книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

в системе имеется контур компенсации с вычислительным устрой­ ством ВУ2, включающим устройство определения среднего значе­ ния возмущающего воздействия и дискретный компенсирующий фильтр WK для формирования компенсирующего сигнала Х К . Усло­ вие инвариантности в такой системе выполняется путем косвенного измерения возмущающих воздействий. Для выполнения условий измерения в одном из плечей дифференциальной «вилки» имеется модель объекта WM- С целью исключения реакции объекта, вызван­ ной управляющим воздействием р,, ВУ2 подключается к выходу объекта с запаздыванием на один такт Т, т. е. когда процесс уп­

го возмущающего воздействия и вырабатывает необходимый сиг­ нал компенсации. Дискретная передаточная функция компенсирую­ щего фильтра WK определяется из условий инвариантности относи­ тельно систематической регулярной составляющей возмущения. В простейшем случае при линейной аппроксимации изменения этой составляющей определяется первая разность среднего значения эквивалентного возмущающего воздействия.

При использовании данной системы частота подналадок, а зна­ чит и объем выборки N устанавливаются автоматически в зависи­ мости от скорости смещения центра группирования (треита).

Г л а в а V I I . К О М Б И Н И Р О В А Н Н Ы Е (ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ) СИСТЕМЫ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ

§27. О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

Вобщем виде комбинированные (двухступенчатые) системы ак­ тивного контроля и регулирования состоят из двух контуров регули­ рования: один должен осуществлять контроль и регулирование по отклонению размера обрабатываемой детали, второй компенсирует вредное влияние возмущающих факторов (износа рабочего инстру­ мента, температурных погрешностей и т. д.) на точность получения размеров. При создании многоконтурных цепей автоматического ре­ гулирования процесса получения размеров отдельные контуры мо­ гут оказаться взаимозависимыми. В этом случае они называются системами связанного регулирования или самонастраивающимися системами регулирования. Если отдельные контуры многоконтурной

228

системы регулирования не влияют или влияют очень слабо друг на друга, то их называют системами автономного регулирования.

Для использования положительных качеств систем регулирова­ ния как в процессе обработки, так и после нее и устранения прису­

обладают высокой точностью и наиболее полно отражают перспек­

зываемых случайными погрешностями обработки, а контроль после обработки корректирует отклонения размеров деталей, вызываемых функциональными погрешностями, связанными с рабочим состоя­ нием станка и измерительного прибора. Рассмотрим в качестве при­ мера принцип действия и работу прибора активного управляющего контроля в процессе обработки.

Прибор (рис. 86) осуществляет непрерывное слежение за изме­ нением обрабатываемого размера и при определенных уровнях этого размера, определяемых давлением в пневматической измери­ тельной цепи, выдает дискретные команды станку на изменения режимов обработки и отключение станка при достижении заданно­

ной ветви воздействует на пневмоэлектропреобразователь /, кото­ рый дает команду на ввод прибора в зону измерения. Сжатый воз­ дух от отсчетного устройства 13 поступает в измерительное сопло 10. После загрузки заготовки шлифовальный круг на форсированной подаче врезается в нее до момента срабатывания реле мощности, которое переключает форсированную подачу на черновую и одно­ временно дает команду на ввод измерительной головки в зону из­ мерения. Ввод осуществляется гидравлическим поворотным меха­ низмом, на каретке которого установлена измерительная головка. Механизм перемещает измерительную головку до упора, при этом срабатывает конечный выключатель рабочего положения механиз­

ствием пружин 6 поршни 4 с толкателями 5 возвращаются в исход­ ное положение, и измерительные рычаги под действием пружин 9 поворачиваются до упора измерительных наконечников в поверх­ ность контролируемой детали. По мере снятия припуска с заготов-

230

кн зазор между торцами сопла 10 и заслонки 11 уменьшается, увеличивая давление воздуха в измерительной ветви. Изменение давления в измерительной ветви воздействует на упругие чувстви­ тельные элементы отсчетного устройства 13, которые перемещают стрелки шкал и подвижные электрические контакты, взаимодейст­

