СТЕРЖНЕВОЙ ДЕМПФИРОВАННЫЙ ВИБРОГЕНЕРАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ROD DUMPED VIBRATION GENERATING CONVERTER

Изобретение относится к измерительной технике в технологии металлов и используется в качестве первичного преобразователя для контроля размерных параметров деталей в технологических процессах обработки заготовок и деталей на металлорежущих станках.
Освоение и расширение производства стержневых демпфированных виброгенераторных преобразователей может позволить приступить к импортозамещению существующих подобных систем на машиностроительных предприятиях (см. Александров В.А. Технологические и метрологические возможности станочного оборудования активного контроля в серийном производстве: монография / В.А. Александров, Г.М. Тромпет, Екатеринбург: УрГАУ, 2014. - 232 с.).
Известно виброконтактное измерительное устройство по а.с. №446742, кл. G01B 7/12, в котором измерительные рычаги упруго связаны с корпусом посредством витых пружин. Использование витых пружин не обеспечивает необходимых метрологических характеристик вследствие наличия люфта на оси, посаженной на подшипник качения, и перемещения одного конца витой пружины относительно другого в направлении, перпендикулярном рабочему движению измерительного рычага.
Известен виброгенераторный преобразователь по патенту на изобретение №2270415 от 20.02.2006 г. и универсальный виброконтактный преобразователь размеров по патенту на изобретение №2310814 от 20.11.2007 г. Недостатком первой конструкции является установка датчика в определенное положение относительно технологического перемещения деталей при их контроле и невыполнение принципа Аббе, т.е. нерасположения на одной прямой линий измерения и передачи измерительного импульса, при этом электромагнитное усилие, направленное не по оси штока, создает момент, отклоняющий шток в зависимости от величины плеча между штоком и электромагнитным усилием. Существует патент на полезную модель «Устройство для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности» №90892, опубл. 20.01.2010 г., бюллетень №2. Как показали заводские испытания, невысокая жесткость подвески не в состоянии демпфировать постоянные удары перемещающихся деталей о измерительный наконечник устройства.
Известен также «Стержневой виброгенераторный преобразователь» по патенту на изобретение №2552391 от 10.06.2015 г., бюллетень №16. Однако в сложных условиях эксплуатации обработка деталей (заготовок) сопровождается возникновением пучка искр, при высокой скорости технологического перемещения деталей (заготовок) в процессе снятия припуска возникают удары измерительного наконечника о кромки обрабатываемых деталей, что нарушает процесс контроля. Кроме того, заусенцы на кромках деталей, неравномерность высоты деталей, прерывистость измеряемой поверхности (измерительный наконечник опускается в разрывы между деталями) также влияют на точность контроля размеров (см. Александров В.А. Внедрение станочных систем активного контроля при обработке прерывистых поверхностей / В.А. Александров, А.Н. Вилков, Ю.В. Вилкова, Г.М. Тромпет // Вестник машиностроения, 2016. - №8).
При этом сложные условия эксплуатации могут приводить к поломке подвесной системы. Для компенсации вышеприведенных явлений используются различные компенсационные устройства, демпферы (механические или гидравлические), смягчающие удар измеряемой поверхности об измерительный шток прибора (датчика) (см. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием / В.Н. Михелькевич. М.: Машиностроение, 2005. - 304 с.) стр. 190. Контроль прерывистых поверхностей невозможен, так как измерительный наконечник опускается в разрывы контролируемой поверхноси.
Задачей изобретения является повышение динамической устойчивости, надежности и долговечности стержневого демпфированного виброгенераторного преобразователя при контроле прерывистых поверхностей при расширении ассортимента таких приборов за счет снижения усталостных нагрузок, воспринимаемых упругими элементами подвески измерительного стержня, и придание дополнительного демпфирующего усилия.
Задача решается тем, что якорь вибратора снабжен дополнительной магнитной подвеской с постоянным магнитом, а в корпус введен дополнительный постоянный магнит, расположенный аксиально между вибратором и виброгенератором, причем условием работы виброгенераторного преобразователя с магнитным демпферным устройством является расположение одноименных полюсов введенных постоянных магнитов напротив друг друга. Такое расположение одноименных полюсов создает магнитную подвеску и частично компенсирует перемещение измерительного штока от ударов и других внешних факторов, являясь демпфером для измерительного немагнитного стержня, повышая точность измерения и в результате точность и надежность всей измерительно-управляющей системы.
