Устройство для измерения линейных перемещений подвижного органа станка
MACHINE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF MOVABLE MEMBER OF MACHINE TOOL

«Область техники»
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при измерении перемещения инструмента, устройства, приспособления и контролируемого изделия до обработки или во время обработки на станке или столе.
«Предшествующий уровень техники»
Известно устройство определения показателей точности при токарной обработке по патенту РФ № 78721 на полезную модель, содержащее бесконтактный датчик перемещения для активного контроля размеров, отличающееся тем, что бесконтактный датчик перемещения установлен на корпусе шпиндельной бабки и своим чувствительным наконечником взаимодействует с поверхностью шпинделя и передает на компьютер сигнал о перемещении шпинделя в плоскости резания, кроме того, устройство снабжено вторым бесконтактным датчиком перемещения, который закреплен на суппорте и своим чувствительным наконечником взаимодействует с прецизионной линейкой, закрепленной на станине, и передает на компьютер сигнал о перемещении резца в плоскости резания, при этом компьютер обрабатывает входящие сигналы и на их основе рассчитывает и строит геометрические образы в поперечных и продольных сечениях обрабатываемой поверхности, на основе чего компьютер рассчитывает показатели точности: отклонение от круглости, погрешность размера, овальность, отклонение профиля продольного сечения, отклонение от соосности оси, радиальное биение, отклонение от цилиндричности.
Недостатком устройства по патенту № 78721 является его сложность, неудобство в эксплуатации.
Известно измерительное устройство для измерения контролируемых изделий во время процесса обработки на обрабатывающем станке, в частности на шлифовальном станке (по патенту РФ № 2581326 на изобретение), содержащее основной корпус, измерительную головку, выполненную с возможностью перемещения между исходным положением и положением измерения и соединенную с основным корпусом через рычажную систему, которая выполнена и отрегулирована так, что измерительная головка в положении измерения следует за орбитальными вращениями контролируемого изделия вокруг поворотной оси, причем измерительная головка имеет выполненный с возможностью отклонения вдоль линейной оси измерительный щуп для снятия измеренных значений во время процесса измерения, а также устройство управления для управления процессом измерения, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью калибровки в режиме калибровки с помощью упомянутого устройства управления. В измерительном устройстве измерительная головка может иметь измерительную призму с углом раствора α, являющимся первым углом, и осью симметрии, причем ориентация линейной оси измерительного щупа относительно оси симметрии измерительной призмы задана посредством второго угла β, при этом калибровка осуществляется в отношении первого угла α и/или второго угла β.
Недостатком устройства по патенту № 2581326 является его сложность, неудобство в эксплуатации.
Из патента № 2040773 на изобретение известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее корпус, закрепленную на нем измерительную линейку с базовыми поверхностями, установленную с возможностью перемещения вдоль линейки отсчетную головку, кинематически соединенную с отсчетной головкой каретку, контактирующую с базовыми поверхностями измерительной линейки посредством подшипниковых опор, и индикаторную линейку, установленную на каретке с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой, отличающееся тем, что кинематическая связь каретки с отсчетной головкой выполнена в виде трех сферических элементов, жестко закрепленных на каретке и установленных в вершинах равностороннего треугольника, точка пересечения медиан которого совмещена с центром тяжести каретки, и жестко закрепленного одним концом на отсчетной головке упругого стержня с шаровым выступом на другом конце, предназначенным для взаимодействия со сферическими элементами.
Устройство по патенту РФ № 2040773 на изобретение выбрано в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).
Недостатком устройства по патенту № 2040773 является его сложность, неудобство в эксплуатации.
«Раскрытие изобретения»
Техническая проблема, решаемая изобретением, - создание универсального устройства для измерения линейных перемещений подвижного органа станка, удобного в эксплуатации, надежного, пригодного к использованию в станках различной конструкции.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, - упрощение конструкции, обеспечение удобства при установке устройства для измерения линейных перемещений подвижного органа станка, при его съеме для замены, повышение надежности в работе.