вую. Одновременно на сигнальной панели загорается соответствую­ щая сигнальная лампа. После снятия чистового припуска срабаты­ вает другая пара контактов и следует команда на переключение с чистовой подачи на выхаживание. При достижении заданного раз­ мера срабатывает третья пара контактов и следует команда на отскок шлифовального круга,. Одновременно включается воздухо­ распределитель, подающий воздух в арретир. Если наконечники сарретировались на заданную величину, то пятки 7 перекрывают блокировочные сопла 8 и команда на отвод измерительной головки проходит в соответствующий механизм. Если по каким-либо причи­ нам арретирование не произойдет или же оно будет неполным по величине, давление в блокировочной ветви будет ниже значения, при котором срабатывает пневмоэлектропреобразователь, и меха­ низм вывода измерительной головки в исходное положение не сра­ батывает. Таким образом, эта блокировка предотвращает поломку наконечников, возможную, в случае отказа арретира, при контроле желобов и дорожек качения, закрытых буртами. После возвращения измерительной головки в исходное положение выгружается обра­ ботанное кольцо, загружается следующая заготовка и цикл повто­ ряется. Следует отметить особенность используемого в данном при­ боре и всех пневмоэлектрических приборах, поставляемых ОКБ для автоматических управляемых станков, отсчетного устройства. Отсчетное устройство представляет собой пневматический диффе­ ренциальный преобразователь манометрического типа. Устройство имеет две шкалы. По нижней можно наблюдать за съемом припус­ ка с обрабатываемого изделия в диапазоне от 500 или 300 мкм до нуля (окончание обработки). Шкала нелинейная с ценой деления 0,1 мм. Эта шкала служит также для настройки нуля измеритель­ ной головки. По верхней шкале можно наблюдать за съемом при­ пуска в диапазоне от 140 или 80 мкм до нуля, т. е. на заключитель­ ных этапах обработки (чистовая подача, выхаживание). Эта шкала линейная с ценой деления 1 или 2 мкм. Точная шкала служит так­ же для настройки электрических контактов отсчетного устройства. Пределы измерения и цены деления шкалы выбирают в зависимо­ сти от конкретных требований.

§ 28. СИСТЕМЫ К К Р У Г Л О Ш Л И Ф О В А Л Ь Н Ы М СТАНКАМ

На круглошлифовальном станке американской фирмы «Федераль» применена комбинированная система активного контроля (рис. 87) [171]. На этом станке применяется скоба 1 с датчиком 2,

231

управляющим механизмом 11 остановки станка. При работе стан­ ка происходит нагрев обрабатываемой детали и станка, а наконеч­ ники измерительного устройства подвергаются износу. Это приводит к изменению размеров обработанных деталей, что не может быть зафиксировано скобой /. Для компенсации указанных погрешно­ стей на станке предусмотрено второе измерительное устройство 3 с датчиком 4, в которое автоматически устанавливаются обработан­ ные детали 6. По результатам контроля этих деталей датчик 4 управляет при помощи усилителя 10 подналадкой датчика 2, сме­ щая его настройку. Изменение настройки датчика 2 производится

Рис. 87. Схема комбинированной (двух­ ступенчатой) системы активного контро­ ля размеров фирмы «Федераль»

либо на определенную часть допуска обрабатываемой детали, либо пропорционально величине отклонений, измеренных устройством 3. Кроме того, датчик 4 управляет механизмом 5, разделяющим обра­ ботанные детали на годные и бракованные путем отвода их по лот­ кам 9 (брак «—»), 7 (брак « + ») и 8 (годные). При появлении трех бракованных деталей станок автоматически останавливается.

Фирма «Токио Сэймицу» применяет при шлифовании двухсту­ пенчатую систему активного контроля (рис. 88).

