SPRAWDZANIE GEOMETRYCZNEJ DOKŁADNOŚCI OBRABIARKI

NA PRZYKŁADZIE TOKARKI

Jednym z warunków uzyskania wysokiej dokładności i powtarzalności wymiarowo-kształtowej przedmiotów wykonywanych drogą obróbki skrawaniem jest zachowanie odpowiedniej geometrycznej dokładności obrabiarki. Celem ćwiczenia jest poznanie metod i sposobów sprawdzania geometrycznej dokładności obrabiarki, zaś w praktycznej części ćwiczenia zostaną przeprowadzone wybrane pomiary dla uniwersalnej tokarki kłowej.

1. Wprowadzenie

Dokładność każdej maszyny, a więc i obrabiarki skrawającej do metali, określona jest przez:

- dokładność geometryczną, przez którą rozumie się błędy wymiarowo-kształtowe i błędy wzajemnego położenia elementów oraz zespołów maszyny,

- dokładność kinematyczną, określoną przez dokładność sprzężeń kinematycznych,

- dokładność nastawczą, określoną dokładnością mechanizmów służących do wykonywania ruchów nastawiania wymiarowego maszyny,

- dokładność obróbki.

Niniejsza instrukcja poświęcona będzie jedynie sprawdzaniu geometrycznej dokładności maszyn technologicznych z grupy obrabiarek. Sprawdzanie to objęte jest Polską Normą PN-93/M-55580/01 pt.: „Dokładność geometryczna obrabiarek pracujących bez obciążenia lub w warunkach obróbki wykańczającej”, opartą na ISO/DIS-230-1.

Sprawdzanie geometryczne dotyczy wymiaru, kształtu i położenia części składowych maszyny oraz ich wzajemnych przemieszczeń (płaskość powierzchni, zgodność i przecinanie się osi, równoległość i prostopadłość linii prostych, powierzchni płaskich w stosunku do powierzchni płaskich lub każdych innych). Dotyczy ono tylko wymiarów, kształtów i ruchów względnych, które mogą wpływać na dokładność obrabiarki i obróbkę. Wartości sprawdzanych wielkości muszą mieścić się w określonych granicach, zależnych od klasy dokładności maszyny, jako że elementy wchodzące w skład podzespołów i zespołów obrabiarek są wykonane z tolerancją wymiarowo-kształtową, określoną przez konstruktora. Wymaga się, by stosowane przyrządy pomiarowe były co najmniej o klasę dokładniejsze od mierzonych wartości.

Na rys. 1 zestawiono podstawowe wielkości podlegające pomiarom przy sprawdzaniu geometrycznej dokładności obrabiarki.

w płaszczyźnie pionowej

prostoliniowości

odchyłek kształtu

w płaszczyźnie poziomej

płaskości powierzchni

dwóch płaszczyzn

równoległości

dwóch osi lub współosiowości dwóch osi

Spraw- dzanie

płaszczyzny i osi

odchyłek położenia

dwóch płaszczyzn

prostopadłości

dwóch osi

osi i płaszczyzny

promieniowego

bicia

osiowego

płaszczyzny czołowej

trajektorii do płaszczyzny

przemieszczenia

równoległości

trajektorii do osi

trajektorii do trajektorii

Rys.1. Podstawowe wielkości podlegające pomiarom przy sprawdzaniu geometrycznej dokładności obrabiarki

płaszczyzny i trajektorii

prostopadłości

osi i trajektorii

dwóch trajektorii

2. Wstępne operacje sprawdzania

- przed przystąpieniem do badań obrabiarki, należy koniecznie ustawić ją na odpowiednim fundamencie i wypoziomować. Przez wypoziomowanie uzyskuje się właściwe ustawienie i stateczność maszyny, które ułatwiają późniejsze badania i pomiary,

- badania powinny być przeprowadzone na kompletnie zmontowanej maszynie. Demontaż niektórych jej części może być dokonany tylko w wyjątkowych okolicznościach i zgodnie z instrukcjami producenta,

- podczas kontroli geometrycznej i badań wszystkie te części (np. wrzeciona), które normalnie nagrzewają się w czasie pracy maszyny, i w związku z tym zmieniają swe położenie i kształt, powinny być doprowadzone do ustalonej temperatury pracy zgodnie z instrukcją producenta,

- kontrola geometryczna powinna być przeprowadzona na maszynie unieruchomionej albo pracującej bez obciążenia (na biegu jałowym).

3. Metody sprawdzania

W sprawdzaniu geometrycznej dokładności obrabiarek można posługiwać się różnymi metodami. Poniżej omówiono niektóre metody sprawdzania podstawowych wielkości zestawionych na rys. 1.

3.1. Sprawdzanie odchyłek prostoliniowości

Dotyczy ono przede wszystkim prowadnic obrabiarek, po których w czasie pracy przesuwają się stoły, sanie lub suporty. Z zespołami tymi są połączone sztywno przedmioty obrabiane lub narzędzia, dlatego też odchyłki prostoliniowości prowadnic wpływają bezpośrednio na dokładność wymiarowo-kształtową obrabianych przedmiotów.

Sprawdzanie to jest tematem odrębnego ćwiczenia i nie będzie tu bliżej omawiane.

