Измерения радиального, торцового биения и биения в заданном направлении элементов деталей
Согласно ГОСТ 24642-81 результатом измерения биения должна быть разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального элемента детали до базовой оси или связанного с ней определенного элемента. При измерении торцового биения таким элементом является плоскость, перпендикулярная базовой оси, а при измерении биения в заданном направлении – поверхность конуса, ось которого совпадает с базовой осью. Основу при измерениях биений элементов деталей должна составлять базовая ось (ось некоторой базовой поверхности или общая ось двух поверхностей, являющихся конструкторскими базами контролируемой детали).
На практике часто биение элементов валов измеряют относительно оси центров (общей оси центровых отверстий), т.е. относительно технологической базы. Предпочтение использованию технологической базы отдают в первую очередь потому, что такую базу гораздо проще воспроизвести по сравнению с конструкторскими базами. Такой подход имеет право на существование, но при этом необходимо помнить о методической погрешности измерения, возникающей из-за несовпадения используемой технологической базы с конструкторской.
Основные различия широко применяемых методик измерения биений состоят в способе воспроизведения базовой оси или способе базирования деталей на измерительной позиции. Для решения задачи базирования валов в качестве вспомогательных средств могут использоваться измерительные призмы с широкими или с узкими рабочими поверхностями (так называемые «ножевые» призмы), разные по конструкции патроны (трехкулачковые, цанговые) и пр. Для реализации осей отверстий применяют различные оправки (цилиндрические, конические, разжимные цанговые, оправки с центровыми отверстиями и пр.).
Наиболее широкое распространение на практике получили схемы измерений, представленные на рисунках 3.68 – 3.73.
1 – контролируемая деталь; 2 – измерительная головка; 3 – штатив (стойка);
4 – призма с широкими рабочими поверхностями; 5 – поверочная плита;
6 – жесткий упор
Рис. 3.68. Измерение радиального биения наружной номинально
цилиндрической поверхности относительно оси наружной базовой поверхности
1 – контролируемая деталь; 2 – измерительная головка; 3 – штатив (стойка);
4 – оправка с центровыми отверстиями; 5, 6 – центра
Рис. 3.69. Измерение радиального биения наружной номинально цилиндрической поверхности относительно оси внутренней базовой поверхности
1 – контролируемая деталь; 2 – измерительная головка; 3 – штатив (стойка);
4 – поверочная плита; 5, 6 – призмы с узкими рабочими поверхностями
(«ножевые» призмы); 7 – жесткий упор
Рис. 3.70. Измерение радиального биения наружной номинально цилиндрической поверхности относительно общей оси двух наружных базовых поверхностей
1 – контролируемая деталь; 2 – измерительная головка;
3 – рычаг; 4 – штатив (стойка); 5, 6 – центра
Рис. 3.71 Измерение торцового биения номинально плоской поверхности
относительно оси центров
1 – контролируемая деталь; 2 – измерительная головка бокового действия;
3 – штатив (стойка); 4 – патрон кулачковый
Рис. 3.72. Измерение торцового биения номинально плоской поверхности
относительно оси наружной базовой поверхности
1 – контролируемая деталь; 2 – измерительная головка;
3 – штатив (стойка); 4 – патрон цанговый
Рис. 3.73. Измерение биения в заданном направлении номинально
криволинейной поверхности относительно оси наружной базовой поверхности
Какой бы не использовался способ базирования контролируемых деталей на измерительной позиции, все выделенные методики выполнения измерений реализуются по общему алгоритму.
Чувствительный элемент средства измерения (наконечник измерительной головки или вспомогательного рычага) подводят до момента касания контролируемой поверхности детали в некоторой точке, принадлежащей требуемому контрольному сечению так, чтобы линия измерения располагалась по нормали к данной поверхности. После фиксирования момента касания чувствительный элемент продолжают перемещать в направлении контролируемой поверхности детали вдоль линии измерения до тех пор, пока стрелка отсчетного устройства измерительной головки не отклонится на величину, превышающую в 1,5 … 2 раза допуск контролируемого параметра. За счет этого создается необходимый измерительный «натяг», обеспечивающий возможность фиксировать как положительные, так и отрицательные отклонения контролируемых точек поверхности по отношению к исходной точке касания.
После
выполнения настроечной операции деталь
поворачивают относительно базовой оси
не менее чем на один оборот и при этом
фиксируют наибольшее
и наименьшее
показание измерительной головки с
учетом знака. Эту процедуру, как правило,
выполняют в ряде контрольных сечений,
количество и расположение которых
зависит от конфигурации и размеров
контролируемой поверхности и заданного
допуска ее биения.
