PL223398B1 - Układ pomiarowo-ruchowy sondy narzędziowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiarowo-ruchowy sondy narzędziowej do pozycjonowania i bezpośredniego pomiaru zużycia narzędzi skrawających maszyn sterowanych numerycznie, zwłas zcza tokarek NC.

W przypadku obróbki skrawaniem ostrze skrawające jest najszybciej zużywającym się elementem składowym systemu obróbkowego. Zużywające się ostrze narzędzia ujemnie oddziałuje na przebieg procesu obróbki i na jakość przedmiotu obrabianego. Jednakże, bezpośrednia ocena stanu ostrza narzędzia skrawającego podczas jego pracy jest niezwykle trudna. Ostrze znajduje się wó wczas w strefie skrawania i jest niedostępne do bezpośredniej obserwacji i kontroli. Poza tym, zużywanie się ostrza może przybierać różne postacie geometryczne. Powoduje to, że diagnozowanie stanu zużycia ostrza metodami bezpośrednimi napotyka duże trudności nie tylko pomiarowo-techniczne, ale również interpretacyjne.

Rozwiązaniem najczęściej zalecanym przez producentów tokarek jest wykorzystanie do monitorowania ostrza sond narzędziowych, stosowanych i tak w tokarkach NC do określania współrzędnych wierzchołka ostrza w układzie obrabiarki. Jednakże, zastosowanie tych sond do pomiaru zużycia naturalnego narzędzia nie jest w praktyce stosowane, ze względu na zbyt duży wpływ innych czynników na wynik pomiaru.

Czujnik typowej sondy narzędziowej jest czujnikiem dotykowym elektrostykowym. Jest on połączony przez interfejs do wejścia cyfrowego układu sterowania obrabiarki. W zależności od konstrukcji, trzpień czujnika może być połączony z popychaczem w kształcie pryzmy lub inną końcówką przewodzącą prąd, zamykającą obwód elektryczny w chwili zetknięcia z narzędziem. Ogólnie w większości przypadków, niezależnie od konstrukcji sondy, zasada pomiaru polega na wygenerowaniu sygnału elektrycznego, w chwili zamknięcia obwodu elektrycznego. Sygnał ten powoduje odczytanie z ukł adów pomiarowych maszyny NC wartości współrzędnych XZ punktu narzędzia naciskającego na końcówkę pomiarową. Typowa sonda narzędziowa nadaje się do określenia współrzędnych wierzchołka ostrza w układzie obrabiarki, natomiast nie nadaje się do określenia wartości natura lnego zużycia ostrza, gdyż w miarę nagrzewania się obrabiarki różnice pomiarów tego samego ostrego narzędzia są zbyt duże.

Z opisu patentowego PL 190 226 znana jest sonda narzędziowa z indukcyjnym czujnikiem pomiarowym przymocowanym do obudowy. Obudowa ma zderzak w kształcie ostrego palca, który podczas pomiaru styka się z powierzchnią bazową narzędzia. Obudowa jest przymocowana do podstawy w kształcie ramy, do której jest dociskana przez parę równoległych sprężyn płaskich. Czujnik pomiarowy ma stopkę pomiarową stykającą się z ostrzem narzędzia powyżej zderzaka. Pod wpływem nacisku narzędzia na zderzak następuje ugięcie sprężyn płaskich i przesunięcie obudowy wraz z czujnikiem w kierunku równoległym do osi pomiarowej. W rezultacie wskazania czujnika pomiarowego służą zarówno do ustawienia krawędzi skrawającej w układzie współrzędnych obrabiarki, jak też do określania zużycia ostrza. Rozwiązanie to umożliwiało pomiar tylko przy jednym kierunku najazdu ostrza, przy czym wyniki pomiarów zużycia ostrza były obarczone podobnym błędem, jak w przypadku typowych sond narzędziowych.

Znane są także sondy narzędziowe firmy Nordmann z czujnikami zbliżeniowymi indukcyjnymi (wiroprądowymi), przeznaczone do sprawdzania złamania cienkich narzędzi trzpieniowych od średnicy 0,1 mm. Rozdzielczość pomiaru w granicach kilku mikrometrów umożliwia stosowanie tych sond do ustawiania zestawu narzędzi na obrabiarce - ale tylko w jednym kierunku, przez pomiar odległości od pozycji referencyjnej. W przypadku narzędzi frezarskich realizowany jest tylko pomiar długości, nat omiast średnicę należy określić inną metodą. Wadą tych sond jest wąski zakres zastosowania.

Celem wynalazku jest opracowanie układu pomiarowo-ruchowego sondy narzędziowej do pozycjonowania i bezpośredniego pomiaru zużycia narzędzi skrawających z wykorzystaniem czujnika zbliżeniowego, umożliwiającego dokładny pomiar stanu ostrza w układzie maszyny NC na dwóch prostopadłych kierunkach pomiaru, zgodnych z kierunkiem osi głównych maszyny NC.