3.2. Sprawdzanie odchyłek płaskości

Powierzchnia jest uważana za płaską, jeżeli wszystkie jej punkty są zawarte pomiędzy dwoma płaszczyznami, równoległymi do ogólnego kierunku płaszczyzny, odległymi od siebie o wartość leżącą w granicach tolerancji płaskości.

Sprawdzanie płaskości może być przeprowadzone za pomocą: płyty pomiarowej, płyty pomiarowej i czujnika, liniału i płytek wzorcowych, liniału oraz poziomnicy precyzyjnej i czujnika, poziomnicy precyzyjnej jak również metodami optycznymi (autokolimatorem, kątownikiem optycznym i laserem). Sprawdzanie to nie będzie przeprowadzane w ramach tego ćwiczenia, a zatem nie będzie tu również omawiane.

3.3. Sprawdzanie odchyłek równoległości linii i płaszczyzn

Dwie linie są do siebie równoległe, gdy w dowolnej płaszczyźnie do nich prostopadłej, ich odległość jest taka sama (mieści się w granicach określonych tolerancją równoległości), co oznacza, że jedna z tych linii jest równoległa do dwóch płaszczyzn przechodzących przez drugą linię. Z tej drugiej części definicji korzysta się często przy sprawdzaniu równoległości dwóch linii.

Dwie płaszczyzny uważa się za równoległe, kiedy odległości między nimi, mierzone co najmniej w dwóch płaszczyznach prostopadłych do siebie i prostopadłych do sprawdzanych płaszczyzn są identyczne (wykazują odchyłkę maksymalną na określonej długości nie przekraczającą wartości wynikającej z przyjętej tolerancji równoległości).

Maksymalną odchyłkę stanowi różnica między maksymalnym a minimalnym wynikiem uzyskanym podczas pomiarów.

Różnice te są mierzone w danych płaszczyznach (poziomej, pionowej, prostopadłej do powierzchni badanej, przecinającej badane osie itp.) na danej długości (np. na długości „300 mm” lub „na całej powierzchni”).

W sprawdzaniu równoległości osi, same osie powinny być reprezentowane przez powierzchnie walcowe o dużej dokładności kształtu, odpowiedniej gładkości i wystarczającej długości. Jeśli to jest powierzchnia wewnętrzna, w której nie mieści się czujnik, powinno się skorzystać z powierzchni walcowej pomocniczej w postaci trzpienia pomiarowego.

Mocowanie i centrowanie (środkowanie) trzpienia pomiarowego dokonuje się na jego stożkowym zakończeniu, w walcowym lub stożkowym otworze przeznaczonym do osadzania narzędzi i innego osprzętu. Zwykle nie jest możliwe osadzenie trzpienia w osi wrzeciona tak, aby reprezentował on oś obrotu. Kiedy bowiem wrzeciono obraca się, to oś trzpienia opisuje hiperboloidę lub powierzchnię stożkową. W płaszczyźnie pomiaru można zatem zaobserwować dwa skrajne położenia B-B' trzpienia (patrz rys. 2).

Sprawdzanie równoległości tym sposobem (przy użyciu trzpienia) może być przeprowadzone w dowolnym położeniu wrzeciona, ale pomiar należy powtórzyć po obróceniu wrzeciona o 180^o. Błąd równoległości w danej płaszczyźnie wyznacza się jako średnią arytmetyczną obu odczytów.

Trzpień może być również ustawiony w położeniu średnim A (nazywanym „średnim położeniem bicia”). W tym przypadku sprawdzenia należy dokonać tylko w tym położeniu. „Średnie położenie bicia” trzpienia wyznacza się w ten sposób, że w trakcie powolnego obracania wrzeciona, przy jednoczesnym styku końcówki czujnika z walcową powierzchnią przedstawiającą oś obrotu w płaszczyźnie pomiaru, obserwuje się wskazania przyrządu pomiarowego. Wrzeciono znajduje się w średnim położeniu, jeśli wskazówka czujnika znajdzie się w położeniu środkowym między swymi dwoma położeniami skrajnymi.

3.3.1. Sprawdzanie równoległości dwóch płaszczyzn

Powinno ono być przeprowadzane w dwóch płaszczyznach prostopadłych względem siebie i prostopadłych w stosunku do sprawdzanych płaszczyzn. Rozróżnia się tu dwie metody sprawdzania, a to:

- za pomocą liniału pomiarowego i czujnika oraz

- przy użyciu precyzyjnej poziomnicy.

W pierwszej metodzie czujnik zegarowy (patrz rys. 3), zamocowany na wsporniku z płaską podstawą, jest prowadzony stykowo po liniale i przesuwany wzdłuż jednej płaszczyzny o podaną wartość, a końcówka pomiarowa przemieszcza się po drugiej płaszczyźnie.

W metodzie precyzyjnej poziomnicy natomiast poziomnica jest ustawiona na wsporniku, który łączy dwie płaszczyzny porównywane. Należy przesuwać wspornik wraz z poziomnicą wzdłuż płaszczyzn i dokonać odczytów wskazań poziomnicy. Maksymalna różnica odczytu (kąt) określa odchyłkę równoległości kątowej, a odczyt (kąt) pomnożony przez odległość „l” daje odchyłkę równoległości liniowej (rys.4).

