Копировальный прибор

.И. Степанов и А.Г. Ал обретен ь обое конструкторское бюро станкостроени) Заявнтел 541 КОПИРОВАЛЬНЫЙ ПРИБОР в прото- низкий стене то" оторых ышать ра- ьного ипе м оэффи о, чт омеще очее тержн Однако в приборе всл маций (раст, стержней по нагрузки па перемещение20 ышение точ ется тем ие концы с н 1Изобретение относится к устройст вам для копировальных станков и мо" жет быть использовано в частности, для копировально-фрезерных станков и контрольно-управляющих машин.Известны копировальные приборы, содержащие корпус, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным пальцем, установленный в радиальной подвеске, выполненной иэ уп- ругих стержней, концы которых закреплены в кольцах и установленной с возможностью осевого перемещения . относительно корпуса, и демпфер для гашения колебаний измерительного стержня в трех направлениях 11.известном копировальномедствие паразитных дефоряжения и сжатия ) упругих д действием радиальной раллельно-поступательное скрепленного с ними изме рительного стержня несколько искажа. ется, Это является причиной погреш"ности 2-го порядка малости кинематической передачи копировальногоприбора при использовании копироваль"ных пальцев различной длины, так какв этом случае передаточное отношениерадиальной подвески копировальногоприбора становится, отличным отЭто недопустимо в копировальных приборах для станков повышенной точности. е того, применяемый сляный демпфер имеет иент затухания вслед рабочие зазоры, р к о масло, должны прев еремещение иэмерител Цель изобретенияности копирования. Поставленная цельчто в приборе верхние3стержней закреплены на разных диаметрах колец, причем меньший диаметр заделки распо.ожен со стороны копировального пальца, а диаметр выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементов связанной с измерительным стержнем и с корпусом.С целью повышения осевой жесткости упругих стержней и обеспечения 10 постоянства их радиальной жесткости упругие стержни выполнены переменного сечения и имеют среднюю утолщенную часть и концевые участки уменьшенного поперечного сечения в форме 1 э правильного многоугольника,С целью уменьшения зоны нечувствительности прибора втулка дечпфера выполнена из антифрикционного материала. 30 9961 На фиг. 1 представлен прибор, продольный разрез; на фиг. 2 - радиальная подвеска; на фиг, 3 - положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки при параллельной установке упругих стержней; на фиг.йположение измерительного стержня под. действием радиальной нагрузки при наклонной установке упругих стержней30 (без учета их осевой деФормации);на Фиг. 5 - то же, но с учетом осевой деформации упругих стержней; на фиг. 6 " разрез Б-Б на Фиг. 2.Копировальный прибор содержит корпус 1 (фиг, 1), в котором на пружи не 2 установлена с возможностью осевого перемещения на шариках 3, находящихся в сепараторе М, втулка 5.С этой втулкой соединена радиальная подвеска 6, связанная с измеритель е ным стержнем 7 для обеспечения его радиальных, а посредством втулки 5- осевых перемещений. На измерительном стержне 7 укреплен копировальный палец 8 для слежения по копиру 9. 4С втулкой 5 связан также якорь 10 датчика осевого перемещения с;:сердеч- ником 11. С измерительным стержнем 7 связаны якоря 12 датчиков радиального перемещения с сердечниками .13. Сер- зф дечники 11 и 13 с установленными на них катушками (не показаны) укреплены в корпусе 1. Датчики линейных перемещений служат для регистрации положения измерительного стержня 7 ээ относительно корпуса 1. На крышке 11 копировального прибора укреплена пружина 15, установленная до упора в 73 4шайбу 16, закрепленную на измери"тельном стержне 7. Втулка 17 демп-,фера прижата к корпусу 1 пружиной 8,расположенной внутри втулки 17, иодновременно - к измерительному стержню 7 с помощью шайбы 19 и пружины 20,упирающейся во втулку 21. Демпферслужит для демпфирования колебанийизмерительного стержня 7.Радиальная подвеска 6 (подробнопредставлена на фиг, 2) состоит иэтрех упругих стержней 22 переменногопоперечного сечения с утолщеннойсредней частью и концевыми участками23 уменьшенного поперечного сеченияв форме квадрата, Концы этих участков соединены .