3.2. Принципы построения встроенных средств технической диагностики и их практическая реализация

Принципы построения ВСТД. Разрабатываемые конструкции средств измерений, в том числе средств контроля и диагностики, должны быть выполнены в соответствии с существующими метрологическими принципами: принципом Аббе инверсии баз, кратчайших измерительных размерных цепей, соответствия знака отклонения измеряемой величины знаку показаний шкалы прибора и др.

Вместе с тем реализация ВСТД станочного оборудования ГПС предполагает ряд дополнительных требований к их конструкции. Важнейшими являются принцип конструктивного подобия и рационального размещения элементов ВСТД, принцип модульности и взаимозаменяемости элементов, а также принцип инвариантности конструкции.

В соответствии с принципом конструктивного подобия и рационального размещения элементов первичный неэлектрический преобразователь в ВСТД, построенном по структурной схеме I (рис. 3.1, а), должен быть выполнен идентичным (подобным по конфигурации) заменяемой штатной детали диагностируемого зла (с учетом небольших конструктивных дополнений, не изменяющих общей конфигурации, например введения элемента локализации поверхностей контакта и др.).

Для ВСТД, построенного по схемам Па и Пб (рис. 3.1,6) и имеющего в своем составе самостоятельный ПНП, необходимо, чтобы форма его была выбрана по возможности из перечня форм известных упругих элементов. При этом во внимание должны приниматься высокая чувствительность к диагностируемому параметру (для УЭ, преобразующего силу в деформацию, формы в виде кольца и балки являются предпочтительными), технологичность конструкции (наибольшей технологичностью обладает УЭ в форме балки), расширение возможности регистрации выходной величины - упругой деформации (например, УЭ в форме кругового кольца постоянного сечения имеет четыре зоны деформации), обеспечение идентичности условий работы ПЭП при различном характере нагружения (здесь предпочтение отдается УЭ в форме балки),

Кроме того, в соответствии с этим принципом минимальные размеры ПНП должны быть такими, чтобы размеры зон деформаций на нем были не меньше размеров базовых поверхностей ПЭП - тензорезисторов. Минимальные размеры ПНП выбирают из условия обеспечения его наибольшей чувствительности, но с учетом ограничений по размерам внешнего контура диагностируемого узла. Конструкция ПНП должна обеспечивать наибольший конструктивный коэффициент чувствительности, определяемый степенью использования имеющихся на нем зон упругих деформаций.

В соответствии с принципом модульности и взаимозаменяемости основные элементы ВСТД должны по возможности выбираться из числа известных, освоенных промышленностью вариантов. Так, при выборе ПЭП могут применяться индуктивные, магнитоупругие, струнные и другие типы преобразователей, однако при использовании их в составе ВСТД предпочтение отдается тензорезисторным (как отличающимся простотой конструкции, обладающим большим диапазоном измерения и обеспечивающим высокую точность измерения) и пьезоэлектрическим (как дающим возможность измерять динамические нагрузки). Использование в качестве ПЭП серийно выпускаемых тензорезисторных и пьезоэлектрических преобразователей упрощает конструкцию ВСТД, делает ее компактной, снижает затраты на реализацию и повышает надежность работы в целом.

При построении ВСТД по схемам Па и Пб (рис. 3.1, б) необходимо, используя предпочтительные формы ПНП, например форму кругового кольца и балки, добиться унификации их основных размеров.

Для обеспечения возможности встраивания средства технической диагностики в станочное оборудование, работающее в составе ГПС, необходимо обеспечить инвариантность их конструкции по отношению к основным компонентам технологической системы; применяемым инструментам (их геометрическим параметрам, материалу), обрабатываемым деталям (их конфигурации, материалу) и станочному оборудованию. Последнее требование наиболее трудно реализовать, поэтому в данном случае вариантность следует обеспечить хотя бы по отношению к основным узлам (револьверной головке, шпиндельному узлу и др.) станочного оборудования одной технологической группы, например станкам токарной группы.

Для любой технологической группы станков возможны различные варианты исполнения конструкций ВСТД. Многообразие конструкций свидетельствует о неоднозначности решения задачи создания ВСТД на базе штатных деталей узлов станков. Положительный опыт в создании и эксплуатации ВСТД в лабораторных и промышленных условиях подчеркивает перспективность данного направления для решения проблемы повышения надежности станочного оборудования, работающего в составе ГПС.