3.3.2. Sprawdzanie równoległości dwóch osi

Sprawdzanie to może być wykonane na 3 sposoby:

- w płaszczyźnie przechodzącej przez obie osie,

- w płaszczyźnie odniesienia równoległej do płaszczyzny przechodzącej przez obie osie,

- za pomocą poziomnicy ustawionej w płaszczyźnie poziomej i dodatkowego oprzyrządowania.

3.3.2.1. W sprawdzaniu równoległości w płaszczyźnie przechodzącej przez obie osie przyrząd pomiarowy jest zamocowany na wsporniku o określonym kształcie podstawy, umożliwiającym przesuwanie się wzdłuż walca reprezentującego jedną z dwóch osi. Natomiast końcówka pomiarowa przesuwa się po walcu reprezentującym drugą oś.

Aby wyznaczyć odchyłkę minimalną między osiami w dowolnym punkcie, przyrząd należy delikatnie przechylać w kierunku prostopadłym do osi (rys.5).

3.3.2.2. Sprawdzanie równoległości dwóch osi można przeprowadzić również korzystając z dodatkowej płaszczyzny odniesienia, w miarę możliwości równoległej do płaszczyzny przechodzącej przez obie osie. Równoległość każdej osi należy rozpatrywać oddzielnie i wyznaczyć ją w stosunku do tej powierzchni w sposób opisany w pkt 3.3.4.

3.3.2.3. Sprawdzanie równoległości dwóch osi przy pomocy poziomnicy ustawianej w płaszczyźnie poziomej, za pomocą dodatkowego oprzyrządowania, przeprowadza się jeśli sprawdzane osie nie leżą w płaszczyźnie poziomej. W przypadku mniejszych kątów nachylenia płaszczyzny przechodzącej przez te osie używa się klocka pomocniczego (rys.6), a przy wyższych kątach nachylenia korzysta się z kątownika stałego lub nastawnego (rys. 7). Klocek ten, lub kątownik, ustawia się na dwóch walcach reprezentujących osie. Pęcherzyk powietrza poziomnicy należy ustawić na zero przy pomocy odpowiedniego pokrętła.

Poziomnicę wraz z klockiem lub kątownikiem przesuwa się wzdłuż osi o wyznaczoną długość i dokonuje odczytów wskazań. Pomiar jest wyrażany w powiązaniu z odległością między dwiema osiami. Jeśli przykładowo odległość osi wynosi 300 mm, a odczyt poziomnicy wynosi 0,06 mm/1000 mm, to odchyłka równoległości będzie wynosiła 0,06x0,3=0,018 mm.

3.3.3. Sprawdzanie równoodległości dwóch osi do płaszczyzny odniesienia

Pomiary równoodległości dwóch osi są w zasadzie pomiarami równoległości (patrz 3.3.4). Równoodległość odnosi się do odległości między osiami a płaszczyzną odniesienia. Równoodległość występuje wtedy, kiedy płaszczyzna przechodząca przez osie jest równoległa do płaszczyzny odniesienia. Należy najpierw przeprowadzić pomiar sprawdzający, czy obie osie są równoległe do płaszczyzny, a następnie, korzystając z tego samego czujnika zegarowego w stosunku do dwóch walców reprezentujących osie, sprawdza się, czy są one w takiej samej odległości od płaszczyzny (rys. 8).

W przypadku gdy walce te nie są identyczne, należy uwzględnić różnicę ich promieni.

3.3.3. Sprawdzanie współosiowości dwóch osi

3.3.3.1. Definicja

Uważa się, że dwie linie lub osie spełniają warunek współosiowości (pokrywają się), jeżeli odległość między nimi mierzona w kilku miejscach na danym odcinku pomiarowym nie przekracza określonej wartości, wynikającej z tolerancji współosiowości. Odległość mierzona może znajdować się między samymi liniami albo między ich przedłużeniami. Błąd współosiowości jednej osi „1” w stosunku do drugiej osi „2” należy odnieść do długości odcinka, na którym został przeprowadzony pomiar. W przypadkach szczególnych należy podać dodatkowe informacje, np. oś „1” wyżej niż oś „2”.

3.3.3.2. Metoda pomiaru

Przyrząd pomiarowy jest przymocowany do ramienia i obraca się o 360⁰ wokół osi „1”. Końcówka czujnika przyrządu pomiarowego przesuwa się w danym przekroju A po obwodzie walca reprezentującego drugą oś „2” (rys.9). Ponieważ w przekroju, wybranym do pomiaru, obie osie mogą się przecinać, pomiar należy powtórzyć w drugim przekroju B. Odległość pomiędzy przekrojami A i B powinna być możliwie największa.

Jeśli błąd ma być określony w dwóch podanych płaszczyznach (np. płaszczyźnie H i V na rys. 9), to odchyłki odczytane w obu płaszczyznach należy zapisać oddzielnie.

W przypadku gdy jedna z dwóch osi jest osią obrotu, to ramię podtrzymujące przyrząd pomiarowy osadza się na trzpieniu reprezentującym oś, wokół której odbywa się obrót.

Jeśli wymaga się, aby przyrząd pomiarowy obracał się wokół walca nieruchomego, to powinien on być osadzony na pierścieniu obracającym się z możliwie najmniejszym luzem (rys. 10).

Jeśli obie osie są osiami obrotu, to mierzony walec można sprowadzić do średniego położenia jego bicia w płaszczyźnie pomiaru (patrz punkt 3.3).

