8.1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить методы базирования и методики выполнения измерений отклонений формы и расположения поверхностей, радиального и торцевого биений деталей типа тел вращения.
8.2 ИНСТРУМЕНТЫИ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ К РАБОТЕ
8.2.1 Прибор ПБ-250.
8.2.2 Стойка ГОСТ 10197-70.
8.2.3 Индикатор часового типа ИЧ-10 (или МИГ-2).
8.2.4 Набор призм с углом 120˚.
8.2.5 Специальное приспособление.
8.2.6 Комплект чертежей деталей.
8.2.7 Набор деталей.
8.3 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Контроль качества изделий весьма важен в современном приборостроении, в особенности велика роль контроля при производстве изделий по принципу полной взаимозаменяемости. Применение универсальных измерительных инструментов и калибров малопроизводительно, не всегда обеспечивает нужную точность и удобство контроля, а в условиях поточно-автоматизированного производства вообще неприемлемо.
Контрольные приспособления повышают производительность труда контролеров, улучшают условия их работы, повышают качество и объективность контроля.
Контрольные приспособления применяют для проверки заготовок, деталей и узлов машин. Приспособления для проверки деталей применяют на промежуточных этапах обработки (межоперационный контроль) и для окончательной приемки, выявляя точность размеров, взаимного положения поверхностей и правильность их геометрической формы.
Высокая точность современных приборов и машин обусловливают использование в контрольных приспособлениях измерителей высокой чувствительности и важность правильного выбора принципиальной схемы и конструкции приспособления.
Для проверки небольших и средних деталей применяют стационарные контрольные приспособления, а для крупных - переносные. Наряду с одномерными находят широкое применение многомерные приспособления, где за одну установку проверяют несколько параметров.
Контрольные приспособления делят на пассивные и активные. Пассивные применяют после выполнения операций обработки. Активные устанавливают на станках; они контролируют детали в процессе обработки, давая сигнал на органы станка или рабочему на прекращение обработки или изменение условий ее выполнения.
Контрольные приспособления, обычные и автоматические, должны обеспечивать заданную точность и производительность контроля, быть удобными в эксплуатации, простыми в изготовлении, надежными при длительной работе и экономичными.
Для снижения себестоимости изготовления контрольных приспособлений используются методы проектирования и сборки их из типовых деталей и узлов (комплект универсально-сборных контрольных приспособлений).
В частности этот метод практикуют при создании контрольных приспособлений для контроля параметров цилиндрических деталей (тел вращения).
Рассмотрим основные отклонения формы и расположения поверхностей, присущих цилиндрическим деталям.
8.3.1 Отклонения формы цилиндрических поверхностей.
В основу нормирования и количественной оценки отклонений формы и расположения поверхностей положен принцип прилегающих прямых, поверхностей, профилей. Прилегающая прямая – прямая, соприкасающаяся с реальным профилем и расположенная вне материала детали, так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реального профиля в пределах нормируемого участка имело минимальное значение. Прилегающая окружность - окружность минимального диаметра, описанная вокруг реального профиля наружной поверхности вращения, или максимального диаметра, вписанная в реальный профиль внутренней поверхности вращения. Прилегающая плоскость - плоскость, соприкасающаяся с реальной поверхностью и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реальной поверхности в пределах нормируемого участка имело минимальное значение.
Среди разновидностей отклонения формы цилиндрических поверхностей различают: отклонение от круглости, отклонение от профиля продольного сечения и отклонение от цилиндричности.
Отклонение от круглости – наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей окружности (рис.8.1).
Частными видами отклонения от круглости являются:
овальность - отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимоперпендикулярных направлениях;
огранка - отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру. Огранка может быть с четным и нечетным числом граней. Огранка с нечетным числом граней характеризуется равенством диаметра d (рис.8.2).
Овальность детали возникает, например, вследствие биения шпинделя токарного или шлифовального станка, дисбаланса или других причин.
  |
Рис. 8.1. Отклонение от круглости.
