Глава 4 Элементы и узлы приборов

 Конструкцию  приборов активного контроля  можно, как правило, разделить на ряд функционально самостоятельных узлов.

     Измерительная оснастка. Это собственно измерительный узел, предна­значенный для непосредственного измерения отклонения обрабатываемого размера путем контактного или бесконтактного “ощупывания”  обрабатывае­мой поверхности или поверхности режущего инструмента и передачи получен­ной информации (как правило, в виде перемещения) на вход первичного изме­рительного преобразователя (индуктивного, пневматического и др.). Измери­тельная оснастка представлена разнообразными механическими конструкциями, зависящими от назначения станка, обрабатываемой детали, технологического процесса и т.п.  (двух- и трехконтактные скобы, одноконтактные головки, седло­образные устройства, пневматические и индуктивные пробки).

     Первичный измерительный преобразователь, предназначенный для преоб­разования отклонения  размера обрабатываемой детали в изменение соответст­вующей физической величины, определяющей принцип измерения (пневмати­ческий преобразователь сопло-заслонка, индуктивный преобразователь, емкост­ный преобразователь, фотоэлектрический преобразователь).

     Электронный блок управления преобразует изменение входной  физиче­ской величины в показания по шкале или цифровому индикатору, в  дискретные  команды, служащие для   управления исполнительными механизмами станка, при достижении обрабатываемым размером определенных установленных границ, а также при выходе каких-либо других параметров (скорости съема припуска, овальности и т.п.) за установленные пределы. Одновременно с управляющими командами обычно выдаются и световые сигналы, выходной аналоговый сигнал постоянного тока или кодированная цифровая информация, соответствующая текущему значению контролируемого размера.

     Устройства питания приборов. Например, устройства очистки и стабилиза­ции давления сжатого воздуха для питания пневматических приборов, стабилиза­ции напряжения для электронных приборов и т.п. Устройства электропитания, как правило, входят в  электронный блок управления,

Ориентирующие (подводящие) устройства и установочные кронштейны предназначены для подвода измерительной оснастки (скобы, головки) в рабо­чее положение и отвода ее после окончании цикла обработки, а также для на­стройки измерительной оснастки на контролируемый размер.

Измерительная оснастка имеет большую номенклатуру державок и измери­тельных наконечников, предназначенных для контроля различных обрабаты­ваемых деталей.

Арретиры. В некоторых случаях, например, при контроле прерывистой по­верхности, при активном контроле на внутришлифовальных станках, необхо­димо предварительно отвести измерительные наконечники от обрабатываемой поверхности. Для этого измерительные устройства снабжают электромагнит­ными или пневматическими арретирами.

4.1  ЭЛЕКТРОННЫЕ БЛОКИ УПРАВЛЕНИЯ

     Блок управления БВ-6230.  Блоками БВ-6230 оснащалась большая гамма приборов активного контроля (БВ-4270, БВ-4116, БВ-4257, БВ-4185 и др.), се­рийно выпускавшаяся  ЧИЗом и ВНИИизмерения. Хотя в настоящее время эти блоки не выпускаются, но большое количество  блоков еще применяют на маши­ностроительных предприятиях.  Кроме того, идеология контроля и управления, разработанная для этих блоков, используется в современных микропроцессор­ных блоках

Блоки управления БВ-6230 работают в составе приборов активного контроля, измерительная оснастка которых содержит дифференциальные индуктивные преобразователи мод. БВ-6067, БВ-6240 и недифференциальные преобразова­тели БВ-6182.

       Рис. 4.1.  Функциональная схема блока управления БВ-6230

Функциональная схема базовой модели блока управления БВ-6230 показана на рис. 4.1. Источник нестабилизированного постоянного напряжения 10 (НН) служит для питания блока реле команд 13 (РК), блокировочного реле времени 12 (РВ) и стабилизатора постоянного напряжения 3 (СН) с генератором синусоидального на­пряжения 2 (Г). Для защиты схемы от помех, возникающих в сети электрического питания, служит фильтр 11 (Ф). От источников 2–3 стабилизированным постоянным напряжением питается схема промежуточного преобразователя, а стабилизиро­ванным переменным напряжением частотой 10 кГц — обмотки индуктивных преоб­разователей 1 (ПВ) и 25 (ПА) и фазовый детектор 6 (ФД).

В случае работы с одним индуктивным преобразователем (ПВ) на вход второго преобразующего канала устанавливаются согласующие резисторы, имитирующие преобразователь ПА.

Если используются два индуктивных преобразователя 1 и 25, то  при необхо­димости их выходные сигналы А и В алгебраически суммируются по схеме ∆ = ± (А ± В). Сигналы преобразователей поступают к двум одинаковым преобразующим ка­налам, на входе которых установлены устройства линеаризации 24 (Л), предназна­ченные для получения линейной зависимости выходных сигналов недифферен­циальных индуктивных преобразователей. Устройства линеаризации не устанав­ливаются при подключении к схеме блока дифференциальных индуктивных преоб­разователей, обладающих линейной характеристикой выходных сигналов.

Для согласования масштаба преобразования сигналов предусмотрены переменные резисторы 23 (М). Согласованные сигналы проходят через предварительные усили­тели переменного напряжения 22 (УП), суммируются устройством 5 (С) и поступают в амплитудно-фазовый детектор 6 (ФД), служащий для детектирования — преоб­разования переменного напряжения в постоянное. Настройка прибора в пределах ±75 мкм осуществляется в канале преобразователя ПК переменным коррекцион­ным резистором 4 (К).

В случае контроля деталей с прерывистой поверхностью детектированный преры­вистый сигнал после усилителя постоянного тока 7 (УПТ) поступает в устройство 21 (ПП), служащее для блокирования ложной информации и обеспечения пере­дачи полезного измерительного сигнала в аналоговой форме на показывающее устройство 19 и формирователи команд 8 и 18 (ФК). При контроле деталей с не­прерывной поверхностью устройство ПП отключается от схемы или не устанав­ливается в блок управления.

