Глава 9 Приборы для бесцентровых круглошлифовальных станков

На бесцентровых круглошлифовальных станках обработку деталей проводят двумя методами: врезанием и напроход. Методом врезания обрабатывают детали сложной формы, напроход шлифуют простые цилиндрические детали (кольца подшипников, ролики, пальцы  и т.п.). При врезном шлифовании обработка осуществляется подачей одного шлифовального круга с дискретным изменением скорости подачи (черновая, чистовая, окончание обработки). При шлифовании напроход вращающиеся круги устанавливают на таком  расстоянии друг относительно друга, чтобы обеспечить получение заданных размеров деталей при их прохождении между кругами. Один из кругов развернут на небольшой угол в вертикальной плоскости, что обеспечивает поступательное перемещение шлифуемых деталей между кругами. Заготовки непрерывно подаются “столбом” в зону резания, проходят между кругами   и с них за один проход снимается весь припуск. По мере износа шлифовальных кругов периодически производится их корректировка и их заданное положение восстанавливается.

Чтобы правильно и во время корректировать положение шлифовальных кругов, обработанные детали измеряют с помощью  подналадчиков. Причем их могут измерять на выходном лотке, на специальной базирующей призме или на отдельной измерительной позиции. Во всех случаях через измерительное устройство, установленное на выходе деталей из зоны шлифования проходят все прошлифованные  детали.

Другой способ контроля размеров деталей после шлифования напроход  их измерение  на отдельной позиции, куда обработанные детали, как правило, выборочно  переносятся специальным транспортером или манипулятором. При отклонении размеров  обработанных деталей от заданного значения подналадчик выдает в схему управления станка команды на корректировку положения шлифовального круга.

При врезном шлифовании один из кругов неподвижен, другой подается так же, как на центровом круглошлифовальном станке. В этих случаях применяют как обычные  приборы, измеряющие обрабатываемые детали в процессе обработки (см. главу 5), так и подналадчики, измеряющие уже обработанные детали. При врезном шлифовании с контролем в процессе обработки измерительную оснастку размещают в вырезе ведущего шлифовального круга или с торца кругов, а деталь измеряют на базирующем ноже. Приборы для врезного бесцентрового шлифования строят по тем же схемам, что и приборы для центровых круглошлифовальных станков, описанные выше. Они состоят  из блока управления, измерительной оснастки и подводящего устройства. Процессом обработки управляют с помощью релейных команд, используемых  станком для перехода с чернового шлифовании на чистовое и на окончание обработки при достижении заданного размера, или с помощью аналогового или кодового сигнала, соответствующего текущему размеру обрабатываемой детали. Основная особенность этих приборов заключается в конструкции измерительной оснастки, которая расположена в ограниченном пространстве в вырезе ведущего круга или с торца кругов.

Подналадчики применяют как при врезном шлифовании, так и при шлифовании напроход. С помощью подналадчиков измеряют детали непосредственно в зоне обработки на базирующем ноже станка, на выходном лотке вблизи шлифовальных кругов, на транспортере или на отдельной измерительной позиции. При измерении на лотке или транспортере перемещающихся деталей конструкция измерительной оснастки проще, но и точность измерения ниже. Измерение на отдельной позиции существенно усложняет конструкцию прибора. Его снабжают механизмом для транспортировки обработанных деталей, их ориентации и зажима на измерительной позиции, а иногда  устройством для сортировки деталей на размерные группы.

При контроле деталей, шлифуемых напроход, следует учитывать особенности технологического процесса. Шлифовальный круг развернут относительно другого круга на небольшой угол; на шлифуемые детали действует небольшая сила, перемещающая их между кругами и дальше к месту разгрузки. Это накладывает определенные ограничения на  выбор и проектирование измерительной оснастки, которая не должна препятствовать перемещению деталей. Последнее означает, что измерительное усилие на контактных наконечниках, между которыми проходят обработанные детали, и сила трения детали при прохождении ее по измерительной позиции должны быть невелики. Наилучшие результаты в этом случае дают бесконтактные пневматические и пневмоиндуктивные приборы, которые вообще не создают никакого усилия. Измерительная оснастка может состоять из одного измерительного сопла, располагаемого над обработанной деталью, установленной на базирующем ноже или призме выходного лотка, или двух сопел, расположенных диаметрально по обе стороны от обработанной детали.

