Pereosnastka.ru

Продольные делительные машины, служащие для нанесения штрихов при изготовлении шкал, сеток и подобных им изделий, бывают й механическими, фотоэлектрическими и оптико-механическими системами контроля и управления перемещением инструмента и рабочего органа. Наибольшее распространение получили механические и фотоэлектрические системы.

В механических машинах для транспортирования стола с заготовкой по направляющим и для контроля величины перемещения служит микрометрическая пара. Точность перемещения рабочего органа в них определяется точностью изготовления микрометрической пары. Эти пары делают по специальной технологии, которая обусловливает минимальные периодические ошибки, хотя и не устраняет накопленные. Накопленные ошибки компенсируются специальными кор-рекционными устройствами.

Необходимо помнить, что во время работы микрометрическая пара изнашивается, а в делительном механизме и в*механизмах перемещения рабочего стола возникают упругие деформации, которые являются “ источниками случайных погрешностей. Поэтому механические машины обладают серьезными конструктивными недостатками, из-за которых невозможно получить погрешность между близлежащими штрихами шкал и сеток менее 0,002 мм.

В последние годы в СССР и за рубежом изготовляют высокоточные машины, в которых микрометрическая пара осуществляет перемещение рабочего органа, а контроль за перемещением выполняется специальными измерительными системами. Опытные экземпляры таких машин имеются в СССР, ГДР, Швейцарии, Японии, Англии и других странах.

Механические делительные машины. Механические машины, выпускаемые различными фирмами, почти не отличаются друг от друга по принципу действия, но имеют различие в конструктивном выполнении отдельных механизмов и узлов и в их точности.

Механические машины состоят из исполнительной, установленной на виброизолирующих опорах, и приводной частей. Приводная часть машины включает в себя резцовую головку, стол для закрепления заготовки, устройство для привода рабочего органа (стола) и узел дискретного движения ходового винта (водило, собачка и храповое колесо). Для устранения периодических и накопленных погрешностей в перемещении рабочего органа делительная машина снабжена узлом коррекции, смонтированным в исполнительной части корпуса

В механической делительной машине (рис. 1) шарнирный четырзвенник узла дискретного движения ходового винта и водило с собачкой размещены в приводной части корпуса машины, а храповое колесо — в исполнительной части . При этом исполнительная и приводная части машины отделены друг от друга виброизолирующими опорами, что позволяет уменьшить влияние на точность работы машины источников вибрации.

Перемещение заготовки, закрепленной на рабочем органе, осуществляется электродвигателем через трансмиссию и узел. Во время рабочего хода собачка, находящаяся в зацеплении с храповым колесом, поворачивает через водило храповое колесо совместно с цилиндрическими косозубыми колесами, а следовательно, начинает вращаться ходовой винт и перемещается микрометрическая гайка вместе с рабочим органом. При холостом ходе, т. е. в момент нанесения штриха резцовым устройством, собачка скользит по храповому колесу, закрепленному на валу.

Коррекция систематических погрешностей осуществляется специальным механизмом, состоящим из коррекционной линейки и передаточного механизма, который смещает вдоль валика- косозубое колесо, что приводит к дополнительному компенсирующему погрешность повороту ходового винта и перемещению стола.

Машина имеет оригинальное конструктивное исполнение, в ней отсутствуют незакрытые подвижные части, а рукоятки управления машиной расположены удобно для управления.

Механизм прерывистой подачи машины модели ВЕ-26 (рис. 2) работает следующим образом. Вращение от приводного шкива через обгонную муфту передается косозубой цилиндрической шестерне, находящейся в зацеплении с другим косозубым колесом, на котором закреплен винт, позволяющий регулировать угол качения зубчатого сектора. Кривошип связан с зубчатым сектором через шатун. Качание зубчатого сектора передается зубчатому колесу 6, жестко связанному с собачкой храпового механизма, которая находится в зацеплении с храповым колесом. Во время рабочего хода стола храповым механизмом передается периодический поворот ходовому винту, который можно вращать и вручную с помощью рукоятки.

Для нанесения штрихов используют различные по конструктивным особенностям резцовые механизмы. Резцовый механизм, применяемый в машинах ПДМ-1000, рассмотрен нами в работе.