Прецизионный ограничитель 20 (ПО) предохраняет показывающее устройство (микроамперметр) при перегрузке.

Формирователи команд (ФК) преобразуют аналоговый сигнал, пропорцио­нальный текущему размеру обрабатываемой детали, в дискретные сигналы, предназначенные для подачи питания в обмотки электромагнитных реле управ­ляющих команд 13 (РК) и для включения соответствующих светодиодов при дос­тижении обрабатываемой деталью установленных размеров. Регулирование уровней срабатывания команд осуществляется посредством переменных рези­сторов — задатчиков 9, 17. Электрическими контактами реле команд коммутиру­ются электрические цепи в схеме управления станком 14 (ЭС).

Реле времени 12 (РВ) служит для задержки включения командных электриче­ских цепей на период, необходимый для введения наконечников измерительной оснастки в контакт с обрабатываемой деталью. Сигнал запуска реле времени поступает из схемы станка одновременно с выдачей команды на подход измерительной оснастки в контролирующее рабочее положение.По окончании периода задержки от реле времени поступает сигнал в схему 15 (ИА), управляющую подачей напряжения на обмотку электромагнита арретирования 16 (ЭА) контакт­ного наконечника.

Схема ИА формирует кратковременный импульс повышенного напряжения 50 В для быстрого притяжения якоря электромагнита (рис. 4.12). В течение длительного периода удержания якоря питание обмотки электромагнита осуществляется пониженным напряжением 15 В, благодаря чему исключается ее перегрев. По окончании периода задержки установленного на реле времени РВ деблокируются электрические цепи, по которым поступают команды в электрическую систему управления станка.

Наряду с дискретными командами блок БВ-6230 выдает во внешние цепи электрический сигнал АС постоянного тока в аналоговой форме, пропорциональный отклонению контролируемого размера. Номинальная чувствительность сигнала 20 мВ/мкм. Этот сигнал    поступает в систему управления станка.

Блоки управления БВ-6230 разработаны по блочно-модульному принципу с использованием печатных плат. Блоки оснащаются сменными унифицированными узлами, компонуемыми в различном сочетании на постоянных конструктивных базах.

Элементы конструкции блока управления (рис. 4.2) заключены в унифицированный корпус, оболочка которого обеспечивает степень защиты  IР54 по ГОСТ 14254-96.

                          Рис. 4.2. Блок управления БВ-6230

На передней панели блока  размещены:

– светодиод 1 для индикации включения питания блока с помощью кнопки 23 СЕТЬ;

– шкальное показывающее устройство 2 (микроамперметр) с несимметричной  шкалой, служащей для настройки уровней срабатывания дискретных команд и наблюдения за процессом обработки;

– переменные резисторы 6, 9, 16 для настройки уровней срабатывания предварительных команд и резистор 19 для настройки окончательной команды; для визуальной индикации о срабатывании команд служат светодиоды  5, 7, 8, 10;

– кнопка 21, нажатием которой обеспечивается отсчет по точной шкале с ценой деления 0,5, 1 или 2 мкм, а нажатием кнопки 20 — отсчет по грубой шкале с ценой деления 5, 10 или 20 мкм;

– рукоятка 3 многооборотного потенциометра электрической корректировки нуля; корректировка возможна при нажатии кнопки 17 (А ± В), обеспечивающей подключение к схеме блока двух преобразователей А и В для работы в режиме алгебраического суммирования их выходных сигналов;

– кнопка 18 (А) для подключения к схеме блока одного индуктивного преобразователя А;

– светодиод 4 (Реле времени) включается в момент окончания периода задержки срабатывания реле времени РВ, сигнализируя о деблокировании электрических командных цепей, поступающих на станок;

– кнопка 13 (Работа) должна быть нажата для обеспечения функционирования системы прибор — станок в автоматическом режиме работы;

– кнопка 15 (Наладка прерывистая) используется при окончательной настройке прибора по образцовой детали с  прерывистой поверхностью. Кнопка 14 (Наладка гладкая) используется при настройке прибора по образцовой детали с непрерывной поверхностью. При нажатии кнопок 14 или 15 (Наладка) блокируется поступление управляющих команд в схему станка и обеспечивается независимое функционирование прибора и станка в наладочном режиме;

– кнопка 11, при нажатии которой включается светодиод 12 (Арретирование), сигнализирующий об арретировании (отводе) контактных наконечников измерительной оснастки от поверхности контролируемой детали. При отпускании кнопки световой сигнал выключается и контактные наконечники подводятся к детали. Ручное управление арретированием с помощью кнопки 11 блокируется при нажатии кнопки 13 (Работа), определяющей переход в автоматический режим работы;

– кнопка 22 (Грубо), не имеющая фиксированного положения, используется при настройке уровней срабатывания команд, обеспечивая с помощью резистора 3 установку стрелки показывающего устройства против любой отметки грубой шкалы.

На задней панели блока управления размещены органы, которые необходимы при первоначальной наладке прибора, а также розетки для присоединения кабеля связи со  станком, для подключения индуктивных преобразователей и аналогового выхода.

Кроме того,  предусмотрены тумблеры для подключения блока:

– к электрической сети с номинальным напряжением 110 или 220 В и держатель предохранителей на 1 или 0,5 А;

– устройства электронной памяти при контроле деталей с прерыви­с­той поверхностью;

– электрических цепей запуска реле времени РВ от схемы станка.

