В данном реферате рассматриваются проблемы, тонкости и нюансы проверки металлорежущих станков на точность. Представлены общие замечания выявляющиеся при тестировании станков на точность, способы установки для осуществления всех проверок, определения все отклонений и погрешностей, измерения, как прямолинейностей поверхностей станков, так и все кинематических узлов машины. Так же представлены приборы для измерений, методы измерений с помощью данных инструментов. А так же классификация станков по точности и их ГОСТы.

Общие замечания

Тестирование станков на точность является одной из важнейших частей программы испытаний при получении мелко и крупносерийных станков и прототипов новейших моделей.

Испытания на геометрическую точность станков относится к области метрологии.

Геометрическая точность станка характеризует качество исполнения и монтажа:

1. Степень приближения геометрически правильных плоскостей к заготовке и инструментам;
2. Соответствие перемещений в направляющих держателях базовых узлов станка, которые перемещают заготовку и инструменты,
3. Точность положения поверхностей основания по отношению друг к другу и к направляющим опорам, которые определяют перемещения головки и форму поверхностей обработки;
4. точность линейных и угловых размеров и точность кинематических схем передачи.

Во время обработки в агрегатах возникают силы, которые вызывают деформацию станка, заготовок и деталей инструмента, а также повышение температуры, которая вызывает температурную деформацию этих деталей.

Геометрическая точность станка является одной из важнейших характеристик станка, но она дает не полную картину характеристики  точности обработки деталей станком.

Геометрическая точность станка определяется серией испытаний с использованием инструмента и измерительных приборов.

Обмерка обработанных образцов на финальной стадии не является прямой оценкой этой точности, но дополняет эти тесты.

Установка станков перед прецизионным испытанием.

Для проверки станка на точность его устанавливают на стенде для испытаний или фундаменте на опорах установленных в конструкции станка. Это следует делать крайне осторожно, так как геометрическая точность станка в некоторых ситуациях зависит от точности установки на испытательном стенде. Во время тестирования есть несколько типов станков:

Трехточечный опорный станок в большинстве своем используется на небольших прецизионных станках с жесткой станиной, которые работают без дальнейшего увеличения жесткости фундамента.

Машину переводят в горизонтальное положение путем регулирования опор. Приведение в полное соответствие осуществляется на продольном и поперечном уровнях.

При сборке машины все подвижные элементы (стол, станина, упоры, защитный экран,  и т.д.) должны находиться в центральном среднем положении.

Просим обратить внимание на возможность сменить положение машины на опорах во время проверки; во избежание ошибок следует контролировать положение станины с помощью дополнительного уровня.

Установка машины (во время работы) на более чем три опоры является одним из наиболее распространенных методов. Станина машины прикручивается к фундаменту, что повышает жесткость станка.

В тех случаях, когда такие машины устанавливаются на испытательном стенде или фундаменте с помощью клиньев или башмаков, станины машин, не являющиеся достаточно жесткими, деформируются под действием собственного веса и веса конструкций, установленных на них.

Поэтому машина устанавливается на нескольких опорах, измеряя степень деформации станины в отдельных ее элементах. Регулируя опоры кровати, кровать устанавливается в положение, в котором деформация меньше всего. При проверке станка на точность можно дополнительно регулировать опоры в пределах допустимого натяжения станины, проверяя относительное положение отдельных элементов станка.

При проверке машин, рама которых достаточно жесткая и функционирует без опорных болтов или демпферов колебаний, во время испытания на точность не разрешается производить дополнительную регулировку опор.

Установка машины производится в соответствии с монтажным чертежом до начала испытаний, но без затягивания фундаментных болтов.

Точность настройки машины перед тестированием определяется в каждой части следующих стандартов точности.

 

Измерение прямолинейности и плоскостности направляющих для станков

Прямое движение в станках, наряду с круговым движением, является наиболее важным и распространенным типом перемещения и позиционирования движущихся частей машины относительно основных частей (рамы, стойки, шпалы и т. д.) И осуществляется с помощью направляющих поверхностей.

Простота перемещения определяет точность формы и расположения обрабатываемых поверхностей на станке, точность координат и расчетных перемещений, точность сборки движущихся частей, узлов и механизмов, взаимодействие механизмов, соединяющих движущиеся и неподвижные части станка.

В свою очередь, точность линейного перемещения зависит от точности конструкции и расположения проводящих поверхностей базовых частей, то есть степени их аппроксимации формы и относительного положения некоторых геометрических фигур.

Измерение прямолинейности системы наведения включает в себя:

1. Проверка прямолинейности отдельных направляющих поверхностей или следов их пересечения;
2. Определение относительного положения в одной или параллельных плоскостях двух направляющих или траектории резания двух плоскостей и третьей направляющей.

Целью измерения прямолинейности проводящей поверхности является определение фактической формы по координатам, выраженным в линейных величинах, и определение отклонения проводящей поверхности от исходной геометрической плоскости или трассы пересечения поверхности геометрической линии.

