УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к области обработки резанием и предназначена для контроля состояния режущей кромки лезвийного инструмента.
Известно оптическое устройство для измерения и контроля осевого режущего инструмента для механической обработки с компактной оптической схемой, включающее шпиндель для установки инструмента, телецентрический излучатель с оптическим центром, лежащим на оптической оси телецентрического объектива фотоприемника для «теневого» метода измерения (пат. RU 199302, опубл. 26.08.2020. Бюл. №24) Известное устройство выполнено с возможностью соединения с блоком обработки информации и управления. Также оно снабжено телецентрической оптикой большого диаметра и зеркалами, установленными под углом 45° относительно оси инструмента и оптической оси микрометра. Зеркала обеспечивают компактность оптической конструкции и лежат на одной оптической оси с оптическим микрометром. Известное устройство предлагается использовать для предварительной настройки режущих инструментов вне станка, в том числе после производства, то есть после выполнения операции резания - обработки детали.
Известно, что шпиндель - «это элемент устройств, передающих вращательное движение привода станков, машин инструменту, заготовке с элементами для присоединения к приводу с одной стороны и элементами для захвата (или его закрепления) с другой стороны» (Описание и назначение шпинделя [Электронный ресурс]. URL:/https://www.center-pss.ru/projekt/opisanie/25/shpindel.htm (дата обращения: 11.03.2021).
В конструкции известного решения, не оговорен механизм углового стопорения шпинделя устройства. Это значит, что после установки и закрепления в шпинделе устройства инструмента, состояние режущей части которого требуется проконтролировать, необходимо не только установить нужное угловое положение инструмента, поворачивая шпиндель, но и удерживать шпиндель с закрепленным в нем инструментом от возможного проворота. Это можно оценивать, как недостаток известного решения, увеличивающий трудоемкость его использования. Кроме того, на поверхности, подвергаемой контролю, могут сохраняться загрязнения, уменьшающие точность контроля: частицы материал детали, брызги охлаждающей жидкости и т.п.
Известно устройство бесконтактного контроля углов заточки и координат вершины инструмента на станках с числовым программным управлением, включающее три источника лазерного излучения, специальные фазовые элементы в виде отражательных пластин с заданным микрорельефом освещаемых поверхностей, три ручные привода пространственного перемещения вращения фазовых элементов, три матричные средства регистрации (пат. RU 2399461, опубл. 20.09.2010. Бюл. №26). Применение известного устройства требует предварительной ручной настройки пространственного положения фазовых элементов относительно контролируемого инструмента. Контроль состояния режущей кромки инструмента осуществляет компьютер системы числового программного управления станка, поэтому известное устройство должно быть связано с системой управления станка. Перед началом контроля авторы известного решения рекомендуют обдуть контролируемый инструмент сжатым воздухом, например, по команде системы управления станка.
К недостаткам известного решения относится возможность его осуществления только на станках с числовым программным управлением, а также высокая сложность, обусловленная наличием трех источников лазерного освещения, трех фазовых элементов со специальным микрорельефом, трех приводов, и, связанные с этим высокие стоимость и вероятность отказов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является устройство управления и программирования для обработки инструментальной записи данных трехмерной модели инструмента, включающее держатель инструмента, осветительное устройство, фотоприемник, блок-обработки данных и устройство представления данных (пат. US 2010/0076717, опубл. 25.03.2010). По известному решению, источник освещения и фотоприемник могут автоматически перемещаться по трем направлениям (осям). Известное устройство позволяет, в частности, принимать или считывать и обрабатывать запись данных для двумерной модели инструмента.
К недостаткам известного решения относится отсутствие датчика положения контролируемого инструмента в держателе: из-за этого пространственное положение контролируемой режущей кромки может быть определено только перемещением измерительного аппарата, что, в свою очередь, требует высокоточных направляющих, то есть удорожает конструкцию. Кроме того, конструкция известного устройства не предусматривает предварительную очистку контролируемого инструмента от загрязнений, например, стружки и брызг охлаждающей жидкости, что может привести к получению недостоверных результатов измерений и контроля.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа, а именно создание устройства для контроля состояния режущей кромки инструмента, обеспечивающей эффективное точное и достаточно недорогое позиционирование инструмента перед проведением контроля его режущей кромки с предварительной очисткой режущей кромки инструмента и посадочного места для инструмента в держателе для инструмента.
Решение поставленной технической задачи достигается совместным применением следующих конструктивных мероприятий:
- установкой датчика для контроля положения инструмента в держателе,
- использованием системы обдува сжатым воздухом режущей кромки инструмента.
Предлагаемое в качестве настоящей полезной модели устройство схематично изображено на фиг.1 в тот момент, когда инструмент, подлежащий контролю, расположен вблизи обрабатываемой детали. На фиг.2 инструмент отведен на позицию контроля. На фиг.3 схематично показан вид сбоку на предлагаемое устройство.
Позициями обозначено: станок 1, держатель 2 инструмента 3, осветительное устройство 4, фотоприемник 5, система 6 подачи сжатого воздуха, датчик 8 наличия инструмента 3 на позиции контроля, осветительное устройство 4, фотоприемник 5, блок 9 управления и обработки данных и устройство 10 представления данных.
На фигурах в качестве примеров станка 1 и инструмента 3 схематично изображены токарный станок и резец со съемной пластиной, соответственно, однако, это не является ограничением области применения предлагаемого устройства, но только примером его использования.