Инвариантные ВСТД для станков токарной группы. Для станков токарной группы наиболее информативными в соответствии с приведенными в п. 2.3 критериями выбора, а значит, и предпочтительными являются узлы, непосредственно участвующие в формообразовании резцедержатель 4 (рис. 3.2, а), резец 6 сборной конструкции, самоцентрирующий зажимной патрон 1, задняя бабка 3, преобразовательная передача винт - гайка 2 и винт 5 крепления резца в позиции поворотного резцедержателя.

Рис 3.2. Информативные узлы станков различных техно­логических групп

Рис. 3.3. ВСТД на базе узлов токарного станка.

Внутри каждого из этих узлов можно выделить деталь (например, в передаче винт - гайка - центрально расположенный клиновой элемент сборной гайки), которая при незначительной модернизации конструкции будет выполнять роль ПНП.

Встроенные средства технической диагностики на базе штатных деталей - трех узлов токарного станка (резца сборной конструкции, передачи винт - гайка и винта крепления) приведены на рис. 3.3 .

Первичными неэлектрическими преобразователями в данных конструкциях являются клиновой элемент 6 сборной гайки, состоящей из двух частей 4 и 7 и входящей в состав привода поперечной подачи каретки суппорта станка, державка 15 резца и тонкостенная деталь 13 криволинейного замкнутого контура, размещенная в головке винта '10 крепления резца. ПНП 6, 15 и 13 выполнены в соответствии с требованиями, предъявляемыми к упругим элементам. Кроме того, при их реализации учтен принцип конструктивного подобия и рацио­нального размещения элементов. Так, клиновой элемент 6 и державка 15 выполнены идентичными одноименным штатным деталям соответствующих узлов станка, а при реализации формы детали 13 приняты во внимание предпочтительные качества кольцевого упругого элемента, трансформированного с. учетом габаритных размеров головки винта крепления в изо­браженную на рис. 3.3 форму.

Для выполнения принципа модульности в качестве ПЭП в данной конструкции, как и в рассматриваемых ниже, использованы преобразователи электротензометрического типа - тензорезисторы, размещенные в зонах деформации ПНП: на внутренней стороне конической опорной поверхности клинового элемента 6, на внутренней криволинейной поверхности детали 13 и на боковых гранях балок державки 15 резца. Поскольку размеры ПНП допускают в некоторых случаях применение тензорезисторов проволочного типа, имеющих достаточно протяженную базу, с их помощью фиксируется некоторое среднее напряжение в зоне деформации (в месте их размеще­ния на поверхности ПНП).

Представленные ВСТД на базе передачи винт - гайка и винта крепления относятся к классификационной группе 1011011, а на базе резца сборной конструкции - к группе 1001011.

В процессе резания результирующее действие тангенци­альной P_z и радиальной Р_у составляющих силы резания от вершины резца через промежуточные звенья (резцедержатель 14, верхние салазки 16, поперечную каретку 3 суппорта, составляющие части 4, 7 сборной гайки) передается к клиновому элементу 6 [а. с. 1388194 (СССР)]. Для повышения чувствительности ПНП и локализации контакта сопрягаемых поверхностей на боковых гранях элемента 5 выполнены пружинные пазы, а на внешней стороне его конической опорной поверхности, соприкасающейся с одноименной по профилю поверхностью части 4 сборной гайки, уменьшена поверхность контакта. Для достижения этой же цели резьбовая часть винта 17 выполнена полой.

Действию всех трех составляющих силы резания под­вержена державка 15 резца. В передней части державки изго­товлены сквозные пазы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а в ее центральной части локализован контакт нижней опорной поверхности резца с поверхностью резцедержателя 14. Пазы образуют блок расположенных друг против друга упругих балок. На каждой грани упругих балок державки 15 резца размещены тензорезисторы 5.

Рассмотренные ВСТД на базе передачи винт — гайка и на базе резца сборной конструкции выполнены по схеме I (см. рис. 3.1, а). Под действием наибольшей по величине тангенци­альной составляющей P_z силы резания резец упруго деформи­руется в вертикальной плоскости (на деформации державки резца в вертикальной плоскости оказывают влияние и две другие составляющие силы резания). Деформации резца воспринимаются чувствительным элементом — преобразовательно-нагружающей осью 8 и с ее помощью передаются на ПНП 13, размещенный в головке винта 10. На внутренней поверхности преобразователя 13, в зоне его деформации, размещены тензорезисторы 5. Регулировочный винт 12 обеспечивает предварительный натяг узла при жестком соединении крышки 11с корпусом винта 10. Гайка 9 фиксирует корпус винта 10 относи­тельно резцедержателя 14 станка.

