Геометрическая точность станков с ЧПУ
Сегодня многие путают понятия точности оборудования, геометрической точности и точности позиционирования, хотя каждое из них имеет свое определение и смысл. В этой статье вносим ясность: что такое геометрическая точность станков с ЧПУ, чем она отличается от точности позиционирования, какие параметры проверяют, по каким нормативам и как проводится проверка геометрии металлорежущего оборудования.
Что такое геометрическая точность станка
Геометрическая точность станка, по сути, качество его изготовления, сборки и установки. С учетом растущих требований помимо высокой точности современного металлорежущего оборудования с ЧПУ все важнее становятся технологии обработки и сборки основных конструктивных элементов станков. В эти параметры входят плоскостность, перпендикулярность, параллельность и прямолинейность поверхностей и их сочетаний относительно друг друга. Минимизация геометрических ошибок механической части является одной из важнейших задач производителя.
Иными словами, геометрическая точность характеризует геометрию станка, с такими показателями как расположение осей, направляющих, поверхностей и шпинделей без учета работы системы ЧПУ. Износ, перекос и зазоры в узлах приводят к отклонениям формы и размеров изготавливаемых деталей.
Чем геометрическая точность отличается от точности позиционирования
Важно: геометрическая точность станка не тождественна точности позиционирования. Это разные свойства.
Геометрическая точность относится к механике: формы и взаимного расположения поверхностей, осей и шпинделей. Точность позиционирования – способность системы ЧПУ и приводов вывести исполнительный орган в заданную точку системы координат по программе. Она измеряется по длине перемещения в микронах (мкм) и включает погрешности позиционирования, обратного хода и линейной интерполяции.
Геометрическая точность закладывается при сборке и наладке станков, а точность позиционирования во многом определяется датчиками, алгоритмами и компенсацией погрешностей в системе управления. Полная пространственная точность станка – сочетание обоих факторов.
Какие параметры проверяют при оценке геометрической точности станков
Испытание на геометрическую точность включает измерение отклонений размеров, формы и относительного положения элементов поверхности от заданных геометрических параметров. Проверяют две группы параметров.
Точность изготовления отдельных элементов станка:
- геометрическая форма посадочных поверхностей (непрямолинейность, неплоскостность, овальность, конусность);
- точность вращения шпинделей;
- прямолинейность или плоскостность направляющих и поверхностей столов;
- прямолинейность перемещения суппортов.
Правильность взаимного положения и движения узлов:
- взаимное расположение поверхностей;
- параллельность или перпендикулярность направляющих и столов относительно шпинделей;
- соосность и параллельность осей.
Каждый параметр имеет допуск: измеренные отклонения должны укладываться в нормы, а суммарная геометрическая погрешность должна соответствовать классу точности станка.
Нормативы и стандарты геометрической точности станков
Геометрическая точность станков регламентирована соответствующими стандартами – ГОСТ, ISO, DIN, VDI и др. Например, ISO 13041 описывает условия испытаний токарных станков с ЧПУ и токарных обрабатывающих центров.
По этим нормативам для каждого типа станка предусмотрено определенное количество проверок геометрической точности и их типы, проводимые в статическом состоянии станка. Допустимые значения (поля допуска) напрямую зависят от класса точности станка. Чем выше класс (вплоть до прецизионных станков), тем жестче допуски в микронах.
Как проводится проверка геометрической точности станков с ЧПУ
Обычно проверку станка выполняют после ввода оборудования в эксплуатацию у заказчика. Но такую проверку в обязательном порядке проводит и сам производитель в заводских условиях при контроле качества изготовления (ОТК завода-изготовителя). Более того, производитель обязан приложить к документации протокол измерений геометрической точности станка.
Проверка ведется в стабильных условиях и в определенной последовательности:
- подготовка – очистка, выверка станка по уровню, прогрев;
- измерение прямолинейности, параллельности и перпендикулярности осей и поверхностей;
- контроль плоскостности столов и биения шпинделей;
- измерение линейной точности и погрешностей по осям;
- занесение результатов в таблицы протокола и сравнение с нормами.
По итогам выполняют калибровку осей и при необходимости компенсацию погрешностей в ЧПУ. Регулярная диагностика и своевременное техническое обслуживание сохраняют геометрическую точность на весь срок службы.
