Bryansk, Bryansk, Russian Federation
Bryansk, Bryansk, Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
An automated device for deviation control from parallelism of surfaces in prismatic parts is described. The device is an inexpensive analog of a coordinate measuring machine and allows facilitating and accelerating considerably a process of measurement and processing information obtained in comparison with manual labor. There is presented an assembly drawing of an automated control device and also a structural and a block diagram of the control system for an automated control device. A description of elements of the control system and an automated control device is given, a principle of automated control device operation is de-scribed. To control measurements by a computer there is developed an application by LabVIEW graphic pro-gramming means.
automatic control systems, deviation from parallelism, prismatic parts, control system
Введение
Развитие современной промышленности, повышение ее технического уровня, рост эффективности производства и всестороннее повышение качества выпускаемой продукции неразрывно связаны с достижениями науки и техники, автоматизацией производства и сопровождаются интенсивным развитием и совершенствованием средств контроля и управления технологическими процессами.
Надежность любой машины, функционирование её узлов в расчетном режиме, а значит, и ресурс в определяющей степени зависят от геометрической точности изготовления деталей по сопрягаемым поверхностям. Повышение требований к качеству машин влечет за собой ужесточение допусков. Одновременно повышается стоимость и трудоемкость операций контроля в технологическом процессе изготовления деталей и изделий, совершенствуются измерительные средства. Себестоимость контроля в отдельных отраслях машиностроения может составлять 25…30 % от себестоимости изделий.
Как правило, одну метрологическую задачу можно решить с помощью различных измерительных средств, которые имеют не только разную стоимость, но и различные точность и другие метрологические показатели, а следовательно, дают неодинаковые результаты.
Применение автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) и комплексных испытаний деталей машин наиболее необходимо в тех областях науки и техники, которые имеют дело с использованием больших объемов информации.
Автоматизированная система научно-технических исследований представляет собой аппаратно-программный комплекс на базе средств вычислительной техники, предназначенный для получения, уточнения и апробации математических моделей исследуемых объектов, явлений, процессов.
В основу АСНИ положены принципы обмена информацией между исследователем и экспериментальной установкой в реальном масштабе времени. При этом АСНИ осуществляет:
- сбор измерительной информации, ее первичную обработку (в соответствии с алгоритмом процесса исследования);
- обмен управляющей информацией между экспериментальной установкой и ЭВМ;
- хранение информации и обмен ею с другими ЭВМ.
Конструкция автоматизированной системы контроля отклонения от параллельности призматических деталей
Наиболее удобным и универсальным средством измерения отклонений от расположения являются координатно-измерительные устройства – приборы для измерения положения точек на поверхности элементов деталей в системе плоских или пространственных координат, конструкция которых взята за основу при разработке АСНИ [1; 4].
По ГОСТ 24642-83 отклонение от параллельности плоскостей - это разность D наибольшего и наименьшего расстояний между плоскостями в пределах нормируемого участка (рис. 1).
Рис. 1. Отклонение от параллельности плоскостей
Отклонение от параллельности плоскостей возникает при неправильно сориентированной уже обработанной плоскости на горизонтальной плоскости стола. Причинами данных отклонений могут стать: загрязненность или повреждение поверхности рабочего стола (магнитной плиты); выпуклость забоины на базовой поверхности заготовки; неточность зажимных приспособлений или неравномерная их установка; неверное закрепление заготовки; заниженная твердость или неправильная правка круга; чрезмерный нагрев детали; изношенность направляющих станин и других частей станка.
На рис. 2 представлена конструкция автоматизированной системы контроля. В ее основе лежит компоновка с подвижным П-образным порталом с замкнутым контуром, образованным жестко соединенными балкой, двумя стойками и замыкающим мостиком.
Основание 1 изготавливается из алюминиевого конструкционного профиля и фрезерованных алюминиевых деталей. Выбранный профиль имеет большой момент инерции, что позволяет избежать прогибов стола. Эталонной поверхностью служит поверочная плита 2, на которую устанавливается деталь. Портал 3 из алюминиевого сплава имеет небольшой вес, что обеспечивает хорошую динамику устройства. Кроме того, алюминий быстро принимает температуру окружающей среды, что снижает температурные погрешности [2; 3].
Перемещение датчика осуществляется по трем осям X, Y, Z по направляющим 4 при помощи шаговых двигателей 5 и шарико-винтовой передачи (ШВП) 6. Шаговый двигатель через муфту передает крутящий момент винту, который совместно с гайкой ШВП преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное. Винт крепится к основанию при помощи подшипниковой опоры винта.
Привод портала, расположенный посередине основания машины под специальным накладным столом в непосредственной близости к центру пространства наиболее вероятных измерений, совпадает с проекцией центра тяжести портала. Накладным столом служит стол с Т-пазами. Наибольшие размеры устанавливаемой детали B×L×H=400×400×200 мм.
Для измерения отклонения используется LVDT-датчик GCD-SE 100.
LVDT - это датчики положения и перемещения на основе дифференциального трансформатора [5]. LVDT-датчик является электромеханическим преобразователем, реагирующим на смещение сердечника. Положение сердечника определяется соотношением напряжений на вторичных обмотках.
Преимуществами датчиков данного типа являются:
- отсутствие контакта корпуса и внутренних деталей с чувствительным элементом, а следовательно, и отсутствие износа при движении штока;
Рис. 2. Конструкция автоматизированной системы контроля
отклонения от параллельности
призматических деталей
- высокая защищенность от влаги и пыли;
- отсутствие влияния вибрации на пропадание сигнала;
- определение положения штока при включении.
