Poltechka Pozańska Istytut Techolog Mechaczej Laboratorum Badaa Maszy CNC Nr 2 Badae dokładośc pozycjoowaa os obrotowych sterowaych umerycze Opracował: Dr. Wojcech Ptaszy sk Mgr. Krzysztof Netter Pozań, kweceń 2005
. Cel ćwczea Celem ćwczea jest zapozae sę z obowązującym ormam oraz metodam pomarów dokładośc pozycjoowaa os maszy sterowaych umerycze. 2. Wycąg z ormy PN ISO-230 2.. Wstęp Norma Mędzyarodowa ISO 230 Acceptace code for mache tools jest zatwerdzoa przez Polsk Komtet Normalzacyjy. Norma ISO ma a celu zormalzowae metod sprawdzaa dokładośc obrabarek, z wyłączeem obrabarek przeośych. Przedmotem ormy są wymagaa wytycze dotyczące sprawdzaa dokładośc geometryczej obrabarek do obróbk metal obróbk drewa oraz wymagaa wytycze dotyczące sposobów badań środków merczych. Norma ta może być stosowaa do sprawdzaa ych maszy przemysłowych w zakrese dotyczącym badań geometryczych pracą. Norma składa sę z klku częśc: Część : Sprawdzae dokładośc geometryczej obrabarek pracujących bez obcążea lub w warukach obróbk wykańczającej. Część 2: Wyzaczae dokładośc powtarzalośc pozycjoowaa os sterowaych umerycze. Część 3: Wyzaczae efektów ceplych. Część 4: Test okrągłośc dla obrabarek sterowaych umerycze. Część 5: Emsja akustycza. W ejszym opracowau główe skupoo sę a częśc drugej zwązaej bezpośredo z tematem. Arkusz te uwzględa statystyczą obróbkę welkośc merzoych dla określea różych parametrów odoszących sę do dzałaa obrabark. Arkusz ISO 230 określa metody badaa oraz ocey dokładośc powtarzalośc pozycjoowaa os obrabarek sterowaych umerycze przez pomary w kerukach poszczególych os maszyy. Metody te mają zastosowae zarówo do os lowych, jak obrotowych. Jedak jest zastrzeżee, że e wolo stosować tej metody kedy jest jedocześe badaych klka os. 2.2. Podstawowe defcje symbole Odpowede parametry zdefowao oblczoo w Przewodku do wyzaczaa epewośc pomarów ormy ISO-230 (ag. Gude to the expresso of ucertty of measurmets). Są to astępujące defcje symbole. Przesuw osowy maksymale przemeszczee lowe lub obrotowe elemetu ruchomego poruszającego sę w wyku sterowaa umeryczego. Przesuw pomarowy część przemeszczea pomarowego wykorzystywaa dla zberaa daych. Położee zadae P ( = do m) położee, do którego zaprogramowao ruch zespołu ruchomego. Ideks wskazuje określoą pozycję mędzy ym położeam zadaym wzdłuż lub dookoła os. Położee rzeczywste P j ( = do m; j = do ) położee zmerzoe osągęte przez zespół ruchomy w j-tym ajeźdze do -tego położea zadaego. Odchyłka położea (odchyłka pozycjoowaa) x j różca mędzy położeem rzeczywstym osągętym przez zespół ruchomy położeem zadaym. x j = P j - P 2
Jedokerukowoś ć odos sę do ser pomarów, podczas których ajazd do położea zadaego realzowaego w tym samym keruku wzdłuż lub dookoła os. Symbol ozacza ajazd z keruku dodatego, a symbol z keruku ujemego. Dwukerukowoś ć odos sę do ser pomarów, podczas których ajazdy do położea zadaego są realzowae z dwóch keruków wzdłuż lub dookoła os. Rozszerzoa epewoś ć welkość defująca brak wyków pomarów, który może obejmować zaczącą część rozdzału wartośc. Współczyk pokryca współczyk umeryczy użyty jako możk wspólej stadardowej epewośc w celu otrzymaa rozszerzoej epewośc. Średa jedokerukowa odchyłka pozycjoowaa w położeu x lub x - średa arytmetycza odchyłek pozycjoowaa uzyskaych podczas ser jedokerukowych ajazdów do położea P x = x j x = j = x j j= Wartość zwrota w położeu B różca mędzy średm