Методы и инструменты для измерения прямолинейности основаны на двух типах измерений:

1. Измерение линейных значений, определяющих координаты элементарных поверхностей каретки относительно базовой линии;
2. Измерение угловых величин, определяющих углы наклона отдельных частей направляющей линии, ограниченных элементарными участками относительно базовой линии

Исходная прямая — это: горизонтальная линия, прямой луч, проекция горизонтально натянутой струны на горизонтальную плоскость, материализованный образец прямой — линейки и т.д….

Суть линейных методов измерения (оптический метод наблюдения, струнный метод, гидростатический метод) заключается в том, что координаты элементарных положений на направляющей поверхности определяются прямым измерением. Это изменение определяет координаты базовой плоскости относительно стартовой линии.

Измерение каждого объекта не зависит от измерения координат других объектов, за исключением экстремальных объектов, где измеряемый объект и исходная прямая выровнены друг с другом.

Суть угловых измерений (уровень, коллимация и автоколлимация) заключается в том, что положение первичных участков не измеряется по отношению к исходной прямой, а определяется взаимным расположением двух соседних участков, которые совпадают по длине с направляющей.

Кроме проверки прямолинейности отдельных слайдов, необходимо также проверить идентичность формы обоих слайдов по уровню.

Суть метода проверки идентичности формы проводников (разрыв или завинчивание проводников) заключается в определении, с помощью уровня углов поворота моста, который располагается в поперечном направлении на двух проводниках и перемещается вдоль них.

Поскольку допуски для слайдовых всплесков присваиваются угловым значениям (часто в горизонтальных шкалах), результаты измерений сразу же отражают идентичную форму слайда. Извращенность определяется наибольшей разницей в уровне показаний.

 

Проверка кинематических цепей станков на точность.

При проверке точности токарных, винтовых и вращающихся цепей необходимо измерять точность всех цепей, включая звездочку и шпиндельный механизм. Отдельные ошибки, которые определяют точность этих цепей, такие как ход шпинделя, прямолинейность шины, осевой ход шпинделя и т.д., подвергаются многочисленным независимым проверкам.

Точность винтовых цепей измеряется с помощью контрольного винта, установленного в центре тестируемого станка, и измерительного устройства (эталонного или самописца), установленного в резцедержатель вместо режущего инструмента.

Измерение выполняется в движении, путем прямого контакта с измерительным стержнем прибора с резьбой эталонного винта при установке машины на ступеньку этого винта. Таким образом, тест проводится в условиях, сравнимых с резьбой винта.

Теодолит с коллиматором или специальным оборудованием используется для проверки точности кинематических фанерных цепей.

Точность абсолютного движения на весах измеряется, в первую очередь, на прецизионных сверлильных станках, системы координат которых переносятся на конкретные размеры с помощью габаритов (весов и шкал) или на подвижных винтах, оснащенных корректирующими устройствами.

Точность абсолютных перемещений проверяется с помощью эталонного микроскопа.

Точность координатно-сверлильных станков проверяется высококвалифицированным персоналом в специальных температурных условиях с использованием сертифицированных измерений опорных точек.

Точность измеренных координатных перемещений зависит от положения опорного центра в рабочей зоне станка. Для того, чтобы определить фактические перемещения координат, необходимо также учитывать отклонения от контрольной шкалы при сертификации. Прецизионные измерительные приборы на станках

Инструменты общего назначения и инструменты, используемые для большинства испытаний точности станков (стержни и углы управления, датчики, конечные измерения, щупы, манометры и микрометры и т.д.) достаточно просты и не требуют никаких специальных инструкций по применению или особых навыков для использования их.

Все измерительные приборы, используемые для тестирования станка на точность, должны быть надлежащим образом проверены и сертифицированы, а их погрешности должны быть учтены при проведении измерений.

Следует учитывать тот факт, что во многих случаях ошибки в измерительном оборудовании и инструментах могут автоматически исключаться из результатов измерений известными в метрологии методами, например: перестановка контрольных рамок при повороте на 180°, «разматывание» горизонтального контроля, «развертывание» угла при проверке перпендикуляра, измерение прямолинейности обеих сторон контрольной шкалы с учетом их нелинейности и т.д.

Такие методы измерения обеспечивают высокую точность контроля и должны применяться по мере возможности.

Относительно небольшое количество критических проверок, характеризующих точность станков, требует специальных измерительных приборов.

Для работы с этими приборами требуется квалифицированный персонал, знакомый с их работой.

 

Специальные измерительные приборы включают в себя:

1. Оптические устройства для тестирования прямолинейности проводников устройства коллимации и автоколлимации, козырьки, используемые также для контроля наладки и других целей;
2. Оптическое угловое измерительное оборудование теодолиты и коллиматоры, индексирующие диски с эталонными микроскопами, используемые для проверки шаговых цепей станков, распределительных механизмов.
3. Эталонные винты и специальные измерительные инструменты и пишущие инструменты для проверки точности винтовых и режущих цепей, резьбонарезных станков и проволочных шлифовальных станочных комплексов;
4. Прецизионные лучевые измерительные приборы и эталонные микроскопы для измерения точности перемещений систем координат прецизионных сверл и некоторых других станков;
5. оборудование для непрерывного контроля сепарационных цепей в редукторах.

