3.5. Управление точностью начальной установки деталей

Погрешности, возникающие на этапе установки заготовок базирования и силового 'замыкания, могут быть значи- тельно сокращены за счет использования САдУ. Например, при обработке валов на токарных станках используют поводковые устройства с плавающим центром (рис. 3.12). Такие устройства обеспечивают более высокую точность линейных размеров валов. При установке и закреплении заготовки вала в результате откло- нения от перпендикулярности опорного торца А относительно оси шпинделя, а также базового торца Б заготовки относительно оси центровых отверстий базирование осуществляют таким образом, чтобы опорная точка располагалась на расстоянии R от оси цен- тров станка. При этом сила закрепления Р3, приложенная к за- готовке со стороны центра задней бабки, распределяется между торцом А и передним плавающим центром: Р3 = PI + Рг, где

х'* f VM "*/ в

ц

^

А-

>»^ *е О -ипг |& %

•В

Рис. 3.12 Схема САдУ силовым замыканием

Рис. 3.13. Схема зазоров в сопряжениях сустановочный палец — базовое от- верстие»

Л = /п#п; здесь /п — жесткость пружины; уп — деформация пружины. В процессе обработки сила Р2 вызывает переменные упругие перемещения переднего и заднего центров. В результате изме- няется положение оси заготовки относительно вершины инстру- мента, что приводит к появлению существенных погрешностей формы деталей в поперечном сечении. Сила Рв изменяется не только при смене заготовок, но и при обработке данной заготовки, так как из-за колебания г, Н и затупления режущего инструмента изменяется составляющая Рх силы резания. Для сокращения погрешностей обработки путем стабилизации на определенном уровне силового* замыкания (Pt = const) может быть использо- вана САдУ. При установке заготовки вала и при ее обработке датчик Д измеряет значение силы Рг, которое сравнивается с заданным, определяемым ЗУ. Если текущее значение силы Ра отклоняется от заданного, то СУ выдает сигнал рассогласования, который усиливается усилителем У и подается на исполнительное устрой- ство ИУ. Последнее изменяет давление в цилиндре задней бабки, непрерывно поддерживая таким образом Ра = const. Данная САдУ сокращает погрешности обработки при черновом и чистовом обтачивании. При обработке заготовок корпусных деталей и многих других деталей часто используют базирование по плоскости и двум базо- вым отверстиям. Для этого применяют установочные пальцы (рис. 3.13): цилиндрический / и срезанный 2 в направлении, перпендикулярном к линии центров базовых отверстий. Данная установка имеет погрешность, обусловленную наличием зазоров в сопряжении «палец—базовое отверстие». При обработке партии деталей с использованием указанного способа базирования из-за наличия погрешности установки появляются погрешности обра- ботки, особенно заметные при выполнении, финишных операций. Погрешности обработки (смещение осей растачиваемых отвер- стий, отклонение относительно положения осей отверстий и пло- 119

и

'Рис. 3.14. Специальные установочные пальцы;: I — цилиндрический; И — ромбический

ских поверхностей) возникают из-за поворотов заготовок за счет зазоров в сопряжениях ЛЦШи, ДСрши. В пределах этих зазо- ров заготовки при установке занимают случайные положения. ВОЗМОЖНЫЙ уГОЛ ПОВОрОТа ЗаГОТОВКИ tg a = (Ацши + Дсртах)Дм где Ацпих — наибольший радиальный зазор между цилиндриче- ским пальцем 1 и базовым отверстием; Аср max — наибольший радиальный зазор между срезанным пальцем 2 и поверхностью отверстия; L — расстояние между центрами базовых отверстий. При эксплуатации приспособлений установочные пальцы из- нашиваются и увеличиваются зазоры и погрешности обработки. Указанные погрешности обработки могут быть значительно сни- жены путем управления установкой за счет применения специаль- ных установочных пальцев, выбирающих зазоры в сопряжениях. Установочные пальцы (рис. 3.14, а) выполнены в виде трех- и двухлепестковой упругих цанг //. Внутри корпуса 5 каждого пальца расположена керамическая втулка 6 с нагревательным элементом в виде спирали 7 (из нихрома). Внутри втулки нахо- дится стержень 9, выполненный из материала, обладающего зна-