Другим примером применения двухступенчатого контроля яв­ ляется полностью автоматизированный круглошлифовальный ста­ нок фирмы «Лендис» (рис. 89) с контролем готовых деталей непо­ средственно после обработки и системой автоматической подналад­ ки [107]. Детали из бункера 1 подаются в подъемник 2, подводящий заготовки к механической руке 3. На станке шлифуется желоб внутреннего кольца шарикоподшипника методом врезания с по­ мощью соответствующим образом заправленного круга. Прошли­ фованные детали скатываются по лотку 7 в измерительное устрой-

232

м

со

ы

ствоб подналадчика, где автоматически контролируются с помощью двух пневмоэлектроконтактных датчиков. Один датчик 5 контроли­ рует диаметр желоба и управляет механизмом подналадки шлифо­ вального круга, другой датчик 4 контролирует положение желоба относительно торца кольца. При смещении его положения за уста­ новленные границы подается команда на выключение станка. После обработки определенного количества деталей, контролируемых счетчиком, автоматически включается механизм правки круга.

Для данного станка этой же фирмой разработано комбиниро­ ванное устройство для активного контроля диаметров ступенчатых валиков. Устройство устанавливают на столе станка со стороны, противоположной шлифовальной бабке. Оно состоит из двух каре­ ток, одна из которых может перемещаться в направлении оси шли­ фуемого изделия, а другая — в направлении, перпендикулярном этой оси. Перемещение продольной каретки осуществляется пневмоцилиндром с поршнем, а поперечной — штоком гидроцилиндра. На поперечной каретке установлен индуктивный датчик, измеритель­ ный наконечник которого контактирует с поверхностью шлифуемой детали. Возникающий сигнал сравнивают с сигналом контролиру­ емого датчика, который размещен вне зоны обработки и контакти­ рует с шаблоном. Когда сигнал рабочего датчика становится рав­ ным сигналу контрольного, дается команда на прекращение обра­ ботки контролируемого диаметра. После этого поперечная каретка отводится вправо и вызывает сигнал на перевод продольной каретки к следующей ступени обрабатываемой детали. Контрольный датчик в это время переходит на соответствующую ступень шаблона. Цикл повторяется до завершения обработки всех ступеней валика.

В последнее время некоторыми зарубежными фирмами («Хилд». «Шеффилд» и др.) запатентован целый ряд устройств, предназна­ ченных для автоматической поднастройки приборов в зоне обра­ ботки. Из зарубежной периодической и патентной литературы, в ко­ торой, к сожалению, имеются лишь краткие описания некоторых подобных комбинированных систем, можно заключить, что исполь­ зование обратной связи.позволило американской промышленности развить новую, весьма перспективную форму двухступенчатого (двухкаскадного) контроля, которой многие американские специа­ листы дают самую высокую оценку [79, 164—-171, 179, 180].

В нашей стране такие формы контроля пока еще не получили широкого развития. Правда, в настоящее время в автоматических линиях уже стали применяться простейшие варианты двухступенча­ тых систем регулирования в виде подналадчика и электрочувстви­ тельного упора, управляющего циклом обработки станка по ре­ зультатам измерения положения шлифовальной бабки.

С помощью комбинированных систем можно значительно умень­ шить износ измерительных наконечников и существенно увеличить точность контроля. Это можно осуществить следующим образом. В процессе обработки на круглошлифовальном станке после снятия предварительной части припуска по электрифицированному упору

234

или реле времени вводится в работу обычная контактная измери­ тельная скоба (например, пневматическая), которая измеряет дей­ ствительный размер детали. Этот результат фиксируется и запоми­ нается в одном из сильфонов пневматического дифференциального датчика, подвод воздуха к которому можно перекрывать с помощью

На рис. 90 показана принципиальная схема такой системы, раз­ работанная совместно Бюро взаимозаменяемости и ОКБ.

Основная пневматическая скоба 4 соединена воздухопрово­ дом 10 с сильфоном 12 дифференциального пневматического датчи­ ка /. Электромагнитный клапан / / перекрывает воздухопровод 10. Дополнительная пневматическая скоба 7 расположена вне зоны об­ работки и ее сопло 6 воздухопроводом 9 соединено с сильфоном 8 датчика /. При помощи фиксатора 3 скоба 7 связывается автомати­ чески с инструментальной бабкой 2.

