На станках фрезерной группы мы обрабатываем специальные тестовые образцы. Для обычных трехосевых обрабатывающих центров изготавливается деталь М1, а для полноценных пятиосевых станков — образец М4. После обработки детали измеряются на координатно-измерительной машине.

Такая проверка позволяет увидеть не только отдельные погрешности станка, но и конечный результат совместной работы механики, приводов, системы ЧПУ и настроенной кинематики.

Краткое содержание

1 — Для чего нужны тестовые детали 2 — Образец М1 для трехосевых обрабатывающих центров 3 — Проверка пятиосевых обрабатывающих центров 4 — Гибридный образец М1 и М4 5 — Что измеряется на координатно-измерительной машине 6 — Какие проблемы позволяют обнаружить тестовые образцы 7 — Контроль точности на всех этапах поставки 8 — Подведем итоги

Геометрическая точность станка проверяется на разных этапах сборки и пусконаладочных работ. Для этого используются контрольные оправки, угольники, балки, уровни и другие средства измерения.

Однако такие проверки показывают состояние отдельных элементов оборудования. Например, можно определить правильность перемещения оси, положение шпинделя или взаимную перпендикулярность направлений.

Тестовая деталь позволяет проверить станок уже непосредственно в процессе обработки.

При ее изготовлении одновременно работают:

• линейные оси
• шпиндель
• режущий инструмент
• приводы подач
• система ЧПУ
• поворотные оси, если они предусмотрены
• функции пересчета координат

После измерения готового образца можно понять, насколько точно станок воспроизводит заданную геометрию и нет ли проблем, которые проявляются только во время резания.

На обычных трехосевых обрабатывающих центрах изготавливается тестовая деталь М1 согласно ГОСТ 10791, часть 7.

Размер образца выбирается в зависимости от габаритов оборудования. Это может быть деталь размером 80, 160 или 320 мм. Чем крупнее станок и его рабочая зона, тем большего размера может быть тестовый образец.

Полный образец, предусмотренный ГОСТом, дополнительно содержит центральные и крайние отверстия. По ним можно проверять расстояния между элементами, точность их расположения и соосность.

Но для полноценного измерения такой геометрии требуется координатно-измерительная машина. На предприятиях заказчиков КИМ встречается не всегда, поэтому делать полный образец при каждом запуске оборудования не всегда целесообразно.

Именно поэтому мы используем упрощенную деталь, которую можно проверить обычными ручными средствами измерения.

Почему упрощенный образец удобнее при ПНР

Главная задача тестовой детали при пусконаладочных работах — дать заказчику возможность сразу проверить результат обработки.

Основные размеры упрощенного образца можно измерить микрометром. Это позволяет проконтролировать стороны детали и основные допуски формы и расположения, критичные для оценки геометрии станка.

По результатам измерения можно понять:

• выдерживает ли станок заданные размеры
• одинаковы ли противоположные стороны
• нет ли отклонений по линейным осям
• правильно ли взаимодействуют оси X и Y
• не появились ли проблемы после транспортировки и установки оборудования

Такой образец не заменяет полный контроль на КИМ, но позволяет быстро оценить работу станка непосредственно на предприятии заказчика.

Если у станка кроме трех линейных осей появляются четвертая и пятая координаты, одной детали М1 уже недостаточно.

Речь идет не просто о вертикальном обрабатывающем центре с накладным поворотным столом, а о полноценном пятиосевом оборудовании, например станках серии FIVE.

На таких машинах необходимо проверить не только трехосевую обработку, но и правильность работы поворотных координат.

Он позволяет понять:

• правильно ли настроена четвертая ось
• правильно ли настроена пятая ось
• верно ли заданы кинематические векторы
• корректно ли работает функция RTCP
• сохраняется ли положение инструмента относительно детали после поворота осей
• совпадают ли поверхности, изготовленные при разных положениях стола

Что проверяет образец М4

Образец М4 представляет собой многоуровневую деталь. Разные ее слои изготавливаются с использованием различных сочетаний координат.

Один уровень обрабатывается только в трех осях. На следующем подключается четвертая координата. Еще один слой выполняется уже с использованием пятой оси. На нижнем уровне изготавливаются отверстия при разных положениях наклонно-поворотного стола.

После этого все уровни измеряются относительно друг друга.

Если поверхности, изготовленные при повороте осей, совпадают с базовой геометрией, полученной в трех осях, значит кинематика настроена правильно.

Если появляется смещение, разворот или другое отклонение, можно определить, на каком этапе оно возникло и с какой осью связано.

Для чего проверяется RTCP

При пятиосевой обработке важно не только повернуть стол или шпиндельную голову на заданный угол.

После каждого поворота система ЧПУ должна правильно пересчитать положение инструмента относительно детали. Кончик инструмента должен оставаться в заданной точке, даже если наклонная или поворотная ось изменила свое положение.

