Глава 8 Приборы для хонинговальных станков

  Хонингование является процессом  финишной обработки, обеспечивающей получение высокой точности размеров, геометрической формы и малой шероховатости обработанной поверхности. Обработка на хонинговальных станках проводится с помощью мелкозернистых абразивных и алмазных брусков. Большей частью обрабатывают точные отверстия, реже хонингуют наружные поверхности и шлицы. Процесс хонингования характеризуется небольшим снимаемым припуском (0,03—0,15 мм), малой скоростью съема припуска в конце обработки (0,3—0,5 мкм за один ход хонинговальной головки), медленным износом режущих брусков и, как следствие, стабильным процессом обработки.  Процесс хонингования значительно легче автоматизировать, чем другие виды финишной обработки.  Большинстве хонинговальных станков выпускаются как   многопозиционные автоматы или полуавтоматы, поэтому несмотря на стабильный и медленно протекающий процесс обработки  всегда применяют прямой или косвенный  активный контроль.

При выборе средства автоматического контроля следует учитывать, что применяют два способа хонингования “жестким” и “плавающим” хоном. В первом случае хонинговальная головка (хонголовка) и шпиндель представляют собой одно целое, а обрабатываемая деталь располагается сравнительно свободно, самоустанавливается по хонинговальной головке и “плавает” вместе с ней. Во втором — хонинговальная головка соединена со шпинделем с помощью двух шарниров, позволяющих ей смещаться относительно оси шпинделя, а деталь крепят неподвижно. В процессе обработки хонинговальная головка совершает   вращательное и возвратно-поступательное движения относительно детали.

Автоматизация контроля размеров обрабатываемой детали является важнейшим условием полной автоматизации процесса хонингования.

По принципу действия системы автоматического контроля, обеспечивающие управление этапами цикла   хонингования, можно разделить на две группы:

— прямого контроля, осуществляемого путем измерения диаметра обрабатываемого  отверстия  с помощью контактных или бесконтактных измерительных устройств;

— косвенного контроля путем задания  времени обработки, числа двойных ходов  хонинговальной головки,   измерения величины разжима хонбрусков и т.п.

В отличие от других случаев обработки, где применяют, главным образом, контактные индуктивные приборы, при хонинговании используют в основном бесконтактные пневматические, а в последнее время пневмоиндуктивные  приборы. Это обусловлено трудностью размещения индуктивной измерительной оснастки   в хонинговальной головке и передачи электрического  сигнала от вращающейся  хонголовки  блоку управления.

Из многочисленных приборов, разработанных для хонинговальных станков, в промышленности используют в основном жесткие калибры, пневматические бесконтактные и контактные устройства, встроенные в хонинговальную головку, и устройства для косвенного контроля.

         8.1  ПРИБОРЫ С КАЛИБРОМ-ПРОБКОЙ

Автоматический контроль в процессе хонингования с помощью  калибра-пробки –  простой,  дешевый и достаточно надежный способ автоматизации процесса хонингования.

Устройство состоит из  “падающего” калибра-пробки, расположенного непосредственно на корпусе хонинговальной головки над режущими брусками (рис. 8.1), и  электроконтактного преобразователя,установленного на станине станка.Рис. 8.1.  Устройство с «жестким» калибром для контроля процессе хонингования

На штоке хонинговальной головки 2 на двух упорных шарикоподшипниках 8 и 10 смонтирован жесткий калибр-пробка 11. Калибр  подвижен («плавает»)  относительно хонинговальной головки в радиальном направлении и  поджат к буртику хонголовки пружиной сжатия 9. От вращения вместе с хонинговальной головкой калибр 11 удерживается с помощью  выступов на его верхнем буртике, входящих в пазы втулки, закрепленной на станине станка. На станине станка в герметичном корпусе  установлен электроконтактный преобразователь 4, снабженный рычагом 3, конец которого выступает из корпуса и расположен под буртиком калибра.