Имеются тумблеры для переключения полярности выходных сигналов индуктивных преобразователей. Предусмотрены ручки переменных резисторов для юстировки чувствительности сигналов индуктивных преобразователей и для настройки периода задержки срабатывания блокировочного реле времени РВ, а также клемма заземления корпуса блока.

Универсальность блока управления БВ-6230 при сравнительно небольшой серии структурных единиц обеспечила возможность оперативного решения многочисленных специальных задач управления процессом обработки. На базе блока БВ-6230 разработаны электронные блоки для  приборов, управляющих процессом обработки конусообразных прецизионных деталей, ряд исполнений блоков для  подналадчиков к плоскошлифовальным, бесцентрово-шлифовальным и к токарным алмазно-расточным станкам.

      Технические характеристики  блоков  управления БВ-6230:

Количество управляющих команд…………………………….2, 4, 5

Цена деления точной шкалы, мкм…………………………0,5; 1,0; 2,0

Цена деления грубой шкалы, мкм……………………………5; 10; 20

Диапазон показаний по шкале, мкм…..…………… …….от -100 до +500

Диапазон электрического смещении нули, мкм …….. 150 (±75)

Наименьшее время контакта с измеряемой прерывистой

поверхностью, с   ………………………………         0,01

Предел допустимой погрешности (размах) срабатывания команд, мкм:

предварительных  ……………………            0,4–1,5

окончательной …………………………                    0,2

Предел допустимой погрешности настройки окончательной

команды, мкм   …………,…………………………         0,5

Предел допустимого смещения настройки окончательной

команды после 1500 циклов срабатывания всех команд, но

не более 4 ч работы, мкм ………………………..            0,8

Время готовности блока к работе с  момента

включения, мин ……………………………………………………………15

Напряжение питающей электросети

при частоте 50 (или 60) Гц, В ………………….110±11; 220±22

Потребляемая мощность, Вт  ………………………     50

Характеристики реле исполнительных команд:

— контактные группы по каждой команде                       один

переключающий контакт
— разрывная мощность контактов при 220 В

переменного тока, ВА   ………………………………..   …..                    500

Габаритные размеры, мм …………………….      438x416x148

Масса, кг …………………………………..    15

     Микропроцессорный блок БВ-6425.  В НИИизмерения разработана и поставляется автомобильным, подшипниковым  и машиностроительным заводам гамма современных микропроцессорных блоков   БВ-6425 для приборов активного контроля. Блоки разработаны инж. Вороничевым П.П. и Агеевым Ю.В.

Для удобства эксплуатации блок имеет несколько исполнений, предназначенных для  различных станков и технологических процессов. Однако все исполнения выполнены в одном корпусе, имеют унифицированное  аппаратное и программное обеспечение, переднюю и заднюю панель.

                            Рис. 4.3. Микропроцессорный блок БВ-6425

Блок  (рис. 4.3) выпускается в  следующих исполнениях:

— БВ-6425-00  для управления  процессом внутреннего шлифования деталей с непрерывной поверхностью и для приборов осевой ориентации;

— БВ-6425-01 для управления  круглым  шлифованием деталей с непрерывной поверхностью;

— БВ-6425-02  для управления шлифованием деталей с прерывистой поверхностью;

—  БВ-6425-03  для сопряженного шлифования;

— БВ-6425-04  для управления  круглым шлифованием деталей с гладкой поверхностью и одновременно осевой ориентацией;

—  БВ-6425-05 имеет два независимых измерительных канала и предназначен для независимого управления, например,  двумя  шлифовальными бабками.

—  БВ-6425-06 имеет два независимых измерительных канала и предназначен для подналадчиков, например, для торцешлифовальных станков.

Блок обеспечивает питание индуктивных преобразователей, расположенных в измерительной оснастке,  преобразование и суммирование их сигналов,  индикацию результатов измерения на линейной световой шкале  и  цифровом дисплее,  светодиодную   сигнализацию и  выдачу в систему управления  станка релейных управляющих команд, выходного аналогового сигнала постоянного тока и выходного кодового сигнала.

Блок предназначен для работы с дифференциальными и недифференциальными индуктивными преобразователями. Одновременно к блоку могут быть   подключены  от 1 до 4  преобразователей, работающих автономно или с суммированием сигналов.    На катушки преобразователей подается   импульсное напряжение питание.

Блок может работать также  с растровыми фотоэлектрическими преобразователями.

На передней панели блока (рис. 4.4) расположены следующие элементы:

      Рис. 4.4.  Передняя панель микропроцессорного блока БВ-6425

– цифровой дисплей 1, служащий для цифровой индикации контролируемого размера и высвечивающий служебные надписи о режимах настройки и работы прибора;

– шкальный индикатор 2, служащий для отображения результатов измерения. Индикатор имеет две световые линейные светодиодные шкалы со смещенным нулем. Верхняя точная шкала имеет диапазон показаний от минус 10 до +50 мкм и нижняя грубая шкала – от минус 100 до +500 мкм. Минусовые результаты измерения отображаются желтым цветом, плюсовые – зеленым, нуль – двумя штрихами желтым и зеленым. Переключение шкал происходит автоматически по мере изменения текущего размера;

– функциональные и цифровые кнопки 3, 4, 5, 6 и 7  для наладки и настройки прибора;

– светодиоды 8 индикации  срабатывания управляющих команд. В базовом исполнении блок выдает четыре управляющие команды – три предварительные (1ая, 2ая и 3я) и окончательную команду (4ая);

– кнопка и светодиод 9  “Реле времени” (РВ). Реле времени предназначено для того, чтобы не выдавать в цепь управления станка  команды до тех пор, пока измерительная оснастка не займет рабочее положение и ее наконечники не установятся на контролируемой поверхности обрабатываемой детали. Таким образом, РВ предотвращает выдачу ложных команд (не соответствующих размеру детали) в цепи управления станка. РВ может задерживать выдачу на станок всех команд на время до 60 с;

– кнопка и светодиод 10 управления электромагнитным арретиром, расположенным в измерительной оснастке.

