Глава 7 Приборы для плоскошлифовальных станков

 

 

Активный контроль при  плоском шлифовании применяется значительно реже, чем при круглом и внутреннем шлифовании, так как плоских точных и посадочных поверхностей меньше и время обработки на плоскошлифовальном станке составляет несколько минут.  Однако при обработке  деталей центробежных насосов, торцев колец подшипников, впадин шлицевых валов и т.п. применяют приборы активного контроля и подналадчики.

При  плоском шлифовании на станках с прямоугольным и круглым столом обычно одновременно  обрабатывают большое число одинаковых деталей, расположенных на магнитной плите или на специальном приспособлении. Промежутки между деталями, фаски на их кромках, пазы и отверстия создают разрывы на обрабатываемой поверхности, с которой периодически соприкасается контактный наконечник прибора (рис. 7.1). Даже при обработке одной длинной детали с непрерывной поверхностью, например, направляющих станины, на плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом деталь только периодически оказывается под контактным наконечником прибора.

Практически непрерывную поверхность при плоском или торцовом шлифо­вании можно  наблюдать при обработке торцов прорезных и отрезных фрез, дисковых пил и шестерен, когда их устанавливают по одной детали в центре круглого стола или в специальном патроне.

Длина измеряемой поверхности ℓ при плоском шлифовании определяется длиной гладкого участка обрабатываемой поверхности, проходящего под контактным наконечником прибора (рис. 7.1).

Время нахождения наконечника на гладком участке определяют по формуле

  t = /v, с,

где v — скорость перемещения деталей, мм/с.

Эту формулу используют при контроле деталей на плоскошлифовальном станке с круглым столом или двустороннем шлифовальном станке, работающем торцами кругов (рис. 7.1, в).

При шлифовании длинных деталей на станке с прямоугольным столом, совершающим возвратно-поступательное движение (рис. 7.1, б)

t = t1+ t2,                                 

где t1время нахождения наконечника на гладком участке поверхности за один двойной ход стола, с (t1 = 2a/v); t2время «выстоя» стола при реверсе, с.

Скорость v перемещения стола с деталями на станках с прямоугольным столом в большинстве случаев составляет 10—50 м/мин, а на станках с круглым столом достигает иногда 150 м/мин. При контроле коротких деталей, например,  колец подшипников, время нахождения наконечника прибора на обрабатываемой поверхности может быть весьма мало и составляет иногда t = 0,005 — 0,010 с. Для конструкции прибора кроме этого времени важно также и время прохождения под контактными наконечниками разрыва поверхности между двумя деталями. На станках с прямоугольным столом время между двумя измерениями (прохождение разрыва поверхности) составляет от 1 до 15 с.

Базой для обработки при плоском шлифовании служит, как правило, поверхность магнитной плиты или стола, поэтому измерить непосредственно толщину детали невозможно, так как ее базовая поверхность недоступна для контактного наконечника прибора. Одноконтактную измерительную оснастку  прибора устанавливают на станине или на крестовом суппорте станка. Поэтому на точность измерения оказывают влияние силовые и тепловые деформации станка, а также непостоянство зазора в направляющих стола, на котором устанавливают обрабатываемые детали.

      7.1  ПРИБОРЫ ДЛЯ МНОГОПРОХОДНЫХ СТАНКОВ

При шлифовании деталей на станках с круглым столом иногда применяют приборы с прямолинейными (ножевидными) наконечниками, перекрывающими разрывы обрабатываемой поверхности. Длина а наконечника должна быть больше удвоенной ширины b разрыва поверхности. Обычно принимают

а = (2,2–2,5) b.

Для более надежной работы прибора желательно иметь минимальный зазор в направляющих или безлюфтовую подвеску  измерительного рычага (штока). Наилучшие результаты получаются при направляющих качения, выполненных с небольшим предварительным натягом или при беззазорных направляющих  из плоских пружин.

При применении ножевидного наконечника возникают дополнительные погрешности вследствие его непрямолинейности и непараллельности обрабатываемой поверхности. Использование ножевидных наконечников не исключает колебаний выходных сигналов и стрелки прибора. Погрешность прибора с ножевидным наконечником составляет не менее Δп = 0,02– 0,03 мм.

В настоящее время ОАО «НИИизмерения», «РОБОКОН» и фирма «Marposs» выпускают примерно одинаковые приборы, состоящие из одноконтактной маслонаполненной индуктивной головки и микропроцессорного электронного блока, снабженного программным устройством для контроля прерывистой по­верхности.

