Способ механической обработки внутренней поверхности сложнопрофильных керамических изделий
METHOD FOR MECHANICAL PROCESSING OF THE INNER SURFACE OF COMPLEX CERAMIC PRODUCTS

Изобретение относится к области механической обработки изделий из различных материалов и может быть использовано при обработке сложнопрофильных керамических изделий.
Известен способ механической обработки керамических изделий на специальных станках с ЧПУ (Патент РФ №2698008, B24B 1/00, B23Q 15/12, B24B 51/00,  опубл. 21.08.2019), включающий установку заготовки на станок, измерение геометрических параметров и базовых поверхностей заготовки с использованием измерительных средств станка, подготовку управляющей программы для станка и обработку заготовки по управляющей программе с корректировкой скорости подачи суппорта станка в зависимости от показаний измерительного датчика потребляемой мощности.
Недостатком известного способа является недостаточно высокая точность изготовления внутренней сложнопрофильной поверхности изделия из-за отсутствия промежуточного контроля погрешности обработки внутренней поверхности, обусловленной изменением физико-механических свойств керамики по высоте изделия, а также отжимом инструмента и износом шлифовального круга, происходящим в процессе обработки.
Наиболее близким к заявляемому являетсяспособ механической обработки деталей из керамических материалов на специальных станках с ЧПУ (Патент РФ №2492990, В24В 49/10, В24В 5/16 опубл. 20.09.2013), включающий установку обрабатываемого изделия на устройстве базирования, выполняется контрольно-измерительный цикл, установленным на станине измерительным узлом,  посредством системы ЧПУ рассчитываются припуски и создается управляющая программа, учитывающая предварительно введенные координаты контура, обработку заготовки по управляющей программе, периодические контрольно-измерительные циклы для оценки величины оставшегося припуска, по достижении заданных расчетных геометрических параметров механическая обработка завершается.
Недостатком прототипа являются недостаточно высокая точность изготовления внутренней поверхности изделия из-за отсутствия учета погрешностей измерений, а также усложнение конструкции станка из-за размещения на станине измерительного узла.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности изготовления внутренней сложнопрофильной поверхности керамического изделия.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ механической обработки сложнопрофильных керамических изделий, включающий установку изделия в барабан, закрепление изделия, механическую обработку изделия по управляющей программе и выполнение промежуточных измерений при обработке внутренней поверхности изделия с использованием измерительного узла, отличающийся тем, что промежуточные измерения проводят контактным методом двойным касанием при помощи щупа с датчиком, устанавливаемым в инструментальный шпиндель станка, при этом первое касание поверхности щупом выполняют при подаче 50 – 100 мм/мин, затем щуп с датчиком отводят на 0,2 – 0,4 мм от поверхности изделия и выполняется второе касание при подаче 1 – 5 мм/мин и проводят измерения, результаты измерений сравнивают со значениями, задаваемыми теоретическим контуром, и высчитывают величину отклонения, затем проводят обработку поверхности изделия с последующими измерениями до достижения заданных размеров.
Для реализации описываемого способа авторами был использован специальный станок под управлением ЧПУ с использованием, устанавливаемого в инструментальный шпиндель станка, щупов с датчиком (Фиг. 1) известных контактно-измерительных средств (http://www.renishaw.ru/ru/standard-accuracy-machine-tool-touch-probes--3292).
На конце керамического щупа располагается рубиновый шарик определенного диаметра (от 6 до 12 мм). При соприкосновении шарика щупа с измеряемой поверхностью срабатывает датчик. Таким образом, определяются координаты точек касания датчика с деталью, по которым и выполняется контроль. Измерения с помощью устройства Renishaw можно проводить по всей образующей с различным шагом.
В ходе апробации способа была проведена внутренняя обработка участков сложнопрофильной керамической заготовки изделия инструментами трех типов: алмазный круг 100 мм, алмазный круг 32 мм, зенкером с периодическими измерениями внутренней поверхности щупами с керамическими датчиками диаметром ∅ 6, 8, 12 мм двойным касанием до достижения необходимой точности и поворотом шпинделя от 4° до 10°.
Заявляемый способ реализуется следующим образом. В инструментальный шпиндель специального станка с ЧПУ устанавливают датчик с керамическим щупом, поворачивают инструментальный шпиндель на угол, так чтобы он не задевал измеряемый контур, выполняют привязку датчика к измеряемой детали и запускают управляющую программу измерения внутреннего контура заготовки изделия.
Управляющая программа разработана так, чтобы движение датчика с щупом соответствовало эквидистантной кривой измеряемой заготовки, но находящимся на безопасном расстоянии от него.
Экспериментально установлено, что касание датчика с керамическим щупом диаметра от 6 до 8 мм на подачах 1 – 5 мм/мин оптимально для измерения внутренней сложнопрофильной поверхности керамического изделия, так как полученные значения измерений внутреннего контура имеют минимальную погрешность, а для измерения датчиком с щупом ∅ 12 мм нужна более жесткая и короткая система датчик-переходник-щуп дабы исключить провисание щупа. Так же установлено, что для оптимизации измерительного цикла и получения измеренных значений с минимальными погрешностями необходимо двойное касание датчика с щупом при измерении внутренней сложнопрофильной поверхности керамического изделия. Первое касание датчика с керамическим щупом выполняемая на подачах 50 – 100 мм/мин и определяет, где находится измеряемая поверхность, после этого датчик с щупом отводят на 0,2 – 0,4 мм и выполняется второе касание на подачах 1 – 5 мм/мин – измерительное. Необходимо также добавить, что поворот инструментального шпинделя на угол от 4° до 10° исключает не только соприкосновения датчика с щупом с измеряемой поверхностью изделия, но и не вносит существенной погрешности в измерения внутренней поверхности изделия.
Реализация предложенного технического решения представлена на следующих примерах.
На Фиг. 2 обрабатываемую деталь 1 устанавливают в барабан 2 специального станка с ЧПУ и закрепляют кулачками, в инструментальный шпиндель станка 3 устанавливают керамический щуп диаметра 8 мм с датчиком, поворачивают инструментальный шпиндель на угол 5° и производят измерения внутреннего контура двойным касанием щупом ∅ 8 мм с датчиком по управляющей программе с шагом 10 мм. При этом первое касание керамическим щупом ∅ 8 мм с датчиком выполняется на подаче 100 мм/мин с последующим отводом его на 0,3 мм от измеряемой поверхности и выполняется второе касание на подаче 1 мм/мин. В процессе измерений на стойке станка генерируется файл отчета - протокол с замеренными значениями на нужных сечениях изделия.
Далее полученный протокол c помощью специально разработанного программного продукта сравнивается со значениями теоретической кривой и высчитывается величина отклонения.
Зная величину отклонения проводят последующую механическую обработку сложнопрофильного изделия (если это необходимо) с последующим измерением до достижения необходимой точности.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность изготовления внутренней сложнопрофильной поверхности изделия за счет измерения внутреннего контура изделия двойным касанием датчика контактно-измерительной системы в процессе обработки до получения необходимой точности.