Рис. 8.2. Нечетная огранка.
Появление огранки вызвано изменением положения мгновенного центра вращения детали, например при бесцентровом шлифовании.
Отклонение от профиля продольного сечения – наибольшее расстояние ∆ от точек образующих реальной поверхности, лежащих в плоскости, проходящей через ее ось, до соответствующей стороны прилегающего профиля в пределах нормируемого участка L (рис. 8.3 в).
Частными видами отклонения от профиля продольного сечения являются конусообразность, бочкообразность, седлообразность и изогнутость оси.
Отклонение от цилиндричности - наибольшее расстояние ∆ от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра в пределах нормируемого участка L.
8.3.2 Контроль круглости цилиндрических поверхностей.
Для определения отклонения от круглости необходима материальная база - идеальная окружность, от которой, как от прилегающего профиля должны отсчитываться измеряемые отклонения. Для вала такой базой может быть разрезное кольцо с отсчетной головкой. Внутренний диаметр кольца выполнен (регулируется) по диаметру вала. Надетое на вал кольцо поворачивается относительно его оси и отсчетное устройство фиксирует некруглость поверхности вала.
Практически во всех приборах для измерения отклонений от круглости заложен прямой или разностный (косвенный) метод измерения.
8.3.2.1 Прямой метод измерения.
На этом методе построены схемы приборов, которые обеспечивают сравнение измеряемого сечения с поверхностью образцового круга или с траекторией прецизионного вращения. К первому из этих вариантов относится способ, основанный на дифференциальной схеме измерения. Если закрепить на торце вала образцовое кольцо, отклонением формы которого можно пренебречь, и ввести в контакт с измеряемым сечением вала и с образцовым кольцом два преобразователя линейных перемещений, включенных в дифференциальную схему, то при вращении вала вместе с кольцом сигналы от обоих преобразователей подаются через усилители в блок управления, а результирующий сигнал (пропорциональный их разности) поступает на показывающий прибор.
На результаты измерения значительное влияние оказывает биение измеряемой поверхности относительно базовой, поэтому расстояние между ними должно быть как можно меньше (чтобы не сказалась изогнутость оси вала), и кольцо необходимо тщательно выверять относительно вала при его установке. Этот метод экономически целесообразен только для коротких валов.
Второй вариант прямого метода измерения (с траекторией прецизионного вращения) применяется во многих кругломерах отечественного и зарубежного производства, в основе которого лежит одна из конструктивных схем: с прецизионным вращением измерительного преобразователя или измеряемой детали.
Кругломеры обоих типов оснащаются различными приспособлениями, обеспечивающими центрирование детали, расширяющими сферу применения приборов и ускоряющими обработку профилограмм.
С помощью прямого метода контроля круглости измеряются отклонения формы валов в центрах. Возникающие при этом погрешности обусловлены значительными погрешностями траекторий вращения центров металлорежущих станков вследствие неточности подшипников и износа шпинделей, погрешностями формы центровых отверстий валов и их расположением. Это приводит к нарушению теоретических условий контакта - вместо контакта по коническим поверхностям возникает контакт по кромкам в отдельных точках сечения отверстия.
При обработке такого вала его ось «плавает» в пространстве, на поверхности возникают значительные отклонения формы, а отсчетная головка, введенная в контакт с поверхностью, показывает суммарное отклонение формы, биение относительно геометрической оси вала, биение центров станка, причем вдоль оси вала результаты измерения будут различны. При установке вала на другой станок или при его переустановке условие контакта центра с отверстием будет меняться, и соответственно будут меняться показания измерительного прибора. Поэтому измерение в центрах допустимо лишь для ориентировочной оценки отклонений формы, причем для поверхностей невысокой точности.
8.3.2.2. Разностный метод измерений.