 Прибор  мод. БВ-4308  предназначен для  управления  процессом обработки деталей с непрерывной и прерывистой поверхностью по высоте при многопроходном шлифовании на плоскошлифовальных станках с прямоугольным и круглым столом.

Прибор состоит из следующих функциональных узлов:

— блока микропроцессорного  БВ-6425-02;

— головки одноконтактной БВ-3343–01;

—  кронштейна установочного;

– державки с твердосплавным  наконечником.

Схема прибора показана на рис.7.2.

Одноконтактная измерительная головка  БВ-3343-01 закреплена над прямоугольным или круглым столом станка, на кронштейне который обеспечивает настроечное перемещение головки в вертикальном и горизонтальном  направлении.

Рис. 7.2. Индуктивный прибор БВ-4308

Головка 3 смонтирована в герметичном корпусе, в  котором  установлены измерительный рычаг 2,  индуктивный преобразователь  и электромагнит арретирования. Рычаг  установлен на упругом шарнире  в виде участка суженного сечения в цельной металлической пластине.  В качестве измерительного наконечника использован тонкий твердосплавный ролик 1 диаметром около 20 мм. Это обеспечивает плавный безударный подъем наконечника на обрабатываемую деталь, а также возможность многократного поворота ролика при его износе.    В головке  используют индуктивный недифференциальный преобразователь БВ–6182 (см. рис. 2.5). Так как характеристика  преобразователей не линейна,  блок управления снабжен устройством линеаризации.

Электромагнит арретирования  состоит из магнитопровода, якоря  и катушки. Величина арретирования измерительного наконечника (ролика)  составляет 2,0 мм.      Арретирование (отвод наконечника от контролируемой поверхности)  осуществляется пружиной  при обесточенном магните. При подаче тока в электромагнит его  якорь  притягивается и рычаг  освобождается. Головка полностью герметизирована подвижным  и неподвижными резиновыми уплотнениями.

При шлифовании деталей, имеющих прерывистую поверхность, в электронную схему блока управления поступают чередующиеся импульсы, пропорциональные размеру  выступов и  ложные при западании наконечников во впадины. Наличие в блоке управления специальной про­граммы позволяет воспринять экстремальные значения полезных сигналов, соответствующих размеру по выступам обрабатываемой поверхности, и одновременно исключить ложные сигналы при прохождении под наконечником разрыва  поверхности.

Для контроля  прерывистой поверхности головку 3 наполняют демпфирующей жидкостью (ПМС2500, ГОСТ 13032—77). Функция гидравлического демпфирования измерительного рычага заключается в устранении отрыва контактного наконечника от набегающего края выступа шлифуемой прерывистой поверхности и уменьшении скорости его западания в разрыв поверхности.

Головка устанавливлена на вертикальной плите кронштейна (см.рис. 7.2) на поворотных осях без люфта. Плита  поджата к кронштейну  тарельчатыми шайбами. С помощью  винта  головку можно повернуть на небольшой угол для настройки на размер.  Наличие тарельчатых шайб позволяет не фиксировать  головку после настройки.

Рабочий цикл шлифования осуществляется следующим образом.

Головка постоянно находится над плитой станка. Так как при плоском шлифовании часто обрабатывают «черные» детали с разным припуском измерительный рычаг в начале цикла обработки арретирован (поднят). В систему управления станка поступают сигналы “Исходное положение”, “Наконечник арретирован”  и “Прибор готов”. Схема блока находится в исходном состоянии.   Ложные  команды  от блока в станок не поступают.

После установки заготовок на плите станка и нескольких проходов шлифовального круга, когда размер обрабатываемых деталей выравнивается  по команде от станка  срабатывает  электромагнит арретира и освобождает измерительный рычаг,  выдается сигнал запуска РВ (реле времени) блока управления. РВ обеспечивает подключение выходных командных цепей прибора к схеме управления станка с небольшой задержкой (1,5-2 с).

В процессе обработки по мере снятия припуска контактный наконечник опускается, вырабатывается электрический сигнал, пропорциональный текущему значению оставшегося припуска, и  блок  выдает дискретные команды управления рабочим циклом станка.

Иногда на плоскошлифовальных станках обрабатывают детали с припуском до 10-15  мм. В этих случаях для арретирования вместо электромагнита применяют небольшой пневмоцилиндр. Причем  измерительный наконечник опускают на обрабатываемую поверхность, когда снята большая часть припуска.