3.3.4. Sprawdzanie równoległości osi do płaszczyzny

Przyrząd pomiarowy mocuje się na wsporniku z płaską podstawą i przesuwa wzdłuż płaszczyzny o określony odcinek. Końcówka pomiarowa natomiast przesuwa się po walcu reprezentującym oś (rys. 11).

W każdym punkcie pomiaru najkrótszą odległość ustala się przez przesuwanie przyrządu pomiarowego w kierunku prostopadłym do osi.

W przypadku osi obracającej się, wystarczy ustawić walec reprezentujący oś w położeniu środkowym i wykonać pomiary w dwóch położeniach skrajnych „A” i „B” (rys.12).

3.4. Sprawdzanie odchyłek prostopadłości

Dwie płaszczyzny, dwie linie proste lub linia prosta i płaszczyzna są do siebie prostopadłe, kiedy odchyłka równoległości jednej z nich względem kątownika standardowego (reprezentujący wzorzec kąta prostego), ustawionego na drugiej nie przekracza wartości wynikającej z tolerancji prostopadłości. Sprawdzanie prostopadłości sprowadza się zatem w praktyce do pomiaru równoległości.

3.4.1. Sprawdzanie prostopadłości dwóch płaszczyzn

Wzorcowy kątownik walcowy ustawia się na jednej z płaszczyzn „2” (rys.13). Czujnik zegarowy przesuwa się wzdłuż drugiej płaszczyzny „1”, dokonując odczytów w regularnych odstępach. Następnie kątownik walcowy obraca się o 180⁰ i dokonuje się drugi zestaw odczytów. Z dokonanych dwóch odczytów uzyskuje się średni obraz odchyłek.

3.4.2. Sprawdzanie prostopadłości dwóch osi

Rozróżnia się tu dwa przypadki:

- obie osie są nieruchome,

- jedna z osi jest osią obrotu.

3.4.2.1. Obie osie są nieruchome

Na walcu reprezentującym jedną z dwóch osi, np. „1” umieszcza się kątownik o odpowiednio ukształtowanej podstawie (rys. 14). Równoległość między wolnym ramieniem tego kątownika a drugą z osi „2” sprawdza się metodą stosowaną przy sprawdzaniu równoległości (patrz pkt 3.3.4).

3.4.2.2. Jedna z osi jest osią obrotu

Czujnik zegarowy umieszcza się na ramieniu przymocowanym do trzpienia reprezentującego oś obrotu, a jego końcówkę doprowadza się do styku z walcem reprezentującym drugą oś w dwóch punktach A i B (rys.15). Różnice odczytu są wyrażane w odniesieniu do odległości AB.

Jeśli druga oś jest także osią obrotu, to walec reprezentujący tę oś ustawia się w średnim położeniu bicia w płaszczyźnie pomiaru, posługując się metodą opisaną przy sprawdzaniu równoległości (patrz pkt 3.3).

3.4.3. Sprawdzanie prostopadłości osi i płaszczyzny

Rozróżnia się tu również dwa przypadki:

- oś jest nieruchoma,

- oś jest osią obrotu.

3.4.3.1. Oś nieruchoma

Kątownik o odpowiednim ramieniu podstawy doprowadza się do styku z walcem reprezentującym oś (rys.16). Równoległość wolnego ramienia kątownika do płaszczyzny jest sprawdzana w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach przy stosowaniu metody opisanej przy sprawdzaniu równoległości (patrz pkt 3.3.1).

3.4.3.2. Oś jest osią obrotu

Ramię podtrzymujące czujnik zegarowy jest mocowane do wrzeciona „1” (rys.17), a końcówka czujnika jest ustawiona równolegle do osi jego obrotu. Podczas obrotu wrzeciona, czujnik zakreśla okrąg, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi obrotu. Sprawdzanie prostopadłości osi i płaszczyzny „2” za pośrednictwem końcówki czujnika zegarowego, sprowadza się zatem do stwierdzenia odchyłki równoległości między płaszczyzną obwodu, zakreślaną przez końcówkę czujnika, a badaną płaszczyzną.

Odchyłka taka jest wyrażana w stosunku do średnicy okręgu zakreślanego przez czujnik podczas jego obrotu.

Jeśli nie podaje się płaszczyzny pomiaru, to czujnik zegarowy obraca się o 360^o i rejestruje się największą różnicę między odczytami czujnika.

Jeśli podane są płaszczyzny pomiaru (np. płaszczyzny I i II), to dla każdej z tych płaszczyzn notuje się różnicę odczytów w dwóch położeniach czujnika zegarowego rozstawionych co 180⁰.

Ta metoda pomiaru stosowana jest np. do sprawdzania prostopadłości osi wrzeciona frezarki pionowej do powierzchni jej stołu.

3.5. Sprawdzanie bicia

Rozróżnia się trzy rodzaje bicia, a to:

- bicie promieniowe,

- bicie osiowe,

- bicie powierzchni czołowej.

3.5.1. Bicie promieniowe

W przypadku gdy oś geometryczna nie pokrywa się z osią obrotu (błąd współosiowości), odległość między tymi osiami w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu w danym punkcie nazywa się biciem promieniowym osi (rys.18).

