книги из ГПНТБ / Средства линейных измерений в зарубежном машиностроении

обычно применяются для деталей, у которых длина меньше диаметра, например, подшипниковых колец.

В модели UD той же фирмы базой измерения служит отверстие. В 'базовом приборе применена круглая горизон­ тальная плита и подвижные наконечники, которые контакти­ руют с отверстием. С помощью устройства можно измерять гладкие и ступенчатые отверстия, диаметры, некруглость наружных и внутренних поверхностей, толщину стенок, неконцентричность, овальность, неперпендикулярность, высоту

икомбинации этих величин.

Всистеме РНМ5, предназначенной для контроля высоты

внутренних заплечиков, глубины вытачек и т. д., деталь типа втулки опирается на торец. Применяются измерительные на­ конечники различной формы. Отсчет производится с увели­ чением 1:2. В приборах фирмы Johansson можно использо­ вать любые головки — индикаторы, электроконтактные, пнев­ матические или электронные датчики и различные отсчетные устройства.

Многомерный прибор фирмы Sigma (Англия) модели 225 позволяет измерять одновременно до 20 размеров. Выдавае­ мые прибором импульсы могут использоваться для различ­ ных целей: отсчета отдельных размеров, суммарного или диф­ ференциального измерения; получения усредненных значений при одновременном измерении нескольких размеров или по­ вторных измерениях, запоминания информации при выбо­ рочном контроле; определения максимальных и минималь­ ных размеров; измерения расстояний; измерения неилоскостности. Для измеряемых величин одновременно проверяется нахождение размеров в пределах допуска и сигнализируется годность детали в целом. Внешние органы обслуживания сведены к минимуму и эксплуатация прибора настолько проста, что он может безопасно обслуживаться неквалифи­ цированным персоналом.

Программы измерений записаны на сменных картах. До­ полнительные выходы позволяют в зависимости от задач из­

выпускается свыше 200 элементов, позволяющих решать прак­ тически любую задачу производственных линейных измерений [22]. Для удовлетворения растущих потребностей в универ­ сальных электронных измерительных устройствах фирма Теsa (Швейцария) разработала модульную систему Tesamodi.il, предназначенную для контроля и управления качеством в процессе обработки и сборки, для измерений в контроль­ ных пунктах и лабораториях.

19

пунктах и лабораториях, можно собрать из входящих в се­ рию MKS 1000 фирмы Zeiss (ФРГ) различных узлов в ко­ личестве 100. Устройства могут быть оснащены оптическими приборами, обеспечивающими измерение с погрешностью ±(5+5/250) мкм, где L — измеряемая длина, или фотоэлек­ трическими компараторами с цифровым отсчетом до

0,001 мкм.

Каждый входящий в серию функциональный элемент вы­ полняет одну простую специальную задачу, а в комбинации создает возможность универсального применения.

Измерение осуществляется оптико-механическими устрой­ ствами, а преобразование — электромеханическими или фо­ тоэлектрическими. Не только дополнительные приспособле­ ния, но и базовые приборы собираются из унифицированных блоков, что обеспечивает большую гибкость устройств и воз­ можность создания специальных приборов путем простой смены или добавления блоков. Для простоты монтажа все узлы собраны в 14 групп, из которых 2 основные составлены из устройств непосредственного измерения и устройств для крепления объектов измерения.

Основным отличием стойки серии от обычных устройств для координатных измерений является отказ от постоянства расстояния между осью колонки и осью измерения, создавае­ мого обычно пересечением осей перемещения кареток. Этим снимается одно из главных ограничений области применения приборов.

Круглая колонка заменена прямоугольным блоком, кото­ рый можно использовать в горизонтальном и вертикальном положениях. В устройствах применяются сменные коорди­ натные столы 50X50 и 100X50 мм.

