Приборы активного контроля
Средства активного контроля выполняют операции, необходимые для сравнения действительного размера обрабатываемой детали с заданным размером, и в зависимости от результатов этого сравнения управляют технологическим процессом. Основной задачей средств активного контроля является устранение влияния на обрабатываемый размер различных факторов, действующих в системе станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД): износ режущего инструмента, температурные деформации, упругие силовые деформации, возникающие из-за нестабильности припуска на обработку, механических свойств обрабатываемого материала и затупления режущего инструмента. В ряде случаев средства активного контроля позволяют исключить и температурную погрешность, возникающую вследствие непостоянства температуры детали в момент окончания обработки. При этом средства активного контроля или стабилизируют режимы обработки, или непосредственно измеряют температуру детали, или определяют её косвенно по температурным деформациям и вводят поправку в уровень настройки прибора.
Экономическая эффективность средств активного контроля достигается за счёт сокращения и исключения брака, повышения производительности обработки (поддержание оптимальных режимов обработки и исключение потерь времени на остановку станка и пробные измерения), повышения качества выпускаемой продукции. Основной областью применения средств активного контроля является финишная обработка деталей, в первую очередь шлифование наружное врезное, внутреннее, хонингование, плоское шлифование.
Независимо от технологического оборудования средства активного контроля в общем виде строят по единой принципиальной схеме (рисунок 2.2), включающей отдельные узлы и блоки, предназначенные для выполнения определённых задач.
Измерительная оснастка 1 включает в себя необходимые щуповые механизмы в виде скоб, призм, рычажных устройств и т.д., подвижные элементы которых воспринимают изменение контролируемого размера и преобразуют их в удобные для дальнейших измерений перемещения одного или нескольких своих звеньев.
К измерительной оснастке относится также механизм отвода и подвода 2 щуповых устройств на позицию измерения.
Рисунок 2.2 – Схема прибора активного контроля
Для получения информации о состоянии контролируемого параметра в виде показаний на шкале отсчетного устройства 4 перемещения звеньев измерительной оснастки преобразуются первичным измерительным преобразователем 3 в аналоговый сигнал. Измерительную информацию в виде аналогового сигнала преобразуют в дискретный электрический сигнал-команду. При достижении контролируемым размером определённой величины с помощью сигналов-команд осуществляют автоматическое управление технологическим процессом. Задачу выработки дискретного сигнала-команды выполняет командное устройство 5. Команды прибора на станках реализуют путём коммутации силовых электрических цепей, приводящих в действие его исполнительный механизм 9, поэтому электрический сигнал-команду прибора усиливают блоком усилителя командных сигналов 6. Информация об исполнении команд отображается на блоке сигнализации 7. Для поддержания заданных характеристик прибора применяют специальные блоки питания 8.
На рисунке 2.3, а показана конструктивная схема прибора активного контроля. Прибор, основанный на индуктивном принципе измерения, предназначен для контроля гладких валов в процессе шлифования. Он обеспечивает выдачу двух команд, используемых для управления шлифовальным станком [15].
В случае использования прибора для работы с врезной подачей измерительную скобу 5 устанавливают на станке с помощью пружинного амортизатора 27, закрепляемого обычно на кожухе шлифовального круга.
а)
б)
Рисунок 2.3 – Конструктивная схема прибора активного контроля:
а) – индуктивный прибор АК-3М, б) – принципиальная схема прибора
При обработке с продольной подачей, когда можно ограничиться контролем в одном сечении, практикуется установка скобы на одной из бабок или на столе шлифовального станка.
Прибор работает следующим образом. После установки заготовки в центры станка осуществляют подвод шлифовальной бабки. В режиме чернового шлифования с заготовки снимают часть припуска, после чего скобу накидывают на обрабатываемую деталь 1. Во время измерения скоба ориентируется по цилиндрической поверхности детали двумя твердосплавными наконечниками 2 и 3. Боковой наконечник 3 может переустанавливаться вдоль шкалы 4 в соответствии с контролируемым диаметром. Необходимое контактное усилие нижнего измерительного наконечника 2 развивается пружиной амортизатора 27. Верхний измерительный наконечник 6 установлен на каретке 8, подвешенном к корпусу скобы на параллелограмме из двух плоских пружин 7 и 10.
Измерительное усилие на верхнем измерительном наконечнике создается винтовой пружиной 9. Если припуск превосходит величину допустимого хода якоря 17 в зазоре магнитопровода с катушками 16 и 22 индуктивного датчика, то гайка 25 увлекает за собой магнитопровод, подвешенный к корпусу 26 с помощью плоских пружин 14 и 24, и отрывает его от винта 13.