Układ pomiarowo-ruchowy sondy narzędziowej, złożony z czujnika zbliżeniowego do pomiaru przemieszczeń liniowych oraz korpusu, do którego jest mocowana głowica pomiarowa złożona ze zderzaków i przesuwnych popychaczy rozmieszczonych na dwóch prostopadłych kierunkach pomiaru, zgodnych z kierunkiem osi głównych maszyny, sterowanej numerycznie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że korpus składa się z bloku połączonego sztywno z popychaczami oraz podstawy połączonej z blokiem za pośrednictwem dwóch par sprężyn płaskich połączonych mostkiem.

PL 223 398 B1

Pierwsza para sprężyn płaskich jest połączona z podstawą. Druga para sprężyn płaskich jest połączona z blokiem. Obie pary sprężyn płaskich są rozmieszczone w płaszczyznach względem siebie prostopadłych. Ponadto podstawa jest połączona sztywno ze zderzakami poprzez sztywną obudowę, do podstawy jest przytwierdzony czujnik zbliżeniowy, indukcyjny lub pojemnościowy, zaś do bloku jest przyłączony element referencyjny umieszczony w polu oddziaływania czujnika zbliżeniowego.

Korzystnym jest, jeżeli każda para sprężyn płaskich jest usytuowana po przeciwnej stronie mostka.

Korzystnym jest także, gdy każda para sprężyn płaskich jest usytuowana po jednej stronie mostka, przy czym pierwsza para tych sprężyn jest podparta za pośrednictwem ramion połączonych z blokiem.

W korzystnym wykonaniu urządzenia mostek ma kształt ramy z wewnętrznym otworem. Ponadto element referencyjny stanowi element kształtowy z kształtową powierzchnią referencyjną wypukłą, wklęsłą lub płaską, zwłaszcza w postaci bryły obrotowej, wielościanu lub kątownika. W przypadku zastosowania wielościanu lub kątownika, kształtowa powierzchnia referencyjna ma kształt wielokąta lub kątownika, przy czym kształtowa powierzchnia referencyjna i podstawa elementu referencyjnego są usytuowane w stałej odległości od czujnika zbliżeniowego. W przypadku zastosowania pojemnościowego czujnika zbliżeniowego, element referencyjny może być wykonany z metalu lub dielektryka. W przypadku zastosowania indukcyjnego czujnika zbliżeniowego, element referencyjny powinien być wykonany z metalu.

Podwójny układ pary sprężyn płaskich według wynalazku umożliwia względne przemieszczanie się elementu referencyjnego i czujnika przy kierunkach najazdu narzędzia w kierunkach równoległych do kierunków osi głównych maszyny NC. Ponadto urządzenie ma zwartą i prostą konstrukcję oraz małe gabaryty, dzięki czemu może być mocowane w przypadku tokarek NC w standardowych ramionach przytwierdzanych do korpusu wrzeciennika tokarki. Dokładność pomiaru zużycia narzędzia zawiera się w dokładności zastosowanego czujnika zbliżeniowego. Mniejsza ilość elementów składowych oznacza także zmniejszenie ilości czynników wprowadzających dodatkowe błędy pomiaru.

Wynalazek jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ pomiarowo-ruchowy w sondzie narzędziowej do pozycjonowania i bezpośredniego pomiaru zużycia narzędzi maszyn sterowanych numerycznie w perspektywie, fig. 2 przedstawia układ pomiarowo-ruchowy dla kierunków najazdu zgodnym z osią Z, fig. 3 przedstawia układ pomiarowo-ruchowy dla kierunków najazdu zgodnym z osią X, a fig. 4 przedstawia inny układ pomiarowo-ruchowy, w perspektywie.

Jak przedstawiono na fig. 1, układ pomiarowo-ruchowy sondy narzędziowej składa się złożony z czujnika zbliżeniowego 3 do pomiaru przemieszczeń liniowych oraz korpusu, do którego jest mocowana głowica pomiarowa złożona ze zderzaków 12 i przesuwnych popychaczy 8 rozmieszczonych na dwóch prostopadłych kierunkach pomiaru, zgodnych z kierunkiem osi głównych maszyny NC. Korpus składa się z bloku 7 połączonego sztywno z popychaczami 8 oraz podstawy 2 połączonej z blokiem 7 za pośrednictwem dwóch par sprężyn płaskich 4, 6 połączonych z poziomym mostkiem 5. Pierwsza para sprężyn płaskich 4 jest połączona z podstawą 2. Druga para sprężyn płaskich 6 jest połączona z blokiem 7. Obie pary sprężyn płaskich 4, 6 są rozmieszczone w płaszczyznach względem siebie prostopadłych po przeciwnych stronach mostka 5. Podstawa 2 jest połączona sztywno ze zderzakami 12 poprzez sztywną obudowę 1. Do podstawy 2 jest przytwierdzony czujnik zbliżeniowy 3, indukcyjny lub pojemnościowy, przetwarzający zmiany strumienia indukcyjności lub pojemności elektrycznej na sygnał elektryczny, który jest rejestrowany przez układ akwizycji danych sondy. Do bloku 7 jest przyłączony element referencyjny 9 umieszczony w polu oddziaływania czujnika zbliżeniowego 3. Podwójny układ pary sprężyn płaskich 4, 6 umożliwia względne przemieszczanie się elementu referencyjnego 9 i czujnika przy kierunkach najazdu narzędzia w kierunkach równoległych do kierunków osi głównych maszyny NC. Podczas najazdu narzędzia z kierunku +Z lub -Z, zaznaczonego na fig. 2, ugięciu ulega para sprężyn płaskich 6 usytuowana nad mostkiem 5. Podczas najazdu narzędzia z kierunku +X lub -X, zaznaczonego na fig. 3, ugięciu ulega para sprężyn płaskich 4 usytuowana pod mostkiem 5. W celu zmniejszenia tłumienia pola wytwarzanego pomiędzy czujnikiem zbliżeniowym 3, a elementem referencyjnym 9, mostek 5 ma kształt ramy z wewnętrznym otworem.