ВСТД на базе винта крепления резца выполнено по схеме Па (см. рис. 3.1, б). Данное ВСТД, как и выполненное на базе передачи винт — гайка, инвариантно по отношению к обрабатываемым деталям и применяемым инструментам. В отличие от них ВСТД на базе резца сборной конструкции обладает ин вариантностью лишь по отношению к обрабатываемым деталям, что недостаточно в условиях работы ГПС. Кроме того, выполнение ВСТД на базе резца требует дополнительной защиты места размещения тензорезисторов, а также сопряжено со значительным расходом материала для изготовления ПНП (в данном случае всей державки). Это делает его менее предпочтительным по сравнению с другими рассмотренными конструкциями ВСТД.

Упругие деформации технологической системы приводят к изменению размера динамической настройки, что отрицательно сказывается на выходных точностных параметрах изготовляемых деталей. В этих условиях повышения точности обработки можно достичь стабилизацией пространственного положения вершины резца в направлении формирования размера обработки. Исполнительным органом системы стабилизации положения вершины резца также выбрана штатная деталь станка — поперечная каретка 3 суппорта. Высокая точность подналадки каретки обеспечена применением накладных направляющих из антискачковых пластмасс, например, композиции Ф4К15М5-Л-ЭА по ТУ 05-05-128—78. Каретка перемещается с помощью зацепленного на суппорте высокомоментного электродвигателя 1 постоянного тока через неподвижную в осевом направлении зубчатую полумуфту 2 и перемещающуюся по шпонке 20 от рычага 22 полумуфту 21. Винт 17 привода поперечной подачи каретки представляет собой сборную конструкцию, состоящую из резьбовой части и жестко связанного с ней фиксатором 18 приводного хвостовика 19. Начальный размер обработки устанавливают изменением положения резца при разомкнутых полумуфтах 2 и 21. В конструкциях ВСТД группы 1011011 на базе вращающегося центра задней бабки токарного станка, выполненных в соответствии со схемой 116 (см. рис. 3.1,6), первичный неэлектрический преобразователь реализован в виде тонкостенной шайбы 8 (рис, 3.4) или втулки 11. Шайба 8 имеет базовый ободок с лепестками, равномерно распределенными по его окружности и расположенными диаметрально противоположно. Втулка 11 представляет собой тело вращения с опорными периферийными торцовыми поверхностями и с размещенными между ними узкими балками, являющимися частью тонкостенной сферической поверхности. В корпусе 2 центра размещен центровой валик 13, ориентированный в пространстве с помощью радиальных 3 и 9 и упорного 4 подшипников. В рассматриваемой конструкции ВСТД нельзя полностью учесть принцип конструктивного подобия, поскольку в составе данного узла трудно выделить какую-либо штатную деталь заменой-которой на идентичную по конфигурации удалось бы реализовать ПНП. Но вместе с тем дополнительно введенные в состав центра детали — шайба 8 и втулка 11—размещены таким образом, чтобы, с одной сторо­ны, не подвергнуть значительному ослаблению жесткость кон­струкции деталей узла (в первую очередь его корпуса) и, с другой стороны, максимально заполнить имеющееся внутри центра пространство. Пространство заполняют как в осевом направлении — между торцом упорного подшипника и корпусом, так и в радиальном — между центровым валиком и корпусом. С этой целью в специально выполненных расточках корпуса (диаметры D и d) между их торцовыми поверхностями и упорным подшипником 4 установлены соответственно дистанционная втулка 7 и базовый ободок шайбы 8 в первом варианте и втулка 11во втором варианте ВСТД. В зонах деформации поверхностей ПНП — центре вогнутой криволинейной

Рис. 3.4. ВСТД труппы 1011011 на базе вращающегося центра задней бабки токарного станка

поверхности лепестков шайбы 8 и центре выпуклой криволинейной поверхности балок втулки 11 — размещены тензорезисторы 12, соединенные проводами со штепсельным разъемом 6, жестко закрепленным на колодке 5, Герметичность конструкции и предварительный натяг обеспечиваются крышкой 1 и заглушкой 10.