Разработка нового более точного датчика для линейных измерений очень расширила возможности применения много­ мерных приборов системы Е, выпускаемой отделом управле­ ния качеством фирмы Newman Electrics Ltd [26]. Датчик яв­ ляется миниатюрным преобразователем линейных перемеще­ ний в электрический сигнал, пропорциональный перемещению очень маленького плунжера относительно тонкой электриче­ ской катушки. Создание такого миниатюрного датчика рас­ сматривается как большое достижение в области многомер­ ных приборов, где размеры измерительного органа играют решающую роль. Диаметр нового датчика ~ 3 ,2 мм (1/8 дюй­ ма). Фирма разработала, кроме того, варианты своего стан­ дартного датчика диаметром 9,5 мм (3/8 дюйма) с коротким и длинным ходом, создав таким образом гамму из пяти дат­ чиков, охватывающих большинство требуемых видов измере­

21

ний. В системе Е применены электронные элементы для вос­ приятия малых перемещений и проецирования их после уси­ ления на шкалу с большим увеличением. Датчики могут встраиваться в ручные приборы, в многомерные приспособ­ ления или приборы активного контроля. Датчики прогодны для работы в условиях коррозии, абразивной пыли и воздей­ ствия охлаждающей жидкости и масел, могут противостоять износу при непрерывной работе. Их линейность не хуже 0,1%, а разрешающая способность в заданных условиях до 0,25 мкм.

Корпус датчика выполнен из нержавеющей стали, а изме­ рительный наконечник оснащен карбидом вольфрама и гер­ метизирован от проникновения пыли и влаги. Датчики ис­ пользуются в сочетании с тонкой отсчетной индикаторной колонкой, показания по которой снимаются с помощью све­

дельный встроенный источник питания. При необходимости можно использовать дополнительный модуль со штепсельным разъемом, содержащий индикаторные лампы и реле для упра­ вления станками по измерительным сигналам. Сигналы мо­ гут смешиваться, складываться и вычитаться для получения «чистых» сигналов ошибки в зависимости от требуемых раз­

В США такие устройства выпускают фирмы Bendix Automa­ tion and Measurement, Federal Products и AA Gage, в Англии фирма SigmaТакие колонки могут устанавливаться вплот­ ную одна к другой и обеспечивать компактное индикаторное устройство [27—31].

Способы индикации различны. Вертикальные отсчетные устройства могут быть чисто электронными, основанными на использовании ряда расположенных вертикально светодио­ дов, или смешанного типа с применением механических уст­ ройств для преобразования электронного сигнала в визуаль­ ный, например, с помощью зеркального гальванометра или ленты с сервоприводом. При настройке таких колонок прояв­ ляются преимущества электроники перед пневматикой, так

22

как приборы с отсчетньши колонками требуют линейности характеристики датчика. Поскольку невозможно добиться полной линейности пневматики, то настройку пневматических: устройств необходимо выполнять по двум настроечным об­ разцам, соответствующим ,'риницам допуска. Линейность электронных датчиков позволяет выполнять настройку п®

одному образцу.

Показанный на выставке Microtecnic-73 прибор фирмы Bendix выполнен на твердотельной схеме и оснащен верти­ кальным отсчетным устройством, в колонках которого распо­ ложены светодиоды. Прибор обеспечивает запоминание раз­

ким отсчетным устройством предназначен для контроля на­ ружных и внутренних размеров, плоскостности, концентрич­ ности, перпендикулярности. Время срабатывания 20 мс, пов­ торяемость результатов измерений 0,25 мкм, разрешающая' способность 2% полной шкалы. Индикаторное устройство*' Sigmacolumn 224, показанное на той же выставке, построено по модульному принципу. Один модуль содержит усилитель, тока питания, другой — счетное устройство, обрабатывающее: поступающие с измерительных позиций электрические им­ пульсы и передающее их по проводам в индикаторный узел. Каждый индикаторный узел содержит 2 трубки с длиной: шкалы 150 мм, выполненной в виде ленты с сервоприводом: Пять собранных вместе индикаторных узлов для отсчета Ю) размеров имеют общую ширину 215 мм. Счетный модуль по­ мещается под индикаторным. С помощью соответствующих: коммутаторов и штепсельных разъемов приставка, выполня­ ющая суммирование, вычитание и другую обработку резуль­ татов измерения, обеспечивает отсчет с выбранным увеличе­ нием, показываемым на трубках условными цифрами 0—4. На каждой трубке предусмотрен винт установки на нуль. Закрытая конструкция устраняет опасность случайных или: некомпетентных изменений настройки. Снаружи производится только включение и выключение прибора. Температурная стабилизация в диапазоне 0—50°С обеспечивает надежную работу прибора в цеховых условиях.

СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ

Приборы активного контроля

Приборы активного контроля являются одним из важней­ ших средств автоматизации технологических процессов в массовом и крупносерийном машиностроении. Наибольшее распространение получили приборы и подналадчики к круг­

лошлифовальным станкам. До последнего времени в области активного контроля господствовала пневматика. Получившие наибольшее распространение пневматические приборы высо­ кого давления имеют при активном контроле ряд преиму­ ществ: простота измерения в сочетании с малыми погрешнос­ тями1 возможность выполнять измерения в агрессивных сре­ дах; почти нулевое измерительное усилие; исключение изно­ са измерительного органа; очистка места измерения от пыли, стружки, абразива, охлаждающей и смазывающей жидкос­ тей. Однако инерционность пневматических приборов не поз­ воляет снизить время измерения до величины, меньшей вре­ мени срабатывания — 0,5 с.

Наибольшее представление о состоянии и направлениях развития техники линейных и угловых измерений дает пери­ одическая специализированная международная выставка Microtecnic. Дее обозреватели выставки Microtecnic-73 отмеча­ ют, что она отличается от предыдущих выставок явно выра­ женным преобладанием электроники в области размерного контроля и, в частности, усиленным проникновением электро­ ники в ту область, где до сих пор преобладала пневматика, т. е. в область контроля в процессе обработки. Даже состав инженеров, работающих на приборостроительных фирмах, отражает новые тенденции: вместо инженеров-механиков в исследовательских и проектно-конструкторских отделах сей­ час преобладают инженеры-электрики с большим опытом в области электроники [31]. Первой фирмой, оказавшей конку­ ренцию пневматике в области активного контроля, была ита­ льянская фирма Marposs, а на выставке Microtecnic-73 элек­ тронные приборы демонстрировали уже все наиболее извест­ ные приборостроительные фирмы разных стран: Bendix Auto­ mation, Federal Products (США), Cary, Tesa (Швейцария), Ferranti, Mercer, Coventry Gauge, Herbert Control & Instru­ ments (Великобритания), Nieberding (ФРГ) и др. Интересно отметить, что большинство перечисленных фирм издавна за­ рекомендовало себя в области пневматических измеритель­ ных устройств-

Одной из основных причин расширения области примене­ ния электроники считается устранение главного препятст­ вия — высокой стоимости электронных устройств. В насто­ ящее время их стоимость настолько снизилась, что выбор метода измерения стал основываться на сравнении чисто тех­ нических преимуществ и недостатков обоих методов для кон­ кретных задач измерения. Основным преимуществом элект­ роники является быстродействие. Правда, при контроле в процессе обработки инерционность пневматических уст­

24

ройств имеет свои преимущества, так как позволяет устра­ нить влияние вибраций и неровностей поверхности на резуль­ таты измерений.

Однако эта инерционность может сказываться и отрица­ тельно, так как после сигнала о достижении заданного раз­ мера продолжается снятие стружки до срабатывания испол­ нительного механизма. Кроме мгновенного срабатывания, преимуществом электронных устройств активного контроля является простота переключения усиления, что дает возмож­ ность обеспечить малое усиление в начале процесса при большом съеме металла и большое усиление при финишных проходах. Это позволяет ужесточить регулирование процесса при выхаживании. Например, прибор фирмы Federal в начале шлифования работает с увеличением 125х , а в конце с увели­ чением 1760х , т. е. регулирование размера происходит экспо­ ненциально. На выставке Microtecnic-73 демонстрировалось несколько устройств швейцарских фирм [32]. Фирма Сагу по­ казала подналадчик для введения поправок на износ инстру­ мента. Принцип работы системы основан на том, что полностью автоматическое устройство перемещает инструмент таким об­ разом, чтобы получить среднее значение размера, определен­ ного путем периодического измерения в процессе обработки. Система содержит автоматический установочный прибор (за­ датчик), индуктивный измерительный прибор; смонтирован­ ный на станке индуктивный датчик, регистрирующий пере­ мещения инструмента; электрооптический узел для принуди­ тельного перемещения инструмента.