Рассмотрим принцип действия резцового устройства машины модели ВЕ-26, показанного на рис. 65. Вращение от привода машины через конические зубчатые колеса передается на распределительный вал, на котором жестко закреплен кулачок, приводящий в движение нижние салазки резцового устройства и блок звездочек, величина перемещения которых, а следовательно, длина штриха регулируется винтами, установленными на верхних салазках. При упоре звездочек в винты происходит перемещение верхних салазок и через призму передается касательное движение вертикальной рамке и упорам, а следовательно, перемещается горизонтальная рамка с закрепленным на ней резцом. Подъем резца осуществляется кулачком, установленным на валу, через регулировочный винт, тягу и рычаг.

Для компенсации периодических и накопленных погрешностей в машине ВЕ-26 имеется специальный механизм, кинематическая схема которого показана на рис. 4. При движении рабочего органа перемещается жестко закрепленная на нем коррекционная линейка, профиль которой построен в зависимости от периодической ошибки микрометрической пары, а наклон линейки позволяет компенсировать накопленную погрешность. По линейке скользит упор, колебание которого с помощью рычагов перемещает в осевом направлении косезубую шестерню тем самым дополнительно поворачиваются зубчатое колесо и ходовой винт, а следовательно, на величину погрешности перемещается разжимная гайка. В начальном положении шестерня прижимается пружиной. Ходовой винт имеет твердосплавную опору, а пружина исключает его осевое перемещение.

Разработано несколько конструкций делительных машин для изготовления мелкоструктурных сеток. Эти машины состоят из приводной части, рабочего органа и механизма для нанесения делений. Машина модели МДА-2 имеет поворотный стол с оптической измерительной системой, закрепленной на рабочем органе. Поворотный стол позволяет с высокой точностью ориентировать штрих относительно граней заготовки, т. е. производить высокоточное перекрестное деление.

Машина модели МДА-7, кинематическая схема которой показана ра рис. 5, не имеет поворотного стола. Перемещение заготовки на шаг нарезаемой сетки осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу, кулачковый механизм, храповое устройство и микрометрическую пару. Величина шага нарезанной сетки обеспечивается профилем кулачка, числом зубьев храпового колеса и шагом ходового винта. Точность шага обеспечивается точностью изготовления микрометрической пары и храпового устройства, а кроме того, зависитот колебаний, возбуждаемых при перемещении рабочего органа. Для уменьшения величины погрешностей рабочий орган машины установлен в направляющих качения, смонтированных на высокоточных шарикоподшипниках.

При вращении распределительного вала кулачком перемещается штанга, соединенная с помощью тонких плоских пружин с диском, свободно сидящим на ходовом винте. Плоские пружины присоединяются одним концом к диску, а другим концом к планке, образуя безлюфтовую передачу. Вместе с диском вращается собачка, которая во время холостого хода поворачивает храповое колесо на угол, пропорциональный шагу нарезаемого растра, а следовательно, перемещает гайку на шаг. Контакт между стержнем и кулачком обеспечивается специальным рычагом.

Резцовое устройство приводится в движение также от распределительного вала через кривошипно-шатунный механизм, толкающий резцовую каретку в шарикоподшипниковых направляющих. На каретке закрепляется четыре или более резцедержателей с резцами. Для подъема и опускания резца служит кулачок, который через систему рычагов и нить 9 воздействует на планку, соединенную с противовесом резцового устройства. Машина позволяет нарезать сразу пять растров с максимальной заштрихованной площадью 100×100 мм с числом штрихов от 100 до 1 на 1 мм длины.

Машины с фотоэлектрическим контролем. На винтовых делительных машинах приходится нарезать длительнре время- шкалы одного размера, поэтому винт изнашивается только в определенном месте. Нарезание шкал другого размера на такой машине невозможно из-за больших местных ошибок, которые нельзя скомпенсировать коррекционным устройством. Основной причиной брака является непостоянство перемещения заготовки на шаг, точность которого определяется величиной погрешности микрометрической пары (винт—гайка) и динамическими процессами. Ошибки в изготовлении микрометрической пары в какой-то мере можно компенсировать коррекционным устройством, а с динамическими ошибками очень трудно бороться. Они возникают вследствие изменчивости коэффициента трения при изменении скорости перемещения. Различие коэффициента трения, особенно •при малых’ скоростях, приводит к скачкообразному движению стола делительной машины.

