PL B1. POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA, Kielce, PL BUP 05/16

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01B 5/20 ( ) G01B 5/004 ( ) G01B 7/28 ( ) G01B 7/004 ( ) (54) Głowica pomiarowa do pomiaru przemieszczeń względnych (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA, Kielce, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/16 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/17 (72) Twórca(y) wynalazku: ŁUKASZ NOWAKOWSKI, Leszczyny, PL MICHAŁ SKRZYNIARZ, Bieliny, PL EDWARD MIKO, Kielce, PL STANISŁAW ADAMCZAK, Kielce, PL LESZEK RADZISZEWSKI, Bęczków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Antoni Garstka

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest głowica pomiarowa do pomiaru przemieszczeń względnych w układzie narzędzie przedmiot obrabiany N-PO, która montowana jest na suporcie obrabiarki. Znane jest stanowisko do pomiaru przemieszczeń względnych w układzie narzędzie przedmiot obrabiany, które zawiera takie zespoły jak, tokarka, zespół przedmiotu obrabianego z bieżnią pomiarową, zespół narzędzia z bezstykowym przetwornikiem przemieszczeń, elektryczny tor pomiarowy, zestaw mikrokomputerowy wraz z przetwornikiem analogowo-cyfrowym (E. Miko, Konstytuowanie mikronierówności powierzchni metalowych obrobionych narzędziami o zdefiniowanej stereometrii ostrzy. Monografie, Studia, Rozprawy nr 46, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2004). Zespół przedmiotu obrabianego przystosowany jest do prób wielokrotnych, prowadzonych na wymiennych próbkach pierścieniowych, nasadzanych na wałek ustalający. Powierzchnia cylindryczna wałka ustalającego, szczególnie starannie wykonana (np. szlifowana), stanowi bazę pomiarową dla bezstykowego, indukcyjnego czujnika przemieszczeń. Podczas pomiarów próbka jest sztywno związana z bieżnią pomiarową, a czujnik jest sztywno związany z ostrzem narzędzia w wyniku zblokowania podzespołu pomiarowego z podzespołem roboczym. Znane jest rozwiązanie do pomiarów drgań podczas obróbki tokarskiej wykorzystujące czujnik przyspieszenia. (S.C. Lin, M.F. Chang, A study on the effects of vibrations on the surface finish using a surface topography simulation model for turning. International Journal of Machine Tool & Manufacture 38, 1999, s ). W tym rozwiązaniu czujnik przyspieszenia przymocowany jest do kła osadzonego w koniku. Tak skonfigurowane stanowisko umożliwia pomiar tylko przyspieszenia na jednym końcu wałka od strony konika, gdzie układ jest najmniej sztywny. Układ ten nie pozwala określić przemieszczeń w układzie narzędzie przedmiot obrabiany, ponieważ nie ma możliwości dokonania pomiarów przemieszczeń narzędzia. Rejestrowane przyspieszenia z czujnika mogą być obarczone błędem nieosiowego wykonania nakiełka oraz nieosiowym ustawieniem konika. Stanowisko to mierzy jedynie przemieszczenie w jednym kierunku. W kolejnym rozwiązaniu czujnik przyspieszenia zamocowany jest na narzędziu mierząc jego przyspieszenia w punkcie jego zamocowania. Zmiana punktu zamocowania czujnika na narzędziu powoduje zmianę wartości rejestrowanych przemieszczeń. (Y.S. Tarng, J.Y. Kao, E.C. Lee, Chatter suppression in turning operations with a turned vibration absorber, Journal of Materials Processing Technology 105, 2000, s ). Takie rozwiązanie nie uwzględnia przemieszczeń obracającego się wałka i jego ugięcia wynikającego z sił skrawania. Znane jest rozwiązanie, w którym wykorzystuje się czujnik optyczny do pomiaru przemieszczeń względnych w układzie N-PO. (S.K. Choudhury, M.S. Sharath, On-line control of machine tool vibration during turning operation, Journal