При поджиме заготовки центром в процессе обработки деталей, как и в процессе ее установки (при необходимости контроля усилия зажима тонкостенных деталей), осевая составляющая усилия резания (усилия зажима — при установке детали) воспринимается упорным подшипником 4 и через дистанционную втулку 7, ободок шайбы 8 или втулку 11 передается на корпус 2 центра и далее на пиноль задней бабки станка, В результате взаимодействия поверхности упорного подшипника 4 с лепестками шайбы 8 или с втулкой 11 деформа­ции их поверхностей — мест размещения тензорезисторов — воспринимаются последними и преобразуются в пропорцио­нальный электрический сигнал.

Рассмотренное средство технической диагностики инвариантно не только по отношению к обрабатываемым деталям и применяемому инструменту, но и по отношению к станкам токарной группы, использующим при обработке валов схему установки деталей в центрах.

ВСТД группы 1011011 на базе самоцентрирующего зажимного патрона токарного станка (рис. 3.5) можно использовать также и как защитное средство, предотвращающее начало резания при отсутствии детали в патроне, и как средство получения первичной измерительной информации о правильности расположения детали в патроне. Погрешность установки детали, являющаяся составной частью суммарной погрешности ее изготовления, может быть компенсирована за счет оперативной отработки возникшего рассогласования между положениями геометрического центра детали и геометрического центра шпинделя станка автоматическими средствами управления, входящими в состав системы стабилизации положения оси детали.

В соответствии с принципом конструктивного подобия в штатных деталях патрона (кулачках 2, их наклонных боковых базовых

^Ш

Рис. 35. ВСТД группы 1011011 на базе зажимного патрона токарного станка

выступах) по всей длине наклонной части изготовлены пазы 6, напротив которых на наружной поверхности наклонной части выполнены выборки 7. Таким образом, на боковых выступах кулачков образованы консольные поверхности, в зонах деформации которых размещены ПЭП — тензорезисторы 8. Со стороны, противоположной боковым выступам, кулачки 2 имеют вертикальные пазы и рифленые поверхности, с которыми взаимодействуют идентичные по профилю рифленые поверхности кулачков 3.

Для создания предварительного натяга в боковых базовых выступах кулачков 2 (первичных неэлектрических преобразователях) в муфте 5 (напротив пазов в выступах кулачков 2) выполнены отверстия, образующие с пазами муфты такие сквозные канавки, что при размещении в данных отверстиях поворотных осей 10 с жестко закрепленными на них накладными секторами 9 выступающая часть этих секторов взаимодействует с нижними опорными поверхностями наклонных боковых базовых выступов кулачков 2. При этом поворотные оси 10 с жестко закрепленными на них наклонными секторами 9 образуют сборные эксцентриковые регулировочные оси, а пазы 6 в наклонных боковых базовых выступах кулачков 2 и отверстия в муфте 5 выполнены параллельными наклонным опорным поверхностям кулачков 2 и муфты 5.

При установке детали 4 в патроне (при контроле правильности ее пространственного положения) и при обработке детали резанием составляющие усилия резания (соотношение между которыми переменно и зависит от конфигурации обрабатываемых поверхн9стей и геометрии инструмента) через сменные кулачки 3 воспринимаются боковыми базовыми выступами кулачков 2. Возникшие упругие деформации преобразуются ПЭП — тензорезисторами 8 — в пропорциональный электрический сигнал. По величине выходного электрического сигнала данного ВСТД можно идентифицировать различные дефекты (сбои) компонентов технологической системы. Так, если значение выходного сигнала ниже предельно допустимо­го уровня, это свидетельствует об отсутствии заготовки в зоне работы подвижных кулачков патрона, а если выходные сигналы с отдельных кулачков патрона имеют разные значения — о погрешности установки детали и др. Для передачи электрического сигнала от вращающегося патрона к выносным электрическим приборам использовано токосъемное устройство контактного (на базе щеточных групп контактов) или бесконтактного (на базе фотоэлектрических устройств на элементах ИК-излучений) типа. Оно размещено в корпусе 1 патрона.

В конструкции данного ВСТД соблюден принцип инвариантности по отношению к обрабатываемым деталям и применяемым инструментам.

