Средства и схемы контроля и измерения обрабатываемых деталей

Учитывая сложность формы, большое количество обрабатываемых поверхностей, высокую точность размеров и ответственное назначение самих деталей, следует сделать вывод об особой значимости контрольных операций.

Если к сказанному добавить высокую производительность многоцелевых станков, большую номенклатуру объектов производства, то становится ясно, что контроль деталей традиционными методами, с использованием рабочих-контролеров, оказывается крайне неэффективным и может сталь сдерживающим фактором процесса автоматизации.

Выход состоит в применении разработанных в недавнее время контрольно-измерительных машин (КИМ), которые также имеют систему числового программного управления. Они позволяют по программе производить замеры фактических размеров, полученных при обработке деталей.

Кроме того, они способны контролировать величину погрешностей формы и взаимного расположения поверхностей. Полученные результаты выдаются в удобной цифровой форме, есть возможность получать графики изменения той или иной погрешности, диаграммы статистической обработки размеров и т. п. Все это говорит о больших функциональных возможностях таких машин.

Из-за ограниченности объема настоящего пособия, приведем лишь примеры общего вида КИМ (рис. 92) и контрольно-измерительных щупов (рис. 93).

Приведенные примеры касаются продукции компании Carl Zeiss, а именно контрольно-измерительных машин модельного ряда ACCURA и CONTURA.

Для КИМ модели ACCURA характерны такие данные. Стол изготовлен из гранита. Имеется жесткая и легкая конструкция портала, изготовленная из термостабильного композитного материала. Ширина портала 700 – 1800 мм. Предусмотрены пассивный эластомерный гаситель вибраций, готовая разводка кабелей для контактных и оптических датчиков. Широкий диапазон размеров позволяет выполнить любую задачу измерения.

Пределы измерений по оси X от 7000 до 1000 мм., по оси Y от 7000 до 2100 мм., по оси Z – 600 мм.

По осям X и Y предусмотрены керамические направляющие, имеющие высокую жесткость и износостойкость. Для них характерно отсутствие негативного влияния температурных воздействий, а также влаги и других атмосферных явлений.

Имеется компьютерная корректура ошибок кинематических цепей, благодаря чему повышается точность результатов измерения.

а

б

Рис. 92. Некоторые варианты конструктивного исполнения контрольно-измерительных машин с ЧПУ: а – КИМ модельного ряда ACCURA; б – модели CONTURA

Техническая характеристика КИМ ACCURA 10

1. Погрешность линейного измерения, мкм

- при 18 – 22^о С, мкм 1,6

- при 18 – 26, мкм 2,1

2. Погрешность касания, мкм 1,7

3. Погрешность касания при сканировании, мкм 2, 5

4. Погрешность измерения формы, мкм 1,7

5. Погрешность линейного измерения, мкм 2,2

6. Диапазон измерения, мм

- по сои X 1600

- по оси Y 2400

- по оси Z 1000

7. Допустимый вес детали, кг 3500

а

б

Рис. 93. Измерительные щупы как неотъемлемая часть контрольно-измерительной машины с ЧПУ: а – щуп с одним центральным рабочим наконечником; б – щуп с четырьмя наконечниками под углом 90^о

Дадим также некоторые сведения об этих устройствах на примере щупа с индуктивными датчиками (рис. 94), об их принципе действия, а также примеры использования щупов для измерения размеров и погрешностей формы деталей.

В настоящее время широкое применение находят специальные устройства – контрольно-измерительные щупы с индуктивными датчиками. Их назначением является:

1. Измерение размеров деталей по окончании обработки.

2. Измерение погрешностей формы деталей.

3. Проведение промежуточного контроля в процессе обработки.

Устройство предназначено для двух видов оборудования с ЧПУ:

1. Для контрольно-измерительных машин. В этом случае устройство устанавливают в шпиндель этой машины с помощью стандартного конического хвостовика.

2. Для станков типа ОЦ. В последнем случае устройство устанавливают по программе вместо инструмента в шпиндель станка.