    Технические характеристики прибора БВ-4308

Диапазоны контролируемых размеров, мм………..    25—500

Квалитет допуска размера по ГОСТ 25346-89                   от 6 до 9

Диапазон показаний цифрового отсчета, мкм                       ±999

Дискретность цифрового отсчета, мкм                                      1,0

Количество управляющих команд                                                4

Измерительное усилие наконечника, Н  .……………………   1,2+0,2

Предел допустимой погрешности (размах) срабатывания

окончательной команды, мкм, не более                                      0,8

Предел допустимой погрешности  срабатывания

предварительных команд, мкм, не более                                    1,5

Предел допустимой погрешности  смещения настройки

окончательной команды после 1500 циклов измерений,

но не более 4ч. работы, мкм, не более                                        1,0

Погрешность обработки при плоском шлифовании больше, чем при других видах шлифования, так как одноконтактное измерение обычно осуществляется от подвижной базы (стола станка), поверхность которой может иметь значительную неплоскостность. На погрешность обработки также влияют тепловые и силовые деформации станка, зазоры в направляющих стола, разогрев и деформация магнитной плиты, на которой расположены обрабатываемые детали, и другие факторы. Некоторые из этих погрешностей являются систематическими и могут быть частично скомпенсированы поднастройкой прибора и станка.

Наибольшее влияние на точность обработки оказывает случайная погрешность Δф, возникающая вследствие неплоскостности поверхности электромагнитной плиты, на которой расположены обрабатываемые детали. Эта погрешность не может быть скомпенсирована при настройке прибора.

У станков с диаметром стола 400–1600 мм или шириной стола более 200 мм неплоскостность поверхности стола (плиты) составляет от 6 до 20 мкм. Поэтому ориентировочно ожидаемую погрешность обработки можно установить по формуле (1.14), используя только две составляющие; погрешность прибора Δп и погрешность от неплоскостности стола Δф:

Δ = 1,5√ Δ2п+ Δ2ф.

На  плоскошлифовальных станках с  приборами активного контроля  погрешность обработки составляет 0,015–0,030 мм.

                  7.2   ПРИБОРЫ ДЛЯ ОДНОПРОХОДНЫХ СТАНКОВ

На однопроходных (продукционных) плоскошлифовальных станках весь припуск снимают за один проход обрабатываемой детали под  несколькими шлифовальными кругами. Эти станки широко применяют в подшипниковой и автомобильной промышленности, в автоматических линиях при крупносерийном и массовом производстве. Их снабжают медленно вращающимся столом с круглой электромагнитной плитой, отдельные секторы которой могут включаться и отключаться независимо друг от друга. На станке установлены две, три или пять шлифовальных бабок с сегментными шлифовальными кругами, работающими своим торцом.

Детали 1, предназначенные для обработки, укладываются или подаются автоматически на движущуюся электромагнитную плиту 4 (рис. 7.3) в сектор, электромагниты которого выключены. При дальнейшем вращенииплиты 4 подается ток в электромагниты  сектора, где уложены  детали 1, и они  закрепляются на плите. Затем  детали проходят последовательно  под первым 2 и вторым 3 шлифовальным кругом. Первый круг   за один проход снимает черновой припуск. Второй   круг 3  за один проход снимает весь оставшийся  чистовой припуск. После этого детали с окончательно обработанной поверхностью и требуемым размером по высоте попадают в зону разгрузки, в которой электромагниты соответствующего сектора плиты обесточиваются и детали сходят со станка. При такой схеме обработки основным фактором, влияющим на размер детали, является износ шлифовального круга, вследствие чего размер обрабатываемых деталей будет постепенно увеличиваться. Поэтому для компенсации износа круга после каждой шлифовальной бабки ставят измерительную головку подналадчика, которая измеряет обработанные детали, определяет момент, когда высота деталей превышает заданную, и выдает команду на опускание шлифовального круга.

Схема работы станка с автоматической подналадкой показана на рис. 7.4. Обработанные детали 9 после выхода из-под шлифовального круга 1 проходят под контактным наконечником 8 измерительной головки 7. По мере износа шлифовального круга 1 размеры обработанных деталей возрастают, и при достижении обработанной деталью размера, равного или превышающего подналадочный, прибор выдает команду на опускание  круга.                 Рис. 7.4. Схема работы станка с автоматической подналадкой   шлифовального круга

Сигнал от головки 7 поступает в электронный блок управления 6 и через реле времени РВ команда подается на электропривод 5 и механизм поддачи 3, 4  шлифовальной бабки 2. Значение подналадочного импульса выбирают в зависимости от поля допуска, припуска на обработку, характеристик шлифовального круга, формы,  размеров и числа изделий, находящихся между кругом и измерительной головкой.  Реле времени станка  задерживает следующий подналадочный импульс на время, пока под контактным наконечником прибора не пройдут все детали, находившиеся между ним и кругом при подаче первого подналадочного импульса.

