CC BY
13Машиностроение УДК 621.9.08:681.5 Код ВАК 05.02.07
ОСОБЕННОСТИ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ С БОЛЬШОЙ
ПРЕРЫВИСТОСТЬЮ
Г.М. Тромпет1, В.А. Александров1*, Н.К. Казанцева2, А.А. Баженов1.
1 ФГБОУ ВО Уральский ГАУ, Екатеринбург, Россия
2 ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия
* E-mail: alexandrov_vikt@mail.ru
Аннотация. У контактных измерительно-управляющих систем активного контроля, используемых на металлорежущих станках, при обработке заготовок с прерывистыми обрабатываемыми поверхностями возникают определенные сложности в процессе работы, связанные с необходимостью недопущения попадания измерительного наконечника прибора в разрывы обрабатываемой заготовки, что является их существенным недостатком.
Разработанная измерительно-управляющая система для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности на металлорежущих станках, реализующая виброконтактный способ измерения, обеспечивает повышение чувствительности прибора, точности за счет уменьшения динамичности процесса измерения, снижение трудоёмкости выполняемых работ.
Виброконтактный принцип измерения позволяет контролировать размеры заготовок при различных технологических скоростях их перемещения, так как скольжение по контролируемой поверхности осуществляется вибрирующим щупом. Предложено устройство с установленным ножевидным вибрирующим наконечником, которое обеспечивает контроль размеров и позволяет уменьшить износ рабочей зоны чувствительного элемента.
Проведенные испытания подтвердили надежность разработанной измерительно-управляющей системы, выработаны рекомендации по настройке прибора в производственных условиях при обработке заготовок с большой прерывистостью на плоскошлифовальных и бесцентрово-шлифовальных станках.
Перспективными средствами активного контроля заготовок с прерывистыми поверхностями можно считать бесконтактные приборы, в конструкциях которых отсутствуют подвижные механические звенья, работающие в сложных динамических условиях.
Ключевые слова: активный контроль, прерывистость, шлифование, точность, обрабатываемая поверхность.
FEATURES OF ACTIVE CONTROL WHEN PROCESSING PARTS WITH LARGE
INTERRUPTIONS
G.M. Trompet1, V.A. Aleksandrov1*, N.K. Kazantseva2, A.A. Bazhenov1.
1 FSBEI HE Ural SAU, Ekaterinburg, Russia
2 FGAOU VO "UrFU named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia * E-mail: alexandrov_vikt@mail .ru
Summary. The contact measuring and control systems of active control used on metal-cutting machines, when processing workpieces with intermittent work surfaces, have certain difficulties in the process of work associated with the need to prevent the measuring tip of the device from falling into the breaks of the work piece, which is their significant drawback.
Developed measuring and control system for the continuous monitoring of treated discontinuous surfaces on machine tools, implements vibrometry method of measurement enhances the sensitivity of the instrument precision by reducing dynamic measurement process, reducing the complexity of work performed.
The vibrocontact measurement principle allows you to control the dimensions of workpieces at various technological speeds of their movement, since sliding on the controlled surface is carried out by a vibrating probe. A device with an installed knife-shaped vibrating tip is proposed, which provides size control and reduces the wear of the working area of the sensitive element.
The tests have confirmed the reliability of the developed measuring and control system, and recommendations have been developed for setting up the device in production conditions when processing workpieces with a large discontinuity on flat-grinding and centerless grinding machines.
Non-contact devices that do not have movable mechanical links operating under complex dynamic conditions can be considered promising means of active control of workpieces with discontinuous surfaces.
Keywords: active control, discontinuity, grinding, precision, surface to be processed.
Постановка проблемы (Introduction)
Процесс шлифования заготовок в заводских условиях, сопровождающийся периодическим измерением размеров с помощью универсальных измерительных средств, достаточно трудоемок и длителен. Обработка деталей с большой прерывистостью поверхности обычно сопровождается многократной остановкой для ручного измерения при участии оператора станка (рис. 1).
Рис. 1 Детали с прерывистостью обрабатываемой поверхности
Методология и методы исследования (Methods)
Значительная часть операций механической обработки в технологии машиностроения выполняется в условиях прерывистого резания, при котором и режущий и контрольный (измерительный) инструменты работают в сложных динамических условиях.
При автоматическом контроле заготовок с прерывистыми поверхностями подаваемый на отсчётное устройство и определяющий качество обработки выходной сигнал, складывается из одновременно возникающих и не зависящих друг от друга сигналов.
Основной сигнал формируется при контакте чувствительного элемента прибора с выступом заготовки и необходим для фиксации времени завершения обработки или перехода на другие режимы.
