Применение измерительных головок на станках

Измерительная головка позволяет производить измерение координат некоторых точек на поверхности детали, приспособления или инструмента. Результат измерения связан с использованием разных систем координат для разных элементов системы станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД). Пример измерения размера детали L показан на рис. 125. На этом рисунке обозначены следующие системы координат: O_сZ_сU_с – система координат станка, в которой осуществляется отчёт координатных перемещений органов станка; О_пZ_пU_п – система координат приспособления – спутника; О_дZ_дU_д – система координат детали; О_гZ_гU_г – система координат измерительной головки. Описываемый пример характерен для обработки и измерений на обрабатывающих центрах.

Измеряемый размер L через координаты некоторых базовых точек А и В может быть выражен в системе координат детали следующим образом: L = Z_да – Z_дв. Однако непосредственное измерение координат Z_да и Z_дв невозможно. Эти координаты определяются косвенным путём из соотношений (в качестве примера рассмотрена базовая точка А)

,

где – радиус-вектор базовой точки А в системе координат детали; – матрица направляющих косинусов, учитывающая поворот системы координат детали на угол φ относительно системы координат спутника вследствие погрешности базирования; – радиус-вектор базовой точки А в системе координат станка; – радиус-вектор начала системы координат детали в системе координат станка.

Если учесть погрешность базирования детали в приспособлении-спутнике, то , где – погрешность базирования вдоль координаты Z. Приведённые выше соотношения можно записать в координатной форме:

,

или ,

.

Искомая координата базовой точки А

,

где Z_ог – измеренное в системе координат станка перемещение измерительной головки в точку А, определённое по сигналу головки «касания»; Z_оп – расчетное положение начала системы координат спутника в системе координат станка; D – линейная составляющая погрешности базирования детали в приспособлении-спутнике; – угловая погрешность базирования детали в приспособлении-спутнике (поворот детали вокруг оси C, перпендикулярной плоскости чертежа).

Таким образом, искомая координата Z_да на основании одного измерения может быть найдена с неопределённостью, обусловленной составляющими погрешности базирования D и . Для уточнения результата измерения можно произвести измерения нескольких точек, лежащих на поверхности детали, с координатой Z_да. Для каждой точки будет получена пара измеренных значений Z_ог и U_ог, что позволит записать систему уравнений и в результате расчетным путем получить значения Z_да, и D.

В общем случае обрабатываемые поверхности детали, поверхности заготовки или приспособления следует описывать в пространственной системе координат. При этом

,

где – радиус-вектор точки контакта К наконечника измерительной головки с контролируемой поверхностью в системе координат станка; – радиус-вектор точки К в системе координат измерительной головки; М_сг – матрица направляющих косинусов поворота системы координат измерительной головки относительно системы координат станка;

– радиус-вектор начала координат системы координат измерительной головки в системе координат станка.

С другой стороны

,

где М_сп – матрица направляющих косинусов, учитывающая поворот системы координат приспособления-спутника в системе координат станка; М_пд – матрица направляющих косинусов, учитывающая поворот системы координат спутника в системе координат станка; – радиус-вектор точки К в системе координат детали; – радиус-вектор начала системы координат детали в системе координат спутника; – радиус-вектор начала системы координат спутника в системе координат станка.

При этом ,

,

где – матрица, учитывающая поворот системы координат с индексом относительно системы координат с индексом вокруг осей , , соответственно на углы , и .

Возможны следующие варианты применения измерительной головки, устанавливаемой вместо обрабатывающего инструмента в шпиндель обрабатывающего центра или в инструментальный орган токарного станка с ЧПУ:

· контроль базовых точек спутника до начала обработки для определения погрешности базирования на станке и коррекции управляющей программы для компенсации этой погрешности;

· контроль базовых точек заготовки для определения погрешности базирования заготовки или величины фактического припуска на обработку;

· контроль базовых точек обработанной поверхности детали для определения смещения настройки станка и внесения коррекций в управляющую программу;

· комбинация перечисленных способов для дифференциации составляющих погрешности обработки или решения задач технического контроля качества обработанной детали.

Измерительная головка может использоваться для контроля инструмента. В этом случае она устанавливается на столе или станине станка и к её измерительному наконечнику периодически подводится инструмент для контроля координаты его базовой точки (рис. 126).

Результаты контроля в этом случае используются для диагностики целостности инструмента, для оценки его настроенности и для определения величины износа. В двух последних случаях результат измерения можно использовать для коррекции управляющей программы, чтобы компенсировать влияние названных составляющих погрешностей на точность обработки детали.