SU996173A1 - Копировальный прибор - Google Patents

Description

Изобретение относится к устройст-ι вам для копировальных станков и может быть использовано в частности, для копировально-фрезерных станков и контрольно-управляющих машин.

Известны копировальные приборы, содержащие корпус, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным.пальцем, установленный в радиальной подвеске, выполненной из упругих стержней, концы которых закреплены в кольцах и установленной с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, и демпфер для ₁₅ гашения колебаний измерительного стержня в трех направлениях [ij.

Однако в известном копировальном приборе вследствие паразитных дефор- ₂₀ маций (растяжения и сжатия) упругих стержней под' действием радиальной нагрузки параллельно-поступательное перемещение скрепленного с ними изме2 рительного стержня несколько искажается. Это является причиной погрешности 2-го порядка малости кинематической передачи копировального прибора при использовании копировальных пальцеб различной длины, так как в этом случае передаточное отношение радиальной подвески копировального прибора становится, отличным от 1. Это недопустимо в копировальных приборах для станков повышенной точности.

Кроме того, применяемый в прототипе масляный демпфер имеет низкий коэффициент затухания вследствие того, что рабочие зазоры, р которых помещено масло, должны превышать рабочее перемещение измерительного стержня.

Цель изобретения - повышение точности копирования.

Поставленная цель достигается тем, что в приборе верхние и нижние концы

6173 4 шайбу 16, закрепленную на измерительном стержне 7. Втулка 17 демп-. фера прижата к корпусу 1 пружиной 18, расположенной внутри втулки 17, и одновременно - к измерительному стержню 7 с помощью шайбы 19 и пружины 20, упирающейся во втулку 21. Демпфер служит для демпфирования колебаний измерительного стержня 7·

Радиальная поДвеска 6 (подробно представлена на фиг. 2) состоит из трех упругих стержней 22 переменного поЪеречного сечения с утолщенной средней частью и концевыми участками 1S 23 уменьшенного поперечного сечения в форме квадрата. Концы этих участ• ков соединены-кольцами 24 и 25. Верхнее кольцо 24 скреплено с втулкой 5 (фиг. 1), а нижнее 25 “ с измери20 тельным стержнем 7. Нижние концевые участки установлены на уменьшенном на величину 2- AR диаметре кольца, создавая этим эффект наклона упругих стержней на уголсС

Работа копировального прибора осуществляется следующим образом.

Под воздействием копира 9 на копи-, ровальный палец 8 измерительный стержень 7 перемещается поступательно по направлению нормали к поверхности копира 9, так как податливости осевой и радиальной подвесок выполняются равными.Осевое перемещение измерительного стержня осуществляется при движении втулки 5 вдоль оси прибора за счет податливости пружин 2 и 15. При этом якорь 10 смещается относительно сердечника 11 датчика осевого перемещения, возникают электрические сигналы на выходе прибора - и осевое перемещение измерительного стержня будет измерено.

Радиальное перемещение измерительного стержня 7 осуществляется за счет податливости упругих стержней 22 радиальной подвески 6. Измерение радиального перемещения осуществляется при смещении якоря 12 относительно сердечников 13 датчиков радиального перемещения: возникающие рри этом на выходе прибора электрические сигналы фиксируют радиальное смещение измерительного стержня 7. Причем перемещение упругих стержней 22 происходит параллельно-поступательно в результате следующих причин.

s стержней закреплены на разных диаметрах колец, причем меньший диаметр заделки расположен со стороны копировального пальца, а диаметр выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементов связанной с измерительным стержнем и с корпусом.

С целью повышения осевой жесткости упругих стержней и обеспечения постоянства их радиальной жесткости упругие стержни выполнены переменного сечения и имеют среднюю утолщенную часть и концевые участки уменьшенного поперечного сечения в форме правильного многоугольника, С целью уменьшения зоны нечувствительности прибора втулка демпфера выполнена из антифрикционного материала.