Подналадчик работает следующим образом: предвари­ тельно задатчик настраивается по калибру или образцовой детали до получения нулевого отсчета по гальванометру. С этой целью предусмотрено электрическое устройство тонкой настройки. Таким же образом позиционируется укрепленный на станке индуктивный датчик, контролирующий перемеще­ ние инструмента, с тем, чтобы с помощью электрического на­ строечного устройства вновь получить на гальванометре за­ датчика нуль. На индуктивном измерительном приборе пос­ ле этого контролируют последовательно четыре обработан­ ные детали, причем задатчик показывает каждый раз откло­ нение размера детали от номинала. Прибор запоминает эти значения и определяет среднее отклонение, которое отсчитыва­ ется по гальванометру. По величине полученного сигнала опе­ ратор решает, нужна ли подналадка положения инструмента.

Для корректировки оператор освобождает инструмент и включает встроенный в прибор мультивибратор, выдающий выработанные им корректировочные импульсыЭти импульсы

управляют пневмомагнитным клапаном, воздействующим на механическое приспособление перестановки инструмента. Инструмент автоматически перемещается до тех пор, пока ин­ дуктивный датчик не выдает сигнал, практически соответствую­ щий зарегистрированному среднему отклонению с обратным знаком, т. е. гальванометр постепенно возвращается на нуль.

Генератор управляющих импульсов при этом автомати­ чески выключается. Перемещение инструмента компенсиро­ вало среднее отклонение и оператор вновь закрепляет инст­ румент и запускает станок. Несмотря на неизбежную инер­ ционность механического устройства перемещения инстру­ мент останавливается точно на нуле. Для этого гальванометр оборудован двумя электронными ограничителями пределов, расположенными симметрично от нуля на ±1 деление. Как только воспринимаемый сигнал, получаемый путем алгебраи­ ческого суммирования сигнала среднего отклонения и пока­ зания индуктивного датчика, выходит за положение одного из ограничителей, запускается генератор управляющих им­ пульсов, имеющий регулируемую задержку времени 0,5—3 с. Если генератор работает слишком долго, то изменяется по­ лярность сигнала и корректировка производится в противо­ положном направлении и инструмент постепенно возвраща­ ется.

В приборе предусмотрено 2 переключаемых диапазона корректировок: ±50 или ±5 ,мкм. Прибор может обслужи­ вать до 10 различных инструментов на одном или на несколь­ ких станках. Переключение кнопочное. Электрическая уста­ новка датчика самого прибора на нуль в пределах максималь­ но ±7,5 мкм, а каждого датчика станка максимально ±50 мкм. Вычисление среднего отклонения производится по 1—4 деталям. Частота корректирующих импульсов 10 Гц. Питание катушек пневмомагнитного клапана постоянным то­ ком 24В, 0,4А. Ограничители для срабатывания корректирую­ щего устройства настраиваются на ±(1—0,5) делений гальва­ нометра (цена деления 1 или 0,1 мкм). (Питание подналадчи­ ка 220 В+ 10% и — 15%, 50 Гц. Габаритные размеры 400х360х Х30О мм, масса 16,5 кг. Подналадчик может быть установлен на столике на колесах для обслуживания разных машин.

Электронные измерительно-управляющие устройства к шлифовальным станкам фирмы R. Marchand & Cie серии CR разрешают проблемы измерения, регулирования и упра­ вления. Базовое устройство CR402, построенное на транзис­

2 6

чаемой шкалы 50 и 2 мкм. Установка на нуль с помощью потенциометра с диапазоном 0,3 мм. Устройство может при­ меняться для врезного и продольного шлифования гладких валиков на автоматических шлифовальных станках с меха­ ническим приводом в сочетании со скобой US2, имеющей пре­ делы измерения 5—-120 мм, или на неавтоматических стан­ ках с гидроприводом в сочетании со смонтированной на ка­ ретке с гидропередачей измерительной головкой STE/402 с пределами измерения 2—120 мм. К базовому устройству вы­ пускается ряд приставок: для управления автоматическими станками на 1—3 функции; для суммирования и вычитание с тремя переключениями на обычное, сопряженное и относи­

402/М для измерения прерывистых поверхностей с запомина­ ющим устройством; приставка TR390 AIR-EL обеспечивает измерение пневматическим методом и электронный отсчет.