Заявляемый технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для измерения линейных перемещений подвижного органа станка, содержащем корпус, опорная сторона которого выполнена с возможностью установки на соответствующую неподвижную часть станка, а другая сторона корпуса, смежная с его опорной стороной, выполнена с прорезью и снаружи нее установлен измерительный ползун с возможностью перемещения по наружной поверхности упомянутой смежной стороны вдоль прорези, при этом внутри корпуса расположены измерительная линейка, размещенная вдоль упомянутой смежной стороны корпуса, и датчик перемещения, связанный с микропроцессором, выполненным с возможностью соответствующей обработки сигнала датчика и связи с внешним устройством для вывода информации, а измерительный ползун выполнен с возможностью соединения с упомянутым подвижным органом станка, согласно изобретению измерительный ползун жестко соединен с измерительной линейкой с возможностью их совместного перемещения вдоль упомянутой прорези, а упомянутый датчик перемещения выполнен с возможностью измерения перемещения измерительной линейки, при этом опорная сторона корпуса и измерительный ползун выполнены магнитными.
Устройство может быть снабжено монитором, установленным на наружной поверхности корпуса и связанным с микропроцессором.
Посредством заявляемого изобретения осуществляется измерение линейного перемещения резца при настройке его положения для обработки тел вращения. Необходимость в этом обусловлена тем, чтобы иметь возможность контроля за точностью обработки именно до процесса обработки, для того, чтобы осуществлять корректировку положения резца до процесса обработки, а не после того, как деталь уже неверно изготовлена.
Измерительное устройство содержит корпус, выполненный из немагнитного материала, при этом одна из сторон корпуса (опорная сторона) выполнена магнитной для обеспечения примагничивания измерительного устройства к неподвижной части (элементу) станка. Опорная сторона может быть выполнена из магнитного материала целиком, или же магнит может быть прикреплен к опорной стороне.
С другой стороной корпуса измерительного устройства, смежной с опорной стороной, связан измерительный ползун, размещенный снаружи этой стороны с возможностью перемещения вдоль нее. При этом измерительный ползун выполнен магнитным или же снабжен магнитами.
На внутренней поверхности упомянутой стороны, смежной с опорной стороной, размещена линейка. Жесткая связь ползуна и измерительной линейки обеспечена следующим образом: в упомянутой стороне, смежной с опорной стороной, выполнена прорезь, через которую проходят соединительные элементы, обеспечивающие соединение измерительного ползуна и линейки. При этом обеспечивается жесткое соединение измерительного ползуна и линейки и их совместное и взаимообусловленное перемещение вдоль прорези.
Внутри корпуса измерительного устройства размещен датчик (датчик перемещения), предназначенный для измерения перемещения измерительной линейки. Датчик перемещения связан с микропроцессором, предназначенным для обработки значения перемещения измерительной линейки и передачи соответствующего сигнала на монитор или иное устройство вывода информации о значении перемещения измерительной линейки.
Внутри корпуса измерительного устройства размещен элемент питания, обеспечивающий питание датчика перемещения, микропроцессора и устройства вывода информации.
Перед работой измерительного устройства оно размещается на неподвижной части станка и крепится к ней за счет магнитов опорной стороны корпуса измерительного устройства. Одновременно, при установке измерительного устройства, обеспечивается взаимодействие измерительного ползуна с ползуном подвижного органа станка. Соединение измерительного ползуна и ползуна подвижного органа станка обеспечивается за счет магнитных свойств измерительного ползуна.
Особенности установки измерительного устройства на станке обусловливают выполнение как минимум части станка и его ползуна из магнитного материала для обеспечения надежного соединения неподвижной части станка с опорной стороной корпуса измерительного устройства и измерительного ползуна с ползуном подвижного органа станка. При этом станок и его подвижный орган должны иметь конструкцию, предусматривающую как минимум частичный открытый внешний доступ к его ползуну.
Таким образом, после установки измерительного устройства на станок будет обеспечено неподвижное соединение корпуса измерительного устройства с неподвижной частью станка, одновременно будет обеспечена связь между измерительным ползуном и ползуном подвижного органа станка. При этом перемещение ползуна подвижного органа станка будет вызывать аналогичное взаимообусловленное перемещение ползуна измерительного устройства.
Заявляемая конструкция измерительного устройства является простой, вследствие малого количества взаимно движущихся конструктивных элементов; надежной, т.к. отсутствуют подвижные элементы устройства, движение которых может привести к поломке соединительных элементов. Заявляемое измерительное устройство является удобным в эксплуатации, т.к. может легко сниматься и устанавливаться, для этого не требуется применения специальных инструментов и оснастки. Заявляемое измерительное устройство является точным, т.к. его работа основана на непосредственном (без каких-либо передаточных звеньев) измерении перемещения измерительного ползуна, движение которого осуществляется одновременно с движением ползуна подвижного органа станка и обусловлено им. Форму корпуса измерительного устройства можно задать любой, исходя из возможности размещения измерительного устройства на станке с возможностью соединения измерительного ползуна с ползуном подвижного органа станка. Форма и размер корпуса могут адаптироваться к конкретным условиям, исходя из удобства размещения измерительного устройства, его установки и снятия. Все это обеспечивает универсальность заявляемого устройства, удобство в эксплуатации.
