ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОЛЗУНА С РЕЗЦОМ РАСТОЧНОЙ ГОЛОВКИ СТАНКА
MEASURING DEVICE OF LINEAR MOVEMENTS OF SLIDER WITH CUTTER OF BORING HEAD OF MACHINE TOOL

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.
Известно измерительное устройство линейных перемещений, заявка № 2018142159, для измерения перемещения инструмента, устройства, приспособления и контролируемого изделия до обработки или во время обработки на станке или столе, отличающееся тем, что линейка перемещения расположена на подвижном ползуне в корпусе. Датчик по перемещению линейки осуществляет измерение линейного перемещения резца при настройке его положения для обработки тел вращения.
Недостатком устройства по заявке № 2018142159 является его сложность, неудобство в эксплуатации.
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 устройство автоматического управления токарными станками с ЧПУ по патенту РФ № 99369 на полезную модель, содержащее средства съема
информации в виде датчика угловых перемещений шпинделя станка и бесконтактного датчика перемещения обрабатываемой заготовки, расположенного на передней бабке станка, а также средства обработки и передачи исходной информации по заданной программе на средства ЧПУ, отличающееся тем, что оно снабжено акселерометром, функционально являющимся средством измерения перемещения резца, при этом акселерометр расположен с датчиком перемещения обрабатываемой заготовки в одной плоскости резания и связан со средствами обработки и передачи исходной информации по заданной программе на средства ЧПУ.
Недостатком устройства по патенту РФ № 99369 является его сложность, неудобство в эксплуатации.
Известно устройство управления точностью обработки деталей на высокоточном оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ) по патенту РФ № 2288808 на изобретение, включающее блок усиления сигнала и исполнительный механизм, соединенный с резцом, отличающееся тем, что оно снабжено оптическим датчиком, аналого-цифровым преобразователем и компьютером для сравнения с требуемым размером детали и определения суммарного значения возмущающих воздействий в произвольной точке, вход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, а выход подсоединен к входу блока усиления сигнала, выход которого подключен к входам исполнительных механизмов.
Недостатком устройства по патенту № 2288808 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.
Из заявки № WO/2018/203767 на изобретение известно измерительное устройство линейных перемещений, содержащее корпус, опорная сторона которого, предназначенная для установки на неподвижную часть расточной головки, выполнена магнитной, другая функциональная сторона корпуса выполнена с прорезью, снаружи функциональной стороны корпуса размещен ползун измерительного устройства, установленный с возможностью перемещения по наружной поверхности функциональной стороны вдоль прорези, ползун измерительного устройства жестко соединен с измерительной линейкой, размещенной вдоль функциональной стороны устройства изнутри корпуса, жесткое соединение ползуна измерительного устройства с измерительной линейкой предназначено для взаимообусловленного их перемещения по функциональной стороне вдоль прорези, внутри корпуса неподвижно размещен датчик, предназначенный для измерения перемещения измерительной линейки, микропроцессор, связанный с датчиком и предназначенный для преобразования сигнала датчика, микропроцессор связан с внешним устройством, предназначенным для вывода информации о значении перемещения измерительной линейки или для дальнейшей обработки информации о перемещении измерительной линейки, ползун измерительного устройства выполнен магнитным для обеспечения соединения ползуна измерительного устройства с ползуном расточной головки, корпус измерительного устройства предназначен для его установки опорной стороной на неподвижную часть расточной головки с одновременным соединением ползуна измерительного устройства с ползуном расточной головки за счет магнитных свойств ползуна измерительного устройства и ползуна расточной головки, сила магнитов опорной стороны корпуса и ползуна измерительного устройства выбрана из условия обеспечения примагничивания опорной стороны корпуса к неподвижной части расточной головки и ползуна измерительного устройства к ползуну расточной головки.
Недостатком устройства по заявке № WO/2018/203767 на изобретение является его сложность из-за необходимости в наличии подвижного элемента конструкции - подвижного ползуна у измерительного устройства, а также недостаточная точность и
надежность работы устройства из-за попадания различных посторонних веществ в зазор между ползуном измерительного устройства и неподвижными элементами конструкции, что приводит к залипанию ползуна, его торможению, перекосу и т.п.
Устройство по заявке № WO/2018/203767 выбрано в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).
Техническая проблема, решаемая изобретением, - создание универсального измерительного устройства, удобного в эксплуатации, пригодного к использованию в станках различной конструкции.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, - упрощение конструкции, повышение точности и надежности в работе, повышение удобства в эксплуатации.