Этот метод осуществляется с помощью двух- и трехконтактных устройств. Применение 2-х-контактных приборов (микрометр, штангенциркуль, индикаторная скоба) возможно только при овальности или четной огранке (4-х, 6-и, 8-ми-гранными и т.д.). При этом необходимо плавно поворачивать деталь не менее чем на 180о, чтобы выявить максимальный и минимальный диаметры. Отклонение будет равно полуразности этих диаметров. Если же измерять деталь в двух взаимно перпендикулярных направлениях без вращения, как это обычно делается на производстве, то в зависимости от случайно выбранного направления измерения овальность или четная огранка могут быть измерены полностью, частично, или вообще не обнаружены. Первый случай имеет место при совпадении направлений измерений с максимальным и минимальным диаметрами, третий - при измерении под углом 45˚ к наибольшему диаметру; второй - при всех остальных направлениях измерения. Схема контроля овальности в призме представлена на рис. 8.9.
Огранка с нечетным числом граней не может быть измерена двухконтактными приборами, ибо, как не поворачивай деталь вокруг оси или 2-х-контактный прибор вокруг детали, он будет фиксировать один диаметр без отклонений. Для контроля нечетной огранки используется 3-х-точечный способ измерения деталей. Простейшим вариантом является призма, на которую опирается вращающийся вал с измерительным прибором, наконечник которого направлен по биссектрисе угла призмы (рис. 8.10 а) или параллельно одной из ее граней (рис. 8.10 б). В зависимости от фактического числа граней и значения некруглости ось вала, вращающегося в призме, "плавает", что вносит погрешность в результат измерений.
Наиболее популярным вариантом 3-х-точечного устройства является седлообразный прибор, представляющий собой призму с измерительным устройством, наконечник которого направлен по биссектрисе угла призмы (рис. 8.10 а). Значение коэффициента воспроизведения седлообразного прибора в зависимости от и количества граней приведены в таблице 8.1.
Коэффициенты воспроизведения призм при контроле огранки.
Таблица 8.1
| Угол призмы, град. | Число граней | |||||||
| 0,42 | 2,41 1,58 | -1 2,15 | -0,41 1,58 |
Отрицательные значения коэффициентов воспроизведения показывают, что положительные отклонения (выступы) отсчитываются по шкале прибора от нуля против часовой стрелки.
Так как не существует оптимального угла для всех многогранников, создан ряд конструкций призм с переменными углами. В частности, в ФРГ выпускаются шариковые призмы, в которых четыре шарика, в виде двух пар точечных контактов с валом, который укладывают посредине. Измерительная головка, закрепленная на отдельной стойке, вводится в контакт с валом, который вращается от руки. Меняя мерные прокладки, разделяющие шарики, можно их попарно сдвигать и раздвигать, меняя угол раствора призмы, т.о. в одной шариковой призме можно измерять различные типы огранки, используя два угла раствора, для чего призму поворачивают на 90˚. Конструкция шариковых блоков позволяет измерять форму валов в диапазоне от 1 до 250 мм. Кроме того, в случае износа шарики могут поворачиваться и в контакт с измеряемой деталью вступают другие элементы их поверхностей, что значительно повышает срок службы шариковых призм по сравнению с обычными.
Рассмотренные приборы удобны для измерения формы сечений, представляющих собой геометрически правильную форму. Однако профиль реального сечения вала представляет собой сумму наложенных друг на друга гармоник (огранок), отличающимися периодами, фазами, амплитудами. Последовательное измерение некруглости такой детали с помощью 2-х и 3-х-контактных устройств с различными углами, последующее определение коэффициента воспроизведения и высчитывание амплитуд каждой гармоники представляют собой весьма трудоемкий процесс.
8.3.3 Определение отклонения профиля продольного сечения.
Отклонение профиля продольного сечения определяют путем измерения отклонения от прямолинейности образующей контролируемой детали. Для этого при одной установке детали записывают профилограммы обеих образующих, принадлежащих одному продольному сечению. На записанных профилограммах проводят прилегающий профиль (пару параллельных прямых), и от сторон последнего в перпендикулярном направлении определяют наибольшее отклонение точек профилограмм. Полученная величина с учетом масштаба увеличения характеризует отклонение профиля продольного сечения (рис.8.3).
