Глава 10 Приборы для алмазно-расточных и токарных станков-автоматов

 В  автомобильной и  тракторной промышленности широко применяют алмазно-расточные и токарные станки-автоматы и небольшие, состоящие из нескольких станков, автоматические  линии. Обычно они обрабатывают с одной установки наружные и внутренние поверхностей одной или нескольких деталей. Высокая производительность обработки и недостаточная стабильность параметров системы СПИД (тепловые деформации станка и детали, силовые деформации борштанги, износ резца) приводят к быстрому смещению настройки и к погрешности обработки. Для повышения точности и стабильности обработки такие станки и автоматические линии снабжают    автоматическими подналадчиками, встроенными в линию.

Контроль обработанных деталей проводят на специальных измерительных позициях, на которые обработанные и очищенные от стружки и охлаждающей жидкости детали подаются транспортными средствами линии или станка и закрепляются в положении измерения. Подналадчик измеряет каждую обработанную деталь и выдает в систему управления станка  команды на подлаладку резца при выходе размеров за установленные границы и на остановку линии при получении брака. Однако в некоторых случаях применяют ручное измерение и ручную компенсацию (подналадку) износа резца.

     10.1  СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБРАБОТАННЫХ   ДЕТАЛЕЙ И     

КОМПЕНСАЦИИ  ИЗНОСА РЕЗЦА

     Измерение и компенсацию осуществляют вручную. Обработанную деталь измеряют вручную универсальными или специальными приборами (нутромеры, пробки, скобы и т.п.) и необходимое перемещение резца выполняют вручную, например, легонько подстукивая резец молотком. При таком способе компенсации происходит рассеяние размеров обработанных деталей в пределах всего поля допуска и возможно появление брака, так как ручные измерения и ручная подналадка резца сопровождаются большими случайными погрешностями (рис. 10.1, а). Кроме того, оператор или наладчик должны находиться около станка, чтобы не допустить появления брака.     Измерение осуществляют автоматически, компенсацию резца — вручную. Обработанную  деталь измеряют автоматически на специальной  позиции, встроенной в автоматическую линию, или на отдельной измерительной станции, расположенной рядом со станком.   В этом случае точность измерения повышается, исключается брак и уменьшается рассеяние размеров (рис. 10.1, б). Однако компенсацию резца осуществляют вручную, поэтому точность этого способа компенсации ограничена.

     Измерение и компенсацию осуществляют автоматически. Обработанную деталь измеряют автоматическим подналадчиком на специальной позиции, встроенной в линию. Перемещение резца для компенсации износа выполняется автоматически по командам прибора с помощью  механизма компенсации, снабженного регулируемым  электроприводом и безлюфтовой передачей. Такая система позволяет исключить брак и удерживать рассеяние размеров обработанных деталей в узком диапазоне в середине поля допуска (рис. 10.1, в).

И наконец, в последнее время разрабатывают системы для пропорциональной или непрерывной подналадки резца. В этом случае подналадчик измеряет обработанную деталь и выдает в систему ЧПУ   станка аналоговый или кодовый сигнал, соответствующий отклонению измеряемого размера от, например середины поля допуска. По этому сигналу система ЧПУ  станка перемещает резец точно на заданную небольшую величину. Таким образом,  регулирование положения резца проводится в случае необходимости после каждой обработанной детали, что позволяет обеспечить более узкое поле рассеяния размеров обработанных деталей и предотвратить появление брака.

Кроме того, современные приборы позволяют получить дополнительную информацию о погрешностях формы обработанной детали (отклонение от круглости, цилиндричности и т.п.).

Для автоматического контроля на расточных и токарных операциях разработаны и применяют специальные подналадчики, построенные по идентичным схемам. Конструкция узлов этих приборов унифицирована.

В подналадчиках используют индуктивный, пневматический и певмоиндуктивный способ измерения с контактной и бесконтактной измерительной оснасткой.

    10.2  КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ПРИБОРОВ

Приборы для алмазно-расточных станков имеют разное конструктивное исполнение, зависящее от конфигурации обрабатываемой детали,  количества контролируемых параметров, технологии обработки и т.п. Однако схемы измерения и технология контроля одинаковы и приборы  состоят из унифицированных узлов и блоков.

Как было сказано, подналадчики располагают на отдельной измерительной позиции, на которую поступают обработанные детали. Поверхности, подлежащие измерению, и базовые поверхности, на которые устанавливают деталь на измерительной позиции, предварительно очищают от стружки и охлаждающей жидкости сжатым воздухом. Деталь надежно фиксируют на измерительной позиции так, чтобы поверхности, подлежащие измерению, были правильно и точно ориентированы относительно измерительного устройства.