На задней панели блока расположены разъемы для подключения индуктивных преобразователей А и В  измерительной оснастки, разъемы аналогового и кодового выходного сигнала и разъем кабеля связи со станком.

Микропроцессорные блоки имеют существенные преимущества по сравнению с  аналоговыми  электронными  блоками, например, мод. БВ-6230.

В микропроцессорных блоках предусмотрена программная линеаризация характеристик индуктивных преобразователей. Линеаризация осуществляется методом кусочно-линейной аппроксимации.  Число точек линеаризации характеристики преобразователя  выбирается от 3 до 31 и зависит от необходимой точности линеаризации, типа преобразователя, диапазона измерения и точности выдачи управляющих команд. Для недифференциальных преобразователей, наример БВ-6182, имеющих существенную нелинейность характеристики (рис. 2.7), выбирается большее число точек,  чем для дифференциальных. При уменьшении интервалов между точками точность  линеаризации  повышается.  Поэтому  на точном диапазоне шкалы вблизи нуля  можно устанавливать меньшие интервалы между  точками  линеаризации, а на грубом – большие.

Дифференциальные преобразователи имеют достаточно линейные характеристики и, как правило, не нуждаются в  линеаризации по большому числу точек. Обычно достаточно 3-5 точек для установки рабочего участка характеристики. Однако, при необходимости повышения точности, например, в приборах для сопряженного шлифования и подналадчиках, можно провести линеаризацию их характеристики по большему числу точек..

Наличие микропроцессора делает блок более универсальным, легко приспосабливаемым к различным технологическим процессам. Изменение числа управляющих  команд,  диапазонов измерения,  цены деления показывающей шкалы и дискретности отсчета цифрового дисплея и т.п. осуществляется перепрограммированием микропроцессора без изменения аппаратной части блока.

Существенным преимуществом блока является замена трансформаторного источника питания на импульсный бестрансформаторный. Такой источник питания обеспечивает устойчивую работу микропроцессорного блока при входном напряжении сети от 100 до 240 В. Это  позволило уменьшить вес блока, его габариты и  нагревание от источника питания.

В блоке предусмотрено  четыре способа выдачи управляющей информации в систему управления  станка:

– релейные  команды  с помощью малогабаритных мощных электромагнитных реле;

– потенциальный выход через оптоэлектронные пары;

– аналоговый выходной  сигнал постоянного тока и

– кодовый сигнал RS-232.

Использование малогабаритных реле позволило снизить вес блока и уменьшить его габариты.

Аналоговый и кодовый выход позволяют подключать блок к системе ЧПУ станка и дают возможность     использовать не только  управляющие команды блока, а передавать на станок сигнал, соответствующий текущему размеру об­рабатываемой детали, который   система ЧПУ станка  может использовать для оптимизации цикла обработки.

Наличие нескольких способов передачи управляющей информации позволяет применять блоки как на универсальных станках с традиционной автоматикой, так и на станках с ЧПУ.

Микропроцессорная схема блока позволяет усложнять цикл обработки, используя большее число управляющих команд  (до  8  команд),  измерять ско­рость съема припуска и вводить дополнительное управление, адаптируя прибор и станок к изменяющимся условиям обработки. Это дает дополнительную возможность существенно повысить точность и производительность обработки.

Микропроцессорные блоки обеспечивают более высокую точность по сравнению с аналоговыми блоками. Благодаря линеаризации характеристики индуктивного преобразователя, отсутствию компараторов, выдающих управляющие команды и более точной цифровой настройке команд с дискретностью 0,1 мкм.

Алгоритм настройки и работы блока и служебные надписи, появляющиеся на дисплее блока, показаны на рис. 4.5.

Блок работает в двух режимах «НАЛАДКА» и «АВТОМАТИЧЕСКАЯ РАБОТА». Переход из одного режима в другой происходит при нажатии кнопки 11  НЛД или кнопки 12 РБТ.   В режиме “НАЛАДКА” осуществляются следующие наладочные операции (рис. 4.5):

 

– корректировка нуля;

– контроль канала А, В и А+В;

– настройка команд;

– настройка Реле времени (РВ);

– настройка Масштабного множителя;

– линеаризация характеристик и настройка чувствительности  индуктивных преобразователей А и В (калибровка);

– блокировка памяти.

Переход от одной операции (режима) к другой происходит при последовательном нажатии кнопки  «Выбор режима». При этом на дисплее 1 появляются поясняющие надписи.    Ввод данных в каждом режиме осуществляется кнопкой “ВВОД”.

В режиме РАБОТА действие всех  кнопок клавиатуры и кнопки “АРР” заблокировано,   кроме кнопки “НЛД” (при ее нажатии прибор перейдет в режим “НАЛАДКА”).

В режиме “РАБОТА”  прибор функционирует в  режиме “А+В” или “А-В”, если используются два преобразователя.

В исходном положении измерительная оснастка отведена от обрабатываемой детали.  Электрическая цепь “Старт цикла” блока управления замкнута (“Исходное    положение”)   электроконтактами   схемы   станка.

В этом состоянии:

– блокируется выдача  управляющих команд на станок,

– обеспечивается возврат схемы блока в исходное положение,

– обеспечивается  арретирование наконечников (наконечники  отведены от детали.

В процессе эксплуатации прибора возникает необходимость периодической корректировки нуля блока вследствие смещения  настройки, в начале смены и т.п.     Например, для смещения нуля на минус 1,2 мкм следует перейти в режим «Наладка» и к операции «Корректировка нуля». Пользуясь цифровой  клавиатурой   (рис. 4.4), набирают требуемую поправку. При нажатии на кнопку “Ввод”, введенная поправка запоминается  и используется при измерении в режиме “Работа”. Причем введенная поправка сохраняется при  отключенном питании блока.

