2.2.2 Схемы установки приборов активного контроля на универсальных круглошлифовальных станках

На протяжении многих лет отечественная промышленность серийно выпускала и выпускает два вида приборов активного контроля для круглошлифовальных станков: приборы с трехконтактными скобами (БВ-711, БВ-3023, АК-3М) и приборы с двухконтактными скобами (типа БВ-1096).

Однако эти приборы до сих пор не получили достаточно широкого применения на универсальных круглошлифовальных станках, несмотря на хорошие метрологические показатели и экономическую целесообразность их применения даже в условиях серийного производства.

Такое положение объясняется рядом причин, зависящих в первую очередь от конструкции скоб, способов их установки на станке и от вида обрабатываемых деталей.

Все детали, цилиндрические шейки которых обрабатываются на круглошлифовальных станках, можно разделить на три группы:

• Iгруппа - детали, имеющие только одну шлифуемую шейку;

• IIгруппа - детали, имеющие несколько шлифуемых шеек одинакового размера;

• IIIгруппа - детали, имеющие несколько шлифуемых шеек различных размеров.

В настоящее время все литературные источники рассматривают и рекомендуют лишь два способа установки скоб на круглошлифовальных станках: установка трехконтактных скоб 1 с помощью амортизатора 2 на кожухе 3 шлифовального круга (рис.2.2.5, а) и установка двухконтактных скоб 1 с помощью механизма подвода - отвода 2 на столе 6 станка (рис.2.2.5,б).

К недостаткам следует отнести трудность автоматизации ввода измерительной скобы в рабочее положение и ее вывода, необходимость в значительном ходе при вводе и выводе скобы для установки и съема обрабатываемых деталей на станке. Крепление трехконтактных скоб к кожуху шлифовального круга обладает низкой жесткостью в направлении продольной подачи, что совершенно исключает возможность продольного шлифования и вызывает большую погрешность установки, которая вместе с погрешностью обработки и погрешностью измерения является составной частью суммарной погрешности изготовления.

Погрешностью установки названа погрешность размера обрабатываемой детали, связанная с нестабильностью взаимного расположения детали и скобы, главным образом с перекосом скобы в вертикальной плоскости, проходящей по линии центров станка. Количественно погрешность установки с достаточной полнотой может быть оценена вариацией показаний установленного на станке прибора.

Как показали опыты, вариация показаний приборов с трехконтактными скобами при вращающемся шлифовальном круге и детали может достигать 9 мкм, а в результате суммарного влияния всех погрешностей рассеяние размеров в партии достигает величин, соответствующих полю допуска 2-2а классов точности [4, с.130].

Таким образом, трехконтактные скобы могут применяться только при врезном шлифовании деталей 3 - го класса точности, то есть область их применения весьма ограничена.

Рис.2.2.5. Схемы установки приборов активного контроля на круглошлифовальных станках

Крепление двухконтактных скоб на столе станка позволяет контролировать детали, как при врезном, так и при продольном шлифовании. Вариация показаний установленного на станке прибора зависит от конструкции направляющих механизма подвода - отвода и в среднем составляет 1,4 мкм, а рассеяние размеров партии обработанных деталей соответствует 1 - му классу точности, то есть двухконтактные скобы приборов типа БВ-1096 позволяют уверенно получать детали 2 - го класса точности.

Однако крепление двухконтактных скоб на столе станка имеет ряд недостатков, препятствующих их широкому использованию на универсальных круглошлифовальных станках:

1. Затрудняется установка деталей, особенно тяжелых, в центрах станка.

2. Контроль шлифуемой шейки осуществляется лишь в одном ее сечении, что исключает желательный (в большинстве случаев при продольном шлифовании) одновременный контроль конусности, особенно в процессе шлифования длинных шеек.

3. Подвод и отвод скобы производится специальным обычно гидравлическим механизмом, который заводами - изготовителями вместе со скобами не поставляется.

4. При шлифовании деталей IIиIIIгрупп рассматриваемый вариант крепления скобы является экономически нецелесообразным. Действительно, при шлифовании этих деталей в одну установку чрезмерно возрастает вспомогательное время на установку скобы вдоль стола и настройку ее на размер, а использование нескольких приборов для контроля каждой шлифуемой шейки исключается ввиду высокой стоимости приборов. В то же время при шлифовании этих же деталей в несколько установок, когда шлифуются поочередно шейки одинакового размера, сильно увеличивается время на установку и снятие деталей.

Таким образом, установка скоб на станке станка является целесообразной лишь при шлифовании легких деталей Iгруппы с короткой шлифуемой шейкой.

С целью устранения перечисленных недостатков на кафедре технологии машиностроения СПбГПУ разработан ряд новых вариантов установки на станке двухконтактных скоб активного контроля.

Установка скобы на столе станка, но со стороны шлифовального круга (рис.2.2.5, в), уже не затрудняет установку детали в центрах, а в остальном не отличается от предыдущей (рис.2.2.5,б).

Отметим, что при любом варианте установки со стороны шлифовального круга (рис.2.2.5, в, г, д, е, ж, з)скобы должны оснащаться специальными Г - илиZ- образными губками, чтобы контроль шлифуемой шейки происходил в плоскости шлифовального круга. Опыты показали, что использование удлиненных губок сложной конфигурации в большинстве случаев не вызывает заметных дополнительных погрешностей.