Заявляемый технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для измерения линейных перемещений ползуна с резцом расточной головки станка, содержащем корпус, опорная сторона которого выполнена магнитной с возможностью установки на магнитную поверхность соответствующей части упомянутой расточной головки, а другая сторона корпуса, смежная с его опорной стороной, выполнена с прорезью, в которой закреплен датчик перемещения с возможностью взаимодействия с измерительной линейкой при его перемещении вдоль нее и измерения перемещения упомянутого ползуна, при этом датчик перемещения связан с расположенным внутри корпуса микропроцессором, выполненным с возможностью обработки сигнала датчика перемещения, согласно изобретения опорная сторона корпуса выполнена с возможностью установки на упомянутый ползун с обеспечением надежного удержания и перемещения вместе с ним, а измерительная линейка выполнена с возможностью закрепления на поверхности неподвижной части упомянутой расточной головки.
Устройство может быть снабжено антифрикционными ножками, установленными на наружной поверхности упомянутой смежной стороны корпуса с возможностью перемещения по поверхности неподвижной части упомянутой расточной головки.
Антифрикционные ножки могут быть выполнены в виде колес или полусфер.
Устройство может быть снабжено устройством вывода информации, связанным с микропроцессором.
Устройство вывода информации может быть выполнено в виде монитора, дисплея или устройства для вывода звуковой информации.
Устройство может быть снабжено источником питания для датчика перемещения и микропроцессора, расположенным внутри корпуса.
Устройство может быть снабжено источником питания для датчика перемещения,
микропроцессора и устройства вывода информации, расположенным внутри корпуса.
Устройство может быть снабжено звуковым устройством, связанным с микропроцессором и установленным внутри корпуса
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.
Корпус измерительного устройства содержит опорную сторону – сторона, которой корпус устанавливается (опирается) на конструктивный элемент расточной головки. Другая сторона корпуса называется функциональной, с этой стороны корпуса устройства размещен датчик, предназначенный для измерения перемещения резца расточной головки.
Корпус измерительного устройства выполнен из немагнитного материала, при этом опорная сторона корпуса выполнена магнитной для обеспечения примагничивания измерительного устройства к подвижной части расточной головки (к ползуну расточной головки). Опорная сторона может быть выполнена из магнитного материала целиком, или же магнит может быть прикреплен к опорной стороне.
Функциональная сторона корпуса измерительного устройства так же, как опорная, выполнена магнитной или же снабжена магнитами. Выполнение функциональной стороны магнитной необходимо для обеспечения примагничивания измерительного устройства к неподвижной части расточной головки (к корпусу расточной головки).
В функциональной стороне выполнена прорезь, в которой закреплен датчик перемещения, наружная поверхность которого не выходит за пределы наружной поверхности функциональной стороны с тем, чтобы не препятствовать перемещению функциональной стороны по поверхности неподвижной части расточной головки. Чувствительный элемент датчика обращен наружу.
Функциональная сторона может быть снабжена антифрикционными ножками, обеспечивающими более легкое перемещение (скольжение) функциональной поверхности измерительного устройства по поверхности неподвижной части расточной головки (корпусу расточной головки).
Как минимум участок неподвижной части расточной головки (корпуса расточной головки), предназначенный для взаимодействия с функциональной стороной корпуса, и участок подвижной части расточной головки (ползуна расточной головки), предназначенный для взаимодействия с опорной стороной измерительного устройства, выполнены магнитными.
А поверхность корпуса расточной головки, по которой перемещается (скользит) функциональная сторона корпуса измерительного устройства или антифрикционные ножки выполнена гладкой.
Напротив поверхности функциональной стороны измерительного устройства в зоне, находящейся под датчиком перемещения в корпусе расточной головки размещена линейка, не препятствующая перемещению (скольжению) функциональной поверхности измерительного устройства по наружной гладкой поверхности корпуса расточной головки. Линейка ориентирована вдоль направления движения датчика перемещения.
Надежная связь ползуна расточной головки и датчика перемещения, обеспечивающая их совместное и взаимообусловленное перемещение, обеспечена надежностью взаимного примагничивания ползуна расточной головки и опорной стороны корпуса, при этом усилие примагничивания ползуна расточной головки опорной стороны корпуса должны быть такими, чтобы при их совместном и взаимообусловленном перемещении обеспечивалось бы скольжение функциональной стороны измерительного устройства по поверхности корпуса расточной головки.