Аналогичным образом настраивают уровни срабатывания управляющих команд.

Блок имеет специальную программу для контроля деталей с прерывистой поверхностью. В процессе шлифования вала, имеющего прерывистую поверхность, на вход электронной схемы прибора поступают чередующиеся сигналы — полезные, пропорциональные размеру вала по выступам, и ложные при западании контактных наконечников во впадины. Электронная схема блока БВ-6425-02 содержит программное устройство, позволяющее воспринимать полезную информацию, не пропуская ложных сигналов.

Программное устройство для контроля прерывистой поверхности  оперируют не с амплитудами напряжений, а с кодами.  Из получаемой в форме кодов информации о размере прерывистой поверхности программное устройство  выбирает несколько значений кодов по заданному в программе признаку, например, одинаковых кодов, соответствующих размеру выступа (на линии В—Г траектории наконечника, показанной на рис. 3.18, за время t3). Информация, получаемая за время t1 подъема наконечника на выступ детали и время  t отрыва наконечника от контролируемой поверхности, игнорируется.  Выбранные  значения  усредняются и передаются в процессор блока. Усредненное значение соответствует размеру выступов обрабатываемой детали за цикл измерения и передается на цифровой индикатор. Программное устройство позволяет в процессе наладки   назначать значения времени t1 подъема наконечника на выступ детали, времени  t отрыва наконечника от контролируемой поверхности и времени t3  положения наконечника, соответствующее размеру детали. Это позволяет  перестраивать блок на контроль детали с разной прерывистой поверхностью при различных технологических процессах.

Технические характеристики   блока   управления БВ-6425:

Диапазон показаний по шкале, мкм                                      60 и 600

Цена деления шкалы, мкм                                                       1 и 10

Дискретность цифрового отсчета, мкм                                       0,1

Диапазон показаний цифрового отсчета, мкм                          ±999,9

Количество управляющих команд                                                   4

Диапазон настройки команд, мкм                         от минус 100 до +500

Предел допустимой погрешности срабатывания

окончательной команды, мкм, не более                                         0,2

Предел допустимой погрешности срабатывания

предварительных команд, мкм, не более                                       1,0

Предел допустимой погрешности смещения настройки

окончательной команды после 1500 циклов измерений,

но не более 4ч. работы, мкм, не более                                            0,8

Аналоговый выходной сигнал постоянного тока

— чувствительность, мВ/мкм                                                      20

— диапазон, В                                                                  от +10 до -2

Кодовый выходной сигнал                                                        RS-232

Диапазоны электрической корректировки нуля, мкм                    ±100

Разрывная мощность контактов командных реле

при  220В переменного тока, ВА                                                           500

Габаритные размеры, мм, не более                                            292х226х122

Масса, кГ, не более                                                                          3,0    

     Микропроцессорные блоки фирмы MARPOSS. Эта известная итальянская фирма выпускает большую номенклатуру микропроцессорных блоков для активного и послеоперационного контроля. Для активного контроля фирма выпускает три основных модификации, которые обеспечивают разнообразные запросы потребителей. Достоинством этой номенклатуры является одновременный выпуск очень простых моделей с минимальным количеством функций и соответственно с низкой ценой и продвинутых многофункциональных блоков.

Простейший блок модели Р1.

Блок предназначен для работы с двумя индуктивными  дифференциальными   преобразователями (Следует отметить, что фирма MARPOSS отказалась от применения недифференциальных преобразователей). Блок снабжен одним отсчетным устройством – стрелочным индикатором. Блок выдает в систему управления  станка четыре управляющие команды и имеет соответственно четыре светодиода на передней панели. Для настройки прибора служит круговой переключатель на восемь положений и две кнопки. С помощью этих элементов можно настроить уровни срабатывания управляющих команд, ввести корректировку нуля, подключить к шкале преобразователь А или В, или их суммарный сигнал. Блок имеет небольшие габариты и малый вес. Блок выпускается в нескольких исполнениях, предназначенных для конкретной операции, например, для внутреннего или наружного шлифования.

Универсальный блок модели Р5. Это программируемая модель, которая может быть использована для  контроля до обработки, в процессе обработки и после обработки. С помощью блока можно осуществлять любые операции по управлению процессом обработки: контроль наружных, внутренних и плоских поверхностей, осевую ориентацию, контроль непрерывной и прерывистой поверхности, подналадку  и др. К блоку может быть подключены до пяти дифференциальных и трансформаторных индуктивных преобразователей. Блок снабжен цветным графическим дисплеем размером 5,5 дюйма, на котором отображаются  результаты измерения, служебная информация, ход процесса обработки, гистограммы результатов контроля и т.п. На передней панели блока расположена удобная клавиатура с функциональными клавишами для программирования и выбора операций контроля и управления.

Многофункциональный блок модели Р5.  Это сложный программируемый блок, обеспечивающий одновременное обслуживание различных измерительных приборов, работающих в комплексе со станком. К блоку могут быть одновременно подключены прибор для контроля заготовок перед их обработкой, прибор активного контроля и прибор для контроля размеров после обработки. Также к блоку могут быть подключены датчики касания и правки шлифовального круга и балансировочные устройства.

С помощью блока можно осуществлять любые операции по управлению процессом обработки: контроль наружных, внутренних и плоских поверхностей, осевую ориентацию, контроль непрерывной и прерывистой поверхности, подналадку  и др. К блоку можгут быть подключены до 8 дифференциальных и трансформаторных индуктивных преобразователей. Блок снабжен цветным графическим дисплеем размером 5,5 дюйма, на котором отображаются  результаты измерения, служебная информация, ход процесса обработки, гистограммы результатов контроля и т.п. На передней панели блока расположена удобная клавиатура с функциональными клавишами для программирования и выбора операций контроля и управления.

