Обрабатываемых деталей

Средства активного контроля

Контроль силовых параметров

Измерение сил и моментов, возникающих в процессе обработки на станках, необходимо для наблюдения за процессом резания и его оптимизации в системах адаптивного управления, а также для предохранения ответственных узлов станка и инструмента от воз­можных перегрузок. Наибольшие трудности при встраивании датчиков в конструкцию узлов станка возникают в связи с тем, что основные характеристики элементов станка (жесткость, виброустойчивость) не должны сильно изменяться, а также не должны сужаться технологические возможности и универсальность обо­рудования.

Большинство методов измерения силовых параметров основаны на преобразовании упругого перемещения, возникающего под действием силы или момента, в соответствующий электрический сигнал. Искусственное снижение жесткости для получения уп­ругого перемещения значительной величины в большинстве случаев для станков недопустимо; поэтому датчики упругих пере­мещений должны обладать вы­сокой чувствительностью. При записи нагрузок в переходных процессах, связанных, напри­мер, с врезанием и выходом инструмента, необходимо высо­кое быстродействие датчиков. Постоянная времени, как пра­вило, не должна превышать 0,002...0,005 с. Контроль сило­вых параметров в станках с ЧПУ и с адаптивным управле­нием должен обеспечивать вы­сокую надежность с наработкой на отказ не менее 350...400 ч.

В качестве датчиков при измерении упругих перемещений в станках наибольшее распространение получили полупроводни­ковые тензорезисторы (кремниевые и германиевые) и магнитоупругие датчики, использующие эффект магнитострикции. Ин­дуктивные, фазоимпульсные и некоторые другие типы датчиков применяют главным образом в предохранительных устройствах, ограничивающих допустимые значения сил и моментов.

Контроль деталей при их обработке на станках получил на­звание активного контроля на том основании, что результаты измерения всегда используют как дополнительную информацию для системы управления станком. Принципиальная сложность измерения детали в процессе обработки состоит в том, что изме­ряется уже обработанная поверхность. Таким образом, резуль­таты измерения могут быть использованы лишь для управления последующей обработкой (для других деталей или других по­верхностей обработки). Лишь в тех случаях, когда при обработке на станке осуществляется постепенный подход к заданному раз­меру, как это имеет место при врезном шлифовании, или обра­ботка ведется за много проходов, можно использовать результаты измерения для управления точностью обработки на станке. Именно в силу этого обстоятельства системы активного контроля получили наибольшее распространение в шлифовальных станках.

Контактные датчики при подходе к заготовке дают сигнал о переходе с ускоренного перемещения на рабочую подачу. При шлифовании ступени на детали датчики дают команду на ограничение продольной подачи при сходе со сту­пени или упирании датчика в торец соседней ступени большего диаметра. При врезном шлифовании датчики могут быть исполь­зованы для подачи команды на выключение поперечной подачи в тот момент, когда диаметр обрабатываемой детали достаточно близок к заданному. Измерительную головку с соответствующими датчиками, преобразующими тот или иной сигнал, как правило, в электри­ческую величину, располагают в непосредственной близости к обрабатываемой детали. Образованный в процессе резания раз­мер измеряется непрерывно или периодически. Результаты из­мерения усиливаются и передаются в систему управления.

Средства активного контроля обычно различают по типу дат­чиков, используемых в измерительной головке.

Измерительные головки с электроконтактными дат­чиками отличаются значительными габаритами, и поэтому их чаще используют для периодического контроля путем ввода головки в зону обработки. Кроме того, устройства этого типа при­меняют для контроля деталей, перемещенных из зоны обработки в специальную измерительную позицию.

Используют различные варианты схем измери­тельных головок с двумя контактами. Общим в этих схемах яв­ляется то, что один из контактов жестко связан с корпусом измерительной головки, а другой имеет одну степень свободы. Относительное перемещение контактов фиксируется датчиком — электроконтактным, фото­электрическим, индуктивным. Встре­чаются измерительные головки с тремя контактами, которые используют обычно для контроля длинных валов, поскольку при измерении эти головки могут перемещаться вдоль оси вала и нет необходимости в поперечной подаче.

В качестве примера реализации средств активного контроля рассмотрим устройство для контроля размеров в процессе обработки на круглошлифовальном станке (рис. 25).

Рис. 25. Устройство для контроля размеров.

На измерительной позиции I изменяющийся размер заготовки 8контролируется измерительной головкой 9 с преобразователем 1, расположенной на подвеске 10. Сигнал, снимаемый с преобразователя 1, усиливается в усилителе 2, поступает на показывающий прибор 3 и в триггерно-релейный блок II состоящий из триггера ТГ1 и реле P₁. После замыкания контактов реле P₁ сигнал через релейный усилитель (реле P₂ блока III) поступает на исполнительный электромагнит 6, перемещающий золотники распределения 7. При смещении золотников включается гидропривод обратного хода исполнительного механизма IV и шлифовальная бабка 4 начинает отходить от детали. Для создания рабочей подачи бабки 4 служит гидропривод прямого хода 5.

