Что такое перпендикулярность линейных направляющих и как ее измерить?

Перпендикулярность линейной направляющей описывает, насколько близко одна направляющая ось, ось движения или опорная точка образуют отношение под углом 90 градусов к другой указанной привязке. Чаще всего это проверяется между осями движения X и Y машины, где это также называется прямоугольностью или ортогональностью осей.

Перпендикулярность не следует путать с параллельностью двух рельсов, установленных на одной оси. Две направляющие, поддерживающие один подвижный стол, обычно располагаются параллельно. Две разные оси движения, такие как X и Y, обычно считаются перпендикулярными.

Если оси X и Y не прямоугольны, машина все равно может двигаться плавно, но заданная геометрия может быть искажена. Запрограммированный квадрат может стать параллелограммом, а круговая траектория может иметь геометрическую ошибку направления, даже если каждая отдельная ось точно позиционируется по своему собственному ходу.

Что означает перпендикулярность

Этот термин может описывать несколько различных отношений. Чертеж, план проверки или спецификация машины должны точно указывать, какая линия, плоскость или ось движения контролируется.

Эти отношения требуют различных настроек измерения. Результат является неполным, если не указаны контролируемый элемент, опорная точка, направление измерения и оцененная длина.

Перпендикулярность против параллелизма

Параллельность и перпендикулярность — это связанные элементы управления выравниванием, но они решают разные проблемы.

Перед проверкой перпендикулярности XY каждая ось уже должна иметь приемлемую прямолинейность, а параллельные рельсы внутри каждой оси должны быть выровнены. В противном случае показания перпендикулярности могут включать ошибки из нескольких разных источников.

Информацию об измерении рельсов, установленных в одном направлении, см.как измерить параллельность линейных направляющих.

Как ошибка перпендикулярности влияет на движение

Эффект зависит от того, какое соотношение неверно.

Когда оси движения X и Y не являются квадратными:

• Квадратный путь может стать параллелограммом.
• Тест с круговой интерполяцией может выявить геометрические искажения.
• Детали, обработанные в разных направлениях осей, могут не соприкасаться под заданным углом.
• Результаты проверки могут различаться в зависимости от направления измерения.

Если опорные точки крепления рельса не перпендикулярны или расположены неправильно:

• Рельс может не полностью прилегать к обеим опорным поверхностям.
• Затягивающие болты могут деформировать рельс или оттянуть его от заданной точки отсчета.
• Подвижная пластина может создавать дополнительную моментную нагрузку на каретки.
• Конечное направление оси может отличаться от чертежа машины.

Ошибка прямоугольности XY не обязательно затрудняет перемещение каретки, поскольку каждая ось может оставаться внутренне прямой и параллельной. И наоборот, привязная каретка чаще связана с параллельностью рельсов, изменением-высоты крепления, загрязнением или искажением пластины, чем с 90-градусным соотношением между отдельными осями.

Сначала определите измерение

Прежде чем выбрать инструмент, определите следующую информацию:

• Какая ось, боковая грань рельса или монтажная плоскость является контролируемым элементом?
• Какая ось или поверхность является исходной точкой?
• Требуются ли геометрия компонента или фактическое движение каретки?
• На какой длине измерения оценивается результат?
• Должен ли результат сообщаться в мм, мм/м, микрометрах или угловых единицах?
• Какая температура и условия-нагрузки машины применимы?

Измерение обработанных монтажных кромок не доказывает автоматически, что конечные оси движения перпендикулярны. Посадка рельса, затяжка болтов, изменение каретки, деформация стола и регулировка сборки могут изменить геометрию завершенного движения.

Метод 1: Квадратный и циферблатный индикатор

Калиброванный прецизионный угольник и циферблатный испытательный индикатор представляют собой практический метод проверки прямоугольности двух относительно коротких осей станка. Уголок должен иметь достаточную точность для требуемого допуска станка.

