ГОСТ Р ИСО 230-1-2010
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Испытания станков
Часть 1
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Machine tools tests. Part 1. Measurement techniques of geometrical parametrs
ОКС 25.080.01
Дата введения 2011-01-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков" (ОАО "ЭНИМС") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 70 "Станки"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 ноября 2010 г. N 611-ст
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 230-1:1996* "Методы испытаний металлорежущих станков. Часть 1. Точность геометрических параметров станков, работающих на холостом ходу или на чистовых режимах" (ISO 230-1:1996 "Test code for machine tools - Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or finishing conditions", IDT).
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5)
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2020 г.
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Предметом серии стандартов ИСО 230 является максимально широкая и полная информация о методах контроля и испытаний металлорежущих станков, которые следует проводить во время их проверки, приемки, технического обслуживания.
Серия стандартов ИСО 230 состоит из следующих частей, под общим названием "Методы испытаний металлорежущих станков":
- Часть 1. Точность геометрических параметров станков, работающих на холостом ходу или на чистовых режимах;
- Часть 2. Определение точности и повторяемости позиционирования осей станков с числовым программным управлением;
- Часть 3. Определение теплового воздействия;
- Часть 4. Испытания на отклонения круговых траекторий для станков с числовым программным управлением;
- Часть 5. Определение уровня излучения шума;
- Часть 6. Определение точности позиционирования по объемным и поверхностным диагоналям (испытания на смещение диагоналей).
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на стационарно установленные станки с механическим приводом, используемые для обработки металла, дерева и других материалов путем снятия стружки, шлифования или пластической деформации.
Настоящий стандарт устанавливает методы измерения точности металлорежущих станков при работе без нагрузки (на холостом ходу) и (или) на чистовых режимах путем проверки точности геометрических параметров. Эти методы могут быть применимы также к другим типам промышленных машин, для которых необходимо осуществлять проверки геометрических параметров и испытания в работе.
В настоящем стандарте описаны только методы измерения геометрической точности. В частности, в нем не рассматриваются вопросы проверки эксплуатационных свойств станка (уровни вибрации, смещение элементов станка и т.п.), проверки рабочих характеристик (скорости перемещений и вращений, величины подачи, энергопотребление), т.к. эти проверки должны выполняться отдельно, независимо от проверки геометрической точности.
Допускается использование также других методов и средств измерения, не приведенных в настоящем стандарте, обеспечивающих требуемую точность и достоверность определения соответствующих геометрических параметров.
2 Общие положения
2.1 Определения, относящиеся к проверкам геометрической точности
Необходимо отличать чисто геометрические определения от того, как они трактуются в настоящем стандарте в качестве метрологических определений.
Геометрические определения абстрактны и относятся к идеальным линиям и поверхностям. Из этого следует, что геометрические определения в ряде случаев невозможно применить на практике. Они не учитывают физических реалий и существующей практики проверки геометрических параметров.
Метрологические определения реальны, поскольку они учитывают доступные для измерения линии и поверхности, обладающие реальными физическими свойствами. Они нивелируют влияние микро- и макрогеометрических отклонений и позволяют получить результат, не принимая во внимание причину возникновения погрешности и не разграничивая эти причины. Анализом этих причин должен заниматься изготовитель станков, чтобы обеспечить их геометрическую точность.
Однако в отдельных случаях геометрические определения (например, определения биений: радиальное биение, периодическое осевое биение) сохранены в настоящем стандарте для того, чтобы исключить возможную путаницу, а также для упрощения используемой терминологии. Таким образом, при описании методов испытаний, средств измерения и допусков метрологические определения приняты в качестве основных.
2.2 Методы измерения и принципы применения средств измерения
При испытании станка иногда бывает достаточно убедиться, не превышают ли фактические отклонения допустимые значения (например, при применении предельных калибров). Зачастую для определения фактических отклонений от допустимых следует проводить измерения, связанные со значительными затратами времени.
Кроме того, при проведении измерений следует учитывать погрешности, вызванные неточностью средств измерения или несовершенством применяемых методов измерения. Методы и средства измерения не должны привносить погрешности, превышающие определенную часть допустимого отклонения измеряемой величины. Так как точность применяемых средств измерения в различных лабораториях может быть разной, необходимо, чтобы каждое средство измерения имело градуировочную характеристику.
Очень важно, чтобы контролируемый станок и средства измерения были защищены от внешних воздействий: сквозняков, потоков светового или теплового излучений (лучи солнца, близко расположенные источники света, тепла и т.п.). До начала измерений должна быть обеспечена стабильная температура помещения, применяемых средств измерения, контролируемого станка.
Для обеспечения достоверных данных измерения следует повторять несколько раз. За результат следует принимать среднеарифметическое значение измерений. Результаты повторных измерений не должны существенно отличаться друг от друга. Если эти отличия велики, следует выяснить их причину - метод измерения, средства измерения или сам станок.
Более подробные указания см. в приложении А.
2.3 Допуски
2.31 Допуски на размеры при испытании станков
Допуски - разность между наибольшими и наименьшими предельно допустимыми значениями размеров, формы, расположения и перемещения, которые влияют на точность обработки (точность положений основных элементов станка и приспособлений, точность положений режущих инструментов и т.п.).
Существуют также допуски на образцы изделий, обрабатываемых на станке при испытаниях (в дальнейшем "образец-изделие").
2.311 Единицы и диапазоны измерения
При установлении допусков необходимо указать следующее:
a) используемую единицу измерения;
b) базу отсчета, величину поля допуска и его расположение относительно базы отсчета;
c) диапазон, в котором производится измерение.
Допуск и диапазон измерения следует выражать в одних и тех же единицах измерения. Числовые значения допусков, особенно допусков на размеры, следует указывать только в том случае, если их невозможно задать путем простой ссылки на существующие стандарты, распространяющиеся на соответствующие элементы станка. Допуски на углы и диапазоны измерения углов следует выражать либо в угловых единицах (градус, минута, секунда), либо отношением катетов прямоугольного треугольника (миллиметры на миллиметры).