кольцами 2 М и 25, Верхнее кольцо 2 скреплено с втулкой 5(Фиг. 1), а нижнее 25 - с измерительным стержнем 7. Нижние концевыеучастки установлены на уменьшенномна величину 2 ЬВ диаметре кольца,создавая этим эффект наклона упругих стержней на угол с,Работа копировального прибораосуществляется следующим образом.Под воздействием копира 9 на копи ровальный палец 8 измерительный стержень 7 перемещается поступательно по направлению нормали к поверхности ко. пира 9, так как податливости осевой и радиальной подвесок выполняются равнымиОсевое перемещение измерительного стержня осуществляется при движении втулки 5 вдоль оси прибора. за счет податливости пружин 2 и 15, При этом якорь 10 смещается относительно сердечника 11 датчика осевого перемещения, возникают электрические сигналы на выходе прибора - и осевое перемещение измерительного стержня будет измерено. Радиальное перемещение измерительного стержня 7 осуществляется эа счет податливости упругих стержней 22 радиальной подвески б. Измерение радиального перемещения осуществляется при смещении якоря 12 относительно сердечников 13 датчиков радиального перемещения: возникающие рри этом на выходе прибора электрические сигналы фиксируют радиальное смещение измерительного стержня 7, Причем перемещение упругих стержней 22 происходит параллельно-поступательно в результате следующих причин..Под действием радиальной нагрузки Р (фиг, 3) на копировальный палец 8 измерительного стержня 7 возникает момент силыИ Рф% где 1. - плечо приложения, нагрузки Р,Иомент И вызывает растяжение одних упругих стержней 22 и сжатие дру. гих на величину д, причем величина растяжения"сжатия .на разных участ- в ках упругих стержней переменного сечения различнаГЬ, ГХдЕ = 2 д+ ьВ = г е е.1И Р 1.где ГЬ - расстояние между стержнями (фиг. 2);С и Я - длины концевых и сред 1 229него участков упругихстержней;Э и .3 - моменты инерции концемвых и среднего участков упругих стержней;ИЕ - модуль упругости.Деформации упругих стержней яв" ляются причиной поворота измерительного стержня в направлении действия силы Р на угол39 Но если установить упругие стернни 22 наклонно по отношению к оси 3 измерительного стержня 7 на угол с (фиг. 4) и воздействовать на них той. .же нагрузкой Р, то без учета влияния деформаций (растяжения"сжатия .уп-ругих стержней - плоскость заделки а концов упругих стержней наклоняется на угол 5, противоположный по знаку углу 3 Величина угла Ъ определя-ется из следующих соотношенийЬ= д" Щ т,к. фС 28+С 3 . 432 Ь 2 сна(,РЦЬ Ь 1 сгде с - жесткость радиальной подвески.ф с и фф2 Р-оСТаким образом, изменяя угол а(., можно . добиться, чтобыФ= -РОкончательно положение измерительного стержня под действием радиальной нагрузки Р с учетом влияния осевых деформаций (растяжения-сжатия) упругих стержней, установленных на 73 4клонно к этой оси, указано на фиг,5.Ось измерительного стержня под действием радиальной нагрузки Р перемещается параллельно-поступательновследствие равенства угловых перемещений Я (измерительного стержня) и5 (плоскости заделки концов упругихстержней, установленных наклонно).Демпфирование колебаний иэмеритеяьного стержня 7 осуществляется втрех направлениях: в осевом направлении за счет трения между втулкой17 демпфера и корпусом 1, создаваемого пружиной 18, помещенной внутривтулки 17; в радиальных направленияхза счет трения между той же втулкой,17 и шайбой 19 с помощью пружины 20,поджимающей втулку 17 и шайбу 19друг к другу. Демпфирование колебаний с использованием трения болееэффективно, чем реализованное в про.тотипе масляное демпфирование, таккак коэффициент затухания при трении выше, чем в масляном демпфере сбольшими рабочими зазорами, ослабляющими эффект гашения колебаний.Более эффективное, чем в прототипе,демпфирование колебаний измерительного стержня 8 способствует повышениюточности копирования.Кроме того, втулка 17 демпфераизготовлена из Фторлона, которыйпри скольжении по металлу имеет практически одинаковые коэффициенты трения покоя и движения,Близость величин коэффициентов тре"ния покоя и движения, за счет материала демпфера обеспечивает требуемое демпфирование колебаний и уменьшается нестабильность положения измерительного стержня относительнокорпуса при отсутствии контакта копировального пальца с копиром, т.е.уменьшается зона нестабильности прибора и следовательно повышается точ,ность кинематической передачи копировального прибора.Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения состоит в повышении точностикопирования деталей на станках, ос"нащенных копировальными приборами сповышенной точностью кинематическойпередачи.Это повышение кинематической точности предлагаемого копировальногоприбора обеспечивается положительным эффектом, возникающим вследствие использования в его конструкции7 9961новых технических решений, а именно;наклона упругих стержней радиальнойподвески к оси измерительного стерж.ня, обеспечивающего параллельно"поступательное перемещение измеритель- Фного стержня под действием радиаль-.ной нагрузки новой конструкции упругих стержней, обеспечивающей повышение осевой жесткости упругихстержней, что позволяет осуществить Юпараллельно-поступательное перемещение измерительного стержня при меньшем значении угла наклона упругихстержней к измерительному стержню.Это уменьшение угла наклона позволяет сохранить прочность утонченных сечений упругих стержней, таккак при увеличении угла наклона радиальная жесткость системы упругихстержней оущественно возрастает. Чтобы оставить радиальную жесткость натребуемом уровне, приходится умень-:,шать сечение концевых участков упругих стержней. Точность кйнематической передачи тем выше, чем меньшие 2величины отклонений приходится компенсировать; новых конструкций иматериалов демпфера, позволяющих проводить демпфирование на основе трения, коэффициент затухания колебаний эвкоторого выше, чем при масляном демпфировайии, реализованном в прототипе,.а также уменьшить зону нестабильностйкопировального прибора при использовании антифрикционного материаладемпфера,Повышение кинематической точностикопировального прибора способствуетповышению точности копирования деталей на станке, причем деталей сложного профиля, например деталей штампов, что сокращает, объем доводочныхслесарных операций, т.е. удешевляетпроизводство промышленной продукции.В то же время в результате повышенияточности копирования повышается конкурентноспособность наших копировально-фрезерных станков на мировомрынке, Особо важное значение имеетприменение предлагаемого копировального прибора на контрольно-управляюЮщей машине, на которой не толькокопируют модель для передачи информации фрезерному станку с ЧПУ, но и из"меряют изделия в автоматическом режиИ 73 8ме после их окончательной обработки, а затем сравнивают с заданной по про; грамме поверхностью. Таким образом в случае копировально-управляющей машины имеет место не только повышение точности изготовления промышленной продукций, но и дополнительный эффект - повышение уровня автоматизации контрольных операций.формула изобретения1. Копировальный прибор,. содержащий корпус, в котором размещены датчики линейных перемещений и измерительный стержень с копировальным пальцем, установленный в радиальной подвеске, выполненной из упругих стерж-.ней, концы которых закреплены в коль.цах, и установленной с возможностьюосевого перемещения относительнокорпуса, идемпфердля гашения колебаний измерительного стержня в трех направлениях, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности .копирования, верхние и нижние концыстержней закреплены на разных диаметрах колец, причем .меньший диаметрзаделки расположен со стороны копировального пальца, а демпфер выполнен в виде втулки, посредством введенных в прибор упругих элементовсвязанной с измерительным стержнеми скорпусом.2. Прибор по п. 1 о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения осевой жесткости упругих стержней и обеспечения постоянства их радиальной жесткости, упругие стержнивыполнены переменного сечения и имеют среднюю утолщенную часть и концевые участки уменьшенного поперечного сечения в форме правильного многоугольника.3. Прибор пр и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения зоны нечувствительности прибора,втулка демпфера выполнена из антифрикционного материала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке й 265147 Р 06,кл. В 23 Я 3 У 04, 1980.А-А Составитель И. КольбТехред И Гергель А, ференц едактор Н. Гора ор Заказ 802/24 илиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 758 НИИПИ Государстве по делам изобрет 035, Иосква; Ж"35Подписноеого комитета СССРий и открытийРауаская наб., д. М 5