Авторы:НАБОКА, Е.В., к.т.н, доцент, ПРИХОДЬКО О.Ю., к.т.н, доцент.
В статье рассмотрено применение современных систем контроля металлорежущего оборудования с целью повышения качества обработки детали.
Ключевый слова:щуп, датчик, измерительная система, инструмент, контроллер
Источник:Сборники научных работ НТУ ХПИ, научно-техничнический журнал "Механика и Машиностроение"
Актуальность.Проблема управления технологическими процессами из-готовления деталей обычно ограничивается рамками отдельных операций. Од-нако для обеспечения качества обработки детали необходимо применение современных систем контроля металлорежущего оборудования.
Качественная постановка задачи.
Системы контактных датчиков обеспечивают металлорежущие станки сенсорным считыванием. Действительное положение инструмента или обрабатываемой детали точно определяется контактным датчиком.
Каждая система базируется на модульных компонентах, которые подбираются в зависимости от вида металлорежущего оборудования, требований, предлагаемых к точности измерений и др.
В общем случае система состоит из следующих элементов:
Все контактные датчики аналогичны по своему принципу действия. Ко-гда щуп касается к поверхности измеряемой детали, в ЧПУ станка передается управляющий сигнал, происходит фиксация текущих координат центра нако-нечника щупа и движение шпинделя прекращается. Материал наконечника (рубин или твердый сплав) обладает очень низким износом, поэтому данные измерения обладают высокой повторяемостью результатов. Щуп при соприкосновении с «препятствием» отклоняется, что предотвращает повреждение контактного датчика. Величина отклонения регистрируется измерительной системой и в последствии учитывается при пересчете текущей координаты. В начале цикла измерений производится калибровка системы, и в ЧПУ вводятся корректора, соответствующие длине щупа и радиусу наконечника. В виде калибровочных элементов для измерительных головок могут использоваться либо калибровочная сфера либо калибр-втулка, жестко закрепленные на станине и являющиеся базовой точкой станка.
Типичные места для установки контактных датчиков на станке показаны на рисунках (рис. 1, 2).
Рисунок 1 – Применение контактных датчиков на обрабатывающих центрах и фрезерных станках: 1 – шпиндель станка; 2 – контактный датчик; 3 – адаптер; 4 – установочный конус; 5 – модули системы индуктивной передачи данных; 6 – оптический приемник; 7 – датчик наладки инструмента; 8 – обрабатываемая деталь.
Контактные датчики, производства компании Renishaw, используются на предприятиях всего мира, обеспечивая повышение производительности труда и качества производимой продукции. Эти датчики выбраны в качестве стандартных принадлежностей большинством производителей металлорежущего оборудования.
Рисунок 2 – Применение контактных датчиков на токарных станках: 1 – револьверная головка токарного станка; 2 – контактный датчик; 3 – удлинитель; 4 – модули системы индуктивной передачи данных; 5 – оптический приемник; 6 – датчик наладки инструмента; 7 – обрабатываемая деталь; 8 – оптический передатчик
Простота установки и настройки позволяет использовать контактные датчики для модернизации уже используемых станков. Поэтому, особо перспективным регионом, с точки зрения применения данных средств автоматизации, является Восточная Европа и страны СНГ, обладающие огромными производственными мощностями и станочными парками, которые нуждаются в модернизации.
Компания Renishaw предоставляет мощное программное обеспечение, которое позволяет с помощью легко программируемых макрокоманд выполнять наладку инструмента, установку деталей и измерения, а также совместимо с программным оборудованием современных станков. Циклы измерений легко вводятся в управляющие программы обработки деталей и автоматически вызываются с использованием стандартных кодов.
Функционирование измерительных систем предполагает наличие связи контактного датчика с ЧПУ станка. Такую связь обеспечивает система передачи данных. Тип системы передачи определяется типом датчика и мо-делью станка.
В качестве информационного сигнала используется инфракрасный луч.
Рисунок 3 – Схема оптической системы передачи данных
Система включает в себя (рис. 3):
Модуль датчика. Осуществляет прием управляющих сигналов с ЧПУ станка, а также формирует и передает сигналы измерений и собственного текущего состояния, которые могут быть двух видов – «режим ожидания» (Stand By) и «рабочий режим». В режиме «Stand By» датчик ожидает сигнала включения. В режиме измерений датчик передает на оптический модуль сигналы измерений. Дополнительно датчик передает сигнал состояния элемента питания.
Осуществляет прием/передачу данных датчика и ЧПУ станка. Жестко соединен с интерфейсным адаптером.