Прибор Digilimit фирмы Movomatic S.A. служит для циф­ рового программного управления круглошлифовальными станками при автоматическом шлифовании множества раз­ ных диаметров, в частности шлифования протяжек и кулач­ ковых валиков. Обычные приборы активного контроля не­ пригодны для контроля таких изделий, так как их измери­ тельные головки должны устанавливаться по образцу на каждый шлифуемый диаметр. Протяжки могут иметь до 100 зубьев, причем каждый зуб может отличаться от преды­ дущего всего на несколько микрометров. Хотя такая задача может быть решена на шлифовальном станке с программным управлением, высокая стоимость станка делает процесс не­ рентабельным.

Прибор Digilimit состоит из одной измерительной голов­ ки для измерения разных диаметров детали, чувствительного элемента для определения положения шлифо:вальной бабки, электронного измерительно-управляющего устройства и циф­ ро-аналогового преобразователя. В зависимости от количест­ ва разных диаметров в качестве носителя информации приме­ няются перфокарты или перфоленты.

Станок оснащен устройством продольного позициониро­ вания детали.

Работа протекает следующим образом. После включения станка измерительная головка наезжает на деталь и изме­ ряет черновой диаметр шлифуемых зубьев. Затем шлифо­ вальный круг устанавливается на ускоренный ход. Сигнал на ускоренный ход вырабатывается по значению измеренно­ го чернового диаметра и сигналу положения шлифовальной

27

бабки, чем устраняется холостое шлифование несмотря на различие диаметров. Компенсационное устройство учитывает уменьшение диаметра круга вследствие износа и правки. За­ тем начинается рабочий цикл, причем прибор выдает коман­ ды на черновое шлифование и выключение при достижении заданного размера. Этот размер выдается носителем инфор­ мации в виде цифрового кодового сигнала на цифро-аналого­ вый преобразователь, который выдает аналоговый емкостный сигнал, управляющий включенным параллельно с измери­ тельной головкой конденсатором. Поэтому электрический нуль головки и тем самым момент выключения подналадчи­ ка может быть установлен в любом месте внутри диапазона измерения головки. Размер задается с шагом 1 мкм. Ста­ бильность и точность устройства соответствуют таковым для обычных емкостных подналадчиков:, на деталях со сплошной поверхностью может выдерживаться допуск ±1 мкм.

Прибор Inductosyn Grinder Gage фирмы Farrand Control Inc. (США) предназначен для визуального отсчета размеров в процессе обработки или для управления циклом шлифова­ ния на станках с гидроприводом шлифовального круга [33].

Три контакта скобы оснащены алмазными наконечника­ ми. Пружинный подвес обеспечивает непрерывный контакт нижнего наконечника с деталью. Центрирующий наконечник механически связан с движением .нижнего измерительного наконечника для обеспечения контакта измерительного нако­ нечника по диаметру детали.

При работе оператор опускает измерительную головку из положения над кругом и устанавливает раскрытие скобы. Затем 2 контактных наконечника стопорятся с помощью ры­ чага, выступающего внизу головки. Оператор освобождает чувствительный наконечник с помощью рычага, расположен­ ного сверху на головке. После запирания рычага чувствитель­ ный наконечник поджимается к детали слабой пружиной.

После окончания операции оператор вновь отводит голов­ ку в положение на 0,5 м над кругом, что дает свободный доступ для установки детали и празки круга. Чувствитель­ ный наконечник преобразует расстояние от нижнего наконеч­ ника в цифровой отсчет диаметра, индицируемый на стан­ дартном цифровом отсчетном приборе фирмы. Диапазон из­ мерения для двух взаимозаменяемых головок 10—73,7 и 73,7— 140 мм. Отсчет может производиться по выбору с разре­ шением 2,5 и 0,25 мкм. Погрешность на всем диапазоне изме­ рений 1,8 мкм, стабильность 0,5 мкм. Диапазон перемеще­

28