4.2        ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ОСНАСТКА

Измерительная оснастка – это важный и ответственный узел прибора активного контроля, который контактирует с  обрабатываемой деталью и от точности и надежности которого зависит результат измерения и точность обработки. Отличительной особенностью оснастки для активного контроля является ее способность работать непосредственно на станке, измеряя быстро перемещающуюся обрабатываемую поверхность (иногда прерывистую),  обливаемую охлаждающей жидкостью. В следующих главах будет подробно описана измерительная оснастка, предназначенная для разных станков и для различных технологических процессов. Следует лишь указать, что из многочисленных конструкций разработанной измерительной  оснастки в настоящее время фирмы остановились на нескольких наиболее распространенных и отработанных модификациях. Это малогабаритные двухконтактные скобы, малогабаритные одноконтактные головки, контактные и бесконтактные пробки и др.

 4.3  АРРЕТИРЫ НАКОНЕЧНИКОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ОСНАСТКИ

В некоторых случаях контактные наконечники измерительной оснастки необходимо отводить от контролируемой поверхности перед их установкой в рабочее положение или после окончания обработки во избежание их поломки.  Это делают при внутреннем шлифовании, при контроле прерывистой поверхности, при осевой ориентации деталей и т.п.  Для арретирования  в  скобы и головки   приборов активного контроля встраивают     электромагниты постоянного тока или небольшие  пневматические цилиндры, предназначенные для отвода  контактных наконечников.

Электромагнит арретирования. На рис. 4.6 показана схема электромагнита с якорем 5 клапанного типа, служащего для арретирования двуплечего измерительного рычага 10, подводимого к поверхности обрабатываемой заготовки 9 и взаимодействующего с  индуктивным преобразователем 7. Усилие на контактном наконечнике обеспечивается пружиной растяжения 2.   Рис. 4.6.  Схема  электромагнита для  арретирования  измерительного    рычага

Магнитопровод электромагнита, состоящий из корпуса (ярма) 1, сердечника 16 и якоря 5, выполнен из электротехнической стали.      Полюсной наконечник 3 сердечника служит для повышения силы электромагнитного притяжения.

В исходном состоянии при обесточенной обмотке 17 установленный на шарнире 8 якорь максимально удален от полюсного наконечника 3 за счет действия возвратной пружины 15, преодолевающей силу пружины 2. При этом толкатель 6 якоря, воздействуя на измерительный рычаг 10, обеспечивает ход арретирования. Поворот якоря ограничивается упором 14.

Арретирование контактного наконечника прибора при обесточенной обмотке обладает преимуществом, так как позволяет исключить возможные механические повреждения механизма измерительной оснастки в случае выхода из строя источника электрического питания 18  электромагнита.    Описанную схему применяют в конструкции ряда приборов, работающих в промышленности.

Силу притяжения якоря электромагнита клапанного типа, имеющего сердечник с полюсным наконечником, можно ориентировочно определить по эмпирической формуле

F = 3(iw)2 √ dп3/10 √2 σ10 3√2ℓс3                                        (4.1)

где F — сила притяжения якоря, мН; (iw)  — магнитодвижущая сила (ампервитки); i — ток в цепи питания обмотки, А; w — число витков обмотки; dп — диаметр полюсного наконечника, мм; ℓс— длина сердечника, мм; dс —диаметр сердечника, мм; σ — воздушный зазор магнитопровода в центре полюсного наконечника, мм. Из формулы (4.1) определяют магнитодвижущую силу

F √ σ3   3√ ℓс

(iw) = 21,71 √ ——————– .                                   (4.2)

√ dп 3

При условии равновесия суммы сил и моментов сил (при ΣF = О и ΣМ = 0) приведенную к центру полюсного наконечника силу определяют по формуле

Fp = P/ k1 · k2 + Σp  или  Fp = Р2 · k3/ k2 + Σp ,                           (4.3)

где Р — усилие на контактном наконечнике 13; Р2 — усилие, развиваемое пружиной 15 якоря электромагнита; k1, k2 и kз – отношения плеч рычагов:  k1=ℓ3 / ℓ1 ; k2  = ℓ4/ ℓ5 ;  k3 = ℓ6 /,5 ; Σp — сумма приведенных к центру полюсного наконечника сил, обусловленных жесткостью спиральных пружин, шарниров подвески и сил трения в кинематических звеньях.

Силовое   равновесие   нарушается   и   обеспечиваются   условия арретирования в случае, если сила арретирования Fа > Fp

Fа = Fp· kзап,                                                                       (4.4)

где  —  kзап  коэффициент запаса, обычно принимаемый в пределах 1,5—2,0.

Для отдельных элементов цикла арретирования необходимые силы притяжения и воздушные зазоры магнитопровода определяют с учетом следующего положения

В исходном состоянии обмотка электромагнита обесточена. Под действием усилия пружины 15 толкатель 6 якоря сообщает наибольший ход арретирования S контактному наконечнику, крайнее положение которого обозначено позицией 12. При этом в центре полюсного наконечника образуется наибольший зазор  σmах, определяемый выражением

σmах  = σmin + (z0  + S · k1) k2 ,                                                 (4.5)

где σmin — минимальный зазор в центре полюсного наконечника, определяемый высотой штифта 4, выступающего из сердечника. Штифт  изготовлен из немагнитного материала; зазор σmin  позволяет снизить до незначительного уровня влияние силы остаточного магнетизма, препятствующей отлипанию якоря от сердечника при обесточенной обмотке; z0 — гарантированный зазор между толкателем якоря и измерительным рычагом для случая касания контактного наконечника 13 с поверхностью окончательно прошлифованной детали.