После снятия предварительной части припуска срабатывает электрифицированный упор или реле времени (на чертеже не по­ казаны) и включает скобу для измерения обрабатываемой детали. Оставшуюся часть припуска снимают при включенной скобе 7, соединенной фиксатором с бабкой до упора ее сопла 6 в неподвиж­ ный элемент 5.

настройки прибора, измеряющего в заданном сечении диаметр в зо­ не обработки, а другой — механизмом автоматического измерения угла наклона копира правящего алмаза для придания шлифоваль­ ному кругу соответствующей формы в зависимости от отклонения конусности обрабатываемого изделия. Такая система реализована в Московском автомеханическом институте (МАМИ) при шлифо­ вании роликовых дорожек внутренних колец конических роликопод­ шипников. На рис. 91 показана принципиальная схема автоматиче­ ского круглошлифовального станка для обработки конусов, автома­ тический цикл которого управляется двухступенчатой системой МАМИ [121].

Деталь / до процесса обработки и после него измеряется с по­ мощью двухконтактной измерительной скобы 2, с помощью кото­ рой контролируют фактическую величину припуска на обработку

236

и следят за изменением диаметра в заданном сечении в процессе обработки. Скоба подается на позицию измерения и арретируется с помощью привода скобы 3. Измерительные импульсы восприни­ маются и преобразуются датчиком 4, а после усиления в командном

ветствии с этапами автоматического цикла шлифования. Очередная правка круга производится по команде, поступающей от счетчика циклов или от специального вибродатчика к механизму 8 правки круга, закрепленного на бабке 18 шлифовального круга 19 или на его кожухе. После окончания шлифования деталь выгружается ав­ тооператором и по лотку 17 направляется в контрольно-блокиро­ вочное устройство (подналадчик) 16, расположенное рядом со станком.

Коническая деталь (кольцо) поступает на измерительную по­ зицию 13 контрольно-блокировочного устройства (КБУ), где одно­ временно контролируются: расчетный диаметр конуса с помощью измерительного узла, импульсы которого передаются датчику 11; угол конуса 2а или конусность роликовой дорожки с помощью из­ мерительного узла, импульсы которого передаются к датчику 12. При смещении настройки ИУУ для контроля в процессе обработки, состоящего из скобы 2 и датчика 4 (первой ступени ИУУ), соот­ ветственно смещается среднее значение или центр группирования кривой распределения выборочной партии деталей. При приближе­ нии диаметральных размеров контролируемых деталей к подналадочным границам срабатывает датчик / / . Импульс усиливается в командном пульте 10, и выдается управляющая команда на ме­ ханизм подналадки 6 прибора ИУУ, который, смещая его настройку в нужную сторону, компенсирует систематическую погрешность. Автоматическая подналадка угла конуса производится по команде датчика 12 и командного пульта 10 механизмом подналадки угла 7, который корректирует настройку угла конуса колец изменением уг­ ла наклона копира механизма 8 правки круга.

Команды на подналадку прибора ИУУ или на подналадку угла подаются КБУ после прохождения трех (или двух) колец с от­ клонениями диаметра или угла конуса, превышающими подналадочные границы. КБУ производит также отбраковку случайно вы­ павших деталей и направляет их в сборник брака 15. Годные дета­ ли 14 направляются на следующую операцию. КБУ изготовлены за­ водом «Калибр», доведены и испытаны.

Принципиальная схема опытного образца подналадчика прибо­ ра МАМИ показана на рис. 92. Изменение расстояния между под­ вижным контактом 2 и регулируемым контактом 3 датчика произво­ дится через резьбовую пару 4 вращением винта в прямом и обрат­ ном направлениях. Винт вращается электродвигателем 10 через кар­ данный вал 7, червяк 5 и косозубое зубчатое колесо 6, жестко закрепленное на конце винта.

237