Устройство для измерения перемещений резца относительно станины

 

ОП ИС

ИЗОБРЕТЕН ИЯ и

85ОО

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.07.74 (21) 2048930/08 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.08.77. Бюллетень № 30 (45) Дата опубликования описания 03.11.77 (51) М Кл 2 В 23 В 25/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытии (53) УДК 621.9.08 (088.8) (72) Автор изобретения (71) Заявитель

С. И. Солонин

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

РЕЗЦА ОТНОСИТЕЛЬНО СТАНИНЫ

Изобретение относится к станкостроению.

Известно устройство для измерения перемещений резца относительно станины В0 время обработки, в котором отклонения суппорта от размера статической настройки, возникающие в процессе обработки под действием сил резания и других факторов, измеряются датчиком, жестко прикрепленным к резцу с помощью кронштейна. Измерительный наконечник датчика контактирует с лекальной линейкой, которая с помощью кронштейнов и пластин крепится на станине станка. Поверхность линейки, контактирующая с датчиком, установлена строго параллельно направляющим станины. Принцип, заложенный в устройстве, позволяет измерять любые перемещения суппорта независимо от .причин, их порождающих. Однако устройство не приспособлено для быстрого изменения размера статической настройки. Чтобы перейти на обработку другого диаметра, необходимо менять положение лекальной линейки, а на это требуется много времени.

Измерение погрешностей в положении суппорта и резца производится не в горизонтальной плоскости, проходящей через вершину резца, а гораздо ниже — под деталью, учитывая то, что в процессе обработки упругие перемещения резца носят характер плоскопараллельного движения. Датчик не фиксирует фактической величины погрешности з положении суппорта. Чем больше диаметр обрабатываемой детали, тем ниже приходится спускать лекальную линейку и тем больше погрешность з измерениях. Датчик и лекальная линейка находятся под зоной резания и никак не защищены от стружки, причем датчик крепится к резцу. Такое конструктивное решение для практическо"o использования не пригодно, так как вызывает большие неудобства при замене инструмента.

С целью повышения прочности устройства и упрощения перенастройки предлагаемое устройство состоит из платформы с боковыми стойками, которая располагается под суппортом на внутренних направляющих станины станка, предназначенных для перемещения задней бабки. Платформа прижата к направляющим пружинами. Передняя стойка платформы ра сполагается с зазором между вертикальной планкой, которая жестко прикреплена к суппорту, и двумя тягами, закрепленными на планке. На .передней стойке платформы расположены поперечные направляющче с ходовым винтом и подвижной кареткой.

Вращение ходовой винт получает через зубчатую передачу от ходового винта поперечной подачи суппорта. На подвижной каретке жестко закреплен кронштейн с установленным в нем датчиком линейных перемещений.

568500

Измерительный шток датчика находится в контакте с резцом и расположен в горизонтальной плоскости, проходящей через вершину резца.

Предлагаемое измерительное устройство 5 предназначено для измерения и аналогового преобразования погрешностей положения резца в горизонтальной плоскости, возникающих в процессе точения и приводящих к появлению погрешности обработки, а также для из- 10 мерения и ачалогового преобразования полнастроечных перемещений резца в радиал,— ном HQIlpBBëãíèè, выполняемых с целью компенсации возникающих погрешностей.

В отличие от известных измерительное устройство осущестляет измерение фактической зеличины любых поперечных перемещений резца, не связанных с размерной статической настройкой станка. Измерения производятся в плоскости, проходящей через вершину рез- 20 ца, т. е. в плоскости, практически совпадающей с плоскостью образования резмера. За нулевое положение при измерениях,приним а ется положение резца и измерительного устройства, достигнутое при статической размерной настройке станка. Величина размера статической настройки измерительно.-о усройства меняется синхронно с изменением размера статической настройки резца.

На фиг. 1 показано предлагаемое устрой- зо ство, установленное около суппорта токарного станка, общий вид; на фиг. 2 — то же, разрез, показывающий связь устройства с суппортом; на фиг. 3 — блок-схема системы автоматической компенсации погрешностей 35 обработки с использованием измерительного устройства.

На токарном станке устройство для измерения перемещений резца относительно станины базируется с помощью платформы 1 с 4о двумя стойками 2 и 8. Стойка 2 (см. фиг. 1) имеет призматическую и плоскую направляющие для установки на внутренние направляющие станины, предназначенные для перемещений задней, бабки станка. Аналогичные 45 направляющие имеет и стойка 8. Платформа

1 проходит под суппортом станка и к ней неподвижно крепятся стойки. Таким образом, суппорт 4 располагается между стойками, не касаясь их, и в то же время платформа со 50 стойками имеет независимо от су ппорта базирование .на станине. Для того, чтобы положение стоек и платформы не нарушалось, последние прижаты к направляющим снизу с помощью прижимных устройств 5, состоя- 55 щих из шарика, пружины и винта. С их помощью создается постоянное силовое замыкание между направляющими стоек и станины. Схема базирования платформы и стоек позволяет совершать им движение только 60 вдоль, направляющих станины.

