Измерительно-управляющие устройства для круглошлифовальных станков

Под активным контролем понимается проверка размера обраба­тываемой заготовки в процессе или после обработки в целях регу­лирования параметров обработки. Средства активного контроля после обработки (подналадки) по результатам измерения подают ко­манду на подналадку шлифовального круга в связи с его изна­шиванием и температурными деформациями системы. Автоматические средства активного контроля обычно называются измерительно — управляющими устройствами (ИУУ).

Автоматическое выполнение размеров достигается при работе до упора и с применением ИУУ. При работе до жесткого упора на точ­ность размера влияют износ и изменение режущей способности круга за период его стойкости, тепловые и силовые деформации станка и обрабатываемой заготовки, при этом обеспечивается точ­ность обработки по 8— 9 квалитетам.

При повышенных требованиях к размерной точности обработки применяют ИУУ для активного воздействия на основе измерения перемещений исполнительных органов станка. Автоматическое регу­лирование предусматривает компенсацию отклонений реального про­цесса от заданного. Регулируемый размер измеряется на выходе. По результатам измерения входная команда исполнительного меха­низма управления изменяется до тех пор, пока выходная величина не достигнет требуемого значения. Отличительным признаком всякой системы регулирования являются замкнутая цепь и устройство обрат­ной связи.

Полный цикл шлифования обычно состоит из нескольких этапов, поэтому для его реализации с минимальными потерями необходимо на протяжении цикла многократно изменять режим обра­ботки. Это осложняется тем, что продолжительность цикла обычно мала. Кроме того, осуществление плавных перемещений при малой скорости и высокой точности представляет технические трудности.

Основными элементами ИУУ являются измерительное устрой­ство, передающий механизм и исполнительный орган станка. Под исполнительным органом станка понимается механизм, восприни­мающий те или иные команды и исполняющий их автоматически механическими, гидравлическими, пневматическими или электри­ческими средствами.

При применении различных измерительных устройств следует учитывать запаздывание выполнения команд, которые составляют по опытным данным (с):

Гидравлические устройства, Электрические устройства. Пневматические устройства Магнитные устройства. . .

Любая система автоматического контроля состоит из измери­тельного и усилительно-преобразующего устройств н исполни­тельного элемента. Измерительный элемент измеряет значение контролируемого параметра и преобразует его в определенный сигнал. Этот элемент является воспринимающим (или чувствительным). Сигнал, полученный от измерительного элемента, поступает в преоб­разующий элемент, в котором он усиливается и воздействует на исполнительный элемент. Последний воспринимает сигнал, возник­ший в результате измерения контролируемого размера. Для изме­рения в процессе шлифования применяются измерительные скобы, которые бывают одно-, двух — и трехконтактпые (рис. 53).

Достоинством одноконтактных скоб (рис. 53, а) является возможность измерения диаметра заготовки с учетом ее биения в центрах, недостатком — трудность установки при измерении. Поэтому такие способы имеют ограниченное применение.

Двухконтактные скобы (рис. 53, б) более удобны. Они устроены таким образом, что измерительный стержень или рычаг подвешен па плоскопараллельных или крестообразных пружинах, что дает возможность избежать трения и износа направляющих. Осуще­ствлять автоматический привод двухконтактных скоб проще, так как при вводе и выводе скоба совершает простое возвратно-посту­пательное движение. Недостатком двухконтактных скоб является затруднительность использования для контроля размера в разных сечениях.

В трехкоптактных скобах (рис. 53, е) использованы два опорных и один измерительный наконечники. Достоинством этих скоб является то, что их можно перемещать вдоль оси детали. К недостаткам при применении в автоматизированном станке относится конструктивная сложность привода для подвода скобы в рабочее положение.

Выбор той или иной конструкции скобы зависит от конфигурации детали, а также от требований к точности, принятой технологии обработки и других факторов. Для уменьшения влияния износа изме­рительных наконечников на точность измерений используют нако­нечники из износостойких материалов и снижают измерительное усилие. Наиболее распространенными являются скобы, работающие по двухконтактной схеме. В качестве преобразователей в ИУУ чаще всего применяются пневматические и индуктивные датчики.

Челябинский инструментальный завод (ЧИЗ) выпускает гамму пневматических приборов активного контроля, построенных на базе дифференциального отсчетно-командного устройства БВ-6060 (рис. 54). Сжатый воздух из сети, пройдя через фильтр и стабили­затор 16, под постоянным давлением вытекает через входные сопла 12 и 13 в камеры сильфонов 11 и 15, служащие чувствительными элементами. Из правого сильфона 11 через воздухопровод 3 воздух поступает к измерительному соплу 4 и вытекает в атмосферу через зазор S между его торцом и заслонкой 1 (регулируемой винтом).