Основная процедура для этапа XY:

1. Очистите контактные поверхности стола, угольника и индикатора. Удалите стружку, заусенцы и остатки смазки, которые могут привести к наклону квадрата.
2. Установите ось X-в качестве опорного направления движения.
3. Поместите прецизионный угольник на стол станка и выровняйте одну рабочую грань параллельно перемещению оси X-.
4. Установите циферблатный индикатор на подвижный элемент оси Y- так, чтобы щуп контактировал с перпендикулярной рабочей поверхностью квадрата.
5. Переместите ось Y-на заданную длину проверки, записывая значения индикатора.
6. Повторите измерение, чтобы проверить повторяемость, затем переверните или измените положение угольника, где это необходимо, чтобы выявить ошибку угольника или установки.

Изменение индикатора представляет собой боковое отклонение по измеренному ходу оси Y-после того, как квадрат был правильно совмещен с опорной осью X-. Квадрат не должен перемещаться во время перемещения оси.

Метод 2: Оптическое измерение

Для машин с более длинным ходом и более высокой-точностью может потребоваться автоколлиматор, лазерный интерферометр с подходящей оптикой угла или прямолинейности или лазерный трекер. Простой лазерной указки или линейного лазера недостаточно для отслеживаемого высокоточного-измерения перпендикулярности.

Типичный оптический процесс включает в себя:

1. Установите направление или угловое поведение первой оси движения.
2. Измерьте направление второй оси в той же системе координат.
3. Рассчитайте угловое соотношение между двумя подобранными направлениями движения.
4. Повторите прогоны в обоих направлениях движения, чтобы оценить повторяемость и эффект реверса.
5. Примените процедуры защиты окружающей среды и компенсации, установленные производителем прибора.

Оптические методы уменьшают зависимость от короткого физического квадрата и полезны для длинных осей станка. Их точность по-прежнему зависит от настройки приборов, температуры воздуха, температурных градиентов, вибрации и правильной интерпретации измеренных осевых векторов.

Метод 3: КИМ или лазерный трекер

Координатно-измерительная машина или лазерный трекер могут оценить перпендикулярность, измеряя точки вдоль двух опорных объектов или путей движения и подгоняя линию или плоскость к каждому набору данных.

Общая процедура такова:

1. Определите систему координат станка и необходимые исходные данные.
2. Соберите достаточное количество распределенных точек вдоль первой оси, опорной точки рельса или элемента крепления.
3. Набирайте очки вдоль второго контролируемого объекта.
4. Подберите необходимые линии или плоскости, используя согласованный метод оценки.
5. Рассчитайте угловое соотношение или отклонение перпендикулярности между ними.

Требуемое количество точек зависит от длины элемента, геометрии, неопределенности измерения и стандарта контроля. Фиксированное число, такое как 20 или 30 баллов, не должно применяться к каждой машине.

Проверка КИМ особенно полезна для проверки обработанных оснований, столов и определения местоположения заплечиков перед установкой направляющих. Для фактической перпендикулярности оси движения-установка измерения должна фиксировать движение каретки или стола, а не только статическую геометрию рельса.

Как вычислить ошибку

Для квадратного-и-индикаторного измерения упрощенное отклонение от перпендикулярности можно выразить как:

Когда результат нормализуется до одного метра:

При небольших угловых погрешностях угол можно аппроксимировать соотношением отклонения и длины измерения:

Например, если показатель изменится на 0,012 мм за проверенный ход 600 мм:

Это пример отчетности, а не универсального допуска. Допустимое значение должно определяться конструкцией машины, чертежом, возможностями процесса или применимым стандартом проверки.

Нет универсальной толерантности

Не существует единого допуска перпендикулярности, подходящего для каждой системы линейных направляющих. Ось передачи упаковки, обрабатывающий центр с ЧПУ и координатно-измерительный блок имеют совершенно разные геометрические требования.

Допустимая погрешность зависит от:

• Длина перемещения оси
• Требуемая точность детали или позиционирования
• Расстояние между направляющей и рабочей точкой
• Конструкция машины и термическое поведение
• Точность направляющей и предварительная нагрузка
• Неопределенность измерения
• Наличие компенсации контроллера

В допуске всегда должна указываться расчетная длина. Отклонение 0,01 мм на расстояние более 100 мм не эквивалентно отклонению 0,01 мм на расстояние более 1000 мм.

Распространенные ошибки измерения

Использование непроверенного квадрата

Если квадратичная ошибка близка к допуску станка, в результате невозможно надежно отличить ошибку станка от ошибки эталонного-инструмента. Используйте калиброванный угольник с подходящей неопределенностью.