На фиг. 1 представлен прибор, продольный разрез; на фиг. 2 - радиальная подвеска; на фиг, 3 - положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки при параллельной установке упругих стержней; на фиг.4положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки при наклонной установке упругих стержней (без учета их осевой деформации); на фиг. 5 то же, но с учетом осевой деформации упругих стержней; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Копировальный прибор содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором на пружи- М не 2 установлена с возможностью осевого перемещения на шариках 3, находящихся в сепараторе 4, втулка 5· С этой втулкой соединена радиальная подвеска 6, связанная с измеритель- ⁴⁸ ным стержнем 7 для обеспечения его радиальных, а посредством втулки 5 осевых перемещений. На измерительном’ стержне 7 укреплен копировальный палец 8 для слежения по копиру 9. <5

С втулкой 5 связан также якорь 10 датчика осевого перемещения с^сердечником 11. С измерительным стержнем 7 связаны якоря 12 датчиков радиального перемещения с сердечниками 13. Сер- so дечники 11 и 13с установленными на них катушками (не показаны) укреплены в корпусе 1. Датчики линейных

- перемещений служат для регистрации положения измерительного стержня 7 55 относительно корпуса 1. На крышке 14 копировального прибора укреплена пружина 15, установленная до упора в

S

Под действием радиальной нагрузки Р (фиг. 3) на копировальный палец 8 измерительного стержня 7 возникает момент силы

Μ = Р» Lj где L - плечо приложения .нагрузки Р. Момент М вызывает растяжение одних упругих стержней 22 и сжатие других на величину аС , причем величина растяжения-сжатия на разных участках упругих стержней переменного сечения различна _z дС = 2aLj + ACx= 2*g^~ *

M PL ^β ΊΓ ⁼ “Γ

- расстояние между стержнями (фиг. 2);

- длины концевых и среднего участков упругих стержней;

- моменты инерции концевых и среднего' участков упругих стержней;

- модуль упругости.

to

Е

Деформации упругих стержней являются причиной поворота измерительного стержня в направлении действия силы Р на угол h TTvSiA/

У

Но если установить упругие стержни 22 наклонно по отношению к оси измерительного стержня 7 на угол сб (фиг. 4) и воздействовать на них той же нагрузкой Р, то без учета влияния деформаций (растяжения-сжатия) упругих стержней - плоскость заделки концов упругих стержней наклоняется на угол р, противоположный по знаку углу γ.. Величина угла определя-ется из следующих соотношений

Δ= сГ- tg^ .

. . > h “ h ’ где с - жесткость радиальной подвески.

„ 2P-at

Таким образом, изменяя угол <L, можно, добиться, чтобы

Ltf=-<PОкончательно положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки Р с учетом влияния осевых деформаций (растяжения-сжатия) упругих стержней, установленных на30

T.K.

реализованное в про* демпфирование, так затухания при тремасляном демпфере с

996173 4 клонно к этой оси, указано на фиг.5. Ось измерительного стержня под действием радиальной нагрузки Р перемещается параллельно-поступательно вследствие равенства угловых перемещений (измерительного стержня) и (плоскости заделки концов упругих стержней, установленных наклонно). Демпфирование колебаний измерительного стержня 7 осуществляется в трех направлениях: в осевом направлении за счет трения между втулкой 17 демпфера и корпусом 1, создаваемого пружиной 18, помещенной внутри *5 втулки 17; в радиальных направлениях за счет трения между той же втулкой, 17 и шайбой 19 с помощью пружины 20, поджимающей втулку 17 и шайбу 19 друг к другу. Демпфирование колебаний с использованием трения более эффективно, чем тотипе масляное как коэффициент нии выше, чем в большими рабочими зазорами, ослабляющими эффект гашения колебаний. , Более эффективное, чем в прототипе, демпфирование колебаний измерительного стержня 8 способствует повышению точности копирования.

Кроме того, втулка 17 демпфера изготовлена из фторлона, который при скольжении по металлу имеет практически одинаковые коэффициенты трения покоя и движения,

Близость величин коэффициентов трения покоя и движения, за счет материала демпфера обеспечивает требуемое демпфирование колебаний и уменьшается нестабильность положения измерительного стержня относительно корпуса при отсутствии контакта копировального пальца с копиром, т.е. уменьшается зона нестабильности прибора и следовательно повышается точность кинематической передачи копировального прибора.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения состоит в повышении точности копирования деталей на станках, оснащенных копировальными приборами с повышенной точностью кинематической передачи.

