Измерение отклонения от плоскостности

     Введение 

     Контроль  качества изделий весьма важен в  современном приборостроении; в  особенности велика роль контроля при  производстве по принципу полной взаимозаменяемости. Применение универсальных измерительных инструментов и калибров малопроизводительно, не всегда обеспечивает необходимую точность и удобство контроля.

     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 контроля 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 машин обуславливает  использование в контрольных  приспособлениях измерителей высокой  точности и важность правильного  выбора принципиальной схемы и конструкции  приспособления для контроля. Повышение  точности измерения может привести к усложнению и удорожанию приспособления, а также снижению его производительности.

     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 делятся на активные и пассивные. Пассивные применяют  после выполнения операции обработки. Активные устанавливают на станках, они контролируют детали в процессе обработки, давая сигнал на органы станка или рабочему на прекращение обработки или изменении условий ее выполнения при появлении брака.

     Контрольные приспособления должны обеспечивать заданную точность и производительность контроля, быть удобными в эксплуатации, простыми в изготовлении, надежными при длительной работе и экономичными. 

     Метрологическое обеспечение подготовки производства – это комплекс организационно-технических  мероприятий, направленных на определение  с требуемой точностью характеристик изделий, узлов, деталей, материалов, сырья, технологических процессов и оборудования, необходимых в производстве и позволяющих добиться высокого уровня качества продукции и снижения непроизводительных затрат на ее работу и выпуск. 

     Для повышения технического уровня и  качества продукции, надежности выпускаемых  изделий необходимо совершенствовать системы контроля продукции. Существенную роль при этом играет технический  уровень и качество приборов, применяемых  при научных исследованиях и разработках, а также в процессе изготовления изделия для контроля продукции. 

     Выпуск  продукции высокого качества рассматривается  во всех сферах производства как одно из важнейших условий развития национальной экономики, от которого зависит темп промышленного развития, эффективность использования трудовых ресурсов. Успехи внешней торговли и национальный престиж страны. 

     1 Анализ объекта  измерения и выбор  схемы 

     Объектом  контроля является деталь типа «пластина» (чертеж детали представлен в приложении 2), изготовленная из стали 45 ГОСТ 1050-74.

     Габаритные размеры пластины 100х100х30, изготовлена контролируемая деталь по 10 степени точности.

     На  поверхностях пластины 100х100 контролируем отклонение от плоскостности, что предполагает проведение измерений по так называемой «сетке» с последующим построением прилегающей плоскости. Объект контролепригоден, допуск отклонения от плоскостности на длине детали составляет Т = 40 мкм.

     Предельную  погрешность измерения примем мкм.

     Измерительная головка 2МИГ ГОСТ 9696-82 соответствует точности измерения и мкм.

     К поверхностям длиной 100 мм зададим требование отклонения от параллельности равное 40 мкм. Общие допуски назначим по ГОСТ 30893.1-m. На контролируемые поверхности назначаем шероховатость R_a=2,5 мкм, на поверхности, не подвергаемые контролю –

     R_a= 6,3мкм.

     Рассмотрим  некоторую частную модель для  контроля отклонения от плоскостности, например модель контролируемой детали, ее идеальной моделью является параллелепипед. Реальная же модель отличается от идеальной, будет иметь погрешность формы (варианты изображены на рисунке 1) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 1 
 

     Отклонение  от плоскостности (ГОСТ 24642-81) – наибольшее расстояние EFE (см. рисунок 2) от точек реальной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 2

     Допуск  плоскостности (ГОСТ 24642-81) –наибольшее допустимое значение отклонения от плоскостности.

     Поле  допуска плоскостности (ГОСТ 24642-81) – область в пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном допуску плоскостности TFE (см. рисунок 3).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 3 
 
 
 

     2 Обоснование схемы  измерения 

     Измерение отклонения от плоскостности проводится в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 4.

     

     Рисунок  4

     Данное  устройство использует прямые измерения  контролируемого параметра как  прямые измерения координат точек  контролируемой поверхности (см. приложение 2).