jedokerukowym odchyłkam pozycjoowaa uzyskaym przy ajeźdze z dwóch keruków do położea P. B x x = Osowa wartość zwrota B ajwększa bezwzględa wartość zwrota B we wszystkch położeach zadaych wzdłuż lub dookoła os. B = max[ B ] Średa osowa wartość zwrota B średa arytmetycza wartośc zwrotej B we wszystkch położeach zadaych wzdłuż lub dookoła os. m B = = B m Estymator jedokerukowej stadardowej epewośc pozycjoowaa w daym położeu s lub s - estymator stadardowej epewośc odchyłek pozycjoowaa uzyskay z ser jedokerukowych podejść do położea P. s = ( x j x ) j= s = ( xj x ) j= Jedokerukowa powtarzalość pozycjoowaa w daym położeu R lub R - zakres rozszerzoej epewośc odchyłek pozycjoowaa jedokerukowego w położeu P, z użycem współczyka pokryca 2. R = 4s R = 4s 2 2 3
Dwukerukowa powtarzalość pozycjoowaa w daym położeu R R = max[ R + R + B 2 s 2 s Jedokerukowa powtarzalość pozycjoowaa R lub R dwukerukowa powtarzalość pozycjoowaa R os ajwększa wartość powtarzalośc pozycjoowaa w dowolym położeu P, wzdłuż lub dookoła os. R = max[ R ] R = max[ R ] R = max[ R ] Dwukerukowa dokładość pozycjoowaa os A kombacja dwukerukowych systematyczych odchyłek estymatora stadardowej epewośc pozycjoowaa dwukerukowego z wykorzystaem współczyka pokryca 2. A max[ x + 2s ; x + 2s ] m[ x 2s ; x 2s ] ] = 2.3. Waruk przeprowadzaa badań Wszystke pomary wykouje sę przy zapeweu przyrządom pomarowym przedmotow merzoemu temperatury otoczea wyoszącej 20 C. Jeśl pomary dokoao w temperaturze ej ż 20 C, wtedy korekta omalej różcy rozszerzalośc (NDE) mędzy systemem pozycjoowaa os wyposażeem badawczym powa być doprowadzoa do poprawych wyków odpowadających otrzymaym w temperaturze 20 C. Spełee tego waruku wymaga pomaru temperatury zarówo wybraego zespołu, jak wyposażea badawczego. Należy zauważyć, że jakekolwek odchylee od temperatury 20 C może powodować dodatkową epewość odoszącą sę do epewośc współczyka (współczyków) skuteczej rozszerzalośc zastosowaego do kompesacj. Typową wartoścą uzyskaej epewośc jest ± 2 µm / (m C). Temperatura rzeczywsta powa być zapsaa w raporce z badań. Maszya przyrządy pomarowe powy pozostawać w otoczeu badań przez wystarczająco dług czas, aby osągęły sta stablośc ceplej przed badaam. Wszystke badaa powy być wykoywae a maszye eobcążoej, tz. bez przedmotu obrabaego. Położee zespołów przesuwych wzdłuż os, które e są przedmotem badaa, powy być zameszczoe w arkuszu badaa. 2.4. Program badaa Maszya powa być zaprogramowaa dla ruchu zespołów wzdłuż lub dookoła os podczas badań pozycjoowaa ch w ser położeń zadaych, w których pozostaą w spoczyku dopóty, dopók osągęte położea rzeczywste e zostaą zmerzoe zarejestrowae. Maszya powa być zaprogramowaa dla ruchu mędzy położeam zadaym z uzgodoą prędkoścą przesuwu. Jeżel wartość każdego położea może być wybraa dowole, to przyjmuje sę ją astępująco: 4
P = ( ) p + r gdze: umer beżącego położea zadaego; p bazowy odstęp rówomerego rozstawea puktów zadaych a całym przesuwe pomarowym; r przyjmuje róże wartośc dla każdego położea zadaego, tworząc erówomere rozstawee położeń zadaych a całym przesuwe zapewając, że błędy okresowe (take jak błędy pochodzące od skoku śruby toczej, podzałk skal lowej lub obrotowej) są odpowedo uwzględoe. Pomary powy zapewać możlwość merzea względego przesuęca mędzy częścą, w której jest zamocowae arzędze częścą, w której zamocoway jest przedmot obrabay w keruku ruchu osowego podczas badaa. Na