книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

тей, некомпенсируемых технологических погрешностей и др. При определении погрешности срабатывания с помощью универсальных измерительных устройств к указанным составляющим добавляются случайные погрешности этих устройств и погрешности, зависящие от оператора.

Кроме погрешности срабатывания, необходимо также учитывать погрешность настройки и суммарную погрешность.

Наиболее типичными представителями дискретных измеритель­ ных систем являются электроконтактные датчики. Погрешности

электроконтактных датчиков обычно оценивают на инструменталь­ ном микроскопе. Д л я увеличения передаточного отношения измери­ тельной цепи (для уменьшения цены деления отсчетных устройств) применяют клин, который устанавливают на предметном столике микроскопа. Погрешности измеряют в горизонтальной плоскости, чтобы исключить влияние непрямолинейности направляющих стола в вертикальной плоскости (при обычном использовании микроско­ па эта погрешность не имеет существенного значения). Контакты датчика подключают к сигнальному устройству.

Погрешности датчиков можно определять также с помощью стойки оптиметра, на которую вместе с проверяемым датчиком ус­ танавливают любой точный универсальный прибор 2 с ценой деле­ ния, не превышающей 0,001 мм (рис. 30).

Погрешность срабатывания характеризуется рассеиванием по­ ложений измерительного стержня датчика при многократных сра­ батываниях.

Измерение производят следующим образом. При неподвижном столике 4 оптиметра поворачивают винт настройки контакта дат-

-88

этой составляющей необходимо многократно определить значение параметра X, каждый раз снова настраивая датчик, т. е. несколько раз повторить серию из N срабатываний.

Систематическая погрешность настройки, зависящая от конст­ рукции датчика и опытности оператора,

где п — число повторений серии, состоящей из N срабатываний. Возможна так называемая идеальная настройка датчика, т. е.

настройка практически без смещения центра группирования по­ грешностей срабатывания по отношению к настроечному размеру.

Рис. 31. Погрешности дискретных автоматических систем:

и б — погрешности настройки; в и г — предельные погрешности при многократных настройках

Сущность идеальной настройки заключается в том, что при много­ кратном арретировании измерительного стержня добиваются тако­ го положения, при котором в 50% случаев контакт датчика замы­ кается, а в 50% — н е замыкается. Однако идеальная настройка яв­ ляется весьма трудоемкой операцией. При такой настройке харак­ теристикой центра группирования случайных погрешностей являет­ ся медиана.

При работе датчика величина X может изменяться — возникает гак называемое смещение настройки. Этот параметр характеризует стабильность настройки, он зависит от конструкции отдельных уз­ лов датчика и качества их сборки.

90

Схема проверки величины смещения настройки приведена на рис. 30,6. В начале проверки рассмотренным выше способом опре­ деляют величину X ( Х І ) . Затем со столика оптиметра снимают плит­ ку 3, рычагом 6, приводимым в движение с помощью вращаемого электродвигателем эксцентрика 7, производится многократное за­ мыкание и размыкание контактов датчика (нормы на величину сме­ щения настройки устанавливают из расчета 25000 срабатываний, что примерно соответствует при длительности цикла контроля 1 с работе датчика в течение смены). Проверку производят при неиз­ менном положении датчика, измерительного прибора и столика оп­ тиметра. После 25000 срабатываний на столик оптиметра снова ус­ танавливают плитку 3 и вторично определяют величину X (Xz). Раз ­ ность А = Х2 — Хі характеризует величину смещения настройки.

Предельную суммарную погрешность всякой дискретной авто­ матической измерительной системы следует оценивать как предель­ но возможное отклонение результатов измерения от настроечного размера. Под настроечным размером понимается или действитель­ ное значение размера образцовой меры (детали), по которой на­ страивается прибор, или действительный размер установочной меры с учетом некоторого номинального размера, устанавливаемого при помощи отсчетного устройства. Второй случай встречается при на­ стройке на размер электроконтактного датчика с помощью встроен­ ного в него индикатора.

Предельные погрешности электроконтактных датчиков следует рассчитывать по формуле (59). При однократной настройке датчи­

По правилу суммирования независимых случайных величин можно определить суммарное среднее квадратическое отклонение случайных погрешностей:

Тогда, как следует из рис. 31,6, предельная начальная погреш­ ность датчика

С учетом смещения настройки А (величиной X можно пренеб­ речь) предельная погрешность датчика

91

При идеальной настройке величина предельной начальной по­ грешности датчика

Таким образом, структура погрешности измерения, характери­ зуемая формулой (59), осталась прежней.