При отсутствии изогнутости оси отклонение профиля продольного сечения определяют как полуразность наибольшего и наименьшего диаметров сечений, измеренных двухконтактным прибором.
Конусообразность, бочкообразность и седлообразность измеряют двухконтактными приборами (рис.8.3).
Измерение изогнутости оси показано на рис.8.4. При измерении по первой схеме (рис.8.4 а) изогнутость равна размаху показаний измерительной головки, а при измерении по второй схеме (рис.8.4 б) - половине размаха колебаний
в) г)
Рис. 8.3. Отклонение профиля продольного сечения (в) и схемы измерения конусообразности (а),седлообразности (б), и бочкообразности (г).
а) б)
Рис. 8.4. Схемы измерения изогнутости оси: на плите (а) и на ножевых опорах (б).
8.3.4 Суммарные отклонения формы и расположения поверхностей.
Радиальное биение - поверхности вращения определяется суммарным отклонением от круглости поверхности и отклонением от соосности относительно базовой оси; оно равно разности наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального профиля поверхности вращения до базовой оси в сечении с плоскостью, перпендикулярной базовой оси (рис.8.5).
Полное радиальное биение – относится только к поверхностям с номинальной цилиндрической формой; определяется разностью наибольших и наименьших расстояний от всех точек реальной поверхности вращения до базовой оси в пределах нормируемого участка и является результатом совместного проявления отклонения от цилиндричности и отклонения от соосности рассматриваемой поверхности относительно базовой оси.
Поле допуска - область в пространстве, ограниченная двумя цилиндрами, оси которых совпадают с базовой осью.
Полное торцевое биение – относится только к торцовым поверхностям с номинальной плоской формой. Определяется разностью наибольшего и наименьшего расстояний от точек всей торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси. Является результатом совместного проявления отклонения от плоскостности и отклонения от перпендикулярности рассматриваемой поверхности относительно базовой оси.
Поле допуска – область в пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными базовой оси.
Торцевое биение – разность между наибольшим и наименьшим расстоянием от точек реального профиля торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси. Профиль расположен в сечении торцевой поверхности цилиндром заданного диаметра, соосным с базовой осью (рис.8.6); а если диаметр не задан, то в сечении любого (в том числе и наибольшего диаметра). Торцевое биение является результатом совместного проявления отклонения от общей плоскости точек, расположенных на линии пересечения торцевой поверхности с секущим цилиндром (непрямолинейность), и отклонения от перпендикулярности торца относительно базовой оси на длине, равной диаметру рассматриваемого сечения.
Поле допуска - область на боковой поверхности секущего цилиндра, ограниченная двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными базовой оси.
8.3.5 Измерение радиального и торцевого биений.
Материализация оси базовой поверхности может осуществляться аппаратурно или аналитически. Аппаратурная реализация предусматривает вращение детали, закрепленной за базовую поверхность, в самоцентрирующем патроне, либо (если базой является общая ось двух поверхностей) вращение детали, установленной базирующими поверхностями на призмы. В случае, если радиальное биение базовых поверхностей относительно оси центров детали пренебрежимо мало, в качестве измерительной базы можно использовать ось центров.
Аналитическая реализация оси базовой поверхности предусматривает использование тех же базирующих устройств, но с учетом погрешностей, возникающих из-за неправильности формы базовых поверхностей или из-за несовпадения конструкторских и измерительных баз.
При установке детали на две измерительные призмы 6 (рис.8.7) на плите, ось детали должна быть параллельна поверхности плиты. Это достигается установкой призмы на измерительные прокладки (в случае необходимости) и контролируется с помощью показывающего прибора 4 на стойке 2 по ординатам крайних точек образующих базовых 5 или контролируемых 3 поверхностей, которые для одной поверхности и для поверхности равных диаметров должны быть одинаковы. Один из торцов контролируемой детали должен устанавливаться в жесткий упор 1 с контактом через шарик 7 в точке на оси вращения детали, чтобы исключить влияние биения этого торца на результат измерений.
