В тех случаях, когда поверхность детали на станке образуется одним или несколькими сложными формообразующими движениями, станок должен иметь не только достаточную геометрическую точность, но и обладать высокой кинематической точностью. Под кинематической точностью понимают точность сохранения заданных отношений скоростей движения исполнительных звеньев станка, участвующих в создании какого-либо сложного движения формообразования. Кинематические ошибки станка являются результатом действия погрешностей звеньев внутренних кинематических цепей. При изготовлении нового станка, а также при эксплуатации и ремонте станка необходимо знать его кинематическую точность. Для этого стандартами предусмотрены проверки соответствующих внутренних кинематических цепей зубообрабатывающих, токарно-винторезных, токарно-затыловочных, резьбофрезерных и резьбошлифовальных станков, проводимые при испытании станка на точность.
Точность винторезных цепей токарно-винторезных и тому подобных станков проверяют обычно на ходу - ощупыванием измерительным наконечником прибора витка эталонного винта, устанавливаемого в центрах испытуемого станка, настроенного на шаг этого винта. Прибор, который может быть снабжен самопишущим устройством, устанавливают на суппорте станка.
Более подробно рассмотрим методы проверки кинематической точности на примере зубообрабатывающих станков, для которых кинематическая точность является одним из наиболее важных качеств.
Кинематические погрешности станка ∆φ проявляются на детали в виде ошибок шага и профиля зубьев, накопленной ошибки основного и окружного шагов. Для оценки способности станка производить качественные колеса необходимо проверить его кинематическую точность, локализировать и устранить причины возникновения кинематических погрешностей.
Наиболее простым методом проверки кинематической точности станков является проверка теодолитом. Для этого станок настраивают на нарезание колеса с максимально возможным на этом станке числом зубьев. Теодолит устанавливают в центре стола станка и визируют по коллиматорной трубе, неподвижно установленной рядом со станком. Шпинделю станка дают один оборот. При этом стол станка с теодолитом поворачивается на угол φ, теоретически равный
φт = 2πі рад,
где і - передаточное отношение проверяемой кинематической цепи. Затем оптическую трубу теодолита поворачивают в первоначальное положение до совпадения ее оптической оси с осью коллиматора, а по шкале теодолита производят отсчет фактического угла φ, на который повернулся стол. Разность ∆φ = φт-φ есть кинематическая погрешность на угле φ поворота стола. Далее эти операции повторяют до тех пор, пока стол не повернется на 360°. Точность такого метода может достигать 1-2", однако периодические остановки станка, недопустимые при изготовлении точных зубчатых колес, не соответствуют условиям проявления ошибок станка в работе.
Этого недостатка нет в методе проверки кинематомером (ЦНИИТМАШ). Проверку ведут на холостом ходу, что позволяет исключить влияние искажающих измерения инерционных сил в звеньях кинематической цепи. Прибор (рис. 1) состоит из трех частей: отправителя 16 электрической части 15 и индикатора 14. Отправитель, устанавливаемый на столе станка 1 и вращающийся вместе с ним, представляет собой диск, по окружности которого на равных расстояниях один от другого расположены взаимно параллельные ролики 4. Над отправителем в неподвижных центрах подвешивается линейка 5, на концах которой имеются изолированные друг от друга ножи 7. При вращении стола ножи, соприкасаясь с диаметрально расположенными роликами, периодически замыкают электрическую цепь, зажигая безынерционную лампу 13, находящуюся внутри индикатора. После момента замыкания линейка с ножами автоматически отклоняется толкателем, приводимым через специальное устройство от кулачкового диска 8. При этом под нож проходит ролик, идущий навстречу отклонению ножа.
