Измерительные устройства. Калибры в контрольных приспособлениях

Измерительные устройства. Измерительные устройства являются наиболее важными и ответ­ственными элементами, входящими в конструкции контрольных приспособлений. Измерительное устройство, непосредственно осуще­ствляющее проверку, определяет точность и производительность работы всего контрольного приспособления.

При выборе того или иного измерительного устройства, являю­щемся одним из наиболее важных этапов проектирования контроль­ного приспособления, необходимо стремиться:

а) к достижению наименьших суммарных погрешностей измере­ния с тем, чтобы одновременно обеспечить наибольшее расширение производственных допусков деталей, т. е. допусков, остающихся за вычетом погрешностей измерения;

б) к снижению требований к квалификации контролера или рабочего-оператора, использующих контрольное приспособление;

в) к возможно большему повышению производительности кон­струкции контрольного приспособления.

При сравнительном анализе измерительных устройств для опти­мального, технически обоснованного их применения в конструк­ции проектируемого контрольного приспособления должны сопо­ставляться основные метрологические показатели измерителей:

а) цена деления шкалы — значение измеряемой величины, соот­ветствующее одному делению шкалы;

б) интервал деления — расстояние между серединами двух сосед­них штрихов шкалы;

в) передаточное отношение (чувствительность) — отношение линейного или углового перемещения указателя к изменению про­веряемой величины, вызвавшему это перемещение;

г) предел измерения — наибольшая и наименьшая величины, которые могут быть определены при помощи данного измеритель­ного устройства;

д) порог чувствительности — наименьшее изменение значения измеряемой величины, способное вызвать изменения показаний измерительного устройства;

е) измерительное усилие — усилие, возникающее в процессе измерения при контакте рабочих поверхностей измерительного устройства с проверяемой деталью;

ж) погрешность показаний — разность между показанием изме­рительного устройства и действительным значением проверяемой величины;

з) вариация показаний — наибольшая разность между отдель­ными повторными показаниями измерительного устройства при многократной проверке одной и той же величины в неизменных внеш­них условиях.

Современная измерительная техника располагает черезвычайно разнообразной и многочисленной номенклатурой совершенных изме­рительных устройств.

Конструктор, проектирующий контрольное приспособление, дол­жен на основе всестороннего глубокого анализа всех метрологиче­ских и экономических показателей выбрать наиболее подходящее для данного конкретного случая измерительное устройство.

Все многообразие измерительных устройств, применяемых в кон­струкциях контрольных приспособлений в соответствии с классифи­кацией последних, приведенной в гл. II, может быть разделено на три основные группы:

1) калибры (нормальные и предельные) к контрольным приспо­соблениям;

2) отсчетные измерительные устройства;

3) датчики сигнализирующие или управляющие исполнительными органами контрольного приспособления, автомата или производ­ственного оборудования.

Калибры, т. е. неотсчетные измерители (различные шаблоны, скобы, пробки, щупы, подвижные, ступенчатые измерители и др.), ограничивают предельные значения проверяемых величин, не позво­ляя определять их числовые значения.

Калибры широко применяются в конструкциях приспособлений для контроля геометрической точности заготовок (отливок и поковок), а также в приспособлениях для окончательного контроля деталей, законченных обработкой.

Калибры нельзя использовать в качестве измерителей в конструк­циях приспособлений во всех случаях, когда необходимо определить действительные отклонения проверяемых величин.

Отсчетные измерительные устройства (рычажно-механические. пневматические, электроиндуктивные и др.) обладают шкалой и дают возможность определять действительные числовые значения прове­ряемых величин. Шкальные измерители позволяют контролировать отклонения от правильной геометрической формы деталей.

Все это делает необходимым применение отсчетных измеритель­ных устройств в конструкциях приспособлений для контроля пра­вильности наладки и протекания технологического процесса, для статистического метода контроля деталей и анализа качества произ­водственного процесса, для разбивки деталей на размерные группы при сборке методом группового подбора и в других подобных слу­чаях.

Кроме того, шкальные измерители широко применяют в приспо­соблениях для контроля деталей в процессе обработки, работающих без автоматического воздействия на органы управления стан­ками.

Датчики, сигнализирующие или управляющие исполнительными органами контрольного приспособления или производственного оборудования, являются относительно новой группой измерительных устройств, получившей значительное распространение лишь на про­тяжении последних лет. К этой группе измерительных устройств относятся датчики электроконтактные, пневмоэлектрические, фото­электрические, электроиндуктивные и др.