Иногда при жестком закреплении хонинговальной головки применяют калибр-пробку, вращающуюся вместе с хонголовкой. В этом случае калибр монтируют без радиально-упорных подшипников и выступы на его верхнем буртике не делают.

Диаметр рабочей части калибра D1  обычно соответствует  середине поля допуска на диаметр D обрабатываемого отверстия.

Действие прибора основано на том, что при каждом ходе хонголовки 2 вниз калибр 11 в конце хода под     действием пружины 9 стремится войти в отверстие обрабатываемой    детали. Для облегчения вхождения на конце калибра сделана фаска  1,5×15°. Однако калибр не сможет войти в контролируемое отверстие до тех пор, пока диаметр D1 его цилиндрического пояска больше диаметра D  отверстия. При этом его верхний буртик не достает до рычага 3 электроконтактного преобразователя 4, установленного на станине станка. При достижении отверстием D требуемого размера калибр 11 под действием пружины 9 войдет своим рабочим пояском в это отверстие, верхний буртик калибра нажмет на рычаг 3 преобразователя и повернет его. Электроконтакты 6 и 7 разомкнутся, в цепь управления станка поступит команда на прекращение обработки. Контакты 6 и 7 настраивают вращением винта 5.

Для улучшения формы и уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности после получения команды от калибра–пробки вводят этап  выхаживания по реле времени.

Прибор с калибром–пробкой  применяют для контроля отверстий с гладкой и прерывистой поверхностью.

При контроле изделий с гладкими отверстиями цилиндрический поясок калибра имеет пазы, необходимые для пропускания смазочно-охлаждающей жидкости. Для уменьшения износа калибра рабочий поясок армирован твердым сплавом.

Иногда применяют регулируемые калибры-пробки, у которых по мере износа измерительных элементов 2 (рис. 8.2) предусматривается поднастройка размера с помощью специального регулировочного винта 1. Однако в процессе эксплуатации настройка размера калибра-пробки все же  нарушается.

Разработана конструкция регулируемого калибра-пробки с тепловым компенсатором, свободная от указанного выше недостатка (рис. 8.3). Здесь регулировочный стержень 2 надежно удерживается двумя контргайками.

Для повышения срока службы калибра-пробки и уменьшения числа подналадок, обусловленных износом измерительных элементов, важным условием является правильный выбор поля допуска его измерительной части. Как показывают исследования и опыт наладки различных специальных хонинговальных станков, диаметр измерительной части калибра-пробки dик целесообразно выбирать по следующей эмпирической зависимости:

dик = {dно + 2/3 δ0}-0+(1/12δо),

где dно  — наименьший диаметр отверстия; δ0— допуск на диаметр отверстия;  +1/12 δ0 верхний предел допуска на dик.

Например, при хонинговании отверстия гильзы диаметром 108+0,06 мм диаметр измерительной части калибра-пробки должен быть

dик ={108 + 2/3 · 0,06}-0+(1/12 · 0,06) .

Для уменьшения влияния колебаний калибра-пробки на точность получаемых размеров необходимо предельно уменьшать массу пробки. Хорошие результаты приборы этого типа дают при контроле сравнительно коротких отверстий. К недостаткам  такого типа приборов  следует отнести отсутствие визуального наблюдения за ходом обработки, а также невозможность контроля по всей длине отверстия.

Жесткие калибры, расположенные на хонинговальной головке, применяют при хонинговании отверстий диаметром не менее 25—30 мм. Погрешность обработки с жестким калибром при стабильном и отлаженном технологическом процессе составляет 0,01—0,015 мм.

Кроме жестких калибров, расположенных непосредственно на хоне, применяют калибры, имеющие собственные направляющие, и гидроцилиндр, который вводит их в отверстие сверху или снизу вслед за хоном. Наличие собственных направляющих несколько повышает точность контроля. Автономный калибр, расположенный снизу под деталью, позволяет контролировать отверстие малого диаметра.