Зазоры σmin  и z0 устанавливают в пределах  σmin = (0,05 — 0,15) мм и z0 =  (0,25 –0,35) мм.

На следующем этапе цикла арретирования в обмотку подается ток, якорь притягивается к полюсному наконечнику электромагнитным усилием F.  Благодаря этому контактный наконечник, совершив перемещение S1 = S — ∆R, войдет в контакт с поверхностью детали, имеющей припуск на сторону ∆R. При расчетах параметров электромагнита принимают ∆R  = (0,5–0,75)  мм.

Конечному положению контактного наконечника на этом этапе цикла арретирования соответствует позиция 11 (рис. 4.6), а зазор в центре полюсного наконечника σ определяется выражением

σ = σmin + (z0  +  ∆R · k1) k2 ,                                                  (4.6)

При изменении воздушного зазора от σmax до σ якорь находится в контакте с измерительным рычагом. При этом сила, передаваемая измерительным рычагом, и сила притяжения магнита совпадают по направлению. Результирующая сила F1, необходимая для притяжения якоря на этом участке, определяется выражением

F1 = Fp· (kзап – 1),                                                                  (4.7)

На заключительном этапе цикла при изменении воздушного зазора магнитопровода в пределах от σ до σmin перемещение якоря происходит без контакта с измерительным рычагом. Поэтому необходимая сила притяжения достигает максимального значения

F = Fp·kзап.                                                                                 (4.8)

Полученные значения F и σ используют для расчета магнитодвижущей силы (iw) по формуле (4.2).

При выборе основных параметров магнитопровода наряду с необходимостью обеспечения требуемой тяговой характеристики при минимальных габаритных размерах учитывают недопустимость перегрева обмотки при продолжительной подаче тока. Требуемый эффект достигается назначением оптимальных параметров обмотки и режимов ее питания.

По   опыту   проектирования   малогабаритных   электромагнитов
рекомендуется использовать следующие зависимости:

dс = (7,5 –10);   Dвн = dс + (1,5–2);

с = ℓ0 + (1,5–2) + hп ;      Dнар = Dвн + 2 h0 ;

hп  = dс /4 ;    ℓ0 = (1,3 –1,5) dс;

hп  = (0,8 — 1) dс;

где  dс и  ℓс — соответственно диаметр и длина сердечника, мм;  hп — высота полюсного наконечника, мм;   и  Dвн  и Dн — соответственно внутренний и наружный диаметры обмотки, мм;  hо и ℓ0 — соответственно высота и длина обмотки, мм.

Для обмотки применяют медный провод в эмалевой изоляции. Диаметр провода d= 0,1–0,15 мм. Обмотки наматывают на каркас из тефлона и пропитывают изолирующими лаками, что повышает электрическую прочность, влагостойкость и улучшает теплопередачу.

Рядовую обмотку выполняют виток к витку. Число витков в ряду

wp = ℓ0 / d1 — (3 — 4);                                                      (4.9)

Число рядов

n = h0 / d1.                                                                      (4.10)

Число витков обмотки  w = wр n.

Обмотки питаются от источника постоянного тока. Наиболее рациональным является питание на двух режимах. Форсированный режим питания обмотки характеризуется подачей импульса повышенного напряжения Uф= 50 В и течение малого промежутка времени tф = 0,3 – 0,5 с, достаточного для притяжения якоря без нагревания обмотки. Второй режим питания обмотки характеризуется подачей пониженного напряжения питания Uуд=15 В в течение длительного времени, необходимого для удержания якоря электромагнита в притянутом состоянии. График зависимости напряжения питания U от времени цикла арретирования показан на рис. 4.6, позиция 18.

Удобным критерием оценки нагрева электромагнита при длительном включении питания является удельное значение боковой поверхности охлаждения обмотки. Опыт эксплуатации показывает, что обмотка не перегревается, если на каждый ватт выделяющейся в ней мощности приходится 8—10 см2 боковой поверхности обмотки, т.е. 0,12—0,08 Вт/см2.   Мощность электрического тока, Вт,

P = Uу iу                                                                                                (4.11)

Боковая поверхность обмотки

Sб =  π Dн0 ,                                                                  (4.12)

где Dн и ℓ0 — в см.

Критерием отсутствия перегрева является неравенство

Uу iу / Sб < 0,12–0,08.                                                   (4.13)

Если обмотка перегревается, то для сохранения силы притяжения без перегрева существует лишь один путь — увеличение площади окна под обмотку Q = ℓ0 h0.Рис. 4.7. Тяговые характеристики электромагнитов арретирования скобы БВ-3340 и головки БВ-3339

На рис. 4.7 показаны тяговые характеристики малогабаритных электромагнитов арретирования типа БВ-3340.01.010 и БВ-3339.00.020 со следующими параметрами:  dс = 7,5 мм; ℓс = 14 мм; Dвн  = 9 мм; Dнар = 23,5 мм; ℓ0 = 10 мм; d= 0,112 мм; σ = 0,63 мм; w =3260 витков.

     Пневматический арретир. Электромагнитный арретир, расположенный в измерительной оснастке, из-за небольших размеров и малой мощности не позволяют осуществить большой ход измерительного наконечника. Обычно величина арретирования не превышает 2–3 мм. Однако в некоторых случаях, например, при контроле желобов колец подшипников или при контроле внутреннего диаметра шлицевых валов необходимо отвести измерительный наконечник на 10–15 мм от контролируемой поверхности.  В этих случаях применяют пневматический арретир.  Такой арретир представляет собой небольшой пневмоцилиндр с подвижным поршнем или мембраной.  Арретир может быть встроен  в корпус скобы или головки или расположен на них. Пневматический арретир обеспечивает ход наконечника до 15 мм.

