УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ

Полезная модель относится к области машиностроения и, в частности, к средствам, предназначенным для измерения диаметров деталей, получаемых в процессе их обработки на токарных станках, преимущественно снабженных ЧПУ.
Известна конструкция измерительного устройства в виде скобы, которая содержит корпус с подвижной измерительной губкой, выполненной в виде консольно закрепленной на корпусе упругой балки и неподвижной губкой, размещенной на противоположной стороне корпуса. Кроме того, имеется отсчетное устройство, жестко связанное с корпусом скобы, измерительный наконечник которого установлен с возможностью перемещения и взаимодействия с упругой балкой [SU 1657933].
Основным недостатком описанного аналога является весьма узкий размерный диапазон измеряемых параметров, обусловленный величиной упругой деформации балки. Кроме того, скоба является ручным инструментом и не приспособлена для работы со станками-автоматами.
Известна конструкция другого измерительного устройства, выполненного также в виде скобы, предназначенной для контрольно-измерительных целей, и которая содержит корпус, снабженный измерительными вставками, смонтированными в нем с возможностью продольного перемещения. Закрепление вставок осуществляется планками посредством винтов. Нижняя часть планок имеет прорези, образующие лепестки. В выемках измерительных вставок установлены рабочие элементы из отработанных ромбических или четырехгранных сменных твердосплавных пластин, закрепленных винтами. Вставки снабжены пазами, в которых размещены подвижные рабочие элементы, выполненные в виде прямоугольных брусков из отработанных ромбических или четырехгранных сменных твердосплавных пластин. Рабочий элемент, служащий для плавного регулирования диапазона поля допуска, устанавливается посредством винта, который ввернут в резьбовое отверстие, выполненное на боковой стороне одной из вставок. Крепление рабочего элемента производится лепестком планки [RU 2134863].
К недостаткам описанного аналога относятся его узкие технологические возможности, обусловленные ограниченностью величины перемещения вставок в продольном направлении при необходимости перенастройки скобы с целью измерения деталей других размеров, а также трудоемкость изготовления вставок, требующих дополнительной операции шлифования рабочих поверхностей. Кроме того, скоба является ручным измерительным инструментом, не приспособленным к работе в режиме автоматического производства деталей на станках, в частности, снабженных ЧПУ.
Выбранное в качестве прототипа устройство для контроля валов может быть использовано непосредственно на станке, особенно при точении длинных валов в центрах. Устройство включает основание, на котором закреплена плоская стойка с захватом. С помощью двух винтов скоба для контроля валов крепится в вертикальном положении на захвате. Свободные губки скобы закорачивают с помощью полукольца, которое закрепляют на скобе с помощью двух винтов. На губках скобы предусмотрены контактные элементы индикаторного средства в виде установочных и регулировочных вставок. Индикаторное средство выполнено в виде индикаторной головки, которая располагается соосно с установочной вставкой и закреплена на стойке, имеющей возможность перемещаться по высоте вверх или вниз. Стойка расположена телескопически во втулке и фиксируется в необходимом положении по высоте с помощью винта. Пружина, расположенная во втулке, постоянно действует на стойку в направлении перемещения вверх, что облегчает регулировку положения индикаторной головки по высоте. Втулка закреплена на ползуне, который имеет возможность перемещаться горизонтально в плоскости расположения скобы влево и вправо. С помощью винта ползун закрепляется в необходимом положении относительно скобы. Для настройки скобы на заданный размер используются блоки концевых мер. Установочная вставка постоянно находится под действием пружины, которая фиксирует вставку в неподвижном состоянии при контроле деталей. Таким образом, установочная вставка имеет возможность перемещаться влево и вправо при регулировке скобы. Индикаторная головка располагается в момент регулировки соосно с вставками и служит для контроля положения установочной вставки. Измерительный стержень индикаторной головки взаимодействует с торцом установочной вставки. Регулировочная вставка имеет возможность перемещения навстречу установочной вставки с помощью, соосно расположенного винта [RU 2036410].
Прототип обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить следующие основные:
- сложность конструкции скобы, обусловленная значительным количество деталей, а также связей между ними, как жестких, так и кинематических. Так, собственно скоба для жесткости закорачивается полукольцом, связанным с нею винтовым соединением. Кроме того, скоба несет совокупность подвижных регулировочных и установочных вставок, предназначенных для настройки измерительной части на заданный размер с помощью концевых мер, являющихся, в свою очередь, комплектующими скобу элементами. Индикаторная головка располагается вне скобы и взаимодействует своим измерительным стержнем с установочной вставкой, при этом она закреплена на стойке, зафиксированной на ползуне, смонтированным с возможностью возвратно-поступательного перемещения на основании;
- сложность процессов настройки и эксплуатации. Первый процесс требует, каждый раз при переходе с измерения одного диаметра на другой, манипулирования регулировочными и установочными вставками, концевыми мерами, а также перенастройки индикаторной головки. Второй процесс усложняется вследствие перемещения устройства вдоль измеряемой детали, которая располагается внутри его конструкции, что значительно затрудняет ее изъятие и установку на обрабатывающем оборудовании новой заготовки для следующей детали.