Хорошие перспективы открывает возможность автоматической смены кулачков. Данная процедура реализована, например, в системе SWB автоматической смены кулачков фирмы «Форкардт» (Forkardt, ФРГ). В этих условиях ПНП может быть выполнен по схеме I (см. рис.3.1, а) на базе или сменных 3, или штатных несменяемых 2 кулачков патрона (рис. 3.5). Для последнего варианта ВСТД целесообразно выполнить по схеме IIа или IIб (см. рис. 3.1,6), что дает возможность регистрации деформаций, возникающих в стыке между сопрягаемыми поверхностями кулачков из-за изменения упругодеформационного состояния технологической системы. Дальнейшее расширение возможностей системы технической диагностики позволит разместить в магазине сменных кулачков новые комплекты кулачков, выполняющие функции средств технической диагностики других состояний технологической системы, например теплового, виброакустического, т. е. создает предпосылки для обеспечения инвариантности конструкции ВСТД по отношению к рассматриваемому функциональному узлу станка —- зажимному патрону.

Рис. 3.6 ВСТД группы 1011011: а — на базе резцедержа­теля; б — на базе компенсаторного проставка токарного стан­ка.

На базе другого информативного узла токарного станка — резцедержателя для станков с ЧПУ моделей 16Б16ФЗ, РТ705ФЗ (рис. 3.6, а) или компенсаторного проставка (детали, размещенной между кареткой суппорта станка и корпусом револьверной головки и служащей для сопоставления в вертикальной плоскости положения вершины резца с осью вращения детали) для станков с ЧПУ моделей ТПК-125 ВН2, 16К20ФЗ (рис. 3.6, б) в соответствии со схемой Па (см. рис. 3.1, б) реализовано ВСТД группы 1011011. Устройства инвариантны по отношению к обрабатываемым деталям и применяемым инструментам. Корпус 1 резцедержателя базируется с помощью элемента 8 локализации взаимодействия поверхностей (опорной шайбы) на верхних салазках 6 суппорта станка. В корпусе верхних салазок 6, как и в компенсаторном проставке 9, изготовлены ориентированные вдоль каждой грани периметра периферийной части опорной поверхности резцедержателя (револьверной головки) ступенчатые пазы. В состав сборного ПНП входит набор из четырех упругих пластин 5, размещенных в ступенчатых пазах и оснащенных чувствительными наконечниками 7 с установленными на их поверхностях ПЭП — тензорезисторами 10. Для закрепления пластин 5 применены накладки 2. Таким образом, при размещении пластин на прямоугольных выступах пазов образуются консольно расположенные упругие элементы, в виде протяженных тонкостенных балок прямоугольного сечения с параметром b/h>>l, где b и h — соответственно основание и высота сечения. Для предотвращения попадания механических частиц в пазы и снижения влияния электрических помех на показания тензорезисторов использованы защитные крышки 3. Предварительный натяг в ПНП создается пружинами 4.

В процессе резания под действием составляющих усилия резания консольно расположенная относительно шайбы 8 опорная поверхность резцедержателя изменяет свое положение в пространстве. Данное изменение, фиксируемое всеми чувствительными наконечниками 7 ПНП, приводит к упругим деформациям пластин 5 и появлению на выходе тензорезисторов 10 электрических сигналов. Вторичный электрический преобразователь преобразует выходной электрический сигнал, в том числе и для автоматической установки нуля при смене позиции резцедержателя, в результате чего автоматически компенсируются погрешности взаимного расположения опорной поверхности резцедержателя и чувствительных наконечников ПНП. Аналогично фиксируется изменение пространственного положения основания револьверной головки.

Инвариантные ВСТД для станков шлифовальной группы. ВСТД реализованы на базе выделенных узлов станка (см. рис. 3.2, б): задней бабки с центром 2 и бабки 1 со шлифовальным кругом. Станок оснащен прибором 3 активного контроля размеров детали 4 в процессе шлифования.

В конструкции ВСТД группы 1011011 на базе неподвижного центра, выполненного в соответствии со схемой Па (см. рис. 3.1, б), как и в рассмотренных ранее конструкциях ВСТД на базе центров задней бабки токарного станка, ПНП реализован в виде дополнительно изготовленной детали. Такая деталь представляет собой втулку 8 (рис. 3.7) с четырьмя диаметрально противоположными тонкостенными лепестками, имеющими форму цилиндрической поверхности. В корпусе 6 размещены собственно центр 1, основание 7 с ПНП 8 и крышка 2. Центр 1 имеет протяженную торцовую поверхность, переходящую в базовую цилиндрическую поверхность. В местах перехода поверхностей изготовлены дополнительные конструктивные элементы: проточка и канавка. Такая конструкция центра 1 обеспечивает выполнение им всех функций чувствительного элемента — восприятие упругих деформаций и передачу их до места размещения ПНП 8. Для обеспечения предварительного натяга лепестков ПНП 8 и создания герметичности конструкции в целом служит крышка 2,