В качестве искомого значения биения принимают наибольшую разность показаний измерительной головки, зафиксированную в одном из контрольных сечений рассматриваемой поверхности детали, т.е.
=
Контроль отклонений расположения элементов с помощью калибров
При контроле отклонений расположения элементов с помощью калибров не определяют действительные значения отклонений, а выясняют, находятся ли эти значения в заданных пределах. Контроль калибрами не требует высокой квалификации оператора и обеспечивает высокую производительность. Калибры, несмотря на высокие требования к точности рабочих поверхностей, как правило, обходятся дешевле специальных измерительных приспособлений, но их изготовление увеличивает себестоимость контролируемых деталей. Поэтому специальные калибры изготавливают только для контроля деталей в серийном или массовом производстве.
Контроль отклонений от соосности наружных и внутренних
номинально цилиндрических поверхностей с помощью калибров
Калибры с соосными рабочими поверхностями широко используют в массовом и крупносерийном производстве для контроля отклонений от соосности отверстий и валов, ограниченных зависимыми допусками (рис. 3.74, 3.75).
При осуществлении контрольной операции калибр-пробку вставляют в контролируемые отверстия детали, в калибр-втулку насаживают на контролируемый ступенчатый вал.
Условием годности (необходимым но недостаточным) является вхождение на заданную длину калибра-пробки в контролируемые отверстия детали или калибра-втулки на вал. Вторым условием являются положительные результаты контроля комплектом непроходных калибров (отсутствие прохождения).
1 – контролируемая деталь; 2 – калибр-пробка
Рис. 3.74. Контроль отклонения от соосности внутренних номинально
цилиндрических поверхностей с помощью ступенчатого калибра
1 – контролируемая деталь; 2 – калибр-втулка
Рис. 3.75. Контроль отклонения от соосности наружных номинально
цилиндрических поверхностей с помощью ступенчатого калибра-втулки
Контроль позиционного отклонения группы отверстий относительно
оси базового элемента (допуск зависимый)
Для этого используют специальный калибр, содержащий базирующий элемент и совокупность измерительных элементов, количество и расположение которых должно соответствовать количеству и расположению контролируемых отверстий (рис. 3.76).
1 – контролируемая деталь; 2 – калибр специальный
Рис. 3.76. Контроль позиционного отклонения группы отверстий
относительно оси базового элемента
Калибры, виды и назначение. Контроль параметров макрогеометрии деталей калибрами
Калибры – средства измерительного контроля, предназначенные для проверки соответствия действительных размеров, формы и расположения поверхностей деталей заданным требованиям.
Калибры применяют для контроля деталей в массовом и серийном производствах. Калибры бывают нормальные и предельные.
Нормальный калибр – однозначная мера, которая воспроизводит среднее значение (значение середины поля допуска) контролируемого размера. При использовании нормального калибра о годности детали судят, например, по зазорам между поверхностями детали и калибра, либо по «плотности» возникающего сопряжения между контролируемой деталью и нормальным калибром. Оценка зазора, следовательно, результаты контроля в значительной мере зависят от квалификации контролера и имеют субъективный характер.
Предельные калибры – мера или комплект мер обеспечивающие контроль геометрических параметров деталей по наибольшему и наименьшему предельным значениям. Изготавливают предельные калибры для проверки размеров гладких цилиндрических и конических поверхностей, глубины и высоты уступов, параметров резьбовых и шлицевых поверхностей деталей. Изготавливают также калибры для контроля расположения поверхностей деталей, нормированных позиционными допусками, допусками соосности и др.
При контроле предельными калибрами деталь считается годной, если проходной калибр под действием силы тяжести проходит, а непроходной калибр не проходит через контролируемый элемент детали. Результаты контроля практически не зависят от квалификации оператора.
По конструкции калибры делятся на пробки и скобы. Для контроля отверстий используют калибры-пробки, для контроля валов – калибры-скобы.
По назначению калибры делятся на рабочие и контрольные.
Рабочие калибры предназначены для контроля деталей в процессе их изготовления и приёмки. Такими калибрами на предприятиях пользуются рабочие и контролеры отделов технического контроля (ОТК). Контрольные калибры используют для контроля жестких рабочих предельных калибров-скоб или для настройки регулируемых рабочих калибров.
Комплект рабочих предельных калибров для контроля гладких цилиндрических поверхностей деталей включает:
проходной калибр (ПР), номинальный размер которого равен наибольшему предельному размеру вала или наименьшему предельному размеру отверстия;
непроходной калибр (НЕ), номинальный размер которого равен наименьшему предельному размеру вала или наибольшему предельному размеру отверстия.