Это повышение кинематической точности предлагаемого копировального прибора обеспечивается положительным эффектом, возникающим вследст- , вие использования в его конструкции

996173 8 ме после их окончательной обработки, а затем сравнивают с заданной по про; грамме поверхностью. Таким образом в случае копировально-управляющей машины имеет место не только повышение точности изготовления промышленной Продукций, но й дополнительный эффект - повышение уровня автоматизации контрольных операций.

ts . новых технических решений, а именно! наклона упругих стержней радиальной подвески к оси измерительного стержня, обеспечивающего параллельно-поступательное перемещение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки новой конструкции упругих стержней, обеспечивающей повышение осевой жесткости упругих стержней, что позволяет осуществить < параллельно-поступательное перемещение измерительного стержня при меньшем значении угла наклона упругих стержней к измерительному стержню. Это уменьшение угла· наклона позволяет сохранить прочность утонченных сечений упругих стержней, так как при увеличении угла наклона радиальная жесткость системы упругих стержней существенно возрастает. Что·? бы оставить радиальную жесткость на требуемом уровне, приходится умень• ша’гь сечение концевых участков упругих стержней. Точность кинематической передачи тем выше, чем меньшие величины отклонений приходится компенсировать ; новых конструкций и материалов демпфера, позволяющих проводить демпфирование на основе трения, коэффициент затухания колебаний зо которого выше, чем при масляном демпфировании, реализованном в прототипе, а также уменьшить зону нестабильности копировального прибора при использовании антифрикционного материала _J5 демпфера.

Повышение кинематической точности копировального прибора способствует . повышению точности копирования деталей на станке,¹ причем деталей сложного профиля, например деталей штампов, что сокращает.объем доводочных слесарных операций, т.е. удешевляет производство промышленной продукции. В то же время в результате повышения точности копирования повышается конкурентноспособность наших копировально-фрезерных станков на мировом рынке, Особо важное значение имеет применение предлагаемого копировального прибора на контрольно-управляющей машине, на которой не только ' копируют модель для передачи информа·» ции фрезерному станку с ЧПУ, но и измеряют изделия в автоматическом режиto

