Специальное предложение

Автоматизация выверки крупногабаритных деталей при токарной обработке


17 Апреля 2012

В основном и в ремонтном производстве ко многим деталям, изготавливаемым или восстанавливаемым на токарных станках, предъявляются требования по обеспечению соосности обрабатываемых поверхностей.
Применяемые в настоящее время трех- и четырехкулачковые патроны в ряде случаев позволяют получить высокую точность относительного расположения обрабатываемых поверхностей детали посредством выверки. Однако на процесс выверки, осуществляемый методом проб, затрачивается значительное вспомогательное время (3...10 мин). Погрешности установки детали приводят к недопустимому радиальному биению. Автоматизация процесса выверки и сокращение погрешностей установки обеспечивается системой автоматической выверки (CAB), с помощью которой модернизируется токарный станок.
Кинематическая схема достижения требуемой точности положения центра Од детали относительно центра Ош вращения шпинделя станка приведена на рис. 1. Принцип управления основан на развороте двух связанных с патроном эксцентриков, управляемых двумя мини-электродвигателями. Центр О1 поворота первого эксцентрика смещен относительно центра Ош на эксцентриситет. Центр О2 поворота второго эксцентрика смещен относительно центра О1, на е2 = е1. Патрон установлен соосно со вторым эксцентриком.
В первом варианте поиска разворотом первого эксцентрика в направлении уменьшения эксцентриситета установленной в патроне детали добиваются минимального значения е1. При этом центр Од переместится в положение Од', а центр О2 — в положение О2'. На втором шаге осуществляется разворот второго эксцентрика, а следовательно, и патрона с деталью относительно центра О2'. Затем вновь разворачивается первый эксцентрик в сторону уменьшения эксцентриситета и т. д. Выверка продолжается до тех пор, пока геометрический центр обрабатываемой детали не окажется в области Ош. При втором варианте выверка осуществляется аналогично, но заканчивается в тот момент, когда геометрический центр детали попадает на окружность радиусом е3 с центром в точке Ош.
Автоматическое самоцентрирующее устройство (рис. 2) состоит из планшайбы 9, неподвижно закрепленной на переднем конце шпинделя 8 станка. В планшайбе установлена катушка 10 электромагнитного фиксатора. Эксцентрично посадочному отверстию в планшайбе на подшипнике 11 установлена двухступенчатая эксцентрическая втулка 17. На ее правой ступени смонтирован поворотный диск 12, несущий стандартный трехкулачковый патрон 13. Втулка и диск 12 кинематически связаны с двумя управляющими электродвигателями 1 (мощность 10 Вт, частота вращения 2 мин-1), закрепленными на фланце 4. Кинематическая связь осуществляется посредством валика 7 и трубы 6, проходящими через отверстие в шпинделе 8, а также двух пар шестерен 18, 19, 2, 3. Подвод питания к электродвигателям и катушке осуществляется через токосъемники 5.
Работа устройства происходит следующим образом. Обрабатываемую заготовку 14 устанавливают и закрепляют в патроне 13. К поверхности заготовки подводят датчик 15, служащий для измерения радиального биения заготовки относительно оси вращения шпинделя. Датчик закреплен в специальном держателе, установленном в резцедержателе 16 станка.
Сигнал с датчика Д (рис. 3), представляющий собой периодическую функцию времени, проходит через фильтр Ф, выделяющий первую гармонику, т. е. эксцентриситет вращающейся детали, и подается затем на электронные ключи К1 и К2. С другой стороны на эти ключи направляются импульсы тока от генератора импульсов Г, прошедшие триггер Тг со счетным входом. Импульсы тока попеременно открывают ключи Kl, К2 и таким образом поочередно направляют сигналы с датчика Д на сравнивающее устройство СУ. В СУ происходит непрерывное сравнение следующих друг за другом импульсов.
Положительный сигнал рассогласования, соответствующий уменьшению эксцентриситета заготовки, подается в усилитель У, усиливается и поступает затем в командное устройство КУ, которое включает в работу электродвигатель ЭД1. Он через шестерни 3, 18 (см. рис. 2) и трубу 6 поворачивает втулки 17 до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до нуля. После этого КУ {см. рис. 3) отключает ЭД1 и включает ЭД2. Двигатель ЭД2 через шестерни 2, 19 (см. рис. 2) и валик 7 поворачивает диск 12, обеспечивая тем самым дальнейшее уменьшение эксцентриситета. Как только сигнал рассогласования примет опять нулевое значение, КУ (см. рис. 3) вновь передает работу двигателю ЭД1 и т. д.
Процесс выверки (попеременная работа ЭД1 и ЭД2) продолжается до тех пор, пока эксцентриситет вращающейся заготовки, а следовательно, и уровень управляющего сигнала не достигнет минимального значения, определяемого зоной нечувствительности датчика Д. После этого КУ отключает ЭД1 и ЭД2 и включает электромагнитный фиксатор, состоящий из планшайбы 9 (см. рис. 2), катушки 10, диска 12. Поворотный диск 12 с патроном 13 притягивается к планшайбе. Этим сохраняется неизменность положения патрона с заготовкой относительно шпинделя на все время обработки. Время автоматической выверки составляет 10...20 с. Биение выверяемой поверхности детали доводится до 0,01...0,02 мм. Использование CAB не исключает возможности механизации функции "зажим — разжим заготовки".
С целью определения точности и быстродействия CAB были проведены экспериментальные исследования. К поверхности вращающегося контрольного кольца, закрепленного в патроне устройства, подводили индуктивный датчик конструкции ОКБ-ИП1, затем осуществлялась автоматизированная выверка. Одновременно записывались изменения радиального биения контрольного кольца на осциллографе Н-390. Процесс выверки проводили до тех пор, пока радиальное биение кольца не достигало минимального значения, определяемого погрешностями выверки и собственной некруглостью поверхности кольца.
Из характерных записей изменения радиального биения Е контрольного кольца в процессе автоматизированной выверки (рис. 4) следует, что за время t = 10...15 с радиальное биение Е поверхности кольца можно довести до 10...20 мкм. Для сравнения можно отметить, что выверка деталей при помощи ручных регулировочных устройств занимает 3...10 мин.
Применение CAB приводит к некоторому увеличению вылета патрона и появлению добавочного стыка. Сравнение значений жесткости узла крепления патрона с устройством CAB и без него показало, что в первом случае жесткость примерно на 10 % ниже жесткости крепления патрона без CAB. Такое снижение жесткости можно считать приемлемым, если к тому же учесть, что это общий недостаток всех устройств по ручной выверки вращающихся деталей.
Необходимо добавить, что предлагаемый способ выверки ведет к снижению неуравновешенности заготовки. Изменение неуравновешенности системы "устройство АВ — заготовка" составит:

J = Gпε – 2Gзε = (Gп-2Gз)ε,

где Gп — сила тяжести (вес) патрона; ε — смещение центра тяжести заготовки в процессе выверки; Gз — сила тяжести (вес) заготовки.
Нетрудно заметить: при Gз > 0,5Gп, что практически всегда имеет место в производстве, применение CAB снижает значение статической неуравновешенности узла "шпиндель — патрон — заготовка".
Использование устройств автоматизированной выверки позволяет повысить уровень механизации и автоматизации токарной обработки крупногабаритных деталей в основном и ремонтном производстве, значительно сократив затраты ручного вспомогательного времени.

Ю.И.Моисеев, А.Г.Схиртладзе
Журнал «Ремонт, восстановление, модернизация», № 9, 2004 г.


Возврат к списку

Задать вопрос