Не удалось выровнять квадрат по главной оси

Точный квадрат, помещенный на стол, не выравнивается автоматически по оси X-. Сначала необходимо установить одну грань параллельно выбранной главной оси, прежде чем перпендикулярная грань будет использоваться для проверки Y.

Измерение до того, как параллелизм станет правильным

Если две направляющие внутри одной оси не параллельны, движущийся стол может отклоняться или заедать во время движения. Результирующее изменение показателя можно принять за ошибку перпендикулярности.

Игнорирование ошибки косинуса индикатора

Зонд должен касаться эталонной поверхности под правильным углом и оставаться в пределах предполагаемого диапазона измерения. Наклонный стержень индикатора или изменение угла контакта вносят дополнительную погрешность.

Измерение во время изменения температуры

Корпуса машин, квадраты, рельсы и измерительные приборы расширяются при повышении температуры. Дайте оборудованию стабилизироваться и избегайте прямых солнечных лучей, изменения температуры охлаждающей жидкости и местных источников тепла во время точного контроля.

Как исправить перпендикулярность

Метод коррекции зависит от того, связана ли ошибка с монтажным основанием, положением рельса, движущейся конструкцией или калибровкой машины.

1. Подтвердите главную ось.Прежде чем использовать его в качестве эталона, проверьте его прямолинейность и параллельность внутренних рельсов.
2. Осмотрите монтажные поверхности.Удалите заусенцы, вмятины, грязь и выступы вокруг отверстий для болтов.
3. Ослабьте только регулируемую ось.Сохраняйте установленную главную ось фиксированной, пока проверка не покажет, что она также неверна.
4. Отрегулируйте по правильному эталону.Для позиционирования оси используйте обработанный уступ, прецизионный угольник, приспособление или обратную связь по измерениям.
5. Затягивайте постепенно.Соблюдайте указанную последовательность болтов и момент затяжки, проверяя, чтобы ось не смещалась.
6. Еще раз проверьте весь ход.Измерьте в обоих направлениях движения и повторите процедуру после того, как все рельсы, каретки и пластины будут полностью затянуты.

Прокладки можно использовать только там, где это позволяют конструкция машины и направление коррекции. Случайное шиммирование может улучшить одно показание, создавая при этом-деформацию поверхности, погрешность крена или высоты в других местах.

Если требуемая регулировка выходит за пределы доступного диапазона сборки, монтажный выступ или основание может потребовать повторной-обработки. Компенсация контроллера может уменьшить некоторые геометрические ошибки в заданном движении, но не исправляет механическое заедание, плохую посадку рельса или чрезмерную внутреннюю нагрузку каретки.

Рекомендуемый порядок проверки

Логическая последовательность проверок предотвращает ошибку выравнивания, ошибочно принимаемую за другую:

1. Монтаж-плоскостность и чистота поверхности
2. Мастер прямолинейности рельсов
3. Параллельность рельсов внутри каждой оси
4. Движение каретки и сопротивление бегу
5. Перпендикулярность между различными осями движения
6. Полные испытания позиционирования станка и интерполяции

Для проверки-поверхности монтажа см.монтаж линейной направляющей-плоскость поверхности. Полную последовательность сборки см.как установить направляющие линейного перемещения.

Заключение

Перпендикулярность линейной направляющей обычно описывает соотношение 90- градусов между двумя осями движения или между направлением направляющей и заданной базой станка. Он отличается от параллельности рельсов, прямолинейности пути и плоскостности монтажной поверхности.

Прецизионный угольник и индикатор могут обеспечить практичный контроль в мастерской, а оптическое оборудование, КИМ и лазерные трекеры больше подходят для систем с большим перемещением или с более высокой-точностью. Независимо от метода необходимо четко определить исходную точку, длину контроля, погрешность прибора и объект измерения.

DLY поставляет шариковые-типы HD, низкопрофильные-ED, миниатюрные MD и роликовые-типы RD.линейные направляющиес опциями точности H и P. Конечная перпендикулярность машины зависит как от точности направляющих, так и от монтажа, выравнивания и проверки всей системы перемещения.

← Вернуться назад на Блог DLY