Устройство для определения положения режущей кромки резца в высокоточных токарных станках с чпу перед обработкой
Полезная модель относится к станкостроению и может быть использовано в станках с ЧПУ для контроля положения рабочей зоны режущих кромок инструмента перед началом обработки. Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности определения положения различных длинномерных инструментов в рабочей зоне станка с ЧПУ при длительной и непрерывной эксплуатации устройства за счет организации надежного съема электрического сигнала при любом технологически регламентированном угловом положении щупа относительно инструмента. Устройство для определения положения режущей кромки резца в высокоточных токарных станках с ЧПУ перед обработкой (фиг.1) состоит из корпуса 1 в виде втулки, навернутой на штифт 2 и зафиксированной гайкой 3. На верхнем свободном конце корпуса 1 установлен упорнорадиальный подшипник 4, на котором расположен с возможностью поворота вокруг своей оси подпружиненный цилиндрический опорный элемент 5. На наружной поверхности подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 радиально установлен измерительный щуп 6, на внешнем конце которого вертикально установлено средство 7 контакта с инструментом 8. Фиксирование измерительного щупа 6, с подпружиненным цилиндрическим опорным элементом 5 относительно корпуса 1 в круговом направлении осуществляется посредством упора 9, радиально установленного на корпусе 1, и паза, выполненного на торце подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 длиной больше четверти окружности его торца. В дне подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 выполнено отверстие для смазывания упорнорадиального подшипника 4, закрытое пробкой 10. На взаимно обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях корпуса 1 и подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 установлена в одной плоскости электрическая контактная пара, выполненная из неподвижного контакта, установленного на корпусе 1 и состоящего из 2-х секций 11, 12, размещенных на изоляторе 13, и подвижного контакта, установленного на подпружиненном цилиндрическом опорном элементе 5, и выполненного в виде подпружиненного шарика 14, размещенного в радиально установленном полом стакане 15, на торце которого выполнен опорный ограничитель 16, предотвращающий самопроизвольное перемещение подпружиненного шарика 14 из полого стакана 15 наружу. При этом фиксация полого стакана 15 в теле подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 относительно контактных поверхностей секций 11, 12 неподвижного контакта, осуществляется средствами фиксации 17 (гайка). Рабочий ход подпружиненного шарика 14 наружу к секциям 11, 12, а также усилие его контактного воздействия на них обеспечивается размерами подпружиненного шарика 14 и опорного ограничителя 16, а также усилием сжатия пробкой 18 пружины подпружиненного шарика 14. На корпусе 1 в полости цилиндрического подпружиненного опорного элемента 5 установлена перегородка 19 в виде шайбы, функционально разделяющая зону электрического контакта от зоны, обеспечивающей поворот подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 вокруг своей оси. Заявленное устройство может быть использовано в машиностроении, авиационной, судостроительной, химической и нефтегазовой промышленности при подготовке станков с ЧПУ к работе, а также при тестировании пригодности инструмента к выполнению плановой операции на станке.
Полезная модель относится к станкостроению и может быть использована в станках с ЧПУ для контроля положения рабочей зоны режущих кромок инструмента перед началом обработки.
Из уровня техники известна измерительная головка, содержащая цилиндрической корпус, измерительный щуп с наконечником на одном конце и подпружиненным грибком на другом, расположенным в корпусе, и три контактные пары, состоящие из установленных на фланце корпуса через изолятор неподвижных контактов и шариков, через изолятор укрепленных на грибке. При отклонении измерительного щупа происходит разрыв по меньшей мере одной из контактной пары и размыкание электрической цепи, что является сигналом в ЧПУ станка на считывание координаты инструмента (Авторское свидетельство СССР 
1201667, G01B 5/02,1983 г.).
Недостатком известного технического решения является ограниченный свободный ход измерительного щупа, что приводит к ограничению функциональных возможностей станка при подготовке его к работе, а также к деформации щупа и выходу устройства из строя при сверхмерных перемещениях инструмента относительно наконечника щупа.