Второй сигнал, который формируется в моменты западания чувствительного элемента в разрывы контролируемой поверхности, становится помехой и оказывает влияние на качество изготовления детали.
В связи с тем, что эти сигналы совпадают по направлению и величина второго сигнала в сравнении с основным велика, то чаще всего это оказывает решающее воздействие на формирование сигнала управления обработкой [1, 2].
Использование системы управляющего контроля показало существование проблемы, связанной с динамичностью контроля заготовок с прерывистыми поверхностями, которые влияют на чувствительность измерительного прибора, точность контроля, работоспособность и надежность самой системы [3, 4].
В процессе обработки заготовок с прерывистыми поверхностями контроль сопряжен с постоянным перемещением контролируемых поверхностей.
Так, при обработке заготовок на плоскошлифовальном станке с круглым столом скорость перемещения заготовок достигает 150 м/мин. Кроме того, на процесс измерения влияют такие факторы, как частые удары измерительного наконечника о кромки выступов заготовок, подаваемая СОТС, присутствие стружки и зёрен абразива.
При обработке на бесцентрово-шлифовальном станке поток заготовок перемещается с высокой скоростью, и измерительный наконечник прибора соударяется с острыми кромками обработанных деталей.
Применение измерительно-управляющих систем, использующих виброконтактный принцип измерения, в таких условиях особенно целесообразно [5]. Точность используемых средств автоматического контроля должна быть соответствующей.
Точность приборов определяется пределом допускаемой погрешности, а точность измерительно-управляющих систем оценивается погрешностью выдачи окончательной команды. При нормировании и определении точностных параметров приборов делают некоторые допущения [6].
Вместо предела допускаемой погрешности прибора нормируют ее составляющие: погрешность срабатывания, погрешность настройки, смещение уровня настройки, которые определяются экспериментальным путем. Кроме того, эти составляющие оцениваются в условиях, близким к реальным, т.е. чувствительный элемент прибора испытывает периодические удары по время обработки на станке деталей с большой прерывистостью поверхностей.
Для оценки функционирования измерительной системы: достижения необходимой точности, устойчивости и стабильности процесса обработки при работе в таких условиях, влияния на работу измерительной системы скорости перемещения заготовок и величины разрывов контролируемой поверхности были проведены испытания.
Результаты (Results)
Испытания проводились на стенде, имитирующем процесс обработки заготовок типа «кольцо» на плоскошлифовальном станке с круглым столом. В измерительной системе, использующей виброконтактный принцип измерения, использовался первичный виброэлектромагнитный преобразователь.
Обрабатывались детали с прерывистыми поверхностями, в частности, поршневые кольца с наружным и внутренним диаметрами соответственно 158 и 146 мм, высотой 3 мм и длиной контролируемой поверхности 6 мм. Для регистрации входных и выходных сигналов применялось многофункциональное устройство сбора данных USB-6008 системы LabVIEW компании National Instruments Russia с использованием программного обеспечения сбора данных NI Data Logger.
При настройке измерительно-управляющей системы на определенный размер использовали специальную образцовую аттестованную деталь - сплошное кольцо с допуском плоскостности Т=0,008 мм по ГОСТ Р 53442-2015. При настроечном вращении стола возникает торцевое биение (рис. 1,а). В результате постоянных ударов измерительного наконечника о кромки обрабатываемых заготовок выходной сигнал варьирует около усредненного значения, в зависимости от скорости перемещения деталей, что представлено на рис. 1,б.
50 75 90 115 130
Рис. 1. Изменение уровня настройки и вариации показаний
v - скорость технологического перемещения заготовок под измерительным наконечником
Вариация сигналов снижается с увеличением скорости технологического перемещения заготовок от 50 м/мин до 130 м/мин. Это можно объяснить тем, что каждый последующий удар кромки детали гасит демпфируемые колебания измерительного наконечника от предыдущего удара. Вместе с тем уровень сигнала увеличивается. При контроле других заготовок уровень сигнала и его вариация изменяются, но характер изменения остается прежним.
Приведенные выше результаты подтверждаются осциллограммами, выполненными с помощью LabVIEW. При повышении скорости технологического перемещения заготовки нарушается форма выходного сигнала, вместе с тем, характер и форма сигнала не меняются при изменении припуска - другого технологического параметра. Аналогичные результаты были получены при испытаниях измерительно-управляющей системы на других типах станков с прямоугольным столом.
Для проведения непрерывного контроля размеров деталей с разрывами контролируемых поверхностей нами предложено устройство с установленным ножевидным вибрирующим наконечником 1 (рис.1), который обеспечивает контроль размеров и позволяет уменьшить износ рабочей зоны чувствительного элемента [7].
Рис. 1. Устройство для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности
Длина рабочей поверхности наконечника выбрана исходя из условий отсутствия поперечных колебаний, которые зависят от упругости ножевидного наконечника.