Рис. 1. Схема кинематомера ЦНИИТМАШа
Индикатор состоит из неподвижного цилиндра 11, имеющего прямую сквозную щель со шкалой, и внутреннего подвижного цилиндра 12 с узкой винтовой щелью в стенке. Цилиндр 12 связан с фрезерной оправкой 6 станка, карданным валиком 9 и зубчатой передачей 10, повышающей угловую скорость вращения цилиндра 12 в целое число раз по сравнению с оправкой.
При подаче сигнала отправителем газосветная безынерционная лампа дает вспышку, длящуюся тысячные доли секунды, которую наблюдатель видит в точке пересечения щелей обоих цилиндров. Отмечая по шкале положения последовательных световых пятен, нетрудно определить их взаимные смещения, пропорциональные погрешностям угловых перемещений стола станка. Обладая чувствительностью до 1" и не имея недостатков первого метода, прибор, однако, измеряет лишь дискретные значения функции относительного движения исполнительных звеньев станка. Для анализа погрешностей кинематической цепи эти значения необходимо в дальнейшем подвергнуть довольно сложной математической обработке, что является существенным недостатком метода. Кроме того, поведение станка внутри интервалов, ограниченных полученными дискретными значениями, остается неисследованным.
В свое время широкое применение в практике нашел способ непрерывной проверки, разработанный А. В. Левашовым на заводе «Комсомолец». Работа синхрономера конструкции А. В. Левашова (рис. 2, а, б) основана на кинематическом замыкании проверяемой цепи другой параллельной цепью, выполненной в виде дисков, связанных трением или гибкой связью (лентами). Синхрономером можно проверять любые цепи с передаточным отношением от 1 : 1 до 1 : 250; причем снятие одной диаграммы (один оборот стола) занимает от 30 сек до 4 мин в зависимости от настройки станка. Применяя вместо рычажного самописца более чувствительный электрический самопишущий прибор БВ-662 с индуктивным датчиком БВ-785, можно получить масштаб увеличения до x5000. Синхрономер дает результат проверки работающего станка в виде непрерывной диаграммы, представляющей точную запись ошибок элементов цепи станка. По числу волн на диаграмме, получающемуся за один оборот стола, можно установить местонахождение источника ошибки в станке.
Рис. 2. Схема синхрономера системы А. В. Левашова: 1, 2, 9, 10, 12 - приемные диски; 3, 4, 5, 6, 7, 8, 14, 15 - диски фрикционных передач; 11 - самописец; 13 - измерительный рычаг; 16, 17 - направляющие ролики
К числу хороших способов непрерывной проверки кинематической точности следует отнести и сейсмический метод измерения, разработанный Высшей технической школой в Аахене. Прибор (рис. 3), работающий по этому методу, состоит из корпуса, несущего опоры 1 для закрепления очень податливой, работающей на кручение пружины 2, на которой подвешена большая масса 3. Прибор устанавливают на стол станка. При равномерном вращении стола относительное положение корпуса и подвешенной массы не меняется. Кинематические погрешности проверяемой цепи нарушают равномерность вращения стола, что вызывает поворот подвешенной массы относительно корпуса прибора в силу ее инерционности. Этот поворот фиксируется каким-либо бесконтактным измерительным датчиком 5 (например, емкостным или индуктивным) и передается на регистрирующий прибор. Для гашения колебаний измерительной системы предусмотрены демпфирующие магниты 4. Так как собственная частота колебаний массы 3 на пружине очень низка, масса движется практически равномерно. Усилитель и осциллограф позволяют увеличить показания датчика до 30 000 раз, что соответствует точности измерения 0,1 мкм на диаметре 4000 мм.
Рис. 3. Схема прибора для проверки кинематической точности станков сейсмическим методом
Недостатком сейсмического метода является невозможность измерения частот ниже 0,2-0,3 гц, т. е. частот более низких, чем собственная частота колебаний сейсмической массы 3. Прибор позволяет замерить все колебания угловой скорости элементов кинематической цепи станка, кроме тех, которые вызываются накопленной ошибкой шага зубьев червячного делительного колеса (эта ошибка проявляется 1 раз за оборот стола станка). Это снижает ценность метода.