чительным коэффициентом линейного расширения. На конце стержня расположен шарик 10, контактирующий с конической поверхностью отверстия в цанге. Винт 13, фиксируемый гайкой 14, служит для регулировки диаметрального размера пальца. Внутри стержня вмонтирован датчик 12 температуры нагрева. Датчик соединен с блоком 1 контроля температуры стержня (Б/С f). Задатчик температуры 2 (3 /°) устанавливает нужную температуру нагрева стержня, при которой нагревательный элемент вклю- чается посредством реле 3 (Р) в сехь. После того как заготовка 8 заняла нужное положение на пальцах, установленных в корпусе 4 приспособления, включаются нагревательные элементы 7. Они нагревают в течение 3—5 с стержни, которые при этом удлиняются. За счет их удлинения шарики перемещаются и расклинивают цанги, которые выби- рают зазоры в сопряжениях. Если температура нагрева стержня превышает заданную, блок / отключает реле. После закрепления заготовки электрическая схема отключается и во время обработки пальцы остывают. На рис. 3.14, б представлена другая конструкция установоч- ных пальцев. В цанге 6 установлены сферы 9, выполненные из материала со значительным коэффициентом объемного расши- рения, внутри которых в керамических втулках 7 расположены нагревательные элементы 8. В сфере смонтирован датчик 10 контроля температуры ее нагрева (электрическая схема анало- гична приведенной на рис. 3.14, а). При установке заготовки 11 сферы нагреваются, расширяются и расклинивают цанги, кото- рые выбирают зазоры в сопряжениях, обеспечивая правильную установку заготовки. Описанные конструкции могут быть ис- пользованы и для установки спутников в позиционных приспо- соблениях. Ко многим деталям, обрабатываемым на токарных станках в патроне, предъявляют требования по соосности поверхностей. Применяемые в настоящее время трех- и четырехкулачковые патроны в ряде случаев позволяют получить высокую точность относительного расположения обрабатываемых поверхностей де- тали путем выверки. Однако на процесс выверки, осуществляемый методом проб, затрачивается значительное вспомогательное время (3—10 мин). Погрешности установки детали приводят к недопу- стимому ее радиальному биению. Автоматизация процесса вы- верки и сокращение погрешностей установки обеспечивается системой автоматической выверки (CAB). Кинематическая схема достижения требуемой точности положения центра Од детали относительно центра Ош вращения шпинделя станка приведена на рис. 3.15. Принцип управления основан на развороте двух связанных с патроном эксцентриков, управляемых двумя миниэлектродвигателя'ми. Центр Ог поворота первого эксцентрика смещен относительно центра Ош на эксцен- триситет ег. Центр Оа поворота второго эксцентрика смещен отно- 121

Рис. 3.15. Кинематическая схема достиже- ния требуемой точности положения центра Оя детали относительно центра Ош вращения шпинделя станка: о) — расстояние между точками О, в О_

сительно центра Ох на et = «j. Пат- рон установлен соосно со вторым эксцентриком. В первом варианте поиска Од раз- воротом первого эксцентрика в нап- равлении уменьшения эксцентриси- тета установленной в патроне детали добиваются минимального значения et. При этом центр Од перемес- а центр 02 — в положение О'г. На втором шаге осуществляется разворот второго эксцент- рика, а следовательно, и патрона с деталью относительно центра О'ч. Затем вновь разворачивается первый эксцентрик в сто- рону уменьшения эксцентриситета и т. д. Выверка продолжается до тех пор, пока геометрический центр обрабатываемой детали не окажется в области Ош. При втором варианте выверка осуществ- ляется аналогично, 'но заканчивается в тот момент, когда геоме- трический центр детали попадает на окружность радиусом е, с центром в точке Ош. Автоматическое самоцентрирующее устройство (рис. 3.16) со- стоит из планшайбы 9, неподвижно закрепленной на переднем конце шпинделя 5 станка. В планшайбе установлена катушка 10 электромагнитного фиксатора. Эксцентрично посадочному отвер- стию планшайбы в последней на подшипнике // установлена двух- ступенчатая эксцентрическая втулка 17. На ее правой ступени тится в положение О', д»