Устройство включает корпус, вибратор, виброгенератор, измерительный стержень, прикрепленный к корпусу посредством упругих элементов и жестко связанных с якорями вибратора и виброгенератора. В корпус вводятся два дисковых постоянных магнита. Один из них устанавливается на якорь вибратора, другой расположен аксиально между якорем вибратора и вновь вводимого экраном виброгенератора. Условием работы всего виброгенераторного преобразователя является расположение одноименных полюсов, введенных магнитов, напротив друг друга. Это позволяет создать предохранительный демпфер при контроле прерывистых поверхностей перемещающихся обрабатываемых деталей (заготовок).
На фиг. 1 изображена предложенная конструкция стержневого демпфированного виброгенераторного преобразователя с магнитным демпфером в разрезе.
Стержневой виброгенераторный преобразователь (фиг. 1) содержит корпус 1, прикрепленную к корпусу нижнюю крышку 2, виброгенератор 3 с сердечником, собранным с магнитами, вибратор 4, упругие элементы верхние 5 и нижние 6, измерительный шток 7, соединенный с сердечником виброгенератора 3 и с наконечником 8. На верхний конец якоря вибратора 4 установлен дисковый постоянный магнит 9, а в корпус 1 с встречными полюсами установлен кольцевой дисковый магнит 10 и экран 11.
Виброгенераторный преобразователь работает следующим образом. При подаче питающего переменного напряжения на катушку вибратора 4 измерительный шток 7, являясь одновременно якорем вибратора 4, с якорем генератора 3 через упругие элементы 5 и 6 приводятся в колебательное движение. В катушке виброгенератора 3 индуцируется ЭДС (Е=dФ/dt), пропорциональная изменению скорости магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом якоря виброгенератора 3.
При проведении измерений размеров обрабатываемых деталей (заготовок) измерительный стержень 7 контактирует через наконечник 8 с измеряемой поверхностью, и в зависимости от изменения размеров деталей изменяется амплитуда колебаний измерительного стержня 7 и якоря виброгенератора 3, при этом в катушке виброгенератора 3 индуцируется ЭДС, пропорциональная амплитуде колебаний, что регистрируется любым отсчетным устройством (на чертеже не показан).
При работе преобразователя, то есть при колебательном движении измерительного штока, наиболее нагруженными деталями являются упругие элементы 5 и 6. Для снятия ударных нагрузок, которые неизбежно появляются при измерении прерывистых поверхностей, имеется демпфер, состоящий из двух встречно установленных полюсами дисковых постоянных магнитов 9 на стержне и 10 в корпусе. С целью ликвидации влияния магнитного потока от постоянного магнита 10 на обмотку катушки виброгенератора введен экран 11. Создание магнитного демпфера снижает усталостную нагрузку, действующую на упругие элементы, повышает динамическую устойчивость, надежность и долговечность работы виброгенераторного преобразователя, устраняет неизбежно возникающие колебания высшего порядка измерительного стержня, повышая точность измерения.
Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый преобразователь отличается от прототипа тем, что, введя магнитную подвеску и дополнительные элементы - два встречных по полюсам дисковых постоянных магнита, устраняется высокая динамичность процесса измерения (точность измерения должна быть 0,001 мм). Это неизбежно приводит к повышению точности управления технологическими процессами механической обработки прерывистых поверхностей деталей.
Таким образом, заявляемый стержневой виброгенераторный преобразователь с магнитным демпфером соответствует критерию изобретения "НОВИЗНА". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ".
Промышленная эксплуатация систем активного контроля с использованием разработанного стержневого виброгенераторного преобразователя с магнитным демпфером показала высокую надежность и работоспособность датчика, а эксплуатация всей измерительно-управляющей системы в комплексе (стержневой виброгенераторный преобразователь + отсчетно-командный блок + система управления станком + обрабатываемая изготовляемая деталь) обеспечила повышение точности обработки на 12-14% за счет магнитного демпфирования ударов кромок контролируемых деталей, проходящих под измерительным наконечником.