of Materials Processing Technology 47, 1995, s ). Układ ten, w odróżnieniu od pozostałych, uwzględnia przemieszczenia zarówno wałka jak i przedmiotu obrabianego, lecz tylko w jednym kierunku. Wadą czujników optycznych jest duża wrażliwość na jakość powierzchni i natężenie światła podczas pomiaru. Głowica pomiarowa do pomiaru przemieszczeń względnych, zawierająca czujnik przemieszczeń osadzony w korpusie głowicy równolegle do ruchu poprzecznego narzędzia względem przedmiotu obrabianego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest wyposażona w drugi czujnik przemieszczeń zainstalowany na trzpieniu osadzonym suwliwie w obudowie prostopadle do czujnika osadzonego w korpusie głowicy. Obudowa posiada suwak, wystający poza zarys prostopadłościennej obudowy, którym jest osadzona suwliwie w korpusie głowicy. Korzystnie, trzpień, na którym jest zainstalowany drugi czujnik, posiada powierzchnię płaską, z którą współpracuje śruba kontrująca obudowy, i jest zakończony tłoczkiem, korzystnie w postaci cylindra, przy czym pomiędzy powierzchnią czołową tłoczka a ścianką obudowy jest sprężyna, natomiast w pokrywie obudowy jest śruba regulacyjna współpracująca z drugą powierzchnią czołową tłoczka. Korzystnie, suwak, przy pomocy którego obudowa jest osadzona suwliwie w korpusie głowicy, posiada powierzchnię płaską, z którą współpracuje śruba kontrująca korpusu i suwak jest zakończony tłoczkiem, korzystnie w postaci cylindra. Pomiędzy powierzchnią czołową tłoczka, a ścianką korpusu jest sprężyna, natomiast w pokrywie korpusu jest śruba regulacyjna współpracująca z drugą powierzchnią czołową tłoczka. Głowica pomiarowa według wynalazku umożliwia szybki i bardzo dokładny pomiar przemieszczeń względnych w układzie N-PO, dla wielu rodzajów narzędzi oraz różnych gabarytów obrabianego

3 PL B1 3 przedmiotu. Głowica stanowiąca zespół nośny czujników, dzięki swojej uniwersalności może być montowana na różnych oprawkach narzędziowych, i wykorzystywana na większości tokarek. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok aksonometryczny głowicy pomiarowej w układzie N-PO, fig. 2 widok z boku głowicy pomiarowej, fig. 3 widok z góry, a fig. 4 przekrój obudowy głowicy pomiarowej. Pierwszy czujnik przemieszczeń 1 jest zainstalowany w trzpieniu 7 osadzonym suwliwie w korpusie głowicy 9. Konstrukcja ta umożliwia regulację położenia czujnika 1 w kierunku osi X względem bieżni pomiarowej nieobrobionej lub wstępnie przygotowanej powierzchni wałka 6, za pomocą systemu regulacji. W korpusie głowicy 9 osadzony suwliwie suwak 17 obudowy 8 pozwalający na regulację jej położenia w osi Y. W obudowie 8 jest prowadnica 10 tłoczka 12 osadzonego na trzpieniu 11, w którym zainstalowany jest drugi czujnik 2. Głowica pomiarowa stanowiąca zespół nośny czujników składa się z obudowy 8 i korpusu 9 umocowanego do oprawki 3. W obudowie 8 jest prowadnica 10 dla tłoczka 12 na którym jest gumowy pierścień 13. W tłoczku 12 jest zamocowany trzpień 11. Pomiędzy obudową 8, a tłoczkiem 12 jest sprężyna 14, która zapewnia wstępne napięcie układu regulacyjnego oraz realizuje ruch powrotny tłoczka 12 wraz z zamocowanym trzpieniem 11. Dokładna regulacja położenia czujników realizowana jest za pomocą śrub regulacyjnych 15. Z płaską powierzchnią 5 trzpienia 11 współpracuje śruba kontrująca 16 umożliwiającą blokadę wykorzystywaną podczas pomiaru przemieszczeń w układzie narzędzie przedmiot obrabiany, w celu zwiększenia sztywności układu pomiarowego oraz wyeliminowaniu luzów w układzie prowadnic. Obudowa 8 posiada suwak 17, wystający poza jej prostopadłościenny zarys, którym obudowa 