Копировальный прибор

 

/изобретеии я

В.И. Степанов и А.Г. Альтфельд

Особое конструкторское бюро станкостроенияя (7! ) Заявитель (S4) КОПИРОВАЛЬНЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к устройст вам для копировальных станков и мо жет быть использовано в частности, для копировально-фрезерных станков и контрольно-управляющих машин.

Известны копировальные приборы, содержащие корпус, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным пальцем, установленный в радиальной подвеске, выполненной иэ упругих стержней, концы которых закреплены в кольцах и установленной с возможностью осевого перемещенияотносительно корпуса, и демпфер для гашения колебаний измерительного стержня в трех направлениях 5> ).

Однако в известном копировальном приборе вследствие паразитных дефор- 2в маций {растяжения и сжатия 3 упругих ,стержней под действием радиальной нагрузки параллельно-поступательное перемещение скрепленного с ними иэме2 рительного стержня несколько искажается. Это является причиной погреш" ности 2-го порядка малости кинематыческой передачи копировального прибора при использовании копироваль" ных пальцев различной длины, так как в этом случае передаточное отношение радиальной подвески копировального прибора становится, отличным от 3.

Это недопустимо в копировальных приборах для станков повышенной точности.

Кроме того, применяемый в прототипе масляный демпфер имеет низкий коэффициент затухания вследствие то" . го, что рабочие зазоры, в которых помещено масло, должны превышать рабочее перемещение измерительного стержня.

Цель изобретения - повышение точ. ности копирования.

Поставленная цель достигается тем, что в приборе верхние и нижние концы

9961

3 стержней закреплены на разных диаметрах колец, причем меньший диаметр заделки распо.|ожен со стороны копировального пальца, а диаметр выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементов связанной с измерительным стержнем и с корпусом.

С целью повышения осевой жесткости упругих стержней и обеспечения 1е постоянства их радиальной жесткости упругие стержни выполнены переменного сечения и имеют среднюю утолщенную часть и концевые участки уменьшенного поперечного сечения в форме 1S правильного многоугольника, С целью уменьшения зоны нечувствительности прибора втулка дечпфера выполнена из антифрикционного материала. 20

На фиг. 1 представлен прибор, продольный разрез; на фиг. 2 - радиальная подвеска; на фиг, 3 - положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки при параллельной установке упругих стержней; на фиг.4положение измерительного стержня под. действием радиальной нагрузки при наклонной установке упругих стержней

30 (без учета их осевой деформации); на фиг. 5 - то же, но с учетом осевой деформации упругих стержней; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Копировальный прибор содержит корпус 1 (фиг, 1), в котором на пружи- - 35 не 2 установлена с возможностью осевого перемещения на шариках 3, находящихся в сепараторе 4, втулка 5.

С этой втулкой соединена радиальная подвеска 6, связанная с измеритель- 4е ным стержнем 7 для обеспечения его радиальных, а посредством втулки 5осевых перемещений. На измерительном стержне 7 укреплен копировальный палец 8 для слежения по копиру 9. is

С втулкой 5 связан также якорь 10 датчика осевого перемещения с;:сердеч- ником 11. С измерительным стержнем 7 связаны якоря 12 датчиков радиального перемещения с сердечниками,13. Сер- so дечники 11 и 13 с- установленными на них катушками (не показаны) укреплены в корпусе 1. Датчики линейных перемещений служат для регистрации положения измерительного стержня 7 относительно корпуса 1. На крышке 14 копировального прибора укреплена пружина 15, установленная до упора в

73 4 шайбу 16, закрепленную на измерительном стержне 7. Втулка 17 демп-. фера прижата к корпусу l пружиной !8, расположенной внутри втулки 17, и одновременно - к измерительному стержню 7 с помощью шайбы 19 и пружины 20, упирающейся во втулку 21. Демпфер служит для демпфирования колебаний измерительного стержня 7.