В высокоточных делительных машинах, служащих для нарезания прецизионных штриховых мер, применяют сложные конструкции столов, состоящих из двух частей, одна из которых относительно другой подвешена на эластичных пружинах. Каждая часть стола своей микрометрической парой приводится в движение от самостоятельного привода. В этих машинах для контроля и управления используют фотоэлектрические системы и системы с фотоэлектрическими микроскопами, а также с интерференционными и растровыми датчиками.

Автоматическая делительная машина с фотоэлектрической измерительной системой служит для нанесения штрихов через 1 мм с погрешностью ±0,5 мкм на заготовки длиной до 2000 мм. В машине фотоэлек-

трический микроскоп и резцовое устройство перемещаются на шаг нарезаемой штриховой меры, а для поперечного движения резца требуется отдельный привод. При нанесении штрихов осуществляется компарирование с образцовой шкалой, расположенной на столе машины в специальном приспособлении, позволяющем производить котировочные движения при установке шкалы.

Делительная машина состоит из станины (рис. 6), фотоэлектрической следящей системы, приводного устройства и механизма нанесения делений. Отличительной особенностью рассматриваемой машины является то, что грубые и точные перемещения при установке на штрих образцовой копируемой штриховой меры разделены и осуществляются от отдельных приводов. Фотоэлектрический микроскоп и механизм нанесения делений располагаются на специальной каретке, которая с помощью микрометрической пары и электромагнитной муфты по сигналу от контактной группы грубо перемещается вдоль станины. Точная установка для совмещения центра штриха с оптической осью фотоэлектрического микроскопа обеспечивается малыми перемещениями рабочего стола с помощью механизма точной подачи, управляемого сигналами от микроскопа.

Рабочий стол с расположенными на нем образцовой штриховой мерой и заготовкой под нарезаемую шкалу подвешен к станине на плоских пружинах, что позволяет перемещать этот стол Относительно станины на малые расстояния без трения. Механизм тонкой подачи состоит из серводвигателя, беззазорного механического и гидравлического приводов, которые жестко связаны с рабочим столом.

Тонкая подача рабочего органа осуществляется электродвигателем по сигналу с фотоэлектрического микроскопа. Если в поле зрения микроскопа попадает штрих, который не совпадает с центром колебания изображения щелевой диафрагмы, то в фотопри—емнике благодаря свету, отраженному 6т поверхности штриха, появляются импульсы, расположенные на неодинаковом расстоянии относительно друг друга. Электронная схема 4 вырабатывает напряжение, пропорциональное величине смещения импульсов.

Это напряжение после усиления служит для управления двухфазным серводвигателем тонкой подачи, который будет через беззазорный редуктор перемещать рабочий орган до тех пор, пока не совпадет центр штриха с центром колебаний изображения щелевой диафрагмы. В момент их совпадения на фотоэлементе возникают импульсы тока, следующие один за другим через равные промежутки времени.

Для компенсации погрешностей образцовой шкалы служит специальное программное устройство 5, которое по заранее составленной программе, учитывающей погрешности образцовой штриховой меры, включает в цепь питания обмотки вибратора тарированное сопротивление, что приводит к смещению щели, а следовательно, к смещению оптической оси на величину погрешности интервалов штриховой меры. При программировании погрешностей необходимо учитывать влияние на амплитуду перемещения составляющей напряжения, возникающей при подключении сопротивления.

В машинах предусмотрено устройство, служащее для контроля постоянства температуры. Это устройство состоит из кварцевых стержней, в концы которых упираются ножки оптиметров, закрепленных на рабочем столе. Стержни встроены в каретку и стол. Кварцевые стержни не изменяют своей длины при изменении температуры, в то время как размеры стола и каретки не остаются постоянными. Машину не включают до тех пор, пока показания оптиметров не будут одни и те же.

Последовательность работы элементов делительной машины напоминает последовательность работы поперечно-строгального станка. В этой машине резцовое устройство не включается в работу до тех пор, пока рабочий орган не установится таким образом, что центр штриха образцовой штриховой меры не совпадет с оптической осью фотоэлектрического микроскопа. Точное перемещение рабочего органа при новом цикле начинается из исходной позиции, поэтому в машине предусмотрено устройство, возвращающее верхний стол с заготовкой назад. Иногда перемещение стола начинается из позиции,-в которой стол находился при нарезании предыдущего штриха, тогда грубое перемещение рабочего органа должно обеспечиваться с накопленной погрешностью не более ±30 мкм.