Прибор  для плоскошлифовальных однопроходных станков.       Прибор состоит из следующих функциональных узлов (рис. 7.5):

–  микропроцессорного блока;

– индуктивной одноконтактной головки БВ-4102-03(от одной до трех);

– установочного кронштейна (от одного до трех).

С помощью установочного кронштейна 1 измерительная головка 2 неподвижно закреплена на станине станка, над вращающимся столом после каждого шлифовального круга. Кронштейн позволяет перемещать головку по высоте для настройки на размер обрабатываемой детали.

Измерительная головка (рис. 7.6) состоит из цилиндрического корпуса 12, в котором закреплено основание 6 с индуктивным преобразователем 11. К основанию 6 на плоскопружинном шарнире 5 прикреплен рычаг 7 с ферритовым якорем и державка 4 с рычагом 1, в клеммном резьбовом отверстии которого установлен контактный наконечник 2, оснащенный синтетическим алмазом. Контактное усилие создает пружина 8. Упорный винт 10 и пятка 9 ограничивают нижнее положение рычага 4 при отсутствии детали под наконечником 2. Мягкий резиновый чехол 3 и кольцо 13 герметизируют внутреннюю полость корпуса 12. Преобразователь 11 соединен с блоком управления кабелем 14.                       Рис. 7.6  Индуктивная головка подналадчика БВ-4102-03

Микропроцессорный  блок 3 (рис. 7.5) имеет три независимых измерительных канала 4 (А, В и С), к каждому из которых   подключают одну измерительную головку. Блок может работать с одной, двумя или тремя измерительными головками. Блок снабжен шкалой или  цифровым дисплеем, который можно соединить с любым каналом нажатием кнопки  на     передней панели блока. При этом цифровой индикатор покажет отклонение высоты    обрабатываемой    детали,    измеренное    соответствующей головкой. По каждому каналу блок выдает одну подналадочную команду, когда размер обработанной детали достигнет установленного уровня.

Прибор работает следующим образом.

Обрабатываемые детали, установленные на вращающемся столе с магнитной плитой, перемещаются под контактным наконечником 2 измерительной головки  (рис. 7.6). В процессе шлифования под наконечником  первоначально проходят детали, высота которых не достигла подналадочной границы. Эти детали могут даже не касаться наконечника 2. При этом рычаг 4 находится в крайнем нижнем положении. По мере износа шлифовального круга высота обрабатываемых деталей увеличивается до тех пор, пока их поверхность не коснется наконечника 2. При этом рычаг 4 поворачивается, преодолевая усилие пружины 8. Когда размер деталей достигнет подналадочной границы, блок управления выдает управляющую команду на опускание шлифовальной бабки. После выдачи команды на подналадку связь между соответствующим каналом блока и системой управления станка прерывается на время прохождения под наконечником головки деталей, находящихся в момент выдачи подналадочной команды между головкой и шлифовальным кругом, т.е. деталей, уже имеющих размер больше подналадочного. Время прерывания связи между блоком и станком задается реле времени прибора или станка. Блок управления снабжен программой для контроля прерывистой поверхности. При прохождении под наконечником разрыва между деталями размер детали сохраняется  до прохождения следующей детали, но не более 30 с.

Технические характеристики прибора

Диапазон измерения, мм ………………….                   1—250

Диапазон показаний цифрового отсчета, мкм                       ±999

Дискретность цифрового отсчета, мкм                                      1,0

Количество управляющих команд от одной головки                  1

Измерительное усилие наконечника, Н  .……………………   1,5+0,2

Предел допустимой погрешности (размах) срабатывания

команды, мкм, не более                                                              0,8

Предел допустимой погрешности смещения настройки

команды после 1500 циклов измерений,

но не более 4ч. работы, мкм, не более                                        1,0

7.3   ПРИБОРЫ ДЛЯ ШЛИЦЕШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ

Шлицевые валы обрабатывают на специальных шлицешлифовальных станках путем продольного шлифования каждого шлицевого паза. В процессе обработки за двойной ход стола снимается часть припуска с одного шлицевого паза одним или двумя профилированными шлифовальными кругами. Затем вал поворачивается на один шаг и снимается такой же припуск со второго паза и т.д. После полного оборота обрабатываемого вала шлифовальный круг подается в направлении съема следующей части припуска и снова шлифуются все пазы. Цикл повторяется до получения требуемого размера шлицев.

