Основы конструирования приспособлений

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Контрольное приспособление состоит из установочных, за­жимных, измерительных и вспомогательных элементов, смон­тированных в корпусе приспособления. На установочные элементы

1 Для ответственных изделий (авиационная техника) погрешность измере­ния прииимают 8 %, для менее ответственных 12,5 и 20 % для неответственных изделий — 30 % поля допуска.

(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. pHG. 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 HRC 55—60.

Для установки на внешние цилиндрические поверхности ис­пользуют призмы (см. рис. 13, 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. 148, а) Или переставными валиками (рис. 148, о). На рабочие поверх­ности призм для повышения их износостойкости напаивают также пластинки из твердого сплава. Угол призмы а и положение измери­тельного элемента влияют на точность измеряемого диаметраль­ного размера.

Используя приведенный ранее вывод погрешности базирования для размера Н2 (см. рио. 14), получим поле погрешности измере­ния при плоском торце измерительного наконечника!

Где б — допуск на диаметр детали; Р — угол установки измери­тельного инструмента (рив. 149, а). Наибольшая точность измере­ния получается при sin p/sin - у = 1, так как прн этом Д = 0.

Для наиболее употребительных призм с углом а = 90° значение Р следует принимать равным 45'. Пользуясь призмой, можно про­
верить правильность цилин­дрической поверхности. Эл­липтичность поперечного се­чения выявляется как раз­ность х между большой а и малой b осями эллипса при вращении детали в призме (рис. 149, б) с углом а = 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 ! 10 000) 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 г А = rk, где k — конусность оп­равки. Эти оправки неприменимы для установки на соосные отверстия.

В качестве разжимных элементов используют шарики, планки и разрезные втулки. Пример устройств показан на рис. 150. Для точного центрирования применяют также втулки с гидропласт­массой, гофрированные втулки и устройства мембранного типа (см. гл. I и II). Часто вместо одной цилиндрической оправки применяют их набор, в котором одна оправка отличается от другой на очень малую величину (5—10 мкм). Для установки узких деталей применяют также ступенчатые оправки с небольшим перепадом диаметров ступеней. Влияние зазора на точность из­мерения при этом значительно уменьшается. Контрольные оправки должны иметь гладкую рабочую поверхность (Ra = 0,4-г-0,1 мкм). 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 приспо­
Соблениях для проверки соосности отверстий, межосевых расстоя­ний, а также расстояний от оси отверстий до параллельно распо­ложенных плоскостей.

При установке деталей ступенчатым отверстием на пален или оправку нужно учитывать возможное отклонение от соос­ности ступеней отверстия. Согласно рис. 151 ось оправки уста­новится в этом случае под углом р. При малых е

Р _ Е + Ч + Ъ

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

В ■ DA~d • e - DA~d' ■ — 2 ' 2 ~ 2 '

Величины d-A, d'A, dud' указаны на чертеже.

Если межосевое расстояние измеряется на расстояние I от торца детали, то погрешность установки оправки в этом сечении е = / tg р +

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 еб и по­грешность положения измерительного элемента еиз; эти погреш­ности снижают точность измерения проверяемой детали и прин­ципиально нежелательны.

На рис. 152, а показана схема контрольного приспо­собления для проверки диа­метра детали I в призме 2. Установочная база (образу­ющие 3) не совмещена с из­мерительной базой (образую­щая 4). Поэтому возникает погрешность базирования, численно равная половине допуска на диаметр проверяе­мых деталей 6/2 (см. гл. I).

Вторая измерительная база (образующая 5) занимает при про­верке партии деталей разное положение по высоте относительно измерительного элемента 6, вызывая погрешность

Где D — наименьший диаметр детали; а — угол призмы.

При контроле партии деталей пределы измерения равны не допуску на диаметр, а величине

На рис. 152, б показана другая схема контрольного приспо­собления, при использовании которой еб и еиз равны нулю. Это достигается совмещением установочной и измерительной баз (образующая 7) и применением наконечника 8 измерительного элемента тарельчатой формы.