Наиболее близким техническим решением по назначению, технической сути и достигаемому результату является устройство для контроля положения режущих кромок инструмента на станке с ЧПУ, содержащее цилиндрический корпус, радиально установленный измерительный щуп, на одном конце которого установлен наконечник, а на другом конце - с возможностью поворота подпружиненный опорный элемент в виде стакана, и контактную электрическую пару, состоящую из установленного на корпусе через изолятор 2-х секционного неподвижного контакта и подвижного контакта в форме подпружиненного шарика, установленного в полости радиально установленного стакана (Патент РФ 2011477, В23В 25/06, 1996 г.).
Недостатком известного технического решения является неудовлетворительная надежность работы устройства из-за организации точечного электрического контакта посредством шарика и плоскости, а также загрязнения зоны электрического контакта смазкой от поворотного механизма, кроме этого сборка подпружиненного шарика в глухом отверстии стакана и настройка его положения относительно рабочей поверхности осуществляется «вслепую». Эти недостатки особенно усугубляются при определении положения различных длинномерных инструментов в рабочей зоне станка с ЧПУ при длительной и непрерывной эксплуатации устройства.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности определения положения различных длинномерных инструментов в рабочей зоне станка с ЧПУ при длительной и непрерывной эксплуатации устройства за счет организации надежного съема электрического сигнала при любом технологически регламентированном угловом положении щупа относительно инструмента.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение является разработка конструкции электрической контактной пары, обеспечивающей надежный съем электрического сигнала при любом угловом положении щупа относительно инструмента в рабочей зоне станка с ЧПУ, с последующим принятием решения системой ЧПУ станка о целесообразности использования упомянутого инструмента, а также разработка конструкции подвижного электрического контакта, обеспечивающего его надежное позиционирование относительно контактной поверхности, что приводит к достижению заявленного технического результата.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для определения положения режущей кромки резца в высокоточных токарных станках с ЧПУ перед обработкой, содержащем цилиндрический корпус с радиально установленными на нем упором и измерительным щупом, на одном конце которого вертикально установлено средство контакта с инструментом, а на другом его конце - подпружиненный цилиндрический опорный элемент, соосно установленный с корпусом с возможностью его поворота вокруг своей оси до упора на корпусе, а также электрическую контактную пару, состоящую из установленного на корпусе через изолятор неподвижного 2-х секционного электрического контакта, и подвижного электрического контакта в виде подпружиненного шарика, размещенного в радиально установленном на цилиндрическом опорном элементе полом стакане с возможностью возвратно поступательного перемещения, согласно полезной модели, оно дополнительно снабжено перегородкой в виде шайбы, установленной на корпусе в полости цилиндрического опорного элемента и функционально разделяющей зону контакта электрической пары от опорной зоны корпуса, при этом стакан выполнен с кольцевым ограничителем на его торце со стороны контакта контактной пары с внутренним диаметром, составляющим (0,95-0,98)d, где d - диаметра шарика.
Целесообразно, чтобы на поверхности неподвижного электрического контакта был выполнен желоб радиус которого, соответствует радиусу шарика.
Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 схематично изображен продольный разрез устройства;
- на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1;
- на фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.1;
- на фиг.4 изображена схема позиционирования полезной модели относительно инструмента;
Устройство для определения положения режущей кромки резца в высокоточных токарных станках с ЧПУ перед обработкой (фиг.1) состоит из корпуса 1 в виде втулки, навернутой на штифт 2 и зафиксированной гайкой 3. На верхнем свободном конце корпуса 1 установлен упорнорадиальный подшипник 4, на котором расположен с возможностью поворота вокруг своей оси подпружиненный цилиндрический опорный элемент 5. На наружной поверхности подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 радиально установлен измерительный щуп 6, на внешнем конце которого вертикально установлено средство 7 контакта с инструментом 8 (фиг.1, фиг.4). Фиксирование измерительного щупа 6, с подпружиненным цилиндрическим опорным элементом 5 относительно корпуса 1 в круговом направлении осуществляется посредством упора 9 (фиг.1), радиально установленного на корпусе 1, и паза, выполненного на торце подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 длиной больше четверти окружности его торца (фиг.3). В дне подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 выполнено отверстие для смазывания упорнорадиального подшипника 4, закрытое пробкой 10. На взаимно обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях корпуса 1 и подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 (фиг.2) установлена в одной плоскости электрическая контактная пара, выполненная из неподвижного контакта, установленного на корпусе 1 и состоящего из 2-х секций 11, 12, размещенных на изоляторе 13, и подвижного контакта, установленного на подпружиненном цилиндрическом опорном элементе 5, и выполненного в виде подпружиненного шарика 14, размещенного в радиально установленном полом стакане 15, на торце которого выполнен опорный ограничитель 16, предотвращающий самопроизвольное перемещение подпружиненного шарика 14 из полого стакана 15 наружу. При этом фиксация полого стакана 15 в теле подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 относительно контактных поверхностей секций 11, 12 неподвижного контакта, осуществляется средствами фиксации 17 (гайка). Рабочий ход подпружиненного шарика 14 наружу к секциям 11, 12, а также усилие его контактного воздействия на них обеспечивается размерами подпружиненного шарика 14 и опорного ограничителя 16, а также усилием сжатия пробкой 18 пружины подпружиненного шарика 14. На корпусе 1 в полости подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 установлена перегородка 19 в виде шайбы, функционально разделяющая зону электрического контакта от зоны, обеспечивающей поворот подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 вокруг своей оси.
Устройство контроля положения инструмента на станке с ЧПУ работает следующим образом.
Определение нулевого положения заявленного устройства. Вначале измерительный щуп 6 выставляют таким образом, чтобы средство 7 контакта с инструментом 8 было перпендикулярно относительно оси шпинделя станка, фиг.4. При этом подпружиненный шарик 14 подвижного электрического контакта контактирует одновременно с секциями 11 и 12 неподвижного электрического контакта, фиг.2, что соответствует нулевому положению измерительного щупа 6. Координаты средства 7 контакта с инструментом 8 при этом относительно нулевой точки подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 введены в систему ЧПУ станка.
Перед измерением, в исходном положении подпружиненный цилиндрический опорный элемент 5 прижат к упору 9 (на фиг.3 по часовой стрелке). При этом измерительный щуп 6 в этом же направлении отстоит от измеренной нулевой точки на некотором расстоянии, 10-12° (фиг.4), а подпружиненный шарик 14 соответственно - от торца секции 12 на 5-6 мм.
Перед контролем положения инструмента 8, фиг.4 исполнительные приводы станка перемещают шпиндель (по оси Z) с установленным в нем режущим инструментом 8 на ускоренной подаче. При контроле инструмент 8 воздействует на средство 7 контакта и поворачивает измерительный щуп 6 вместе с подпружиненным цилиндрическим опорным элементом 5 на определенный угол (фиг.4), чтобы подпружиненный шарик 14 достиг торца секции 12, что соответствует положению измерительного щупа 6 в нулевой точке и фиксируется системой ЧПУ станка. При дальнейшем перемещении инструмента 8 измерительный щуп 6 вместе с подпружиненным цилиндрическим опорным элементом 5 поворачивается далее (против 6 часовой стрелки), а подпружиненный шарик 14 катится по секции 12 неподвижного электрического контакта. При этом величина перемещения инструмента 8 сравнивается с координатой нулевого положения измерительного щупа 6 и по значению этой величины системой управления станка с ЧПУ по специальной программе определяется положение инструмента 8 в системе координат станка и его годность к выполнению очередной операции. При обратном ходе инструмента 8 подпружиненный шарик 14 скатывается с секции 12 на рабочую поверхность секции 11, замыкая вновь электрическую цепь между электрической контактной парой, а подпружиненный цилиндрический опорный элемент 5 возвращает измерительный щуп 6 в исходное положение - до упора 9.
Рабочий ход подпружиненного шарика 14 наружу к секциям 11, 12 неподвижного электрического контакта составляет максимальную величину 0,98 радиуса подпружиненного шарика 14, что обеспечивается размерами опорного ограничителя 16, составляющими (0,95 - 0,98)d и диаметром d самого подпружиненного шарика 14.
