АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТОКАРНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ТОЧНОСТИ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована на предприятиях металлообрабатывающей промышленности при диагностике технологических систем на основе токарных станков по показателям точности обрабатываемых деталей.
Известно устройство для измерения траектории перемещения оси вращения шпинделя, установленного в подшипниковом узле, включающем упорный подшипник и фланец, содержащее регистрирующее устройство и два емкостных датчика, предназначенных для измерения радиального перемещения шпинделя при вращении и выполненных в виде полуколец, установленных над поверхностью шпинделя и расположенных под углом 90° друг к другу в плоскости перпендикулярной оси шпинделя, причем корпус датчика состоит из посадочной и измерительной частей, соединенных при помощи упругой части, причем посадочная часть корпуса датчиков закреплена на фланце шпиндельного подшипника и установлена до упора в подшипник шпинделя (Патент СССР №1301646; МПК B23Q 15/00; опубл.: 07.04.1987).
Данное устройство предназначено для встраивания в шпиндель станка и позволяет отслеживать биение шпинделя в одном сечении. К недостаткам следует отнести узкие технологические возможности не позволяющие отслеживать угловые перемещения оси шпинделя.
Наиболее близким техническим решением,, выбранным в качестве ближайшего аналога является устройство диагностики токарных станков по параметрам точности изготавливаемой детали, содержащее датчик угла поворота шпинделя, бесконтактный датчик перемещения, служащий для измерения перемещений вершины резца в плоскости, проходящей через вершину резца и ось шпинделя, интерфейс и компьютер, датчики соединены с компьютером через интерфейс, а бесконтактный датчик перемещения установлен на резцедержательной головке суппорта и выполнен с возможностью измерения расстояния до цилиндрической поверхности патрона (Патент РФ №2154565; МПК B23Q 15/007; опубл.: 20.08.2000).
Устройство позволяет отслеживать перемещение резца относительно оси патрона в процессе обработки и получить геометрический образ обработанной детали. К недостаткам устройства следует отнести невысокую точность измерения, и как следствие искажение траектории перемещения шпинделя. Измерение положения вершины резца выполняется относительно цилиндрической поверхности патрона, которая в большинстве случаев является свободной и при изготовлении обрабатывается черновым точением. Кроме этого измерения осуществляются в процессе обработки, вибрации, вызванные этим процессом, вносят погрешности, тем самым снижая точность результатов.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель является улучшение качества диагностики, за счет исключения влияния вибраций на процесс получения информации и влияния погрешностей измерения станочных измерительных баз, обладающих низкой точностью, посредством проведения измерений вне работающего станка на самостоятельном автоматизированном устройстве, а также за счет обеспечения возможности прослеживания системы измеренных показателей до и после обработки в единой системе координат.
Указанная задача решается тем, что автоматизированный комплекс для диагностики токарной технологической системы по показателям точности обрабатываемых деталей, содержащий измерительную оправку с датчиком угла поворота, датчик измерения координат точек цилиндрического элемента обрабатываемой детали в осевой плоскости, интерфейс и компьютер, соединенные с упомянутыми датчиками, дополнительно содержит настроечный элемент для выполнения измерений в абсолютных величинах, датчик измерения координат точек цилиндрического элемента обрабатываемой детали установлен с возможностью калиброванного перемещения на величину припуска на обработку в поперечном направлении и на длину обработанного участка детали в продольном направлении, а измерительная оправка снабжена ориентирующим элементом и приводом ее вращения.
Оснащение автоматизированного комплекса для диагностики токарной технологической системы по показателям точности обрабатываемых деталей, содержащего измерительную оправку с датчиком угла поворота, датчик измерения координат точек цилиндрического элемента обрабатываемой детали в осевой плоскости, интерфейс и компьютер, соединенные с упомянутыми датчиками, дополнительный настроечный элемент для выполнения измерений в абсолютных величинах, в сочетании с установкой датчика измерения координат точек цилиндрического элемента обрабатываемой детали с возможностью калиброванного перемещения на длину обработанного участка детали в продольном направлении и снабжением измерительной оправки ориентирующим элементом и приводом ее вращения, позволит исключить органические погрешности процесса обработки и получить показатели точности изделия до и после обработки в одной и той же системе координат. В свою очередь это дает возможность рассчитать систему диагностических признаков циклов базирования модулей технологической системы и сделать заключение об их состоянии и необходимости корректирующих действий.