«Краткое описание чертежей»
На фиг. 1 изображен разрез измерительного устройства.
На фиг. 2 показана схема установки измерительного устройства на станок.
На фиг. 3 показана схема взаимного расположения измерительного устройства и ползуна подвижного органа станка при его перемещении.
«Осуществление изобретения»
Заявляемое измерительное устройство содержит корпус 1, опорная сторона которого 2 выполнена магнитной. Для этого или сама опорная сторона 2 является магнитом или же к стороне 2 прикреплены магниты. Сила магнитов выбирается из условия обеспечения надежного примагничивания (прикрепления) опорной стороны 2 измерительного устройства к неподвижной части станка. Другая сторона 3 корпуса 1, смежная с опорной стороной 2, выполнена с прорезью 4. Вдоль прорези 4 снаружи размещен измерительный ползун 5, а изнутри – измерительная линейка 6, при этом ползун 5 и линейка 6 жестко связаны между собой соединительными элементами 7, например, болтами. Ползун 5 установлен с возможностью совместного перемещения с линейкой 6 вдоль прорези 4. Ползун 5 выполнен из магнитного материала или же снабжен магнитами, жестко соединенными с наружной поверхностью ползуна 5. Сила магнитов ползуна 5 выбирается из условия надежного соединения (примагничивания) ползуна 5 к ползуну подвижной части станка. Внутри корпуса 1 неподвижно (жестко) размещен датчик 8, предназначенный для измерения перемещения линейки 6; микропроцессор 9, связанный с датчиком 8 и предназначенный для преобразования сигнала с датчика 8 и передачи информации на устройство вывода информации 10 (например, монитор). Также внутри корпуса 1 размещен элемент питания 11, предназначенный для питания датчика 8, микропроцессора 9 и устройства вывода информации 10. Для работы корпус 1 измерительного устройства устанавливается на неподвижную часть станка 12, при этом удержание измерительного устройства на неподвижной части станка обеспечено за счет силы магнита опорной стороны 2 и магнитных свойств неподвижной части станка. Одновременно, измерительное устройство устанавливается так, чтобы ползун 5 был связан (примагничен) с ползуном 13 подвижного органа станка, при этом удержание ползуна 5 измерительного устройства на ползуне 13 обеспечивается за счет силы магнита ползуна 5 и магнитных свойств ползуна 13.
Кроме опорной стороны 2 и ползуна 5, все остальные конструктивные элементы заявляемой измерительной головки выполнены из немагнитного материала. Также из магнитного материала должны быть выполнены участки станка и ползуна подвижного органа станка, с которыми соединяется опорная сторона 2 и ползун 5.
Заявляемое устройство применимо для всех типов подвижных органов станка (которыми являются, например, расточные головки), у которых обеспечен, хотя бы в части доступ к наружной поверхности ползуна подвижного органа станка.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При перемещении ползуна 13 происходит одновременное взаимообусловленное перемещение ползуна 5 измерительного устройства. Ползун 5 перемещается вдоль прорези 4, одновременно с ползуном 5 вдоль прорези 4 перемещается линейка 6, жестко соединенная с ползуном 5. Датчик 8 измеряет значение перемещения линейки 6, движущейся относительно датчика 8, и передает соответствующую информацию на микропроцессор 9, который преобразует сигнал с датчика 8 в вид, позволяющий визуализировать информацию о значении перемещения линейки 6 или же перевести информацию о значении перемещения линейки 6 для иной формы вывода информации или для передачи информации на иное устройство, например, смартфон. Связь микропроцессора 9 с внешним устройством может осуществляться посредством проводной связи, через канал «блютуз», Интернет и т.п. Вид связи выбирается исходя из доступного вида связи, а также с учетом удобства обработки информации. Ползун 13 связан с резцом, следовательно, заявляемое измерительное устройство может быть использовано для измерения перемещения резца подвижного органа станка.