За это отвечает функция RTCP — отслеживание положения кончика инструмента.

Для правильной работы RTCP необходимо точно настроить векторы и геометрию поворотных осей. Система должна понимать, где находятся центры вращения и как меняется положение рабочей плоскости при каждом повороте.

Образец М4 позволяет проверить эти настройки на реальной детали.

Мы изготавливаем одинаковые по смыслу элементы при разных положениях осей, а затем сравниваем их. Если квадрат, выполненный с использованием пяти координат, соответствует квадрату, изготовленному в трех осях, значит пересчет выполняется правильно.

Если поверхности не совпадают, необходимо возвращаться к настройке векторов, центров вращения или самой геометрии станка.

ГОСТ допускает изготовление гибридной детали, которая объединяет элементы образцов М1 и М4.

Для этого используется более высокая заготовка. На ней сначала формируются слои, относящиеся к проверке трехосевой обработки, а затем выполняются элементы М4 для контроля четвертой и пятой координат.

В стандартном варианте часть М1 включает несколько уровней:

• нижний базовый квадрат
• слой с наклонными гранями
• повернутый квадрат
• верхний цилиндр

Все они обрабатываются на одинаковую глубину. После этого на той же заготовке выполняются уровни образца М4.

Мы также изготавливаем гибридные тестовые детали, но немного адаптировали их под собственную технологию проверки.

Сначала на пятиосевом центре выполняется отдельный образец М1. По нему проверяется базовая работа трех линейных координат.

После этого проводятся необходимые манипуляции с оборудованием, выполняется настройка RTCP и кинематики четвертой и пятой осей. Затем изготавливается деталь М4.

Но на верхней части М4 мы дополнительно оставляем цилиндрический элемент, относящийся к образцу М1.

Это позволяет повторно проверить трехосевую обработку уже после настройки поворотных координат.

Зачем повторно проверять три оси

Настройка пятиосевого обрабатывающего центра — сложный процесс. Во время работ может меняться положение отдельных элементов, уточняться уровень оборудования или перераспределяться нагрузка на конструкцию.

Например, в одной зоне рабочего пространства станок мог обрабатывать правильно, но после установки дополнительных узлов, изменения нагрузки или перемещения по рабочей зоне могут проявиться другие отклонения.

Поэтому после настройки RTCP важно убедиться, что базовая трехосевая геометрия осталась в норме.

Для такой проверки мы и добавляем цилиндр.

Квадрат не всегда позволяет полноценно оценить взаимодействие осей X и Y. Каждая его сторона обрабатывается преимущественно движением вдоль одной координаты.

При изготовлении цилиндра оси X и Y работают совместно. Поэтому по отклонению от круглости хорошо видно, правильно ли они взаимодействуют между собой.

Если цилиндр соответствует требованиям, а отклонения появляются на уровнях М4, значит проблема, скорее всего, связана именно с четвертой или пятой осью.

Если погрешность появилась уже на цилиндре, необходимо сначала повторно проверить трехосевую геометрию станка.

После изготовления образец отправляется на КИМ.

Координатно-измерительная машина позволяет не просто проверить отдельный размер, а получить полную картину формы и взаимного расположения элементов.

Верхний цилиндр

Сначала измеряется цилиндрическая поверхность.

По ней можно определить:

• фактический диаметр;
• отклонение от круглости;
• положение цилиндра;
• правильность совместной работы осей X и Y.

Цилиндр является важным контрольным элементом, поскольку его форма создается одновременным движением двух линейных координат.

Верхняя плоскость

Затем измеряется верхняя плоскость детали. Она используется как база для дальнейших проверок. Относительно нее можно оценивать положение отверстий и других элементов образца.

Также контролируется сама форма плоскости и отсутствие заметных отклонений.

Центральное отверстие

После этого измеряется центральное отверстие.

Проверяется его размер, форма и положение относительно других элементов детали.

В полном варианте тестового образца центральное отверстие также позволяет оценить соосность и правильность расположения относительно наружной геометрии.

Верхний квадрат

Одна из граней верхнего квадрата принимается за базовую. Сначала проверяется ее форма и прямолинейность. Затем относительно этой поверхности измеряются грани среднего и нижнего уровней.

Так можно понять, насколько поверхности, изготовленные при подключении четвертой и пятой осей, соответствуют базовой геометрии.

Средний и нижний квадраты

Для каждого квадрата измеряются все четыре стороны.

Проверяется:

• прямолинейность каждой поверхности
• параллельность противоположных граней
• перпендикулярность соседних сторон
• положение квадрата относительно верхнего базового уровня
• наличие смещения после поворота осей

Если отклонения появляются уже на среднем уровне, необходимо обратить внимание на четвертую ось. Если средний квадрат соответствует требованиям, а проблемы возникают только на нижнем, проверяется пятая координата, настройка векторов и работа RTCP.