Разработан ряд типовых узлов и конструкций, позволяющих применить подналадчик для контроля различных деталей:

— для измерения расточенных отверстий применяют контактные индуктивные и бесконтактные пневматические пробки.  С помощью пробок измеряют отверстия в одном или нескольких сечениях и ступенчатые отверстия. При наружных измерениях применяют скобы;

— измерительные пробки снабжают осевыми разгрузочными устройствами для защиты пробки от повреждений при ее «закусывании», если на измерительной позиции оказалась необработанная деталь или деталь неправильно установлена;

— подналадчик снабжают устройством контроля наличия детали на измерительной позиции;

— при измерении легких деталей, например алюминиевых, пробка имеет жесткую конструкцию, а деталь «плавает» и  имеет возможность самоцентрироваться по пробке. При измерении тяжелых деталей деталь закрепляется неподвижно на измерительной позиции, а пробка установлена на шарнирах и имеет возможность центрироваться по измеряемому отверстию;

— пробки снабжают обдувочным устройством для очистки измеряемой поверхности от стружки и СОЖ;

— для контроля поднутрений и проточек на поверхности отверстий пробки снабжают арретиром;

— на пробках иногда устанавливают образцовые кольца, позволяющие быстро настраивать прибор.

На рис. 10.2 показана схема прибора для контроля диаметров двух отверстий после обработки. Прибор состоит из двух  индуктивных двухконтактных пробок 4 и 8, подводящего гидравлического устройства 14 и блока управления 7. Ниже подробно рассмотрены конструкции типовых узлов подналадочных устройств.Пример конструкции контактной индуктивной  пробки (нутромера) показан на рис. 10.3. На жестком основании 10 на плоскопружинных шарнирах 8 устанoвлены два  измерительных рычага 7 и 18 с державками  3 и 21 и резьбовыми наконечниками 1 и 22. На одном из рычагов 7 закреплен якорь 6, а на втором — магнитопровод 19 дифференциального индуктивного преобразователя. Контактное усилие создается пружиной 20, расположенной между рычагами 7 и 18. Измерительный механизм закрыт кожухом 5,  герметизированным резиновыми кольцами 9 и чехлом 4, Державки 3 и 21 с измерительными наконечниками 1 и 22 закрыты защитным сменным стаканом 2, на торце которого вблизи измерительных наконечников расположены по окружности четыре твердосплавных опоры, центрирующие пробку в контролируемом отверстии. Измерительные наконечники 1 и 22 оснащены искусственными алмазами. Наконечники 1 и 22 фиксируются в державках 3 и 21  самоконтрящим механизмом (см. рис. 3.3). На торце стакана 2 расположены сопла, к которым подводится сжатый воздух для очистки контролируемой поверхности.

Пробка снабжена механизмом блокировки в случае ее заклинивания и механизмом центрирования. Механизм блокировки состоит из направляющей 11, к которой кренится пробка, и корпуса 16. Между корпусом 16 и направляющей 11 установлена сильная пружина 17. При заклинивании пробки в необработанном или перекошенном отверстии направляющая 11 перемещается относительно корпуса 16, сжимая пружину 17, и в конце хода замыкает переключатель 12. В станок подается  команда на аварийный отвод пробки.

Блокировочный механизм можно выполнять не на пробке, а на подводящем устройстве (рис. 10.5), Однако в этом случае усилие, действующее на пробку при заклинивании, больше и может привести к ее повреждению.

Пробка имеет “плавающую” конструкцию. В корпусе 16 (рис. 10.3) на сферическом шарикоподшипнике 13 установлен фланец 14 с четырьмя ограничительными винтами 15. Этот механизм дает возможность пробке самоустанавливаться по измеряемому отверстию, поворачиваясь относительно жестко закрепленного на подводящем устройстве фланца 14.

Существует много конструктивных разновидностей пробок, зависящих от размера контролируемого отверстия, конфигурации детали и др. Так, в некоторых случаях одной пробкой одновременно контролируют несколько сечений одного или нескольких отверстий. Тогда в одном корпусе размещают  несколько пар измерительных рычагов и столько же индуктивных преобразователей. В пробках применяют дифференциальные и недифференциальные индуктивные преобразователи.

В последнее время получили распространение пневматические пробки с пневмоиндуктивным преобразователем. Такие пробки имеют значительно более простую конструкцию и особенно удобны при одновременном контроле нескольких соосных отверстий или одного отверстия в нескольких сечениях. Бесконтактную пневматическую оснастку в виде пневмопробок  применяют для контроля отверстий с шероховатостью поверхности лучше Ra ≤ 3,2 мкм.

Индуктивные скобы, применяемые для контроля наружных  диаметров, принципиально не отличаются от скоб, используемых при шлифовании, и при необходимости их снабжают специальными наконечниками.