Пробкой 18, вворачиваемой в полый стакан 15, обеспечивается технологически регламентируемое усилие механического контакта подпружиненного шарика 14 к контактной поверхности секций 11 и 12 неподвижного электрического контакта. А для обеспечения устойчивого перемещения подпружиненного шарика 14 по поверхности секций 11 и 12 неподвижного электрического контакта в них выполнен желоб по диаметру подпружиненного шарика 14 глубиной 0,2-0,33 диаметра подпружиненного шарика 14. Секции 11 и 12 неподвижного электрического контакта могут быть выполнены из графита или меди, или из порошков упомянутых материалов в определенных соотношениях по технологиям порошковой металлургии. При выполнении опорного ограничителя 16 размером менее 0,95 диаметра подпружиненного шарика 14 рабочего хода подпружиненного шарика 14 недостаточно для реализации надежного электрического контакта, т.к. усилия прижатия будет в большей мере замыкаться не на контактную поверхность, а на поверхность опорного ограничителя 16. А при выполнении опорного ограничителя 16 размером более 0,98 диаметра подпружиненного шарика 14 возникает опасность заклинивания подпружиненного шарика 14 в проеме опорного ограничителя 16, что также снижает надежность электрического контакта при получении электрического сигнала, соответствующего истинному положению инструмента в рабочем пространстве станка с ЧПУ. Оптимальные значения диаметра опорного ограничителя 16, приведенные выше, определены экспериментально и обеспечивают повышение надежности определения положения различных длинномерных инструментов в рабочей зоне станка с ЧПУ. Кроме этого для получения надежного электрического контакта с последующим определением истинного положения инструмента в полости подпружиненного цилиндрического опорного элемента 5 на корпусе 1 установлена перегородка 19 в виде шайбы, функционально разделяющая зону электрического контакта от зоны упорнорадиального подшипника 4, нуждающегося в периодической смазке через пробку 10.
При контроле инструмента 8, длиннее запрограммированного измерительный щуп 6 с подпружиненным цилиндрическим опорным элементом 5 поворачивается относительно корпуса 1 на больший угол, чем при заданном инструменте 8 и фиксируется системой ЧПУ станка.
При контроле положения инструмента 8, короче запрограммированного, последний не доводит щуп 6 до нулевой точки и размыкания подпружиненного шарика 14 с сектором 11 не происходит, что фиксируется системой ЧПУ станка и свидетельствует о негодности инструмента к выполнению очередной операции.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет повысить надежность определения положения различных длинномерных инструментов в рабочей зоне станка с ЧПУ, в том числе и при длительной и непрерывной эксплуатации устройства за счет организации надежного съема электрического сигнала при любом технологически регламентированном угловом положении щупа устройства относительно инструмента.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для контроля положения рабочей зоны режущего инструмента перед началом обработки, а также пригодность инструмента для выполнения плановой операции на станках с ЧПУ.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
1. Устройство для определения положения режущей кромки резца в высокоточных токарных станках с ЧПУ перед обработкой, содержащее цилиндрический корпус с радиально установленными на нем упором и измерительным щупом, на одном конце которого вертикально установлено средство контакта с инструментом, а на другом его конце - подпружиненный цилиндрический опорный элемент, соосно установленный с корпусом с возможностью его поворота вокруг своей оси до упора на корпусе, а также электрическую контактную пару, состоящую из установленного на корпусе через изолятор неподвижного 2-секционного электрического контакта, и подвижного электрического контакта в виде подпружиненного шарика, размещенного в радиально установленном на цилиндрическом опорном элементе полом стакане с возможностью возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено перегородкой в виде шайбы, установленной на корпусе в полости цилиндрического опорного элемента и функционально разделяющей зону контакта электрической пары от опорной зоны корпуса, при этом стакан выполнен с кольцевым ограничителем на его торце со стороны контакта контактной пары с внутренним диаметром, составляющим (0,95-0,98)d, где d - диаметр шарика.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности неподвижного электрического контакта выполнен желоб, радиус которого соответствует радиусу шарика.
