ВЫСОТОМЕР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ УСТАНОВКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ШПИНДЕЛЯ СТАНКА (ВАРИАНТЫ)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к промышленному оборудованию для обработки различных материалов и может быть использована в обрабатывающей промышленности при наладке лущильных, строгальных, фрезерных, рейсмусовых или иных обрабатывающих станков, где требуется точная установка высоты режущей кромки режущего инструмента относительно шпинделя станка, например, при наладке лущильных станков для изготовления листов древесного шпона при производстве фанеры.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В обрабатывающей промышленности часто необходимо точно контролировать высоту положения режущей кромки режущего инструмента относительно оси шпинделя станка.
В частности при обработке древесины в процессе производства фанеры при изготовлении листов древесного шпона широко используются лущильные станки, в которых для получения заданной толщины листов шпона необходимо точно контролировать высоту положения режущей кромки ножа относительно оси шпинделя лущильного станка в соответствии с параметрами лущения.
В строгальных станках необходимо контролировать высоту положения режущей кромки строгального ножа относительно оси шпинделя для снятия стружки определенной толщины.
В фрезерных, рейсмусовых и других обрабатывающих станках также необходима точная установка высоты положения режущей кромки режущего инструмента относительно оси шпинделя станка.
Известен традиционно используемый в фанерной промышленности высотомер А.В.Андерзена для измерения высоты установки режущей кромки ножа относительно оси шпинделя лущильного станка, включающий корпус с
уровнем в верхней части для контроля горизонтальности рабочей поверхности корпуса и выдвижную ножку, приводимую во вращательное движение установленном в корпусе винтом, расположенном внутри цилиндра, на поверхности которого нанесена линейная шкала для визуального определения величины выдвижения ножки из корпуса [Справочник фанерщика. Изд. 3-е, "Лесная промышленность", 1968, стр.58] (прототип).
Техническими недостатками высотомера А.В. Андерзена является недостаточная точность измерения высоты (до 0,1 мм), относительно узкий диапазон измерений (только от 30 до 60 мм), невозможность проведения измерений от нулевого уровня, отсутствие возможности непосредственного измерения фактических отклонений высоты установки ножа от заданной величины или заданного уровня, принципиальная невозможность использования данного высотомера для автоматизированных систем измерения геометрических параметров и автоматических систем управления контролем качества наладки станков и технологических процессов.
ЦЕЛЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ И ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ
Целью полезной модели и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является повышение точности измерений для обеспечения возможности точной установки режущей кромки режущего инструмента относительно оси шпинделя станка в соответствии с технологическими параметрами и характеристиками оборудования, обеспечение возможности обнуления измерительного устройства в любом положении измерительного органа для измерения фактических отклонений положения режущей кромки режущего инструмента относительно оси шпинделя станка как в положительную так и в отрицательную стороны с индикацией, соответственно, положительных или отрицательных чисел, а также обеспечение возможности вывода результатов измерения в цифровом виде, пригодном для ввода результатов измерений в компьютерную сеть и позволяющем использовать прибор в централизованных и локальных системах автоматического управления и контроля различных геометрических и технологических параметров оборудования.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Поставленная цель и требуемый технический результат при использовании полезной модели достигаются тем, что в высотомере для
измерения высоты установки режущей кромки ножа, резца, фрезы или иного режущего инструмента (далее - режущего инструмента) относительно оси шпинделя станка, содержащем корпус с уровнем контроля горизонтального положения (далее - горизонтальности) рабочей поверхности корпуса и средство для измерения высоты установки режущего инструмента относительно оси шпинделя станка, согласно полезной модели средство для измерения высоты установки режущего инструмента относительно оси шпинделя станка выполнено в виде выдвижного штока и электронного измерительного устройства.
