Автоматизация производства немыслима без автоматизации контроля и управления, измерений...

Контроль диаметров ступенчатых валов, станки ЧПУ

Прибор ХШ-9 предназначен для контроля диаметров ступенчатых валов в процессе их обработки на круглошлифовальных станках с ЧПУ. Прибор состоит из широкодиапазонной измерительной скобы, широкодиапазонного датчика, контролирующего положение шлифовальной бабки, и отсчетно-командного устройства.

+ Щелкайте по рисункам, чтобы увеличить!

Рис. 1. Схема измерительного прибора ХШ-9

Измерительная система состоит из емкостного линейного преобразователя перемещений П и прецизионного делителя напряжений Д, включенных в уравновешенный мост переменного тока. Мост питается током напряжением 25 В, частотой 10 кГц от блока питания Г. Емкостный дифференциальный преобразователь П является цилиндрическим коаксиальным конденсатором с воздушным зазором и состоит из задающих и съемной втулок. Искажение поля конденсатора на краях втулки практически исключается установкой охранных колец.

Пятидекадный делитель напряжения Д содержит трансформаторы, выполненные на кольцевых ферритовых сердечниках со специальной намоткой. Трансформаторы обеспечивают высокую точность деления. Размер задается путем изменения соотношения двух трансформаторных плеч мостовой измерительной схемы Д, в два других плеча которой включен емкостный преобразователь перемещения П. Соотношение плеч изменяется в диапазоне 1:100000 поразрядно пятью десятичными разрядами. Каждый разряд делителя производит деление подведенного напряжения на 10 частей с помощью трансформаторов, коммутация нужной цифры осуществляется контактами реле или транзисторными ключами.

Напряжение питания подается на первичную обмотку делительного трансформатора. Делитель старшего разряда образуют 10 секций вторичной обмотки, и на них появляются одинаковые напряжения. Если напряжение U на 10 последовательно соединенных секциях делителя старшего разряда принять за базовое, то каждая секция делителя имеет напряжение U/10. Напряжение U/10 с одной из изолированных обмоток подается на 10 секций вторичной обмотки второго делительного трансформатора, и так образуется делитель следующего разряда, каждой единице которого соответствует напряжение U/10², добавляющееся к напряжению старшего разряда. Таким образом, 1/10 напряжения предыдущего разряда делится на 10 в последующем разряде. Единице младшего порядка (1 мкм) соответствует напряжение U/10⁵.

Напряжение питания, подаваемое на задающие втулки преобразователя П, и длину съемной втулки выбирают такими, чтобы единице старшего разряда делителя соответствовало перемещение съемной втулки (штока преобразователя), равное 10 мм, а единице младшего разряда — 1 мкм.

Система работает следующим образом. Задание (диаметр шлифуемой шейки вала) вводится с помощью ручных декадных переключателей, расположенных на передней панели отсчетного устройства. Переключатели коммутируют с помощью контактов реле или транзисторных ключей соответствующие секции делителя напряжения Д во всех разрядах и цифровые индикаторы. Таким образом, выходное напряжение делителя соответствует заданному размеру (с дискретностью 1 мкм), который устанавливается на цифровых индикаторах. В процессе обработки по мере съема припуска мостовая измерительная схема уравновешивается напряжением, снимаемым со съемной втулки емкостного преобразователя П, и сигнал рассогласования уменьшается. Сигнал рассогласования подается через выносной усилитель У, расположенный в измерительной скобе, на блок установок БУ и на показывающее устройство О, которое используется для наблюдения за ходом обработки. Блок установок выполнен на кольцевых трансформаторах и позволяет с помощью переключателей устанавливать уровни управляющих команд. Сигнал рассогласования с блока уставок подается на усилитель команд ФК и далее на электромагнитные реле, контакты Р которых коммутируют исполнительные элементы в схеме станка.

Рис. 2. Конструкция навесной двухконтактной измерительной скобы: 1 — корпус скобы; 2 — гильза; 3 — втулка емкостного преобразователя; 4 — съемная втулка; 5 — насыпные шары; 6 — шток; 7 — втулка; 8 — планка; 9 — цилиндр; 10 — гидроцилиндр; 11 — шары; 12 — спиральная пружина; 13 — корпус; 14 — гибкая лента

Навесную двухконтактную измерительную скобу (рис. 2) устанавливают на кожухе шлифовального круга. В корпусе 1 скобы помещена гильза 2, служащая направляющей механизма преобразователя. В гильзе 2 на насыпных шарах 5 перемещается цилиндр 9, на котором с помощью втулки 7 закреплена планка 8 с нижним измерительным наконечником, установлена съемная втулка 4 и охранные кольца емкостного преобразователя. В цилиндре 9 на шарах 11 перемещается шток 6 с втулками 3 емкостного преобразователя. Шток оканчивается твердосплавным измерительным наконечником. Измерительное усилие на верхнем наконечнике создается весом штока, а на нижнем — спиральной пружиной 12, которая через корпус 13 и гибкую ленту 14 подтягивает цилиндр 9 с планкой 8 вверх. Измерительные наконечники разводятся с помощью гидроцилиндра 10. Преобразователь и механизмы скобы защищены от шлама и эмульсии гофрированными эластичными уплотнениями.

Диапазон измерения скобы составляет от 15 до 85 мм. Измерительное усилие 700 ±200 сН.

Датчик для контроля перемещения шлифовальной бабки так же, как и скоба, оснащен емкостным линейным преобразователем и позволяет осуществлять косвенный контроль при обработке шеек вала в тех случаях, когда это нельзя сделать с помощью скобы, например при контроле шеек со шпоночными пазами. Датчик и скоба подключаются к отсчетно-командному устройству.

Отсчетно-командное устройство служит для преобразования сигнала рассогласования мостовой измерительной схемы и выдачи пяти управляющих команд в схему станка. На лицевой панели устройства расположены: декадные переключатели набора диаметра обработки, цифровое табло, шкальные двухпредельные индикаторы с ценой деления 0,001 и 0,005 мм для слежения за ходом обработки, ручки настройки команд, переключатели коррекции, сигнальные лампы и элементы управления.

Прибор работает следующим образом. На декадных переключателях отсчетного устройства устанавливаются заданные диаметры обрабатываемых шеек. При этом коммутируются соответствующие выводы трансформаторов делителя и меняется плечевое соотношение двух трансформаторных плеч мостовой измерительной схемы, в два других плеча которой включен емкостный преобразователь скобы.

К обрабатываемой шейке вала с помощью гидроцилиндра подводится измерительная скоба, и ее измерительные наконечники опускаются на обрабатываемую поверхность. В процессе обработки уменьшаются диаметр шлифуемой шейки и разбаланс моста, усиленный сигнал рассогласования поступает на шкальные индикаторы, позволяющие следить за ходом обработки, и на блок установок, где установлены уровни предварительных команд для изменения режима шлифования. Когда размер обрабатываемой шейки достигает заданного значения, мостовая схема уравновешивается (сигнал рассогласования отсутствует) и выдается команда на отвод шлифовальной бабки.

Измерительная скоба и шлифовальная бабка перемещаются к следующей шейке вала, и таким образом производится последовательная автоматическая обработка всех шеек вала. Прибор имеет высокие метрологические характеристики. Погрешность выдачи окончательной команды на всем диапазоне измерения (70 мм) не превышает ±0,002 мм. Предел допускаемой погрешности прибора ±0,005 мм.

Контрольно-измерительные приборы и инструменты
Зайцев С.А. и др.

***