При этом если наружная поверхность функциональной стороны измерительного устройства выполнена без антифрикционных ножек, в этом случае, усилие взаимного примагничивания ползуна расточной головки и опорной стороны должна быть больше, чем усилие взаимного примагничивания функциональной стороны измерительного устройства и поверхности корпуса расточной головки с тем, чтобы взаимодействие функциональной стороны измерительного устройства и поверхности корпуса расточной головки не препятствовало совместному перемещению ползуна расточной головки с измерительным устройством. Если же наружная поверхность функциональной стороны измерительного устройства снабжена антифрикционными ножками, в этом случае, усилие взаимного примагничивания функциональной стороны измерительного устройства и поверхности корпуса расточной головки практически не имеет значения, главное – обеспечить удержание функциональной стороны измерительного устройства над корпусом расточной головки.
Антифрикционные ножки можно выполнять из немагнитного материала в виде полусфер, колесиков и т.п., главное требование – обеспечение легкого беспрепятственного перемещения функциональной стороны измерительного устройства по поверхности корпуса расточной головки.
Линейка должна быть надежно закреплена относительно корпуса расточной головки, обеспечивая, таким образом, ее стабильное неподвижное расположение относительно корпуса расточной головки, позволяющее измерять и фиксировать посредством датчика перемещения перемещение ползуна расточной головки совместно с измерительным устройством.
Датчик перемещения связан с микропроцессором, предназначенным для обработки значения перемещения ползуна расточной головки относительно измерительной линейки и передачи соответствующего сигнала на монитор или иное устройство вывода информации о значении такого перемещения.
Внутри корпуса измерительного устройства размещен элемент питания, обеспечивающий питание датчика перемещения, микропроцессора и устройств вывода информации.
Перед работой измерительного устройства оно размещается на неподвижной части расточной головки и крепится к ней за счет магнитов функциональной стороны корпуса измерительного устройства (и при отсутствии антифрикционных ножек). Одновременно, при установке измерительного устройства, обеспечивается взаимодействие опорной стороны измерительного устройства с ползуном расточной головки. Соединение опорной стороны измерительного устройства и ползуна расточной головки обеспечивается за счет магнитных свойств опорной стороны измерительного устройства и взаимодействующего с ней участка ползуна расточной головки, обеспечивающих их взаимное примагничивание.
Особенности установки измерительного устройства на расточной головке обусловливают выполнение как минимум части расточной головки и ее ползуна из магнитного материала для обеспечения соединения неподвижной части расточной головки с функциональной стороной корпуса измерительного устройства (и при отсутствии антифрикционных ножек) и опорной стороны измерительного устройства с ползуном расточной головки. При этом расточная головка должна иметь конструкцию, предусматривающую как минимум частичный открытый внешний доступ к ее ползуну.
Таким образом, после установки измерительного устройства на расточную головку будет обеспечено неподвижное соединение корпуса измерительного
устройства с подвижной частью расточной головки, одновременно будет обеспечена связь между датчиком измерительного устройства и линейкой на неподвижной части расточной головки. Перемещение ползуна расточной головки будет вызывать аналогичное взаимообусловленное перемещение датчика измерительного устройства относительно линейки.
Заявляемая конструкция измерительного устройства является более простой по сравнению с наиболее близким аналогом, т.к. в ней отсутствуют подвижные элементы (нет ползуна измерительного устройства).
Заявляемая конструкция измерительного устройства является более надежной и обеспечивает более точные измерения по сравнению с наиболее близким аналогом, поскольку из-за отсутствия подвижных элементов в конструкции, нет причин для ухудшения работы устройства, его поломки, заклинивания, снижения точности измерений из-за попадания в зазор между подвижным и неподвижным элементами конструкции устройства пыли, грязи, эмульсий и т.п., поскольку измерительное устройство располагается и работает в условиях повышенного загрязнения.
Одновременно, у заявляемого устройства сохранены такие положительные особенности, характерные для наиболее близкого аналога, как:
- удобство в эксплуатации, т.к. устройство может легко сниматься и устанавливаться, для этого не требуется применения специальных инструментов и оснастки;
- точность измерений, т.к. его работа основана на непосредственном (без каких-либо передаточных звеньев) измерении перемещения измерительного устройства, движение которого осуществляется одновременно с движением ползуна расточной головки и обусловлено им;
- универсальность устройства и удобство в эксплуатации, обусловленные тем, что форму корпуса измерительного устройства можно задать любой, исходя из возможности размещения измерительного устройства на расточной головке с возможностью соединения опорной стороны измерительного устройства с ползуном расточной головки. Форма и размер корпуса устройства могут адаптироваться к конкретным условиям, исходя из удобства размещения измерительного устройства, его установки и снятия. Заявляемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен разрез измерительного устройства.
На фиг. 2 показана схема установки измерительного устройства на расточную головку.
На фиг. 3 показана схема взаимного расположения измерительного устройства и ползуна расточной головки при их совместном перемещении.
