какую погрешность формирует неточность станка

Геометрические
погрешности станков и КИМ

Возможные отклонения оборудования и их источники

Координатно-измерительные машины (КИМ) и 3/4/5-осевые станки широко используются во всех сферах современной промышленности: от автомобильной до аэрокосмической, от производства потребительских товаров до изготовления предметов медицинского назначения. Но в любом случае основной критерий изготовления точных деталей — надежный и контролируемый производственный процесс.

В основе такого процесса лежит высокая повторяемость станков и КИМ. Но повысить точность обработки также можно при помощи контрольного измерения деталей или точной калибровки оборудования. При этом малосерийное производство и сокращение жизненных циклов продукции делают абсолютную точность станков все более и более значимой.

21 геометрический параметр в декартовой системе координат.

Что влияет на точность станков и КИМ

На точность станков и координатно-измерительных машин воздействует множество факторов. Ниже перечислены основные причины снижения геометрической точности оборудования, которые влияют на качество обработки деталей:

Ошибки кинематики. Это — устойчивые погрешности, вызванные несовершенством геометрии, неправильной юстировкой и недостатками сборки станка. Они проявляются постепенно из-за осадки фундамента, износа оборудования или устаревания материалов. Также причиной появления таких ошибок могут стать столкновения.

Термомеханические ошибки. Внешние и внутренние источники тепла могут привести к температурным деформациям элементов станка и повлиять на его кинематику. Степень и скорость проявления таких деформаций зависит от продолжительности температурных воздействий, термической массы и охлаждения станка.

Масса детали. Иногда масса и положение заготовки сильно влияют на геометрию станка. Повторяющиеся деформации, вызванные тяжелыми заготовками, могут попадать в категорию ошибок кинематики, но в некоторых случаях их следует измерять и моделировать отдельно.

Динамика станка. На траекторию станка также влияет динамическая жесткость его замкнутой конструкции. Тогда к деформациям приводят различные воздействия вроде силы резания и сил, вызванных ускорением или торможением. Однако прецизионная обработка и высокоточные измерения часто проходят на малых скоростях подачи с небольшим ускорением, торможением и силой резания.

Источник

Какую погрешность формирует неточность станка

ГОСТ ISO/TR 16907-2017

КОРРЕКЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЧПУ

Machine tools. Numerical compensation of geometric errors

Дата введения 2019-03-01

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5, который выполнен Публичным акционерным обществом «Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков» (ПАО «ЭНИМС»)

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 ноября 2017 г. N 52)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

Институт стандартизации Молдовы

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 ноября 2018 г. N 937-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO/TR 16907-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2019 г.

Международный стандарт разработан Техническим комитетом по стандартизации ISO/TC 39 «Станки», подкомитетом SC 2 «Условия испытаний металлорежущих станков»

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2020 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»

Введение

Настоящий стандарт содержит информацию по коррекции геометрических погрешностей станков с помощью ЧПУ.

Коррекция геометрических погрешностей с помощью ЧПУ целесообразна для:

— повышения точности деталей, обрабатываемых на станках;

— уменьшения стоимости производства станков и сборки;

— уменьшения стоимости технического обслуживания станка в течение его жизненного цикла путем добавления или замены механических частей.

Информация, содержащаяся в настоящем стандарте, может быть полезной для производителей/ поставщиков станков, пользователей, специалистов метрологической службы и производителей метрологических инструментов.

Настоящий стандарт содержит общую информацию о коррекции геометрических погрешностей с помощью ЧПУ согласно ISO 230-2:2014.

1 Область применения

Настоящий стандарт содержит информацию для понимания и применения коррекции геометрических погрешностей с помощью ЧПУ, включая:

— термины, связанные с коррекцией с помощью ЧПУ;

— представление выходных данных в виде функций погрешностей исходя из различных методов измерений;

— выявление и классификацию методов коррекции, применяемых в настоящее время различными системами ЧПУ;

— информацию для понимания и применения различных видов коррекции с помощью ЧПУ.

Настоящий стандарт не содержит подробного описания методик измерения геометрических погрешностей, которые раскрываются в ISO 230 (все части) и стандартах оценки специфичных характеристик станков, а также не предназначен для использования в качестве теоретического и практического руководства по существующим технологиям.

Особое внимание в настоящем стандарте уделяется геометрическим погрешностям станков, работающих в режиме холостого хода или квазистатическом режиме. Погрешности, возникающие в результате приложения динамических сил, наряду с другими ошибками, оказывающими влияние на качество готовой детали (напр., износ резца), не рассматриваются в данном стандарте.

Деформации вследствие изменения статической нагрузки путем перемещений по осям рассматриваются в 7.4.2.