В подналадчиках измерительная оснастка устанавливается на подводящем устройстве либо в строго определенном положении, либо на “плавающих” центрирующих устройствах. В первом случае измеряемая поверхность и измерительная оснастка должны быть очень точно ориентированы относительно друг друга. Так, измерительная пробка должна входить в измеряемое отверстие с зазором без заклинивания и   заедания.   Во   втором   случае   измерительная   оснастка   имеет некоторую  подвижность относительно измеряемой  поверхности и автоматически   устанавливается   (центрируется   по   этой   поверхности) .

Конструкция отдельного центрирующего устройства для контактных пробок показана на рис. 10.4. В цилиндрическом корпусе 2 на сферическом подшипнике 1 установлена скалка 3. К резьбовому концу скалки 3 с помощью гайки 8 крепится измерительная пробка 4 (рис. 10.2). Пробка вместе со скалкой 3 (рис. 10.4) может покачиваться в любом направлении между тремя ограничительными упорами 5, расположенными под углом 120о друг к другу. Между скалкой 3 и упорами 5 устанавливают небольшой зазор 0,2—0,5 мм. В исходном положении скалка 3 с пробкой вывешивается в среднем положении (по оси контролируемого отверстия) с помощью пружин 7, упора 4 и рычага 6.

Измерительная оснастка прибора монтируется на подводящем устройстве с большим ходом (200—500 мм} и гидравлическим приводом. Конструкции подводящего устройства показан на рис. 10.5.

Рис. 10.5.  Конструкция подводящего устройства

На плите 8 в кронштейнах 4 и 9 установлены длинные скалки 10 и 13. По скалкам 10 и 13 под действием штока 12 гидроцилиндра 11 двустороннего действия перемещается траверса 6, на которую крепят центрирующие устройства с измерительными пробками. Конец штока 12 выполнен составным. Внутри штока 12 по скользящей посадке установлен поводок 2. В отверстие поводка 2 входит шаровой палец 1, закрепленный в траверсе 6.

Подводящее устройство работает следующим образом. При подаче масла в гидроцилиндр 11 поршень со штоком 12 перемещает траверсу 6 с пробками в рабочее положение. Если произошло заклинивание пробки в контролируемом отверстии, траверса 6 с поводком 2 останавливается, а шток 12 продолжает перемещаться, сжимая пружину 3. При этом пластинка 7 проходит мимо  бесконтактного конечного выключателя 5, который срабатывает и выдает команду на аварийный отвод пробки.

Подналадчики для расточных и токарных станков снабжают микропроцессорными  блоками управления. Подобный блок   описан в главе 9. К блоку одновременно подсоединяют до четырех измерительных оснасток (пробок, скоб). От каждой оснастки  в ЧПУ станка или автоматической линии выдаются управляющие команды: “Годная”, “Врак” и “Подналадка”. При превышении границ поля допуска выдаются команды “Брак +” и “Брак -“. По этой команде прекращается обработка деталей или вызывается оператор для наладки станка. В некоторых случаях обработку прекращают не по первой команде “Брак”, а по второй или третьей команде подряд.

При превышении обработанным размером установленных границ в станок выдаются одна, дне или три команды “Подналадка”. Так как изменение размеров обработанных деталей происхо­дит главным образом вследствие износа резца, то иногда при достаточно широком допуске обходятся одной подналадочной командой. Так, при обработке отверстий, когда износ резца приводит к постепенному увеличению диаметра отверстия можно обойтись односторонней подналадкой (“Поднзладка +”), При более узких допусках, если на результат обработки влияет не только износ резца, но и величина припуска и деформации системы СПИД, применяют двустороннюю подналацку (рис. 10.6).В некоторых случаях вводят еще один (третий) уровень подналад-ки с удвоенной величиной подналадочного импульса (команда “Подналадка++”). Дополнительная команда позволяет обеспечить меньшее рассеяние размеров обработанных деталей и выполнять большие подналадочные перемещения резца. Так, по команде “Подналадка +” резец перемещают, например на 0,01 мм, а по команде “Подналадка ++” — на 0,02 мм. Для исключения  случайных подналадок команду в систему управления станка выдают обычно после того, как размер нескольких деталей превысит подналадочную границу. Для этого блок управления снабжают реверсивным счетчиком с преднабором или другим статистическим устройством. Подналадочная команда выдастся в схему станка после того, как счетчик набрал заданное преднабором число импульсов, равных числу деталей, размер которых превысил подналадочную границу. Причем, если после детали с подналадочным размером проходит годная деталь, то она вычитается из числа, уже набранного счетчиком,

Циклограмма работы  подналадчика приведена на (рис. 10.7).