Для повышения производительности контроля используют многомерные контрольные приспособления, позволяющие одно­временно проверять несколько размеров за одну установку де­тали. Использование таких приспособлений возможно, если одна поверхность детали является установочной и измерительной базой для всех проверяемых размеров. Эти условия нередко обеспечи­вают пересчетом размеров и допусков детали. На рис. 152, в Показана схема приспособления для одновременной проверки раз­меров Нъ Нг и Я3. Поверхность 9 является установочной и общей для этих размеров измерительной базой. Для проверки размера 240
//4 поверхность 9 служит установочной базой, а поверхность 10 — Измерительной. Для устранения погрешности базирования можно предложить три варианта решения.

1. Вместо размера #4 вводится проверка размера Нъ. При­нимая Я4 за замыкающее звено размерной цепи, получим б4 = = 63 + 68, откуда б5 = б4 — б3. При 63 > б4 и невозможности уменьшить б3 размер б5 проверяется в другом приспособлении (см. п. 2).

2. За измерительную и установочную базу принимается по­верхность 11 (рис. 152, г), а измерительный элемент т подводится к поверхности 12. Деталь прижимается к боковой опоре силой Q.

3. Используется первое приспособление, в котором предвари­тельно настроенный измерительный элемент т подводится ползуном п до упора в поверхность 12 (рис. 152, д).

В отдельных случаях, когда погрешность базирования меньше 0,10—0,15 допуска на проверяемый размер (контроль неответ­ственной продукции), допускаются схемы контроля при несовме­щении установочных и измерительных баз, если это упрощает и удешевляет процесс контроля и применяемые контрольные приспособления.

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. Так, при контроле диаметров шеек ступенчатого вала по схеме, приведенной на рис. 152, б, следует учитывать допустимое отклонение от соосности проверяе­мых шеек базовой шейке.

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 — стаблльна. Необходимость в зажимных устрой ствах отпадает, если деталь занимает вполне устойчивое положе­ние на опорах приспособления и силы от измерительного устрой­ства не нарушают этой устойчивости. Для повышения производи тельности 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 (подьем, 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 Дшах до минимального Amin в результате нестабильной силы закрепления, то разность между ними не может быть учтена настройкой. Назовем эту раз­ность погрешностью закрепления и обозначим е3.

Регламентированную погрешность изготовления, а также износ опор и измерительного устройства приспособления обозначим епр. При определении е11р учитываем ту величину износа, которая имеет место между периодическими настройками приспособления. Как и в станочных приспособлениях, значения еб, е3 и епр пред­ставляют собой поля рассеяния случайных величин, распреде­ление которых можно в первом приближении принять подчиня­ющимся закону Гаусса. Погрешность установки найдем по фор­муле

У в б + 4 +

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 изде­
лия 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 Рис' 154' Приспособление с элек - V , г., ш,^ ) р р троконтактными датчиками

Таких приспособлений для кон­троля размеров Нь Я.2 и Я3 детали

Показаны на рис. 163. 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. 153, 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 (рие. 153, б). Годность изделия соответствует поло­жению верхнего торца стержня между ступеньками ваг.

Широкое распространение получили электроконтактные дат­чики; их применяют в контрольных приспбсоблениях и кон­трольно-сортировочных автоматах. Схема контрольного приспо­собления с электроконтактным датчиком для одномерного кон­трольного приспособления приведена на рис. 154. Если проверяе­мый размер D находится в поле допуска, то лампы / 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 мостиковой 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.

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

Электрические схемы включения электроконтактных датчи­ков бывают с силовым и сеточным контактами. Недостатком дат­
чиков первого типа является понижение точности работы из-за подгорания контактов. Для повышения надежности работы дат­чиков их контакты выполняют из вольфрама и включают в цепь 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 от - счетными 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 о увеличивающей рычаж­ной передачей. Для более точных измерений применяют индика­торы с ценой деления 0,002 мм (микроиндикаторы) и миниметры (цена деления до 0,001 мм). Получили распространение также пневматические микрометры. Их использование в контрольных приспособлениях обеспечивает точность измерений 0,5—0,2 мкм.