В зонах деформации ПНП (в центре вогнутых криволинейных поверхностей лепестков) размещены ПЭП — тензорезисторы 3, соединенные проводами со штепсельным разъемом 4, жестко закрепленным на колодке 5,

Рис. 3.7. ВСТД группы 1011011 на базе центра шлифовального станка

При поджиме заготовки центром, как и в процессе шлифования, усилие зажима (осевая составляющая усилия резания) воспринимается центром 1 и через его торцовую поверхность передается на лепестки ПНП 8. Одновременно осевое усилие через цилиндрическую часть центра воспринимается корпусом 6 и передается на пиноль задней бабки станка.

Использование нормализованного посадочного размера корпуса центра и легкость монтажа устройства в целом обеспечивают помимо инвариантности по отношению обрабатываемым деталям и применяемым инструментам также инвариантность конструкции ВСТД и по отношению к станкам шлифовальной группы.

В другом информативном узле шлифовального станка — шлифовальной бабке (рис. 3.8) в опорах 1 и 3 корпуса 2 установлен шпиндель 4 со шлифовальным кругом 5. В каждой опоре равномерно по окружности размещены три опорных элемента, в состав каждого из которых входят вкладыш 12, выполненный в виде самоустанавливающегося сегмента со сферической опорной лункой, и сборный винт, на базе которого и реализовано составленное по схеме Па (см. рис. 3.1,6) ВСТД группы 1011011.

На рис. 3.8 (сеч. А — А) изображены эпюры распределения давления на двух нижних вкладышах гидродинамического подшипника.

Рис. 3.8. ВСТД группы 1011011 на базе шлифовальной бабки круглошлифовального станка

Чувствительный элемент ВСТД — стандартный шарик 13 - находится во взаимодействии с лункой вкладыша и первичным неэлектрическим преобразователем 11, изготовленным в виде цилиндра с тонкостенным дном, отделенным от боковой части Разделительной канавкой. На наружной поверхности дна ПНП выполнена сферическая опорная лунка радиусом r_l, при этом r_l=1,05 r_ш, где r_ш - радиус шарика. Такие геометрические параметры лунки локализуют контакт поверхностей шарика и лунки ПНП. В зоне деформации ПНП (на внутренней поверхности его тонкостенного дна) размещены ПЭП — тензорезисторы 14. Предварительный натяг ПНП. 11 создается перемещением вдоль оси винта нагружающего элемента 10, а герметичность всей конструкции обеспечивается уплотнениями 9, размещенными в местах стыков сопряженных деталей, и пробкой 7, ввинчиваемой в тело гайки 6. В процессе шлифования неравномерность снимаемого припуска, колебания твердости материала обрабатываемых деталей и абразивных свойств шлифовального круга вызывают изменение тангенциальной P_z и радиальной Р_у составляющих силы резания. Силы P_z и Р_у (силы нормального давления в зоне контакта круга с деталью) воспринимаются вкладышами 12 и далее через шарики 13 передаются на ПНП 11. Упругие деформации тонкостенного дна ПНП преобразуются наклеенными на его внутреннюю поверхность тензорезисторами 14 в пропорциональный электрический сигнал, передаваемый для дальнейшего преобразования в ВЭП 8,

В процессе фрезерования внешние дестабилизирующие воздействия приводят к изменению сил резания, воспринимаемых всеми элементами технологической системы, в том числе и торцовой фрезой. Воздействуя на режущие пятигранные пластины 5, силы резания вызывают упругие деформации пальцев 2, воспринимаемые наклеенными в зоне их деформации тензорезисторами 6 и преобразуемые ими в пропорциональный электрический сигнал, Конструкция данного ВСТД инвариантна по отношению к обрабатываемым деталям, а также по отношению к торцовым фрезам в которых, согласно указанным техническим условиям, режущие пластины крепятся с помощью пальца.