Если для данного диапазона допуск известен, то допуск для другого диапазона, мало отличающегося от первого, определяют по закону пропорциональности. При диапазонах, существенно отличающихся от данного, закон пропорциональности неприменим. Для диапазонов меньших размеров допуски должны быть расширены, для диапазонов больших размеров они должны быть сужены по сравнению с допусками, определенными на основе закона пропорциональности.
2.312 Учет погрешности измерения при определении допустимых отклонений
Погрешности измерения включают в себя погрешности средств измерения и применяемых методов контроля. Погрешности измерения следует учитывать при анализе результатов измерения и определении соответствия результатов измерения допустимым значениям (см. 2.2). Чтобы измеренная величина соответствовала допуску, она должна быть меньше допустимой на величину погрешности измерения.
Пример
Допуск на биение: x мм
Неточность приборов, погрешности измерения: y мм
Величина показания прибора, соответствующая допуску на биение x мм, должна быть (x-y) мм.
Следует также учитывать погрешности, возникающие при сравнительных измерениях: неточности формы деталей станков, используемых в качестве базы отсчета, а также поверхностей, перекрываемых измерительными наконечниками или опорными поверхностями измерительных приборов.
Из-за вышеупомянутых источников погрешностей в качестве действительного отклонения следует принимать среднеарифметическое значение нескольких измерений.
Линии или поверхности, выбранные в качестве базы при измерении, должны быть непосредственно связаны со станком (например, линия центров токарного станка, ось шпинделя сверлильного или расточного станка, направляющие станка и т.п.).
Расположение поля допуска по отношению к номинальному значению следует определять в соответствии с 2.324.
2.32 Классификация допусков
2.321 Допуски, относящиеся к образцам-изделиям и к отдельным элементам станков
Изготовитель станков должен соблюдать правила обозначения допусков на чертежах в соответствии с ИСО 1101.
2.321.1 Допуски размеров
Допуски размеров, указанные в настоящем стандарте, относятся исключительно к размерам образцов изделий, используемых для испытания станков, а также к присоединительным размерам для установки режущих инструментов и средств измерения, монтируемых на станке (конус шпинделя, отверстия револьверных головок).
Допуски устанавливают пределы допустимых отклонений относительно номинальных размеров. Они выражаются в линейных единицах (например, отклонения положения опорных поверхностей и диаметров отверстий для установки и центрирования инструментов).
Отклонения следует обозначать цифрами или символами по ИСО 286-1.
2.321.2 Допуски формы
Допуски формы ограничивают допустимые отклонения от теоретической геометрической формы (например, отклонения, относящиеся к плоскостности, прямолинейности, биению цилиндрической поверхности, профилю резьбы или зубьев).
Они выражаются в линейных или угловых единицах. В зависимости от размеров поверхности измерительного наконечника или опорной поверхности измерительного прибора может быть определена только часть погрешности формы. Поэтому, в случае повышенных требований к точности, должна быть регламентирована величина поверхности, перекрываемой измерительным наконечником или опорой измерительного прибора.
Поверхность и форма наконечника должны соответствовать точности измерения и размерам контролируемой поверхности (поверочную плиту и стол крупного продольно-строгального станка нельзя измерять, используя наконечники с одинаковой поверхностью контакта).
2.321.3 Допуски расположения
Допуски расположения ограничивают допустимые отклонения, относящиеся к расположению элемента относительно прямой, плоскости или другого элемента станка (например, отклонение от параллельности, перпендикулярности, соосности и т.д.). Они выражаются в единицах измерения длин или углов.
Если допуск расположения задан в двух различных плоскостях и при этом отклонения в этих двух плоскостях по-разному влияют на точность работы станка, допуск расположения следует устанавливать для каждой плоскости отдельно.
Примечание 1 - Следует учитывать погрешности формы базовой поверхности при установлении допуска расположения относительно этой поверхности.
2.321.4 Влияние погрешностей формы при определении погрешностей расположения
|
Рисунок 1
2.321.5 Локальные допуски
Допуски на форму и расположение обычно задаются на форму и расположение в целом (например, 0,03 мм на 1000 мм для прямолинейности или плоскостности). В отдельных случаях допускается устанавливать для отдельного участка линии или поверхности локальный допуск, отличающийся от общего.
Локальное отклонение есть расстояние между двумя линиями, параллельными общему направлению линии или траектории перемещения элемента, которые включают максимальные отклонения на отдельных участках их общей длины (см. рисунок 2).
|
1 - полное отклонение; 2 - локальный отрезок контролируемой длины; 3 - локальное отклонение
Рисунок 2
На рисунке 3 показана зависимость величины допуска от длины, на которой производится измерение.
- как на станок в целом, так и на любую отдельную проверку в абсолютных цифрах или
|
Рисунок 3
Пример
Тогда
На практике мелкие локальные дефекты неразличимы, потому что они перекрываются опорными или контактными поверхностями измерительных приборов. Однако, если контактные поверхности измерительных приборов относительно малы (например, сферические измерительные наконечники индикаторов или измерительных головок), необходимо, чтобы измерительный наконечник касался поверхности, обработанной с высоким классом шероховатости (использование шлифованных поверочных линеек, контрольных оправок и т.п.).
2.322 Допуски на перемещения элементов станка
Примечание 2 - Точность и повторяемость позиционирования осей с ЧПУ определяется по ИСО 230-2.
2.322.1 Допуски позиционирования
Допуск позиционирования ограничивает допустимое отклонение от заданной позиции, достигнутой точкой движущегося элемента после окончания движения.
Пример 1 (см. рисунок 4)
В конце перемещения салазок отклонение d определяется расстоянием между фактически достигнутой позицией и заданной позицией. Допуск позиционирования р.
|
1 - фактическая позиция; 2 - заданная позиция
Рисунок 4
Пример 2 (см. рисунок 5)
Угол поворота шпинделя d относительно углового смещения делительного диска, присоединенного к нему. Допуск позиционирования p.
|
1 - заданная позиция; 2 - фактическая позиция
Рисунок 5
2.322.11 Допуски повторяемости
Допуск повторяемости ограничивает допустимые отклонения при повторяющихся перемещениях в заданную координату в одном и том же или в противоположном направлениях.