Обработанная деталь 6 (рис. 10.2) поступает на измерительную позицию и надежно закрепляется. Поверхность обработанных отверстий очищается от стружки и охлаждающей жидкости. В это время пробки 4 и 8, установленные на подводящем устройстве 3, отведены и занимают исходное положение, контролируемое бесконтактным конечным выключателем 15.

По команде, поступающей от станка (или автоматической линии), проби-нутромеры 4 и 8 подводятся к детали 6. По пути движения с помощью пневматического клапана 1, управляемого кулачком 2, в нутромер подастся сжатый воздух для обдува измеряемой поверхности отверстия через сопла 5. Ввод нутромеров 4 и 8 в измеряемую деталь 6 осуществляется до момента выдачи команды “Останов в позиции измерения” (рис. 10.7) с помощью путевого переключателя 9 (рис. 10.2) подводящего устройства 3. В этот же момент прекращается подача  сжатого воздуха в пробку.

Для стабилизации и успокоения подвижных элементов измерительной системы выходные команды не сразу подаются в схему станка, а спустя 0,5–1,0 с после остановки пробки в положении измерения.

По результатам измерения отверстия загораются сигнальные светодиоды на блоке управления  и в систему управления  станка выдаются следующие команды (рис. 10.6):

– “Брак +” и “Брак -” при выходе размеров за предельно допустимые значения для прекращения процесса обработки;

– “Подналадка -” и “Подналадка +” при выходе размеров за пределы, близкие к границам поля допуска. Команды используются для двусторонней коррекции уровня размерной настройки станка;

– “Годен” — при нахождении размеров в зоне, ограниченной пределами “Подналадка”.

При отсутствии детали на позиции измерения в схему станка выдастся команда “Брак +”.

Выданные команды запоминаются до начала следующего цикла измерения.

По окончании периода Т измерения в систему управления  станка поступает команда “Конец измерения” и в соответствии с циклом работы автоматической линии подводящее устройство  отводит нутромеры в исходное положение.

Последовательность и ориентировочная продолжительность элементов рабочего цикла показана на циклограмме рис. 10.7.

Работа измерительной системы в наладочном режиме, включаемом с пультов управления станка и блока управления, отличается от работы в автоматическом режиме тем, что исключается выдача команд в цепи управления линии; возможна настройка уровней срабатывания команд с помощью регулируемых элементов блока управления без запоминания этих команд на время их исполнения.

В случае заклинивания нутромера при вводе в необработанное отверстие, пробки 4 и 8 (рис. 10.2) и плита 3 останавливаются, а шток 11 гидроцилиндра 14 со стаканом 10 продолжают движение до тех пор, пока не сработает бесконтактный выключатель 12, после чего выдается команда на аварийный отвод нутромеров в исходное положение.

Погрешность измерения  диаметров  отверстий двухконтактной индуктивной пробкой  определяется несколькими составляющими.

Случайная погрешность δи  собственно индуктивной системы преобразования измерительного сигнала cоставляет             δи = 0,5 мкм.

Случайная погрешность δн  настройки прибора по образцовому или  аттестованному кольцу составляет δн = 0,4 мкм.      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  установочного  кольца оставляет δат = 0,3 мкм.

Случайная погрешность   δст   от нестабильности показаний при однократном измерении  составляет δст = 1,0 мкм.

Cлучайная погрешность δсм1  от смещения  пробки (см. рис. 1.6) с наибольшего диаметра одним наконечником определяется по формуле (1.7),     случайная погрешность δсм2от смещения  пробки   обоими наконечниками определяется по формуле (1.8).

Случайная погрешность  δп  от  перекоса  пробки  вдоль продольной оси (см. рис. 1.7) определяется по формуле (1.9). Эта погрешность проявляется лишь при контроле коротких отверстий.

Таким образом, суммарная погрешность измерения контактными индуктивными пробками  определяется формулой

∆  = ± δ±√ (δи)2 + (δн)2 + (δст)2  +  (δсм1)2  + (δсм2)2  + (δп)2 .

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.

  Технические характеристики  прибора

Диапазон измерения наружных и внутренних

диаметров, мм                                                                       от 10 до 200

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

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

Цена деления шкалы, мкм                                                           1 и 10

Дискретность цифрового отсчета, мкм                                         1,0

Диапазон показаний цифрового отсчета, мкм                               ±999

Количество управляющих команд                                              от 3 до 6

Диапазон настройки команд, мкм                                                     ±300

Контактное усилие наконечников, Н …………….                               1,5+0,3

Предел допустимой погрешности  срабатывания

команд, мкм, не более                                                                          0,5

Предел допустимой погрешности  смещения настройки команд

после 1500 циклов измерений,  мкм, не более                                    1,5