установленной в измерительной скобе 2. В сильфоне 11 создается измерительное давление h, которое зависит от размера контроли­руемой заготовки. Из другого сильфона 15 воздух вытекает

Рис. 54. Схема пневматического прибора БВ-6060

в атмосферу через узел противодавления 14, а в его камере создается постоянное давление /г2. Концы сильфонов жестко связаны карет­кой 17, установленной на параллельно-плоских пружинах 10. Пере­мещение каретки 17 зависит от разности давлений hi и 1ь в сильфо­нах 11 и 15 и передается на стрелку 5 через рычажнозубчатый механизм 6. На каретке 17 установлены два или четыре электро­контакта 8, которые замыкаются при перемещении каретки с регули­руемыми контактами 9, установленными па параллельно-плоских пружинах 7. При дифференциальных измерениях вместо узла проти-

водавлсиия 14 устанавливают второе измерительное сопло, анало­гичное соплу 4. Отсчетное устройство БВ-6060 выпускают с ценой деления 0,5; 1 и 2 мкм на две или четыре управляющих команды.

Индуктивные приборы имеют высокую точность, большие пределы измерения (позволяют производитыдистаиционные измерения), высо­кую стабильность показаний во времени и малую инерционность. Недостатком приборов является некоторая сложность конструкции и необходимость тщательной герметизации измерительного уст­ройства. В индуктивных приборах используется свойство катушек преобразователя менять коэффициент самоиндукции или взаимо­индукции при перемещении его якоря и, таким образом, линейное

Рис. 55. Схема индуктивных преобразо­вателей: а — дифференциальный; б —

недифференциальный

перемещение преобразуется в электрический сигнал. Индуктивный прибор имеет преобразователь, расположенный в измерительном устройстве, и отсчетно-командное устройство, обеспечивающее пита­ние преобразователя и преобразующее его выходной сигнал в перемещение стрелки и в управляющие команды.

На рис. 55 приведена схема индуктивного преобразователя. Соленоидный преобразователь (рис. 55, а) имеет две катушки 3 с об­мотками /, заключенные в магнитопровод 2, и якорь 4, переме­щающийся внутри катушек 3. Для уменьшения габаритных размеров преобразователя и увеличения индуктивности системы магнитопровод и якорь изготовляют из ферритов или пермалоя, а катушки делают бескаркасными. Одинарный преобразователь (рис. 55, б) состоит из круглого ферритового магнитопровода /, ферритовой пластинки 3, служащей якорем, и катушек 2.

Основными измерительными схемами индуктивных приборов ак­тивного контроля являются мостовые схемы переменного тока, ра­ботающие в режиме отклонения. В такие схемы включают дрос­сельные и трансформаторные преобразователи. На рис. 56 показана электрическая схема прибора БВ-4100, выпускаемого Челябинским инструментальным заводом. Катушки дроссельного преобразова­теля БВ-6067 включаются в мостовую схему с обмотками выходного трансформатора ЗГ. Обмотки преобразователя питаются стабилизи­рованным напряжением 1,5 В частотой 9—14 кГц от ЗГ. Равно-
весне моста при одинаковом числе витков, индуктивностях и полных сопротивлениях обмоток преобразователя наступает при среднем по­ложении якоря преобразователя. При перемещении якоря преобразо­вателя от среднего положения, вызванного изменением размера контролируемой заготовки, меняется индуктивность L его катушек, их индуктивное Х[ и полное сопротивление г, и на диагонали моста по­является напряжение, обусловленное разностью полных сопротив­лений 2] и z2 обмоток преобразователя. Переменное напряжение с выхода моста поступает на усилитель напряжения (УН) и далее на фазовый детектор (ФД), который преобразует этот сигнал в постоян­ное знакопеременное напряжение. Постоянное напряжение поступает на усилитель постоянного тока (УПТ) и с его выхода на стрелоч­ный прибор (МА) и на входы формировательиых команд (ФК).

Рис. 56. Функциональная схема индуктивного прибора БВ-4100

Последние являются пороговыми элементами с регулируемым уровнем срабатывания и включают электромагнитные реле при достижении выходным сигналом настроенного уровня. Реле выдают команды в цепи управления станка и включают сигнальные лам­почки отсчетно-командного устройства.

С распространением круглошлифовальпых станков с ЧПУ возрос выпуск широкодиапазонных измерительных устройств. В них исполь­зуют два способа отсчета перемещений измерительных губок, контактирующих с обрабатываемой поверхностью. В одном случае значение перемещения определяют с помощью преобразователя индуктоенна В другом случае губки скобы перемещают с помощью шагового двигателя, а о величине перемещения судят по числу импульсов (шагов), поданных на двигатель.