В основу конструирования гладких калибров положен принцип Тейлора или принцип подобия, согласно которому проходные калибры должны являться прототипом сопрягаемой детали и контролировать в комплексе все виды погрешностей данной поверхности (проверка диаметра и погрешности формы, включая отклонения от прямолинейности оси отверстий). Это обеспечивает собираемость соединения. Непроходные калибры должны обеспечивать поэлементный контроль (контроль собственно размеров), следовательно, контакт между рабочими поверхностями калибров и контролируемой поверхностью должен быть точечным.
Полностью отвечающий принципу Тейлора рабочий калибр для контроля отверстия должен иметь проходную сторону в виде цилиндра с длиной, равной длине сопряжения или контролируемой поверхности (полная пробка), и непроходную сторону в виде неполной пробки в виде стержня со сферическими наконечниками. Рабочий калибр для контроля вала должен иметь проходную сторону в виде кольца с длиной, равной длине сопряжения или контролируемой поверхности, и непроходную сторону в виде скобы с ножевыми поверхностями. На практике из-за особенностей технологии изготовления и контроля часто наблюдается нарушение принципа Тейлора, например, калибры для контроля отверстий небольших диаметров изготавливают в виде полных пробок, а для контроля валов – в виде скоб.
Контроль размеров отверстий обычно производится проходными и непроходными калибрами-пробками, вставленными в общую рукоятку (рис. 3.77 а).
Калибры для валов обычно делают в виде скоб с плоскопараллельными рабочими поверхностями (рис. 3.77 б).
а
б |
в |
Рис. 3.77. Эскизы калибров
Если проходной и непроходной калибры для контроля отверстий изготавливают в виде полных пробок, то непроходная пробка имеет меньшую длину, чем проходная. Для отверстий больших диаметров чаще используют калибры с рабочими поверхностями в виде неполной пробки, например листовая пробка с цилиндрическими рабочими поверхностями, причем длина рабочих поверхностей непроходной пробки существенно меньше, чем у проходной. Контроль каждой пробкой осуществляется в нескольких поперечных сечениях отверстия (контролируется как минимум два взаимно перпендикулярных сечения).
При контроле валов калибром-скобой и поверхность проверяют в нескольких сечениях по длине и не менее чем в двух взаимоперпендикулярных направлениях каждого сечения.
Если детали годные, то в соответствии с названием проходные калибры (ПР) должны проходить через контролируемые поверхности под действием собственного веса, а непроходные (НЕ) проходить не должны.
При контроле гладкими калибрами следует соблюдать ряд правил, в частности пользоваться только калибрами, предназначенными для данного случая (рабочие, как правило, используют новые проходные калибры, работники ОТК могут использовать частично изношенные калибры). Необходимо следить за чистотой измерительных поверхностей, не пытаться силой проталкивать проходные и непроходные калибры, во избежание нагрева не следует держать калибры в руках дольше, чем это необходимо.
Виды гладких нерегулируемых калибров для контроля цилиндрических отверстий и валов устанавливает ГОСТ 24851-81, в котором их различным конструктивным видам присвоены номера (1...12) и соответствующие наименования.
Существуют три варианта исполнения гладких калибров:
1. Однопредельные пробки или скобы (проходные, маркируемые ПР, и непроходные НЕ), применяемые преимущественно при контроле относительно больших размеров.
2. Двухпредельные двусторонние калибры, которые несколько ускоряют контроль. Они предусмотрены для сравнительно небольших размеров: калибры-скобы до 10 мм и калибры пробки до 50 мм.
3. Односторонние двухпредельные калибры, которые компактнее и практически вдвое ускоряют контроль. Такие калибры предусмотрены для широкого диапазона размеров.
Односторонние скобы, начиная с размеров свыше 200 мм для контроля валов до 8-го квалитета включительно, обязательно должны снабжаться теплоизоляционными ручками-накладками.
Конструктивно гладкие калибры могут выполняться регулируемыми и нерегулируемыми.
Калибры для размеров свыше 500 мм, согласно ГОСТ 24852-81 применяют только для контроля деталей 9...17-го квалитетов. Эти калибры имеют единую схему расположения полей допусков.
Расчет калибров сводится к определению исполнительных размеров измерительных поверхностей, ограничению отклонений их формы и назначению оптимальной шероховатости. Началом отсчета отклонений для проходных гладких калибров является проходной предел вала или отверстия, для непроходных их непроходной предел. На проходные калибры кроме допуска на изготовление отдельно предусматривают еще допустимую границу износа.
Для производительного и точного контроля внутренних размеров контроля калибров-скоб в процессе их доводки при изготовлении и для быстрого определения момента полного изнашивания используют гладкие контрольные калибры (рис. 3.77 в).