2.322.2 Допуски формы траектории
Допуск формы траектории ограничивает допустимые отклонения фактической траектории точки движущегося элемента относительно теоретической траектории (см. рисунок 6). Они устанавливаются в единицах длины.
|
1 - фактическая траектория; 2 - теоретическая траектория
Рисунок 6
2.322.3 Допуски отклонения от прямолинейности перемещения (см. рисунок. 7)
|
1 - фактическая траектория; 2 - теоретическая траектория; 3 - допуск локальный; 4 - фактическое локальное отклонение; 5 - полное отклонение; 6 - допуск общий
Рисунок 7
2.322.4 Локальный допуск на перемещение элемента станка
Допуски на позиционирование, форму траектории и направление прямолинейного движения можно задавать как на локальные участки перемещения, так и на полную длину перемещения элемента.
Определения локального допуска и его величины см. в 2.321.5.
2.323 Полный или суммарный допуск
Полный или суммарный допуск предназначен для упрощения измерения, если вместо измерения нескольких отклонений можно ограничиться одним измерением, полностью характеризующим точность элемента станка.
Пример (см. рисунок 8)
|
Рисунок 8
2.324 Обозначения и расположение допустимых отклонений относительных угловых положений осей, направляющих и т.п.
Если расположение допустимых отклонений по отношению к номинальному значению является симметричным, то можно употребить знак ±. Если расположение асимметрично, его следует уточнить словами относительно станка или одной из деталей станка.
2.325 Общепринятое определение осей и перемещений
3 Подготовка станка к измерениям
3.1 Установка станка перед измерениями
До проведения измерений станок следует установить на соответствующий фундамент и выверить по уровню в соответствии с инструкцией изготовителя.
3.11 Установка по уровню
К предварительной операции установки станка относится точная выверка по уровню, которая выполняется в соответствии с конструктивными особенностями станка (см. 3.1).
Цель установки по уровню - добиться положения статической стабильности станка и обеспечить базу для последующих измерений, особенно тех, которые относятся к прямолинейности поверхностей и перемещений элементов станка.
3.2 Условия проведения измерений
3.21 Демонтаж отдельных компонентов
Измерения геометрических параметров станка проводят, как правило, на полностью собранном станке. В исключительных случаях допускается проведение демонтажа отдельных элементов станка в соответствии с инструкцией изготовителя (например, демонтаж стола станка для проверки направляющих).
3.22 Тепловой режим перед измерениями
Основной целью измерений является проверка точности станка в условиях, наиболее приближенных к условиям нормальной работы с точки зрения теплового режима.
Перед измерениями геометрической точности станка элементы станка, например шпиндели и другие элементы станка, подверженные нагреву во время работы и, следовательно, изменениям расположения и формы, должны быть предварительно разогреты путем обкатки станка на холостом ходу в соответствии с указаниями изготовителя.
Особых более жестких требований к условиям испытаний следует придерживаться при проверке высокоточных станков и некоторых станков с числовым управлением, на точность которых колебания температуры могут оказать существенное влияние.
Необходимо учитывать изменения размеров элементов станка в течение нормального рабочего цикла при перепаде температуры окружающей среды. Режим предварительного прогрева станка, окружающая температура и ее колебания во время испытаний в случае необходимости должны быть согласованы между производителем станка и заказчиком.
Основные элементы конструкции станка, тепловые деформации которых могут оказывать существенное влияние на его точностные характеристики:
a) базовые узлы (станина, салазки, шпиндельный узел и т.п.), их смещение в плоскости главной оси и плоскости, перпендикулярной к ней;
b) приводы координатных перемещений и системы позиционирования с обратной связью, в которых точность позиционирования определяется, например, ходовым винтом.
3.23 Выполнение измерений
Измерение геометрической точности следует проводить на станке, отключенном от электроснабжения или работающем на холостом ходу. По указанию изготовителя может потребоваться установка на станок одного или нескольких образцов изделий, обрабатываемых на станке, например в случае испытания тяжелых станков.
4 Испытания станка в работе
4.1 Проведение испытаний
Испытания станка в работе должны проводиться на стандартных образцах или на образцах, предоставленных потребителем. Проведение испытаний в работе не должно требовать иных операций, кроме тех, для которых предназначен данный станок. Испытания в работе должны включать только финишные операции, для которых предназначен станок.
Число обработанных образцов-изделий или, в некоторых случаях, число проходов для обработки одной детали должно быть достаточным для определения точности обработки. При необходимости следует учитывать износ применяемого инструмента.
Особенности образцов-изделий, размеры и материал, а также требуемая точность и режимы резания следует определять по согласованию между изготовителем станка и потребителем, если не имеется других указаний в стандартах на точность конкретных типов станков.
В отдельных случаях испытания в работе могут быть заменены или дополнены специальными испытаниями, определенными в соответствующих стандартах (например, проверкой отклонений под действием нагрузки, испытаниями кинематической точности и т.п.)
4.2 Измерение образцов-изделий при испытаниях в работе
Измерение обработанных образцов-изделий при испытаниях в работе выполняют при помощи средств измерения, выбранных в соответствии с видом измерений и требуемой точностью (см. также 6.6; 6.7; 6.8).
В части допусков следует руководствоваться 2.321 и, в частности, 2.321.1 и 2.321.2.
5 Измерение геометрических параметров
5.1 Общие положения
В этом разделе приведены определения геометрических параметров, методы измерения и способы определения фактических отклонений для каждого вида геометрических параметров станка:
- прямолинейности (см. 5.2);
- плоскостности (см. 5.3);
- параллельности, эквидистантности и соосности (см. 5.4);
- перпендикулярности (см. 5.5);
- вращения (см. 5.6).
Для каждого геометрического параметра описан как минимум один метод измерения с указанием принципа измерения и применяемых средств измерения.
Если потребитель захочет применить другие методы измерения, то их точность должна быть не ниже точности методов, приведенных в настоящем стандарте.
Описанные методы отбирались из тех, для которых требуются наиболее простые средства измерения (поверочные линейки, поверочные угольники, контрольные оправки, уровни, индикаторы часового типа и т.п.). Однако следует иметь в виду, что в настоящее время нашли широкое применение и другие методы измерения, особенно связанные с использованием оптических и электронных приборов, а также приборов с применением вычислительной техники.