При проведении измерений с помощью специальных приборов и обработке результатов измерений необходимо соблюдать инструкции и указания для этих приборов.

Методы и средства контроля измерений, указанных в стандартах  станков, являются обязательными; могут применяться и другие средства и методы измерений при условии, того что они полностью гарантируют точность требуемых стандартов на станки. При проверке станков на точность (без резки) движения деталей станка осуществляются вручную, а при отсутствии ручного привода механически с наименьшими скоростями.

Классификация станков на основе точности

В соответствии с классом точности станков СССР они разделены на пять классов, которые перечислены таблице

Класс точности станка       Определение класса точности   Корреляция основных допусков точности для станков

Станки нормальной точности   Н      1

Прецизионные станки        П      0,6

Высокоточные станки       В       0,4

Высокоточные машины    А      0,25

Прецизионные машины     С       0,15

Как видно из таблицы, для многих показателей точности отношение значений допуска при переходе из класса в класс принимается равным 1,6.

Этот коэффициент дает возможность адаптировать требования к точности машины к точности изделий, обрабатываемых на машине, так как коэффициент 1,6 берется во внимание в системах допусков параметров, характеризующих точность поверхности изделий с широким применением. Станки с более высокой точностью, как правило, изготавливаются на базе станков с нормальной точностью, которые отличаются, главным образом, высокоточным производством и подбором отдельных деталей, а также лучшим качеством сборки.

Станки с высокой и особенно высокой точностью отличаются от предыдущих особыми конструктивными особенностями отдельных компонентов, высокой точностью и особыми условиями работы.

Сверхточные станки предназначены для обработки деталей с высочайшей точностью разделенных прямозубых и дисковых зубчатых колес, опорных шестерен, измерительных винтов и т.д.

При приемке машин с классом точности выше, чем тот, который регламентируется следующими стандартами, можно использовать предполагаемое соотношение основных показателей точности для изменения с более низкого на более высокий класс путем умножения допуска на 0,6. Сравнение стандартов точности ГОСТа с зарубежными стандартами

При сравнении стандартов точности станков СССР (ГОСТ) с аналогичными стандартами других стран следует отметить, что стандарт СССР по точности станков не превышен:

 

1. По количеству и номенклатуре машин, подпадающих под стандарты точности (около 65 действующих СНГТ), СССР занимает лидирующее положение.

 

2. Объем прецизионных испытаний станков, регламентированный ГОСТом, в принципе соответствует большинству зарубежных стандартов.

Разница в основном связана с проверкой отдельных деталей (рам, натяжных винтов, разъемных дисков), которые проверяются в процессе производства и сборки и, как правило, не включаются в ГОСТ.

 

3. Значения допустимых отклонений параметров привели к созданию ГОСТа по стандартам точности, которые в принципе также соответствуют стандартам, используемым в большинстве зарубежных стран.

 

Возросшие требования промышленности к качеству выпускаемых машин, в частности, к их точности, надежности и долговечности, а также к условиям поставки машин на экспорт, ставят перед машиностроительной промышленностью Советского Союза задачу обеспечить достаточно длительный срок службы машин с определенной точностью.

В частности, только часть поля точности допусков может быть использована для изготовления машин на экспорт. Представляется необходимым ввести более строгие требования к точности там, где это необходимо, и проверять новые параметры в отдельных случаях.

В ближайшее время будут выпущены новые и усовершенствованные ГОСТы с более высокими требованиями к ряду показателей точности станков, а также будут добавлены более высокие классы точности в соответствии с разработанной классификацией.

 

 

4. Должно быть ясно, что в отдельных случаях допуски, указанные в зарубежных стандартах, необоснованно завышены, и поэтому при сравнении с ГОСТом необходимо проверить целенаправленность этого завышенного утверждения и проанализировать влияние заниженных требований на точность отдельных параметров на точность работы станка в соответствии с обозначением.

 

5. В полученных сравнительных таблицах ГОСТа и зарубежных стандартов (табл. 172-192) не всегда проводятся абсолютно одинаковые проверки как по применяемой технике, так и по используемому контрольному оборудованию и длинам, на которые передаются права на точность.

В таких случаях соответствующие оговорки указываются в таблицах. Допуски пересчитываются в длины, на которые они были распределены. Необходимо также учитывать тот факт, что различные стандарты имеют свою собственную систему взаимосвязи отдельных элементов управления, и буквальное сравнение их точности без учета этой взаимосвязи не всегда позволяет оценить реальную точность машин.

В таких случаях необходим более глубокий анализ сопоставимых данных о точности, а также проверка точности машин в точно таких же условиях.

 

6. При сравнении допустимых допусков по ГОСТу и зарубежным стандартам необходимо учитывать, что только часть диапазона допусков на точность по ГОСТу:

0,6 допусков для машин с нормальной и повышенной точностью;

0,8 допусков для машин с высокой и очень высокой точностью.