Тонкое перемещение рабочего органа, необходимое для совмещения центра штриха с осью сканирования фотоэлектрического микроскопа, обеспечивается оригинальным механизмом, показанным на рис. 69, а. Малые перемещения стола машины осуществляются серводвигателем через механический и беззазорный гидравлический редукторы. Мембрана гидравлического редуктора соединена со столом, на котором располагаются нарезаемая и образцовые меры. При включении серводвигателя микрометрический винт перемещает шток гидравлического редуктора, вследствие чего мембрана изгибается, перемещая стол. Кроме того, в комплекте машины имеется рычажный механизм, обеспечивающий малую подачу стола для точной установки центра штриха образцовой меры по оптической оси фотоэлектрического микроскопа.

В металлообрабатывающих станках и некоторых моделях делительных машин для осуществления малых перемещений с целью точной установки рабочего органа в заданной координате применяют магнитострикционные и упругосиловые приводы. Наибольшее распространение находит магнитострикционный привод. Он позволяет получить компактную конструкцию приводного устройства, дает возможность иметь жесткие системы приводной части машины и бесступенчатое регулирование скорости перемещения рабочего органа, в сочетании с устройствами автоматического контроля создает условия для автоматизации малых точных перемещений. Работа такого привода основана на продольном (линейном) магнитострикционном эффекте, т. е. на способности деталей из ферромагнитных материалов изменять свои размеры при колебании магнитного поля. Линейная магнитострикция называется положительной, если стержень удлиняется в направлении намагничивания, и отрицательной, если длина детали уменьшается. Значение магнитострикции зависит от материала и способа обработки детали и от напряженности магнитного поля. Чаще всего в магнитострикционных приводах используются детали из технического никеля и железокобальтового сплава марки К65.

Принципиальная схема (рис. 7, б) магнитострикционного привода, имеющего сердечник из сплава марки К.65 с положительной магнитострикцией, состоит из стержня, зажимов, катушки и рабочего органа. Стержень расположен между двумя зажимами таким образом, что в начальный момент зажим включен, а зажим выключен. На катушку подается напряжение, возникает магнитное поле, под действием которого удлиняется стержень на А/. Затем включается зажим и отключается зажим, напряжение с катушки снимается, после чего стержень принимает первоначальную длину. В дальнейшем цикл работы привода повторяется до тех пор, пока не будет установлен рабочий орган в заданной координате. Такой привод называется одношаговым, так как за один цикл перемагничивания катушки рабочий орган перемещается на один шаг. Чаще встречаются магнитострикцион* ные двухшаговые приводы, в которых за один цикл рабочий оргай перемещается на удвоенную длину. В таком приводе стержень изготовляется из никеля,’ а ярмо — из сплава К65.

Катушки привода могут работать по разностному сигналу или по сигналу от специального устройства. Напряжение на катушку подается от измерительной следящей системы или от блока заданий программного устройства (рис. 7, в). Точная установка рабочего органа в заданной координате осуществляется от магнитострикционного привода, помещенного между ним и гайкой.

Недостаток этой машины заключается в том, что приходится перемещать такие чувствительные к колебаниям элементы, как фотоэлектрический микроскоп и резцовое устройство. Колебания фотоэлектрической измерительной системы и резца, возникающие в процессе их перемещения за счет изменчивости коэффициента трения, оказывают большое влияние на точность их установки относительно визируемой шкалы, а следовательно, на точность деления. Кроме того, для перемещения резца в поперечном направлении необходимо иметь дополнительный привод, который закрепляется на столе грубой подачи, что является дополнительным источником виброобразования.

Для точной остановки рабочего органа производят торможение привода после подачи сигнала от датчика положения. Путь, проходимый рабочим органом после получения сигнала об остановке, неодинаков и зависит от погрешности датчика, скорости перемещения и массы рабочего органа и времени срабатывания элементов электрических схем: Суммарная ошибка системы точной остановки в.основ ном зависит от момента инерции привода, приведенной к валу двигателя, скорости перемещения рабочего органа и статического момента на валу двигателя. Следовательно, для повышения точности остановки необходимо изменять скорость. Иногда используют механический способ получения малых скоростей подхода к точке остановки рабочего органа. Для этого служит специальный редуктор, в котором при поступлении сигнала от фотоэлемента включаются добавочные зубчатые зацеп* ления, что усложняет схему управления приводным устройством.