Układ przedstawiony na fig. 4 różni się tym od układu z fig. 1-3, że każda para sprężyn płaskich

4, 6 jest usytuowana po jednej strome mostka 5 przy czym pierwsza para tych sprężyn jest podparta za pośrednictwem ramion 13 połączonych z blokiem 7. Dzięki temu możliwe jest wykonanie układu pomiarowego o mniejszej wysokości korpusu.

PL 223 398 B1

W rozwiązaniu według wynalazku, element referencyjny 9 zamocowany do bloku 7 stanowi dowolny element kształtowy z kształtową powierzchnią referencyjną wypukłą, wklęsłą lub płaską, zwłaszcza w postaci bryły obrotowej, wielościanu lub kątownika. W szczególności może to być p owierzchnia w kształcie stożka lub czaszy. Dogodne jest także wykonanie płasko-równoległego elementu referencyjnego z powierzchnią referencyjną w kształcie kątownika lub wielokąta. W przypadku zastosowania pojemnościowego czujnika zbliżeniowego, element referencyjny 9 może być wykonany z metalu lub dielektryka. W przypadku zastosowania indukcyjnego czujnika zbliżeniowego, element referencyjny 9 powinien być wykonany z metalu.

Podczas pomiaru nóż 10 z płytką 11 najeżdża na popychacz 8, powodując przesunięcie bloku 7 i równoległe przemieszczenie elementu referencyjnego 9 względem czujnika zbliżeniowego 3. Zetknięcie się powierzchni bazowej noża 10 ze zderzakiem 12 powoduje zatrzymanie względnego ruchu elementu referencyjnego 9 i zarejestrowanie pomiaru. Ze względu na to, że ugięcia elementów sprężystych jest niewielkie w stosunku do ich długości, odległość między blokiem pomiarowym a podstawą w zasadzie nie ulega zmianie i jest pomijalna przy pomiarze skrócenia ostrza.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ pomiarowo-ruchowy sondy narzędziowej, złożony z czujnika zbliżeniowego do pomiaru przemieszczeń liniowych oraz korpusu, do którego jest mocowana głowica pomiarowa złożona ze zderzaków i przesuwnych popychaczy rozmieszczonych na dwóch prostopadłych k ierunkach pomiaru, zgodnych z kierunkiem osi głównych maszyny sterowanej numerycznie, znamienny tym, że korpus składa się z bloku (7) połączonego sztywno z popychaczami (8) oraz podstawy (2) połączonej z blokiem (7) za pośrednictwem dwóch par sprężyn płaskich (4, 6) połączonych mostkiem (5), przy czym pierwsza para sprężyn płaskich (4) jest połączona z podstawą (2), druga para sprężyn płaskich (6) jest połączona z blokiem (7), a obie pary sprężyn płaskich (4,6) są rozmieszczone w płaszczyznach względem siebie prostopadłych, a ponadto podstawa (2) jest połączona sztywno ze zderzakami (12) poprzez sztywną obudowę (1), do podstawy (2) jest przytwierdzony czujnik zbliżeniowy (3), indukcyjny lub pojemnościowy, zaś do bloku (7) jest przyłączony element referencyjny (9) umieszczony w polu oddziaływania czujnika zbliżeniowego (3).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każda para sprężyn płaskich (4, 6) jest usytuowana po przeciwnej stronie mostka (5).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każda para sprężyn płaskich (4, 6) jest usytuowana po jednej stronie mostka (5), przy czym pierwsza para tych sprężyn jest podparta za pośrednictwem ramion (13) połączonych z blokiem (7).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element referencyjny (9) stanowi element kształtowy z kształtową powierzchnią referencyjną wypukłą, wklęsłą lub płaską, zwłaszcza w postaci bryły obrotowej, wielościanu lub kątownika.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że kształtowa powierzchnia referencyjna ma kształt kątownika lub wielokąta, przy czym kształtowa powierzchnia referencyjna i podstawa elementu referencyjnego (9) są usytuowane w stałej odległości od czujnika zbliżeniowego (1).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element referencyjny (9) jest wykonany z dielektryka, przy czym czujnik zbliżeniowy (1) stanowi czujnik pojemnościowy.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mostek (5) ma kształt ramy z wewnętrznym otworem.