4.2 Виды активного контроля
В процессах механообработки активный контроль может иметь измерения до процесса, в процессе и после процесса обработки. В зависимости от этого устройства активного контроля (УАК) выполняют различные функции.
Если измерения осуществляются до процесса, то УАК выполняют защитные функции. Такие устройства не допускают попадания на обработку заготовок с припусками, превышающими допустимые пределы, или по каким-либо другим параметрам. Они могут давать команду на останов станка (линии) или на удаление бракованной заготовки из потока.
На рисунке 4.1 показана схема защитного устройства перед токарной обработкой заготовок валиков. При попадании на измерительную позицию линии 1 бракованной заготовки через измерительное устройство 2, преобразователь 3 и командно-сигнальный пункт 4 подается команда-сигнал на сортировочный механизм 5, который сбрасывает ее в сборник брака 6. Годные заготовки поступают на обработку без сигнала.
Рис. 4.1 Схема защитного устройства перед обработкой заготовок валиков
На рисунке 4.2 показана схема активного контроля с защитными функциями, который применяется на автоматических линиях механообработки колец подшипников.
Перед шлифованием жолоба кольцо подшипника поступает на измерительную позицию, где устанавливается на платформе 1. При каждом измерении рычаг 2 от гидроцилиндра 3 через реечную передачу 4 получает одинаковое перемещение. Если припуск на обработку больше нормы, кольцо опустится ниже положения «годен» и замкнется контакт 5. В этом случае подается команда исполнительному механизму на отбраковку кольца. При многократном повторении отбраковки подается команда на остановку линии, которая сопровождается световым и звуковым сигналом.
Цикл перемещений измерительному рычагу 2 задается копиром 9,который через ролик воздействует на кран 10. Рычаг-ограничитель 7 срабатывает при включении устройства без кольца подшипника.
Наибольшее перемещение платформы ограничивается упором 8.
В исходном положении платформа фиксируется упором 6.
Рис. 4.2 Схема защитного устройства перед шлифованием желоба кольца подшипника
В ряде случаев защитные устройства устанавливаются на автоматических линиях для контроля за состоянием обрабатывающего инструмента. На рисунке 4.3 показана схема такого устройства для контроля отверстий после сверления.
При каждом измерении корпус устройства получает от привода медленное возвратно-поступательное перемещение. Внутри корпуса монтируется скалка, на которой располагаются щупы. Размеры щупов, их расположение соответствует обработанным отверстиям заготовки. Если в каком-либо отверстии остался обломок сверла или оно недосверлено, при перемещении корпуса вперед скалка, сжимая пружину, останавливается и на нее наезжает конечный выключатель КВ, от которого дается команда на остановку линии и на звуковой и световой сигнал наладчику. Если все в порядке скалка во время контроля не изменяет своего положения относительно корпуса.
Рис. 4.3 Схема контроля за состоянием инструментов после сверления отверстий в заготовке
УАК с измерениями в процессе обработки могут подавать команды на переключение режимов обработки (изменение оборотов шпинделя, изменение подачи инструментов и т.д.), смену инструментов, изменение траектории движения инструментов и остановку процесса (автостопы).
В качестве примера на рисунке 4.4 представлена схема УАК с измерением диаметра отверстия в процессе внутреннего шлифования. Устройство называется с механическим суммированием перемещений измерительных рычагов.
Рис. 4.4 Схема устройства активного контроля в процессе внутреннего шлифования отверстия
В процессе шлифования верхний измерительный рычаг 2 передает перемещения пневмокамере 4 с измерительным соплом 3. Нижний измерительный рычаг 1 передает перемещения пятки 5. Между пяткой и измерительным соплом имеется зазор S. Пневмокамера устанавливается в корпусе устройства с помощью пружин 7. В пневмокамеру подается сжатый воздух постоянного давления P=Const. Давление внутри пневмокамеры является переменным в зависимости от величины зазора S, т.е. в зависимости от отклонений диаметра обрабатываемого отверстия.
