Контрольные приспособления.

План

1. Назначение и типы контрольных приспособлений.
2. Основные элементы контрольных приспособлений.

{spoiler=Подробнее} 

         Контроль качества изделий весьма важен в современном машиностроении; 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. Так, при контроле гладкого валика диаметром 40 мм в трех сечениях микрометром обеспечи­вается производительность 90 деталей в час, при использовании предельной скобы-300 деталей, контрольного приспособления одним индикатором-400, контрольного приспособления с тремя электроконтактными головками и световой сигнализацией–1000 и контрольно-сортировочного автомата-1500. Контрольные при­способления уменьшают попадание брака в годные детали и пропуск годных деталей в брак.

         Контрольные приспособления применяют для проверки заготовок, деталей и узлов машин. Приспособления для проверки де талей 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 машин обусловливает использо­вание в контрольных приспособлениях измерителей высокой чувствительности и важность правильного выбора принципиаль­ной схемы и конструкции приспособления.

         Погрешность измерения, под которой понимают отклонение найденного значения величины от ее истинного значения, должна быть по возможности малой.

         Однако чрезмерное повышение точности измерения может привести к усложнению и удорожанию приспособления и сниже­нию его производительности.

         Погрешности измерения в зависимости от назначения изделия допускают в пределах, 8—30 % поля допуска на контролируемый объект. Общая (суммарная) погрешность измерения определяется рядом ее составляющих: погрешностью, свойственной самой схеме; погрешностью установки контролируемого изделия; погреш­ностью настройки приспособления по эталону, износам деталей приспособления, а также колебаниями температуры.

         При распределении первичных погрешностей по закону Гаусса поле суммарной погрешности измерений

где D₁ D₂, .... D _n - поля первичных погрешностей.

         При конструировании контрольных приспособлений необхо­димо изучить условия возникновения первичных погрешностей и выявить пути их уменьшения или полного устранения. На выбор принципиальной схемы контрольного приспособления большое влияние оказывает заданная производительность контроля. При 100 %-ной проверке деталей в поточном производстве время кон­троля не должно превышать темпа работы поточной линии. Для выборочного контроля деталей при стабильных технологических процессах их изготовления требования к производительности кон­трольного приспособления могут быть снижены.

         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 при появлении брака. Контрольные приспособления из самостоятельных устройств превращаются в составную часть авто­матических систем. Это позволяет снизить себестоимость продукции в результате устранения брака и исключения контроля как самостоятельной операции.

         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.

         Контрольное приспособление состоит из установочных, за­жимных, измерительных и вспомогательных элементов, смон­тированных в корпусе приспособления. На установочные элементы (опоры) ставят проверяемую деталь, заготовку (узел) своими измерительными базами в процессе контроля. Для установки на базовые плоскости применяют постоянные опоры со сферическими и плоскими головками, опорные пластины (см. рис. 8), а также специальные детали (секторы, кольца) в зависимости от конфи­гурации базы в плане. Опоры со сферическими головками приме­няют для установки деталей на необработанные базы; для уста­новки на обработанные базы используют опоры с гладкой и доста­точно развитой поверхностью. Для повышения износостойкости опоры рекомендуется термически обрабатывать до твердости НRС 55—60.

         Для установки на внешние цилиндрические поверхности ис­пользуют призмы (см. рис. 7, а). Поскольку контакт детали с призмой происходит по узким площадкам (теоретически — линиям), наблюдается сравнительно быстрое изнашивание опорных плос­костей и потеря точности контрольного приспособления. Для устранения этого применяют призмы с роликами (рис. 52, а) или переставными валиками (рис. 52, б). На рабочие поверх­ности призм для повышения их износостойкости напаивают также пластинки из твердого сплава. Угол призмы a и положение измери­тельного элемента влияют на точность измеряемого диаметраль­ного размера.

         Используя приведенный ранее вывод погрешности базирования для размера Н, получим поле погрешности измере­ния при плоском торце измерительного наконечника

где d-допуск на диаметр детали; b-угол установки измери­тельного инструмента (рис. 53, а). Наибольшая точность измере­ния получается при Sinb/Sin= 1, так как при этом D= 0. Для наиболее употребительных призм с углом a=90° значение b следует принимать равным 45°. Пользуясь призмой, можно проверить правильность цилин­дрической поверхности. Эллиптичность поперечного се­чения выявляется как раз­ность x между большой а и малой b осями эллипса при вращении детали в призме (рис. 53, б) с углом к = 90°. В этом случае ось детали не меняет своего положения по высоте. Конусность обнаруживается по разности показаний измери­тельного прибора в двух различных поперечных сечениях детали. Для проверки деталей на радиальное или осевое биение приме­няют установку на одно или два соосных цилиндрических от­верстия. Простейшую схему установки используют при посадке проверяемой детали на гладкую цилиндрическую оправку или палец. Однако здесь возникает погрешность измерения из-за радиального зазора между базовым отверстием и оправкой. Чтобы устранить влияние зазора, применяют конические оправки (конусность 1:1000-1:10000) или разжимные оправки и пальцы. На конической оправке проверяемая деталь не имеет точной фиксации по длине, и ее торец может иметь осевое биение. Величина биения на радиусе r D= rk , где k -конусность оп­равки. Эти оправки неприменимы для установки на соосные отверстия.