Конвертирует сигналы, передаваемые датчиком, в форму сигналов контроллера ЧПУ. Также осуществляет визуальную и звуковую индикацию текущего режима датчика, состояния питания системы, уровня разряда батареи питания датчика и сигнализирует об ошибках в измерительной системе. Возможно и другое исполнение системы оптической передачи данных, где оптический модуль и интерфейсный адаптер представляют собой единый модуль (OMI), применяемый в основном на небольших станках (рис. 4).
Специальное исполнение системы, включающее оптический модуль.
Рисунок 4 – Вариант исполнения оптической системы передачи данных ОММЕ и интерфейсный адаптер MI12E
Вариант исполнения оптической системы передачи данных ОММЕ и интерфейсный адаптер MI12E, предназначено для применения на крупногабаритных станках и обеспечивает передачу данных на расстояние до 9,5 м между датчиком и приемником ОММЕ. Характеристики системы оптической передачи данных приведены в таблице 1.
Система передачи данных по радиоканалу показана на рисунке 5, а ее технические характеристики приведены в таблице 2.
Передача информации по радиоканалу позволяет использовать датчики для измерения на крупногабаритных или пяти-координатных станках, где линия прямой видимости между датчиком и приемником скорее всего не может быть гарантирована и обеспечена.
Особенности системы: устойчивый радиосигнал даже при отсутствии линии прямой видимости; программируемый выбор до 69 радиоканалов; усовершенствованная система подавления радиопомех.
Система состоит (рис. 5): модуль датчика; радиомодуль (RMM2), который состоит, как правило, из двух антенных блоков. Жестко связан с интерфейсным адаптером; интерфейсный адаптер (MI16). Передача информации осуществляется посредством электромагнитной индукции.
Рисунок 4 – Схема системы передачи данных по радиоканалу
Таблица 1 – Характеристики системы оптической передачи данных
Преобразует сигналы датчика во входные сигналы ЧПУ станка. Имеет встроенные индикаторы (визуальные/звуковые) текущего состояния датчика, выбранного радиоканала.
Сигналы, формируемые индуктивным датчиком, передаются через небольшую воздушную камеру между индуктивными модулями. Как правило, система индуктивной передачи данных состоит из следующих элементов (рис. 6, табл. 3): индуктивный модуль датчика (IMP). Осуществляет электропитание датчика и передает сигналы измерения датчика на модуль IMM; модуль IMM; устанавливается на шпинделе и жестко связан с интерфейсным адаптером; интерфейсный адаптер MI5.
Таблица 2 – Характеристики системы передачи данных по радиоканалу
Преобразует сигналы датчика в форму, совместимую с ЧПУ станка. Имеет визуальную и звуковую индикацию состояния датчика.
Применение системы – комплектация обрабатывающих центров и токарных станков на станкостроительных предприятиях. Из-за достаточно сложной настройки не рекомендовано использовать без предварительного согласования всех технических параметров.
Таблица 3 – Характеристика системы индуктивной передачи данных
Проводная система передачи данных является простейшей из применяемых способов коммутации. Состоит из следующих элементов: соединительный кабель, осуществляющий электропитание датчика и передачу сигналов измерений от датчика к интерфейсному адаптеру; интерфейсный адаптер – конвертирует сигналы датчика во входящие сигналы контроллера станка. Обеспечивает индикацию текущего состояния датчика и сигнализирует об ошибках.
Рисунок 6 – Схема системы
Применение: средства наладки и контроля инструмента, неподвижно установленные на обрабатывающих центрах и токарных станках; средства инспектирования для фрезерных станков, где предполагается, что контактная измерительная головка устанавливается в шпиндель вручную.
Выводы. Выше перечисленные средства контроля и обработки информации дают возможность повышать качество обрабатываемых изделий, что является основной задачей машиностроения.
Шухгальтер Л.Я. Управление качеством машин. – М. : Машиностроение, 1977. – 96 с.,
2. Технологические основы обеспечения качества машин / К.С. Колесников, Г.Ф. Баландин, А.М. Дальский и др. – М. : Машиностроение, 1990. – 256 с.,
3. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении. – М.: Наука и техника, 1977. – 256с.,
4. Кауппинен, В., Паро, Дж. (2003). Высокоскоростное фрезерование – несколько примеров. Пленарный доклад. 3-я международная конференция Исследования и разработки в механической промышленности RaDMI 2003 года. 19-23. Сентябрь 2003 Герцег-Нови, Сербия и Черногория.
5. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 1. Основы технологии машиностроения / Под ред. А.М. Дальского. – М. : МГУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 564 с.