Четыре боковых отверстия

На последнем уровне контролируются четыре отверстия. Измеряется их расположение относительно верхней плоскости и относительно друг друга.

Такая проверка позволяет понять, одинаково ли станок отрабатывает противоположные положения поворотных осей и не появляется ли смещение рабочей системы координат после переворота детали.

Изготовление и последующее измерение деталей М1 и М4 позволяет разделить возможные погрешности по группам.

По образцу М1 можно оценить работу трех линейных координат и их взаимодействие.

По среднему уровню М4 проверяется четвертая ось.

По нижнему квадрату и системе отверстий оценивается пятая ось и правильность пересчета координат при изменении положения детали.

Если все элементы находятся в требуемых пределах, значит станок правильно обрабатывает детали в трех, четырех и пяти координатах.

Если появляется отклонение, сама структура образца помогает понять, на каком этапе оно возникло.

Это значительно упрощает дальнейшую настройку оборудования. Не приходится проверять всю кинематику станка одновременно — можно сосредоточиться на конкретной группе осей.

Проверка станка до отгрузки

Тестовые детали изготавливаются на нашей производственной площадке после сборки и настройки станка.

После обработки образцы измеряются на КИМ. По запросу заказчику может быть предоставлен протокол испытаний с полученными результатами.

Если клиенту недостаточно стандартной проверки, он может приехать на приемку оборудования. В его присутствии мы изготовим тестовую деталь и измерим ее на координатно-измерительной машине.

Так заказчик может лично убедиться, что станок соответствует заявленной точности еще до отгрузки.

Что происходит после доставки станка

Крупные обрабатывающие центры, особенно пятиосевые, могут частично разбираться перед транспортировкой.

На предприятии заказчика оборудование снова собирается, устанавливается и выверяется. После перевозки теоретически могут появиться отклонения, поэтому критически важные параметры проверяются повторно.

Сначала контролируется геометрическая точность с помощью стандартных средств:

• контрольных оправок
• угольников
• измерительных балок
• уровней
• индикаторов

Специалисты проверяют именно те параметры, от которых зависит дальнейший результат обработки.

Если после установки они соответствуют значениям, полученным на заводе, значит геометрия станка сохранилась и тестовая деталь должна получиться с аналогичной точностью.

После этого на предприятии заказчика изготавливается упрощенный образец, который можно проверить доступными ручными средствами измерения.

Почему заказчику нужен протокол испытаний

При покупке станка важно получить не только паспорт с заявленными характеристиками, но и подтверждение того, что конкретное оборудование действительно способно выдерживать эти параметры при обработке.

В протоколе должно быть указано, какая тестовая деталь изготавливалась и по какой методике она проверялась.

Это может быть:

• полный образец по ГОСТу
• упрощенная деталь на основе ГОСТа
• образец, выполненный по техническим условиям
• гибридная деталь для проверки нескольких групп осей

Главное, чтобы заказчик понимал, что именно проверялось и какие результаты были получены.

От этого напрямую зависит уверенность предприятия в том, что станок сможет изготавливать детали с необходимой точностью.

Изготовление детали заказчика

Помимо стандартных тестовых образцов, мы можем изготовить деталь по чертежу заказчика.

Это особенно важно, если предприятие покупает станок под конкретную продукцию и хочет сразу после запуска перейти к серийному производству.

В этом случае к работе подключаются отдел инжиниринга и отдел главного технолога.

Специалисты:

• анализируют чертеж
• разрабатывают технологию обработки
• подбирают режущий инструмент
• определяют схему установки заготовки
• подготавливают управляющую программу
• изготавливают первую деталь
• измеряют ее на КИМ
• при необходимости корректируют технологию

После доставки станка стандартная тестовая деталь изготавливается повторно уже на предприятии заказчика. Затем на оборудовании выполняется и его собственная деталь.

Таким образом, к моменту запуска производства уже подготовлены инструмент, программа и технология.

Предприятию не приходится самостоятельно осваивать обработку с нуля. После завершения пусконаладочных работ можно переходить к выпуску продукции и начинать зарабатывать на новом оборудовании.

Тестовые детали нужны для того, чтобы оценивать станок не только по геометрии его отдельных узлов, но и по реальному результату обработки.

Образец М1 используется для проверки трехосевых обрабатывающих центров. Упрощенный вариант можно измерить микрометром непосредственно на предприятии заказчика.

Образец М4 применяется на полноценных пятиосевых станках. Его разные уровни изготавливаются в трех, четырех и пяти координатах, а затем сравниваются между собой.

По результатам измерения на КИМ можно определить, правильно ли работают линейные и поворотные оси, корректно ли настроены векторы и функция RTCP, а также сохраняется ли точность после изменения положения детали.

Такая проверка дает заказчику главное — понимание того, что станок способен изготавливать продукцию с заявленными параметрами не только на бумаге, но и в реальных условиях обработки.