     Подлежащее  разработке контрольное приспособление станковое, контактное с преобразованием измеряемой величины в измерение отклонения 2МИГ ГОСТ 9696-82 с последующей обработкой результатов.

     Как видно из рисунка 4, деталь базируется на опорах. Переход от одной контрольной точки к другой осуществляется перемещением направляющей вдоль оси Ох, на которой закреплена стойка с кронштейном, а переход в другое сечение осуществляется поворотом кронштейна вокруг оси Oz.  

     3 Расчеты, подтверждающие  работоспособность  изделия 

     Важнейшим расчетом, который доказывает работоспособность  механизма, является расчет на точность.

     В задании необходимо обеспечить расчетным  путем на стадии проектирования показатели качества изделия – контрольного приспособления для контроля плоскостности  детали типа «пластина» с габаритными  размерами 100х100х30, изготовленной по 9 степени точности с допуском плоскостности 40 мкм.

     Допускаемая погрешность измерения не должна превышать (1/5..1/3)Т, где Т–допуск контролируемого параметра.

     Допускаемая погрешность измерения включает: – методическую составляющую, – погрешность, вносимую оператором, – погрешность средства измерения, – погрешность из-за отличия условий измерения от нормальных. 

      .

     Примем  »0 (допущение о близости условий измерения к нормальным), а также »0, »0 (примем, что погрешность, вносимая оператором– погрешность интерполирования, равная 0,1 цены деления, т.е 0,2 мкм). Тогда основной вклад в погрешность измерения будет осуществлен , которая включает в себя  погрешность измерительного преобразователя и схемную погрешность.

     Таким образом, =13 мкм, =12,8 мкм.

     Закон распределения инструментальной погрешности  примем нормальным, тогда с учетом коэффициента запаса (К_з =1,33) имеем: 

                                                                           (1)

     Так как измерительный преобразователь  2МИГ – стандартное изделие, то будет равна погрешности, указанной в паспорте 2МИГ, т.е мкм. Следовательно, уравнение (1) примет вид

     (12,8/1,33)²=4²+ ,

     откуда

       =8,9 мкм.

     Доминирующие  первичные неопределенности, влияющие на работоспособность контрольного приспособления (см. приложение 2):

     Погрешность схемы является комплексной и  включает следующие доминирующие погрешности, которые вызывают смещение индикатора вдоль линии измерения:

     Г1 – смещение из-за отклонения от плоскостности поверхности направляющих;

     Г2 – смещение из-за отклонения от плоскостности поверхности каретки;

     Г3 – смещение из-за отклонения от перпендикулярности оси стойки относительно ее базовой поверхности.

     Назначим  допуск плоскостности направляющих и каретки по 5 степени точности Т_напр=8 мкм, Т_кар=8 мкм, а также допуск перпендикулярности оси стойки относительно базовой поверхности также по 5 степени Т_ст=12 мкм (чтобы уменьшить влияние неплоскостности каретки, сделаем выборку материала каретки).

     Г1: Рассмотрим 3 случая:

Перекос при  положении каретки, изображенном на рисунке  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      , tga=0.5T_напр/l_кар (угол перекоса уменьшим за счет увеличения длины каретки), таким образом,

       мкм.

     2. Перекос при положении каретки,  изображенном на рисунке  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      , tga=T_напр/l_кар, т.к. D₁=D₂, то D= мкм. 

     3.  Смещение из-за движения каретки «по разным высотам», определим как эта погрешность проявляется на длине  контролируемой детали  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     D=Т_напр l_дет/l_напр=8×100/240=3,3 мкм.

     Г2:  Изобразим перекос на рисунке  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ,tga=T_кар/l_кар, D=Т_кар l_кр/l_кар=8×240/180=10,6 мкм. 
 

     Г3:  Изобразим перекос на рисунке  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      , tga=T_ст/l_ст = 12 ×240/190=15 мкм. 
 

     Таким образом , =0,85 =20,8 мкм, т.е мкм. Очевидно, что D_инстр>[×D_инстр] , поэтому рационально в данном случае при измерениях воспользоваться методом информационной компенсации, который предполагает внесение поправок в результаты измерений. 

     4 Описание методики  измерительного контроля