При этом поверхность выдвижного штока содержит электрическую емкость в виде линейной последовательности металлических полос, выполненных на поверхности медной фольги электрохимическим способом, а электронное измерительное устройство содержит функционально соединенные друг с другом активный емкостный датчик, микропроцессор (например, марки PIC16F84 фирмы "Microchip") и жидкокристаллический цифровой индикатор (например, марки ИЖЦ5 - 4/8). Это позволяет повысить точность измерений до 0,01 мм или 0,0005" и обеспечить вывод измерений в цифровом виде.
Выдвижной шток в наиболее предпочтительном конструктивном варианте исполнения полезной модели выполнен в виде измерительной планки, изготовленной с возможностью перпендикулярного линейного перемещения относительно рабочей поверхности корпуса, а электронное измерительное устройство выполнено с возможностью измерения перемещений измерительной планки относительно рабочей поверхности корпуса и представления результатов измерений в цифровом виде.
При этом измерительная планка содержит зубчатую рейку, а корпус содержит направляющие перпендикулярного линейного перемещения движения измерительной рейки относительно рабочей поверхности корпуса и ролик на оси с ведущей шестерней, изготовленные с возможностью зацепления ведущей шестерни с зубчатой рейкой на измерительной планке и перпендикулярного линейного перемещения измерительной планки относительно рабочей поверхности корпуса при вращении ролика. Это позволяет обеспечить плавное и точное перемещение измерительной рейки, что также повышает точность измерения.
Кроме этого корпус содержит стопорный винт, выполненный с возможностью фиксации положения измерительной планки относительно корпуса, ограничитель длины перемещения измерительной планки и линейную шкалу для измерения в горизонтальном направлении расстояния от режущей кромки ножа до оси шпинделя станка.
При этом электронное измерительное устройство изготовлено с возможностью обнуления результатов измерений, установки нуля и представления результатов измерений в виде положительных или отрицательных чисел с возможностью представления результатов измерений в миллиметрах или в дюймах и содержит переключатель режимов представления результатов измерений в миллиметрах или в дюймах.
При этом в наиболее предпочтительном варианте конструктивного исполнения высотомер выполнен с возможностью измерения высоты установки режущей кромки режущего инструмента относительно горизонтальной оси шпинделя станка в диапазоне от 0 до 75 мм или от 0 до 3 дюймов (от 0 до 3"), с разрешением 0,01 мм или 0,0005", отклонением от прямолинейности рабочей поверхности выдвижного штока не более 0,005 мм или 0,00025", отклонением прямолинейности рабочей поверхности корпуса не более 0,01 мм или 0,0005" и погрешностью электронного измерительного устройства не более 0,03 мм или 0,0015".
Действительно, как будет дополнительно показано ниже на примерах конкретной промышленной реализации полезной модели, заявляемая полезная модель позволяет не только обеспечить повышение точности измерений до 0,01 мм или 0,0005" и точно устанавливать режущую кромку режущего инструмента относительно горизонтальной поверхности шпинделя лущильного или строгального станка в соответствии с параметрами лущения или строгания или иной обработки и требуемыми характеристиками обрабатывающего оборудования, но также позволяет производить обнуление измерительного устройства в любом положения измерительной планки и измерять фактические отклонения положения режущего инструмента относительно продольной оси шпинделей как в положительную, так и в отрицательную стороны с индикацией, соответственно, положительных или отрицательных чисел, а также обеспечивает вывод результатов измерения в цифровом виде, пригодном не только для отражения в виде цифр на жидкокристаллическом индикаторе, но и
для ввода результатов измерений в компьютерную сеть и позволяющем использовать высотомер по полезной модели в централизованных и локальных системах автоматического управления и контроля различных геометрических параметров оборудования.
При этом все указанные в независимых и зависимых пунктах формулы полезной модели признаки являются существенными, поскольку они необходимы для достижения требуемого технического результата.
Конкретные конструктивные особенности высотомера, отдельные комплектующие и используемые материалы могут выбираться в зависимости от особенностей конкретного оборудования и используемых при изготовлении высотомера технологий.