При использовании контактных приборов измерительное  усилие  наконечников должно составлять 50—80 сН. В большинстве  случаев для уменьшения усилия, необходимого для продвижения обработанных деталей по направляющим измерительной позиции, измерительную станцию и направляющую, по которой перемещаются обработанные детали, устанавливают наклонно, чтобы  детали двигались под действием собственного веса по одной, отрываясь от «столба». В других случаях обеспечивают принудительное перемещение деталей, например, с помощью приводного обрезиненного ролика, который проталкивает детали через измерительную позицию.

При контроле деталей, шлифуемых на проход, они перемещаются под контактными наконечниками прибора с интервалами, образующими разрывы в контролируемой поверхности. Поэтому блок управления  снабжают устройством для контроля прерывистой поверхности, обеспечивающим запоминание сигналов, соответствующих размеру детали,  и исключение ложных управляющих команд. Для контроля прерывистой поверхности используют способы и устройства, применяемые в других приборах и описанные выше.

Большое   значение   для   правильного   управления   процессом обработки на бесцентрово-шлифовальных станках имеет организация и структура подналадочных управляющих команд, используемых для корректировки положения шлифовальных кругов. Известно несколько способов подналадки (рис. 9.1).Рис. 9.1. Способы подналадки бесцентровых круглошлифовалных станков

Самый простой способ управления по одному подналадочному уровню  с одной подналадочной командой (“Подналадка+”, рис. 9.1, а). Этот способ применяют при обработке деталей с достаточно широкими допусками при стабильном техпроцессе, когда доминирующей погрешностью является систематическая погрешность от износа шлифовального круга. Команда  “Подналадка +” выдается при увеличении размера детали вследствие износа круга, и корректировка его положения проводится в сторону уменьшения размеров обрабатываемых деталей.

Более распространенной является односторонняя подналадка (“Подналадка +”) с двумя браковочными границами “Брак +” и “Брак -” (рис. 9.1, б), которые позволяют кроме корректировки положения шлифовального круга получать аварийные команды для остановки станка или вызова оператора при появлении брака.

В тех случаях, когда обрабатываемые детали имеют сравнительно небольшой допуск или доминируют погрешности от тепловых и силовых деформаций системы СПИД, а не от износа круга, применяют двустороннюю подналадку (рис, 9.1, в) круга с двумя подналадонными и  двумя браковочными границами (“Брак +”, “Подналадка +”, “Подналадка -“, “Брак -“). При работе станка с таким подналадчиком размеры обработанных деталей выдерживаются в более узком диапазоне. Еще более высокие точностные результаты можно получить, используя подналадчики с тремя подналадочными (рис. 9.1, г) и двумя аварийными границами (“Брак +”, “Подналадка ++”, “Подналадка +”, “Подналадка -“, “Брак -“).

По команде “Подналадка ++” станок выполняет двойную подналадку и шлифовальный круг подается на удвоенное расстояние. Это позволяет обрабатывать детали с жесткими допусками и быстрее подходить к номинальному размеру в начале обработки, после правки или смены шлифовального круга.

И, наконец, в современных конструкциях приборов начинают применять подналадку не при превышении размерами обработанных деталей установленных  границ, а при изменении действительных размеров последовательно обработанных деталей. Такое регулирование процесса обработки позволяют осуществлять микропроцессорные блоки, в которых могут запоминаться размеры последовательно обработанных деталей, проводиться статистическая  обработка  результатов измерений и выдача команд на подналадку для поддержания размеров деталей вблизи середины поля допуска.