Jeżeli nie uwzględnia się owalności, uzyskuje się podwójną wartość bicia promieniowego osi na danym odcinku nazywaną wprost biciem (rys.18).

Ogólnie mierzone bicie jest wynikiem:

- bicia promieniowego osi,

- owalności średnicy,

- niedokładności łożyskowania.

3.5.1.1. Bicie powierzchni zewnętrznej

Końcówkę czujnika zegarowego doprowadza się do styku z obracającą się powierzchnią sprawdzaną i obserwuje się wskazania przyrządu podczas powolnego obracania wrzeciona o jeden obrót (rys.19a). Różnica skrajnych wskazań czujnika podczas tego obrotu jest miarą bicia.

Na powierzchni stożkowej końcówkę czujnika ustawia się pod kątem prostym do tworzącej. Jeśli podczas obrotu wrzeciona wystąpi jakiś ruch osiowy, to średnica sprawdzanego okręgu będzie się zmieniać. Dlatego też na powierzchniach stożkowych można mierzyć bicie tylko wtedy, kiedy zbieżność stożka nie jest zbyt duża. W każdym przypadku należy przedtem mierzyć przesunięcie osiowe wrzeciona (rys.19b), a następnie odpowiednio do kąta zbieżności stożka należy obliczyć jego ewentualny wpływ na pomiar.

3.5.1.2. Bicie powierzchni wewnętrznej

Jeśli w otworze cylindrycznym lub stożkowym nie można umieścić bezpośrednio czujnika pomiarowego, to stosuje się trzpień pomiarowy.

Jeśli pomiary przeprowadza się tylko w jednym przekroju trzpienia, to wyznacza się położenie tylko jednego okręgu pomiarowego w stosunku do osi. Ponieważ oś trzpienia może przecinać oś obrotu w płaszczyźnie pomiaru, to sprawdzenia należy dokonać w dwóch przekrojach A i B znajdujących się w podanym odstępie (rys. 20).

Na przykład jeden pomiar powinien być przeprowadzony blisko obudowy trzpienia (A), a drugi w określonej odległości od niego (B). W celu wyeliminowania błędu osadzenia trzpienia w otworze, szczególnie przy otworach stożkowych, pomiary te należy powtórzyć co najmniej cztery razy, za każdym razem obracając trzpień o 90⁰ w stosunku do wrzeciona. Za wynik przyjmuje się średnie arytmetyczne tych pomiarów w obu płaszczyznach. W każdym przypadku bicie należy mierzyć w płaszczyźnie pionowej (pozycja C₁), a następnie w płaszczyźnie poziomej (pozycja C₂ na rys.20).

3.5.2. Bicie osiowe

Jest to zakres ruchu posuwisto-zwrotnego wzdłuż osi obracającej się części w trakcie wykonywania jednego pełnego obrotu, po wyeliminowaniu do minimum luzu osiowego przez przyłożenie siły osiowej w podanym kierunku (rys. 21). Minimalny luz osiowy jest to najmniejsza wartość możliwego osiowego przesunięcia części obracającej się, mierzona w czasie spoczynku w kilkunastu położeniach względem osi obrotu (rys. 21).

W celu wyeliminowania wpływu luzu w łożyskach oporowych, należy do wrzeciona przyłożyć niewielką siłę w kierunku pomiaru. Końcówka czujnika zegarowego powinna być przyłożona w środku powierzchni czołowej i ustawiona możliwie jak najdokładniej wzdłuż osi obrotu. Odczytów dokonuje się podczas ciągłego obrotu wrzeciona z niewielką prędkością, utrzymując cały czas wymagany docisk w podanym kierunku.

Jeśli wrzeciono jest wydrążone, należy osadzić w nim krótki trzpień z płaszczyzną czołową prostopadłą do osi, o którą będzie można oprzeć zaokrągloną końcówkę czujnika zegarowego (rys.22a). Można też użyć trzpienia z zakończeniem kulistym, a końcówka czujnika zegarowego będzie miała wtedy zakończenie płaskie (rys. 22b).

Jeśli wrzeciono ma nakiełek, można w nim osadzić kulkę stalową, która stykać się będzie z płaską końcówką czujnika zegarowego (rys. 23).

Bicie osiowe określa się jako przesunięcie osiowe graniczne wrzeciona podczas jednego wolnego obrotu z dociskiem niewielką siłą osiową.

3.5.3. Bicie powierzchni czołowej

Bicie powierzchni płaskiej obracającej się wokół osi jest biciem osiowym tej powierzchni. Bicie to jest wadą powierzchni płaskiej, która podczas obracania się wokół osi nie pozostaje w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi. Bicie to jest określone odległością między dwiema płaszczyznami prostopadłymi do osi, w zakresie których poruszają się punkty powierzchni podczas jej obracania. Jest ono wynikiem różnych wad powierzchni oraz osi obrotu, a to:

- powierzchnia nie jest płaska,

- powierzchnia i oś obrotu nie są prostopadłe,

- występuje okresowe przesunięcie osiowe.

Ponieważ bicie czołowe ma tendencję do zwiększania się w miarę oddalania się od osi obrotu, pomiary należy przeprowadzić na obwodzie odpowiadającym punktom położonym najdalej od osi.