         Контрольные оправки должны иметь гладкую рабочую поверхность (Ra~0,4¸0,1мкм). Погрешность формы этой поверхности допускается не более 5 мкм.

         Для повышения износостойкости оправки подвергают терми­ческой обработке до твердости HRC 55-60. Оправки диаметром более 60 мм целесообразно выполнять полыми. При проверке деталей на биение оправки устанавливают в центры или в призмы. При установке в центры необходимо учитывать несоосность и погрешность исполнения центровых гнезд. От повреждения цен­тровые гнезда предохраняют защитными фасками или торцовыми выточками. Установку деталей отверстиями на оправки и пальцы применяют не только для проверки концентричности и перпен­дикулярности торцов, ее используют и в контрольных приспособлениях для проверки соосности отверстий, межосевых расстоя­ний, а также расстояний от оси отверстий до параллельно распо­ложенных плоскостей.

         При установке деталей ступенчатым отверстием на палец или оправку нужно учитывать возможное отклонение от соос­ности ступеней отверстия. Согласно рис. 54 ось оправки уста­новится в этом случае под углом b. При малых е

где е — отклонение от соосности отверстий детали; L-расстоя­ние между торцами отверстий, в которые вводится оправка;

величины d_A, d’_A , d и d’  указаны на чертеже.

         Если межосевое расстояние измеряется на расстояние l от торца детали, то погрешность установки оправки в этом сечении e=l tgb+e₁.

         Кроме рассмотренных схем установки в контрольных приспо­соблениях применяют также различные сочетания элементарных поверхностей в качестве установочных баз (плоскость-наруж­ная цилиндрическая поверхность, плоскость-отверстие и др.).

         Контролируемая деталь (заготовка, узел) имеет две измери­тельные базы, между которыми на ее чертеже проставлен прове­ряемый размер. При выборе схем контрольного приспособления следует совмещать установочную и одну из измерительных баз детали, придавая им строго фиксированное, положение. Другая измерительная база должна контактировать с измерительным элементом приспособления в установленном месте. При невыпол­нении этих условий возникает погрешность базирования e_б и по­грешность положения измерительного элемента e_из; эти погреш­ности снижают точность измерения проверяемой детали и прин­ципиально нежелательны.

Рис. 54. Схема для расчета погрешности установки на два отверстия со смещенными осями.

         Применение многомерных контрольных приспособлений по­вышает качество контроля, высвобождает значительную часть контролеров и сокращает издержки на контрольно-измеритель­ную оснастку. Для использования многомерных приспособлений необходимы простановка проверяемых размеров от единой изме­рительной базы и возможность совмещения этой базы с удобной для контроля установочной базой детали. В отдельных случаях необходим пересчет допусков на проверяемые размеры с учетом специфики многомерного контроля.

         Зажимные устройства в контрольных приспособлениях предупреждают смещения установленной для проверки детали (узла) относительно измерительного устройства и обеспечивают плотный контакт установочных баз детали с опорами приспособления. Работа зажимного устройства контрольного приспособления су­щественно отличается от работы аналогичных устройств в станоч­ных приспособлениях. Для предупреждения деформаций прове­ряемых изделий силы закрепления должны быть небольшими, а их величина-стабильна. Необходимость в зажимных устрой­ствах отпадает, если деталь занимает в плане устойчивое положе­ние на опорах приспособления и силы от измерительного устрой­ства не нарушают этой устойчивости. Для повышения производи­тельности контроля зажимное устройство выполняют быстродей­ствующим и удобным для обслуживания.

         В контрольных приспособлениях применяют ручные зажимные устройства (рычажные, пружинные, винтовые, эксцентриковые), а также устройства с при­водом (пневмозажимы), в которых сжатый воздух используется и для при­вода вспомогательных ме­ханизмов приспособления (подъем, поворот или вы­талкивание детали).

         Часто применяют комбинированные зажимные устройства,  обеспечиваю­щие одновременный и рав­номерный прижим кон­тролируемых деталей к нескольким опорным эле­ментам приспособления. Место приложения силы закрепления выбирают так, чтобы исключить недопустимые деформации детали и элементов кон­трольного приспособления. Влияние зажимного устройства на показания измерительного прибора не должно превышать 5 % величины контролируемого параметра детали. При стабильной величине силы закрепления эта погрешность измерения полу­чается постоянной, и ее можно учесть в процессе настройки изме­рительного устройства по эталонной детали. Если эта погрешность колеблется от максимального значения D_max до минимального D_min в результате нестабильной силы закрепления, то разность между ними не может быть учтена настройкой. Назовем эту раз­ность погрешностью закрепления и обозначим e₃.