osach przesuwu do 2000 mm powo być wybraych co ajmej pęć zadaych położeń a metr. Pomary powy być wykoywae we wszystkch zadaych położeach zgode ze stadardowym cyklem badaa (rys. ). Każde zadae położee powo być osągae pęcokrote w każdym keruku. Położee zmay keruku powo być wybrae tak, aby pozwolło a prawdłowe dzałae maszyy (osągae określoego zakresu prędkośc posuwu). Poło ee (m = 8) Cykl j ( = 5) Rys.. Stadardowy cykl badaa W przypadku os obrotowych do 360 badaa powy być wykoae w zadaych położeach podaych w tabel. Podstawowe pozycje 0, 90, 80 oraz 270 powy być uwzględoe oraz pomędzy ależy wybrać dodatkowe położea. 5
Tabela. Wybór lczby puktów pomarowych Przesuw pomarowy Najmejsza lczba położeń zadaych 90 3 > 90 80 5 > 80 8 2.5. Ocea przedstawee wyków Wyk pomarów przedstaw sę a arkuszu który powe zawerać: - datę badaa, - azwę obektu badaego, określee os mejsce przeprowadzaa badań, - rodzaj położee przyrządu pomarowego, - rodzaj zastosowaego w maszye apędu układu pomarowego, - prędkość przesuwu, - lczba przebegów pomarowych (, m), - tabelę ze zmerzoym wartoścam położeń, - tabelę ocey parametrów, - parametry lczbowe, - wykres dokładośc Zmerzoe wartośc przedstawa sę w tabel 2. Dla każdego położea zadaego P dla (=5) ajazdów z każdego keruku ocea sę parametry zdefowae w rozdzale 2.2. przedstawa w tabel 3. Natomast poższe parametry powy być określoe lczbowo: - dwukerukowa dokładość pozycjoowaa os A, - jedokerukowe powtarzalośc pozycjoowaa os R R, - dwukerukowa powtarzalość pozycjoowaa os R, - wartość zwrota os B, - średa wartość zwrota os B Poadto ależy sporządzć wykres dokładośc pracy os, którego przykład pokazao a rys. 2 Tabela 2. Zmerzoe wartośc położeń P P P P 2 P 2 P 3 P 3 P 4 P 4 P 5 P 5...... 3. Staowsko badawcze Schemat staowska przedstawa rys. 3. W skład staowska wchodz: - stół obrotowy FNd 320 z slkem krokowym o 000 kroków a obrót, - układ sterujący slkem krokowym ze sterowkem PLC OCS 200, - przetwork pomaru kąta obrotu (przetwork obrotowo-mpulsowy) bezpośred ERO 725 lub pośred ROD 450, - czytk położea ND 26, - komputer do zberaa daych. 6
Tabela 3. Ocea parametrów P x x... x x B s s R R R x + 2s x + 2s x 2s x 2s...... Rys. 2. Wykres dokładośc pracy os 7
Sterowk PLC Komputer Układ ap dowy Slk krokowy :2 ROD 450 ND 26 :90 ERO 725 Opcja Stół obrotowy Rys. 3. Schemat staowska badawczego 4. Przebeg ćwczea - zamotować przetwork pomarowy a specjalym trzpeu osadzoym w geźdze stożkowym stołu, - wyregulować położee tarczy pomarowej przetworka przy pomocy czujka mkroowego tak aby bce osowe a krawędz tarczy było e wększe ż +/- 0.0 mm oraz bce promeowe e wększe ż +/- 0.00 mm, - zamotować głowcę czytającą a specjalej podstawce tak aby odległość głowcy czytającej od tarczy wyosła 0.2 mm (ależy skorzystać ze specjalego szczelomerza), - połączyć układ pomarowy zgode ze schematem rys. 3, - ustalć lczbę wartośc puktów pomarowych do os obrotowej 360, - dokoać pomarów zgode z cyklem stadardowym (rys.) zapsując wskazae położea w tabel 2, 5. Sprawozdae Sprawozdae powo zawerać: - datę ćwczea r grupy podgrupy, - azwska osób borących udzał w ćwczeu, - arkusz pomarowy tabela 2, - oblczea ocey parametrów dokładośc zgode z tabelą 3, - wykres dokładośc pozycjoowaa os, - wyzaczoe parametry dokładośc A, B, R, R, R, B, - wosk. 6. Wymagaa Przed przystąpeem do ćwczeń ależy zapozać sę z przedmotem ormy ISO-230 (pukt 2) 7. Lteratura. Norma ISO-230 8