Рис. 26. Устройство для автоматической поднастройки бесцентрово-шлифовального станка

Рассмотрим устройство для автоматической поднастройки бесцентрово-шлифовального станка (рисунок 26), где достигается требуемая точность диаметральных размеров поршневых пальцев автомобильного двигателя. В момент, когда обработанные пальцы попадают на призму 1, наконечник измерительного штифта 2 приходит в соприкосновение с измеряемой поверхностью пальца и, перемещаясь, поворачивает рычаг 3. Если увеличивающийся диаметр обработанного пальца достигает контрольной границы, рычаг 3 замыкает контакт 4, включая тем самым реле времени, находящееся в шкафу 5. Реле, срабатывая, включает соленоид 6, который вводит в действие механизм, подающий ведущий шлифовальный круг в направлении к шлифующему, чем и достигается уменьшение диаметров обрабатываемых пальцев. Механизм приводится в действие от электродвигателя 7. В результате произведенной автоматической поднастройки диаметр пальцев начнет постепенно уменьшаться и измерительный штифт 2 начнет постепенно спускаться, поворачивая рычаг 3, который сначала выключит контакт 4, а затем включит контакт 8, выключая механизм подачи, сообщающий перемещение ведущему кругу. Контрольные границы размеров пальцев устанавливаются с помощью контактов 4 и 8, регулируемых винтами.

Активный контроль в процессе обработки отверстий применяют на операциях внутреннего шлифования и хонингования. Особенность процессов обработки — сложность доступа к контролируемой поверхности из-за размещения внутри отверстия обрабатывающего инструмента (шлифовального круга или хона). В связи с этим предпочтение отдается таким измерительным схемам, при которых чувствительные элементы контрольного устройства, воспринимающие контролируемый размер, занимают минимальный объем. Наиболее проста одноточечная схема измерения (рисунок 27, а). Измерительное устройство, построенное по двухточечной измерительной схеме (рисунок 27, б), требует большого свободного пространства, хотя погрешность измерения при этом методе меньше.

Рис. 27. Схемы измерений

Известны устройства, построенные по трехточечной измерительной схеме (рисунок 27, в). Измерительный рычаг 1 с помощью шарнира крепится к корпусу 5 устройства. Последний вводится внутрь отверстия и базируется по его поверхности опорными наконечниками 2.Корпус через рычаг подвески 4 крепится к станку. С корпусом соединен преобразователь 3, измеряющий перемещение рычага относительно корпуса, пропорциональное контролируемому изменению диаметра отверстия.

Широкое распространение для активного контроля обрабатываемых деталей получили системы бесконтакт­ного измерения с расположением в зоне обработки только датчи­ков и удалением из этой зоны всех остальных блоков контроль­ного устройства.

Пневматические устройства отличаются высокой точностью измерения и удобны для дистанционного измерения в труднодоступных местах. К недостаткам этих устройств следует отнести необходимость в системе питания с тщательной очисткой воздуха и стабилизацией давления. Кроме того, пневматические устрой­ства имеют ограниченное быстродействие (десятые доли секунды), что является нередко их достоинством, так как предопределяет нечувствительность к высокочастотным вынужденным колебаниям. Невысокое быстродействие пневматических измерительных устройств оказывается выгодным и тогда, когда необходимо за­фиксировать усредненное значение измеряемого размера.

В устройствах активного контроля на станках применяют обычно схемы манометрического типа, принцип действия которых подобен аэростатическим опорам. При изменении зазора между измерительным соплом и контролируемой деталью изменяется сопротивление на выходе воздуха и соответственно изменяется давление в измерительной камере. На определенном участке зависимость изменения давления при изменении зазора близка к линейной. Этим и определяется воз­можный предел измерения и соответ­ствующая чувствительность датчика. При обычно используемых давлениях воздуха (1...2 кгс/см²) предел измерения равен 40...100 мкм.

Фотоэлектрические устройства для бесконтактного измерения обрабаты­ваемых деталей перспективны в силу того, что все блоки могут быть удалены от рабочей зоны. В фотоэлектрических устройствах активного контроля поток излучения от источника света воспри­нимается фотосопротивлением (фоторезистором). Часто применяют дифференциальные схемы, работающие по методу выравнивания потоков и фиксации перемещения экрана в соот­ветствии с размером обрабатываемой детали. В качестве источ­ника излучения могут быть использованы оптические квантовые генераторы (лазеры).

Оригинальное фотоэлектрическое устройство, ис­пользующее принцип максимальной освещенности, разработано в Московском станкоинструмен­тальном институте. От источ­ника света поток фокусируется на поверхности обрабатываемой детали, и после отражения регистрируется фоторезистором. При изменении размера детали изменяется освещенность и соответст­венно из­меняется ток фоторезистора. Погрешность измерения вращающейся детали при обработке на токарном станке не превышает ±0,02 мм. При автоматиче­ском контроле ручное перемещение кронштейна заменяют возвратно-поступа­тельным перемещением от гидравлического или электромеханического при­вода.

На станках с числовым программным управлением средства активного контроля должны иметь возможность быстро в авто­матическом режиме переналаживаться на измерение деталей различных размеров, желательно в достаточно широком диапа­зоне.

При обработке деталей на автоматических станочных системах из многооперационных станков с управлением от ЭВМ контроль и измерение осуществляются на координатных измерительных машинах с ЧПУ. Эти машины легко переналаживаются на из­мерение деталей различной формы в широком диапазоне контро­лируемых размеров.

Дата добавления: 2014-12-27