Крепление скобы к шлифовальной бабке (рис.2.2.5, г) устраняет недостатки, присущие креплению скобы на столе станка. В этом случае вариация показаний установленного на станке прибора зависит от конструкции направляющих шлифовальной бабки и составляет в среднем 1,3 мкм. Однако крепление скобы к шлифовальной бабке не обеспечивает постоянства установки по линии центров станка, поэтому по мере износа шлифовального круга измерительные наконечники перемещаются относительно детали и возникает дополнительная погрешность из-за непараллельности наконечников. Для прибора типа БВ-1096 с регулируемыми на размер губками относительная непараллельность достигает примерно 7 мкм на 1 мм длины измерительного наконечника, что может вызвать значительное рассеяние размеров деталей в партии, так как износ круга на 1 мм соответствует 1 - 2 часам работы станка.

Таким образом, крепление скобы к шлифовальной бабке может быть успешно использовано только в массовом производстве деталей при их контроле скобами с нерегулируемыми губками, если обеспечить относительную непараллельность измерительных наконечников не более 0,2 - 0,5 мкм/мм.

Отметим, что при любом варианте крепления двухконтактной скобы к шлифовальной бабке или станине станка (рис.2.2.5, г, д, е, ж, з)продольное шлифование сопровождается скольжением измерительных наконечников вдоль обрабатываемой шейки, но это не приводит к заметным дополнительным погрешностям ввиду высокой жесткости крепления губок и скоб в направлении продольной подачи.

Крепление скобы к станине станка (рис.2.2.5, д) устраняет недостатки крепления скоб на столе станка и обеспечивает постоянство установки скобы по линии центров станка, чем исключается влияние непараллельности измерительных наконечников на показания прибора. В этом случае следует ожидать, что погрешности, связанные с установкой прибора, будут равны нулю. При рассматриваемом варианте крепления скобы к станине станка возможны два способа установки и снятия деталей:

1. Установка и снятие деталей производится в таком положении стола станка, при котором деталь выведена из зоны расположения скобы продольным перемещением стола. Этот прием работы вполне естественен при продольном шлифовании, а при врезном шлифовании приводит к некоторому дополнительному увеличению вспомогательного времени, однако он является единственным приемлемым способом при врезном шлифовании тяжелых деталей на станках, не имеющих механизма ускоренного подвода и отвода шлифовальной бабки.

2. Установка и снятие деталей, обрабатываемых врезным шлифованием во избежание увеличения вспомогательного времени, производится без дополнительного продольного перемещения стола. При таком способе возможно повреждение губок прибора, поэтому он может быть использован только при врезном шлифовании легких небольших деталей преимущественно на станках без ускоренного хода шлифовальной бабки и при обязательном наличии в скобе арретирующего устройства.

Очевидно, что если станок имеет ускоренный ход шлифовальной бабки, то его целесообразно использовать для подвода и отвода скобы.

Крепление скобы 1 (рис.2.2.5, е) к станине станка 5 с помощью каретки 2 с направляющими в виде упругого параллелограмма из плоских пружин, прикрепленного к кронштейну, связанному со станиной, обеспечивает постоянство установки скобы по линии центров станка за счет имеющегося упора и позволяет осуществлять подвод и отвод скобы с помощью специальной связи 7 со шлифовальной бабкой. Испытание этого устройства выявило ряд специфических недостатков, значительно ограничивающих его использование:

1. Наличие противоречия между величиной хода скобы при ее отводе и погрешностью ее установки. Для увеличения хода скобы необходимо увеличить длину плоских пружин упругого параллелограмма, а увеличение длины приводит к потере их устойчивости, особенно при сильном прогибе пружин, что вызывает увеличение вариации показаний прибора, установленного на станке, которая достигала 3 - 4 мкм при прогибе пружин на 25 - 30 мм.

2. Наличие связи 7 (рис.2.2.5, е), которая должна быть регулируемой для компенсации износа шлифовального круга, что усложняет конструкцию рассматриваемого устройства.

Более удачными являются варианты крепления скобы, показанные на рис. 2.2.5, жиз. Скоба 1 подвешивается с помощью упругого параллелограмма к скалке 2, которая прикрепляется либо к корпусу шлифовальной бабки 4, либо к кожуху 3 шлифовального круга. Выбор места крепления скалки 2 зависит от конструкции станка. В рабочем положении скоба упирается в постоянный упор 7, прикрепленный к станине 5 станка, что обеспечивает постоянство установки скобы по линии центров станка. По мере износа шлифовального круга натяг плоских пружин упругого параллелограмма увеличивается, поэтому во избежание чрезмерного натяга предусмотрена возможность периодической переустановки скобы 1 относительно скалки 2 (примерно одна переустановка в смену).

Рассматриваемые устройства (рис.2.2.5, ж, з)были испытаны не только в лабораторных, но и в производственных условиях на машиностроительном заводе им. Котлякова. Вариация показаний установленного на станке прибора в среднем составляла 1,2 мкм, рассеяние размеров партии отшлифованных валов составляло примерно 12 мкм. Допуск размеров шеек обрабатываемого червячного вала составляет 11 мкм по 5-ому квалитету точности, то есть данная конструкция при некоторой доработке может быть использована для проектирования системы активного контроля червячного вала.

Таким образом, наиболее целесообразными вариантами скоб активного контроля при шлифовании на универсальных круглошлифовальных станках являются представленные на рис. 2.2.5, д, ж, з, которые имеют следующие преимущества:

1. возможность продольного и врезного шлифования;

2. обеспечивается постоянство установки скобы по линии центров станка;

3. не требуется переустановка скобы по длине стола при шлифовании деталей IIиIIIгрупп;

4. при продольном шлифовании возможен одновременный контроль конусности шлифуемой шейки;

5. облегчается установка деталей в центрах;

6. отпадает необходимость в специальном механизме подвода - отвода скобы.