2 Нормативные ссылки

ISO 230-1:2012, Test code for machine tools. Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions (Нормы и правила испытаний металлорежущих станков. Часть 1. Геометрическая точность станков, работающих на холостом ходу или при квазистационарных условиях нагружения)

ISO 841:2001, Industrial automation systems and integration. Numerical control of machines. Coordinate system and motion nomenclature (Промышленные автоматизированные системы управления и интеграция. ЧПУ станков. Система координат и система обозначений перемещений)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применяются термины и определения, приведенные в стандартах ISO 841, ISO 230-1.

3.1 система координат станка, эталонная система координат станка (machine tool coordinate system, machine tool reference coordinate system): Прямоугольная система координат с вращением по часовой стрелке, тремя основными координатными осями, обозначенными X, Y, Z, и осями вращения вокруг каждой из этих координатных осей, обозначенными соответственно A, B и C.

[ISO 841, 4.1, с изменениями]

3.2 функциональная точка (functional point): Центральная точка режущего инструмента или точка, связанная с узлом станка, в которой режущий инструмент будет контактировать с обрабатываемой деталью с целью снятия материала.

3.3 функциональная ориентация (functional orientation): Расположение компонента станка, несущего режущий инструмент, относительно компонента станка, несущего заготовку.

3.4 перемещение без компенсации геометрических погрешностей (motion uncompensated for geometric errors): Линейное или вращательное перемещение осей станка, вызванное запрограммированным перемещением и погрешностью перемещения вследствие несовершенств компонентов станка, погрешностями центрирования и/или погрешностями системы позиционирования.

3.5 перемещение с компенсацией геометрических погрешностей (motion compensated for geometric errors): Линейное перемещение или вращение осей станка, вызванное запрограммированным движением и применением (числовой) коррекции погрешностей перемещений.

1 Коррекция может применяться ко всем геометрическим погрешностям или только к некоторым. Рекомендуется указывать вид коррекции (см. 8.2).

2 После коррекции геометрических погрешностей могут оставаться остаточные погрешности (см. 3.19).

3.6 структурный цикл (structural loop): Сборка компонентов, обеспечивающая относительное положение двух заданных объектов.

1 Типовой парой указанных объектов (для фрезерного станка) являются режущий инструмент и заготовка, в этом случае структурный цикл будет включать в себя вал, подшипники и корпус шпиндельной бабки, переднюю бабку станка, направляющие и станину станка, а также зажимные приспособления для инструмента и заготовки. Для больших станков частью структурного цикла может являться основание.

2 При проведении измерений геометрических погрешностей структурный цикл также характерен компонентам измерительных инструментов, включая эталонные образцы (если таковые имеются).

3.7 объемная модель (volumetric error model): Геометрическая модель, описывающая погрешности функциональной точки и функциональной ориентации станка в рабочем объеме, вызванные отдельными перемещениями с отклонениями, а также погрешности по положению и ориентации осей станка, включая положения оси и другие переменные замкнутой структуры, такие как длина инструмента и коррекция на инструмент.

1 Объемная модель может быть кинематической моделью или сеткой пространственных ошибок.

2 Другие модели, описывающие погрешности вследствие термического воздействия на станок и погрешности вследствие ограниченной жесткости, а также динамические модели можно объединить с объемной моделью.

3.8 объемная коррекция только функциональной точки (volumetric compensation of functional point only): Коррекция с помощью ЧПУ положения функциональной точки в рабочей зоне станка на основе объемной модели без компенсации функциональной ориентации.

3.9 объемная коррекция функциональной точки и функциональной ориентации (volumetric compensation of functional point and of functional orientation): Коррекция с помощью ЧПУ положения функциональной точки и функциональной ориентации в рабочей зоне станка на основе объемной модели.

3.10 кинематическая модель погрешностей (kinematic error model): Математическая модель, описывающая структурный цикл станка в виде кинематической цепи, а также содержащиеся/предполагаемые погрешности.

3.11 кинематическая модель погрешностей твердого тела (rigid body kinematic error model): Кинематическая модель, основанная на предположении, что погрешности одной оси, рассмотренные в конкретной функциональной точке, не зависят от положения других осей, а также на них не оказывает влияние такая механическая нагрузка, как масса инструмента и/или масса заготовки.

3.12 кинематическая коррекция твердого тела (rigid body kinematic compensation): Коррекция погрешностей, основанная на кинематической модели погрешностей твердого тела.

3.13 таблица погрешностей (error table): Дискретное численное представление параметров геометрических погрешностей каждой линейной оси или оси вращения, а также погрешностей положения и ориентации относительно базовой линии для заданного набора линейных или угловых управляемых положений каждой оси.