Кроме выбора числа подналадочных границ в каждом конкретном случае обработки необходимо определять момент выдачи подналадочных команд. Известно несколько вариантов выдачи управляющих команд: по первой, второй или n-й детали, размер которой вышел за установленную границу, или по статистическому параметру выборки — по среднему арифметическому, скользящему среднему, скользящей “медиане» и др.

Подналадка по первой детали применяется редко, только при большом поле допуска и стабильном процессе обработки. Недостаток этого способа в том, что возможна подналадка не по систематическому смещению, а по грубым выбросам или случайным отклонениям, вызванным, например, перекосом детали на ноже станка или измерительной позиции, попаданием на обработку деталей с большим припуском и т.п.

Чаще применяют подналадку по второй или третьей детали. В этом случае прибор снабжают счетчиком деталей, размер которых превосходит подналадочную границу. Если под наконечниками прибора проходят подряд две или три детали с размером выше подналадочной границы, прибор выдает команду на коррекцию положения шлифовального круга.  Однако, если после первой детали с подналадочным размером проходит годная деталь, счетчик устанавливается на ноль и счет начинается сначала.

Известен еще один способ подналадки по n–й детали. В этом случае прибор снабжают реверсивным счетчиком, который ведет алгебраический счет последовательно обработанных деталей. Детали, размеры которых превышают подналадочную границу, суммируются, но годные детали вычитаются из этой суммы. Когда сумма достигнет п, прибор выдает команду в систему управления станка.

Подпаладочные и браковочные границы расставляют в зависимости от их назначения. Если по команде “Брак” не выбраковывают обработанные детали, а лишь останавливают станок, можно сдвинуть границы “Брак” внутрь поля допуска на небольшую величину, соответствующую погрешности формы обработанных деталей и случайной составляющей погрешности измерения прибора. Примерно на такую же величину отстоит граница подналадки от границы брака.

Если же команда “Брак” одновременно выбраковывает негодные изделия, то ее граница должна совпадать с границей поля допуска, чтобы исключить попадание большего числа годных деталей в брак.

Особенностью подналадчиков является необходимость иметь линейную шкалу во всем диапазоне измерения и равноточные управляющие команды.      Точность обработки на бесцентрово–шлифовальных станках с использованием автоматических подналадчиков в большой степени зависит от погрешности измерения и погрешности формы обработанных деталей и правильности базирования деталей в момент измерения. Но так как погрешность измерения, как правило, существенно меньше погрешности формы и погрешности базирования, то последние имеют доминирующее влияние на точность обработки. Влияние этих погрешностей  на правильность выдачи подналадочной команды может быть уменьшено статистической обработкой результатов измерений, например получением команды “подналадка” по п-й детали. Однако уменьшить влияние погрешности формы на разделение деталей на “Брак” и “Годные” можно только снижением самой погрешности формы. В рассмотренном случае эта погрешность должна составлять небольшую часть допуска Δф ≤ (0,1- 0,2δ).

,        9.1  КОНТРОЛЬ ДЕТАЛЕЙ В ПОТОКЕ

Для контроля деталей в потоке после выхода их из зоны обработки чаще всего применяют  прибор, состоящий из     двух одноконтактных индуктивных головок типа БВ-3343 и микропроцессорного блока. Небольшое измерительное усилие, высокое быстродействие микропроцессорного блока и возможность контроля прерывистой поверхности позволяют  контролировать различные детали после их обработки на бесцентрово-шлифовальных станках.

Схема и конструкция подналадчика показана на рис.9.2. и  9.3.

Измерительную оснастку 2 устанавливают на выходном лотке вблизи шлифовальных кругов станка. Поток («столб»») обработанных деталей 1 проходит под контактными наконечниками измерительной оснастки 2. Результаты измерения поступают в блок управления 3, который выдает в систему ЧПУ станка 4 подналадочные и браковочные  команды. Система ЧПУ 4 перемещает при необходимости шлифовальный 5 и ведущий 6 круги или прекращает обработку.

