CC BY
77
Калибровка станков с числовым программным управлением с помощью
лазерного трекера VINTAG
Ю.И. Пимшин1, Ю.В. Заяров1, С.М. Бурдаков1, Г.А. Науменко2, Л.В. Постой1
1Волгодонский инженерно-технический институт - филиал национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2Донской государственный технический университет (ДГТУ)
Аннотация: В статье приведены результаты выполненных работ при калибровке металлорежущего станка. Рассмотрена технология выполнения контроля. Сделано заключение, в котором констатируется, что лазерные трекеры, в том числе и измерительная машина марки Vintag изготовляемая фирмой Faro, обладают высокой оперативностью решения задач калибровки. Их программное обеспечение имеет возможность выполнять обработку результатов измерений и подготовку отчетов непосредственно на площадке выполнения работ и выдавать результаты на месте. Обеспечивать точность измерений пространственных координат 0.005-0.01 мм на расстояниях до 10000-15000 мм. Все эти характеристики позволяют рекомендовать машиностроительным предприятиям использование таких и аналогичных измерительных машин для решения задач калибровки металлорежущих станков.
Ключевые слова: Лазерный треккер, измерения, геометрические параметры, прямолинейность, перпендикулярность, метрология, калибровка, метрологические характеристики.
Современное машиностроительное производство характеризуется высоким уровнем автоматизации процесса металлообработки. При этом как правило плазма-, газорезательное оборудование, токарные, карусельные, фрезерные станки выполнены с числовым программным управлением [1, 2]. Для обеспечения метрологического сопровождения машиностроительного производства необходимо ежегодно тарировать вышеперечисленное оборудование. При этом под процессом тарировки понимается определение и оценка двух характеристик это геометрическая точность работающего оборудование и его метрологические свойства. К геометрическим характеристикам относятся параметры прямолинейности направляющих их параллельности, перпендикулярности, горизонтальности, вертикальности, и т.д. К метрологическим параметрам относятся характеристики точности наведения рабочего органа на заданные координаты.
Работы по тарированию перечисленного типа оборудования выполняют с использованием высокоточного измерительного оборудования, одним из которых является класс приборов - лазерные трекеры. Авторами статьи использован такого типа прибор марки Vintag изготовленный фирмой Faro для решения задач тарирования, см. рис.1. Например, для калибровки и контроля геометрических параметров фрезерного станка ИР - 1600МФ4-4 порядок выполнения работ состоял в следующем. Измерительную машину Vintag установили примерно на оси Х-Х. В шпинделе закрепили щуп, состоящий из тетраэдрического зеркала, точно закрепленного внутри поворотной сферы см. рис. 2. При этом диаметр отражателя, используемого в данном комплекте равен 1,5 дюйма (38,1 мм).
Затем последовательно перегоняли салазки вдоль оси Х-Х, шпиндель и колонну вдоль оси Z-Z, шпиндельную бабку вдоль оси У-У, см. рис.3. При этом перестановку вдоль каждой оси выполняли интервалами движения равному 100 мм, который задавался на компьютере станка.
Рис.1.- Лазерный трекер
Рис.2 - Отражатели (щупы) трекера а. О
2 (-)
Рис.3.- Схема контролируемых элементов станка: а - вид сверху; б - вид со стороны шпинделя; О - станция стояния прибора.
При каждой остановке движения осуществляли координирование щупа лазерным треккером. При обработке результатов полевых измерений определялись характеристики несоответствия средней практической величины перемещения ^(интервал) ползунов по соответствующим направляющим - номинальному значению и среднюю квадратическую ошибку ш(поз) позиционирования рабочего органа оборудования. Так для определения этих величин использовали формулы:
у" \(а - а ]
дд _ / IУ (прибора) I) (прибора) 1+1)/ (ном)]
(интервал) " , (1)
т(поз)
1
у" г а - а i2
/ I (прибора) /) (прибора) /+1) J
(2)
где ^(интервал) - величина несоответствия средней практической величины интервала перемещения - номинальному значению; А(прибора) -величина отрезка измеренная при . и (1+1) остановках ползунов станка; А(ставнка) - величина отрезка, измеренная станком при его . остановке; п-количество интервалов; т(поз) - средняя квадратическая ошибка позиционирования.
Так в качестве метрологических характеристик станка получили значения, приведенные в табл.1
Таблица № 1.