Держатель 2 инструмента 3 может быть выполнен, например, но не исключительно, в виде резцедержавки, если инструмент 3 представляет собой резец. Вариантом исполнения держателя 2 может быть инструментальный магазин цепного или револьверного, или иного типа.
Осветительное устройство 4 может быть любого типа. Предпочтительным является применение светодиодного светильника.
Фотоприемник 5 расположен под осветительным устройством 4 связан с ним через блок 9 управления и обработки данных и представляет собой фоточувствительную ПЗС-матрицу. Фотоприемник 5 может быть снабжен съемным защитным экраном (на фигуре не показан), препятствующим попаданию во время работы станка стружки и брызг охлаждающей жидкости на ПЗС-матрицу. При проведении контроля состояния режущей кромки инструмента 3 съемный защитный экран должен быть убран.
Для повышения точности измерений предусмотрена очистка инструмента 3 сжатым воздухом из системы 6 подачи сжатого воздуха, которая связана с источником 7 сжатого воздуха.
Датчик 8 наличия инструмента 3 на позиции контроля может быть выполнен в виде датчика любого типа, например, фотодатчика или емкостного датчика. Применение датчика 8 наличия инструмента 3 на позиции контроля позволяет уменьшить размер фотоприемника 5 за счет точного позиционирования режущей кромки инструмента 3 относительно ПЗС-матрицы и осветительного устройства 4, что способствует уменьшению стоимости устройства при одновременно повышении его надежности за счет уменьшения количества фотодиодов в плоскости матрицы.
Блок 9 управления и обработки данных связан с осветительным устройством 4, фотоприемником 5, датчиком 8 наличия инструмента 3 на позиции контроля и блоком 10 представления данных. Блок 9 управления и обработки данных может включать набор элементов ручного управления, выполненных, например, в виде клавиш или рукояток, либо в виде сенсорного экрана, предусматривающего выбор активацию нужной команды. Блок 9 управления и обработки данных включает также, по крайней мере, один аналогово-цифровой преобразователь и запоминающее устройство любого типа для хранения информации и не менее одного стандартного порта типа USB для коммуникации с внешними устройствами. В блок 9 обработки данных предварительно загружено программное обеспечение для обработки данных.
Устройство 10 представления данных выполнено в виде контрольных ламп разного цвета. Одна из ламп должна быть зеленого цвета, вторая - красного.
Предлагаемое в качестве настоящей полезной модели устройство для контроля состояния режущей кромки инструмента работает следующим образом.
Перед началом работы станка 1 инструмент 3 устанавливают в держатель 2. Держатель 2 с установленным инструментом 3 перемещают на позицию контроля, при этом датчик 8 наличия инструмента 3 на позиции контроля посылает соответствующий сигнал в блок 9 управления и обработки данных.
При использовании инструментального магазина (на фигуре не показан) в положение контроля могут перемещаться поочередно все инструменты, находящиеся в гнездах магазина.
В зависимости от типа станка 1, перемещение держателя 2 может быть ручным или автоматическим.
После установки держателя 2 на позицию контроля, с помощью блока 9 обработки данных включают осветительное устройство 4. С помощью фотоприемника 5 формируется электронное изображение режущей кромки инструмента 3. В виде кодированной информации оно сохраняется блоком 9 управления и обработки данных. После завершения операции формирования, кодирования и сохранения изображения режущей кромки, блок 9 управления и обработки данных выключает осветительное устройство 4.
В зависимости от типа станка 1, это может быть сигналом оператору для ручного перемещения либо сигналом системе управления станком 1 для автоматического перемещения держателя 2 с установленным в нем инструментом 3 в зону обработки детали.
После завершения обработки одной или нескольких деталей - по усмотрению оператора станка или в соответствии с требованиями технологического плана управления держатель 2 с установленным в нем инструментом 3 вновь переводится в ручном или автоматическом режиме на позицию контроля.
Перед проведением контроля режущая кромка инструмента 3 обдувается сжатым воздухом из системы 6 подачи сжатого воздуха. Подача сжатого воздуха может быть осуществлена любым способом, в том числе при ручном открытии крана системы 6, при открытии крана системы 6 с помощью управляющей кнопки или рукоятки блока 9 обработки данных или при автоматическом открытии по команде программы, заложенной в блок 9 управления и обработки данных.
Сжатый воздух удаляет загрязнения как с режущей кромки инструмента 3, так и с фотоприемника 5, в том случае, если фотоприемник 5 не имеет съемного защитного экрана.
Продолжительность подачи сжатого воздуха из системы 6 может определяться вручную или автоматически по команде блока 9 управления и обработки данных.
После завершения обдува сжатым воздухом, вручную или по команде блока 9 управления и обработки данных происходит включение осветительного устройства 4, формирование нового электронного изображения режущей кромки инструмента 3, кодирование изображения и его запись с помощью запоминающего устройства. Далее блок 9 обработки данных с помощью установленного заранее программного обеспечения выполняет автоматическое сравнение электронных изображений режущей кромки инструмента 3, полученных перед и после обработки деталей. Результаты сравнения передаются в устройства 10 представления данных. В случае выявления предельного или недопустимого износа режущей кромки загорается красная лампа устройства 10 представления данных, запрещающая дальнейшее использование режущего инструмента 3. В случае допустимого состояния режущей кромки инструмента 3, либо загорается зеленая лампочка, позволяющая дальнейшее использование режущего инструмента 3.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности и надежности устройства для контроля состояния режущей кромки инструмента.