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Раскрытие полезной модели поясняется чертежами:
на фиг.1 изображена фотография общего вида высотомера;
на фиг.2 показан фрагмент измерительной планки 5 с зубчатой рейкой 12 и находящейся с ней в зацеплении шестерни 10 на оси с маховиком 7;
на фиг.3 изображена фотография высотомера в разобранном виде;
на фиг.4 показана схема применения высотомера для измерения высоты режущей кромки лущильного ножа 16 относительно горизонтальной оси шпинделя лущильного станка 14 с контролем горизонтальности рабочей поверхности корпуса 13 посредством уровня 17 и установкой рабочей поверхности 15 измерительной планки 5 на режущей кромке ножа, а рабочей поверхности корпуса 13 - на шпинделе 14.
ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Сущность полезной модели поясняется примерами реализации полезной модели.
Конструкция прибора включает в себя цельно фрезерованный или сборный корпус 1, состоящий из горизонтальной части с рабочей поверхностью корпуса 13 и расположенной по отношению к ней под углом в 90° вертикальной части с направляющими пазами для установки конструктивных элементов (фиг.1, 3, 4).
В верхней поверхности горизонтальной части корпуса установлен уровень 17, состоящий из корпуса 2 и обычной стеклянной ампулы уровня 3 с
воздушным пузырьком, предпочтительно с ценой деления 15', предназначенный для контроля горизонтальности нижней рабочей поверхности корпуса.
Внутри вертикальной части корпуса расположена измерительная планка 5 с электрической емкостью на одной боковой поверхности и с зубчатой рейкой 12 на другой боковой поверхности (фиг.2), электронное измерительного устройства 4 со стопорным винтом 6, маховик 7, ось с ведущей шестерней 10, центрирующую втулку 11, ограничитель верхнего положения измерительной планки 9, крышку 8 с пазом для маховика 7 (фиг3).
Корпус 1 предназначен для установки кинематических элементов, конструктивных единиц и сборочных узлов.
Уровень 17 предназначен для контроля горизонтальности (горизонтального положения) рабочей плоскости корпуса высотомера 13.
Измерительная планка 5 с рабочей поверхностью измерительной планки 15 предназначена для измерения линейных параметров положения режущей кромки ножа 16 относительно шпинделя 14.
Электронное измерительное устройство 4 предназначено для преобразования электрических сигналов, пропорциональных линейным перемещениям измерительной планки с электрической емкостью на поверхности и вывода результатов на жидкокристаллическую индикаторную панель в цифровом виде.
Питание электронного измерительного устройства может осуществляться от электрической батареи например, марки SR44 1,55 V или от соответствующего аккумулятора.
Маховик 7 предназначен для плавной передачи вращательного движения оси с ведущей шестерней 10 в линейное движение измерительной рейки 5, перпендикулярно рабочей поверхности корпуса 13.
Зубчатая рейка 12 предназначена для преобразования вращательного движения шестерни 10 в поступательное движение измерительной планки 5.
Ограничитель 9 предназначен для фиксации верхнего крайнего положения измерительной планки 5 при юстировке прибора, а стопорный винт 6 предназначен для фиксации измерительной планки в процессе измерений.
Втулка 11 предназначена для центровки оси с шестерней 10 в боковом отверстии корпуса высотомера и выполняет второстепенную несущественную функцию.
Крышка 8 имеет декоративно-защитное назначение и также выполняет второстепенную несущественную функцию.
Работа высотомера по полезной модели основана на эффекте изменения электрической емкости при изменении взаимного расположения измерительной планки и активного емкостного датчика, расположенного на нижней плоскости электронного измерительного устройства 4 по линейно-емкостному принципу.
Измерительная емкость выполнена электрохимическим способом на верхней боковой плоскости измерительной планки 5 по всей ее длине.
При перемещении измерительной планки 5 относительно электронного измерительного устройства 4 электрические сигналы, функционально связанные с изменением суммарной емкости системы обрабатываются микропроцессором.