Рассмотренные основные точностные характеристики электро­ контактных датчиков по существу относятся к любым дискретным автоматическим измерительным системам.

Погрешность срабатывания — одна из основных точностных ха­ рактеристик дискретных (релейных) автоматических измеритель­ ных систем. В общем случае под погрешностью срабатывания сле­ дует понимать рассеивание значений измеряемой величины, возни­

т. е. дискретных измерительных систем, понятие «погрешность сра­ батывания» имеет вполне определенный смысл, то для систем, об­ ладающих плавной характеристикой (например, индуктивных или емкостных), это понятие нужно несколько уточнить. Известно, что для получения необходимой при автоматическом контроле дискрет­ ной характеристики в цепи датчиков, обладающих плавной характе­ ристикой, включают соответствующие реле. Таким образом, к пере-

92

численным выше факторам, от которых зависит величина погреш­ ности автоматических измерительных систем, добавляется погреш­ ность срабатывания указанных реле. Влияние этой погрешности можно учесть следующим образом:

ройств зависит также от влияния динамических факторов. Во избе­ жание этого влияния не следует допускать разрывов цепей переда­ чи измерительного импульса как в самом измерительном устройст­ ве, так и в датчике (о некоторых рекомендациях для выполнения указанных условий было сказано в § 14).

Необходимо также, чтобы процесс измерения начинался только после успокоения подвижных элементов цепи передачи измеритель­ ного импульса, т. е. после того, как измерительная система придет в установившееся состояние. Для этого ток должен подаваться в из­ мерительную систему после установки контролируемой детали на позицию «Измерение».

§ 15. КОМПЕНСАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ Х П О Г Р Е Ш Н О С Т Е Й П Р И К О Н Т Р О Л Е В П Р О Ц Е С С Е О Б Р А Б О Т К И

Контролю размеров в процессе обработки свойственны размер­ ные обратные связи, т. е. воздействие выходных параметров системы на входные.

Применительно к системам активного контроля размеров выход­ ным параметром может быть непосредственно размер обрабатывае­ мой детали, измеряемой прямым или косвенным методом, положе­ ние режущей кромки инструмента (режущей поверхности шлифо­ вального круга) или положение исполнительных органов станка (бабок, суппортов, ходовых винтов и т. д.). Таким образом, при ак­ тивном контроле размеров выходным параметром технологической системы может являться или непосредственно регулируемый раз­ мерный параметр, или какой-либо другой параметр, связанный с ним некоторой зависимостью.

Входными параметрами систем активного контроля размеров являются приводные органы станка, от действия которых зависит

93

значение регулируемых размерных параметров: двигатель привода исполнительных органов, электромагнит, воздействующий на хра­ повое или золотниковое устройство механизма подач, поршень си­ стемы гидравлического привода и т. д.

Различные виды обратных связей обладают различной точно­ стью, т. е. способностью к компенсации технологических погрешно­ стей. Задача компенсации технологических погрешностей решается наиболее полно в том случае, когда выходным параметром техно­ логической системы является непосредственно регулируемый раз­ мерный параметр. Такая компенсация носит комплексный харак­ тер, поскольку при этом одновременно устраняется влияние износа режущего инструмента, тепловых и силовых деформаций техноло­ гической системы.

Когда выходным параметром является положение режущей кромки инструмента, технологические погрешности компенсируются только частично. Такие системы в основном устраняют влияние из­ носа режущего инструмента. Правда, иногда они могут компенси­ ровать также влияние тепловых и силовых деформаций металлоре­ жущего станка.

К наименее точным относятся системы, у которых выходным параметром является положение исполнительных органов станка. В этом случае можно компенсировать только тепловые и силовые деформации цепи привода режущего инструмента, но нельзя устра­ нить влияние его износа, а также тепловых и силовых деформаций обрабатываемых деталей.

Таким образом, применение в технологической системе обрат­ ных связей не всегда позволяет получить высокую точность обра­ ботки. Точность различных обратных связей зависит от протяжен­ ности звеньев размерных цепей, в состав которых входит регули­ руемый размерный параметр, и от погрешностей размеров указан­ ных звеньев. В некоторых случаях системы управления обеспечи­ вают более высокую точность, чем системы регулирования.

На рис. 32, а изображена принципиальная схема круглошлифовального станка, работающего методом врезания. Привод шлифо­ вальной бабки осуществляется с помощью гидравлической систе­ мы. На рисунке условно показаны различные виды обратных связей.

