книги / Надежность и диагностика технологических систем

Рис. 11.8. ВСТД на базе вращающегося центра задней бабки токарного станка

ободок шайбы 8 (или втулку 11) передается на корпус 2 центра и далее на пиноль задней бабки станка. В результате взаимодейст­ вия поверхности упорного подшипника 4 с лепестками шайбы 8 (или втулки 11) деформации их поверхностей — мест размеще­ ния тензорезисторов — воспринимаются последними и преобра­ зуются в пропорциональный электрический сигнал.

ВСТД на базе самоцентрирующего зажимного патрона токар­ ного станка (рис. 11.9). Данную конструкцию можно использо­ вать как защитное средство, предотвращающее начало резания при отсутствии детали в патроне и как средство получения пер­ вичной измерительной информации о правильности расположе­ ния деталей в патроне. На наклонных боковых базовых выступах кулачка 2 по всей длине наклонной части выполнены пазы 6 с выборками 7. Таким образом, на боковых выступах кулачков образованы консольные поверхности, в зонах деформации кото­

рых размещены ПЭП — тензорезисторы 8. Со стороны, противо­ положной боковым выступам, кулачки 2 имеют вертикальные пазы и рифленые поверхности, с которыми взаимодействуют идентичные по профилю рифленые поверхности кулачков 3.

Дет. 2

Рис. 11.9. ВСТД на базе самоцентрирующего

зажимного патрона токарного станка

Для создания предварительного натяга в боковых базовых вы­ ступах кулачков 2 (первичных неэлектрических преобразовате­ лей) в муфте 5 (напротив пазов в выступах кулачков 2) выполнены отверстия, образующие с пазами муфты такие сквозные канавки, что при размещении в данных отверстиях поворотных осей 10 с жестко закрепленными на них накладными секторами 9, вы­ ступающая часть этих секторов взаимодействует с нижними опорными поверхностями наклонных боковых базовых высту­ пов кулачков 2. При этом поворотные оси 10 с жестко закреп­ ленными на них наклонными секторами 9 образуют сборные эксцентриковые регулировочные оси, а пазы в наклонных базо­ вых выступах кулачков 2 и отверстия в муфте 5 выполнены па­ раллельными наклонным опорным поверхностям кулачков 2 и муфты 5.

Принцип действия следующий. При контроле правильности пространственного положения заготовки 4 в патроне в процессе обработки составляющие усилия резания через сменные кулач­ ки 3 воспринимаются боковыми базовыми выступами кулачков 2.

394 11. Технические средства и структуры систем диагностики

Возникающие упругие деформации преобразуются ПЭП —тен- зорезисторами 8 — в пропорциональный электрический сигнал. По величине выходного электрического сигнала данного ВСТД можно идентифицировать различные дефекты (сбои) компонен­ тов ТС. Например, если значение выходного сигнала ниже допус­ тимого уровня, то это свидетельствует об отсутствии заготовки в зоне работы подвижных кулачков патрона, а если выходные сигналы с отдельных кулачков патрона имеют разные значения — о погрешности установки заготовки.

Для передачи электрического сигнала от вращающегося па­ трона к выносным электрическим приборам можно использовать токосъемное устройство контактного типа (на базе щеточных контаков) или бесконтактного — на базе фотоэлектрических устройств на элементах ИК-излучений. Устройство размещается в корпусе 1 патрона.

ВСТД для станков шлифовальной группы. Основные инфор­ мативные узлы шлифовальных станков (см. рис. 11.7, б): бабка 1 со шлифовальным кругом; задняя бабка с центром 2; прибор ак­ тивного контроля 3 детали 4. В конструкции ВСТД на базе непод­ вижного центра (рис. 11.10) ПНП реализован в виде дополни­ тельно изготовленной детали. Деталь представляет собой втулку с четырьмя диаметрально противоположными тонкостенными лепестками 8, имеющими форму цилиндрической поверхно­ сти. В корпусе 6 размещены собственно центр 1, основание 7

8 ?

Рис. 11.10. ВСТД на базе неподвижного центра шлифовального станка

(с противоположной от опор стороны) внешней силой, передавае­ мой от державки 4 через шарик 7. В зоне деформации пальца — в середине лыски, со стороны, противоположной запрессован­ ному шарику, размещен ПЭП — тензорезистор 6. Конструкция пальца 2 фрезы выполнена в соответствии с требованиями, предъ­ являемыми к упругим элементам.