Источник

Погрешности обработки на станках ЧПУ

Погрешности обработки на станках ЧПУ зависит не только от технологических факторов, таких как выбранные инструмент, приспособления, режимы резания и т. д., но и конструктивных, определяемых следующими типовыми погрешностями:

Если скоростные характеристики приводов различных координат заметно отличаются друг от друга, то возникает погрешность станка с ЧПУ при обработке окружности, а также контуров, состоящих из наклонных прямых (рис. 1). Если коэффициент усиления по скорости одного привода равен Кvx, а другого Кvy, то центр фрезы сместится от заданного контура на величину

Рис. 1. Погрешности обработки на станках ЧПУ при различных коэффициентах усиления приводов подач

Из вышеуказанного выражения можно вывести требования к допустимой разности скоростных характеристик приводов:

Если разность осей эллипса или размеров квадрата, расположенного под углом α=45°, не должна превышать 0,1 мм, то δк max = 0,025 мм, и если vp = 600 мм/мин (10 мм/с) и Кv = 50 с(-1), то ∆Кv/Kv=2*0,025*(50/10)=0,25.

Таким образом, разность коэффициентов усиления приводов, отнесенная к среднему значению, не должна превышать в данном случае 25 %.

Важнейшей особенностью следящего привода станков с ЧПУ является наличие беззазорных кинематических цепей, зубчатых редукторов и шариковых винтовых пар качения. Зазоры могут быть кинематические и упругие (упругие отжатия).

Рис. 2. Кинематический зазор (α) и упругие отжатия (б) в приводе, влияющие на погрешность станка с ЧПУ

Из характера получаемой погрешности станка с ЧПУ при наличии зазоров и сопротивления сухого трения (рис. 3) видно, что контур полученной детали при заданной окружности образован четырьмя дугами радиуса R с центрами в вершинах квадрата, сторона которого равна зазору δ (при равных зазорах по обеим координатам), и прямыми, параллельными координатам станка, т. е. на окружности появились «лыски». В результате этого диаметры окружностей в плоскостях, параллельных координатным осям станка, оказываются уменьшенными на величину зазора, а диаметры окружностей во всех упругих плоскостях равны заданным.

Рис. 3. Характер погрешности обработки на станках ЧПУ окружности при наличии зазоров и сухого трения в приводах подач

Для того чтобы деталь не смещалась при изменении направления скорости по одной из координат, реверс необходимо осуществлять вне контакта инструмента с деталью (рис. 4).

Для оценки жесткости в любой точке А кривой Ру=f(y) необходимо найти первую производную у’=dPy/dy=iА, численно равную тангенсу угла а наклона касательной к кривой в точке А. Кривые нагрузки Ни разгрузки Р чаще всего не совпадают, а площадь, заключенная между ними, пропорциональна работе сил трения (демпфирующие свойства системы).

В ходе обработки заготовки погрешности формы и пространственные отклонения при каждом последующем проходе будут уменьшаться. Отношение погрешности ∆b после обработки к погрешности ∆α до обработки называют коэффициентом уточнения Кут=∆b/∆α. Поскольку погрешности полностью не исчезают, речь может идти о копировании и наследовании погрешностей обработки на станках ЧПУ. Целесообразно при последующих проходах уменьшать припуск, а при большей жесткости системы уменьшать количество проходов.

Источник

5.10 Погрешности, связанные с геометрической неточностью станков

Каждый станок изготавливается с определённой степенью геометрической точности, которая определяется в ненагруженном состоянии.

Неточности во взаимном расположении узлов станка (непараллельность, неперпендикулярность, биение) переносятся в ходе операции на обрабатываемую поверхность. Так, на токарном станке неперпендикулярность направляющих суппорта к оси вращения шпинделя приводит к появлению неплоскостности (конусности) номинально плоской поверхности торца к оси заготовки.

Смещение заднего центра относительно оси переднего в горизонтальной плоскости – к появлению конуса вместо цилиндра(рисунок 19, а), а то же смещение в вертикальной плоскости – к образованию гиперболоида вместо цилиндра (рисунок 19, б).

Рисунок 19 – Погрешности при смещении заднего и переднего центров

На вертикально-фрезерном станке при обработке плоскости неперпендикулярность оси шпинделя с фрезой к направлению продольной подачи стола возникает вогнутость – погрешность формы, а при наличии неперпендикулярности стола станка к оси шпинделя образуется непараллельность обработанной поверхности с базовой плоскостью.

На станках с ЧПУ, хотя они и отличаются особо высокой точностью, все же имеют место ошибки программы, положения инструментов, исполнения программы системами станка, погрешности позиционирования.

5.11 Погрешности настройки станков

Настройка – это процесс первоначального установления требуемой точности размера за счет точности относительного расположения рабочей поверхности инструментов, станка, приспособления.

В практике используют в основном настройку методом проходов с промерами с обработкой пробных заготовок или настройку инструментов по эталонной детали – эталону в статическом состоянии.