Рис. 9.3. Подналадчик для контроля деталей в  потоке.

Подналадчик  (рис. 9.3)  состоит из микропроцессорного блока управления  мод. БВ-6424 (рис. 9.4), двух одноконтактных индуктивных головок   и базирующего устройства. Базирующее устройство состоит из плиты 1, на которой установлена стойка 5 с головками 6 и 7 и базирующая призма 2. По  призме 2, состоящей из двух регулируемых цилиндрических скалок, перемещаются обработанные детали 3. Стойка 4 позволяет перемещать верхнюю головку 6 с помощью винта 5 по высоте, настраивая измерительное устройство на детали 3 различного диаметра. Обе индуктивные головки 6 и 7 соединены с блоком управления.

Если обработанные детали на транспортном лотке плохо базируются и возможны погрешности измерения, то встраивают специальный лоток, например в виде призмы (рис. 9.3 и 9.5), на котором деталь надежно базируется при измерении. Для исключения торможения потока от воздействия измерительного усилия наконечников прибора, выходную часть лотка наклоняют в вертикальной плоскости. В этом случае обработанные детали под собственным весом отрываются   от потока и по одной проходят под измерительными наконечниками прибора. При контроле диаметров колец подшипников конструируют специальный лоток–призму,  наклоненную  в вертикальной плоскости и повернутую в горизонтальной плоскости. Прошлифованные кольца по одному быстро  скатываются по призме, одновременно базируясь по торцу и наружному диаметру. В конце призмы кольцо проскакивает между двумя  индуктивными преобразователями, которые измеряют его диаметр.

     Микропроцессорный блок БВ-6424. Для подналадчиков разработан специальный блок, унифицированный с блоком  БВ-6425, описанным в главе 4.

Блок управления БВ-6424 (рис. 9.4) обеспечивает питание индуктивных преобразователей, расположенных в измерительной оснастке,  суммирование и преобразование их сигналов,  индикацию результатов измерения  на  световой шкале и цифровом дисплее,  световую сигнализацию, выдачу релейных управляющих команд в цепи управления или в систему ЧПУ станка,  выдачу выходного аналогового сигнала и выдачу выходного кодового сигнала.Рис. 9.4. Передняя панель микропроцессорного блока управления БВ-6424, предназначенного для подналадчиков.

Блок  (рис.9.4) снабжен   дисплеем, служащим для цифровой индикации размера и служебных надписей режимов настройки и работы. Для удобства наблюдения в процессе цикла шлифования блок имеет также две световые линейные светодиодные шкалы с нулем посередине.  Верхняя  шкала имеет диапазон показаний ±30 мкм и нижняя шкала  – ±300 мкм.  Левая часть шкалы отображает минусовые результаты измерения и имеет желтую полоску. Правая часть отображает  плюсовые результаты и имеет зеленую полоску. Ноль отображается   двумя штрихами  желтым и зеленым. Переключение шкал происходит  автоматически при изменении размера.

Блок выдает в электросхему    станка от 3-х до 6-ти команд:

–  “Брак минус”;

–  “Подналадка минус”

–  “Годен”;

–  “Подналадка плюс +”;

–  «Подналадка плюс ++»;

–  “Брак плюс”.

Каждая команда выдается в систему управления станка,  если размер контролируемой  детали выходит за установленный этой командой уровень. Одновременно  загорается соответствующий сигнальный  светодиод на панели блока управления,   Остальные команды в это время не выдаются и их светодиоды не горят.  После выдачи команды,  она запоминается   до  конца установленного цикла измерения и сбрасывается перед следующим циклом.

