POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN Ćwiczenie B-2 Temat: POMIAR PROSTOLINIOWOŚCI PROWADNIC ŁOŻA OBRABIARKI Opracowanie: dr inż G Siwiński Aktualizacja i opracowanie elektroniczne: mgr inż M Sikora Łódź, 2010 r
Temat ćwiczenia: Pomiar prostoliniowości prowadnic łoża obrabiarki Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z różnymi metodami pomiaru prostoliniowości prowadnic obrabiarek oraz praktyczne przeprowadzenie sprawdzenia dokładności prowadnic wybranego łoża obrabiarki Program ćwiczenia: Ćwiczenie obejmuje: 1 Ogólne zapoznanie się z zasadą pomiaru prostoliniowości prowadnic 2 Poznanie różnych metod sprawdzania prostoliniowości prowadnic 3 Praktyczne sprawdzenie prostoliniowości prowadnic łoża autokolimatora 4 Wykonanie obliczeń i wykresów wg zaleceń instrukcji Literatura 1 PN-64/M-55650 Obrabiarki do metali Sprawdzenie dokładności Wiadomości ogólne 2 PN-67/M-55652 Tokarki kłowe o średnicy toczenia nad łożem powyżej 315 mm do 1000 m Sprawdzenie dokładności 1 WPROWADZENIE 11 Sporządzenie wykresu błędów prostoliniowości Polska norma [1] podaje wymagania i wytyczne ogólne, jakie obowiązują przy sprawdzaniu dokładności geometrycznych obrabiarek Pomiar prostoliniowości prowadnic jest jednym z podstawowych kryteriów oceny tej jakości Błędem prostoliniowości nazywa się największą odległość punktów rzeczywistego zarysu od prostej przylegającej, która jest najbardziej zbliżona do zarysu rzeczywistego, leży na zewnątrz zarysu i styka się z nim w jednym punkcie (rys 1a) W praktyce błędy prostoliniowości określane są odchyleniem zarysu sprawdzanego, od linii wzorcowej x-x (rys 1b), która nie musi pokrywać się z prostą przylegającą W wyniku pomiaru, w kolejnych punktach zarysu rzeczywistego 1 n, otrzymuje się odpowiednie odchylenia od prostoliniowości y 1 y n Można mierzyć bezpośrednio wartość y lub też pochylenia zarysu sprawdzanego odcinka 1 n Znając odległość między punktami pomiarowymi l, można obliczyć wymiar w 1 w n ze wzoru: w l tg Na podstawie wartości otrzymanych z pomiaru w lub z obliczeń y można sporządzić (rys 1b) wykres sprawdzanego zarysu 2
Prosta przylegająca Zarys rzeczywisty a) b) x ạ 3 3 w 3 y 3 h 3 ỵn x k l c) Hmax 0 1 2 3 4 5 n Rys 1 Z definicji prostej przylegającej wynika, że prosta x-x nią nie jest Należałoby znaleźć ją metodą najmniejszych kwadratów Powszechnie przyjęto uważać za prostą przylegającą, równoległą do prostej, łączącej skrajne punkty 0 n (prosta x-k) W takim układzie odchyłka od prostoliniowości np punktu 3 wg rys 1b wyniesie: h 3 y3 a3 [mm] gdzie: y w w w ; 3 1 2 3 a3 3y n n Obliczone w ten sposób odchyłki pozostałych punktów zarysu 1 n, pozwalają sporządzić przedstawiony na rys 1c wykres, z którego możemy odczytać odchyłkę od prostoliniowości H Ponadto wykres przedstawiony na rys 1 pozwala ocenić charakter zarysu (wklęsły, wypukły) 12 Sposoby sprawdzania prostoliniowości prowadnic Prostoliniowość prowadnic sprawdza się w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach, równoległych do kierunku przesuwu Można to wykonać sprawdzając prostoliniowość: a) każdej prowadnicy oddzielnie, 3