Метод уменьшения скорости перемещения рабочего стола в зоне остановки называется методом ползучих скоростей.

В последние годы наибольшее распространение нашел электрический способ получения ползучей скорости с использованием схем одновременного питания статора двигателя постоянным и переменным напряжениями. Уменьшение скорости вращения двигателя происходит потому, что при питании двигателя переменным и постоянным напряжениями имеет место суммирование механи-ческихчхарактеристик динамического торможения и естественной механической характеристики двигателя. Существует большое число схем получения ползучих скоростей.

Рассмотрим фазовые портреты схем наиболее часто встречаемых на практике систем получения ползучих скоростей. Команда на начало торможения, т. е. на уменьшение скорости перемещения, подается в точке. Рабочий орган с,этой скоростью будет перемещаться до тех пор, пока не будет дана команда на остановку. Машина снабжена специальной измерительной системой, постоянно подающей с датчика обратной связи сигнал о фактической скорости перемещения рабочего органа. Кривая изменения скорости перемещения, построенная по данным датчика, показана на рисунке штриховой линией.

Можно отрегулировать момент включения тормозного устройства так, что рабочий орган остановится за точкой 0. Тогда система управления в момент перехода через точку остановки должна подавать команду на изменение направления вращения электродвигателя. При вращении двигателя в противоположном направлении рабочий орган, на скорости vn подводится к точке остановки. Одновременно с датчика обратной связи поступает сигнал об остановке электродвигателя.

Иногда применяют системы, в которых подается команда на торможение и на переход на ползучую скорость не в точке, а в момент подхода к точке остановки. После получения ползучей скорости vn{ сигналом с позиции точной остановки датчиком обратной связи производится остановка двигателя. Такие системы применяют с оптико-механическими устройствами, при этом контроль перемещения осуществляется по образцовой шкале. На рис. 8, г показан фазовый портрет системы получения ползучей скорости с поиском на отключение. В данном случае рабочий орган несколько раз переходит позицию точной остановки. В момент первого перехода подается команда с датчика обратной связи на получение первой ползучей скорости vnl, а затем с точки остановки подается команда на реверсирование электродвигателя. Уменьшение скорости происходит путем подключения в схему добавочного сопротивления.

Схемы, реализующие получение ползучей скорости, позволяют останавливать рабочий орган в заданной координате с доводкой в прямом и обратном направлениях. Проще схемы с доводкой в противоположном направлении, когда в момент подачи команды на реверс на обмотку электродвигателя подается постоянное напряжение, с помощью которого производится комбинированное торможение.

В последние годы для изготовления штриховых мер стали широко использовать фотографические способы нанесения штриха с помощью мультипликатора или посадки фотошкалографа. При фотографическом способе нанесения штрихов вместо полного чертежа изображения, состоящего из множества повторяющихся элементов, применяют один элемент (штрих). Для получения всей штриховой меры в этом случае необходимы специальные делительные машины с мультипликаторами, позволяющие многократно проектировать элемент маски на поверхность заготовки. После каждого экспонирования заготовку перемещают на шаг, равный расстоянию между элементами. Если же элементы (штрихи) на поверхности заготовки должны располагаться в разнообразных местах, то составляют программу, по которой оператор вручную перемещает стол в заданную координату. Выполнение этой операции требует затрат времени, в результате чего маски имеют высокую себестоимость.

Такой способ изготовления штриховых мер позволяет получить штрих высокого качества. Фотографическая мультипликация производится повторением необходимого числа раз одного и того же штриха или сложного элемента шкалы. В зависимости от размеров и формы рисунка делается рамка или используется фотошкалограф.

Насадка фотошкалографа является проекционным устройством и состоит из осветителя, конденсора, щелей, ограничивающих проекцию длины и ширины штриха, и объектива, К элементам фотошкалографа предъявляются требования четкого и контрастного изображения штриха.