Рис. 9.5. Прохождение потока деталей под контактными наконечниками прибора с базированием на призме

Блок снабжен «Реле времени» (РВ), которое позволяет  не выдавать команду в цепь управления станка сразу в момент измерения контролируемой детали,  например, в том случае,  если в этот момент происходит обработка  следующей детали, а выбрать удобный по технологическому процессу момент для выдачи управляющей команды в схему станка и  задержать  выдачу команды на время до 60 секунд.  РВ задерживает выдачу на станок  всех команд, кроме команды «Годен».

Блок снабжен также двумя одноразрядными счетчиками.

Один реверсивный счетчик служит для выдачи подналадочной команды по n-й детали, размер которой превзошел подналадочную границу. Число n таких деталей можно установить от 1 до 9.

Второй счетчик позволяет установить выдержку после подачи подналадочной команды до начала нового счета на время, необходимое для прохождения под контактными наконечниками деталей, расположенных между кругами и измерительной оснасткой. Это число деталей может быть установлено от 1 до 9.

Кроме того, блок управления снабжен программой для контроля прерывистой поверхности, которая позволяет запоминать размеры обработанных деталей на время прохождения разрывов и исключать ложные команды. Результат измерения и показания цифровой индикации запоминаются до прохождения следующей детали, но не более 30 с.

Кроме релейных управляющих команд блок может выдавать в систему ЧПУ станка аналоговый сигнал постоянного тока или кодовый сигнал, соответствующий размеру контролируемой детали или статистическую информацию о размерах выборки обработанных деталей. Так как современные бесцентрово-шлифовальные станки оснащены  регулируемыми приводами и безлюфтовыми механизмами подач, то получаемую информацию можно использовать для превентивной подналадки, не дожидаясь приближения размеров деталей к подналадочным границам.

  Технические характеристики  блока БВ-6424

Диапазон показаний по шкале, мкм …..                              ±30 и ±300

Цена деления шкалы, мкм                                                          1 и 10

Дискретность цифрового отсчета, мкм                                         0,1

Диапазон показаний цифрового отсчета, мкм                           999,9

Количество управляющих команд                                         от 3 до 6

Диапазон настройки команд, мкм                                               ±300

Предел допустимой погрешности (размах) срабатывания

команд, мкм, не более                                                                     0,2

Предел допустимой погрешности смещения настройки команд

после 1500 циклов измерений,  мкм, не более                              0,8

     Подналадчики с микропроцессорными блоками управления  для контроля деталей в потоке выпускают «НИИизмерения», «РОБОКОН»  и  “Марпосс”.

Погрешность измерения размеров деталей в потоке после обработки на бесцентрово-шлифовальных станках определяется несколькими составляющими:

— случайная погрешность δи  собственно индуктивной измерительной системы;

— случайная погрешность δн  настройки прибора по образцовой или  аттестованной детали. Погрешность настройки  по существу является систематической,  но, так как настройку и проверку настройки прибора делают часто, то проявляется она как  случайная.

— систематическая погрешность δат аттестации образцовой  детали;

— случайная динамическая погрешность   δд ,  возникающая при измерении движущихся деталей;

— случайная погрешность δф формы, возникающая из-за отклонений формы обработанных деталей. Эта погрешность не может быть выявлена и учтена, так как деталь измеряется в одном случайном сечении;

— случайная погрешность δб от неправильного базирования детали в момент измерения.

Таким образом, суммарная погрешность измерения размеров деталей в движущимся потоке   определяется формулой

∆  = ± δат  ±√ (δи)2 + (δн)2 + (δд)2  +  (δф)2  + (δб)2         .

Доминирующими погрешностями, существенно снижающими точность контроля, являются погрешность формы δф   и погрешность δб от неправильного базирования детали в момент измерения.

Суммарная погрешность ∆    измерения подналадчиками с различной измерительной оснасткой составляет 1,5—2,0 мкм. Эта погрешность влияет на точность выдачи подналадочных и браковочных команд. С учетом погрешности ∆ необходимо отодвигать уровни настройки команд от границ поля допуска и уменьшать, таким образом, значение допуска, в котором работает станок.