Для  шлицешлифовальных станков, в том числе   станков с программным управлением, ОАО “НИИизмерения” и РОБОКОН выпускают индуктивные приборы аналогичной конструкции. Приборы   предназначены   для   контроля   внутреннего   диаметра (радиуса) шлицевого вала прямобочного профиля по ГОСТ 6033—80   или ширины впадины между зубьями шлицевого вала прямобочного  или эвольвентного профиля по ГОСТ 1139—80.

Прибор состоит из следующих функциональных узлов:

–  микропроцессорного блока;

–  индуктивной одноконтактной  головки.

Одноконтактную измерительную головку 4 типа БВ-3343 устанавливают на  столе 1 станка под шлицёвым валом 3 (рис. 7.7). Сферический  наконечник  2  контактирует с внутренним диаметром  вала при контроле

прямобочных шлицевых валов или с боковыми сторонами зубьев при контроле эвольвентных шлицевых валов. Измерительная головка соединена кабелем с блоком управления. Головка смонтирована в герметичном корпусе. Измерительный рычаг 11 (рис. 7.8) установлен на плоскопружинном шарнире  12. На одном конце рычага 11 установлены регулируемый контактный наконечник 9 и упор арретира 10, а на другом — ферритовая пластинка 2, служащая якорем индуктивного преобразователя 14. Контактное усилие создается пружиной 13. К корпусу 1 головки привернут пневмоцилиндр арретирования. В цилиндр  подавается сжатый воздух от заводской сети или масло от гидросистемы станка. В алюминиевом корпусе 7 цилиндра перемещается поршень 6. Сжатый воздух подается поочередно через штуцера 3 и 4 с обеих сторон поршня 6, обеспечивая перемещения его вправо и влево. Кроме того, на поршень 6 действует пружина 5, которая удерживает его в крайнем правом положении и отводит наконечник 11 от детали 10 при отсутствии воздуха (масла) в цилиндре 7. Ход наконечника 9 составляет не менее 8 мм.Рис. 7.8. Индуктивная одноконтактная измерительная головка с пневматическим арретиром

Индуктивный преобразователь 14 соединен кабелем с микропроцессорным  блоком управления. Контроль внутреннего диаметра шлицевых валов прямобочного профиля осуществляют резьбовым наконечником (рис. 7.8), оснащенным искусственным алмазом.

Для контроля ширины впадин шлицевых валов эвольвентного профиля используют специальный  сферический наконечник, снабженный шарниром, что позволяет ему устанавливаться во впадине вала, касаясь обоих сторон профиля.

В процессе обработки последовательно шлифуют все пазы вала, а контролируют только один паз за один оборот вала. Когда этот паз оказывается под контактным наконечником головки, по команде от станка пневмоцилиндр освобождает рычаг и наконечник входит в шлицевую впадину. Если установленный размер не достигнут, наконечник выводят из впадины, осуществляют подачу круга в направлении врезания и продолжают обработку в течение еще одного оборота вала. Если заданный размер достигнут,  поступает команда на уменьшение подачи или на окончание обработки. После каждого измерения при отводе наконечника показания на шкале и цифровом дисплее блока управления сохраняются до следующего измерения, но не более 30–40 с.

На точность обработки кроме известных факторов влияет значение дискретной чистовой подачи ΔZ шлифовального круга. Ориентировочно можно считать, что рассеяние размеров обработанных валов будет не менее 2ΔZ. Поэтому, чем меньше чистовая подача, тем меньше погрешность обработки. Однако при малых дискретных подачах увеличивается время шлифования. Для увеличения производительности вводят несколько ступеней подач (от 2-х до 4-х), причем величина каждой следующей подачи должна быть примерно в 2 раза меньше предыдущей. Для управления циклом обработки прибор выдает четыре управляющие команды. Погрешность обработки   с прибором активного контроля  составляет 10—15 мкм.

Технические характеристики прибора

Диапазон наружных диаметров обрабатываемых шлицевых валов

по ГОСТ 6033-80 и ГОСТ 1139-80, мм   …………………..          14—125

Диапазон показаний цифровой индикации, мкм      ….                 ±999

Дискретность цифровой индикации, мкм                      …                1,0

Количество управляющих команд                                     …..           4

Измерительное усилие наконечника, Н  .……………………  …… 1,2+0,2

Предел допустимой погрешности (размах) срабатывания

окончательной команды, мкм, не более                                      0,8

Предел допустимой погрешности  срабатывания

предварительных команд, мкм, не более                                    1,5

Предел допустимой погрешности  смещения настройки

окончательной команды после 1500 циклов измерений,

но не более 4ч. работы, мкм, не более                                        1,0