19 18 17

Рис. 3.16. Автоматическое самоцентрирующее устройство для токарного станка

смонтирован поворотный диск 12, несущий стандартный трехку- лачковый патрон 13. Втулка и диск 12 кинематически связаны с двумя управляющими электродвигателями / (W = 10 Вт, п = — 2 мин"1), закрепленными на фланце 4. Кинематическая связь осуществляется посредством валика 7 и трубы 6, проходящими через отверстие в шпинделе 8, а также двух пар шестерен 18, 19, 2, 3. Подвод питания к электродвигателям и катушке осу- ществляется через токосъемники 5. Работа устройства происходит следующим образом. Обраба- тываемую заготовку 14 устанавливают и закрепляют в патроне 13. К поверхности заготовки подводят датчик 15, служащий для изме- рения величины ее радиального биения относительно оси враще- ния шпинделя.. Датчик закреплен в специальном держателе, уста- новленном в резцедержателе 16 станка. Сигнал с датчика Д (рис. 3.17), представляющий собой перио- дическую функцию времени, проходит через фильтр Ф, выделя- ющий первую гармонику, т. е. эксцентриситет вращающейся детали, и подается затем на электронные ключи /С/ и К2. С дру- гой стороны на эти ключи направляются импульсы тока от гене- ратора импульсов Г, прошедшие триггер Тг со счетным входом. Импульсы тока попеременно открывают ключи /С/, К2 и таким образом поочередно направляют сигналы с датчика Д на сравни- вающее устройство СУ. В СУ происходит непрерывное сравнение следующих друг за другом импульсов. Положительный сигнал рассогласования, соответствующий уменьшению эксцентриситета заготовки, подается в усилитель У, где усиливается и поступает затем в командное устройство КУ, которое включает в работу электродвигатель ЭД1. Последний через шестерни 3, 18 (см. рис. 3.16) и трубу 6 поворачивает втул- ки 17 до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до нуля. После этого /СУ (см. рис. 3.17) отключает ЭД1 и включает ЭД2. Двигатель ЭД2 через шестерни 2, 19 (см. рис. 3.16) и валик 7 поворачивает диск 12, обеспечивая тем самым дальнейшее умень- шение эксцентриситета заготовки. Как только сигнал рассогла- сования примет опять нулевое значение, /СУ (см. рис. 3.17) вновь передает работу двигателю ЭД1 и т. д. Процесс выверки (попеременная работа ЭД1 и ЭД2) продол- жается до тех пор, пока эксцентриситет вращающейся заготовки, а следовательно, и уровень уп- равляющего сигнала не достиг- нет минимального значения, оп- ределяемого зоной нечувстви- тельности датчика Д. После этого КУ отключает ЭД1 и ЭД2 и включает электромагнитный фиксатор, состоящий из план- шайбы 9 (см. рис. 3.16), катуш- рис. 3.17. Схема электрической ча- ки 10, диска 12. Поворотный сти UAB 123

диск 12 с патроном 13 притягивается к планшайбе. Этим сохра- няется неизменность положения патрона с заготовкой относи- тельно шпинделя на все время обработки. Время автоматической выверки составляет 10—20 с. Биение выверяемой поверхности детали доводится до 0,01—0,02 мм. Использование CAB не исключает возможности механизации функции «зажим — разжим заготовки».