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к устройстч вам дл  копировальных станков и ножет быть использовано в частности, дл  копировально-фрезерных станков и контрольно управл 1йщих машин. Известны копировальные приборы, содержащие корпус, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным пальцем, установленный в радиальной подвеске, выполненной из упругих стержней, концы которых закреплены в кольцах и установленной с возможностью осевого перемещени  относительно корпуса, и демпфер дл  гашени  колебаний измерительного стержн  в трех направлени х l. Однако в известном копировальном приборе вследствие паразитных деформаций (раст жени  и сжати ) упругих ,стержней под действием радиальной нагрузки параллельно-поступательное перемещение скрепленного с ними изме рительного стержн  несколько искажаетс  . Это  вл етс  причиной погрешности 2-го пор дка малости кинематической передачи копировального прибора при использовании копировальных пальцеб различной длины, так как в этом случае передаточное отношение радиальной подвески копировального прибора становитс , отличным от 1. Это недопустимо в копировальных приборах дл  станков повышенной точности . Кроме того, примен емый в прототипе масл ный демпфер имеет низкий коэффициент затухани  вследствие того , что рабочие зазоры, р которых помещено масло, должны превышать рабочее перемещение измерительного стержн . Цель изобретени  - повышение точности копировани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что а приборе верхние и нижние концы 3 стержней закреплены на разных диаметрах колец, причем меньший диаметр заделки расположен со стороны копировального пальца, а диаметр выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементов св занной с измерительным стержнем и с корпусом. С целью повь иени  осевой жесткости упругих стержней и обеспечени  посто нства их радиальной жесткости упругие стержни выполнены переменного сечени  и имеют среднюю уто/вценную часть и концевые участки уменьшенного поперечного сечени  в форме правильного многоугольника, С целью уменьшени  зоны нечувствительности прибора втулка демпфера выполнена из антифрикционного материала .. На фиг. 1 представлен прибор, про дэльный разрез; на фиг. 2 - радиальна  подвеска; на фиг, 3. - положение измерительного стержн  под действием радиальной нагрузки при параллельной установке упругих стержней; на фиг. положение измерительного стержн  под действием радиальной нагрузки при наклонной установке упругих стержней (без учета их осевой деформации); на фиг. 5 то же, но с учетом роевой деформации упругих стержней; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 2. Копировальный прибор содержит кор пус 1 (фиг, 1), в котором на пружине 2 установлена с возможностью осевого перемещени  на шариках 3 наход щихс  в сепараторе А, втулка 5С этой втулкой соединена радиальна  подвеска 6, св занна  с измеритевь ным стержнем 7 дл  обеспечени  его радиальных, а посредством втулки 5 осевых перемещений. На измерительном стержне 7 укреплен копировальный, палец 8 дл  слежени  по копиру 9. С втулкой 5 св зан также  корь 10 датчика осевого перемещен) сг сердеч ником 11. С измерительным стержнем 7 св заны  кор  12 датчиков радиальног перемещени  с сердечниками .13. Сердечники 11 и 13с установленными на них катушками (не показаны) укреплены в корпусе 1. Датчики линейных перемещений служат дл  регистрации положени  измерительного стержн  7 относительно корпуса 1. На крышке 1 копировального прибора укреплена пру жина 15, установленна  до упора в 3,4 шайбу 16, закрепленную на измерительном стержне 7. Втулка 17 демп-. . фера прижата к корпусу 1 пружиной 18, расположенной внутри втулки 17, и одновременно - к измерительному стержню 7 с помощью шайбы 19 и пружины 20, упирающейс  во втулку 21. Демпфер служит дл  демпфировани  колебаний измерительного стержн  7. Радиальна  поДвеска 6 (подробно представлена на фиг. 2) состоит из трех упругих стержней 22 переменного поЬеречного сечени  с утолщенной средней мастью и концевыми участками 23 уменьшенного поперечного сечени  в форме квадрата. Концы этих участков соединены-кольцами 2.и 25. Верхнее кольцо 2 скреплено с втулкой 5 (фиг. 1), а нижнее 25 - с измерительным стержнем 7. Нижние концевые участки установлены на уменьшенном на величину 2- AR диаметре кольца, создава  этим эффект наклона упругих стержней на уголо. Работа копировального прибора осуществл етс  следующим образом. ; Под воздействием копира 9 на копи- ровальный палец 8 измерительный стери ень 7 перемещаетс  поступательно по направлению нормали к поверхности коnvipa 9. так как податливости осевой и радиальной подвесок выполн ютс  равными.. Осевое перемещение измерительного стержн  осуществл етс  при движении втулки 5 вдоль оси прибора за счет податливости пружин 2 и 15. При этом  корь 10 смещаетс  относительно сердечника 11 датчика осевого перемещени , возникают электрические сигналы на выходе прибора - и осевое перемещение измерительного стержн  будет измерено. Радиальное перемещение измерительного стержн  7 осуществл етс  за счет податливости упругих стержней 22 радиальной подвески 6. Измерение радиального перемещени  осуществл етс  при смещении  кор  12 относительно сердечников 13 датчиков радиального перемещени : возникающие рри этом на выходе прибора электрические сигналы фиксируют радиальное смещение измерительного стержн  7. Причем перемещение упругих стержней 22 происходит параллельно-поступательно в результате следующих причин. S Под действием радиальной нагрузк Р (фиг. 3) на копировальный пале14 8 измерительного стержн  7 возникает момент силы М Р. где L - плечо приложени  .нагрузки Р Момент М вызывает раст жение одних упругих 22 и сжатие др гих на величину дВ , причем величина раст жени -сжати  на разных участках упругих стержней переменного се чени  различна . дС + Аба Е:З EJa М PL где F h - рассто ние между стерж н ми (фиг. 2); gj - длины концевых и сред него участков упругих стержней; моменты инерции конце вых и среднего участков упругих стержней; Е - модуль упругости. Деформации упругих стержней  вл ютс  причиной поворота измepиteль ного стержн  в Направлении действи  ,сиг Р на угол .... ..J4P fnld. еач T V3/3aJ Но если установить упругие стержни 22 наклонно по отношению к оси измерительного стержн  7 на угол ot (фиг. t) и воздействовать на них той же нагрузкой Р, то без учета вли ни  Деформаций (раст жени -сжати ) упругих стерх ней - плоскость заделки концов упругих стержней наклон етс  на угол f, противоположный по знаку углу /ЗГ . Величина угла р определ -етс  из следующих соотношений A cr-tgo . т.