          8.2   ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Для контроля отверстий большого диаметра, например, более 60 мм, применяют контактные и бесконтактные пневматические приборы, измерительная оснастка которых встроена в хонинговальную головку.

На многих отечественных и зарубежных станках используют бесконтактный пневматический прибор для контроля гладких отверстий в процессе хонингования.

Прибор (рис. 8.4) состоит из следующих функциональных узлов:

—  двух измерительных сопел,  расположенных  в хонинговальной головке;

—  вращающегося  пневматического соединения, служащего для подачи сжатого воздуха к измерительным соплам;

— блока управления;

— блока подготовки воздуха;

— электромагнитного клапана.

Рис. 8.4  Пневматический бесконтактный прибор для хонииговальных станков

Измерительные сопла 13 и 14  (рис. 8.4.)  расположены непосредственно в хонинговальной головке между режущими брусками. Сжатый воздух от заводской сети через электромагнитный клапан 6 подается к фильтру и стабилизатору давления 5 и от него к входному соплу 8 и блоку управления 12. Из камеры 9 вращающегося соединения воздух поступает к измерительным соплам 13 и 14 и вытекает в зазор S между их торцами и обрабатываемой поверхностью.

Вращающееся соединение служит для подачи воздуха от неподвижного блока управления к измерительным соплам, вращающимся вместе с хоном. Соединение смонтировано на корпусе хона 11. Втулка 3 установлена на шариковых подшипниках 2 и имеет две манжеты 10, образующие герметичную камеру 9, в которую подается сжатый воздух от входного сопла 8. Втулка 3 удерживается от вращения неподвижным пальцем 15, связанным с траверсой станка. Для защиты торцов измерительных сопел от повреждений при вводе хона со сведенными режущими брусками в обрабатываемое отверстие служат твердосплавные планки, привернутые к корпусу хонинговальной головки и выступающие над торцом сопел 13 и 14.

Для увеличения рабочего зазора S под измерительными соплами в качестве входного сопла иногда применяют выносной эжектор 8, состоящий из близко расположенных сопел 4 и 7. Сопло 7 имеет увеличенную длину рабочего отверстия.

Прибор работает следующим образом. Вращающаяся хонинговальная головка вводится в обрабатываемое отверстие, бруски разводятся до контакта с хонингуемой поверхностью, и начинается съем припуска. По команде от станка открывается электромагнитный клапан 6, и сжатый воздух под постоянным рабочим давлением подается в прибор. Наличие электромагнитного клапана уменьшает расход воздуха и снижает шум при выведенном из отверстия хоне. В процессе обработки зазор S под измерительными соплами увеличивается и снижается измерительное давление h = f(S), поступающее в блок управлении 12. Когда диаметр обрабатываемого отверстия достигает заданного значения, в цепь управления станка выдается команда на прекращение обработки и отвод хонинговальной головки, закрывается клапан 6 и прекращается подача воздуха в прибор.

Настройка прибора проста. Хонинговальная головка вводится в обработанное и аттестованное отверстие. Регулировкой  противодавления в блоке управления стрелка шкалы устанавливается на нулевое деление.  По загоранию сигнальной лампочки прибора настраивается уровень срабатывания электроконтактов (на нуле шкалы), выдающих управляющую команду в систему управления станка. Преимуществом прибора является возможность контроля хонингуемого отверстия по всей длине. Погрешность обработки отверстий в процессе хонингования с пневматическим бесконтактным прибором составляет 5–10 мкм.