          4.4   ПОДВОДЯЩИЕ  УСТРОЙСТВА

Для автоматизации подвода измерительной оснастки прибора к шлифуемой заготовке и возврата в исходное положение по окончании цикла обработки служат подводящие устройства. В большинстве случаев это были гидравлические устройства, питающиеся от гидросистемы станка. К подводящим устройствам предъявляются высокие точностные требования. Они должны подводить измерительную оснастку  в одно и тоже положение с высокой точностью, чтобы обеспечить правильное (без перекосов и смещений) и стабильное положение контактных наконечников на измеряемой поверхности при каждом подводе.

     Гидроцилиндр  БВ-3326.  На автоматических круглошлифовальных полуавтоматах и станках с ЧПУ для подвода двухконтактных скоб применяют гидроцилинды двустороннего действия. Пример гидроцилиндра подвода БВ-3326 показан на рис. 4.8. Гидроцилиндр  выпускается  в четырех модификациях с рабочим ходом  40, 60, 100 и 160 мм.

Масло, поступающее из гидросистемы станка, подводится к гидроцилиндру через основание, изготовляемое с учетом особенностей привязки к конкретной модели станка, геометрических параметров профиля его верхнего стола и координат линии центров шлифуемой детали. Для совмещения подводящих каналов в основании с каналами 8 и 13 служит ориентирующая шпонка 12. Корпус 9 гидроцилиндра к основанию крепят болтами 14

К колонке 1, связанной с монтажной планкой 21, закрепляется в требуемом положении измерительная оснастка 9 (обычно скоба)  прибора. Распределение потоков масла, поступающих в гидроцилиндр в автоматическом режиме работы, осуществляется гидросистемой станка в соответствии с фазами цикла обработки. При сообщении напорной магистрали с каналами 8 и 7 измерительная оснастка перемещается в исходное положение (назад). Плоскопараллельное движение обеспечивается связанными с монтажной планкой 21 штоком 11 поршня 5 и скалкой 10, перемещаемых в направляющих втулках 4 и 15. Для компенсации отклонений межцентрового расстояния между скалкой и штоком служат сухари 23 и 28.

При подаче потока масла через канал 13 измерительная оснастка совершает рабочий ход  к обрабатываемой заготовке. Для замедления скорости перемещения оснастки и исключения удара в конце рабочего хода поток масла, вытесняемый из поршневой полости, дросселируется кольцевым зазором Б.

Фланец 20, закрепленный на торце корпуса гидроцилиндра, снабжен базовыми опорными поверхностями в виде горизонтальной призмы 2 и наклонной плоскости 17.

Точная и стабильная ориентация измерительной оснастки по отношению к обрабатываемой заготовке осуществляется за счет усилия гидравлики, обеспечивающего в конце рабочего хода фиксацию монтажной планки 21 одновременно по пяти базирующим точкам. Четыре точечных контакта образуются в результате прижатия сферических поверхностей 3 регулируемых упоров 25 и 27 к граням базирующей призмы, а пятый контакт возникает за счет касания тороидальной поверхности 22 на буртике с наклонной плоскостью 17.

Совмещение сферических поверхностей регулируемых упоров 25 и 27 с гранями базирующей призмы обеспечивается в процессе наладки гидроцилиндра поворотом фланцев 19 и 26 вокруг оси В. Фиксация после наладочной регулировки упоров 25 и 27 осуществляется с помощью сухарей 18 и 24.

Для удаления воздуха из рабочих полостей гидроцилиндра служит заглушка 6. Манжеты 16 обеспечивают герметичность соединений.

В гидроцилиндр подается масла под давлением 0,15—2,0 МПа.  Точность многократного подвода измерительной оснастки в рабочие положение менее 0,01 мм.

  Подводящие устройства с электроприводом.  На современных станках с ЧПУ все координатные перемещения и подача шлифовального круга осуществляются с помощью электропривода. Гидравлика применяется очень мало и только для вспомогательных операций – подвод измерительной оснастки прибора активного контроля, загрузка деталей и т.п. Поэтому наметилась  тенденция замены гидравлических подводящих устройств на устройства с электроприводом.

4.5  ДЕРЖАВКИ И НАКОНЕЧНИКИ

Измерительная оснастка приборов активного контроля снабжается унифицированными сменными державками и измерительными наконечниками. Державки крепят к концу рычага, выступающему из корпуса скобы или головки, а на другом конце державки установлен измерительный наконечник. Выпускается большая номенклатура державок и наконечников, предназначенных для контроля различных деталей.

Державки должны быть прочные и легкие. Для этого их часто изготавливают пустотелыми из тонкостенных трубок. Державки имеют разную конфигурацию и длину в зависимости от размеров контролируемой детали. Наконечники должны быть износостойкими. Их оснащают твердым сплавом, искусственным или естественным алмазом.

На рис. 4.9 показан комплект державок и наконечников для контроля диаметров валов на круглошлифовальных станках.  Державки надежно крепят к концам рычагов, выступающих из корпуса скобы или головки. На другом конце державок в клеммных зажимах установлены измерительные наконечник. Наконечники снабжены мелкой резьбой М6х0,5 или М8х0,5, что позволяет производить тонкую настройку на размер. Наконечники оснащены искусственными алмазами небольшого радиуса.Рис. 4.9   Комплект державок и наконечников для измерения наружного диаметра.

На рис. 4.10 показан комплект державок и наконечников для контроля диаметров желобов колец подшипников в процессе обработки. В этом случае применяют нерегулируемые наконечники, вынесенные в сторону. Наконечники также оснащают искусственными  алмазами или алмазной крошкой из естественных алмазов. Аналогичную конструкцию имеют державки и наконечники для контроля диаметров отверстий.

Рис. 4.10 Комплект державок и наконечников для измерения   диаметра желоба.