Радиальная подвеска 6 (подробно представлена на фиг, 2) состоит иэ трех упругих стержней 22 переменного поперечного сечения с утолщенной средней частью и концевыми участками

23 уменьшенного поперечного сечения в форме квадрата. Концы этих участков соединены .кольцами 24 и 25. Верхнее кольцо 24 скреплено с втулкой 5 (фиг. 1), а нижнее 25 - с измерительным стержнем 7. Нижние концевые участки установлены на уменьшенном на величину 2. ЬВ диаметре кольца, создавая этим эффект наклона упругих стержней на угол с .

Работа копировального прибора осуществляется следующим образом.

Под воздействием копира 9 на копи ровальный палец 8 измерительный стержень 7 перемещается поступательно по направлению нормали к поверхности копмра 9, так как податливости осевой и радиальной подвесок выполняются равными ..

Осевое перемещение измерительного стержня осуществляется при движении втулки 5 вдоль оси прибора. за счет податливости пружин 2 и 15. При этом якорь 10 смещается относительно сердечника 11 датчика осевого перемещения, возникают электрические сигналы на выходе прибора - и осевое перемещение измерительного стержня будет измерено.

Радиальное перемещение измерительного стержня 7 осуществляется эа счет податливости упругих стержней 22 радиальной подвески б. Измерение радиального перемещения осуществляется при смещении якоря 12 относительно сердечников 13 датчиков радиального перемещения: возникающие при этом на выходе прибора электрические сигналы фиксируют радиальное смещение измерительного стержня 7.

Причем перемещение упругих стержней

22 происходит параллельно-поступательно в результате следующих причин.

% 9961 .Под действием радиальной нагрузки

Р (фиг, 3) на копировальный палец 8 измерительного стержня 7 возникает момент силы

Иaрфб f где L - плечо приложения. нагрузки P.

Иомент И вызывает растяжение одних упругих стержней 22 и сжатие других на величину дЕ, причем величина растяжения-сжатия .на разных участ- !в ках упругих стержней переменного сечения различна л, Е »

ЬЕ = 264+ ЬЕФ = 2 ЕЗ + E3 1

M Р1 где F

h - расстояние между стержнями (фиг. 2);

К и 8 - длины концевых и сред 2 20 него участков упругих стержней; .! « .3 - моменты инерции концем вых и среднего участков упругих стержней;

И

Е - модуль упругости.

Деформации упругих стержней являются причиной поворота измерительного стержня в направлении действия силы Р на угол

ЗФ

Но если установить упругие стернни 22 наклонно по отношению к оси Зз измерительного стержня 7 на угол af, (фиг. 4) и воздействовать на них той. .же нагрузкой Р, то без учета влияния деформаций (растяжения-сжатия .упругих стержней - плоскость заделки е концов упругих стержней наклоняется на угол, противоположный по знаку углу ) . Величина угла определя-ется из следующих соотношений

Ь= д- Щ р . т.к. фС 2Е,1фб » . аЗ

2Ь 2.dÐ. а(, Р Ъ- — !!

h h с где с — жесткость радиальной подвески.

@ с ° и ©

2P-oL

Таким образом, изменяя угой aL, можно . добиться, чтобы Ф = - Р.

Окончательно положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки P с учетом влияния осевых деформаций (растяжения-сжатия} упругих стержней, установленных на73 4 клонно к этой оси, указано на фиг.5.

Ось измерительного стержня под действием радиальной нагрузки Р перемещается параллельно-поступательно вследствие равенства угловых перемещений Я (измерительного стержня) и (плоскости заделки концов упругих стержней, установленных наклонно).

Демпфирование колебаний измеритеяьного стержня 7 осуществляется в трех направлениях: в осевом направлении за счет трения между втулкой

17 демпфера и корпусом 1, создаваемого пружиной 18, помещенной внутри втулки 17; в радиальных направленияхза счет трения между той же втулкой, 17 и шайбой 19 с помощью пружины 20! поджимающей втулку 17 и шайбу 19 друг к другу. Демпфирование колебаний с использованием трения более эффективно, чем реализованное в про. тотипе масляное демпфирование, так как коэффициент затухания при трении выше, чем в масляном д!;мпфере с большими рабочими зазорами, ослабляющими эффект гашения колебаний.

Более эффективное, чем в прототипе, демпфирование колебаний измерительного стержня 8 способствует повышению точности копирования.