В тех случаях, когда на обрабатываемой поверхности  имеются отверстия, выемки и т.п., то есть контролируется прерывистая поверхность, применяют контактные пневматические устройства, встроенные в хонинговальную головку. Пример контактного устройства показан на  рис. 8.5.Рис. 8.5. Пневматическое контактное устройство для хонинговальных станков

В корпусе хонинговальной головки между режущими брусками расположены две твердосплавные планки 2 и 4, прижимаемые к обрабатываемой поверхности пружинами 1. Между планками 2 и 4 расположена контактная пневматическая головка, состоящая из корпуса 5 и штока 3. Корпус имеет коническое седло 7, а шток конический буртик 6.  Между буртиком 6 и седлом 7  образуется измерительный зазор S, в который вытекает воздух, подаваемый к головке от вращающегося соединения (рис. 8.4), расположенного выше. Корпус 5 головки контактирует с планкой 4, а шток 3 поджат к планке  2. По мере съема припуска  планки 2 и 4 раздвигаются, зазор S между седлом 7 и буртиком 6 уменьшается, давление в измерительной камере увеличивается и при достижении заданного размера блок управления выдает   команду на окончание обработки.

Пневмоиндуктивные приборы

Пневмоиндуктивный прибор является модернизацией пневматического прибора. В этом случае пневматическая измерительная часть (сопла, вращающееся соединение, блок питания сжатым воздухом, электромагнитный клапан)  остаются такими же как в описанном выше пневматическом приборе. К ним   добавляется пневмоиндуктивный преобразователь (см. рис. 2.18) и электронный (как правило, микропроцессорный) блок управления.

Пневмоиндуктивный преобразователь  состоит  из  двух камер небольшого объема, разделенных чувствительным элементом – упругой мембраной, являющейся одновременно якорем дифференциального индуктивного преобразователя,  образованного катушками индуктивности. Каждая камера имеет свое входное сопло. Собственно  пневматический преобразователь включен по не дифференциальной    схеме  измерения.  В одну  камеру встраивается дроссель постоянного  диаметра и в ней образуется  постоянное противодавление.

Сжатый воздух под рабочим давлением  поступает  к  обеим  камерам пневмоиндуктивного преобразователя.  Из камеры противодавления воздух вытекает в атмосферу, а из измерительной камеры подается к  измерительным соплам  (рис. 8.4) и вытекает в измерительные зазоры S.

При увеличении зазоров S между измерительными соплами и обрабатываемой поверхностью уменьшается давление воздуха в измерительной камере пневмоиндуктивного преобразователя,  изменяется положение мембраны  и  меняется выходной сигнал индуктивного преобразователя, поступающий  в электронный микропроцессорный блок.        Когда диаметр обрабатываемого отверстия достигает заданного значения, в цепь управления станка выдается команда на прекращение обработки и отвод хонинговальной головки.

Один прибор с микропроцессорным блоком может обслуживать станок с несколькими хонинговальными головками. В этом случае каждая хонголовка снабжается своей пневматической системой (сопла, вращающееся соединение). Однако блок подготовки воздуха может быть общим. Число пневмоиндуктивных преобразователей соответствует числу хонголовок. Но все преобразователи подключают к одному микропроцессорному блоку управления.

Пневмоиндуктивный прибор активного контроля с микропроцессорным блоком значительно расширяет возможности хонинговального станка особенно  при обработке длинных отверстий. Основная трудность при такой операции заключается в получение правильной геометрической формы по всей длине отверстия. Прибор позволяет контролировать диаметр обрабатываемого отверстия по всей длине и выдавать в систему ЧПУ станка  аналоговый сигнал постоянного тока (или кодовый сигнал), соответствующий текущему размеру отверстия в том сечении, где находятся измерительные сопла в данный момент. Прибор может также определять отклонения отверстия от правильной геометрической формы (отклонение от прямолинейности, конусность и т.п.). Так как современные  хонинговальные станки     оснащены системой ЧПУ и регулируемым приводом разжима брусков, вращения и перемещения хонголовки, то информация о текущем размере отверстия по всей его длине позволяет гибко менять режим хонингования в том случае, например, если отверстие имеет неправильную форму.  По сигналам прибора  система ЧПУ может в процессе обработки менять длину хода хонголовки, силу резания и другие параметры  цикла обработки.