Результаты калибровки станка
Калибровка Значение Средняя Величина Средняя
при номинального практическая несоответствия квадратическая
движении шага величина средней ошибка
вдоль оси перемещения, перемещения, мм практической позиционирования,
мм величины -номинальному значению, мкм мкм
Х-Х прямо 100 99.991 -9 ±13
обратно 100 99.992 -8 ±13
У-У прямо 100 99.993 -7 ±33
обратно 100 99.995 -5 ±42
2-2 прямо 100 100.010 +10 ±36
(колонны) обратно 100 100.018 +18 ±35
2-2 прямо 100 100.002 +2 ±30
(шпинделя) обратно 100 100.004 +4 ±43
Примечание:
1. Значение номинального шага (100 мм) перемещения задавался на компьютере станка в диапазоне 0-7500 мм;
2. Практическая величина пошагового перемещения определялась на
каждом интервале, в том же диапазоне, итоговое практическое значение которого составило 0-7499,301 мм.
Геометрические характеристики станка определялись с учетом того, что все измерения, выполненные при калибровке (пример некоторых результатов см. табл.2) осуществлялись в единой системе координат, в соответствии с этим, вычисление параметров осуществлялось по стандартным геометрическим зависимостям и их результаты в графическом виде представлены на рис. 4, рис. 5 [3].
Таблица № 2.
Контроль геометрических параметров при движении колонны вдоль оси Х-Х
№ п\п Условные отметки вдоль оси Х-Х, Н Разность отметок Параметры прямолинейности Накопление величин перемещений воль оси Х-Х, S
Н прямо Н обратно прямо обратно прямо обратно
мм мм мм 5 прямо, мм 5 обратно, мм S теор, мм S прямо, мм S обратно, мм
1 -1.969 -2 0.031 0 0 0 0 0
-1.974 -2 0.026 0 0 100 100 100
9 -1.979 -2.121 0.142 0.024454 -7.72E-12 200 199.9896 200
10 -1.897 -2.045 0.148 -0.00779 -0.02451 300 299.9882 300.007497
11 -1.893 -2.100 0.207 0.004685 -0.0008 400 399.9958 399.985899
12 -1.875 -2.013 0.138 -0.01558 0.041627 500 599.9764 499.992503
-1.868 -2.008 0.140 -0.005 0.025785 600 599.993604
47 -0.792 -0.854 0.062 -0.01119 0.0057 4100 4099.699 4099.7629
48 -0.811 -0.817 0.006 -0.0105 -0.0369 4200 4199.717 4199.7565
76 -0.111 -0.110 -0.001 -0.00953 -0.0075 7000 6999.359 6999.41316
77 -0.108 -0.081 -0.027 -0.05267 -0.01034 7100 7099.359 7099.40468
78 -0.059 -0.050 -0.009 0.011225 -3.10E-12 7200 7199.342 7199.37933
79 -0.036 0 -0.036 -0.01268 0 7300 7299.325 7299.325
80 -0.028 0 -0.028 -0.00167 0 7400 7399.308 7399.308
81 0.000 0 0.000 0 0 7500 7499.301 7499.301
В итоге выполнения работ необходимо заключить следующее. Лазерные трекеры, в том числе и измерительная машина марки Vintag изготовляемая фирмой Faro, обладают высокой оперативностью решения задач калибровки. Их программное обеспечение имеет возможность выполнять обработку результатов измерений и подготовку отчетов непосредственно на площадке выполнения работ и выдавать результаты на
месте. Обеспечивать точность измерений пространственных координат 0,005-0,01 мм на расстояниях до 10000-15000 мм. Все эти характеристики позволяют рекомендовать машиностроительным предприятиям использование таких и аналогичных измерительных машин для решения задач калибровки металлорежущих станков.
Рис.5.- Прямолинейность вдоль оси Х-Х, 8(прямо, обратно), мм
Литература
1. Пимшин Ю.И., Науменко Г. А., Арсеньев Д.М. Анализ геодезических методов контроля геометрических параметров технологического оборудования // Инженерный вестник Дона, 2014, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2742
2. Пимшин Ю.И., Губеладзе А.Р., Арсеньев Д.М. Технический контроль при монтаже технологического оборудования // Инженерный
вестник Дона, 2014, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2014/ 2741
3. Пимшин Ю.И., Губеладзе О.А., Клюшин Е.Б., Заяров Ю.В., Наугольнов В.А., Арсеньев Д.М. Применение лазерного трекера для определения деформационных характеристик защитных оболочек // Безопасность ядерной энергетики: тез. докл. XI Междунар. научн.-практ. конф., 27-29 мая 2015 г. / ВИТИ НИЯУ МИФИ [и др.].- Волгодонск: [Б.и.], 2015.- 1 электнон. опт. диск [СВ^-ISBN 978-5-7262-2114-4.