Для контроля равномерности вращения делительных червячных передач зубообрабатывающих станков в Пражском научно-исследовательском институте металлорежущих станков был предложен метод «магнитных масштабов, принцип которого сходен с «измерением длин» при помощи длины световой волны. Круговой магнитный масштаб представляет собой металлический диск, покрытый специальным слоем, пригодным для магнитной записи. На диске записаны волны определенной частоты. Специальный метод записи позволяет достигнуть большой равномерности длин волн (максимальная накопленная погрешность составляет 1").
Рассмотрим схему измерения передаточного отношения делительной червячной передачи (рис. 4). На валах червяка 1 и червячного колеса 2 закрепляют круговые масштабы 3 и 4. Число магнитных волн на них соответствует передаточному отношению проверяемой передачи. При работе передачи записи считываются магнитными головками 5 и 6, сигналы с которых через усилители подаются на фазомер 7 и записывающий прибор (осциллограф) 8. Сдвиг по фазе обоих считываемых сигналов улавливаемый фазомером 7, определяет величину неравномерности вращения элементов передачи. Метод позволяет быстро измерять относительную погрешность до 10(-7). Он может быть также использован и для контроля кинематических погрешностей цепей обкатки и деления зубообрабатывающих станков. Однако при всех достоинствах метода с его помощью не могут быть зафиксированы погрешности, обусловленные быстроходными звеньями цепи (частота свыше ~4 гц). Это связано, до некоторой степени, с минимальной длиной волны (~20 мк), которую можно удовлетворительно записать на круговом магнитном масштабе.
Возможно вам также будет полезной информация про точность и отклонения от геометрической формы деталей.
Рис. 4. Схема измерения передаточного отношения червячной делительной пары методом магнитных масштабов
Общие положения кинематической настройки станка
Кинематическая настройка металлорежущих станков имеет целью обеспечить необходимое движение режущего инструмента относительно заготовки для изготовления деталей заданной конфигурации с требуемой точностью и производительностью. От кинематической настройки зависит точность фрезерного станка с ЧПУ.
Для этого инструмент и заготовка должны быть определенным образом кинематически связаны между собой и с источником движения. Такая связь обеспечивается кинематическими цепями станка.
Кинематической цепью называют совокупность последовательно расположенных передач (кинематических пар), связывающих движения одного звена механизма с другим.
Кинематические цепи металлорежущих станков, как правило, имеют органы настройки, с помощью которых обеспечивается возможность получения нужных перемещений конечных их звеньев.
Проверка кинематической точности станков
Для станков со сложными формообразующими движениями важна геометрическая точность важна не меньше чем кинематическая точность, под которой понимают точность сохранения заданных отношений скоростей движения исполнительных звеньев, участвующих в производстве сложной детали. Выполняя проектирование станков, ремонт станков важно учитывать кинематические ошибки.
Для проверки кинематической точности механизмов станков применяют приборы, которые позволяют установить изменение передаточного отношения, возникающего из-за погрешностей зубчатых передач. В практике применяют различные типы измерительных приборов. Рассмотрим один из них, действие которого основано на магнитоэлектрической записи (рис. 5). Прибор измеряет сдвиг электрических фаз сигналов, поступающих с датчиков 1 и 2, установленных на концах проверяемой кинематической цепи. Один датчик (1) устанавливают на входном валу, вращающемся с большой частотой. На выходном валу устанавливают другой датчик (2). Оба датчика находятся в контакте с дисками. Число магнитных волн на дисках соответствует передаточному отношению проверяемой передачи. В каждом датчике имеются магнитофонные головки, с помощью которых можно записывать магнитоэлектрические сигналы. Сдвиг по фазе обоих считываемых сигналов улавливается фазометром 3 и записывается осциллографом 4.
Рис. 5. Схема измерения кинематической точности станков