Для автоматизации процессов изготовления специальных масок можно использовать полуавтоматическую мультипликационную машину с программным управлением, дающую возможность повысить точность и производительность мультипликации, а также располагать элементы сетки на поверхности заготовки по любой заранее заданной программе.

Машина представляет собой высокоточное устройство с вторичной камерой (мультипликационной головкой), которая уменьшает копию (негатив) штриха, уже уменьшенную по сравнению с оригиналом (чертежом) в отношении 1 : 30 или 1 : 60, еще в 10 раз. Необходимая точность штриховых мер достигается благодаря автоматизированному перемещению рабочего органа по двум координатам.

Принципиальная схема делительной машины с программным управлением показана на рис. 9. Перед началом работы оператор визуально настраивает оптическую систему мультипликатора при помощи съемного окулярного микрометра и устанавливает стол 6 с заготовкой 5 в исходное положение маховичками ручной подачи стола в продольном и поперечном направлениях. В дальнейшем после нажатия кнопки в пусковом устройстве рабочий орган микрометрической парой 8 устанавливается в заданную координату по команде со считывающего устройства, в которое вводится программа, нанесенная на перфоленте. Считывающее устройство подает информацию, выраженную в длине перемещения рабочего органа, одновременно по двум координатам на электронные счетчики. Кроме того, в электрической схеме имеются два счетчика, которые считывают импульсы, поступающие от фотоэлектрических датчиков, контролирующих продольное и поперечное перемещения рабочего органа.

При движении рабочего органа управляющий импульс открывает ключи сумматора и на счетчики вводится заданная величина перемещения. Тот же импульс опрокидывает триггеры Тг1, Тг2; при этом открываются ключи K1, К2 и импульсы генератора поступают в формирователи импульсов, управляющие шаговыми двигателями. Вращение от последних сообщается ходовым винтом микрометрической пары. Каждый оборот двигателя соответствует перемещению стола на 0,1 мм.

Для контроля продольных и поперечных перемещений рабочего органа служат фотоэлектрические отсчетные устройства, состоящие из дисков с одной щелью по образующей, осветителей и фотодиодов. Один раз за оборот двигателя щель оказывается между фотодиодом и осветителем. Информация о величине перемещений, вырабатываемая фотодиодом, поступает через усилители и схему формирования на счетчик, где вычитается из введенной ранее с перфоратора величины, соответствующей координате перемещения. Когда на счетчике устанавливается нуль, триггер заданной координаты опрокидывается в исходное положение, соответствующий ключ закрывается, импульсы перестают поступать на формирователь и шаговый двигатель останавливается. Так как в процессе изготовления масок стол перемещают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, следящая система снабжена двумя одинаковыми по конструкции независимыми приводами.

При переходе обоих триггеров в исходное положение срабатывает схема совпадения, запускающая схему экспозиции, которая управляет включением осветителя мультипликатора, задает выдержку на остывание лампы, а затем подает сигнал на считывающее устройство для получения следующей команды. Затем цикл повторяется. Направление вращения двигателя задается током управляющего импульса, поступающего со считывающего устройства на формирователь. Заготовку с фоточувствительным слоем укрепляют в держателе на столе машины эмульсией вверх.

На машине можно изготовлять маски со сложными элементами рисунка, располагаемыми на поверхности заготовки по определенному ранее заданному закону. Расстояние между элементами маски выдерживается с погрешностью ±1 мкм. Максимальное перемещение стола с заготовкой по двум координатам составляет 100 мм, минимальное — 100 мкм.

В рассматриваемой машине при нанесении штрихов рабочий орган неподвижен. Поэтому при перемещении рабочего органа на шаг шкалы необходимо применять специальные меры для уменьшения влияния на точность перестановки релаксационных колебаний. Разработаны делительные машины с кфото-электрической системой управления, у которых рабочий орган все время перемещается, а специальная синхронизирующая система подключает резцовое устройство для нанесения штрихов. Эти машины имеют сложные фотоэлектрические системы управления с растровыми или интерферометрическими датчиками.

Читать далее:

Круговые машины для делительно-граверных работ

• Уход за станками и техника безопасности на граверном участке
• Область применения пантографа
• Универсальная оснастка для рабочего стола
• Универсальная оснастка для копирного стола
• Копиры и шаблоны для гравирования на пантографе