11.4 Измерение валов большого диаметра на шлифовальных станках

Интересно наблюдать за историей развития техники. Приборы, которые казалось уже отжили свой век и перестали выпускаться, неожиданно появляются в новом современном исполнении.

Когда в начале 70х годов прошлого века начали разрабатывать и выпускать шлифовальные станки с ЧПУ для обработки всех шеек ступенчатых валов с одной установки, то возникла необходимость в широкодиапазонном приборе активного контроля для абсолютных и относительных измерений диаметров нескольких обрабатываемых шеек в том числе большого диаметра.

Инженер Тартаковский В.И. (ОКБШС, Харьков) изобрел и внедрил емкостной широкодиапазонный прибор, который выпускался Челябинским инструментальным заводом (ЧИЗ). Прибор устанавливался на шлифовальные станки с ЧПУ Харьковского станкостроительного завода. Прибор был построен на компенсационном принципе и имел высокие метрологические характеристики во всем диапазоне измерения[1].

Аналогичный оптоэлектронный прибор [1] выпускал ВНИИизмерения (Москва), а итальянская фирма  Marposs разработала несколько моделей индуктивных широкодиапазонных приборов.

В дальнейшем все широкодиапазонные приборы перестали выпускать, по-видимому, из-за совершенствования станков с ЧПУ и изменений технологии шлифования.

Однако недавно  фирма Marposs  выпустила гамму широкодиапазонных приборов  активного контроля Protomar line для круглошлифовальных станков c ЧПУ, в том числе для контроля диаметров валов больших размеров (валки прокатных станов, вагонные оси, коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания и др.).  Конструкция прибора  построена по традиционной схеме, но с некоторым существенным усовершенствованием.

  Рис. 11.4.1   Двухконтактная навесная широкодиапазонная скоба

Прибор состоит из двухконтактной навесной скобы, подводящего устройства  и  микропроцессорного блока.

Скоба имеет герметичный корпус, в котором перемещаются на шариковых безлюфтовых направляющих  два штока. На конце каждого штока, выходящего из корпуса, установлена малогабаритная одноконтактная индуктивная головка (рис. 11.4.1), служащая чувствительным измерительным на-

головкаРис. 11.4.2   Малогабаритная индуктивная головка

конечником скобы, а также   нуль органом.

Измерительный  наконечник каждой головки контактирует с поверхностью шлифуемого вала. Штоки с головками перемещаются с помощью одного или двух малогабаритных электродвигателей, расположенных в корпусе скобы. В корпусе скобы также расположен оптоэлектронный инкрементный линейный  энкодер, связанный со штоками. По энкодеру  отсчитываются  перемещения штоков. Энкодер предварительно калиброван и в дальнейшем не нуждается в частой калибровке.

Индуктивные головки имеют строго одинаковые линейные характристики в диапазоне ±500 мкм. Суммарный нулевой выходной сигнал соответствует положению якоря каждого индуктивного преобразователя в геометрическом и электрическом нуле. Выходные сигналы индуктивных преобразователей суммируются по схеме А+В.

В работе, когда штоки скобы с головками сводятся и наконечнки головок касаются измеряемой поверхности и суммарный выходной сигнал достигает нуля (А+В=0), от блока поступает команда на остановку перемещения штоков и цифровой дисплей показывает абсолютный   размер измеряемой шейки вала.

Настройка (калибровка) прибора производится следующим образом.

В центра станка устанавливается образцовый валик с точно аттестованным диаметром, соответствующему наименьшему значению диапазона измерения, например, 20 мм. Скоба устанавливается в рабочее поожение (опускается на деталь). Включаются электродвигатели скобы и штоки с головками начинают сводиться. При касании наконечниками скобы измеряемой поверхности настроечного образца, головки еще немного перемещаются до достижения  суммарного выходного сигнала нулевого значения А+В=0.  Выдается команда на остановку двигателей. С пульта блока управления в его память вводится размер настроечного образца, например 20,0124 мм. Размер запоминается и при измерении шеки другого диамтра прибор показывае его абсолютный размер.

Прибор работает следующим образом. В начале цикла обработки скоба с раздвинутыми штоками и головками устанавливается в рабочее положение на контролируемую шейку.После установки скобы в рабочее положение штоки с головками сдвигаются и устанавливаются по показаниям линейного энкодера на заданный в программе блока размер контролируемой шейки вала. Штоки останаливаются и затормаживаются, а измерительные рычаги головок расходятся на величину припуска на обрабатываемой детали. В процессе шлифования головки работают как любая двухконтактная скоба, выдавая в блок управления сигнал А+В, соответствующий оставшемуся припуску.  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 установлена на манипуляторе  или кронштейне над столом станка и вводится в рабочую зону с помощью электродвигателя или гидроцилиндра. Подводящее устройство обеспечивает правильную и строго постоянную ориентацию скобы относительно детали.

Характеристики прибора показаны в табл. 11.4.1.

Таблица 11.4.1

Минимальный диаметр, мм   10        10 10     50    200
Максимальный диаметр, мм 150 250 450    550   1000
Повторяемость, (2σ)   мкм   1,0   1,5    2,0      2,5    4,0

 

Прибор Protomar line может производить абсолютные и относительные измерения. Абсолютные измерения очень удобны при обработке  ступенчатых валов, так как не требуют настроечных образцов.

Прибор позволяет проводить измерения диаметров валов до обработки, в процессе обработки  и после обработки. Измерение до обработки повышает производительность процесса шлифования, так как позволяет подводить шлифовальный круг почти до касания с обрабатываемой поверхностью на большой скорости, т.е. избежать «шлифования воздуха», и с помощью системы ЧПУ станка запрограмировать  оптимальный режим обработки. Измерение в процессе обработки позволяет обеспечить получение диаметра шейки с заданным допуском. Измерение после обработки  может использоваться для подналадки системы ЧПУ (например, изменение скорости подачи), а также точно измерить все обработанные шейки вала.

Следует отметить, что использование прибора для точного измерения длинного вала большого диаметра прямо на станке с помощью хорошо базированной и жестко установленной скобы – очень важное преимущество прибора, так как измерение такого вала вне станка чрезвычайно сложная задача,  не обеспечивающая необходимой  точности.

Способ измерения, при котором штоки с линейным энкодером, имеющие большую массу, при измерении неподвижны, а измерение обеспечивается скобой из двух малогабаритных индуктивных головок    обеспечивает небольшое измерительное усилие и небольшую массу подвижных частей (рычагов головок), а также позволяет измерять отклонение формы обработанной шейки – овальность двумя головками и биение одной головкой и  контролировать прерывистую поверхность.

Представленный прибор достаточно дорог, но и большие шлифовальные станки, на которые его предполагается устанавливать, не дешевы. Поэтому сложность и высокая цена прибора вполне оправданы.

1   Тартаковский В.И. Погрешность емкостных преобразователей линейных перемещений. Измерительная техника – 1977, №9

2   Высоцкий А.В., Карпович И.Б., Соболев М.П., Этингоф М.И. Приборы автоматического управления обработкой на металлорежущих станках. М, Машиностроение, 1995, с. 328