4. Пимшин Ю.И., Литвинова Л.Ф. О контроле геометрии радиального подкранового пути // «Прикладная геодезия», сб. научн. статей - Ростов н/Д: Рост. гос. строй. ун-т., 1999.- Деп.ВИНИТИ 7.04.99, №1058-В99.-С.15-18.
5. Науменко Г.А. Метрологическое обеспечение геодезических работ, выполняемых при контроле монтажа технологического оборудования // Прикладная геодезия. - Ростов н/Д: РГСУ, 1999.-С.42. Деп. ВИНИТИ 7.04.99, №1058-В99.- С.42.
6. Пимшин Ю.И., Пимшин И.Ю. Исследование методик обработки радиальных поверхностей // «Прикладная геодезия», сб. научн. статей -Ростов н/Д: Рост. гос. строй. ун-т., 2004.- Деп.ВИНИТИ 21.10.2004, №1644-В2004.- С.43-49.
7. Шеховцов Г.А., Шеховцова Р.П. Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений. Н. Новгород: ННГАСУ, 2009. С.46-53.
8. Забазнов Ю.С., Гайрабеков И.Г., Пимшин Ю.И. Геодезический контроль геометрии выравниваемого здания // Инженерный вестник Дона, 2010, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/250
9. Malet J. P., Maquaire O., Calais E. The use of Global Positioning System techniques for the continuous monitoring of landslides: application to the
Super-Sauze earthflow (Alpes-de-Haute-Provence, France) // Geomorphology. - 2002. - V. 43. - №. 1. - pp. 33-54.
10. Schneider D. Terrestrial laser scanning for area based deformation analysis of towers and water damns //Proc. of 3rd IAG/12th FIG Symp., Baden, Austria, May. - 2006. - pp. 22-24.
References
1. Pimshin Ju.I., Naumenko G.A., Arsen'ev D.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2742
2. Pimshin Ju.I., Gubeladze A.R., Arsen'ev D.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2014/2741
3. Pimshin Ju.I., Gubeladze O.A., Kljushin E.B., Zajarov Ju.V., Naugol'nov V.A., Arsen'ev D.M., XI Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf., 27-29 maja 2015 g. "Bezopasnost' jadernoj jenergetiki": tez. dokl. (VITI NIJaU MIFI. XI International scientific and practical conference "Safety of nuclear power"). Volgodonsk, 2015, on СD. ISBN 978-5-7262-2114-4.
4. Pimshin Ju.I., Litvinova L.F. Prikladnaja geodezija. sb. nauchn. Statej. Rostov n/D: Rost.gos.stroj.un-t., 1999. Dep.VINITI 7.04.99, №1058-V99. pp.1518.
5. Naumenko G.A. Prikladnaja geodezija. Rostov n/D: RGSU, 1999. p.42. Dep. VINITI 7.04.99, №1058-V99.
6. Pimshin Ju.I., Pimshin I.Ju. Prikladnaja geodezija. sb. nauchn. Statej. Rostov n/D: Rost.gos. stroj. un-t., 2004. Dep.VINITI 21.10.2004, №1644- V2004. pp.43-49.
7. Shehovcov G.A., Shehovcova R.P. Sovremennye geodezicheskie metody opredelenija deformacij inzhenernyh sooruzhenij [Modern geodetic methods for the determination of deformations in engineering structures]. N.Novgorod: NNGASU, 2009. pp.46-53.
8. Zabaznov 1и.Б., Оа]гаЬек^ Ю., Pimshin 1и.1. 1пйепегпу| vestnik Бопа (Яш), 2010, №4 иКЬ: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/250
9. Malet I. Р., Maquaire О., Calais Е. Geomorphology. 2002. V. 43. №. 1. рр. 33-54.
10. Schneider Б. Рте. of 3rd IAG/12th FIG Symp, Baden, Austria, May. 2006. рр. 22-24.