Измерение некоторых крупногабаритных деталей станков часто требует применения специальных приборов, обеспечивающих удобное и быстрое выполнение измерительных операций.
5.2 Прямолинейность
Существуют следующие методы измерения прямолинейности:
- прямолинейность линии в плоскости или в пространстве, см. 5.21;
- прямолинейность поверхностей элементов станка, см. 5.22;
- прямолинейность перемещения, см. 5.23.
5.21 Прямолинейность линии в плоскости или в пространстве
5.211 Определение
5.211.1 Прямолинейность линии в плоскости (см. рисунок 9)
|
Рисунок 9
Линия в плоскости считается прямой на данной длине, если все ее точки находятся между двумя прямыми линиями, параллельными общему направлению контролируемой линии, расстояние между которыми равно допуску.
Общее направление контролируемой линии или представляющей ее расчетной линии следует определять таким образом, чтобы минимизировать отклонение от прямолинейности. Общее направление можно определять:
- двумя точками, выбранными у концов проверяемой линии (в большинстве случаев самыми крайними точками следует пренебречь, т.к. чаще всего они имеют местные дефекты) или
- прямой линией, рассчитанной и построенной по точкам (например, по методу наименьших квадратов).
5.211.2 Прямолинейность линии в пространстве (см. рисунок 10)
|
Рисунок 10
Линия в пространстве считается прямой на данной длине, если каждая из ее проекций на две взаимно перпендикулярные плоскости, параллельные общему направлению контролируемой линии, находится между двумя прямыми линиями в соответствии с 5.211.1.
Примечание 3 - Допуски в каждой из плоскостей могут быть разными.
5.212 Методы измерения прямолинейности
Существуют два метода измерения прямолинейности, основанные на:
- линейных измерениях или
- угловых измерениях.
Практически эталон прямолинейности может быть материальным (поверочная линейка, натянутая струна) или в виде эталонной прямой линии, заданной точным уровнем, лучом света и т.п.
Рекомендуемые средства измерения:
a) для длин менее 1600 мм: материальный эталон (например, поверочная линейка) или уровень;
b) для длин свыше 1600 мм: эталонная прямая линия, определяемая натянутой струной, оптическим устройством или уровнем.
5.212.1 Методы, основанные на линейных измерениях
Применяемое эталонное средство измерения (эталон прямолинейности) должно быть установлено относительно контролируемой линии так, чтобы можно было использовать соответствующее средство измерения.
Оно должно обеспечивать регистрацию отклонений проверяемой линии относительно эталона прямолинейности. Замеры могут производиться в точках, отстоящих на равном расстоянии друг от друга или выбранных произвольно, по длине проверяемой линии. Расположение точек не зависит от применяемого средства измерения.
Эталон прямолинейности рекомендуется установить так, чтобы показания измерительного прибора на обоих концах эталона были приблизительно одинаковыми.
Результаты измерений следует нанести на график в приемлемом масштабе для окончательной обработки. Для дальнейшей обработки результатов измерения следует построить расчетную линию в соответствии с 5.211.1.
|
1 - расчетная линия; 2 - эталон прямолинейности; 3 - отклонение от прямолинейности
Рисунок 11
Примечание 4 - При значительном наклоне расчетной линии следует учитывать эффект вертикального увеличения отклонений.
5.212.11 Метод с использованием поверочной линейки
5.212.111 Измерение в вертикальной плоскости
Поверочную линейку следует устанавливать на двух опорах, расположенных по возможности в точках, соответствующих минимальному прогибу линейки под воздействием силы тяжести (оптимальное расположение опор - см. А.2).
Измерение следует проводить путем перемещения вдоль поверочной линейки стойку с индикатором, основание которой имеет три точки, контактируемых с контролируемой поверхностью. Одна из этих контактных точек и точка контакта мерительного наконечника индикатора с поверочной линейкой должны находиться на одной линии, перпендикулярной к контролируемой поверхности (см. рисунок 12).
|
1 - контролируемая поверхность; 2 - контактные точки на линии (плоскости), перпендикулярной к наконечнику; 3 - направляющая линейка; 4 - стойка для крепления индикатора; 5 - поверочная линейка; 6 - опоры для поверочной линейки
Рисунок 12
Перемещение стойки с индикатором вдоль линии измерения следует обеспечить за счет перемещения ее вдоль вспомогательной направляющей линейки.
При высокой точности измерений следует учитывать погрешности поверочной линейки.
5.212.112 Измерение в горизонтальной плоскости
В этом случае предпочтительно использовать рабочую поверхность поверочной линейки, обращенную к измеряемой плоскости и параллельную ей.
Стойку измерительного прибора следует перемещать по измеряемой поверхности, при этом мерительный наконечник измерительного прибора должен касаться рабочей поверхности поверочной линейки (см. рисунок 13). Поверочную линейку следует устанавливать так, чтобы показания измерительного прибора на обоих концах линейки были одинаковыми. Отклонения от прямолинейности относительно базовой линии, соединяющей оба конца, считываются непосредственно с прибора.
|
1 - базовая плоскость; 2 - наборы концевых мер длины; 3 - контролируемая поверхность
Рисунок 13
Обращаем внимание, что при любом прогибе под действием собственного веса установленной на опорах поверочной линейки прямолинейность ее измерительной поверхности практически остается неизменной.
Другой особенностью этого метода измерения прямолинейности в горизонтальной плоскости является то, что он позволяет измерять отклонения прямолинейности как базовой поверхности поверочной линейки, так и контролируемой поверхности.
С этой целью применяется так называемый метод инверсии. Он состоит в следующем: после проведения, как это описано выше, первого измерения при помощи этого же измерительного прибора выполняют второе измерение, перевернув поверочную линейку на 180° вокруг ее продольной оси. Стойку измерительного прибора, так же как и при первом измерении, следует перемещать по контролируемой поверхности, при этом мерительный наконечник измерительного прибора должен касаться базовой плоскости поверочной линейки - цикл измерения повторяется (см. рисунок 13).
|
Рисунок 14
5.212.12 Метод с использованием натянутой струны и микроскопа
|
Рисунок 15
5.212.13 Метод с использованием визирной трубы
|
|
1 - окулярная сетка; 2 - визирная труба; 3 - марка; 4 - устройство наведения (видоискатель); 5 - источник света
Рисунок 16
Оптическая ось визирной трубы принимается за измерительную базу.