Широкодиапазонная измерительная скоба для шлифовальных станков с ЧПУ показана на рис. 57. Скобу шарниром 3 крепят к штоку / гидроцилиндра, с помощью которого она вводится в рабочее положение. Скоба имеет две подвижные каретки / / и 20, которые перемещаются по цилиндрическим направляющим 21 с по­мощью шарикового винта 5 с резьбой (левой и правой), и при его вращении каретки 11 и 20 перемещаются навстречу друг другу или расходятся. В каретках установлены разрезные шариковые гайки 12 и 22, конструкция которых позволяет выбрать зазор в шариковой передаче. Винт 5 вращается с помощью шагового электродвига­теля 4 через зубчатые передачи 7—10. Шестерни 8 и 10 этих передач

1 Индуктосин — датчик обратной связи для непосредственного измере­ния линейных и круговых (в делительных столах) перемещений.

выполнены сдвоенными. Такая конструкция позволяет с помощью пружин устранить зазоры в зубчатых передачах. На каретках 11 и 20 установлены губки 13 и 18, снабженные измерительными на­конечниками 14 и 16, контактирующими с обрабатываемой заго­товкой 15. Верхняя губка 13 жесткая, а на нижней подвешен рыча­жок 17 с измерительным наконечником 16 и индуктивный преобра­зователь 19. Скоба работает следующим образом. По команде от программного устройства станка включается шаговый двигатель 4

Рис. 57. Широкодиапазоиная измерительная скоба

и перемещает каретки 11 и 20 к заготовке 15. Когда верхний нако­нечник 14 коснется заготовки 15 и будет перемещаться вниз, кор­пус 6 скобы поворачивается, и упор 23 отходит от планки 2. В это же время нижний наконечник 16 также касается заготовки 15. Рычаг 17 поворачивается и перемещает якорь индуктивного преобразователя 19, пока тот не займет заданное положение. По команде преобразо­вателя 19 шаговый двигатель 4 останавливается, и перемещение губок прекращается. Преобразователь 19 здесь использован как нуль — орган, по команде которого включается и выключается двигатель 4, и губки 13 и 18 перемещаются в соответствии с изменением размера детали. В этом случае размер или изменение размера определяется по числу импульсов, поступающих от генератора в шаговый дви­гатель скобы. Для управления циклом можно использовать также аналоговый сигнал преобразователя 19.

Находят применение измерительные устройства, основанные на электроемкостных методах измерения (электроемкостные дат­чики). Главным элементом в электроемкостных датчиках являются конденсаторы, одна пластина которых неподвижна, а другая связана с наконечником. Изменение емкости таких конденсаторов под воздействием измеряемой механической величины может осущест­вляться либо за счет изменения зазора между пластинами, либо за счет изменения площади взаимного перекрытия пластин при неизменном зазоре. Электроемкостные приборы обладают высокой точностью и надежностью, стабильностью и чувствительностью, ма­лым потреблением электроэнергии. К недостаткам электроемкостных датчиков можно отнести сложность их изготовления и эксплуатации.

Измерительно-управляюшие устройства находят применение для измерения до начала обработки, в процессе обработки, после обра­ботки, они бывают и комбинированными. При измерении до начала обработки заготовки проверяют в целях отсортировки бракованных с предыдущей операции, рассортировывают заготовки по припуску и группируют. Измерение в процессе обработки позволяет следить за изменением размеров и при достижении заданного размера подать соответствующую команду. К достоинствам такого устройства можно отнести возможность автоматизировать цикл обработки, исключить влияние на точность обработки износа круга, тепловых и силовых деформаций станка и детали.

Устройства для измерения после обработки находят примене­ние для проверки годности обработанных деталей, для рассортировки иа размерные группы и для подиаладки и компенсации размерного износа круга, для управления работой станка. Такие устройства часто располагают вне рабочей зоны станка, поэтому они не подвергаются влиянию нагрева и вибрации, действию охлаждающей жидкости. Точность измерения такими устройствами выше, чем измерения в зоне обработки.

При комбинированных ИУУ одно устройство измеряет детали в процессе обработки и управляет автоматическим циклом, а другое — вынесенное из зоны температурных процессов, воздействия СОЖ, абразивной пыли и пр., реагирует на смещение наладки станка, подналаживая первый измерительный прибор.