В стойке 2 имеются два отверстия, через которые проходят две тяги 6. Тяги ввернуты в планку 7, которая неподвижно закреплена на суппорте 4 с левой стороны. Стойка 2 располагается между планкой 7 и головками тяг б с зазором 0,02 — 0,04 мм, который обеспечивается простановочными втулками В.

Между отверстиями в стойке 2 и втулками

8 обеспечивается радиальный зазор в 2 мм.

Наличие тяг б и планки 7 необходимо для перемещения платформы со стойками вдоль направляющих станины за счет движения подачи суппорта.

На верхней плоскости стойки 2 жестко закреплены поперечхые направляющие 9, представляющие собой две параллельные плоские планки. Между направляющими холит каретка, состоящая из ползуна 10 и планки 11, прикрепленной к ползуну. На концах направляющих имеются опоры, в которых располагается точный ходовой винт 12, с помощью которого перемещается каретка.

Для этого в центре ползуна каретки, имеется гайка, соосно расположенная с винтом и позволяющая выбрать зазор в винтовой паре.

Вращательное движение на винт и, тем самым, поступательное движение каретке передается через беззазорную зубчатую передачу.18, 14, 15 от ходового винта 16 поперечной подачи суппорта. Передаточное отношение зубчатой передачи таково, что каретка и суппорт перемещаются поступательно с одинаковой скоростью. Для компенсации поперечных перемещений суп порта, не связанных с вращением ходового винта 16, вращение на ходовой винт 12 передается через упругую муфту 17 — компенсатор малых поперечных и угловых перемещений суппорта. На планке 11 каретки крепится кронштейн 18, в котором установлен чувствительный элемент измерительного устройства — индуктивный преобразователь 19. Измерительный шток преобразователя находится в контакте с державкой резца 20, а высота кронштейна 1В такова, что ось штока располагается в плоскости, проходящей через вершину резца и ось вращения шпинделя.

Устройство работает следующим образом.

В процессе резания на резец 20, а через него на всю систему «резец †суппо» действует сила резания, приводящая к относительным поворотам и перемещениям деталей системы и, как следствие, к смещению резца в горизонтальной плоскости. Однако сила резания не передается на детали измерительного устройства, поскольку основание измерительного устройства, . состоящее из платформы 1 и стоек 2 и 8, базируется на станине станка независимо от суппорта, наличие зазора, между планкой 7, головками тят 6 ч стойкой 2 и радиального зазора между отверстиями в стойке 2 и простановочными втулками 8, а также упругой муфты 17 позволяет суппорту свободно перемещаться относительно измерительного устройства в любом поперечном к направляющим станины направлении, поэтому .положение измерительного устройства при действии силы резания такое же, как и при отсутствии этого дейст568500 вия, и в проце"се точения все элементы измерительного устройства с таются в статиЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ.

Так,как резец под действием силы резания смещается в горизонтальной плоскости, а измерительное устройство своего положения не меняет, то перемещение резца фиксируется индуктивным преобразователем 19, измерительный шток которого, контактирующий с державкой резца, перемещается на величину смещения резца от силы резания.

Разность сигналов с преобразователя до появления силы резания и после ее .появления, 5

to т. е. до начала резания и после начала резания, и характеризует величину поперечного перемещения резца в горизонтальной плоскости.

Так как в процессе точения резец движется вдоль оси обрабатываемой детали, то измерительное устройство тоже должно двигаться вместе с суппортом. Это осуществляется за счет планки 7 .и тяг б. При движении суппорта вперед измерительное устройство толкается планкой 7, а при движении назад— тянется тягами б. Сила трения, возникающая 25 между стойкой 2 и,планкой 7 или головками тяг б, очень мала и практически не сказывается на положении измерительного устройства. B процессе движения суппорта вдоль обрабатываемой поверхности индуктивный 30 преобразователь все время подает сигнал о поперечных перемещениях резца относительно его статического состояния.