         Регламентированную погрешность изготовления, а также износ опор и измерительного устройства приспособления обозначим e_пр. При определении e_пр учитываем ту величину износа, которая имеет место между периодическими настройками приспособления. Как и в станочных приспособлениях, значения e_б, e₃ и e_пр пред­ставляют собой поля рассеяния случайных величин, распреде­ление которых можно в первом приближении принять подчиня­ющимся закону Гаусса. Погрешность установки найдем по фор­муле

         Измерительные устройства контрольных приспособлений де­лятся на предельные (бесшкальные) и отсчетные (шкальные). Особую группу составляют устройства, работающие по принципу нормальных калибров.

         Предельные устройства не дают численного значения измеряе­мых величин, а все проверяемые изделия делят на три категории; годные, брак по переходу за нижнюю границу допуска и брак по переходу за верхнюю границу допуска. Иногда годные изделия разбивают на несколько раз­мерных групп для селективной сборки.

         В качестве простейших ус­тройств применяют, встроенные в контрольные приспособления, жестко закрепленные или вы­движные предельные элементы (скобы, пробки, щупы). Примеры таких приспособлений для кон­троля размеров детали показаны на рис. 55. При наличии жестко установленных скоб проверяемая деталь последовательно передвигается по плите приспособления к отдельным измерителям. Если деталь в про­цессе проверки должна оставаться неподвижной, то применяют выдвижные предельные элементы (рис. 55, а). Эти устройства используют при сравнительно грубых допусках на проверяемый размер-для жестких элементов не выше 8-9-го квалитетов, а для выдвижных-не выше 11-го. Для контроля размеров за­готовок с допусками более 0,5 мм иногда применяют стержневые глубиномеры (рис. 55, б). Годность изделия соответствует поло­жению верхнего торца стержня между ступеньками в и г.

Рис. 55. Приспособления с выдвижными предельными элементами

         Широкое распространение получили электроконтактные дат­чики; их применяют в контрольных приспособлениях и кон­трольно-сортировочных автоматах. Схема контрольного приспо­собления с электроконтактным датчиком для одномерного кон­трольного приспособления приведена на рис. 56. Если проверяе­мый размер D находится в поле допуска, то лампы 1 и 2 не заго­раются. Если размер D меньше минимально допустимого, замы­каются нижние контакты и загорается лампа 1. При большом максимально допустимом размере загорается лампа 2. Лампа 3 загорается при размыкании обоих контактов, т, е. когда детали годны, Сопротивления этой моcтиковой схемы подобраны так, что при замыкании одного из контактов лампа 3 гаснет. Таким обра­зом, на любой стадии работы приспособления горит одна из трех ламп. Неисправность схемы и перегорание ламп обнаруживается по отсутствию света. Электроконтактные датчики удобны для мно­гомерных контрольных приспособлений светофорного типа. Они обеспечивают значительное повышение производительности и об­легчают труд контролеров. Технические требования на датчики регламентированы ГОСТ 3899—68.

Рис. 56. Приспособление с электроконтактными датчиками

         Применяют также многоконтактные датчики для сортировки деталей на размерные группы. Электроконтактные датчики вы­пускают двух типов: предельные и амплитудные. Первые приме­няют для контроля размеров, вторые-для контроля формы и расположения поверхностей детали.

         Электрические схемы включения электроконтактных датчи­ков бывают с силовым и сеточным контактами. Недостатком датчиков первого типа является понижение точности работы из-за подгорания контактов. Для повышения надежности работы датчиков их контакты выполняют из вольфрама и включают в цель низкого напряжения (3—5 В). Датчики настраивают и периоди­чески проверяют по эталону. Датчики второго типа не имеют отмеченного недостатка, они долговечны и работают устойчиво.

         Электроконтактные датчики обеспечивают точность измерения 1 мкм (1-й класс) и ±3 мкм (2-й класс); такая точность сохраняется до 25 тыс. измерений без регулировки датчиков. Предел измере­ния 1 мм, а сила измерения 1-2 Н. Реже применяют емкостные, индуктивные и фотоэлектрические датчики. Приспособления с отсчетными устройствами применяют при обычном и статистическом контроле. Они необходимы также для проверки настройки стан­ков на размер.

         В качестве отсчетных измерителей обычно используют инди­каторы с рычажной или зубчатой передачами. Индикаторы часо­вого типа (ГОСТ 577-68) имеют цену деления 0,01 мм и вы­пускаются с пределами измерения 0-5 и 0-10 мм. Малогабарит­ные индикаторы имеют суженные пределы измерения 0-2 или 0-3 мм. Сила прижатия измерительного наконечника в начале и конце хода 0,8-2 Н.