Рис. 8.5. Радиальное биение.
Рис. 8.6. Торцевое биение
Для контроля радиального биения поверхности измерительная головка 4 устанавливается так, чтобы линия измерения совпадала с направлением радиуса контролируемой поверхности, и настраивается на ноль по произвольной точке поверхности. Записи подлежит модуль максимальной алгебраической разности показаний в каждом контролируемом сечении за полный оборот детали. Необходимое число сечений должно обеспечивать выявление наибольшего значения радиального биения.
Для контроля торцевого биения измерительная головка 8 устанавливается так, чтобы линия измерения проходила параллельно оси базовой поверхности (поверхностей), а точка контроля находилась на предписанном радиусе. Если этот радиус не оговорен, контроль ведут максимально близко к периферии, отступив от края на столько, чтобы фаски, "завалы" края и другие возможные дефекты не оказали на результат существенного влияния. Настройка на ноль - по произвольной точке поверхности, искомое числовое значение биения определяют как модуль алгебраической разности показаний за полный оборот детали.
8.3.6. Обозначения баз.
Базы обозначаются зачерненным равносторонним треугольником, который соединяют с рамкой допуска (рис.8.8 а). В случаях, когда невозможно треугольник соединить простым и наглядным образом с рамкой допуска, базу обозначают прописной буквой в отдельной рамке и ту же букву вписывают в третье поле рамки допуска (рис.8.8 б).
 |
Рис. 8.7. Контроль детали в двух призмах.
а) б)
Рис. 8.8 Обозначение баз на чертежах.
 |
1-проверяемая деталь; 2-измерительная головка; 3-призма
Рис. 8.9. Схема измерения овальности
 |
а) б)
Рис. 8.10. Схема измерения огранки с нечетным числом граней:
а) симметричное устройство;
б) несимметричное устройство.
8.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
8.4.1. Получить у преподавателя чертеж контролируемой детали.
8.4.2. Проанализировать требования, предъявляемые к данной детали с точки зрения точности размеров, допусков формы и расположения поверхностей.
8.4.3. На основе этого анализа выбрать схему базирования и средства измерения.
8.4.4. Вычертить схему контрольного приспособления и собрать его.
8.4.5. Произвести измерения контролируемых параметров и сравнить их значения с допускаемыми.
8.4.6. Оформить отчет.
8.4.6.1. Результаты измерений контролируемых параметров могут быть представлены в виде таблицы 8.2.
Таблица 8.2
| Параметры | Контролируемые параметры | |||
| Численное значение контролируемого параметра, мкм | ||||
| Допускаемое значение контролируемого пара метра, мкм |
8.5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
8.5.1. Наименование и цель работы.
8.5.2. Инструмент и принадлежности к работе.
8.5.3. Эскиз контролируемой детали.
8.5.4. Схемы контрольных приспособлений.
8.5.5. Схемы измерений.
8.5.6. Таблицы с результатами измерений.
8.5.7. Заключение о годности детали по контролируемым параметрам.
8.5.8. Выводы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник для ВТУЗов; А.И.Якушев, Л.Н.Воронцов, Н.М.Федотов.-М. Машиностроение, 1986, -352 с.
2. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для ВУЗов.-2-е изд., перераб. и доп. - М.:Машиностроение, 1983, с.235-249.
 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫК ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
1. Контрольные приспособления. Назначение, область применения.
2. Отклонения формы цилиндрических поверхностей и методы их контроля:
- отклонение от круглости и частные виды ее проявления;
- отклонение профиля продольного сечения и частные случаи его проявления.
3. Суммарные отклонения формы и расположения поверхностей и методы их контроля.
4. Способы обозначения допусков формы и расположения поверхностей на чертежах.
 |