По мере снятия припуска измерительный стрежень вместе с магнитопроводом перемещается вниз до соприкосновения с торцом винта 13, к которому он прижимается пружиной 20. С этого момента магнитопровод оказывается неподвижным, а ферромагнитный якорь начинает перемещаться в магнитном поле катушек, которые включены в мостовую схему с дифференциальным трансформатором (рисунок 2.3, б). Перемещения якоря 2 вызывают изменение сопротивления магнитной цепи преобразователя и усилитель 7 преобразует их в показания по шкале 11 отсчетного устройства, а с помощью фазочувствительного реле 8 – в команды управления. Причем конечная команда происходит в момент полного баланса моста, т.е. когда якорь занимает среднее положение относительно катушек 1, 3 преобразователя.
При снятии припуска, установленного для чернового режима шлифования, усиленный сигнал датчика достигает уровня срабатывания фазочувствительного электронного реле, которое с помощью промежуточных реле формирует команду для перехода на чистовой режим шлифования и включает первую сигнальную лампу. Одновременно с выдачей первой команды производится переключение усилителя на более высокое усиление. Это достигается отключением делителя, который ранее ослаблял сигнал разбаланса индуктивного моста. Поскольку усиленный сигнал индуктивного моста из-за увеличения коэффициента усиления возрос выше уровня срабатывания фазочувствительного реле, последнее возвращается в исходное состояние.
В момент достижения деталью конечного размера усиленный сигнал моста вновь достигает уровня срабатывания фазочувствительного реле, благодаря чему соответствующее промежуточное реле подает команду об окончании цикла обработки и включает вторую сигнальную лампу.
После выдачи окончательной команды шлифовальная бабка отводится в исходное положение и, воздействуя на конечный выключатель, подготавливает схему прибора к очередному циклу.
Все элементы электрической схемы прибора (рисунок 2.3, а) располагаются внутри корпуса блока 15, надежно защищенного от проникновения пыли и влаги специальными резиновыми кольцами.
На передней панели блока размещены показывающий прибор 23, сигнальные лампы 19 и 21, рукоятки для установки предварительной 18 и окончательной 12 команд и переключатель рода работы 11.
Во время подготовки прибора к работе необходимо проверить правильность установки переключателя питающего напряжения, подсоединить прибор к электросхеме станка и только после двухминутного прогрева приступить к проверке прибора.
При плавном подъеме измерительного стержня стрелка показывающего прибора перемещается вправо, а при освобождении штока – влево. Вблизи от нулевой отметки шкалы произойдет подача предварительной команды и загорится первая сигнальная лампа.
При совмещении стрелки с нулевой отметкой последует выдача окончательной команды и загорится вторая сигнальная лампа. В случае неточного совпадения момента выдачи окончательной команды с нулевым положением стрелки указателя производят регулировку переменным сопротивлением «установка нуля».
Настройку прибора на заданный размер осуществляют по рабочему эталону с размером, соответствующим середине поля допуска, установленному в центрах станка.
Наладку измерительной скобы производят следующим образом: сначала прибор подвешивают к пружинному амортизатору и предварительно закрепляют сменную скобу 5 необходимого диапазона измерения диаметра детали (рисунок 2.3, а). Ползун с боковым опорным наконечником 3 перемещают относительно линейки 4 до совмещения с делением, соответствующим номинальному размеру контролируемой детали, и фиксируют его стопорным винтом. Затем шлифовальную бабку подводят в рабочее положение. Ориентируясь по рабочему эталону, закреплённому в центрах, окончательно закрепляют сменную скобу так, чтобы стрелка указывающего прибора установилась на два-три деления выше нуля. С помощью трех винтов 28 добиваются установки измерительных наконечников скобы в одну плоскость, перпендикулярную к оси шлифуемой детали.
Правильно ориентированные наконечники должны оставлять на поверхности вращающиеся детали общий след. При отводе шлифовальной бабки в исходное положение стрелка показывающего прибора не должна отклоняться более чем на одно - два деления.
Настройку предварительной и окончательной команд осуществляют при вращающемся рабочем эталоне.
Переключатель рода работ 11 устанавливают в положение «наладка предварительной команды». Вращая микровинт 13 датчика, перемещают стрелку на требуемую отметку шкалы, а затем рукояткой 18 регулировки предварительной команды устанавливают необходимый момент ее выдачи.
Затем переключатель рода работ 11 устанавливают в положение «наладка окончательной команды». Совместив риску на ручке 12 регулировки окончательной команды с нулевым деление, плавным вращением микровинта 13 совмещают стрелку показывающего прибора с нулевой отметкой шкалы. В этот момент загорается вторая сигнальная лампа 21 и происходит выдача окончательной команды.
Завершив настройку команд, переключатель устанавливают в положение «работа» и шлифуют пробную партию деталей.
В случае необходимости корректировки размера шлифованных деталей в пределах ±5 мкм используют ручку регулировки окончательной команды. В случае больших величин корректировку производят микровинтом 13.