Temat: BADANIE GEOMETRYCZNE DOKŁADNOŚCI OBRABIAREK

Badania dokładności obrabiarek prowadzone są w celu kontroli stanu technicznego obrabiarki, od którego zależy dokładność wymiarowo - kształtowa wykonywanych

przedmiotów. Badania te przeprowadza się u producenta w trakcie montażu obrabiarki, w trakcie instalowania obrabiarki u klienta oraz w trakcie eksploatacji (przeglądy okresowe).

Badania dokładności obrabiarek są znormalizowane i opisane w Normie Międzynarodowej ISO 230 „Acceptancecode for machine tools”, która jest zatwierdzona przez Polski Komitet Normalizacyjny. Przedmiotem normy są wymagania i wytyczne dotyczące sprawdzania dokładności geometrycznej obrabiarek do obróbki metali i obróbki drewna oraz wymagania i wytyczne dotyczące sposobów badań i środków mierniczych.

Polskie Normy określają zarówno ogólne przepisy badania obrabiarek, jak i szczegółowe metody wyznaczania poszczególnych odchyłek oraz tolerancje ograniczające

ich dopuszczalne wartości. Norma składa się z kilku arkuszy:

PN-ISO 230-1:1998 – Przepisy badania obrabiarek. Dokładność geometryczna obrabiarek pracujących bez obciążenia lub w warunkach obróbki wykończeniowej

PN-ISO 230-2:1999 – Przepisy badania obrabiarek. Wyznaczanie dokładności i powtarzalności pozycjonowania osi sterowanych numerycznie

PN-ISO 230-3 – Wyznaczanie efektów cieplnych

PN-ISO 230-4:1999 – Przepisy badania obrabiarek. Badania okrągłości w obrabiarkach sterowanych numerycznie

PN-ISO 230-5:2002 – Przepisy badania obrabiarek. Wyznaczanie emisji hałasu.

Wszystkie wymienione normy z serii PN-ISO 230 w swej treści zawierają punkty, które omawiają:

– zakres normy,

– uwagi ogólne, w których zawarte są podstawowe zagadnienia, symbole, definicje,

– operacje wstępne, mówiące w jakich warunkach należy wykonywać badania,

• program badań, czyli jakie badania należy wykonać i jakie parametry z danego badania powinniśmy otrzymać.

Normy te obejmują przede wszystkim badania odbiorcze, które przeprowadzone podczas eksploatacji obrabiarki mogą być pomocne do oceny jej stanu technicznego.

Klasyfikację metod i urządzeń do sprawdzania dokładności obrabiarek można prowadzić według różnych kryteriów podziału. Mogą to być: charakter prowadzonych

pomiarów (statyczne, dynamiczne), rodzaj stosowanych przetworników pomiarowych (optyczne, piezoelektryczne, indukcyjne i inne). Interferometr mierzy zmianę przemieszczenia przez zliczanie liczby długości fal światła laserowego helenowo- -neonowego (HeNe) padającego na optyczny detektor. Schemat interferometru laserowego w układzie pomiaru przemieszczeń liniowych pokazano na rys. poniżej.

Schemat interferometru laserowego [2]: 1 – wiązka laserowa emitowana, 2 – wiązka laserowa odbita w rozdzielaczu wiązki, 3 – wiązka laserowa przepuszczona w rozdzielaczu wiązki, 4 – połączone w rozdzielaczu wiązki 2 i 3

Promień laserowy 1 emitowany z głowicy laserowej jest

polaryzowany z jedną częstotliwością światła. W rozdzielaczu, w zwierciadle półprzepuszczalnym promień laserowy jest rozdzielany na dwie wiązki: promień 2 odbity pod kątem 90° i promień przepuszczony 3. Oba promienie mają takie same częstotliwości. Promienie 2 i 3 – po odbiciu w reflektorach – są ponownie łączone w jedną wiązkę 4 w rozdzielaczu wiązki. Przy pomiarze liniowym jeden reflektor jest zawsze sztywno połączony z rozdzielaczem wiązki. W czasie pomiarów jeden z elementów – reflektor lub rozdzielacz wiązki – może się przesuwać. Element nie przesuwający się stanowi element referencyjny. System laserowy rozpoznaje względne przemieszczenie pomiędzy reflektorem i rozdzielaczem wiązki. Możliwości prowadzenia pomiarów interferometrem

laserowym pokazano na rys. poniżej.

Możliwości pomiarów interferometrem laserowym [2]: a) pomiar przemieszczeń

liniowych, b) pomiar prostoliniowości, c) pomiar prostopadłości

Urządzenie diagnostyczne QC-10 Ballbar umożliwia wykrycie błędów geometrycznych i dynamicznych występujących w układach napędowych obrabiarek, zwłaszcza wprowadzanych przez układy mechaniczny i pomiarowy oraz błędów wprowadzanych przez serwo napędy. Pomiar i interpretacja wyników są realizowane zgodnie z wytycznymi normy PN-ISO 230-4. Szybki test wykonywany za pomocą QC-10 pozwala na pomiar odchyłki okrągłości podczas ruchu z interpolacją kołową.

System diagnostyczny QC-10 Ballbar [3, 6]: a) budowa urządzenia: 1 – wrzeciono

frezarki, 2 – przetwornik pomiarowy, 3 – podstawka magnetyczna centrująca, 4 – końcówki kuliste; b) widok urządzenia zainstalowanego na stole frezarki

Za pomocą przetwornika pomiarowego 2 mierzony jest aktualny promień R wykonywanego ruchu kołowego.

Ramię jest zamocowane jako magnetyczne do wrzeciona i do ustalonego stałego punktu na stole obrabiarki. Maszyna wykonuje ruchy po okręgu w płaszczyznach XY, XZ i YZ.

Wobec coraz szerszego stosowania frezarek 5-osiowych powstały specjalistyczne przyrządy pomiarowe służące przede wszystkim do sprawdzania dokładności pracy osi obrotowych. Jednym z najciekawszych jest zautomatyzowane urządzenie kalibracyjno- pomiarowe HMS (ang. Head Measuring System), opatentowane przez firmę Fidia [1]. Urządzenie przystosowane jest do wykonywania pomiarów o wszystkich strukturach geometryczno-ruchowych obrabiarek pięcioosiowych. Składa się z dwóch komponentów (rys. niżej):

Urządzenie kalibracyjno-pomiarowe HMS firmy Fidia [1]

modułu pomiarowego z kulą, wyposażonego w sensory, który przymocowany jest do stołu obrabiarki za pomocą podstawy magnetycznej,

modułu zawierającego część elektroniczną urządzenia z oprogramowaniem konfiguracyjnym i pomiarowym. Moduł pomiarowy urządzenia HMS zawiera trzy czujniki przemieszczeń, których osie ustawione są względem siebie co 120°, a kąty względem poziomej podstawy (czyli powierzchni stołu obrabiarki) są sobie równe. Z końcówkami pomiarowymi czujników styka się kula pomiarowa, której trzpień jest ustalony w oprawce i zamocowany we wrzecionie.)

Urządzenie HMS pozwala na przeprowadzenie czynności kalibracyjno- pomiarowych, takich jak:

pomiar dokładności ruchu i pozycjonowania kątowego osi obrotowych,

sprawdzenie i korekcja orientacji osi obrotowych w pozycji bazowej na podstawie odległości liniowych,

automatyczne wyznaczenie parametrów potrzebnych do transmisji danych według protokołu RTCP (ang. Real-Time Transport Control Protocol),