Заявителю не известны автоматизированные комплексы для диагностики токарной технологической системы по показателям точности обрабатываемых деталей с указанной совокупностью признаков и заявляемая совокупность признаков не вытекает явным образом из существующего уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где
фиг.1 - Автоматизированный диагностический комплекс (общий вид);
фиг.2 - вид сверху на фиг.1;
фиг.3 - Измерение детали до обработки.
Автоматизированный комплекс для диагностики токарной технологической системы по показателям точности обрабатываемых деталей (фиг.1) содержит измерительную оправку 2 с датчиком угла поворота 1, датчик 3 измерения координат точек цилиндрического элемента обрабатываемой детали в осевой плоскости (показан на фиг.2), интерфейс 4 и компьютер 5, соединенные с упомянутыми датчиками. Кроме этого автоматизированный диагностический комплекс содержит настроечный элемент 8 (показан на фиг.2) для выполнения измерений в абсолютных величинах. Датчик 3 измерения координат точек цилиндрического элемента обрабатываемой детали в осевой плоскости установлен с возможностью калиброванного осевого перемещения на величину припуска на обработку в поперечном направлении и на длину обработанного участка детали в продольном направлении, посредством пластины 9 и фиксатора 10 (фиг.2). Измерительная оправка 2 снабжена ориентирующим элементом 11 (фиг.1) и приводом ее вращения, состоящим из шагового двигателя 6 и зубчатой передачи 7.
1
Порядок работы автоматизированного комплекса для диагностики токарной технологической системы по показателям точности обрабатываемых деталей выглядит следующим образом. Деталь до обработки 12 устанавливают на оправку 2 (фиг.3) ориентируя ее по необрабатываемым поверхностям (например, ребра жесткости) при помощи ориентирующего элемента 11 (на фигуре не показан). Оправку с деталью базируют в установочном приспособлении 13. Датчик 3 подводят к настроечному элементу 8 и обнуляют его. После чего смещают его в первое измеряемое сечение и включают привод вращения оправки. После выполнения одного оборота оправки привод вращения останавливают и смещают измерительный датчик 3 на величину l вдоль оси детали 12 в следующее измеряемое сечение 15. Процесс измерения повторяют минимум в трех сечениях. После чего деталь 12 снимают с оправки 2 и обрабатывают на станке согласно требованиям операционной карты. После этого обработанную деталь 14 повторно устанавливают на оправку 2, обеспечивая идентичность ее ориентации с положением детали до обработки 12, и проводят измерения в тех же сечениях 15 (фиг.2). Результаты измерений передают на компьютер для математической обработки и вычисления системы диагностических показателей (табл.). На основе анализа которых делают заключение о состоянии модулей технологической системы и необходимости корректирующих действий.
Для примера рассмотрим диагностику токарного обрабатывающего центра MonfortsRNC400 на операции наружного точения детали «Чашка дифференциала» автомобиля «КАМАЗ». В качестве измерительного датчика используется индуктивный измерительный щуп Millimar фирмы Mahr (Германия). Обеспечиваемая точность измерений - 0,001 мм. Датчик угла поворота - энкодер ЕМР50 фирмы Autonics (Южная Корея). Дискретность - 1024 шага на 1 оборот. Измерение проводят в течение наладочного цикла. Диагностические показатели точности рассчитываются для результатов измерений выполненных в течение различных циклов (наладочный, настроечный). Отклонение от круглости в течение наладочного цикла говорит о биении шпиндельного узла. Корректирующим действием при этом будет выборка зазоров в подшипниках шпиндельного узла.
Таблица
Система диагностических показателей точности детали «Чашка дифференциала» (токарная операция).
Диагностический показатель точности
Технологическая составляющая
Модуль технологической системы
Причина отклонений
Координаты положения оси обрабатываемого цилиндрического элемента
Отклонение координат положения оси обработанного цилиндрического элемента от опорного
Зажимная оснастка (кулачки)
Несоосность оси вращения и оси зажимных кулачков
Радиус обрабатываемого цилиндрического элемента
Отклонение радиуса прилегающего цилиндра обрабатываемого элемента от настроечного значения
Инструментальная оснастка Зажимная оснастка
Нежесткость в сопряжениях
Изменение радиуса обрабатываемого цилиндрического элемента за период стойкости инструмента
Отклонение радиуса прилегающего цилиндра обрабатываемого элемента от значения в начале периода стойкости инструмента
Режущий инструмент
Износ формообразующе и части инструмента
Отклонение от круглости обрабатываемого цилиндрического элемента
Отклонение поперечного профиля рабочего цилиндрического элемента от прилегающей окружности
Шпиндельный узел
Радиальное биение шпиндельного узла