b) jednocześnie obu prowadnic, używając do pomiaru specjalny mostek, c) jednocześnie obu prowadnic, używając do pomiaru suportu W pierwszym przypadku sprawdzana jest prostoliniowość prowadnicy pryzmowej w płaszczyźnie pionowej i poziomej, natomiast prostoliniowość prowadnicy płaskiej tylko w płaszczyźnie pionowej Drugi sposób jest właściwie sprawdzeniem prostoliniowości zespołu dwu prowadnic Trzeci sposób jest nie tyle sposobem sprawdzenia prostoliniowości prowadnic, co określeniem rzeczywistych błędów prostoliniowości ruchu suportu, jest to pomiar wypadkowej błędów prostoliniowości obu prowadnic łoża i prowadnic suportu Poniżej podano krótki opis niektórych sposobów sprawdzania prostoliniowości prowadnic a) Sprawdzanie za pomocą wzorca Dokonuje się przy użyciu liniału, przez tuszowanie Stosowane do krótkich prowadnic i do sprawdzania w czasie wykonywania prowadnic b) Sprawdzanie za pomocą poziomicy Poziomica pozwala określić błąd prostoliniowości jedynie w płaszczyźnie pionowej Wielkością mierzoną za pomocą poziomicy jest nachylenie powierzchni sprawdzanej do poziomu, wyrażone w setnych częściach mm na 1 metrze długości Znając pochylenie określonych odcinków prowadnicy, można wykonać wykres błędów prostoliniowości prowadnic Polska norma PN-64/M-55650 zaleca dokonywanie pomiaru pochylenia prowadnicy o 300 mm poziomicą o czułości co najmniej 50 mm (0,02-0,05/1000 mm/1 działkę) c) Sprawdzanie za pomocą liniału wzorcowego i czujnika Zasadę pomiaru podaje rys 2 Liniał Czujnik Liniał Rys 2 4
Liniał ustawiony jest tak, by wskazania czujnika były jednakowe na początku i końcu prowadnicy Wskazania czujnika w poszczególnych położeniach suportu odpowiadają błędom prostoliniowości przesuwu suportu w płaszczyźnie poziomej Czujnik mocowany jest na mostku lub na suporcie d) Sprawdzanie za pomocą czujnika i walca kontrolnego Metodę tą stosuje się dla prowadnic o długości do 2000 mm Walec kontrolny zamocowany w kłach stanowi wzorzec prostoliniowości (rys 3) Rys 3 Przesuwając suport, wraz z czujnikiem można określić błąd prostoliniowości zarówno w płaszczyźnie poziomej, jaki i pionowej Zasada pomiaru, ogólnie biorąc, podobna jest do opisanej poprzednio e) Sprawdzanie prostoliniowości za pomocą struny i mikroskopu Sprawdzenie prostoliniowości wzorcem względem, którego sprawdza się prostoliniowość prowadnic, jest naciągnięta między stojakami stalowa struna o grubości 0,1 mm Zasadę pomiaru wyjaśnia rys 4 Rys 4 Do odczytu stosuje się mikroskop z nasadką mikrometryczną, pozwalającą odczytać wartość przesunięcia mikroskopu względem struny, czyli błąd prostoliniowości prowadnic 5
Metoda ta zalecana jest do sprawdzania prostoliniowości długich prowadnic takich, jak prowadnice strugarki czy frezarki wzdłużnej, oraz tokarki i szlifierki o długości prowadnic powyżej 2 metrów Umożliwia ona sprawdzenie jedynie w płaszczyźnie pionowej, pomiar w płaszczyźnie poziomej ze względu na zwis struny, jest niedokładny Do pomiaru należy tak ustawić napiętą strunę, by w końcowych położeniach mostka kontrolnego, suportu lub stołu, wskazania urządzenia pomiarowego mikroskopu były jednakowe Następnie przesuwając mikroskop wraz z mostkiem wzdłuż prowadnic, w okularze obserwuje się obraz struny, a odczytane za pomocą urządzenia pomiarowego przesunięcia pozwalają sporządzić wykres jak na rys 1c Na ogół stosuje się 7 punktów pomiarowych, przy czym im większa ich ilość, tym dokładniejszy pomiar prostoliniowości prowadnic W niektórych wypadkach, kiedy brak jest odpowiedniego mikroskopu można użyć mikrometru zamocowanego na suporcie lub mostku tak, by struna znajdowała się między końcówką mierniczą, a trzpieniem mikrometru, zgodnie z rys 5 2 3 