Sprawdzając bicie czołowe należy czujnik zegarowy przyłożyć w podanej odległości A od środka i pod kątem prostym do powierzchni czołowej (rys.24), a następnie wprawiając wrzeciono w powolny ruch obrotowy odczytać maksymalne i minimalne wskazania czujnika. Różnica tych wskazań jest miarą bicia czołowego powierzchni. W trakcie obrotu należy przyłożyć niewielką siłę osiową w celu wyeliminowania wpływu luzów w łożyskach oporowych.

3.6. Sprawdzanie równoległości przemieszczenia

Równoległość przemieszczenia odnosi się do położenia trajektorii poruszającej się części maszyny względem:

- płaszczyzny (suportu lub prowadnic),

- linii prostej (osi, krawędzi przecięcia płaszczyzn),

- trajektorii punktu innej poruszającej się części maszyny.

Metody pomiaru są w zasadzie identyczne z metodami stosowanymi do badania równoległości linii i płaszczyzn.

Przyrząd pomiarowy, jeśli ma być przesuwany, powinien być zawsze zamocowany do części poruszającej się, która w miarę możliwości powinna być napędzana w sposób naturalny, tak aby ujawnić wpływ luzów i niedokładności prowadnic.

3.6.1. Sprawdzanie równoległości między trajektorią a płaszczyzną

Mogą być tu dwa przypadki:

- płaszczyzna znajduje się na części ruchomej,

- płaszczyzna znajduje się na części nieruchomej.

W przypadku pierwszym czujnik zegarowy jest zamocowany do nieruchomej części maszyny, a jego końcówka opiera się pod kątem prostym na sprawdzanej powierzchni. Część poruszającą się należy przesunąć o określony odcinek (rys.25), i odczytać różnicę wskazań czujnika na długości tego odcinka.

Ten typ pomiaru jest stosowany głównie na frezarkach i szlifierkach, gdzie przedmiot obrabiany mocuje się na stole obrabianym. Czujnik zegarowy natomiast mocuje się najczęściej na unieruchomionej końcówce wrzeciona jak przedstawiono to na rys.25, a stół jest przesuwany. W ten sposób sprawdza się np. czy płaszczyzna stołu jest równoległa do kierunku jego przesuwu (trajektorii).

W przypadku gdy płaszczyzna znajduje się na nieruchomej części (np. stół wiertarki promieniowej) przyrząd pomiarowy jest zamocowany do części ruchomej i przesuwany jest razem z nią o określony odcinek. Końcówka czujnika opiera się pod kątem prostym na powierzchni i przesuwa się po niej (rys. 26).

3.6.2. Sprawdzanie równoległości trajektorii do osi

Przyrząd pomiarowy jest zamocowany do części ruchomej i przesuwany o odpowiedni odcinek. Końcówka czujnika przesuwa się po trzpieniu reprezentującym oś (rys.27). Tam, gdzie jest oś obrotowa, trzpień ją reprezentujący powinien być ustawiony w „położeniu średniego bicia” (patrz punkt 3.3 - rys.2). Jeśli wszystkie płaszczyzny są równoważne, pomiar należy przeprowadzić w dwóch płaszczyznach prostopadłych względem siebie.

3.6.3. Sprawdzanie równoległości między dwiema trajektoriami

Czujnik zegarowy mocuje się do jednej z poruszających się części maszyny tak, aby jego końcówka opierała się w danym punkcie na drugiej poruszającej się części. Obie te części są przesuwane razem, w tym samym kierunku i o ten sam odcinek, a podczas ruchu obserwuje się wskazania przyrządu pomiarowego (rys.28). W przypadku gdy istotna jest równoległość trajektorii w dwóch płaszczyznach (np. poziomej i pionowej) pomiar należy przeprowadzić w obu tych płaszczyznach.

3.7. Sprawdzanie prostopadłości przemieszczenia

Prostopadłość przemieszczenia w obrabiarkach odnosi się do kolejnych położeń punktu ruchomej części maszyny w stosunku do:

- płaszczyzny (podstawy lub prowadnic),

- linii prostej (osi lub krawędzi przecięcia się dwóch płaszczyzn),

- trajektorii punktu innej części ruchomej.

W sprawdzaniu tym wykorzystuje się omówione już wcześniej metody pomiarowe stosowane w pomiarach równoległości przemieszczenia.

6. Protokół z badań dokładności geometrycznej

Symbol tokarki. . . . . . . . . . . . . Rozstaw kłów DC . . . . . . . . . . . . . . Średnica przelotu nad łożem - D_a . . . . . . . . . .Nr fabryczny . . . . . . . . . . .

