станка; 2 - датчик линейных
перемещений; 3 - плитка или блок плиток Иогансона
(по выбору); 4 - перемещающийся стол
Рисунок 126 - Измерение погрешности параллельности
между осью и перемещающейся плоскостью
12.3.2.5.2 Измерение при нахождении испытуемой плоскости не на перемещающемся компоненте
Измерительный инструмент прикрепляется к перемещающемуся компоненту и перемещается с ним, как показано выше, а его измерительный наконечник удерживается под прямым углом к испытуемой плоскости и скользит вдоль нее (см. рисунок 127).
Рисунок 127 - Измерение параллельности
между осью и неподвижной плоскостью
Если измерительный наконечник невозможно держать непосредственно на испытуемой поверхности, например на кромке узкого паза, можно использовать два следующих альтернативных метода применения:
- приспособлений с угловым рычагом (см. рисунок 128);
- изделий подходящей формы (см. рисунок 129).
Рисунок 128 - Приспособление с угловым рычагом
для измерения параллельности
Рисунок 129 - Специальное изделие
для измерения погрешности параллельности
12.3.2.6 Параллельность между осью и линией пересечения двух плоскостей
Измерительный инструмент устанавливается на опоре подходящей формы, закрепленной на двух исследуемых плоскостях, затем перемещается на определенное расстояние вдоль линии их пересечения, а его измерительный наконечник скользит вдоль цилиндра, представляющего собой эту ось (см. рисунок 130). Следует, по возможности, проводить измерения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, наиболее существенных для действия обрабатывающего инструмента.
Примечание - Вопрос представительства осей цилиндрической поверхностью рассмотрен в 12.3.2.1.
Рисунок 130 - Измерение погрешности параллельности
между осью и линией пересечения двух плоскостей
12.3.2.7 Параллельность между осью перемещения и линией пересечения двух плоскостей
Параллельность между каждой из двух плоскостей и траекторией функциональной точки следует измерять по отдельности в соответствии с 12.3.2.5. Положение линии пересечения следует выводить из положения плоскостей.
12.3.2.8 Параллельность между линией пересечения двух плоскостей и третьей плоскостью
Если линия пересечения и третья плоскость удобно расположены относительно друг друга, для измерения используют прецизионный уровень с установочным блоком (см. рисунок 131).
1 - прецизионный уровень; 2 - локальные опорные
поверхности; d - базовая длина измерения
Рисунок 131 - Измерение погрешности параллельности
между линией пересечения двух плоскостей и третьей
плоскостью
Измерительный комплект перемещают вдоль линии пересечения и снимают показания. Погрешность параллельности рассчитывают в соответствии с 12.3.2.2.3.
Если третья плоскость расположена неудобно, для измерения используют датчик линейных перемещений с установочным блоком (см. рисунок 132). Измерительный наконечник в каждой точке измерения позиционируют под прямым углом к третьей плоскости и снимают показания вдоль всей линии пересечения. Другие процедуры измерения рассмотрены в 12.3.2.2.2.
Рисунок 132 - Измерение погрешности параллельности
между линией пересечения двух плоскостей и третьей
плоскостью, поперечной двум плоскостям
Угол кромки опорной поверхности установочного блока должен быть точно пригнан к углу пересечения двух плоскостей. Это должно быть удостоверено маркирующим средством, таким как "губная помада ювелира".
12.3.2.9 Параллельность между двумя прямыми линиями, каждая из которых образована пересечением двух плоскостей
Это измерение можно выполнять в соответствии с 12.3.2.6.
Измерительный наконечник инструмента вставляют в V-образный блок, который скользит вдоль плоскостей, образующих второе пересечение. Измерение проводят в двух плоскостях, перпендикулярных друг другу (см. рисунок 133).
Рисунок 133 - Измерение с помощью датчика линейных
перемещений погрешности параллельности между двумя
прямыми линиями, каждая из которых образована
пересечением двух плоскостей
Этот метод измерения требует очень жесткого крепления измерительного инструмента. Данное условие можно соблюдать только в том случае, когда две прямые линии находятся вблизи друг друга. Для того чтобы усилить жесткость установки инструмента для измерения параллельности в вертикальной плоскости, уровень следует использовать, как показано на рисунке 134. Две установки, представленные на рисунках 133 и 134, могут обеспечивать различные результаты измерения.