В процессе контроля линейных размеров обрабатываемой заготовки ножевидный разнесенный наконечник 1, закрепленный на измерительном штоке 7, который подвешивается к корпусу на упругих элементах 2 и 4, контактирует с контролируемой поверхностью заготовки.
Амплитуда колебаний измерительного штока 7 и якоря 3, вызванная действием электромагнита 6, изменяется в соответствии с изменением размера контролируемой заготовки. С тем, чтобы уменьшить влияние ударных нагрузок, предусмотрена установка постоянного магнита 5, который демпфирует их действие. Изменение индуцируемой в виброгенераторе ЭДС, вызванное изменением амплитуды колебаний якоря 3, фиксируется отсчетно-командным блоком.
Применение этого устройства при внедрении управляющего контроля на металлорежущих станках обеспечивает повышение чувствительности системы и ее точности, снижение динамических погрешностей контроля, повышение устойчивости работы системы, ее работоспособности и надежности [8].
С помощью разработанного устройства можно производить контроль деталей с разрывами обрабатываемой поверхности до 60 мм при допуске 15 мкм.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Виброконтактный принцип измерения позволяет контролировать размеры деталей при различных скоростях движения заготовок. Применение приборов управляющего контроля, использующих виброконтактный принцип измерения, для контроля заготовок с прерывистыми поверхностями при обработке на металлорежущих станках обеспечивает повышение точности за счет уменьшения динамичности процесса измерения и производительности механической обработки.
Библиографический список
1. Этингоф М.И. Автоматический размерный контроль на металлорежущих станках. М.: АПР, 2016.336 с.
2. Юркевич В. В. Автоматизированные системы контроля и управления точностью обработки // Машиностроитель. 2009. № 4. С. 28-35.
3. Аношин В.А., Чертовских А.Н., Ивашин К.В. Повышение точности автоматического контроля деталей с прерывистой поверхностью при круглом шлифовании / Метрологическое обеспечение качества продукции в машиностроении и приборостроении: сб. статей. Омск:ОмПИ,1985. С.76-82.
4. Тромпет Г.М., Федотов В.А., Александров В.А. Измерительно-управляющая система при обработке деталей с большой прерывистостью // Машиностроитель. 2006. № 7. С. 34-35.
5. Александров В.А., Вилков А.Н., Вилкова Ю.В., Тромпет Г.М. Внедрение станочных систем активного контроля при обработке прерывистых поверхностей // Вестник машиностроения. 2016. №8. С.28-31.
6. Приборы автоматического управления обработкой на металлорежущих станках / А.В. Высоцкий, И. Б. Карпович, М. П. Соболев, М. И. Этингоф. М.:Машиностроение. 1995. 328 с.
7. Устройство для непрерывного контроля обрабатываемой прерывистой поверхности: пат. 90892 Рос.Федерация № 2009129010/22; заявл. 27.07.2009; опубл. 20.01.2010.
8. Тромпет Г.М., Федотов В.А., Александров В.А. Заводские испытания измерительного модуля на многоцелевом станке // Машиностроитель. 2005. № 7. С. 16-18.
References
1. Etingof M.I. Automatic dimensional control on metal - Cutting machines. M.: APR, 2016. - 336 p.
2. Yurkevich V.V. Automated systems for control and control of processing accuracy // Mashinostroitel. 2009. no. 4. P. 28-35.
3. Anoshin V.A., Chertovskikh A.N., Ivashin K.V. Improving the accuracy of automatic control of parts with an intermittent surface during round grinding / Metrological quality assurance in mechanical engineering and instrument engineering: collection of articles. Omsk:OMPI,1985. Pp. 76-82.
4. Trompet G.M., Fedotov V.A., Aleksandrov V.A. Measurement and control system for processing parts with high discontinuity // Mechanician. 2006. no. 7. Pp. 34-35.
5. Aleksandrov V.A., Vilkov A.N., Vilkova Yu.V., Trompet G.M. Introduction of machine systems of active control when processing discontinuous surfaces // Bulletin of mechanical engineering. 2016. no. 8. P. 28-31.
6. Devices for automatic control of processing on metal-cutting machines / A.V. Vysotsky, I.B. Karpovich, M.P. Sobolev, M.I. Etingof. M.: mechanical engineering. 1995. 328 p.
7. Device for continuous monitoring of the treated discontinuous surface: Pat. 90892 Grew.Federation no. 2009129010/22; declared 27.07.2009; published 20.01.2010.
8. Trompet G.M., Fedotov V.A., Aleksandrov V.A. factory tests of the measuring module on a multipurpose machine // Mashinostroitel. 2005. No. 7. S. 16-18.