Устройство (см. рис. 94) содержит корпус 1, снабженный стандартным хвостовиком 2; измерительный стержень 3, расположенный в центральной части корпуса; рабочий наконечник 4, выполненный в виде шарика диаметром 3…4 мм, выполненный из наиболее износостойких материалов (металлокерамика, искусственный рубин).

Для устранения загрязнений рабочий наконечник постоянно обдувается воздухом через отверстие в корпусе. Имеются датчики 5 индуктивного типа, которые располагаются попарно, под углом 90^о друг к другу. Предусмотрены также вспомогательные упругие механизмы 6 возврата измерительного стержня в исходное положение.

При работе такого устройства выделяют три этапа (рис. 95). Первый этап имеет место, когда измерительный стержень по программе подводится к де­тали. Он называется «подвод». Выходной сигнал с индуктивных датчиков отсутствует (U = 0).

Рис. 94. Контрольно-измерительный щуп (схематичный разрез)

Рис. 95. Этапы работы контрольно-измерительного щупа: а – этапы срабатывания устройства; б – график появления сигнала с датчиков

Второй этап связан с касанием поверхности детали и сопровождается появлением сигнала с датчиков (U = 1). Зазор между измерительным стержнем и соответствующими датчиками изменяется и в этот момент системой управления запоминается координата точки касания, необходимая для измерений;

Примеры использования данного устройства.

1. Измерение диаметра расточенного отверстия (рис. 96).

Порядок выполнения операции следующий. Первая опорная точка траектории наконечника щупа выбирается произвольно по координате X, но с ус­ловием, что она должна лежать в диаметральной плоскости отверстия. Точки 2 и 3 это точки касания с противоположными стенками отверстия, так же должны лежать в диаметральной плоскости отверстия.

Фактический диаметр отверстия определяется системой управления как разность координат точек 3 и 2, согласно формуле:

Д = L_р.х. + d = (Х₃ – Х₂) + d,

где d – диаметр шарика наконечника (строго постоянная величина).

Рис. 96. Схема измерения диаметра расточенного отверстия

2. Измерение межцентрового расстояния детали с отверстием (рис. 97).

Рис. 97. Схема измерения размера от торца детали до центра отверстия

Точки 1 и 2 выбираются на торце детали. Координаты точек 1 и 2 усредняются для исключения погрешности отклонения от перпендикулярности самой базовой поверхности торца. На поверхности отверстия назначаются опорные точки с номерами 3, 4 и 5, расположенные под 120⁰ по отношению друг к другу. По координатам этих точек системой управления рассчиты­вается координата центра отверстия (точка 6). Значение требуемого размера определяется автоматически, как разность координат точки 6 и усредненной координаты точек 1 и 2.

3. Измерение угловых размеров (рис. 98).

В этом случае используют свойство двух точек задавать направление прямой линии. Для этого на каждой поверхности детали, образующей угол, намечают по две точки 1, 2 и 3, 4, а уже по их координатам определяются направления поверхностей, образующих искомый угол.

Рис. 98. Схема измерения углового размера на детали

4. Определение отклонения от плоскостности деталей «Плита» (рис. 99).

Рис. 99. Схема назначения опорных точек при определении погрешности отклонения от плоскостности

Плита условно разделяется на части двумя диагоналями, на каждой из которых выбирают не менее пяти точек, причём, одна точка берётся в центре детали.

5. Определение отклонения от круглости и цилиндричности деталей типа тел вращения (рис. 100).

Рис. 100. Схема измерения и назначения опорных точек на деталях типа тел вращения

На указанных деталях определяют два вида погрешностей: отклонение от круглости и отклонение от цилиндричности.

Отклонение от круглости, в соответствии с приведенной схемой, определяется в плоскости I – I как разность координат точек касания. Количество опорных точек не ограничивается, т. к. с их увеличением точность измерения возрастает.

Определение погрешности отклонения от цилиндричности производится по винтовой линии, охватывающей всю деталь. Согласно схеме, измерение происходит за один полный оборот контролируемой детали.

Щупу сообщают движение подачи вдоль образующей детали на величину рабочего хода (L_р.х.), а измеряемой детали – вращение вокруг ее оси.

Существует множество других вариантов практического применения контрольно-измерительных щупов, однако приведение большого их количества не является задачей данного учебного пособия.