Автоматические средства контроля

Разработка и внедрение новых высокопроизводительных методов обработки деталей, автоматизация технологических процессов, повышение точности изготовления продукции предусматривает широкое применение автоматических средств контроля.

В машиностроении все шире внедряются быстродействующие автоматические измерительные системы, осуществляющие контроль качества деталей по различным параметрам, сортировку годных деталей по группам, отбраковку некачественных деталей, блокировку или подналадку технологического оборудования.

Рассмотрим основные средства активного контроля, применяемые в металлообработке.

Основное назначение средств активного контроля является предупреждение появления брака в процессе обработки детали путем получения информации о текущем параметре (размере, точности формы, взаимного положения, шероховатости поверхности), передаче ее в исполнительные органы металлорежущего оборудования и соответствующей корректировке режимов и условий обработки.

Средства активного контроля позволяют устранить влияние на обрабатываемое изделие различных факторов, действующих в системе станок – приспособление – инструмент – заготовка, такие как: износ режущего инструмента, тепловые деформации, силовые деформации и т.д.

Средства активного контроля можно разбить на три основные группы.

Средства активного контроля, устанавливаемые до обрабатывающей позиции – те, с помощью которых заготовка перед обработкой оценивается по одному или нескольким параметрам (размер, состояние поверхности) и полученная информация поступает на обрабатывающую позицию с целью корректировки режимов и условий обработки. Эти устройства применяются чаще всего на предварительных операциях.

Средства активного контроля в процессе обработки предназначены для непрерывного или дискретного измерения обрабатываемой детали (прямым или косвенным способом) с последующей передачей полученной информации на исполнительные органы металлорежущего оборудования для изменения режимов и условий обработки, а также для ее прекращения при достижении заданных размеров.

Эти средства используют при финишных методах обработки, таких как: круглое наружное и внутреннее шлифование, хонингование, плоское шлифование и т.п.

Средства активного контроля после обработки, называемые также подналадчиками, применяют в тех случаях, когда получение заданного размера обеспечивается установкой рабочей поверхности режущего инструмента “на размер”. В таких средствах измерения информация о размере, получаемая за зоной обработки, поступает на исполнительные органы станка для корректировки положения инструмента, прекращения обработки, подачи сигнала для вызова наладчика. К таким видам обработки относят плоское шлифование, бесцентровое шлифование напроход, развертывание, растачивание, в том числе алмазное и т.п.

По типу воспринимающих элементов преобразователи делятся на контактные и бесконтактные, а по числу команд – на одно- и многокомандные.

Предельные преобразователи служат для фиксации выхода отклонений размера из поля допуска; амплитудные – ограничивают колебание отклонений геометрической формы и взаимного расположения поверхностей.

Количество команд зависит от назначения автоматической системы. Однокомандные (однопредельные) преобразователи сортируют детали по одному пределу или дают команду на управление станком. Они применяются редко. Двухкомандные (двухпредельные) преобразователи сортируют детали на годные, брак “+” и брак “ – ” или дают две команды на управление станком. Многокомандные преобразователи применяются для сортировки деталей на группы внутри поля допуска и управления сложными автоматическими циклами станков.

В контрольных устройствах наиболее широко применение получили электроконтактные, фотоэлектрические, пневмоэлектроконтактные и механотронные преобразователи. В ряде случаев используют индуктивные, емкостные, пьезофотоэлектрические и другие преобразователи.

Электроконтактные преобразователи преобразуют механическое перемещение измерительного штока в электрический сигнал управления. В двухконтактном преобразователе (рис. 10.46) перемещение штока с измерительным наконечником 1 передается рычагу 3, подвешенному к корпусу 4. На рычаге установлены два контакта 6 и 9, а сам рычаг имеет выход на электрическую цепь (–). С помощью микровинтов регулируемые контакты 7 и 8, имеющие также выходы на электрическую цепь (+), настраиваются на определенные размеры. Касание одного из контактов 6 или 9 с регулируемым контактом 7 или 8 позволяет замкнуть электрическую цепь и направить сигнал на соответствующий исполнительный механизм, например, отсекатель сортировочного автомата. Измерительное усилие создается пружиной 2, которая одним концом прикреплена к измерительному штоку, а вторым концом – к корпусу. Для упрощения настройки измерительного преобразователя и визуального наблюдения за размерами детали 10 преобразователь снабжен стрелочным индикатором 5.

Амплитудный электроконтактный преобразователь (рис. 10.47) служит главным образом для контроля отклонений от круглости (овальности) цилиндрических деталей. Основной элемент амплитудного преобразователя – плавающий контакт, выполненный в данной конструкции в виде рычага. При повороте детали 4 наконечник фиксирует наименьший диаметр, шток 3 опускается, и фрикционная пружина 1 поворачивает плавающий рычаг 2 до упора в контакт К1. При дальнейшем опускании штока выступ рычага проскальзывает по пружине. Когда диаметр детали начнет увеличиваться, шток будет подниматься и фрикционная пружина заставит плавающий рычаг поворачиваться вправо на величину, соответствующую разности максимального и минимального диаметров. Если эта разность больше допустимой, рычаг упирается в контакт К2 и подается сигнал на отбраковку детали.

Широкое распространение в измерительной технике нашли индуктивные, емкостные и электронные преобразователи (принцип действия рассмотрен в 10.10). Они отличаются высокой точностью, позволяют вести дистанционные измерения, имеют сравнительно небольшие габаритные размеры, обладают незначительной инерционностью.