Пневматические микрометры применяют двух основных типов: с манометрами и с воздушными расходомерами (ротаметрами). На рис. 155, а показана схема пневматического микрометра низ­кого давления. Сжатый воздух давлением около 30 МПа поступает в вертикальную трубку 8, погруженную на глубину Н = 500 мм в сосуд 7 с водой. Последний сообщается с вертикальной градуи­рованной стеклянной трубкой 6. Через калиброванное сопло 1 воздух поступает в трубку 2, на конце которой находится изме­рительное устройство 5. При малом зазоре между проверяемой деталью 4 и измерительным наконечником 3 столб воды в трубке 2 Из-за уменьшения утечки воздуха через зазор поднимается. Шкалу градуируют на микрометры или доли допуска. При глу­бине погружения трубки 8 на 500 мм давление в ней равно 5 МПа. Приборы этого типа точны, но малопроизводительны из-за боль­шой инерционности системы. 244

На рис. 155, б показана схема пневматического микрометра высокого давления дифференциального типа с сильфонами. Пита­ние этого прибора производится через механические стабилиза­торы для создания постоянного давления сжатого воздуха. По трубке 8 воздух поступает в сильфоны 13 и 10 через сопла 14 И 9. Из сильфона 13 он подается к измерительному устройству 5, а из сильфона 10 — к регулируемому клапану 11. Давление в сильфоне 13 меняется в зависимости от размера заготовки 4, Давление в сильфоне 10 устанавливается постоянным. Деформа­ция сильфонов вызывает перемещение подвешенной на плоских пружинах планки 12, которая связана с измерительным прибо­ром 16 (или с электроконтактными датчиками 15). Приборы опи­санного типа точны, малоинерционны, просты в эксплуатации и наладке.

Схема прибора с ротаметром изображена на рис. 155, в. Очи­щенный сжатый воздух под давлением 30—50 МПа поступает к вертикальной расширяющейся прозрачной трубке 18, в которой находится легкий поплавок 20. Возле трубки расположена шкала 19. Чем больше зазор между измеряемой деталью 4 и проб­кой 17 измерительного устройства, тем больше скорость воздуха и высота подъема поплавка в трубке 18. Каждому размеру детали соответствует своя высота положения поплавка в трубке.

Приборы этого типа точны и производительны. Возможности применения пневматических микрометров в контрольных при­способлениях весьма многообразны. Их можно использовать для проверки размеров, правильности формы и взаимного положения поверхностей детали в одно - и многомерных приспособлениях, а также в приспособлениях автоматического типа. На рис. 156 показаны схемы, иллюстрирующие использование пневмоизме - рительных устройств в контрольных приспособлениях. В качестве отсчетных измерительных средств применяют также индуктив­ные, емкостные, пьезоэлектрические и другие устройства. Они основаны на трансформации перемещения измерительного щупа в электрические величины.

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), погреш - 246
Ность 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). Пример простейшей конструкции

Этого устройства показан на рис. 157, а. Измеритель может быть вынесен в удобное место, что предохраняет его от случайных повреждений в процессе работы, так как благодаря ограничива­ющим упорам ход штифта меньше предела измерения индикатора. Для изменения направления линейного перемещения и переда­точного отношения служат рычажные передачи (рис. 157, б). Их монтируют на цилиндрических, конических и шаровых цап­фах. Преимуществом двух последних конструкций является воз­можность регулировки зазоров, возникающих в процессе изнаши­вания. Применяется также подвеска рычагов на плоских стальных пружинах толщиной 0,2—0,3 мм (рис. 157, в). Эта система не тре­бует регулировки, так как в процессе ее работы изнашивание не происходит. Если измерительное устройство мешает установке и снятию контролируемых изделий, то его снабжают рычажком для отвода (рис. 157, г) или выполняют в виде повторного (отво­димого) узла.

Корпус контрольного приспособления является его базовой деталью. Корпусы стационарных приспособлений выполняют в виде массивной и жесткой плиты или корпусной детали, на которой располагают основные и вспомогательные детали и устройства. Корпусы изготовляют из серого чугуна СЧ 12 или СЧ 15. Корпусы приспособлений для точных измерений необхо­димо подвергать старению или отливать из чугуна, стойкого к ко­роблению (СЧ 25 или СЧ 30).