Поворот визирной трубы вместе с визирной маркой вокруг оптической оси дает возможность измерить прямолинейность в любой плоскости.
Стойка визирной марки, устанавливаемая на поверхность, содержащую прямую линию, вдоль которой надо проверять прямолинейность, должна иметь количество опорных точек, необходимое для обеспечения ее устойчивости при измерении.
Необходимо обеспечить перемещения стойки с визирной маркой по прямой параллельно оптической оси визирной трубы.
При больших длинах измерения точность этого метода ухудшается из-за пространственного различия коэффициентов преломления воздуха, которое вызывает искривление светового луча.
5.212.14 Метод с использованием лазера и фотоэлектрического датчика (см. рисунок 17)
|
1 - лазерный излучатель; 2 - регистрирующее устройство; 3 - фотоэлектрический датчик
Рисунок 17
В качестве эталона при измерениях используется лазерный луч. Луч направлен на фотоэлектрический датчик с четырьмя секторами, который перемещается вдоль оси лазерного луча. Прибор регистрирует горизонтальные и вертикальные смещения центра датчика относительно луча, которые передаются на записывающее устройство. При измерении следует руководствоваться инструкциями изготовителя измерительного прибора (см. также А.13).
5.212.15 Метод с использованием лазерного интерферометра с призмой Уоллстона (см. рисунок 18)
|
1 - лазерный излучатель; 2 - интерферометр с призмой Уоллстона; 3 - уголковый отражатель
Рисунок 18
Результаты измерений определяют при помощи двухзеркального уголкового отражателя.
Для регистрации изменений расположения визирной марки относительно оси симметрии уголкового отражателя используется лазерный интерферометр и специальные оптические элементы. Из-за разнообразия используемых в комплектации прибора оптических элементов и применяемых способов измерения различной точности следует в каждом конкретном случае руководствоваться инструкциями изготовителей измерительных приборов (см. также А.13).
5.212.2 Методы, основанные на измерении углов
|
1 - эталонная линия; 2 - мостик; 3 - измерительный прибор
Рисунок 19
Примечание 5 - При этом методе участки прямой, расположенные между опорами перемещаемого элемента, не контролируются. Контроль прямолинейности этих участков может быть выполнен при помощи поверочной линейки соответствующей длины.
|
1 - отклонение от прямолинейности; 2 - расчетная линия
Рисунок 20
5.212.21 Метод с использованием уровня
В качестве средства измерения используется уровень (см. А.6), который следует последовательно устанавливать вдоль контролируемой линии в соответствии с 5.212.2 (см. рисунок 19).
Если контролируемая линия расположена под углом к горизонту, уровень следует устанавливать на соответствующем угловом приспособлении (мостике), способно компенсировать наклон поверхности (см. рисунок 21).
|
1 - направляющая поверхность поверочной линейки
Рисунок 21
Примечание 8 - Уровень позволяет измерить прямолинейность только в вертикальной плоскости; для контроля линии в горизонтальной плоскости следует использовать другой метод (например, метод с использованием автоколлиматора, натянутой струны и микроскопа).
5.212.22 Метод с использованием автоколлиматора
|
1 - автоколлиматор; 2 - перемещаемое зеркало
Рисунок 22
Измерительной базой служит оптическая ось автоколлиматора, определяемая точкой перекрестия визирных линий.
Примечание 9 - Окулярный микрометр автоколлиматора может поворачиваться на 90°, что позволяет производить измерения как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Существуют автоколлиматоры с двумя независимыми окулярными микрометрами, позволяющими одновременное измерение углов поворота зеркала в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Примечание 10 - Этот метод наиболее подходит для измерения станков и деталей большой длины. В отличие от метода с использованием визирной трубы, он меньше подвержен влиянию изменений коэффициента преломления воздуха, т.к. в данном случае во время измерения световой луч проходит одно и то же расстояние в прямом и обратном направлениях.
Примечание 11 - При применении этого метода для устранения влияния на результаты измерения ряда дестабилизирующих факторов следует по возможности устанавливать автоколлиматор на том же самом элементе, прямолинейность поверхности которого проверяется.
5.212.23 Метод с использованием лазерного интерферометра (режим угловых измерений) (см. рисунок 23)
|
1 - источник лазерного излучения; 2 - интерферометр; 3 - перемещаемый элемент
Рисунок 23
При этом методе интерферометр должен быть жестко закреплен на элементе, на котором находится контролируемая линия.
Этот метод наиболее подходит для ответственных измерений, т.к. менее подвержен изменениям коэффициента преломления воздуха.
5.213 Допуски
5.213.1 Определение
|
Рисунок 24
Длина измерения и расположение поля допуска относительно расчетной прямой линии или плоскости должны быть заданы заранее до измерения. Кроме того, должно быть задано направление допуска - только вогнутость или только выпуклость.
В большинстве случаев не следует учитывать точки (участки) на концах диапазона измерения, которые обычно имеют локальные отклонения, не влияющие на общую прямолинейность.
5.213.2 Величина допуска
|
Рисунок 25
5.22 Прямолинейность поверхностей элементов станка
5.221 Определение
Определения прямолинейности поверхности какого-либо элемента станка такие же, как и определения прямолинейности для линии (см. 5.211).
5.222 Методы измерения прямолинейности
Методы измерения прямолинейности поверхности элементов станка такие же, как методы измерения прямолинейности линии (см. 5.212).