В комплект контрольных калибров входят три калибра, выполненные в виде шайб
контрольный проходной калибр (К-ПР);
контрольный непроходной калибр (К-НЕ);
калибр для контроля износа проходного калибра (КИ).
Контрольные калибры К-ПР и К-НЕ из-за малости допусков рабочих калибров, для контроля которых они предназначены, выполнены как нормальные, а не предельные калибры, и годность рабочих калибров определяется с применением субъективной оценки соответствия проверяемых размеров контрольным калибрам.
Калибр КИ предназначен для контроля допустимого износа проходной стороны и может рассматриваться как предельный калибр, контролирующий границу допустимого износа.
Контрольные калибры (при размерах до 180 мм можно использовать также блоки концевых мер) предназначены для ускорения проверки окончательных размеров проходной и непроходной сторон при изготовлении нерегулируемых или установке регулируемых скоб (К-ПР и К-НЕ), а также для контроля момента полного износа проходных калибров-скоб в процессе их эксплуатации (КИ).
Калибры для контроля калибров-пробок не изготавливают. Размеры калибров-пробок проверяют универсальными измерительными средствами, что для наружных поверхностей не представляет сложности.
Для всех калибров устанавливают допуски на изготовление, а для проходного калибра, который при контроле детали изнашивается более интенсивно, дополнительно устанавливают границу износа.
Допуски на измерительные поверхности гладких калибров установлены стандартами ГОСТ 24853-81 (для размеров до 500 мм) и ГОСТ 24852-81 (для размеров от 500 мм до 3150 мм). Допуски рабочих поверхностей калибров значительно меньше допусков тех деталей, для контроля которых они предназначены, и апробированы многолетней практикой.
Для построения схем расположения полей допусков необходимо определять номинальные размеры калибров, которые соответствуют предельным размерам контролируемой калибром поверхности отверстия или вала (рис. 3.78).
Расположение полей допусков калибров по ГОСТ 24853-81 зависит от номинального размера детали (различаются схемы для размеров до 180 мм и свыше 180 мм и для квалитетов 6, 7, 8 и от 9 до 17).
Рис. 3.78. К определению номинальных размеров калибров
Стандартом установлены следующие нормы для калибров:
Н – допуск на изготовление калибров для отверстия;
Нs – допуск на изготовление калибров со сферическими измерительными поверхностями (для отверстия);
Н1 – допуск на изготовление калибров для вала;
Нр – допуск на изготовление контрольного калибра для скобы.
Износ проходных калибров ограничивают значениями:
Y – допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия;
Y1 – допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия.
Для всех проходных калибров поля допусков смещены внутрь поля допуска детали на величину Z для калибров-пробок и величину Z1 для калибров-скоб. Такое расположение поля допуска проходного калибра, подверженного износу, позволяет повысить его долговечность, хотя увеличивает риск забракования годных деталей новым калибром.
Исполнительным называется размер калибра, по которому изготавливается калибр. При определении исполнительного размера калибра осуществляют замену номинального размера: за «новый» номинальный размер принимают предел максимума материала калибра с расположением поля допуска «в тело» детали. На чертежах рабочих калибров-пробок и контрольных калибров обозначают наибольший размер с отрицательным отклонением, равным ширине поля допуска, для калибров-скоб – наименьший размер с положительным отклонением.
Калибры широко применяют для контроля сложных поверхностей деталей, включая шлицевые и резьбовые. При этом для конструирования рабочих поверхностей калибров обязательно используют принцип Тейлора.
Например, для контроля шлицевых втулок рабочий проходной калибр изготавливают в виде шлицевого вала, что позволяет одновременно контролировать размеры по наружному и внутреннему диаметрам шлицевой втулки, а также взаимное расположение наружной и внутренней цилиндрических поверхностей втулки, шаг и направление шлиц, ширину впадин. Для контроля непроходных пределов (пределов минимума материала детали) используют комплект непроходных калибров, обеспечивающих проверку собственно размеров элементов шлицевой втулки. Диаметры контролируют пробками, причем для внутреннего диаметра применяют неполную или полную пробку, а для наружного диаметра шлицевой втулки используют неполную пробку. В комплект входит и рабочий калибр для контроля ширины шлиц.
Для контроля резьбы применяют рабочую проходную резьбовую пробку с резьбой полного профиля и длиной, равной длине резьбового сопряжения. В комплект непроходных калибров входят рабочий непроходной резьбовой калибр с укороченным профилем резьбы и уменьшенной длиной резьбовой части, а также гладкие калибры для контроля диаметра выступов. Непроходной резьбовой калибр должен свинчиваться с ответной деталью не более чем на полтора витка.