Рассмотрим некоторые устройства активного контроля, применяемые в металлообработке.

На круглошлифовальных центровых станках наиболее ши­рокое распространение получили устройства для контроля на­ружного диаметра обрабатываемой детали. Реже применяют устройства для контроля положения шлифуемого торца, расстояния между торцами или для установки стола с дета­лью определенным относительно шлифовального круга обра­зом по ее торцу.

Для измерения диаметра используют ряд схем, которые принято различать по количеству измерительных и базовых наконечников, соприкасающихся с обрабатываемой поверхно­стью. В устройствах, работающих по трехконтактной схеме (рис. 10.48), скоба 8 снабжена жестко связанными с ней измери­тельным 1 и базирующим 9 наконечниками, опирающимися на обрабатываемую поверхность и обеспечивающими строго определенное взаимное расположение оси обрабатываемой де­тали 2 и скобы 8.

Второй измерительный наконечник связан со стержнем 5, который может перемещаться относительно скобы 8. Измене­ние диаметра D обрабатываемой детали воспринимается отсчетным устройством 7 или чувствительным элементом этого устройства (индуктивным преобразователем, измерительным соплом), жестко связанным со скобой.

В большинстве случаев скоба специальным механизмом закреплена на кожухе шлифовального круга. Это удобно при установке и съеме детали, так как бабка шлифовального кру­га отводится от нее на значительное расстояние. Такое за­крепление удобно также при шлифовании одним кругом по­следовательно нескольких шеек обрабатываемой детали.

В случае шлифования с продольной подачей устройство для установки скобы закрепляют на столе станка на передней или задней бабке, чтобы исключить относительное перемеще­ние скобы и детали вдоль ее оси, влияющее на точность изме­рения. Здесь диаметр обрабатываемой детали измеряется в одном сечении вдоль ее оси. Конструкция устройства для уста­новки трехконтактной скобы на станке обеспечи­вает необходимые степени свободы для ее самоустановки на поверхности детали благодаря наличию шарниров 4 и 6. Под­жим наконечников 1 и 9 к поверхности детали осуществляется грузом 3 или с помощью специальной пружины.

Наибольшее распространение внутришлифовальные станки получили в подшипниковой промышленности, где они применяются при обработке желобов и отверстий колец под­шипников. Здесь же используется большая часть средств активного контроля.

При контроле отверстий небольшого диаметра (менее 30 мм) трудно одновременно установить шлифовальный круг и измерительные наконечники прибора. В этих случаях изме­рительная головка прибора перемещается вместе со шлифо­вальным кругом вдоль оси обрабатываемого отверстия. Иног­да измерительную головку располагают со стороны шлифова­льного шпинделя и измерительные наконечники 3 (рис.10.49, а), охватывающие оправку 2 шлифовального круга 1, периодиче­ски входят в обрабатываемое отверстие вслед за шлифоваль­ным кругом (рис.10.49, б). На специальных станках с полым ко­ротким шпинделем измерительная головка может быть поме­щена внутри шпинделя, и измерительные наконечники вводят­ся в обрабатываемое отверстие, когда шлифовальный круг частично выводится из него. В обоих случаях, несмотря на глад­кую поверхность отверстия, приборы работают в условиях кон­троля прерывистой поверхности и должны иметь соответст­вующую конструкцию.

Наиболее простыми и надежными устройствами для внутрен­него шлифования являются жесткие калибры-пробки (рис.10.50). Они располагаются в бабке изделия и вводятся в обрабаты­ваемое отверстие со стороны, противоположной кругу. На стан­ке соосно с обрабатываемым отверстием 3 устанавливают шток 1, на конце которого закреплен ступенчатый калибр-пробка 2. Периодически, при отходе вправо шлифовального круга 4, шток с калибром под действием пружины подводится к отвер­стию диаметром D. Однако войти в это отверстие калибр смо­жет только при D > D₁ т. е. когда размер отверстия станет больше диаметра первой ступени калибра. В этот момент ре­гулируемый упор, связанный со штоком 1, нажимает на ко­нечный выключатель 6, команда которого используется в схе­ме станка для изменения режима обработки. При дальнейшем шлифовании наступает момент, когда D > D₂; вторая ступень калибра получает возможность войти в отверстие, и второй регулируемый упор нажимает на выключатель 5, который по­дает команду на прекращение обработки. Известны устройст­ва с четырехступенчатыми калибрами, подающие в цепь уп­равления станка четыре команды на изменение режимов обра­ботки. Калибры-пробки позволяют контролировать отверстия со шпоночными и шлицевыми пазами, нечувствительны к ви­брациям, имеют малые размеры и простую конструкцию.

Однако, применение жесткого калибра возможно только для измерения деталей со сквозными отверстиями диаметром до 100 мм, обрабатываемых на специальных станках. На уни­версальных внутришлифовальных станках жесткие калибры не применяются.

Погрешность обработки отверстий при использовании же­стких калибров составляет 0,01...0,02 мм.

Средства активного контроля на токарных станках. В отличие от шлифовальных станков, на которых припуск на шлифование снимается постепенно в течение большого числа проходов, припуск на обработку при точении снимается, как правило, за один проход. Эта особенность технологического процесса токарной обработки накладывает на применяемые на токарных станках средства активного контроля особый отпеча­ток. В частности, здесь отпадает необходимость (вследствие од­нопроходной обработки) в измерении в процессе работы. Оно теряет свой смысл для токарных станков, тем более, что у них обычно нет исполнительного органа для подналадки инструмен­та во время обработки.