5.222.1 Измерение прямолинейности поверхности направляющих пазов или столов
Для измерения прямолинейности боковых поверхностей паза можно использовать, например, приспособление, изображенное на рисунке 26.
|
1 - измеряемая поверхность; 2 - измерительное приспособление (см. рисунок 27)
Рисунок 26
|
Рисунок 27
|
1 - контролируемая поверхность
Рисунок 28
5.222.2 Измерение прямолинейности направляющих
Направление движения перемещаемого элемента станка обеспечивается направляющими или более сложными устройствами, которые не могут быть демонтированы без нарушения геометрии станка. Измерение прямолинейности направляющих может производиться только в случае доступности этого элемента. В противном случае измерение прямолинейности направляющих следует проводить путем измерения прямолинейности перемещения по ним элемента станка (см. 5.23).
|
Рисунок 29
В поперечном сечении направляющие могут иметь различную форму, разработанную изготовителем станка.
Направляющие поверхности могут быть в виде:
a) одной плоскости или набора нескольких небольших плоскостей, соединенных вместе;
b) нескольких узких плоских секций, цилиндрических поверхностей или их комбинации.
5.222.21 V-образные направляющие
Для измерения прямолинейности таких направляющих следует использовать приспособление с цилиндрической контрольной оправкой, имеющей два пояска контакта, образованных занижением диаметра в средней части, как показано на рисунках 30 и 31, или приспособление с охватывающей V-образной частью, как показано на рисунке 29, для измерения поверхности, сопряженной с направляющей, показанной на рисунке 30.
|
1 - свободный шарик
Рисунок 30
|
1 - пятая точка опоры
Рисунок 31
Примечание 12 - Пятая опорная точка не должна мешать базированию контрольной оправки на V-образной направляющей.
5.222.22 Цилиндрические направляющие
|
1 - пятая точка опоры
Рисунок 32
|
1 - пятая точка опоры
Рисунок 33
Необходимо соблюдать требования к пятой точке опоры приспособления, изложенные в примечании 12.
5.222.23 Вертикальные поверхности направляющих
|
1 - контролируемая поверхность
Рисунок 34
|
1 - базовые точки опоры
Рисунок 35
5.222.24 Наклонные направляющие (см. рисунок 36)
|
1 - рабочая плоскость
Рисунок 36
В этом случае рабочая плоскость перемещаемого элемента находится под углом к горизонтальной плоскости.
5.222.3 Допуски
См. 5.213
5.23 Измерение прямолинейности перемещения
Измерение прямолинейности перемещения перемещаемых элементов станка требуется не только для того, чтобы убедиться, что станок может производить прямые или плоские поверхности на обрабатываемых изделиях, но и потому, что точность позиционирования точек обрабатываемого изделия также зависит от прямолинейности перемещения.
5.231 Отклонения (см. рисунок 37)
|
|
|
Линейные отклонения от направления перемещения | Угловые отклонения от направления перемещения |
: смещение вправо - влево | : наклон вперед - назад, продольный крен (тангаж) |
: смещение вверх - вниз | : поворот вправо - влево вокруг вертикальной оси (рыскание) |
: позиционное смещение | : наклон вправо - влево, поперечный крен (качка) |
Рисунок 37
Движение по прямой линии перемещаемого элемента в общем случае характеризуется отклонениями в шести направлениях:
a) одно позиционное отклонение в направлении движения;
b) два линейных отклонения траектории в плоскости, перпендикулярной к направлению перемещения;
5.231.1 Погрешности позиционирования
Погрешности позиционирования рассмотрены в 2.322.1 и ИСО 230-2.
5.231.2 Линейные отклонения
Линейное отклонение прямолинейного перемещения движущегося элемента определяется прямолинейностью траектории перемещения, измеряемой точки движущегося элемента. Представительная точка - точка режущего инструмента, если движущийся элемент несет этот инструмент. Если движущийся элемент несет обрабатываемую деталь, в качестве представительной точки принимается центр стола станка или другая, заранее оговоренная точка, жестко связанная со столом.
5.231.3 Угловые отклонения
Все эти отклонения влияют на прямолинейность перемещения. Для точных измерений следует учитывать возникающую при этом погрешность, если измеряемая точка не совпадает с представительной точкой. Величина каждого углового отклонения определяет максимальный угол поворота (наклона) при полном перемещении движущегося элемента.
5.232 Методы измерений
5.232.1 Методы измерения линейных отклонений
Для построения траектории перемещения представительной точки движущегося элемента используются следующие методы.
5.232.11 Метод с использованием поверочной линейки и индикатора (см. 5.212.112)
При использовании поверочной линейки и индикатора обычно следует учитывать прямолинейность элемента, принятого за базу измерения (рабочая поверхность стола станка, станины и т.п.). Измерительный наконечник индикатора должен находиться как можно ближе к точке расположения активной зоны режущего инструмента (см. А.2 и А.7).
5.232.12 Метод с использованием микроскопа и натянутой струны (см. 5.212.12)
Порядок измерения такой же, как при использовании поверочной линейки и индикатора, при этом натянутая струна используется вместо поверочной линейки и микроскоп - вместо индикатора (см. А.9).
5.232.13 Метод с использованием визирной трубы (см. 5.212.13)
При использовании визирной трубы перекрестие ее визирных линий следует совмещать с базовой линией прибора (оптической осью), марка должна быть расположена на движущемся элементе, при этом ее центр должен быть расположен как можно ближе к активной зоне режущего инструмента (см. А.10).
5.232.14 Метод с использованием лазера (см. 5.212.14 и 5.212.15)
При использовании лазера (прямое измерение, использующее интерферометр для измерения прямолинейности) части прибора, определяющие измерительную базу, должны быть надежно закреплены на неподвижном элементе, выбранном в качестве базы. Перемещаемый элемент прибора следует закрепить таким образом, чтобы его центр располагался как можно ближе к активной зоне режущего инструмента (см. А.13).
5.232.15 Метод с использованием угловых измерений (см. 5.212.2 и 5.232.2)
Обычно движущийся элемент станка касается поверхности направляющих по всей своей длине, не имея ярко выраженных точек опоры.
В этом случае ввиду неопределенности базовой линии измерения невозможно достоверно пересчитать полученные угловые отклонения в линейные, и полученные результаты могут отличаться от реальной траектории.
