Измерительные головки

Для обеспечения параметрической надёжности ГПМ и заданного уровня качества обрабатываемых деталей необходимо иметь систему, позволяющую контролировать размеры обработанной детали на станке и по результатам измерений корректировать технологический процесс. В основе таких систем лежит использование измерительной головки, которая, наряду с обычным инструментом, хранится в инструментальном магазине станка и при производстве измерений устанавливается в шпиндель. Такая измерительная головка представляет собой точный датчик касания (индикатор касания), снабжённый оправкой для установки в шпиндель станка. При подводе измерительного наконечника датчика к какой-либо поверхности он выдаёт в момент касания измерительный сигнал, причём точность выдачи этого сигнала характеризуется погрешностью в единицы микрометров, т.е. весьма высока.

Пример измерения на станке с использованием измерительной головки показан на рис. 122. Измерительная головка ИГ установлена в шпинделе обрабатывающего центра и вследствие его перемещения вдоль координаты Z подаётся к поверхности обрабатываемой детали, установленной на столе станка.

В момент соприкосновения измерительного наконечника с поверхностью детали электронный модуль ИГ генерирует измерительный сигнал, который по каналу связи поступает в приёмный модуль, установленный неподвижно на станине станка. Выход этого модуля через интерфейсную схему соединён с входом сигналов датчиков технологического оборудования устройства ЧПУ станка.

В момент поступления сигнала от измерительной головки
УЧПУ фиксирует координату Z_к точки касания и затем использует её для определения требуемой коррекции программы. С учётом всех влияющих факторов суммарная погрешность измерения координаты точки касания на станке составляет около 0,03 мм.

Известны различные конструкции измерительных головок. Наибольшее применение на станках с ЧПУ получили электроконтактные трёхкоординатные измерительные головки, основанные на схеме, предложенной фирмой «Ренишоу электрикал» (рис. 123). Измерительный стержень 1 головки устанавливается на опорной поверхности 2, соединённой с корпусом головки посредством трёх тел вращения (ролики 4) и трёх призм, образованных также телами вращения (шарики 3). Силовое замыкание осуществляется измерительной пружиной 5.

Базирующие шарики 3 прикреплены к основанию 2 через изоляторы и соединены в последовательную электрическую цепь. В свободном состоянии измерительного стрежня 1 эта цепь замкнута. При воздействии силы на измерительный стержень вдоль его поверхности вверх или перпендикулярно его оси в любом направлении происходит перемещение последнего и разрыв электрической цепи. При размыкании контактов формируется электрический измерительный сигнал «касание». В корпус головки встраивается электронный преобразователь для формирования измерительного сигнала при размыкании электрических контактов.

Поскольку головка храниться в инструментальном магазине станка и в рабочем состоянии присоединение её к устройству ЧПУ с помощью кабеля невозможно, то она снабжается автономным источником электропитания (батарея) и устройством для бескабельной передачи электрического сигнала.

В таком устройстве используется передача сигнала световым лучом, для чего в корпус головки встраивается светодиод инфракрасного излучения, управляемой электрической схемой головки. Световой импульс, генерируемый светодиодом в момент размыкания контактов, воспринимается фотодиодом, который входит в состав приёмного модуля измерительной головки, устанавливаемого неподвижно на станине станка (или его стойке) и соединенного через интерфейс с устройством ЧПУ станка. С помощью светового луча измерительный сигнал может передаваться на значительное расстояние (более метра).

Возможна бескабельная передача измерительного сигнала с помощью воздушного трансформатора, образуемого системой обмоток, часть которых располагается в корпусе измерительной головки, а часть в приёмном модуле головки.

После установки головки в шпиндель станка эти обмотки оказываются на небольшом расстоянии друг от друга и между ними образуется индуктивная связь, что позволяет передавать сигнал из одной обмотки в другую. Таким путём возможна не только передача измерительного сигнала, но и подача электрической схеме головки напряжения питания. Дистанционность трансформаторного (индуктивного) канала невелика и составляет около 2 мм.

Общий вид измерительной головки показан на рис. 124, где 1 – устройство бескабельной передачи измерительного сигнала, 2 – приёмный модуль, 3 – оправка для установки головки в шпиндель станка, 4 – корпус измерительной головки, 5 – сменный измерительный наконечник. Подобные измерительные головки освоены отечественными предприятиями.

Индикатор контакта БВ-4271 – трёхкоординатная электроконтактная головка для станков с ЧПУ токарной группы. Индикатор контакта БВ-4272 – такая же головка, но предназначена для использования на обрабатывающих центрах. Известны и другие конструкции измерительных головок. Для получения сигнала контакта в них используются не только электроконтактные измерительные преобразователи, но и преобразователи других типов, например пьезоэлектрические.

В последнее время начали привлекать внимание головки отклонения, определяющие не только момент касания измерительным наконечником контролируемой поверхности, но и величину отклонения наконечника от исходного положения с преобразованием её в пропорциональный измерительный сигнал. В головках отклонения используются индуктивные измерительные преобразователи.