Кроме того, втулка 17 демпфера изготовлена из фторлона, который при скольжении по металлу имеет практически одинаковые коэффициенты трения покоя и движения, Близость величин коэффициентов тре- ния покоя и движения, за счет материала демпфера обеспечивает требуемое демпфирование колебаний и уменьшается нестабильность положения измерительного стержня относительно корпуса при отсутствии контакТа копировального пальца с копиром, т.е. уменьшается зона нестабильности прибора и следовательно повышается точ.ность кинематической передачи копировального прибора.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения состоит в повышении точности копирования деталей на станках, ос" нащенных копировальными приборами с повышенной точностью кинематической передачи.

Это повышение кинематической точности предлагаемого копировального прибора обеспечивается положительным эффектом, возникающим вследствие использования в его конструкции

7 9961 новых технических решений, а именно; наклона упругих стержней радиальной подвески к оси измерительного стержня, обеспечивающего параллельно-поступательное перемещение измерительного стержня под действием радиаль-. ной нагрузки новой конструкции упругих стержней, обеспечивающей повышение осевой жесткости упругих стержней, что позволяет осуществить 1© параллельно-поступательное перемещение измерительного стержня при.меньшем значении угла наклона упругих стержней к измерительному стержню.

Это уменьшение угла наклона по- 1% зволяет сохранить прочность утонченных сечений упругих стержней, так как при увеличении угла наклона радиальная жесткость системы упругих стержней оущественно возрастает. Что- 2о бы оставить радиальную жесткость на требуемом уровне, приходится умень-:, шать сечение концевых участков упругих стержней. Точность кинематической передачи тем выше, чем меньшие 2s величины отклонений приходится компенсировать; новых конструкций и материалов демпфера, позволяющих проводить демпфирование на основе трения, коэффициент затухания колебаний эв которого выше, чем при масляном демпфировайии, реализованном в прототипе,. а также уменьшить зону нестабильностй копировального прибора при использовании антифрикционного материала демпфера.

Повышение кинематической точности копировального прибора способствует повышению точности копирования деталей на станке, причем деталей сложного профиля, например деталей штампов, что сокращает. объем доводочных слесарных операций, т.е. удешевляет производство промышленной продукции.

В то же время в результате повышения точности копирования повышается конкурентноспособность наших копировально-фрезерных станков на мировом рынке, Особо важное значение имеет применение предлагаемого копировального прибора на контрольно-управляюSO щей машине, на которой не только копируют модель для передачи информа ции фрезерному станку с ЧПУ, но и измеряют изделия в автоматическом режиИ

73 8 ме после их окончательной обработки, а затем сравнивают с заданной по про; грамме поверхностью. Таким образом в случае копировально-управляющей машины имеет место не только повышение точности изготовления промышленной продукций, но и дополнительный эффект - повышение уровня автоматизации контрольных операций. формула изобретения

1. Копировальный прибор,. содержащий корпус, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным пальцем, установленный в радиальной подвеске, выполненной из упругих стерж-. ней, концы которых закреплены в кольцах, и установленной с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, идемпфердля гашения колебаний измерительного стержня в трех направлениях, отличающийся тем, что, е целью повышения точности . копирования, верхние и нижние концы стержней закреплены на разных диаметрах колец, причем .меньший диаметр заделки расположен со стороны копировального пальца, а демпфер выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементов связанной с измерительным стержнем и с корпусом.

2. Прибор по п. ° 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения осевой жесткости упругих стержней и обеспечения постоянства их радиальной жесткости, упругие стержни выполнены переменного сечения и имеют среднюю утолщенную часть и концевые участки уменьшенного поперечного сечения в форме правильного мно. гоугольника.

3. Прибор пр и. 1, отличаюшийся тем, что, с целью уменьшения зоны нечувствительности прибора, втулка демпфера выполнена из антифрикционного материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP по заявке и 2651470/06, кл. В 23 Q 35/04, 1980.

9961?3

А-А

Тираж 758 : Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква; Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 802/24

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Кольбич

Редактор Н. Горват Техред И.Гергель Корректор А. Ференц