Устройство цифровой индикации для станков¶

Устройство цифровой индикации для станков — это электронный измерительный прибор, предназначенный для отображения текущих координат перемещения рабочих органов металлорежущих и деревообрабатывающих станков (суппортов, столов, шпиндельных бабок) в цифровом виде на дисплее. Устройства данного класса (часто обозначаемые аббревиатурой УЦИ) применяются для повышения точности обработки, снижения трудоёмкости измерений и исключения субъективных ошибок оператора при снятии показаний с лимбов и нониусов.

¶Назначение и функции

Основная функция УЦИ — непрерывное определение и визуализация линейных или угловых перемещений рабочих органов станка относительно выбранной системы отсчёта. Прибор выполняет следующие задачи:

• отображение абсолютных и относительных (инкрементальных) координат;
• задание и контроль нулевой точки (установка «плавающего нуля»);
• вычисление середины отрезка (функция поиска центра);
• ввод и хранение технологических констант и коррекций;
• индикация диаметральных размеров при точении (режим «диаметр/радиус»);
• формирование сигналов для систем автоматической диагностики.

¶Устройство и принцип действия

Конструктивно УЦИ состоит из трёх основных блоков: измерительного преобразователя (датчика), электронного блока обработки сигнала и устройства отображения информации.

¶Измерительные преобразователи

В качестве датчиков перемещения применяются:

• Оптические линейные энкодеры (линейки) — наиболее распространённый тип. Принцип действия основан на считывании штриховой шкалы, нанесённой на стеклянной или стальной ленте, с помощью оптопары. Обеспечивают высокую точность (до ±1 мкм) и разрешающую способность (до 0,1 мкм).
• Магнитные энкодеры — используют намагниченную ленту с полюсными делениями и магниторезистивные или индукционные головки. Менее чувствительны к загрязнению и вибрациям, но уступают оптическим в точности.
• Индуктосины — преобразователи, работающие по принципу индуктивной связи между обмотками. Применяются реже, преимущественно на крупных станках.

¶Электронный блок

Электронный блок выполняет преобразование аналоговых сигналов датчиков в цифровой код, их интерполяцию (повышение разрешения), фильтрацию помех и пересчёт в единицы длины (миллиметры или дюймы). Блок построен на базе микроконтроллера, который также реализует интерфейс пользователя и логику работы функций.

¶Устройство отображения

В качестве дисплеев используются светодиодные (LED) или жидкокристаллические (LCD) индикаторы. Количество разрядов обычно составляет 6–8 на ось. Современные модели оснащаются многострочными дисплеями с подсветкой, отображающими одновременно координаты по нескольким осям и служебную информацию.

¶Классификация

По количеству контролируемых осей УЦИ подразделяются на одно-, двух-, трёх- и многоосевые (до 5 осей). По функциональности выделяют:

• Простые (базовые) — отображают только текущие координаты и позволяют устанавливать нуль.
• Среднего класса — дополнены функциями вычисления середины, памятью на несколько координат, коррекцией на радиус инструмента.
• Сложные (программируемые) — имеют возможность ввода простых программ обработки, компенсации люфтов и износа инструмента, подключения к компьютеру.

¶Применение

УЦИ устанавливаются на токарные, фрезерные, расточные, шлифовальные и координатно-расточные станки. Использование устройства целесообразно как на новом оборудовании, так и в ходе модернизации устаревших станков, не оснащённых системами ЧПУ. Это позволяет повысить производительность труда на 20–30 % за счёт сокращения времени на контрольные измерения, а также снизить долю брака.

¶Преимущества и ограничения

К преимуществам УЦИ относятся: высокая точность считывания, отсутствие параллакса и утомляемости оператора, возможность работы в условиях плохой освещённости, относительная простота монтажа и настройки по сравнению с полномасштабными системами ЧПУ. Ограничениями являются: отсутствие автоматического управления приводами подач (в отличие от ЧПУ), необходимость защиты датчиков от стружки и СОЖ, а также ограниченный набор технологических функций.

¶Известные производители

На рынке представлены устройства таких компаний, как Heidenhain (Германия), Fagor Automation (Испания), Mitutoyo (Япония), а также российские разработчики — например, продукция под марками «Весы-Сервис» и «Балт-Систем». Отечественные УЦИ, как правило, адаптированы к условиям эксплуатации на предприятиях СНГ и имеют более низкую стоимость.

¶Источники

• Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 / под ред. А. М. Дальского.
• Каталоги и техническая документация компаний Heidenhain и Fagor Automation.
• ГОСТ 22267-76 «Станки металлорежущие. Схемы и способы измерения геометрических параметров».