Метод пробных проходов гарантирует большую точность настройки, т.к. позволяет частично учесть, например, податливость ТС. Погрешность настройки по этому методу будет:

где ω_рег. – погрешность регулирования положения резца;

При настройке по эталону погрешность составит

где ω_ИЭ— погрешность изготовления эталона;

ω_УИ – погрешность установки инструмента.

Метод динамической настройки основан на пробных проходах с определением ожидаемого поля рассеивания размеров в партии. Этот метод рационален, но трудоёмок, из-за чего ограничен в использовании.

6. Определение первичных погрешностей установки

При обработке погрешность установки можно определить как погрешность установки инструмента, погрешность установки приспособления и погрешность установки заготовки.

Первая погрешность является постоянной, действуют в течение обработки всей партии заготовок, и может быть частично компенсирована при настройке станка. Погрешность установки приспособления в условиях массового производства также может быть компенсирована при настройке. В условиях серийного производства, когда происходит смена приспособлений эта погрешность можно рассматривать как случайную величину. Погрешность установки заготовки будет изменяться в пределах всей обрабатываемой партии заготовок. Она носит случайный характер и поэтому, как правило, является определяющей, оказывающей основное влияние на точность размера.

Под погрешностью установки заготовки понимают отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого.

где _у.з.— погрешность установки заготовки;

В реальных условиях обработки одновременно действует много факторов, приводящих к появлению первичных погрешностей установки:

— упругие и пластические деформации установочной поверхности заготовки под действием сил закрепления и сил резания;

— геометрические и динамические погрешности приспособлений;

— система простановки операционного размера;

— погрешности формы и размеров базирующей поверхности;

— несовмещение исходной и установочной баз.

Источник

Геометрические погрешности оборудования

Каждый станок состоит из узлов, которые в совокупности образуют единую технологическую систему. При этом одна часть узлов связана с обрабатываемой заготовкой, другая с режущим инструментом.

Погрешности взаимного положения неподвижно закрепленных или перемещаемых узлов станка (геометрические погрешности) обусловлены либо неточностью изготовления соответствующих элементов станка (т.е. деталей, из которых состоит узел) либо износом контактирующих поверхностей деталей.

Погрешности изготовления металлорежущих станков приводят к нарушению взаимного расчетного положения режущего инструмента и заготовки. То есть появляется погрешность обработки, вызванная геометрической погрешностью станка.

Геометрические погрешности станков регламентированы:

например, для станков нормальной точности установлены следующие нормы:

· Радиальное биение шпинделя, мм 0,01-0,015

· Прямолинейность и параллельность направляющих на длине 1000мм 0,02.

Погрешности от геометрической неточности станков полностью или частично переносятся на обрабатываемые детали.

Геометрические неточности станка можно определить, рассматривая геометрическую связь заготовки и соответствующего элемента станка.

Так например, при непараллельности направляющих станка и оси вращения шпинделя погрешность обработки заготовки в продольном направлении будет равна:

,

где — допускаемая величина отклонения параллельности направляющих к оси вращения шпинделя; (С=0,02. 0,04 для станков токарной группы),

— длина обрабатываемой поверхности детали;

— длина направляющих станка.

Такие погрешности станка как овальность шеек шпинделя, овальность подшипников, радиальное биение шпинделя и т.д. искажают форму поперечного сечения обрабатываемой заготовки.

Погрешности обработки заготовки (детали) в продольном и поперечном направлениях, вызванные геометрическими погрешностями станка, суммируются как векторные величины

Таким образом, в расчетах точности обработки деталей следует учитывать влияние неточности изготовления станков.

В совокупности эти неточности приводят к формированию погрешностей формы: отклонениям от цилиндричности или круглости обрабатываемых деталей.

Рисунок 3.9 Схемы формирования погрешности от неточности изготовления элементов станка.

На рисунке показан пример неточности взаимного расположения переднего и заднего центров станка токарной группы. В случае обработки деталей на таком станке, форма последних будет представлять собой в продольном сечении гиперболоид вращения. Это обусловлено тем, что в различных сечениях и изменяется положение резца по отношению к обрабатываемой заготовке.

Эти отклонения приводят к искажению формы продольного сечения обрабатываемой детали (формируется гиперболоид вращения).

Отклонение от цилиндричности определится как:

,

— допускаемая величина отклонения от параллельности направляющих и оси шпинделя (принимается по паспорту станка или справочным данным),

— длина направляющих;

— длина обрабатываемой поверхности детали.

Радиальное биение шпинделя токарного станка приводит к искажению формы обработанной заготовки в поперечном сечении.

Могут иметь место и другие погрешности пространственных отклонений обрабатываемых заготовок из-за биений патрона, центров и другие. Поэтому в каждом конкретном случае следует анализировать схему взаимодействия заготовки и механизмов станка.

Источник