8 jest osadzona suwliwie w korpusie 9. Suwak 17, ma zarys zbliżony do trzpienia 11, z płaską powierzchnią 5 współpracującą ze śrubą kontrującą 16 oraz tłoczkiem 12, w prowadnicy korpusu. Obudowa 8 oraz korpus 9 posiadają pokrywy 18, w których są śruby 15 umożliwiające dokładną regulację położenia czujników 1, 2. Demontowalne pokrywy 18 umożliwiają, poprzez wymianę, stosowanie różnych układów regulacji położenia, oraz różnych długości trzpienia 11, a także suwaka 17, co zwiększa zakres stosowania głowicy pomiarowej. Podczas obróbki tokarskiej występują przemieszczenia względne noża tokarskiego i toczonego przedmiotu w dwóch kierunkach, są to przemieszczenia w kierunku osi X oraz przemieszczenia w kierunku prostopadłym do osi X wynikające z kinematyki procesu skrawania, ugięcia się wałka oraz niepożądanych zjawisk występujących podczas procesu skrawania. Po zamocowaniu przedmiotu obrabianego 6 w uchwycie tokarskim następuje automatyczny dojazd głowicy pomiarowej do powierzchni obrabianej. Za pomocą układu regulacji składającego się ze śruby regulacyjnej 15, sprężyny 14, a także tłoczka 12 z trzpieniem 11 przeprowadzana jest kalibracja układu pomiarowego poprzez regulację odległości czujników 1, 2 od powierzchni obrabianej przedmiotu obrabianego 6. Odległość czujnika 1 od noża tokarskiego 4, po przeprowadzeniu kalibracji, jest ściśle określona i nie podlega ponownej regulacji. Drugi czujnik przemieszczeń 2 jest ustawiony pod kątem 90 stopni w stosunku do pierwszego czujnika 1. Za pomocą prowadnic i elementów prowadzonych jest regulowane położenia czujnika 2 względem przedmiotu obrabianego 6, tak aby pomiar można było wykonywać dokładnie w osi obrabianego przedmiotu 6. Po dokładnym ustawieniu czujników 1, 2 względem obrabianego przedmiotu 6 ich położenie jest blokowane za pomocą śrub kontrujących 16. Istnieje możliwość rozszerzenia zakresu pomiarowego średnicy wałków wynikająca z zastosowania dłuższego trzpienia oraz suwaka. Głowica pomiarowa do pomiaru przemieszczeń względnych może być stosowana do pomiaru drgań zarówno przy obróbce na sucho jak i z zastosowaniem chłodziwa. Zastrzeżenia patentowe 1. Głowica pomiarowa do pomiaru przemieszczeń względnych, zawierająca czujnik przemieszczeń osadzony w korpusie głowicy równolegle do ruchu poprzecznego narzędzia, względem przedmiotu obrabianego, znamienna tym, że jest wyposażona w drugi czujnik przemieszczeń (2) zainstalowany na trzpieniu (11) osadzonym suwliwie w obudowie (8) prostopadle do czujnika (1) osadzonego w korpusie głowicy (9) przy czym obudowa (8) posiada suwak (17), wystający poza zarys prostopadłościennej obudowy (8), którym jest osadzona suwliwie w korpusie głowicy (9).

4 4 PL B1 2. Głowica pomiarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że trzpień (11) posiada powierzchnię płaską (5), z którą współpracuje śruba kontrująca (16), i jest zakończony tłoczkiem (12), korzystnie w postaci cylindra, przy czym pomiędzy powierzchnią czołową tłoczka (12) a ścianką obudowy (8) jest sprężyna (14), natomiast w pokrywie (18) obudowy jest śruba regulacyjna (15) współpracująca z drugą powierzchnią czołową tłoczka (12). 3. Głowica pomiarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że suwak (17) posiada powierzchnię płaską (5'), z którą współpracuje śruba kontrująca (16) korpusu (9) i jest zakończony tłoczkiem (12), przy czym pomiędzy powierzchnią czołową tłoczka (12), a ścianką korpusu (9) jest sprężyna (14), natomiast w pokrywie (18) jest śruba regulacyjna (15) współpracująca z drugą powierzchnią czołową tłoczka (12).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)