При вращении винта 16 поперечной подачи суппорта одновременно перемещается и 35 каретка измерительного устройства вместе индуктивным, преобразователем, Так как скорость их перемещения одинакова, то при повороте винта резец и преобразователь должны переместиться на одно и то же расстоя- 40 ние. Однако, так как винтовая пара .измерительного устройства беззазорная и более точная, чем у суппорта,,положение индуктивного преобразователя определяется с более высокой точностью, чем положение резца. Меж- 45 ду положением измерительного устройства л положением резца возникает рассогласование, вызванное наличием зазора в винтовой паре подачи суппорта и погрешностью шага винта. Это рассогласование вызывает пере- 50 мещение измерительного штока датчика л появление соответствующего сигнала о величине рассогласования. При переустановке резца 20 в резцедержателе неизбежно возникает, погрешность его установки в .поперечном направлении. Погрешность вызывает изменения в положении измерительного штока преобразователя и тем самым появится возможность оценить погрешность установки резца по сигналу = преобразователя 19. 60

В силу рассмотренных конструктивных особенностей устройства любое перемещение резца, вызывающее изменение .положения штока индуктивного преобразователя, фиксируется им независимо от того, чем оно вызвано — упругими перемещениями, выбором зазоров в сочленениях, тепловыми деформациями, перемещениями резца с помощью механизма,поднастройки 21 и т. п. Так как вершина резца и ось измерительного штока индуктивного преобразователя лежат в одной горизонтальной плоскости, то всегда измеряется фактическое перемещение резца з плоскости образования размера как по величине, так и по направлению.

Предложенное устройство для измерения перемещений резца относительно станины станка использовано в системе автоматической компенсации погрешностей обработки на токарном станке (см. фиг. 3).

Система автоматической, компенсации погрешностей состоит из измерительного устройства 22 системы «шпиндель — деталь», предназначенного для измерения и аналогового преобразования в напряжение U„, упругого перемещения шпинделя станка в горизонтальной плоскости У, возникающего в процессе обработки под действием сил резания; вычислительного блока 28, который преобразует U в напряжение У„являющееся аналогом перемещения оси детали в зоне обработки У, (преобразователь выполняется за счет умножения на упругую харакV, теристику f (z) = —, где z — продольУ„, ная координата, характеризующая положение вершины, резца); устройства 24 для измерения перемещений резца относительно станины, служащего для измерения и преобразования в электрический аналог, вопервых,,поперечных неремещений резца, вызывающих погрешность размера детали, вовторых, поднастроечных перемещений резца, компенсирующих погрешности размера детали, определяемые блоками 22, 28, 24; блока

25 формирования управляющего сигнала, в кото ром производится суммирование сигналов с блоков 28 и 24, усиление суммарного сигнала по напряжению и мощности; механизма 2б, представляющего собой электрогидравлический реверсивный исполнительный механизм для малых поднастроечных перемещений резца в радиальном направлени r, выполняемых для компенсации погрешности обработки.

Си стема работает следующим образом.

Упругое перемещение ш пинделя Y с помощью устройства 22 и блока 28 преобразуется в электрический аналог величины У,— напряжение U,. Поперечные перемещения резца У, вызывающие погрешность обработки, преобразуются устройством 24 в напряж ение (/р. Управляющий сигнал, равный алгебраической сумме U и Up и формируемый блоком 25, приводит в действие механизм 2б, который перемещает резец в радиальном направлении на величину У„ пока аналог величины Y, — напряжение обратной связи не уравновесит у.правляющий сигнал, т. е.

У„+ (Up+ U,) =О.

568500

2 б

Фиг. I

10 г5

7/2. 2

Так как величина U„, U и U, являются аналогами перемещений Y„Yð и У„то можно считать, что поднастройка резца проходит до тех пор,,пока не,выполнится условие

y.+(y,+y,) =o.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения перемещений резца относительно станины, размещенное на станине станка и содержащее датчик линейных перемещений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения, прочности устройства и упрощения перенастройки, устройство снабжено платформой со стойками, вертикальной планкой с двумя закрепленными на ней тягами, а также кареткой с жестким кронштейном и ходовым винтом, кинематнчески связанным с ходовым винтом поперечной подачи суп порта, причем платформа снабжена поперечными направляющими и

5 установлена под суппортом на внутренних направляющих станка и упруго поджата к ним, передняя стойка платформы расположена с зазором между вертикальной планкой, которая жестко закреплена на суппорте, и

>0 двумя тягами, каретка с ходовым винтом установлена на поперечных направляющих, а датчик линейных перемещений смонтирован в местком .кронштейне каретки.

2. Устройство по п. 1, о тли ч а ющ ее с я тем, что датчик линейных перемещений расположен в горизонтальной плоскости, проходящей через вершину резца и связан с резцом.

568500 иг ..У

Составитель Т. Юдахина

Техред М. Семенов

Редактор Г. Мозжечкова

Корректор И Симкина

Задаз 647/1700 Изд. Ка 679 Тираж 1207 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Тин. Харьк. фил. пред. «Патент»