На рис. 58 изображена конструкция измерительного уст­ройства с быстросменной скобой, разработанной в Алтайском научно-исследовательском институте технологии машиностроения (АНИТИМ). В корпусе измерительного устройства 2 на фторопласто­вых втулках 4 перемещается измерительный шток 5 под воздей­ствием пружины 3 при измерении диаметра заготовки в процессе обра­ботки. Наконечник индуктивного датчика 1 соприкасается с измери­тельным штоком 5 и следит за его перемещением. Индуктивный датчик 1 преобразует механическое перемещение в электрический сигнал и выдает его в электронный блок типа АНИТИМ 357, который преобразует поступающий сигнал в соответствующие команды для измерения режимов обработки или прекращения шлифования по достижении заготовкой требуемых размеров. Измерительное уст­ройство в процессе контроля базируется на поверхности обрабаты­ваемой заготовки при помощи быстросменной скобы 6 с двумя алмазными опорными наконечниками 7 и 8. Наконечник 8 имеет винтовую настройку 9, которая служит для точной установки скобы на заданный размер при аттестации скоб на контрольно-измери­тельном пункте.

Точная установка скобы при ее смене на измерительном уст­ройстве осуществляется за счет цапфы 12, которая входит в базовую призму 13. Относительно базовой призмы 13 при изготовлении изме­рительных устройств устанавливается среднее положение штока ин­дуктивного датчика. Наконечник скобы 11, армированный твердым

18

17 W

сплавом, опирается на штифт серьги 10, а цапфа 12 прижимается к базовой призме 13 усилием деформации стебля 14 при его фиксации на защелку 15. Такая конструкция скобы обеспечивает точную установку се относительно, измерительного штока 5 и одинаковое уси­лие фиксации, создаваемое упругим’ стеблем Г4 скобы 6 как при ее аттестации, так и в рабочем положении, что исключает погрешность установки и обеспечивает изготовление деталей с точностью размера, установленного при аттестации скобы.

Точная установка положения штока датчика / относительно базовой призмы 13 производится механизмом точной настройки по специальной установочной мере. Механизм точной настройки состоит из планки 18, подвешенной на плоских пружинах 19, на которую опирается головка индуктивного датчика /. Перемещение планки 18 микровинтом 16 создает мнкроподачу вертикального перемещения датчика 1. После точной установки положения штока датчика 1 отно­сительно базовой призмы 13 микровинт 16 фиксируется опорным винтом 17 и пломбируется. Цапфа 20 служит для крепления измери­тельного устройства к специальной подвеске плавающего типа, кото­рая устанавливается на станке.

Измерительное устройство с быстросменными скобами не тре­бует дополнительной наладки после смены скобы. Индуктивные дат­чики измерительных устройств взаимозаменяемы. Время, затрачивае­мое на смену скобы, 5 с. Для смены скобы необходимо нажать защелку 15, при этом скоба расфиксируется и снимется. Для уста­новки скобы необходимо деформировать стебель скобы 14 до его установки на защелку 15. Применение измерительных устройств активного контроля с быстросменяемыми скобами позволит исклю­чить трудоемкую и непроизводительную операцию наладки измери­тельного устройства на заданный размер по образцовой детали на станке, а также централизовать настройку, проверку и хра­нение скоб.

В последнее время находит применение на шлифовальных станках устройство цифровой индикации, которое представляет собой табло. На табло высвечивается информация в цифровом виде. Такое устройство позволяет осуществить визуальное наблюдение за теку­щими перемещениями по одному, двум или трем координатам. Блок индикации предназначен для совместной работы с датчиками пере­мещений на базе бесконтактного сельсина, привязав его к ходовому винту. Контролируя вращение ходового винта, сельсин посылает соответствующие сигналы в электронное устройство блока цифровой индикации. Блок обеспечивает индикацию знака координаты контро­лируемого перемещения по отношению к установленному началу отсчета, сброс на нуль показания на индикаторном табло, введение произвольного значения координаты со знаком плюс или минус и дальнейший отсчет от этого значения. Точность индикации 5 мкм.

На передней панели блока индикации расположены кнопки управления и переключатели предварительного набора координат, а также индикаторный прибор для отсчета показаний. Информацион­ным признаком контролируемого перемещения является разность фаз измерительного сигнала, поступающего с выходной обмотки сельсина, и опорного сигнала с той же частотой следования, формируемого в блоке индикации. Измерение разности фаз измери­тельного и опорного сигналов осуществляется в блоке цифровым методом.

Достоинства станков, оснащенных устройствами цифровой инди­кации: повышение точности выполнения размеров; сокращения вре­мени за счет совмещения обработки и измерения; удобство считы­вания всех размеров в одном месте на табло; снижение утомляемости рабочего.