Nr	Szkic	Wielkość sprawdzana	Przyrządy pomiarowe	Odchyłka [mm]		Sposób pomiaru
									dop.	zm.
1		Pomiar bicia kła wrzeciennika	Czujnik o wartości działki elementarnej 0.001	0.015		Kieł zwykły umieścić w otworze wrzeciona, końcówkę czujnika przystawić prostopadle do tworzącej stożka kła; obracać wrzeciono odczytując wskazania czujnika. Odchyłkę zmierzoną podaje się dzieląc odczytany wynik przez cosα, gdzie α oznacza połowę kąta wierzchołkowego stożka kła.
2		Pomiar bicia czołowej powierzchni kołnierza wrzeciona	Czujnik o działce elementarnej 0.001	0.02		Przystawić końcówkę czujnika prostopadle do czołowej powierzchni kołnierza wrzeciona. Obracać w sposób ciągły wrzeciono z niewielką prędkością odczytując wskazania czujnika.
3		Pomiar bicia zewnętrznej powierzchni centrującej końcówki wrzeciona	Czujnik o wartości działki elementarnej 0.001	0.01		Przystawić końcówkę czujnika prostopadle do tworzącej powierzchni centrującej końcówki wrzeciona. Obracać w sposób ciągły wrzeciono z niewielką prędkością (przynajmniej o kąt 2π) odczytując wskazania czujnika.
4		Pomiar bicia promieniowego we­wnętrznej powierzchni otworu wrzeciona a) przy czole wrzeciona b) w odległości równej Da/2 ale nie większej niż 300mm	Trzpień pomiarowy, czujnik o wartości działki elementarnej 0.001	a) 0.01 b) 0.02 na długości pomiarowej 300mm		Osadzić trzpień w stożku wrzeciona, przystawić końcówkę czujnika prostopadle do powierzchni walcowej trzpienia; pokręcając wrzeciono o kąt co najmniej 2π odczytywać wskazania czujnika. Wykonać pomiar w dwóch przekrojach a) i b). Powtórzyć pomiary czterokrotnie z każdorazową zmianą osadzenia trzpienia w stożku wrzeciona co π/2. Odchyłkę określa średnia arytmetyczna z otrzymanych wskazań czujnika w poszczególnych przekrojach trzpienia. Pomiary przeprowadzić w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach.

Nr

Szkic

Wielkość sprawdzana

Przyrządy pomiarowe

Odchyłka [mm]

Sposób pomiaru

dop.

zm.

5

Sprawdzenie równoległości osi wrzeciona do przesuwu suportu wzdłużnego w płaszczyźnie a) poziomej b) pionowej

Trzpień po-miarowy, czujnik o wartości działki elementarnej 0.001

a) 0.015/300 w kierunku do przodu b) 0.02/300 w kierunku do góry

Osadzić trzpień w stożku wrzeciona. Zamocować czujnik na suporcie. Przystawić końcówkę czujnika w płaszczyźnie pionowej do trzpienia; przesuwać suport wzdłuż łoża odczytując wskazania czujnika. Obrócić wrzeciono o kąt π i pomiar powtórzyć. Określić odchyłkę równoległości jako średnią arytmetyczną obu odczytów. Pomiar powtórzyć w płaszczyźnie poziomej.

6

Sprawdzenie równoległości osi wrzeciona do przesuwu sań narzędziowych w płaszczyźnie pionowej

Trzpień po-miarowy, czujnik o wartości działki elementarnej 0.001,

0.04/300

Osadzić trzpień w stożku wrzeciona i ustawić go w położeniu średniego bicia. Sanie narzędziowe ustawić równolegle względem osi wrzeciona w płaszczyźnie poziomej. Zamocować czujnik na saniach narzędziowych. Końcówkę czujnika przystawić w płaszczyźnie pionowej do powierzchni trzpienia. Przesuwać sanie narzędziowe i odczytywać wskazania czujnika.

7

Sprawdzenie równoległości przesuwu tulei konika do przesuwu suportu w płaszczyźnie a) poziomej b) pionowej

Trzpień pomiarowy, czujnik o wartości działki elementarnej 0.001, przymiar kreskowy

a) 0.015/100 w kierunku do przodu b) 0.02/100 w kierunku do góry

Konik przykręcony do prowadnic łoża. Zablokować tuleję konika w maksymalnym przednim położeniu. Zamocować czujnik na suporcie. Przystawić końcówkę czujnika prostopadle do tulei konika w płaszczyźnie pionowej tuż przy korpusie konika. Przesunąć suport o 100 mm i odczytać wskazania czujnika. Pomiar powtórzyć w płaszczyźnie poziomej.

8

Sprawdzenie równoległości osi stożkowego otworu tulei konika do przesuwu suportu na długości Da/4 lub równej 300mm w płaszczyźnie a)poziomej b) pionowej

Trzpień pomiarowy, czujnik o wartości działki elementarnej 0.001,

a) 0.03/300 w kierunku do przodu b) 0.03/300 w kierunku do góry

Konik przykręcony do prowadnic łoża. Tuleję konika zablokować w tylnym położeniu. Osadzić trzpień kontrolny w stożku tulei konika. Zamocować czujnik na suporcie. Przystawić końcówkę czujnika prostopadle do trzpienia pomiarowego w płaszczyźnie pionowej tuż przy czole trzpienia. Przesunąć suport o 300 mm i odczytać wskazania czujnika. Zmienić położenie trzpienia o π i pomiar powtórzyć. Określić odchyłkę średnią. Pomiar powtórzyć w płaszczyźnie poziomej.

Nr

Szkic

Wielkość sprawdzana

Przyrządy pomiarowe

Odchyłka [mm]

Sposób pomiaru

dop.

zm.

