11.3 Прибор для измерения валков прокатных станов

На вальцешлифовальных станках шлифуют и периодически перешлифовывают при их износе валки прокатных станов. Валки имеют  диаметры до 2 м и длину до 8 м.  Особенность валков в том, они имею выгнутую или выпуклую форму, что и обеспечивает равномерную толщину прокатываемого материала. Такая форма валков объясняется их прогибом под собственным весом \(иногда сотни кг), который компенсируют их формой. Причем требования к точности формы валков в поперечном и продольном сечении достаточно высокие. Поэтому при шлифовании валков всегда применяют ручные, полуавтоматические или автоматические приборы для контроля формы валков в поперечном и продольном сечении.

Современные вальцешлифовальные станки оснащены многокоординатной системой ЧПУ и прибором активного контроля с широкодиапазонной измерительной скобой. Это позволяет полностью автоматизировать процесс обработки валков со сложной геометрией поверхности.

Конструктивная схема скобы  показана  на рис. 11.3.1

Скоба смонтирована в  жестком сварном корпусе 1. В скобе

11.7-1        Рис. 11.3.1   Широкодиапазонная скоба для

 вальцешлифовальных станков

установлены две подвижные каретки 7 и 10, служащие для измерения диаметра и устройство 2, служащее для измерения положения оси валка.   Каретки собраны на шариковых безлювтовых направляющих и перемещаются по ним с помощью регулируемого электропривода через безлюфтовой шариковый винт. Каждая каретка снабжена оптоэлектонным линейным энкодером Heidenhain для отсчета ее перемещения.

На каждой  каретке установлено измерительное устройство, состоящее их двуплечего  рычага 8 и 11. На одном конце  рычага находится наконечник 9 и 10, контактирующий с поверхностью обрабатываемой детали, на другом – небольшой высокоточный (погрешность ±0,2 мкм) оптоэлектонная головка Heidenhain типа Metro с линейным энкодером с диапазоном измерения 12,5 мм. Передаточное отношение плеч рычага 1:1.

Четыре оптоэлектонных линейных энкодера скобы соединены с микропроцессорным блоком прибора или непосредственно с системой ЧПУ станка и их выходные сигналы, соответствующие перемещению кареток и рычагов,  суммируются попарно: энкодеры кареток А+В при измерении диаметра и энкодеры рычагов C+D при измерении отклонений формы валка.. Это позволяет производить измерение диаметров валков во всем диапазоне перемещения кареток и измерение продольного профиля валка с помощью измерительных рычагов и их энкодеров при неподвижных каретках.  Рычаги с линейными энкодерами с суммарным диапазоном измерения 25 мм позволяет измерять  профиль валка при неподвижных каретках, так как выпуклость (вогнутость) валков не превышает 12 мм. Это существенно повышает точность измерения профиля.

Скоба 1 установлена на шлифовальной бабке над шлифовальным кругом на жесткой шарнирной подвеске 3 и 4 и подводится в рабочее положение с помощью электродвигателя 5 и винтовых передач. В рабочем положении скоба расположена напротив шлифовального круга по его оси и перемещается вместе с ним вдоль шлифуемого валка.

Каретки скобы перемещаются по параллельным расположенным рядом направляющим, что позволяет сводить измерительные наконечники рычагов практически до контакта и измерять диаметры небольших валков.

Таким образом, при перемещении кареток с рычагами и контакте измерительных наконечников с контролируемой поверхностью валка микропроцессорный блок, суммирует выходные сигналы линейных энкодеров  кареток А+В, позволяя определить  абсолютные  размеры валка. При перемещении рычагов микропроцессорный бло суммирует выходные сигналы энкодеров измерительных устройств С+D, позволяя измерять профиль продольного сечения валка.

Настройка (калибровка) прибора производится следующим образом.    В центра станка устанавливается образцовый валик с точно аттестованным диаметром, соответствующем наименьшему значению диапазона измерения скобы, например, 30 мм. Скоба устанавливается в рабочее поожение (опускается на деталь). Включаются электродвигатели скобы и каретки с рычагами  начинают сводиться. При касании наконечниками скобы измеряемой поверхности настроечного образца, головки еще немного перемещаются до достижения  суммарного выходного сигнала нулевого значения C+D=0 выдается команда на остановку двигателей. С пульта блока управления в его память вводится размер настроечного образца, например 30,0124 мм. Размер запоминается и при измерении  другого диаметра прибор показывает его абсолютный размер. В данном режиме измерительные устройства с рычами  служат нуль-органами.

Прибор работает следующим образом. В начале цикла обработки скоба с раздвинутыми каретками и измерительными устройствами и надвигается в рабочее положение на контролируемую шейку. После установки скобы в рабочее положение каретки с рычагами  сдвигаются и устанавливаются на заданный в программе блока размер контролируемой шейки вала. Каретки  останаливаются и затормаживаются, а измерительные рычаги  разходятся на величину припуска на обрабатываемой детали. В процессе шлифования рычаги  работают как любая двухконтактная скоба, выдавая в блок управления сигнал C+D, соответствующий текущему размеру валка в измеряемом сечении.  В соответствии с заданным циклом обработки и способом обмена информацией, блок выдает в систему ЧПУ станка управляющие команды или  кодовую инфорация для изменения режимов шлифования.

Скоба снабжена также  измерительным устройством 2 с оптоэлектронным линейным энкодером, расположенным напротив шлифовального круга посредине корпуса 1 скобы. Измерительный наконечник 13 устройства контактирует с поверхностью валка и при перемещении скобы вдоль валка позволяет определить отклонение оси обрабатываемого валка  от оси опорных шеек валка, то есть конусность валка. По сигналам, полученным от этого энкодера, система ЧПУ управляет подачей шлифовального круга так, чтобы прошлифованная поверхность валка не имела конусности.

Пять линейных энкодеров прибора  с большими диапазонами измерения делают прибор достаточно гибким и позволяют реализовывать различные измерительные программы.

Описанная скоба является автоматическим измерительным прибором, позволяющим измерять форму и диаметр валка до обработки, в процессе обработки и после обработки и выдавать в систему ЧПУ станка всю информацию о текущем   размере и форме  валка  в продольном и поперечном  сечении.

Интересно и необычно построен технологический процесс шлифования валка. В памяти микропроцессорного блока или системы ЧПУ станка занесена идеальная геометрическая кривая продольного профиля валка и допуски на отклонение профиля, формы поперечного сечения и т.п. В процессе шлифования скоба, перемещаясь вдоль валка, непрерывно определяет отклонение реальной поверхности заготовки валка от заданного идеального профиля.  Используя получаемую  информацию, система ЧПУ выбирает и  изменяет режимы обработки (подачу шлифовального круга), приближая продольный профиль валка к идеальной кривой и добивается их полного совпадения в пределах заданного допуска.

Такая автоматическая система обработки чрезвычайно эффективна и обеспечивает получение валков с заданным профилем рабочей поверхности с высокой точностью и производительностью без вмешательства оператора.

     Также чрезвычайно важна возможность измерения валка после обработки, потому что измерить валок с помощью универсальных средств сложно и ненадежно.