Средства измерения геометрической точности станков
Для большинства испытаний точности станков применяют приборы и инструмент общего назначения:
- контрольные линейки, оправки, угольники, уровни;
- щупы, концевые меры, контрольные оправки;
- индикаторы часового типа и датчики;
- для линейной и пространственной точности применяют лазерный интерферометр.
Инструменты общего назначения просты в применении, но важно, что все средства измерения должны быть аттестованы, а их погрешности учтены при измерениях. Лазерный интерферометр – наиболее точное средство. Он измеряет отклонения в микронах на большой длине и формирует данные для компенсации погрешностей. На основе измерений применяют инженерные решения для восстановления геометрии.
Протокол проверки геометрической точности фрезерных станков с ЧПУ
Реальный пример – протокол приемки по геометрии для высокоточного портального фрезерного пятиосевого обрабатывающего центра с ЧПУ, где все фактические показатели оказались в поле допуска (некоторые точнее в 2-4 раза). Производитель регламентировал по ГОСТ 6 основных параметров измерений (9 фактических измерений).
Например:
- биение стола при вращении на 360 градусов (на диаметре 1000 мм);
- отклонение стола при движении по оси Z (при 0 градусов и 180 градусов) относительно шпинделя;
- проверка шпинделя на осевое и радиальное биение индикаторами, установленными на торце шпинделя;
- измерение биения главного шпинделя контрольной оправкой с индикаторами на торце и на расстоянии 300 мм: к шпинделю прикладывают осевую силу, вращают и контролируют биение.
Результаты по каждому пункту заносят в таблицы с допуском, фактическим значением и подписью исполнителя ОТК.
Протокол проверки геометрической точности токарных станков с ЧПУ
Для токарных станков и обрабатывающих центров испытания проводят по ISO 13041. В протокол входят биение шпинделя, параллельность оси шпинделя направляющим станины, перпендикулярность поперечной подачи и прямолинейность продольного перемещения.
Отклонения заносят в таблицы и сравнивают с нормами стандарта. От геометрии токарного станка зависят цилиндричность и соосность деталей, поэтому контроль шпинделя и станины критичен. Выявленные погрешности устраняют наладкой, ремонтом узлов или компенсацией погрешностей в ЧПУ.
Как геометрическая точность влияет на качество изготовления деталей
Геометрическая точность оказывает значительное влияние на изготовление каждой детали. Нарушение геометрии приводит к отклонениям формы, размеров и шероховатости поверхностей, к конусности, овальности и несоосности.
Для достижения высокой точности на деталях оборудование должно быть изготовлено и выставлено максимально качественно, с минимальными отклонениями по геометрии. При обработке прецизионных и тяжелых изделий недопустима даже погрешность в несколько микрон, поэтому регулярные проверки, калибровка и компенсация погрешностей обязательны.
Приемка металлообрабатывающего оборудования по геометрической точности
Все больше заказчиков понимают важность этой процедуры и сознательно вносят в техническое задание пункты приемки металлообрабатывающего оборудования по геометрической точности. Все чаще тендерные процедуры проходят именно с такими требованиями к сдаче оборудования на территории конечного пользователя.
Это позволяет заказчику убедиться, что оборудование изготовлено с высоким качеством и его геометрия минимально влияет на точность выпускаемых деталей. Приемка включает контроль всех нормируемых параметров, оформление протокола с таблицами и сравнение с требованиями стандарта. Сборка таких станков и монтаж на объекте завершаются пусконаладкой, а своевременное техническое обслуживание сохраняет точность в работе.
Заключение
Процедура проверки геометрической точности станка – одно из основных условий при контроле качества изготовления металлообрабатывающего оборудования и при вводе его в эксплуатацию. Пренебрегать ей категорически нельзя. Геометрическая точность определяется геометрией механической части, проверяется по ГОСТ и ISO с помощью лазерного интерферометра и поверочного инструмента, а поддерживается калибровкой осей, компенсацией погрешностей и регулярным техническим обслуживанием.
Если вам нужна качественная приемка любого станка по геометрической точности, то пришлите нам запрос. У нас есть в наличии все необходимые инструменты для проверки токарных и фрезерных обрабатывающих центров.