Таким образом, задачей полезной модели является упрощение конструкции скобы, как измерительного устройства, и улучшение условий ее эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения диаметров деталей при токарной обработке, включающем основание с закрепленной на нем вертикальной стойкой, несущей скобу, губки которой снабжены контактными элементами индикаторного средства, скоба содержит направляющую штангу, на которой губки смонтированы с возможностью перемещения. Скоба соединена со стойкой с помощью упругой системы, включающей пару плоских пружин, связывающих концы штанги со стойкой, и дополнительную пружину, компенсирующую вес скобы. На конце нижней губки скобы перед контактным элементом установлен направляющий ролик.
Техническая результат полезной модели заключается в том, что значительно упрощена конструкция устройства за счет уменьшения количества деталей и связей между ними. Компоновка устройства такова, что скоба может перемещаться в направлении детали, охватывая ее в процессе измерения диаметра сбоку, не препятствуя, таким образом, ее изъятию из обрабатывающего оборудования.
На прилагаемом к описанию чертеже дано схематическое изображение устройства.
Устройство для измерения диаметров деталей при токарной обработке содержит основание 1, которое с помощью винтов 2 крепится на подвижном суппорте 3 токарного станка со стороны противоположной блоку инструмента (на чертеже не показанному). Обрабатываемая деталь 4, имеющая диаметр d, располагается между блоком и собственно устройством. Суппорт 3 обеспечивает перемещение устройства в направлении детали 4 и от нее, что обозначено на чертеже соответствующей стрелкой. На основании 1 закреплена вертикальная стойка 5, которая с помощью упругой системы, включающей пару плоских пружин 6 и витую пружину 7, связана с направляющей штангой 8, которая с верхней и нижней губками 9 и 10, соответственно, образует скобу. Губки 9 и 10 имеют возможность перемещаться по штанге 8 и фиксируются на ней с помощью винтов 11. Пружины 6 крепятся на торцах штанги 8 посредством винтов 12, при этом верхняя пружина 6 связана с торцом стойки 5 винтом 13, а нижняя пружина 6 закреплена на втулке 14, на которой фиксируется стойка 5. Витая пружина 7 крепится к консолям втулок 16 и 17, смонтированных на штанге 8 и стойке 5 соответственно. Фиксаторами обеих втулок служат винты 18. На концах обеих губок закреплены контактные элементы скобы. На нижней губке 10 установлена пята 19, а на верхней губке 9, соосно с пятой 19, закреплен измерительный стержень (щуп) 20 индикаторного электронного средства 21, снабженного дисплеем 22. На конце нижней губки 10 перед пятой 18 установлен направляющий ролик 23.
Работает устройство следующим образом.
Перед началом измерения диаметра обрабатываемой детали 4 устанавливают расстояние между пятой 19 и концом щупа 20 соответствующее номинальному значению d с требуемой точностью, т.е. допустимой погрешностью. Для этого, ослабив винты 11, перемещают верхнюю и нижнюю губки 9 и 10 по штанге 8, пользуясь любым эталоном длины или прибором, например, лазерным, обеспечивающим высокую точность (до 1-2 мкм) воспроизведения этого расстояния. После настройки скобы винтами 11 фиксируют положение губок на штанге 8. Так же предварительно, перед очередной серией измерений, раскрепостив втулки 16 и 17 путем ослабления затяжки винтов 18, осуществляют изменение усилия в пружине 7, добиваясь его равенства с весом скобы или, иначе, компенсируя его и не давая скобе провисать под действием собственной тяжести на плоских пружинах 6. Показателем необходимого результата является горизонтальное положение этих пружин. Такая настройка необходима для минимизации усилия воздействия на щуп 20 и повышения точности наведения скобы на деталь. После завершения указанных выше настроек суппорт 3 перемещают в направлении детали 4 до взаимодействия направляющего ролика 23 с цилиндрической поверхностью детали. Ролик 23 прокатывается по указанной поверхности, что в последующем обеспечивает ее контакт с пятой 19 и щупом 20. Индикаторное средство в этот период времени включено и фиксирует нарастание, а затем и убывание величины измеряемого параметра, выделяя при этом максимальное его значение, которое и является номинальным размером измеряемого диаметра. В необходимом случае возможны повторные измерения, что достигается осциллирующим перемещением скобы, при этом деталь 4 должна находиться в постоянном контакте с пятой 19 и щупом 20.
В Санкт-Петербургском политехническом университете изготовлен опытный образец устройства, испытания которого подтвердили ожидаемые результаты.