Контактные измерительные системы для станков с ЧПУ


Изобретение контактного датчика в начале 70-х годов прошлого столетия привело к настоящему прорыву в области разработки координатно-измерительных машин (КИМ) как промышленного стандарта для 3D измерений.

Практически одновременно заговорили и о возможности применения контактных измерений на обрабатывающих станках, однако эта идея была принята крупнейшими
мировыми производителями станков после усовершенствования имевшихся в то время систем ЧПУ и только в середине 80-х годов.


Современные контактные щупы фирмы Heidenhain
Рис.1. Современные контактные щупы фирмы Heidenhain

Дело в том, что поначалу среди пользователей существовало заметное нежелание применять контактные измерения на станках. Типичные возражения звучали следующим образом: “время обработки возрастает” и “станки предназначены для резания, а не для измерений”. Подобные заблуждения основывались, главным образом, на неправильном понимании реальных задач и преимуществ измерений, а также на некоторых укоренившихся не совсем правильных представлениях о способах усовершенствования методов эксплуатации станков.

Сегодня, когда контроль качества на производстве обязателен и существует неизменная тенденция к повышению производительности на автоматизированном производстве, контактные измерения стали неотъемлемой частью технологического процесса.

В настоящее время широкое применение нашли измерительные системы выпускаемые фирмами RENISHAW, HEIDENHAIN, MARPOSS, BLUM.



Область применения контактных измерительных систем

Основная область применения данных измерительных систем:
Наладка инструмента
Установка заготовки
Измерение детали



Наладка инструмента

Процедура ручной наладки инструмента и ввода поправок на его размеры в ручном режиме занимает много времени и сильно подвержена влиянию человеческого фактора, в то время как датчики для наладки инструмента легко устанавливаются на обрабатывающие центры и токарные станки с ЧПУ (числовым программным управлением) и позволяют автоматизировать наладку инструмента.

Это дает следующие преимущества:
Существенную экономию времени и уменьшение времени простоя станка
Высокую точность измерения длины и диаметра инструмента
Автоматизацию определения и ввода коррекции на инструмент
Отсутствие ошибок, связанных с неточными действиями оператора
Определение поломки инструмента непосредственно в цикле обработки



Установка заготовки

Контактные измерения позволяют отказаться от использования дорогостоящих зажимных приспособлений и длительной процедуры выставления заготовки относительно осей станка вручную с помощью циферблатных индикаторов. Использование измерительных датчиков, установленных в шпиндель обрабатывающего центра или в револьверную головку токарного станка, дает следующие преимущества:
Уменьшение времени простоя станка
Автоматизацию крепления заготовки, ее выравнивания по отношению к осям станка путем и корректировки углового положения поворотной оси
Отсутствие ошибок, связанных с неточными действиями оператора
Снижение доли брака
Повышение производительности и универсальность по отношению к объему серии обрабатываемых деталей



Измерение детали

Датчики, устанавливаемые в шпиндель и револьверную головку, могут применяться и для измерения размеров заготовки в процессе ее обработки и для контроля первой детали при переходе на новую партию деталей – успешное использование ручных измерительных приспособлений зависит от навыков оператора, а перенос детали со станка на КИМ не всегда целесообразен.

Преимущества:
Измерение детали в процессе ее изготовления, сопровождаемое автоматическим вводом необходимой коррекции
Увеличение надежности полностью автоматизированной обработки деталей, не требующее вмешательства обслуживающего персонала
Проверка размеров первой обработанной детали при переходе на новую партию деталей с последующим автоматическим вводом коррекции
Уменьшение времени простоя станка, связанного с ожиданием результатов проверки размеров первой детали



Типы контактных измерительных систем

Все технологические измерительные системы применяемые на станках с ЧПУ можно разделить на следующие типы:
По виду рабочего станка
По виду взаимодействия с измеряемой поверхностью
По функциональному назначению
По способу передачи сигнала



По виду рабочего станка

Для различных типов станков используются датчики максимально приспособленные для работы на этих станках. К ним относятся датчики:
Для фрезерных станков и обрабатывающих центров
Для токарных станков
Для шлифовальных станков



По виду взаимодействия с измеряемой поверхностью

В процессе измерения датчик взаимодействует с измеряемой поверхностью. В зависимости от этого они подразделяются на:
Контактные
Бесконтактные

3D-щуп для измерения заготовки непосредственно на станке
Рис.2. 3D-щуп для измерения заготовки непосредственно на станке

Контактные датчики используемые для измерения детали имеют наконечник изготовленный из синтетического рубина, нитрида кремния, двуокиси циркония, карбида вольфрама или керамики.



Контактный 3D-щуп для измерения инструмента
Рис.3. Контактный 3D-щуп для измерения инструмента

Контактные датчики используемые для наладки инструмента имеют наконечник круглого или прямоугольного сечения и изготавливаются из твердосплавного материала.


Бесконтактная лазерная измерительная система для измерения инструмента
Рис.4. Бесконтактная лазерная измерительная система для измерения инструмента

Бесконтактные датчики используют лазерное излучение специального светодиода и фотоприемник.



По функциональному назначению

По своему функциональному назначению измерительные системы подразделяются:
Для измерения детали
Для наладки инструмента



По способу передачи сигнала

Между датчиком и системой ЧПУ станка, на котором используется этот датчик, должна быть установлена связь. Действительно, сигнал срабатывания датчика должен попадать в систему ЧПУ станка, чтобы зарегистрировать момент касания заготовки или инструмента щупом датчика. Кроме того, между системой ЧПУ и датчиком должна существовать обратная связь, чтобы УЧПУ станка могло управлять работой датчика.

Связь между датчиком и системой ЧПУ как раз и обеспечивается системой передачи сигналов.

Выбор конкретной системы передачи сигналов определяется типом используемого датчика и типом станка, на котором он установлен.

Датчики для контроля деталей на обрабатывающих центрах обычно находятся в инструментальном магазине станка и устанавливаются в шпиндель так же, как и обычный инструмент. На токарных станках датчик обычно является ‘полупостоянной’ принадлежностью поворотной револьверной головки. В обоих случаях, связь между датчиком и системой ЧПУ, как правило, дистанционная.

Положение датчика для наладки инструмента на станке обычно фиксировано, что позволяет организовать между датчиком и УЧПУ проводную связь. Эти датчики работают с четырьмя основными системами передачи сигналов:
Оптическими
Радиочастотными
Индуктивными
Проводными


stanoks.com