Рисунок 134 - Измерение погрешности параллельности
между двумя прямыми линиями, образованными пересечением
двух плоскостей с помощью уровня для вертикальных и датчика
линейных перемещений для горизонтальных направлений
Если непосредственные измерения, касающиеся плоскостей или прямых линий, затруднены из-за помех, вызываемых компонентами металлорежущего станка на всем поле измерения, эти измерения можно соотносить с установленной стандартной плоскостью, например горизонтальной, определяемой при помощи прецизионного уровня.
12.3.3 Эквидистантность (равноудаленность) двух осей
12.3.3.1 Общие положения
Эквидистантность двух осей идентична параллельности между плоскостью, проходящей через эти оси, и базовой плоскостью.
Испытание на эквидистантность двух осей или оси вращения от определенной плоскости в сущности проводят как измерение параллельности (см. 12.3.2.4). Данное испытание должно в первую очередь устанавливать параллельность двух осей упомянутой плоскости оси X. Далее следует проверять постоянство их расстояния от плоскости, используя один и тот же датчик линейных перемещений, устанавливаемый на двух цилиндрах, представляющих испытуемые оси (см. рисунок 135). Если используемые цилиндрические поверхности не идентичны, следует учитывать разность радиусов испытуемых отрезков.
Рисунок 135 - Измерение эквидистантности двух осей
12.3.3.2 Особый случай эквидистантности двух осей от плоскости поворота одной из этих осей
Такой случай возможен, если плоскость поворота детали, несущей одну из этих осей, недоступна и не позволяет перемещать измерительный инструмент. Тогда для измерения эквидистантности необходимо сооружать параллельную ей дополнительную плоскость (см. рисунок 136). Установка и крепление этой плоскости должны быть выполнены таким образом, чтобы размещенный на ней уровень в двух перпендикулярных направлениях по возможности не показывал никаких отклонений при перемещении поворотного компонента. Испытание эквидистантности такой оси от дополнительной плоскости как в среднем положении, так и в крайних не представляет особой сложности, как и в случае с неподвижной осью.
1 - первая ось; 2 - вторая ось; 3 - поворотная плоскость;
4 - дополнительная плоскость; 5 - поворот
Рисунок 136 - Измерение эквидистантности двух представляющих
оси оправок от плоскости поворота одной из этих осей
При использовании как горизонтальной, так и наклонной дополнительной плоскости рекомендуется датчик линейных перемещений устанавливать в его исходном положении, для того чтобы убедиться в отсутствии аномальных смещений при поворотах.
12.3.4 Коаксиальность (соосность)
Если требуется вращать измерительный инструмент вокруг неподвижной оправки, его следует устанавливать с минимальным зазором по кольцу вращения. Это кольцо должно иметь длину окружности, достаточную для того, чтобы убедиться в отсутствии влияния зазора на показания прибора (см. рисунок 137).
Рисунок 137 - Измерение погрешности соосности
между двумя осями
Датчик линейных перемещений устанавливают на рычаге и поворачивают на 360° вокруг первой поверхности. Измерительный наконечник датчика проходит в заданном секторе A по цилиндру, представляющему вторую плоскость, подлежащую измерению (см. рисунок 137). Любые изменения в показаниях датчика представляют удвоенное отклонение от соосности. Если отрезок, выбранный для измерения, может пересекать обе испытуемые оси, следует производить вторую проверку в секторе B.
Если необходимо определять погрешность в двух заданных плоскостях (например, в плоскостях H и V на рисунке 137), изменения, обнаруженные в этих плоскостях, фиксируют по отдельности.
Необходимо, в частности в случае горизонтальных осей, иметь очень жесткие крепления. Для обеспечения высокой точности измерения, равно как и для исключения воздействия деформации, следует использовать два измерительных инструмента, удаленных друг от друга на 180°. Альтернативой является использование суппортов, деформация которых влияет на показания приборов вдвое меньше, чем при использовании двух датчиков линейных перемещений.
В этом испытании следует использовать очень легковесные датчики линейных перемещений.
Так как во время вращения меняется направление измерения относительно направления земного тяготения, следует учитывать чувствительность измерительного инструмента к силе тяжести.
