УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПРЕРЫВИСТОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Предложение относится к измерительной технике в технологии машиностроения и предназначено для измерения и контроля прерывистых поверхностей на плоскошлифовальных станках с последующей выдачей управляющих команд на управление технологическим процессом. При плоском шлифовании часто обрабатывают большое число одинаковых деталей, уложенных на магнитной плите или в специальном приспособлении на столе станка. Промежутки между деталями, фаски на их кромках, пазы и отверстия создают разрывы на обрабатываемой поверхности, с которой соприкасается измерительный наконечник прибора, поэтому существует две формы измерительного наконечника: точечная и ножевидная.
При применении точечного наконечника приборы фиксируют положение его в момент прохождения под ним разрыва обрабатываемой поверхности. Такие приборы, при контактировании используют различные механизмы торможения и демпфирования. Классическим примером являются приборы мод. 4066И с механическим пиковым детектором (СССР) и с гидравлическим демпфером и электронной памятью (фирма «Марпосс», Италия) [см. стр.208. Приборы автоматического управления обработкой на металлорежущих станках/ А.В.Высоцкий, И.Б.Карпович, М.П.Соболев, М.И.Этингоф.- М.:Машиностроение, 1995. - 328 с.].
При применении ножевидных наконечников разрывы обрабатываемой поверхности перекрываются и отпадает необходимость использования различных механизмов торможения и демпфирования. Вместе с тем, возникает погрешность износа поверхности измерительного наконечника.
Классическим примером является прибор 40У-2899 (Московский автомобильный завод им.Лихачева) [см. стр.283. Активный контроль в машиностроении. Справочное пособие/Под ред Е.И.Педь. -М.:Машиностроение, 1971. - 360 с.].
Известен также «Виброгенераторный преобразователь» (патент РФ на изобретение №2270415 от 20.02.2006 г. Бюл.№5), позволяющий снизить износ рабочих наконечников и повысить точность измерений при постоянном контроле обрабатываемой сплошной поверхности.
Задачей изобретения является создание измерительного устройства повышенной чувствительности и точности на основе виброконтактного преобразователя размеров для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности.
Задача, решается тем, что в виброконтактном преобразователе размеров на измерительный шток устанавливают ножевидный наконечник с углом (радиусом) наклона кромок, гарантирующий заход наконечника на деталь с учетом припуска на обработку. При этом в устройстве для демпфирования ударов кромок деталей об измерительный наконечник установлен дополнительный электромагнит, противоположно раскачивающему электромагниту так, что якорь возбудителя колебаний расположен между этими электромагнитами, причем оба электромагнита подключены к источнику постоянного тока, что создает определенное электромагнитное поле между якорем и электромагнитами. При установке измерительного штока на деталь дополнительный электромагнит позволяет приподнять (арретировать) наконечник над поверхностью детали, что обеспечивается подачей постоянного тока только на вновь установленный электромагнит, который находится над якорем. Электромагнит, находящийся под якорем, снабжен двумя обмотками: одна для возбуждения колебаний измерительного штока - переменный ток, другая - для создания демпфирующего состояния измерительного штока.
На фиг.1 показан предложенный усовершенствованный виброгенераторный преобразователь (по патенту на изобретение №2270415). Суть усовершенствованного преобразователя при применении его для измерений прерывистых поверхностей состоит в следующем. При установке измерительного штока 7 на поверхность детали подается постоянный ток на дополнительно установленный в преобразователь электромагнит 5. В результате якорь 3 и жестко связанный с ним измерительный шток 7 приподнимаются (арретируются) над поверхностью детали, которые вводятся под измерительный наконечник 1 штока 7. Прекращается подача постоянного тока на электромагнит 5 и подается переменный ток на электромагнит 6, который приводит в колебательное движение с заданной одинаковой амплитудой измерительный шток 7 и жестко связанный с ним якорь 3 через упругие элементы 2 и 4, и постоянный ток меньшего напряжения на обмотку вновь установленного электромагнита 5 и вновь вводимую вторичную обмотку электромагнита 6. Это обеспечивает нормальную работу измерительной системы, демпфируя удары кромок деталей по измерительному наконечнику 1.