9

Sprawdzenie równoległości ruchu konika względem ruchu suportu wzdłużnego w płaszczyźnie a) poziomej b) pionowej

Czujnik o wartości działki elementarnej 0.001,

0.03 na długości pomiarowej 500mm dla a) i b)

Ustawić konik w skrajnym położeniu, wysunąć maksymalnie tuleję konika i zacisnąć. Ustawić suport wzdłużny w skrajnym prawym położeniu, zamocować podstawę czujnika na suporcie. Przystawić końcówkę czujnika do powierzchni cylindrycznej tulei w płaszczyźnie pionowej w skrajnym prawym punkcie tulei. Przesuwać suport i konik równocześnie odczytując wskazania czujnika. Pomiar powtórzyć w płaszczyźnie poziomej.

10

Sprawdzenie różnicy wysokości osi wrzeciona i osi konika

Trzpień pomiarowy, czujnik o działce elementarnej 0.001,

0.04 oś konika wyżej niż oś wrzeciona

Konik i jego tuleja zablokowane jak podczas normalnych warunków pracy. Umieścić trzpień pomiarowy w kłach wrzeciona i konika. Przystawić końcówkę czujnika zamocowanego na suporcie do górnej powierzchni tworzącej trzpienia. Przesuwać suport i wykonać odczyty w skrajnych położeniach trzpienia pomiarowego.

11

Sprawdzenie prostoliniowości przesuwu suportu wzdłużnego w płaszczyźnie poziomej

Trzpień pomiarowy, czujnik o wartości działki elementarnej 0.001,

0.025

Umieścić w kłach konika i wrzeciona walec kontrolny o długości zbliżonej do rozstawu kłów. Zamocować czujnik na suporcie. Przystawić końcówkę czujnika do walca na wysokości jego osi. Ustawić walec tak, aby wskazania czujnika w pobliżu czół walca były jednakowe (przesuwając poprzecznie konik). Przesuwać suport wzdłuż pomiędzy czołami walca odczytując wskazania czujnika

12

Pomiar okresowego bicia osio­wego śruby pociągowej spowo­dowanego biciem czołowych powierzchni łożysk wzdłużnych

Czujnik o wartości działki elementarnej 0.001, kulka , płaska końcówka

0.015

Włożyć kulkę w nakiełek śruby, przystawić do niej płaską końcówkę czujnika, zamocowanego na prowadnicy łoża. Obrócić śrubę o 1 obrót i dokonać odczytu wskazań czujnika.

2

7

Rys.17. Schemat sprawdzania odchyłki prostopadłości osi obrotowej do płaszczyzny

Rys.2. Schemat ustawienia trzpienia w średnim położeniu A

Płaszczyzna II

Rys.4. Sprawdzanie równoległości dwóch płaszczyzn przy użyciu precyzyjnej poziomnicy

Rys.3. Sprawdzanie równoległości dwóch płaszczyzn za pomocą liniału prowadzącego i czujnika

Rys.5. Sprawdzanie równoległości dwóch osi w płaszczyźnie przechodzącej przez obie osie

Rys.6. Sprawdzanie równoległości dwóch osi z pomocą poziomnicy i dodatkowego oprzyrządowania (klocek)

Rys.7. Sprawdzanie równoległości dwóch osi z pomocą poziomnicy i kątownika stałego

Rys.8. Schemat sprawdzania równoodległości dwóch osi A i B od płaszczyzny odniesienia

Rys.9. Sprawdzanie współosiowości dwóch osi 1 i 2

Rys.10. Sprawdzanie współosiowości dwóch osi z pomocą przyrządu obracającego się wokół osi nieruchomej

Rys.11. Schemat sprawdzania równoległości osi do płaszczyzny

Rys.12. Schemat sprawdzania równoległości obracającej się osi do płaszczyzny

Rys.13. Sprawdzanie prostopadłości płaszczyzn „1” i „2” z pomocą wzorcowego kątownika walcowego i czujnika

Rys.14. Sprawdzanie prostopadłości nieruchomych osi „1” i „2” z pomocą kątownika i czujnika

Rys.15	Sprawdzanie prostopadłości dwóch osi gdy co najmniej jedna z nich jest osią obrotu
←

Rys.16. Sprawdzanie prostopadłości osi nieruchomej i
płaszczyzny	→

Rys.18. Objaśnienie pojęć „bicie” i „bicie promieniowe”

Rys.19. Pomiar bicia powierzchni zewnętrznej: a) walcowej, b) stożkowej

Rys.20. Sprawdzanie bicia powierzchni wewnętrznej przy użyciu trzpienia pomiarowego osadzonego w otworze

Rys.21. Schemat do opisu luzu osiowego przy pomiarze bicia osiowego

J - maksymalny luz osiowy,

j - minimalny luz osiowy,

d - okresowe przesunięcie osiowe

Rys.22. Pomiar bicia osiowego wydrążonego wrzeciona przy użyciu: a) krótkiego trzpienia i czujnika, b) trzpienia zaokrąglonego i czujnika z płaską końcówką

Rys.23. Sprawdzanie bicia osiowego z pomocą kulki osadzonej w nakiełku

Rys.24. Sprawdzanie bicia czołowego powierzchni płaskiej, obracającej się wokół osi

Rys.25. Sprawdzanie równoległości stołu do trajektorii jego przesuwu

Rys.26. Sprawdzanie równoległości trajektorii przesuwu wrzeciennika wiertarki promieniowej do płaszczyzny jej stołu

Rys.27. Sprawdzanie równoległości trajektorii do osi

Rys.28. Sprawdzanie równoległości pomiędzy dwiema trajektoriami

---