Предварительный натяг обеспечивается перемещением паль­ ца 2 по пазу. Палец перемещается за счет вращения гайки 1. При этом шарик 7, упираясь в верхнюю часть сферического уг­ лубления грани державки, деформирует палец 2. При фрезе­ ровании силы резания, воздействуя на режущие пятигранные пластины 5, вызывают упругие деформации пальцев 2, воспри­ нимаемые наклеенными в зоне их деформации тензорезисторами 6 и преобразуемые ими в пропорциональный электрический сигнал.

ВСТД для станков сверлильной группы. У станков сверлиль­ ной группы в качестве информативных узлов (см. рис. 11.7, г) и для размещения ВСТД используют шпиндельные узлы 1. Для. регистрации упругих деформаций деталей шпиндельного узла (рис. 11.12) применяют два варианта конструкции:

нагрузке. Оба варианта ВСТД позволяют регистрировать упругие деформации деталей узла, изменяющиеся под действием внеш­ них нагружающих сил.

вительных к изменениям температуры окружающей среды, при­ водит к погрешности преобразования измерительного сигнала.

Инструментальный усилитель (рис. 11.13, а) применим для измерения деформаций деталей в условиях значительного изме­ нения температуры окружающей среды. Измерительная диаго­ наль тензомоста 1 с активным 3 и компенсационным 2 тензорезисторами подсоединена к усилителю 8 сигналов рассогласования тензомоста. Терморезисторы 6 и 7, дополняющие схему до пол­ ного тензомоста, размещены на плате усилителя 8.

Рис. 11.13. И У встроенных средств технической диагностики:

а — схема инструментального усилителя; б — размещение транзисторов на детали; 1 — тензомост; 2 -5 — тензорезисторы компенсационный, актив­

ный, полупроводниковый, проволочный соответственно; б, 7 — терморези­ сторы термомоста; 8 — усилитель тензомоста; 9 — блок индикации; 1 0 — мост терморезисторный; 11 — усилитель подогревателя; 1 2 — стабилиза­ тор тока; 13 — блок питания; 14 — деталь

В качестве термочувствительного элемента использованы чув­ ствительные к изменению температуры и соединенные последова­ тельно два полупроводниковых тензорезистора 4. Тензорезисто­ ры 3 и 2 размещены на наружной и внутренней поверхностях детали 14 (рис. 11.13, б) в зонах действия упругих деформаций, а тензорезисторы 4 — на тех же поверхностях, но в зонах отсут­ ствия деформаций (поперек изгибаемых волокон детали на незна­ чительном расстоянии). Над терморезисторами 3 и 2 и тензорезисторами 4 термочувствительного элемента расположены про­ волочные тензорезисторы 5, выполняющие роль подогревателя.

Выход усилителя связан с блоком индикации 9. В состав тензопреобразователя входят также терморезисторный мост 10, выход которого через усилитель 11 связан с подогревателем 5. Питание всех элементов тензопреобразователя осуществляется от блока питания 13 через стабилизатор тока 12.

В процессе наладки при помощи регулятора устанавливается рабочий ток, протекающий через нагревательные элементы 5, в результате чего происходит разогрев зоны размещения тензорезисторов 2, 3 и 4. При деформировании детали 14, происходящей под действием внешней нагружающей силы, изменяется сопро­ тивление тензорезисторов 2 и 3, происходит разбаланс моста 1 и на выходе усилителя 8 появляется сигнал рассогласования, регистрируемый блоком индикации 9.

Изменение температуры окружающей среды в месте размеще­ ния тензорезисторов 2 и 3 приводит к изменению их сопротивлений. Одновременно изменяется и сопротивление полупроводниковых тензорезисторов 4, в результате чего на выходе терморезистор­ ного моста 10 появляется сигнал рассогласования, преобразуемый усилителем 11 и приводящий к изменению силы тока, протекаю­ щего через подогреватель 5. При повышении температуры в месте размещения тензорезисторов 2 и 3 сила тока через подогреватель 5 уменьшается, и происходит его остывание. При понижении тем­ пературы сила тока через подогреватель увеличивается, и он на­ гревается. Таким образом, достигается стабилизация температур­ ного режима независимо от уровня измеряемого сигнала, а за счет размещения термочувствительного элемента и подогревателя в не­ посредственной близости от места расположения рабочих тензоре­ зисторов обеспечивается высокая плотность монтажа. Применение в тензоусилителе полупроводниковых тензорезисторов, включен­ ных в мостовую схему, обеспечивает высокую чувствительность, а проволочных тензорезисторов в качестве подогревателя — высо­ кое быстродействие при термокомпенсации, что также повышает точность тензопреобразователя.