         По точности исполнения индикаторы выпускаются нулевого 1-го и 2-го классов с погрешностью показаний соответственно 0,01, 0,015 и 0,02 мм за один оборот стрелки. Индикаторы кре­пят за ножку или за ушко на их задней крышке. При цене деле­ния 0,01 мм индикаторы часового типа используют для проверки деталей с допусками от 0,03 мм и больше. При меньших допусках эти индикаторы могут применяться с увеличивающей рычаж­ной передачей. Для более точных измерений применяют индика­торы с ценой деления 0,002 мм (микроиндикаторы) и миниметры (цена делении до 0,001 мм). Получили распространение также пневматические микрометры. Их использование в контрольных приспособлениях обеспечивает точность измерений 0,5-0,2 мкм.

         Для выбора отсчетных измерительных средств в зависимости от допусков и серийности производства необходимо учитывать их метрологические и экономические показатели. К метрологическим показателям относятся цена деления шкалы, предел измерения, чувствительность (т. е. отношение изменения сигнала на выходе к вызывающему его изменению измеряемой величины), погрешность показаний (отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины), порог чувствительности (наи­меньшее значение измеряемой величины, которое может вызвать изменение положения указателя прибора), период успокоения стрелки, что существенно влияет на производительность контроля, а также давление при измерении.

         Рабочий наконечник измерительного устройства может быть сферическим (для проверки плоскости или отверстия), плоским (для проверки сферы) и ножеобразным или сферическим (для контроля  наружных цилиндров).

         К экономическим показателям относятся; затраты на измери­тельное устройство; продолжительность его работы до ремонта; время, затрачиваемое на измерение; квалификация контролера; время и затраты на установку измерительного устройства; уве­личение затрат вследствие уменьшения допусков, вызываемого погрешностью измерительного устройства. Влияние каждого по­казателя меняется в каждом конкретном случае. Наибольшее влияние на себестоимость контроля обычно оказывает последний показатель. Применение малоточных средств измерения вызывает необходимость уменьшения допуска на изготовление. Установлено, что затраты на повышение точности измерения малы по сравне­нию с возможным уменьшением допуска. При выборе измеритель­ных устройств необходимо в каждом конкретном случае найти наи­более выгодное решение для получения изделий с наименьшей себестоимостью.

         В качестве устройств, работающих по принципу нормальных калибров, в контрольных приспособлениях используют контур­ные, плоские или объемные шаблоны. Оценка соответствия про­веряемых деталей производится с помощью щупов или на просвет. Часто в приспособлениях этого типа проверяют координацию контура базовым отверстием. Это осуществляют с помощью кон­трольных скалок (пробок). Деталь бракуют, если не удается установить ее в приспособлении и ввести пробки, а также если ее установка производится с большим зазором.

         Вспомогательные устройства контрольных приспособлений имеют различное целевое назначение. В приспособлениях для проверки радиального или осевого биения применяют поворот­ные устройства, в приспособлениях для проверки прямолиней­ности или параллельности используют ползуны для перемещения измерительных элементов. Для контроля правильности формы шеек цилиндрических деталей или соосности ступеней применяют приводные механизмы для их вращения. Для установки и снятия деталей используют подъемные устройства и выталкиватели. Многие из этих устройств выполняют аналогично соответству­ющим устройствам станочных приспособлений.

         Специфичными являются передаточные устройства между контролирующим элементом и отсчетным измерителем (индикатором, электроконтактным датчиком).

         Простейшая схема приспособления — схема с жесткими пре­дельными элементами для проверки высоты уступов (размеры Н₁ и Н_г) ступенчатой детали, которую в процессе контроля передвигают по плите вручную (рис. 57). Контроль производят от нижней базовой плоскости. Схема приспособления с выдвижными предельными элементами показана на рис. 55; на этом приспособ­лении проверяют размеры Н_ъ Н_г и Н₃.

         Схема индикаторного приспособления для проверки соосности двух отверстий дана на рис. 58. Контролируемую деталь 1 на­девают на консольный пустотелый палец 2 и в процессе проверки поворачивают рукой на один оборот. При эксцентриситете ма­лого отверстия измерительный наконечник 3 передает движение через рычаг 4 и штифт 5 на индуктор 6. На его шкале от­мечается   удвоенная   величина   эксцентриситета.

Вопросы для самоповторения.

1. Какую функцию выполняет  контрольные приспособления?
2. Основные элементы контрольных приспособлений.
3. Для чего применяется индикаторы часового типа?
4. Что такая  калибирная пробка?
5. Какие мерительные инструменты применяется в серийном производстве?

{/spoilers}