Позиции на фигурах:
1 - корпус измерительного устройства;
2 - функциональная сторона корпуса измерительного устройства;
3 - опорная сторона корпуса измерительного устройства;
4 - прорезь в опорной стороне корпуса измерительного устройства для размещения датчика перемещения;
5 - датчик перемещения;
6 - антифрикционные ножки;
7 - корпус расточной головки;
8 - ползун расточной головки;
9 - линейка;
10 - микропроцессор;
11 - элемент питания;
12 - устройства вывода информации (дисплей, экран);
14 - звуковое устройство.
Корпус 1 измерительного устройства выполнен из немагнитного материала. Функциональная сторона 2 корпуса измерительного устройства 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) функциональной стороны 2 измерительного устройства к корпусу 7 расточной головки. Другая опорная сторона 3 корпуса 1 также выполнена магнитной, а именно: сама сторона 3 является магнитом или же к стороне 3 прикреплены магниты. Сила магнитов опорной стороны выбрана из условия обеспечения совместного взаимообусловленного перемещения измерительного устройства с ползуном 8 расточной головки как при выполнении функциональной стороны с антифрикционными ножками, так и без них. Функциональная сторона 2 выполнена с прорезью 4, в которой размещен датчик 5 перемещения. Датчик 5 расположен в корпусе 1 таким образом, чтобы его конструктивные элементы были расположены внутри корпуса 1, не выходя за пределы стороны 2 с тем, чтобы не препятствовать ее прикреплению к ползуну 8 расточной головки. В неподвижной части 7 расточной головки (корпус расточной головки) размещена – измерительная линейка 9, при этом неподвижная часть расточной головки и линейка жестко связаны между собой соединительными
элементами, например, клеем. Линейка 9 размещена так, чтобы не препятствовать перемещению (скольжению) функциональной стороны 2 по наружной поверхности корпуса 7 расточной головки. Линейка 9 расположена под датчиком 5 с тем, чтобы при перемещении ползуна 8 расточной головки, связанного с резцом, датчик 5, жестко соединенный с корпусом 1, двигался вдоль линейки 9 и мог измерить и зафиксировать величину перемещения ползуна 8 расточной головки. Внутри корпуса 1 неподвижно (жестко) размещены также микропроцессор 10, связанный с датчиком 5 и предназначенный для преобразования сигнала с датчика 5 и передачи информации на устройство вывода информации 12 или 14. Также внутри корпуса 1 размещен элемент питания 11, предназначенный для питания датчика 5, микропроцессора 11 и устройства вывода информации 12 или 14.
Для работы корпус 1 измерительного устройства устанавливается на неподвижную часть 7 расточной головки (корпус расточной головки), при этом удержание измерительного устройства на неподвижной части 7 расточной головки обеспечено за счет силы магнита функциональной стороны 2 и магнитных свойств неподвижной части 7 расточной головки. Одновременно, измерительное устройство устанавливается так, чтобы опорная сторона 3 измерительного устройства была связана (примагничена) с ползуном 8 расточной головки, при этом удержание стороны 3 измерительного устройства на ползуне 8 расточной головки обеспечивается за счет силы магнита стороны 3 и магнитных свойств ползуна 8 расточной головки. Кроме функциональной стороны 2 и опорной стороны 3, все остальные конструктивные элементы заявляемой измерительной головки выполнены из немагнитного материала. Также из магнитного материала выполнены участки корпуса 7 расточной головки и ползуна 8 расточной головки, с которыми взаимодействуют соответственно сторона 2 и сторона 3 измерительного устройства.
Заявляемое устройство применимо для всех типов расточных головок, у которых обеспечен, хотя бы в части доступ к наружной поверхности ползуна расточной головки.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При перемещении ползуна 8 расточной головки происходит одновременное взаимообусловленное перемещение всего измерительного устройства. Измерительное устройство перемещается прорезью 4 с расположенным в ней датчиком 5, над линейкой 9, жестко соединенной с корпусом 7 расточной головки. Датчик 5 в прорези 4 измеряет значение перемещения измерительного устройства относительно неподвижной линейки 9 и передает соответствующую информацию на
микропроцессор 10, который преобразует сигнал с датчика 5 в вид, позволяющий визуализировать информацию о значении его перемещения относительно линейки 9 или же перевести информацию о значении перемещения датчика 5 относительно линейки 9 для иной формы вывода информации или для передачи информации на иное устройство, например, смартфон. Связь микропроцессора 10 с настройщиком расточной головки осуществляется показом цифр на мониторе или звуковыми сигналами. Связь микропроцессора 10 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 8 расточной головки связан с резцом (на чертеже не показан), следовательно, заявляемое измерительное устройство может быть использовано для измерения перемещения резца расточной головки.