Особенностью схемы является то, что при каждом измерении величина зазора S равна сумме перемещений измерительных рычагов 1 и 2, т.к. перемещения измерительного сопла и пятки происходят в одном направлении и суммируются. Это позволяет исключить погрешность измерения, связанную с относительным смещением ∆ оси прибора и оси отверстия заготовки в направлении линии измерения У-У, т.е. величина зазора S не зависит от смещения ∆.
Данное устройство применяется при контроле отверстий диаметром 200-250 мм. Точность измерения 2.5 мкм. Как только давление в пневмокамере принимает значение, соответствующее требуемой точности обработки, срабатывает преобразователь и через исполнительный механизм подается команда на остановку процесса.
Рис.4.5 Схема определения настроения размеров Sн1 и Sн2 для подналадочного устройства на плоскошлифовальном станке
Рис.4.6 Схема формирования подналадочного импульса на плоскошлифовальном станке
УАК с измерениями после процесса обработки обычно выполняют подналадочные функции (автоподналадчики), а также используются для сортировки и отбраковки обработанных деталей. При многократном повторении появления бракованных деталей могут подавать команду на оставку процесса или линии.
Необходимость применения автоматической подналадки возникает, когда размерный износ инструмента за время его работы Т значительно ( в несколько раз) превышает величину допуска на обработку. Наиболее часто это бывает на шлифовании, когда имеет место с одной стороны интенсивный износ круга, а с другой – высокие требования по точности обработки.
В качестве примера на рисунке 4.6 показана схема подналадочного устройства на плоскошлифовальном станке. По мере износа шлифовального круга среднестатистическое значение (центр группирования) размера S деталей возрастает и постепенно приближается к верхней границе поля допуска (рисунок 5.5).Для того чтобы исключить появление брака и полностью использовать возможности инструмента, через время t0-t1 необходимо вернуть шлифовальный круг в исходное положение, т.е. сообщить шлифовальному кругу подналадочный импульс Z.
Величина подналадочного импульса определяется выбором настроечных размеров
Z=SH1-SH2 (4.1)
Чтобы гарантировать точность обработки настроечные размеры всегда располагаются внутри поля допуска TS и назначаются с учетом погрешности обработки 3σ и погрешности подналадки (измерения) 3σп:
SH1=Sнаиб. - 3σ - 3σп и SH2=Sнаим. + 3σ + 3σп
где Sнаиб и Sнаим предельно-допустимые размеры детали.
Помимо настроечных размеров и подналадочного импульса, подналадка характеризуется периодом подналадки tП и временем наладки tН.
Подналадочный импульс формируется следующим образом. После обработки детали поступают на измерительную позицию 1. При получении от трех деталей к ряду размера равного SH1 сигнал от преобразователя 2 проходит усилитель 3 поступает на исполнительный механизм 4 (электродвигатель), который через редуктор 5 и зубчатую передачу 6 передает вращение микровинту 7 шлифовальной бабки 8. Время вращения винта задается с помощью реле времени. Скорость перемещения шлифовальной бабки измеряется в пределах 0,05…0,2 мм/мин.
Наиболее совершенными являются устройства комбинированного активного контроля. Такие устройства впервые были разработаны на кафедре «Технология машиностроения» доцентом, к.т.н. Полянским П.М. Они состоят из двухступенчатого контроля с измерениями в процессе и после обработки (рисунок 4.7).
По результатам измерений в процессе обработки преобразователь первой ступени П1 подает команды исполнительному механизму этой ступени И1 на переключение режимов обработки и остановку цикла. Преобразователь П1 работает в тяжелых условиях. Вибрации, удары абразивных частиц, износ измерительных наконечников и т.п. приводят к нарушению настройки преобразователя П1, что проявляется в смещении среднего размера заготовки.
Рис.4.7 Схема комбинированного активного контроля
Смещение среднего размера заготовки фиксируется преобразователем П2 второй ступени, который дает две команды. Первая команда поступает на поднастройку преобразователя первой ступени, вторая – исполнительному механизму И2 сортировки заготовок на годные и брак, если он случайно появится. Таким образом, устройство второй ступени управляет устройством первой ступени, осуществляя обратную связь. Устройство первой ступени в свою очередь управляет непосредственно станком.
Такие системы активного контроля превращают станок в автомат, полностью самонастраивающийся по контролируемому параметру.