Полагая, что поверхность контакта движущегося элемента с направляющими является ровной и движущийся, элемент перемещается по линии, огибающей контролируемую поверхность, линейное отклонение от прямолинейности можно изобразить графически, как показано на рисунке 38.
|
1-7 - точки измерения; 8 - линейное отклонение
Рисунок 38
5.232.2 Методы измерений угловых отклонений
При перемещении перемещаемого элемента в горизонтальной плоскости с помощью уровня можно измерить такие отклонения, как углы тангажа и качки, а с помощью автоколлиматора или лазера - углы тангажа и рыскания.
5.232.21 Метод с использованием уровня
Уровень следует устанавливать на перемещаемом элементе станка. Этот элемент следует перемещать шагами, показания уровня регистрировать после каждого перемещения.
5.232.22 Метод с использованием автоколлиматора (см. 5.212.22)
Автоколлиматор, воспроизводящий базовую линию, следует устанавливать на неподвижном элементе станка, зеркало - на движущемся элементе станка.
5.232.23 Метод с использованием лазерного интерферометра (см. 5.212.23)
Источник лазерного излучения следует устанавливать на перемещаемом элементе, а лазерный интерферометр и устройство отклонения луча следует крепить на неподвижном элементе, принятом за нулевую линию. Допускается установка этих приборов и наоборот.
5.233 Допуск
5.233.1 Допуск на линейное отклонение от прямолинейного движения
Допуск устанавливает пределы допустимых линейных отклонений траектории прямолинейного перемещения представительной точки на движущемся элементе по отношению к расчетной линии (общее направление траектории). Допуски на линейные отклонения в разных плоскостях могут быть различными.
5.233.2 Допуск на угловое отклонение от прямолинейного перемещения
Допуск устанавливает пределы допустимых угловых отклонений от прямолинейного перемещения движущегося элемента.
Допуски для трех угловых отклонений: тангажа, рыскания и качки - могут быть различными.
5.3 Плоскостность
5.31 Определение
Поверхность считается плоской в заданном диапазоне измерения, если все точки этой поверхности находятся между двумя плоскостями, параллельными общему направлению проверяемой поверхности, расстояние между которыми равно допуску.
Чтобы минимизировать отклонение от плоскостности, общее направление плоскости или расчетную плоскость следует определять одним из следующих способов:
- по трем точкам, выбранным на проверяемой поверхности (обычно участки, близкие к краю, имеющие небольшие местные дефекты, отбрасываются); или
- с помощью плоскости, рассчитанной методом наименьших квадратов по результатам измерений точек, расположенных на этой поверхности.
5.32 Методы измерения
5.321 Метод с использованием поверочной плиты
Для измерения плоскостности с помощью поверочной плиты на ее рабочую поверхность следует нанести тонкий равномерный слой краски предпочтительно синего или красного цвета, представляющей собой разведенные в легком масле художественную берлинскую лазурь или типографскую краску для цветной художественной печати.
Плиту окрашенной стороной следует наложить на проверяемую поверхность и сообщить ей легкое возвратно-поступательное движение. После снятия плиты определяют удельное распределение точек контакта плиты с поверхностью. Распределение точек контакта должно быть равномерным по всей проверяемой поверхности и соответствовать заданному значению. Этот метод следует применять только к поверхностям малых размеров с относительно чисто обработанной поверхностью (шабренные или шлифованные поверхности).
5.321.1 Метод с использованием поверочной плиты и индикатора
Средства измерения: поверочная плита и индикатор, закрепленный на стойке со шлифованным основанием. Стойку с индикатором следует перемещать по поверочной плите.
Имеются два способа измерения:
а) измеряемая деталь устанавливается на поверочной плите (размеры плиты и форма стойки индикатора должны быть достаточно большими для обеспечения измерения всей измеряемой поверхности) (см. рисунок 39);
|
1 - поверочная плита; 2 - измеряемая поверхность
Рисунок 39
b) поверочную плиту следует располагать рабочей поверхностью к измеряемой поверхности. В этом случае измерение возможно с поверочной плитой, размеры которой сопоставимы с размерами измеряемой поверхности (см. рисунок 40).
|
1 - поверочная плита (база отсчета); 2 - измеряемая плоскость
Рисунок 40
Для определения точек, в которых производится измерение, следует руководствоваться схемой прямоугольной сетки.
Ошибочные показания вследствие дефектов поверхности могут быть устранены за счет:
a) использования индикатора со сферическим измерительным наконечником, на который не влияет шероховатость измеряемой поверхности;
b) установки между контролируемой поверхностью и измерительным наконечником индикатора бруска с параллельными плоскостями или концевой меры длины для сглаживания дефектов измеряемой поверхности (шабренные или строганые поверхности и т.д.).
Примечание 14 - В варианте 5.321.1, перечисление а) (рисунок 39), на показания индикатора влияет наклон измеряемой поверхности относительно поверочной плиты. Этот метод следует применять с использованием поверочных плит очень высокой точности, т.к. трудно учесть дефекты поверочной плиты. Этот метод применим для мелких деталей.
В варианте 5.321.1, перечисление b) (рисунок 40), при котором измерение осуществляется со стойкой индикатора, установленной перпендикулярно к поверочной плите, имеется возможность учитывать дефекты поверочной плиты в процессе обработки результатов.
5.322 Метод с использованием поверочной(ых) линейки(ек)
5.322.1 Измерение плоскостности, заданной семейством прямых линий, при помощи поверочной линейки и концевых мер длины
|
Рисунок 41
При большой длине поверочной линейки следует вводить поправки на ее прогиб.
Вместо подбора блоков концевых мер в промежуточных точках можно производить измерение прямолинейности между опорными точками поверочной линейки при помощи измерительного прибора, показанного на рисунке 12.
5.322.2 Измерение плоскостности с помощью поверочных линеек, уровня и индикатора (см. рисунок 42)
|
Рисунок 42
При этом методе база отсчета создается двумя поверочными линейками, которые устанавливаются параллельно с помощью уровня и концевых мер длины (см. А.6).