Система управления автоматизированной системой контроля отклонения от параллельности призматических деталей
В качестве устройства управления выбран микроконтроллер Atmega8, который обладает хорошими техническими характеристиками и относительно невысокой стоимостью.
Функциональная схема системы управления автоматизированной системой контроля представлена на рис. 3.
Рис. 3. Функциональная схема системы управления автоматизированной системой контроля
Сигнал от датчика положения GCD-SE 100 поступает на АЦП последовательного приближения LTC 1297. После преобразования цифровой сигнал поступает на устройство управления (микроконтроллер Atmega8). Связь с LTC1297 осуществляется с помощью стандартного SPI-совместимого последовательного интерфейса. Управление шаговым двигателем происходит при помощи драйвера шагового двигателя DM442. Связь между микроконтроллером и компьютером осуществляется за счет интегральной схемы MAX232, преобразующей сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах.
Проведение измерений и обработка полученных результатов
Методика координатных измерений включает в себя стратегию измерения (рекомендуемое число точек, их расположение на контролируемых поверхностях и последовательность обхода (траектория движения) при измерении).
По ГОСТ 25443-82 при проверке прямоугольных поверхностей измерения следует проводить в точках пересечения продольных и поперечных сечений, указанных на рис. 4 и в табл. 1, 2.
Для повышения точности измерения было разработано алгоритмическое и программное обеспечение для определения и компенсации погрешности механической части приводов автоматизированной системы контроля отклонения от параллельности поверхностей призматических деталей.
Перед измерением детали производится калибровка по эталонной поверхности (поверочной плите), установленной на столе. Измерения проводят последовательно в сечениях (точках) проверяемой поверхности, установленных для детали по рис. 4 и табл. 1, 2. Величина отклонений хранится в памяти микроконтроллера и при измерении детали компенсируется.
Рис. 4. Расположение проверяемых сечений
Таблица 1
Проверяемые поперечные сечения
|
Длина проверяемой поверхности L, мм |
Расположение проверяемых поперечных сечений В1, В2,…Вn |
|
До 200 |
a=L/5, но не менее 40 мм |
|
Св. 200 до 630 |
a=L/5, но не менее 80 мм |
Таблица 2
Проверяемые продольные сечения
|
Ширина проверяемой поверхности В, мм |
Расположение проверяемых продольных сечений А1, А2,…Аn |
|
До 200 |
Среднее продольное сечение |
|
Св. 200 до 630 |
b=B/3 |
Для управления установкой от ПЭВМ было разработано приложение в среде графического программирования LabView.
В программе управления есть 3 режима (рис. 5):
- Поиск X,Y,Z – HOME (поиск нулевой точки).
- Калибровка.
- Сканирование.
Перед измерением детали необходимо указать ее размеры для расчета количества и расположения точек измерения.
Результаты измерений сохраняются в базе данных, разработанной в Microsoft Access (рис. 6). Полученную информацию можно отсортировать по ФИО проводившего измерение и по величине отклонения (рис. 7).
Во время процесса контроля на производстве оператор сталкивается с большой номенклатурой измеряемых деталей. Его задачей является разработка оптимальной стратегии измерения детали, написание программы измерения и анализ полученных результатов. От правильно разработанной стратегии измерения зависит не только точность, но и производительность, т.е. разработанная автоматизированная система контроля позволяет сократить время, затрачиваемое на контроль и обработку информации.
Рис. 5. Панель оператора автоматизированной системы контроля
Рис. 6. База данных по измеренным деталям
Рис. 7. Выборка по фамилии и отклонению (меньше 0,02)
Заключение
Разработанная автоматизированная система контроля отклонения от параллельности призматических деталей позволит:
- в несколько раз сократить время проведения исследования;
- увеличить точность и достоверность результатов измерения;
- усилить контроль за ходом измерений;
- сократить количество участников измерений;
- повысить качество и информативность измерений за счет более тщательной обработки данных;
- оперативно выводить результаты измерений в наиболее удобной форме.
1. Gapshis, A.A. Koordinatnye izmeritel'nye mashiny i ih primenenie / A.A. Gapshis, A.Yu. Kasparaytis, M.B. Modestov. – M.: Mashinostroenie, 1988. – 328 s.
2. Faskiev, R.S. Proektirovanie prisposobleniy: ucheb. posobie / R.S. Faskiev, E.V. Bondarenko. - Orenburg: OGU, 2006. – 178 c.
3. Aver'yanov, I.N. Proektirovanie i raschet stanochnyh i kontrol'no-izmeritel'nyh prisposobleniy v kursovyh i diplomnyh proektah: ucheb. posobie / I.N. Aver'yanov, A.N. Bolotein, M.A. Prokof'ev. - Rybinsk: RGATA, 2010. – 220 s.
4. S'yanov, S.Yu. Sredstva avtomatizacii mashinostroitel'nyh proizvodstv: ucheb. posobie / S.Yu. S'yanov, S.V. Steposhina, O.N. Fedonin, D.I. Petreshin, G.E. Glushenkov, V.E. Fedorov. – Pridnestr. gos. un-t im. T.G. Shevchenko, 2017. - 216 s.
5. S'yanov, S.Yu. Sredstva avtomatizacii kontrolya, diagnostiki i sistem upravleniya: ucheb. po-sobie / S.Yu. S'yanov, S.V. Steposhina, O.N. Fe-donin, D.I. Petreshin, G.E. Glushenkov, V.E. Fedorov. – Pridnestr. gos. un-t im. T.G. Shev-chenko, 2017. - 137 s.