8.3   УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОСВЕННОГО КОНТРОЛЯ

Прямое измерение отверстий небольшого диаметра, например, менее 30 мм, отверстий с прерывистой поверхностью и шлицев в процессе их обработки на хонинговальных станках затруднено, так как  обрабатываемое отверстие полностью занято хонинговальной головкой, а размещение измерительных преобразователей (даже сопел) в самой хонголовке практически невозможно из-за ее небольших размеров и сложной конструкции. В этих случаях хорошие результаты дают косвенные измерения. Наиболее благоприятные предпосылки для применения косвенного контроля возникают  при алмазной хонингованоми благодаря  высокой стойкости алмазных брусков.

Хотя косвенные методы контроля в большинстве случаев имеют меньшую точность, однако их можно применять при обработке отверстий любого диаметра с гладкой и прерывистой поверхностью с плавающим и жестким креплением хонинговальной головки. Различают автономные устройства косвенного контроля по времени или по числу ходов хонинговальной головки и устройства, контролирующие перемещение режущих брусков или разжимного конуса.

В автономных системах задается длительность процесса хонингования, необходимая для съема припуска. По истечении заданного времени или числа двойных ходов обработка автоматически прекращается. Зная снимаемый припуск  Δh (мм) и среднее значение времени t (с), приходящееся на его снятие, например 0,01 мм, определяемого опытным путем, можно с достаточной точностью рассчитывать машинное время обработки при установившемся процессе хонингования:

Т = 100 Δh·t.

Аналогично определяют число двойных ходов К, необходимое для снятия припуска  Δh (мм), при известном числе двойных ходов инструмента k, необходимом для съема 0,01 мм:

К = 100 Δh·k.

Подобными системами оснащаются многие  хониговальные станки. Их применение позволяет обеспечить точность обработки в пределах 0,01–0,02 мм при стабильном и отлаженном процессе обработки и технологически оправданных режимах резания.

Временные системы косвенного контроля применяют с жестким и плавающим хоном. При обработке с плавающим хоном получаемая точность несколько ниже, так как в механизме разжима хонинговальных брусков имеются зазоры.

На хонинговальных станках также применялись  системы косвенного контроля, в которых о диаметре обрабатываемой поверхности судили по перемещениям конуса расширения хона, оснащенного алмазными  брусками, которые в процессе обработки изнашиваются достаточно медленно. Станок оснащали измерительным устройством, контролирующим перемещения конуса разжима брусков. Однако на современных станках с ЧПУ разжим брусков осуществляется безлюфтовым регулируемым приводом, оснащенным датчиком  контроля перемещения. Таким образом, система ЧПУ станка может задавать и следить за перемещением разжимного конуса и алмазных брусков.

Для настройки системы ЧПУ при хонинговании без прибора активного контроля применяют либо образцовое кольцо, либо подналадочное устройство для контроля  детали после обработки.

Образцовое кольцо устанавливают  над обрабатываемой деталью   на корпусе приспособления в подшипниках качения. Перед началом цикла обработки хонголовку вводят в образцовое кольцо и разводят бруски до контакта с поверхностью  кольца  с заданной радиальной силой, равной силе при обработке отверстия. Система ЧПУ запоминает положение (величину разжима) брусков в образцовом кольце и при последующей обработке деталей разжимает бруски до этого положения.

Другим  вариантом системы для косвенного  контроля является подналадчик. Станок оснащают прибором для  контроля диаметра обработанного отверстия после хонингования.       После обработки каждая деталь контролируется при помощи, например пневматической или индуктивной пробки, и при выходе диаметра обработанных отверстий за установленные границы в систему ЧПУ станка подается команда на подналадку  разжима брусков. Точность обработки с помощью подналадчика  достигает 0,002–0,003 мм.