После измерения отклонений во всех точках контролируемой поверхности, расположенных равномерно по прямоугольной сетке, следует построить график этих отклонений в соответствии с рисунком 43. Выбор интервалов в расположении точек не зависит от используемых средств измерения.
|
1 - база отсчета; 2 - измеряемая плоскость
Рисунок 43
5.323 Измерение плоскостности при помощи уровня
Это единственный известный в настоящее время метод, позволяющий поддерживать постоянное направление измерительной базы (горизонтали) во время перемещения измерительного инструмента с одной позиции на другую.
Основой измерения прямолинейности является использование метода угловых отклонений (см. 5.212.2).
5.323.1 Измерение прямоугольной поверхности
|
Рисунок 44
Если ширина измеряемой поверхности значительно меньше длины, для уточнения желательно произвести измерения по диагоналям.
Для наглядного представления результатов измерения следует построить график в соответствии с рисунками 45 и 46.
|
Рисунок 45
|
Рисунок 46
5.323.2 Измерение плоской поверхности с круглым контуром
Большая плоская поверхность с круглым контуром не может быть приведена к прямоугольному образцу, т.к. при этом остаются непроверенными ее отдельные элементы. Следовательно, предпочтительно выполнить измерения плоскостности по периметру окружности и по диаметрам (см. рисунок 47).
|
Рисунок 47
Примечание 15 - Для относительно маленьких поверхностей измерение плоскостности может быть выполнено упрощенным путем следующими способами:
- измерение прямолинейности двух перпендикулярных диаметров;
- измерение прямолинейности сторон вписанного квадрата, соединяющего крайние точки этих диаметров (см. рисунок 48).
|
Рисунок 48
a) Измерение плоскостности по периметру окружности
b) Измерение плоскостности вдоль диаметра
Это измерение следует выполнять с использованием любого метода измерения прямолинейности линии (см. 5.21).
5.324 Измерение плоскостности оптическими методами
5.324.1 Измерение при помощи автоколлиматора
Прямые линии, определяющие базовую плоскость, задают при помощи оптической оси автоколлиматора в двух положениях, по возможности, под углом 90° друг к другу. Затем применяется метод, описанный в 5.212.22.
5.324.2 Измерение при помощи поворачиваемого оптического угольника
Средства измерения: поворачиваемый оптический угольник (визирная труба с пентапризмой).
|
1 - поворачиваемый оптический угольник; 2 - четвертая метка
Рисунок 49
Оптический угольник следует выставить по базовым маркам так, чтобы оптическая ось его зрительной трубы была перпендикулярна к базовой плоскости, а четвертую визирную марку использовать для измерения положения любой точки проверяемой поверхности (см. А.12).
5.324.3 Измерение с помощью монтажного лазера
При этом методе с помощью сканирующего модуля и источника лазерного излучения создают базовую плоскость. Для измерений отклонений используют фотоэлектрический датчик, установленный на измеряемой поверхности (см. рисунок 50 и А.13).
|
1 - источник лазерного излучения; 2 - сканирующий модуль; 3 - четырехквадрантный фотоэлектрический датчик (перемещаемый)
Рисунок 50
5.324.4 Измерение с помощью лазерной измерительной системы
Топография контролируемой поверхности строится на основе контроля прямолинейности различных линий путем измерения угловых отклонений (см. А.13).
Типовая последовательность измерения этим методом показана на рисунке 51, где линии с 1 по 8 показаны схематично.
|
1 - первое поворотное зеркало; 2 - лазерная головка; 3 - дистанционный интерферометр и устройство отклонения луча; 4 - второе поворотное зеркало; 5 - стойка с отражателями; 6 - поверочная линейка; 7 - опорные точки (шаг измерения)
Рисунок 51
Измерение осуществляется последовательно шагами вдоль линий с 1 по 8. Полученные результаты измерения следует проанализировать и для наглядности построить график в соответствии с рисунком 52.
|
Рисунок 52 - График в изометрии
Примечание 16 - Лазерный луч регулируется по горизонтали в желаемом направлении путем настройки поворотного зеркала. Это, однако, может повлиять на направление лазерного луча в вертикальной плоскости.
5.4 Параллельность, эквидистантность и соосность
В этом разделе рассмотрены методы измерения следующих геометрических параметров:
- параллельность линий и плоскостей (см. 5.41);
- параллельность перемещения (см. 5.42);
- эквидистантность (см. 5.43);
- соосность, совмещение или выравнивание (см. 5.44).
5.41 Параллельность линий и плоскостей
5.411 Определения
Линия считается параллельной плоскости, если при измерении расстояния от этой линии до плоскости в различных точках максимальное отклонение, измеренное на определенной длине, не превышает допустимого значения.
Две линии считаются параллельными, если одна из них параллельна двум плоскостям, пересечением которых является другая линия. При этом допустимые отклонения не обязательно одинаковы в обеих плоскостях.
Две плоскости считаются параллельными, если при измерении расстояние от этих плоскостей до базовой плоскости в различных точках по меньшей мере в двух направлениях разность между максимальным и минимальным размерами, полученными в результате измерений на определенной длине, не превышает допустимого значения.
Эти разности определяются в заданных плоскостях (горизонтальной, вертикальной, перпендикулярной к измеряемой поверхности, пересекающей проверяемую ось и т.п.) в пределах заданной длины (например, "на длине 300 мм" или "по всей поверхности").
Примечание 18* - Отклонение от параллельности определяют как разность расстояний от расчетной прямой линии (или плоскости), представляющей базовую прямую (или плоскость), до точек другой прямой линии (или плоскости). При этом результат может зависеть от того, какая прямая или плоскость выбрана в качестве базы.
5.412 Методы измерения
5.412.1 Общие положения для осей
При любых методах измерения параллельности осей сами оси должны быть представлены в виде цилиндрических поверхностей, выполненных с высокой точностью формы в продольном и поперечном сечениях, малой шероховатостью поверхности и иметь достаточную длину. Если поверхность шпинделя не соответствует этим требованиям или если она является внутренней и не позволяет осуществить касания измерительным наконечником прибора, следует использовать цилиндрическую поверхность контрольной оправки. Закрепление и центрирование этой оправки производят на наружном конце шпинделя или в цилиндрическом или коническом отверстии шпинделя, предназначенном для установки инструмента или другого приспособления.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.