Рис. 3.9. ВСТД группы 1001011 на базе сборной торцевой

фрезы

В ВСТД группы 1001011 на базе продольного стола фрезерного станка (рис. 3.10) ПНП 3, размещен между торцом упорного подшипника 2 и неподвижной стенкой 4, жестко связанной с корпусом стола. Винт 1 продольной подачи своими периферийными цилиндрическими ступенями установлен на двух опорах. При вращении винта 1 через преобразовательную передачу винт — гайка качения (шариковую винтовую передачу — ШВП) движение передается непосредственно каретке стола с размещенной на ней обрабатываемой деталью. При таком размещении в узле ПНП 3 колебания сил резания, воспринимаемые деталью, вызывают упругие смещения всех звеньев технологической системы и через каретку и ШВП передаются винту 1. При условии создания в ПНП предварительного натяга и размещения в зонах его деформации ПЭП — тензорезисторов 6 — происходит выделение последними пропорцио­нального электрического сигнала. Конструктивно ПНП 3 вы­полнены в нескольких вариантах: в виде торовых шайб (I, II) с открытым в поперечном сечении профилем и в виде лепестковой шайбы (III). Для базирования по поверхности винта 1 служат шайбы I, II, а по поверхности кольца подшипника 2 -шайба 1. Для этого во всех шайбах выполнены опорные пояски, а для улучшения деформируемости торовая шайба 1 имеет на внешнем профиле канавки. Кроме того, шайбы 1 и 2 имеют также

Рис, 3.10. ВСТД группы 1011011 на базе продольного стола фрезерного станка

равномерно размещенные по длине окружности прямоугольные вырезы. Предварительный натяг ПНП достигается осевым смещением гайки 5.

Применение в ВСТД в качестве ПНП упругих шайб обесобеспечило инвариантность данного устройства по отношению к обрабатываемым деталям, применяемому инструменту и узлам станков различных технологических групп, имеющих идентичное построение опор приводных валов и винтов На базе рассмотренных конструкций ПНП, а также других анало­гичных конструкций (см. рис. 2.5 и 3.4) выделен типовой модуль в виде упругих шайб различной конфигурации (см. п. 3.5), широко применяемый в узлах металлорежущих станков и других механизмах.

Рис. 3.11. ВСТД группы 1011011 на базе

преобразовательной передачи винт—гайка качения (ШВП)

В приводах подач большинства станков с ЧПУ широко применяют беззазорные ШВП, имеющие неоспоримые эксплуатационные преимущества, в том числе уменьшенные по­тери на трение, высокий КПД, высокую точность позициони­рования подвижных узлов (кареток суппортов, столов).

В конструкциях таких ШВП (рис. 3,11), имеющих корпус 4, две полугайки 6 и 8 с зубчатыми венцами, крышки 2, уплотнения 1 и элементы 3 фиксации углового положения полугаек (разворотом одной из полугаек относительно другой обеспечивается предварительный натяг в ШВП), ВСТД группы 1011011 можно выполнить или на базе одной из полугаек (8), или установкой вместо уплотнения 1 торовой шайбы 5, или на базе крышки 2, или путем размещения в пространстве между полугайками 6 и 8 торовой шайбы 7. В зонах деформации этих ПНП размещены ПЭП — тензорезисторы 9.

Реализация каждого из этих вариантов нетрудоемкая и не снижает первоначальных эксплуатационных характеристик узла в целом.

Инвариантные ВСТД для станков сверлильной группы, В соответствии с выделенными на рис. 3.2, г информативными узлами ВСТД целесообразно выполнять на базе шпиндельного узла станка. Такие ВСТД группы 1011011 на базе наружного кольца подшипника 4 (рис. 3.12) реализованы в двух вариантах: а) в наружном кольце подшипника выточен паз; б) в расточке пиноли 3 размещен ПНП -— упругое кольцо 2. Оба варианта позволяют регистрировать упругие деформации деталей узла, изменяющиеся под действием колебаний внешних нагружающих сил: осевой составляющей и крутящего момента силы резания.

Для реализации варианта а необходимо еще на стадии изготовления подшипника выполнить на его внешней поверхности соответствующую проточку. После придания кольцу термообработкой упругих свойств в зоне его деформации (кольцевом пазу) размещают ПЭП — тензорезисторы 1. В процессе сверления шпиндель 5 нагружается внешними силами, при перекатывании тел качения в наружном кольце подшипника возникают переменные напряжения амплитуда которых пропорциональна действующей на подшипник нагрузке. Поскольку канавка снижает ресурс работы подшипника, более предпочтителен второй вариант, но при условии, что изготовление дополнительной расточки в пиноли не снижает жесткости узла в целом.