Для обеспечения постоянного контроля изменяющихся размеров деталей с разрывами измеряемой поверхности устанавливается ножевидный наконечник 1 (фиг.1), который обеспечивает наименьший износ своей поверхности в сравнении с наконечником, постоянно скользящим по поверхности детали. Длина контактирующей поверхности, наконечника выбирается из условия отсутствия поперечных колебаний, которые зависят от упругости ножевидного разнесенного наконечника. Сила упругости определяется законом Гука (Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. -М.: Высш.шк., 1986. -416 с. и Бабенков И.М. Теория колебаний. - М.: Наука., 1985.-254 с.)
где k - коэффициент жесткости, Н/м;
λ - длина (удлинение) или величина поворота (изгиба) плоскости наконечника в градусах или величина отклонения от плоскости крайней точки наконечника в м.
Измерительный шток с наконечником 1 (фиг.1) совершает возвратно-поступательные колебания в соответствии с известной формулой (Тромпет Г.М., Красильников А.Я. Виброконтактный преобразователь для измерительного модуля многоцелевого станка//СТИН. - 2007. -№2. -С.18-20)
где M - масса измерительного штока с наконечником;
x - величина перемещения штока с наконечником;
h - коэффициент сопротивления;
k - коэффициент жесткости;
P - возмущающая сила электромагнита;
ω - частота возмущающей силы;
t - время.
При движении наконечника по измеряемой поверхности возникают постоянные периодические удары о кромки обрабатываемых деталей с периодичностью, равной разрывам L обрабатываемой поверхности и под углом φ к вертикальной плоскости наконечника (фиг.2), что приводит к возникновению крутильных колебаний, описываемых выражением
где J - момент инерции;
φ - амплитуда крутильных колебаний (угловой поворот, величина отклонения от плоскости крайней точки наконечника);
2b - коэффициент сопротивления;
2
k - коэффициент жесткости;
y
F - момент удара, зависящий от расположения деталей на вращающемся магнитном столе относительно оси вращения (фиг.2);
p - частота ударов;
t - время.
Общее решение полученного дифференциального уравнения вынужденных поперечных колебаний измерительного наконечника при наличии упругого сопротивления, как известно, имеет вид
1
где φ - общее решение уравнения без правой части;
2
φ - частное решение полного уравнения (3).
Общее решение представим в виде
где А и α - постоянные интегрирования, определяются по начальным условиям, а частное решение полного уравнения определяется в виде ,
где B и β - постоянные, которые подбираются так, чтобы равенство (3) обратилось в тождество.
Вычисляя производные, получим
Подставляя значения  в выражение (3) и обозначая для краткости pt - β = Ψ, получим
Чтобы это равенство выполнялось при любых Ψ коэффициенты при sinΨ и cosΨ в левой и правой частях должны быть порознь равны друг другу, следовательно
max
mах
Амплитуда при крутильных колебаниях, как уже сказано выше, это угол поворота плоскости ножевидного наконечника B = φ = λ (1). Используя коэффициент жесткости материала (в нашем случае - титановый сплав ВТ-16), собственные колебания по параметру k наконечника измерительного щупа, вынужденные колебания по параметру p (количество ударов в с.), приходим к выводу, что при р≥k амплитуда колебаний В = φ становится очень малой (практически близка к нулю). Это подтверждается и классической теорией колебаний (см. стр.243 Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.:Высш.шк., 1986. -416 с.)
При проведении измерений линейных размеров обрабатываемых деталей измерительный шток 7 контактирует своим ножевидным наконечником 1 с измеряемой поверхностью. В зависимости от изменения размера детали изменяется и амплитуда колебаний измерительного штока 7 и якоря 3. Изменение амплитуды колебаний якоря приводит к изменению индуцируемой в виброгенераторе ЭДС, что регистрируется отсчетно-командным устройством.
Использование предложенного устройства для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности при управляющем контроле на металлорежущих станках способствует повышению точности на 12-15% за счет снижения динамичности процесса измерения, снижению трудоемкости выполняемых работ. Проведенные испытания показали высокую надежность и работоспособность данного устройства для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности, возможность использования при обработке деталей в любых отраслях машиностроения.