В нашей практике регулярная проверка геометрической точности станка с ЧПУ выступает главным условием стабильного соблюдения допусков чертежа по квалитетам IT6–IT7. Мы на производстве проводим метрологический аудит оборудования в соответствии с требованиями ГОСТ 18097-93 и международного стандарта ISO 230-1. Перекос станины или биение шпинделя делают невозможной высокоточную обработку. А своевременная юстировка восстанавливает заводскую паспортную кинематику металлообрабатывающего центра.
Нормативная база и классы точности металлорежущих станков
Государственный стандарт ГОСТ 18097-93 классифицирует металлорежущие фрезерные станки по пяти классам точности: Н (нормальной), П (повышенной), В (высокой), А (особо высокой) и С (мастер-станки). Международный стандарт ISO 230-1 определяет методики статических геометрических замеров, а стандарт ISO 230-2 регламентирует оценку точности и повторяемости позиционирования осей. И соответствие этим нормам фиксируется в протоколе заводских испытаний станка.
Для большинства промышленных фрезерных обрабатывающих центров базовым является класс точности П (повышенная точность).
Отклонение взаимной перпендикулярности координатных осей для станков класса П не должно превышать 0.010 мм на длине измерения 300 мм.
- Проверка плоскостности и горизонтальности рабочей поверхности стола прецизионным уровнем.
- Контроль прямолинейности перемещений подвижных узлов станка по осям X, Y, Z.
- Замер взаимной перпендикулярности координатных плоскостей гранитным эталонным уголком.
- Определение радиального и осевого биения шпиндельного узла контрольной тестовой скалкой.
Измерительный метрологический инструмент для юстировки
Мы на производстве используем сертифицированный комплект прецизионных измерительных приборов для метрологической аттестации станков. В базовый набор входят брусковые и рамные уровни по ГОСТ 9392-89 с ценой деления 0.02 мм/м. Для проверки углов мы применяем гранитные угольники класса точности 00. Биение шпинделя выверяется тестовой контрольной оправкой (скалкой) с конусом BT40/HSK63. И замеры снимаются индикаторами часового типа ИРБ и ИЧ-02.
Для бесконтактной калибровки шага ШВП и линейности направляющих применяется лазерный интерферометр Renishaw XL-80 с точностью до 0.5 мкм/м.
Кинематическая динамика осей диагностируется беспроводной системой Renishaw QC20-W Ballbar.
| Метрологический инструмент | Класс / Точность прибора | Назначение и объект контроля | Нормативный стандарт |
|---|---|---|---|
| Прецизионный брусковый уровень | Цена деления 0.02 мм на 1000 мм | Горизонт стола и винтовое скручивание направляющих | ГОСТ 9392-89 |
| Гранитный угольник 90° | Класс точности 00 (\(\le 1.5\) мкм) | Перпендикулярность осей XY, XZ, YZ | DIN 875 / ГОСТ 3749 |
| Контрольная оправка (скалка) | Биение цилиндра \(\le 0.002\) мм | Радиальное биение и наклон оси шпинделя | ГОСТ 24644 / ISO 230-1 |
| Индикатор типа ИРБ (рычажно-зубчатый) | Дискретность шкалы 0.001 мм | Снятие отклонений формы и прямолинейности | ГОСТ 5584-75 |
| Лазерный интерферометр XL-80 | Разрешение 0.001 мкм (\(\pm 0.5\) ppm) | Линейное позиционирование и шаг ШВП | ISO 230-2 |
Подобрать оборудование под вашу задачу
Методика проверки перпендикулярности и прямолинейности осей
В нашей практике контроль взаимной перпендикулярности осей XY выполняется с помощью гранитного угольника, базируемого на шлифованной плоскости стола. Индикатор часового типа закрепляется в шпинделе станка. Стол перемещается вдоль грани угольника по оси X для выставления нулевого отсчета. Затем шпиндель перемещается по оси Y вдоль перпендикулярной грани. И разность показаний индикатора определяет угловую погрешность \(\Delta = rac{H_1 - H_2}{L_{базы}}\).
Для выверки прямолинейности перемещения каретки индикатор скользит по поверочной линейке типа ШД или гранитному бруску.
Отклонение от параллельности оси шпинделя ходу по оси Z проверяется скалкой длиной 300 мм в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Перед проведением любых геометрических измерений мы обязательно выдерживаем станок в термоконстантном помещении при температуре 20 градусов Цельсия не менее 24 часов и прогреваем шпиндель на средних оборотах в течение 30 минут.
Динамический кинематический тест системой Ballbar (ISO 230-4)
Мы на производстве регулярно проводим тестирование динамической круглости станка с помощью беспроводного телескопического датчика Ballbar по стандарту ISO 230-4. Станок выполняет синхронную круговую интерполяцию радиусом 100 или 150 мм в плоскостях XY, XZ, YZ на рабочих подачах. Высокочувствительный датчик непрерывно фиксирует микроскопические радиальные отклонения. И круговая полярная диаграмма мгновенно выявляет люфты, рассогласование приводов и перекосы.
Характерные ступеньки при переходе через квадранты (Backlash spikes) указывают на люфт в шарико-винтовых парах или износ преднатяга.
Овальность круговой диаграммы под углом 45 градусов однозначно свидетельствует о рассогласовании коэффициентов усиления контура скорости сервоприводов.
| Вид геометрического дефекта | Проявление на диаграмме Ballbar | Физическая первопричина сбоя | Метод юстировки станка |
|---|---|---|---|
| Люфт ШВП (Backlash) | Ступеньки на осях координат (пики) | Износ шариков или ослабление гайки ШВП | Ввод компенсации люфта в параметры ЧПУ |
| Неперпендикулярность (Squareness) | Овал с наклоном главных осей 45°/135° | Механический перекос направляющих станины | Регулировка клиньев и шабровка базовых плоскостей |
| Несогласованность сервоприводов | Овал, вытянутый строго вдоль оси X или Y | Разница коэффициентов усиления Kv (Gain) | Программная автонастройка сервоприводов ЧПУ |
| Циклическая ошибка шага винта | Волнообразные пульсации радиуса | Биение или эксцентриситет подшипников ШВП | Замена радиально-упорных подшипников опоры |
Протокол юстировки и программная компенсация погрешностей
В нашей практике метрологический аудит завершается составлением официального паспорта точности станка и вводом компенсационных таблиц в систему ЧПУ. Лазерная интерферометрия позволяет составить детальную матрицу погрешностей шага ходового винта (Leadscrew pitch error compensation). Система ЧПУ автоматически корректирует микрошаги в режиме реального времени. И паспортная точность позиционирования станка восстанавливается до первоначальных значений.
Юстировка механических перекосов станины выполняется клиновыми регулировочными виброопорами с контролем по уровню 0.02 мм/м.
Пошаговый регламент периодического контроля геометрии выполняется каждые 6 месяцев эксплуатации.
- Нивелирование станины по прецизионному рамному уровню с затяжкой анкеров.
- Замер радиального и торцевого биения шпинделя на торце и на вылете 300 мм.
- Выверка взаимной перпендикулярности линейных осей по гранитному угольнику 00.
- Проведение кинематического теста Ballbar на подачах 1000 и 5000 мм/мин.
- Лазерная калибровка линейного позиционирования и запись таблицы шаговой коррекции.