При работе до жесткого упора размерная подача происходит до тех пор, пока торец винта 6 не придет в контакт с упором 7. Раз­ мерная цепь, в состав которой входит регулируемый параметр, ха­

носа режущего инструмента, который вызывает дополнительное из­ менение звена R .

94

Тепловая деформация всякого нагреваемого тела развивается по отношению к месту его закрепления. Местом закрепления шли­ фовальной бабки является гайка 5. Следовательно, для повышения точности регулирования гайку механизма привода нужно располо­ жить как можно ближе к оси шпинделя шлифовального круга.

Влияние на точность размеров силовых деформаций технологи­ ческой системы уменьшается с увеличением времени контакта вин­ та с упором (выхаживание). Однако при затуплении шлифоваль-

Рис. 32. К вопросу о различных формах обратных связей при операциях, осуществляемых методом врезания:

а — принципиальная схема круглошлифовального станка; б — схема

электроконтактного датчика

ного круга время, необходимое для практического выравнивания силовых деформаций, становится недопустимо большим. Влияние тепловой деформации шлифовального круга сравнительно невели­ ко, поскольку коэффициент линейного расширения керамики гораз­ до меньше, чем стали. Рассматриваемая система обладает весьма низкой точностью. По существу она компенсирует лишь влияние тепловой и силовой деформаций звена /5 .

При наличии обратной связи / / с помощью датчика / * или же­ сткого упора 8 фиксируется положение шлифовальной бабки. Раз­

*Вместо датчика можно использовать также универсальный прибор.

**Размеры h и U берутся от оси обрабатываемой детали.

95

Таким образом, в данном случае протяженность звеньев размер­ ной цепи, в состав которой входит регулируемый параметр, мень­ шем, чем в первом случае, вследствие чего и точность такой систе­ мы несколько больше.

Точность регулирования зависит от тепловых и силовых дефор­ маций звеньев l3, l2, R и от размерного износа режущего инструмен­ та. Кроме того, на точность влияют также тепловые деформации обрабатываемых деталей. Погрешность датчика / (или универсаль­ ного прибора) вызывает дополнительную погрешность звена h.

На точность методов фиксирования положений исполнительных органов станка влияет размерный износ режущего инструмента, а также тепловые и силовые деформации обрабатываемых деталей и режущего инструмента. Кроме того, иногда частично влияют тепло­

Использование подобных обратных связей позволяет компен­ сировать влияние тепловых и силовых деформаций цепи привода режущего инструмента и самих исполнительных органов (бабок или суппортов). Поэтому с точки зрения точности активного контроля размеров методы фиксирования положения исполнительных орга­ нов станка следует отнести к низшим формам обратных связей. Однако в станках с программным управлением подобные системы обеспечивают необходимую точность позиционирования.

При использовании обратной связи / / / с помощью датчика 2 (или универсального прибора) фиксируется положение режущей поверхности шлифовального круга (если лезвийный инструмент, то положение его режущей кромки). Измерительная цепь характе­ ризуется равенством

са измерительных наконечников прибора, а также от погрешности самого прибора. Переменная погрешность ôC вызывается тем, что измерение производится не по линии, соединяющей оси детали и круга, а на некотором расстоянии от нее. Как следует из рис. 33,

С уменьшением диаметра круга погрешность ОС увеличивается. При наличии в системе регулирования обратной связи / / / на точ­ ность обработки не влияет размерный износ режущего инструмен-

96

та, а при обработке методом врезания не влияют тепловые и сило­ вые деформации станка и инструмента (за исключением местных силовых деформаций шлифовального круга). На точность такой системы в основном влияют тепловые и силовые деформации об­ рабатываемых деталей. Таким образом, данная форма обратной связи точнее, чем предыдущие.

Рис. 33. Схема возникновения погрешности обработки при контроле положения режу­ щей поверхности шлифовального круга

Однако при контроле положения режущей кромки инструмента не всегда удается избавиться от влияния тепловых и силовых де­ формаций станка и режущего инструмента. Если положение ре­ жущей кромки фиксируется до или после процесса обработки, то на точность регулирования влияют силовые деформации станка и инструмента (рис. 34,а) .

О

Рис. 34. Схема контроля положения режущей кром­ ки инструмента:

а—при подаче до упора; б—при повороте инструмента

Если положение режущей кромки контролируется после пово­ рота резца, то на точность обработки могут оказывать влияние не только силовые, но и тепловые деформации станка (рис. 34,6). На точность такого метода влияет также нарост на лезвии резца. При контроле положения режущей поверхности шлифовального круга