к. 2tj(ti . л. y-ff-. ff Р- , - , 0- - где с - иесткость радиальной подвеск 2Р-ОС Таким образом, измен   угол cL, можно добитьс , чтобы . Окончательно по.ложение измеритель ного стержн  под действием радиаль ной нагрузки Р с учетом вли ни  осевых деформаций (раст жени -сжати ) упругих стержней, установленных на ,3« клонно к этой оси, указано на фиг.5. Ось измерительного стержн  под дейст1вием радиальной нагрузки Р перемещаетс  параллельно-поступательно вследствие равенства угловых перемещений «(измерительного стержн ) и |Ь (п.поскости заделки концов упругих стержней, установленных наклонно). Демпфирование колебаний измерительного стержн  7 осуществл етс  в трех направлени х: в осевом направлении за счет трени  между втулкой 17 демпфера и корпусом 1, создаваемого пружиной 18, помещенной внутри втулки 17; в радиальных направлени х за счет трени  между той же втулкой, 17 и шайбой 19 с Помощью пружины 20, поджимающей втулку 17 и шайбу 19 друг к другу. Демпфирование ко.лебаний с использованием трени  более эффективно, чем реализованное в про тотипе масл ное демпфирование, так как коэффициент затухани  при трении выше, чем в масл ном демпфере с большими рабочими зазорами, ослабл ющими эффект гашени  колебаний. , Более эффективное, чем в прототипе, демпфирование колебаний измерительного стержн  8 способствует повышению томности копировани . Кроме того, втулка 17 демпфера изготовлена из фтор.лона, который при скольжении по металлу имеет практически одинаковые коэффициенты трени  поко  и движени  Близость величин коэффициентов трени  поко  и движени , за счет материала детэфера обеспечивает требуемое демпфирование колебаний и уменьшаетс  нестабильность положени  измерительного стержн  относительно корпуса при отсутствии контакуа копировального пальца с копиром, т.е. уменьшаетс  зона нестабильности прибора и следовательно повышаетс  точност1 кинематической передачи копировального прибора. Технико-экономическа  эффективность предлагаемого технического решени  состоит в повышении точности копировани  деталей на .станках, оснащенных копировальными приборами с повышенной точностью кинематическрй передачи. Это повышение кинематической точности предлагаемого копировального прибора обеспечиваетс  по.п6жительным эффектом, возникающим вследст- , вие использовани  в его конструкции новых технических решений, а именно; наклона упругих стержней радиальной подвески к оси измерительного стержн , обеспечивающего параллельно-поступательное перемещение измерительного стержн  под действием радиальной нагрузки новой конструкции упругих стержней, обеспечивающей повышение осевой жесткости упругих стержней, что позвол ет осуществить параллельно-поступательное перемещение измерительного стержн  при мен шем значении угла наклона упругих стержней к измерительному стержню. Это уменьшение угла наклона позвол ет сохранить прочность утонченных сечений упругих стержней, так как при увеличении угла наклона ради альна  жесткость системы упругих стержней существенно возрастает. Что бы оставить радиальную жесткость на требуемом уровне, приходитс  уменьшить сечение концевых участков упругих стержней. Точность кинематической передачи тем выше, чем меньшие величины отклонений приходитс  компенсировать ; новых конструкций и материалов демпфера, позвол ющих про водить демпфирование на основе трени , коэффициент затухани  колебаний которого выше, чем при масл ном демп фировании, реализованном в прототипе а также уменьшить зону нестабильност копировального прибора при использовании антифрикционного материала демпфера. Повышение кинематической точности копировального прибора способствует повьниению точности копировани  деталей на станке, причем деталей сложного профил , например деталей штампов , что сокращает.объем доводочных слесарных операций, т.е. удешевл ет производство промышленной продукции. В то же врем  в результате повышени  точности копировани  повышаетс  конкурентноспособность наших копировально-фрезерных станков на мировом рынке, Особо важное значение имеет применение предлагаемого копировального прибора на контрольно-управл ющей машине, на которой не только копируют модель дл  передачи информа ции фрезерному станку с ЧПУ, но и измер ют издели  в автоматическом режиме после их окончательной обработки, а затем сравнивают с заданной по про,грамме поверхностью. Таким образом в случае копировально-управл ющей машины имеет место не только повышение точности изготовлени  промышленной продукций, но и дополнительный эффект - повышение уровн  автоматизации контрольных операций. Формула изобретени  1. Копировальный прибор,, содержащий Koprfyc, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным пальцем , установленный в радиальной подвеске , выполненной из упругих стержней , концы которых закреплены в коль .цах, и установленной с возможностью осевого перемещени  относительно корпуса, и демпфер дл  гашени  колебаний измерительного стержн  в трех направлени х , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, копировани , верхние и нижние концы стержней закреплены на разных диаметрах колец, причем .меньший диаметр заделки расположен со стороны копировального пальца, а демпфер выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементов св занной с измерительным стержнем и с корпусом.
2. 2. Прибор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  осевой жесткости упругих стержней и обеспечени  посто нства их радиальной жесткости, упругие стержни выполнены переменного сечени  и имеют среднюю утолщенную части и концеЁые участки уменьшенного поперечного сечени  в форме правильного мно гоугольника
3. 3. Прибор прп. 1, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  зоны нечувствительности прибора, втулка демпфера выполнена из антифрикционного материала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2б51 70/0б, кл. В 23 Q ЗЗ/О, 1980.

   -Z2

   Фиг.д

   //xxxx/y/xxxyxxxx yxxx/

   .

   /// 7/////////////.

   фиг. б

   Л -VI

   Ф.6