1 4 5 Rys 5 1 żarówka; 2 struna; 3 mikrometr; 4 suport; 5 źródło prądu f) Sprawdzanie prostoliniowości za pomocą autokolimatora Autokolimator jest to przyrząd do pomiaru bardzo małych kątów, zasadę pomiaru wyjaśnia rys 6 W płaszczyźnie ogniskowej M-M obiektywu, znajduje się świecący punkt A Wiązka promieni wychodząca z tego punktu przechodzi przez obiektyw i staje się wiązką promieni równoległych, która biegnie i pada na płaskie lustro L-L, jeżeli powierzchnia lustra jest prostopadła do osi wiązki promieni, wówczas odbity obraz powstaje w punkcie A Jeżeli jednak lustro przekręcone będzie w stosunku do położenia poprzedniego (o kąt (L -L ), wówczas odbity obraz punktu A powstanie w płaszczyźnie ogniskowej M-M w punkcie A, promienie odbite od lustra L -L pobiegną do autokolimatora pod kątem 2 w stosunku do promieni padających 6
A' M Obiektyw L L' l A M f Rys 6 L' L Wartość l przesunięcia punktu odbitego A na skutek skręcenia lustra o kąt nie jest zależna od odległości od autokolimatora Ważny jest tu jedynie kąt między osią promieni padających a osią promieni odbitych 2 Autokolimatory mają urządzenia pomiarowe wartości przesunięcia obrazu A do A, wyskalowane w jednostkach kątowych W trakcie ćwiczenia zastanie użyty do pomiaru autokolimator typu AKF 516 Schemat optyczny tego autokolimatora przedstawia rys 7 Dane techniczne: odległość ogniskowa f - 516 mm średnica obiektywu - 45 mm najmniejsza działka skali - 1 zakres pomiaru - 6 rzeczywisty zakres pomiaru - 8 Żarówka Lustro Obiektyw Zielony filtr Płytka z krzyżem Kondensator Skala ruchoma Skala co 2' Lusterko kątowe płytka szklana Śruba mikrometryczna Rys 7 7
13 Sprawdzanie prostoliniowości prowadnic łoża tokarki wymagania ogólne Polska norma [1, 2] dotycząca sprawdzania dokładności tokarek zaleca: Sprawdzanie prostoliniowości prowadnicy przedniej i tylnej w płaszczyźnie pionowej Dopuszczalna jest tylko wypukłość w granicach 0 0,02 mm/m Sprawdzenie prostoliniowości przesuwu suportu w płaszczyźnie pionowej i poziomej Dopuszczalna odchyłka w płaszczyźnie pionowej 0,02 mm, a w płaszczyźnie poziomej w zależności od klasy dokładności obrabiarki od 0,006 do 0,015 mm na 1 m Sprawdzenie równoległości prowadnic łoża suportu i pomiar wichrowatości Odchyłki mogą być tylko jednostronne +0,02 mm/m lub -0,02 mm/m 2 PRZEBIEG ĆWICZENIA Zadanie 1 Wykonać pomiar prostoliniowości jednocześnie obu prowadnic łoża obrabiarki w płaszczyźnie poziomej i pionowej za pomocą autokolimatora: na prowadnicach w odległości 20 100 mm od końca prowadnic ustawić mostek, a na nim lusterko autokolimatora, autokolimator ustawić na stole poza prowadnicami tak, aby oś optyczna autokolimatora była równoległa do osi prowadnic, a w polu widzenia pośrodku skali znajdował się odbity od lusterka obraz krzyża, odczytać początkowe nachylenie płaszczyzny lusterka względem osi autokolimatora, przestawiając mostek w sposób poprzednio opisany w położenie następne 1-2, 2-3, itd, odczytać wartości kąta, nachylenia płaszczyzny lusterka do osi autokolimatora, wyniki zapisać w tabelce na podstawie wykonanych pomiarów sporządzić: wykres odchyłek prowadnic od prostej wyznaczonej przez oś optyczną autokolimatora (rys, 1b prosta x-x) oraz wykres odchyłek prowadnic od prostej łączącej skrajne punkty (rys 1c) zaznaczając na nim odpowiednio błąd maksymalny Zadanie 2 Na podstawie wykonywanych pomiarów i opracowanych wyników podać wnioski 8