     Повысить точность измерения обработанных деталей  с помощью подналадчиков можно только применением выборочного контроля деталей на отдельной измерительной позиции. При этом удастся исключить погрешность от неправильного базирования детали и существенно уменьшить погрешность формы. Возможно два способа измерения деталей на отдельной измерительной позиции – автоматический и полуавтоматический. При автоматическом  способе обработанная деталь вынимается из потока манипулятором, устанавливается на измерительную позицию, базируется и закрепляется или поворачивается для измерения в нескольких сечениях. Микропроцессорный блок определяет размер детали и выдает подналадочные команды.   При полуавтоматическом способе загрузку деталей на измерительную позицию осуществляют вручную.

    9.2  ПРИБОРЫ ДЛЯ ДВУСТОРОННИХ ТОРЦЕШЛИФОВАЛЬНЫХ       

                                                 СТАНКОВ

     Кольца подшипников, шестерни, отрезные фрезы и другие детали    обрабатывают одновременно с двух сторон на специальных торцешлифовальных станках напроход или врезным шлифованием. Станки имеют два круга, между торцами которых проходят обрабатываемые детали, причем один круг сохраняет постоянное положение относительно базовой плиты (щеки), другой  перемещается для съема припуска  механизмом подачи. Обрабатываемые детали   перемещаются между кругами манипуляторами.

Прибор состоит из одной или двух одноконтактных индуктивных головок, контролирующих положение режущей поверхности одного или обоих  шлифовальных кругов и измерительного устройства, контролирующего ширину детали после ее обработки. Индуктивные преобразователи головок и измерительного устройства  подключены к одному микропроцессорному блоку.

Рис. 9.6. Схема управления двусторонним торцешлифовальным  станком.

Индуктивные головки 6 и 9 (рис.9.6) установлены вблизи периферии шлифовальных кругов 2 и 4  так, что их плоские твердосплавные измерительные наконечники 11 и 12 постоянно находятся в контакте с режущей поверхностью круга. Головка 9 следит за положением базового круга 2, положение которого должно сохраняться постоянным и находиться в одной плоскости с  базовой плитой 10. При износе круга 2 или после его правки головка 9 через блок управления 7 выдает команду в систему ЧПУ     станка 8 на  подналадку шлифовальной бабки 1. По этой команде шлифовальная бабка перемещается и восстанавливает положение шлифовального круга относительно базовой щеки 10. Это положение должно соблюдаться достаточно точно, например  с точностью 0,003 мм.

Головка 6 контролирует положение второго шлифовального круга 4. По мере его износа ширина обрабатываемых деталей 3 увеличивается и если   износ круга достигает заданного уровня головка 6 через блок управления 7 выдает  команду «Подналадка+» в систему  ЧПУ  станка. По команде   «Подналадка+» система ЧПУ перемещает шлифовальную бабку 5 со шлифовальным кругом 4 на заданную величину для уменьшения размеров обрабатываемых деталей 3. Если  размер круга изменился до значения «Брак+», выдается аварийная команда и обработка прекращается.

Измерение положения рабочей поверхности шлифовального круга не обеспечивает высокой точности обработки. Поверхность круга не очень ровная, измерительный наконечник расположен на краю круга, а не в том месте, где происходит резание.

Лучшие результаты достигают с прибором, состоящим из одной измерительной головки, контролирующей положение базового (неподвижного) круга и измерительной станции, контролирующей размеры деталей после их обработки. Измерительная станция обычно состоит из двух индуктивных головок по типу тех, что показаны на рис. 9.3. Все  обработанные детали проходят между наконечниками головок, которые измеряют их ширину.  Измерительные головки подключены к микропроцессорному блоку. Блок выдает подналадочные команды на восстановление положения базового круга в случае его износа  и на перемещение второго круга, когда ширина обработанных деталей достигает заданного подналадочного уровня.