Результат выводится на жидкокристаллический цифровой индикатор в виде четырехразрядного десятичного числа (с двумя разрядами после запятой), соответствующего линейному перемещению измерительной планки 5 относительно рабочей поверхности корпуса 13, выраженному в миллиметрах или передаются в компьютерную сеть для использования в автоматизированных системах управления и контроля.
Для измерения высоты установки режущей кромки ножа 16 относительно оси шпинделя 14 рабочая плоскость корпуса высотомера 13 устанавливается на шпиндель 14 (фиг.4) касательно к его цилиндрической поверхности.
Рабочая поверхность измерительной планки 15 устанавливается непосредственно на режущую кромку ножа 16 или иного режущего инструмента. В таком положении высотомер принимает устойчивое положение под воздействием собственного веса с двумя разнесенными точками опоры.
Перемещением измерительной планки 5 посредством вращения маховика 7 достигается горизонтальность положения рабочей плоскости корпуса 13.
Контроль горизонтальности рабочей плоскости корпуса 13 производится по уровню 17.
При достижении горизонтального положения рабочей плоскости производится фиксация измерительной планки стопорным винтом 6, после чего, считываются показания цифрового индикатора, соответствующие высоте
установки режущей кромки ножа или иного режущего инструмента относительно рабочей плоскости корпуса высотомера.
Для вычисления значения высоты установки режущей кромки режущего инструмента относительно продольной оси шпинделей необходимо из полученного значения вычесть величину, соответствующую радиусу шпинделя. Этот параметр обычно указан в паспорте станка или может быть определен непосредственным измерением диаметра шпинделя.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Для подтверждения возможности реализации полезной модели промышленным способом и экспериментального подтверждения возможности достижения требуемого технического результата были изготовлены рабочие образцы высотомера по полезной модели и испытаны на фанерном комбинате.
В ходе сравнительных испытаний экспериментально установлено, что устройство по полезной модели позволяет с точностью до 0,01 мм устанавливать положение режущей кромки инструмента (ножа, резца, строгальной планки, фрезы и т.п.) относительно оси шпинделя станка в соответствии с рабочими параметрами и характеристиками оборудования, обеспечивать обнуление показателей индикатора в любом положении выдвижного штока, измерять фактическое отклонение положения режущей кромки инструмента относительно оси шпинделя станка как в положительную так и в отрицательную стороны с индикацией, соответственно, положительных или отрицательных чисел, а также вывод результатов измерения в цифровом виде и ввод результатов измерений в компьютерную сеть и использованием высотомера в централизованных и локальных системах автоматического управления и контроля различных геометрических и технологических параметров обрабатывающего оборудования.
При этом установлено, что оптимальной рабочей температурой является 5-40 градусов С или 41-104 градуса F, при незначительном влиянии влажности атмосферы до 80% относительной влажности и максимальной скорости измерений 1,5 м/сек или 60 "/сек.
При серийном изготовлении на специализированных заводах заявляемых по полезной модели устройств показатели функционирования высотомера по полезной модели могут быть существенно улучшены.
СООТВЕТСТВИЕ КРИТЕРИЯ М ОХРАНОСПОСОБНОСТИ.
В целом, учитывая новизну и неочивидность полезной модели (доказанную 6 разделе «Уровень техники» и «Сущность полезной модели»), существенность всех общих и частных признаков полезной модели (доказанную в разделе «Раскрытие сущности полезной модели»), а также показанную в разделах «Примеры реализации полезной модели » и «Промышленная применимость» осуществимость полезной модели и достижение поставленных целей, по нашему мнению заявленная группа полезных моделей удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к полезной моделям.
Таким образом, есть все основания утверждать, что полезная модель соответствует требованиям критериев охраноспособности, а проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки полезной модели являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели полезной модели, но и позволяют реализовать полезную модель промышленным способом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Справочник фанерщика. Изд. 3-е, "Лесная промышленность", 1968, стр.58. (прототип).