Измерители этой группы применяют в одномерных и многомер­ных контрольных приспособлениях со световой сигнализацией; при механизации и автоматизации контроля деталей как простых {шарики, ролики и т. д.), так и сложных (зубчатые колеса, поршни и т. п.) геометрических форм; при автоматизации процессов рассор­тировки деталей на группы размеров для сборки методом группо­вого подбора.

Особенно большое значение приобретают датчики, управляющие исполнительными органами в связи с неуклонным и быстрым разви­тием контрольных приспособлений, автоматически управляющих процессом получения заданных размеров деталей, т. е. в связи с развитием активного контроля, являющегося основным, наиболее целесообразным и прогрессивным направлением развития техни­ческого контроля в машиностроении.

Вместе с тем следует отметить, что датчики типа электроконтактных, управляющие световыми сигналами контрольного приспособ­ления или исполнительными органами .контрольного автомата или производственного оборудования, имеют существенный недостаток: отсутствие шкалы, по которой можно было бы оценить действитель­ные значения проверяемых размеров. Этот недостаток затрудняет наладку контрольных автоматов, устройств для контроля деталей в процессе обработки и многомерных контрольных приспособлений со световой сигнализацией; лишает рабочего возможности своевре­менно уловить момент, когда нарушается настройка датчика на заданные размеры, и вынуждает дополнительно производить раз­мерную рассортировку брака и дефекта, отсеянных контрольным приспособлением.

Потребность в сочетании автоматического контроля с визуальной оценкой по шкале действительных отклонений проверяемых величин приводит к созданию специальных комбинированных датчиков, которые, очевидно, имеют большие перспективы развития, хотя пока еще получили весьма малое распространение.

При сравнительно грубых допусках на проверяемые размеры (4-й класс точности и грубее) в качестве измерительных устройств в конструкциях контрольных приспособлений, как правило, приме­няют калибры, номенклатура которых весьма многочисленна и разнообразна: предельные скобы, пробки и щупы, профильные шаб­лоны, подвижные ступенчатые измерители и многие другие.

При контроле различных мелких деталей, а также деталей с рядом однотипных контролируемых размеров, находят применение простые контрольные приспособления со сменными калибрами. Калибры применяют в конструкциях приспособлений при контроле деталей в условиях серийного производства, когда экономически нецеле­сообразно создание высокопроизводительных контрольных приспо­соблений со световой сигнализацией или, тем более, контрольных автоматов и полуавтоматов.

При контроле правильности криволинейных контуров деталей, получаемых холодной штамповкой из листа, гнутых из труб и т. п., применяют контрольные приспо­собления с профильными шабло­нами. В зависимости от форм проверяемых деталей профильные шаблоны могут быть плоскими или объемными. В зависимости от своих габаритных размеров они бывают цельными или составными из ряда пластин, планок или штифтов, установленных на плите приспособления. Для изготовления этих шаблонов, особенно составных, и их проверки к ним должны предусматриваться контр­шаблоны, в качестве которых можно использовать образцовые детали, должным образом проверенные и паспортизованные.

Пример подобного приспособления для проверки контура гну­той трубки приведен на фиг. 31. Деталь устанавливают на плоскости плиты приспособления в пазах шириной b, образованных парами цилиндрических штифтов и составными шаблонами. Разница между шириной bпазов приспособления и диаметром и проверяемой трубки определяет величину проверяемого допуска на контур детали. При необходимости к контрольному приспособлению может быть предусмотрен щуп, который должен вводиться в зазоры между поверхностями профильного шаблона приспособления и контро­лируемой детали, определяя отклонения проверяемого контура.

По предельной ступеньке а определяется линейный размер детали относительно базового упора А приспособления.

Описанная конструкция является простейшим, но типичным случаем применения калибров (составного профильного шаблона и ступенчатого измерителя) в конструкциях контрольных приспо­соблений для проверки криволинейных контуров штампованных и гнутых деталей.

В приспособлениях для контроля заготовок (отливок и поковок) весьма часто применяют профильные шаблоны для определения откло­нений от заданных припусков на механическую обработку по наруж­ным и внутренним цилиндрическим поверхностям, а также для конт­роля правильности расположения отдельных поверхностей заготовок относительно базовых.

Для контроля отклонения заданного припуска на обработку по отверстию заготовки применяют шаблон-отверстие (фиг. 32, а).

Для контроля отклонения заданного припуска на обработку по наружной цилиндрической поверхности заготовки применяют шаблон-диск (фиг. 32, б).

При необходимости одновременного определения правильности припусков по отверстию и наружной цилиндрической поверхности заготовки оба приведенных шаблона можно совмещать в одном шаблоне-кольце.

Диаметры шаблонов-отверстий или дисков рассчитывают в зави­симости от соответствующего размера заготовки и допуска, устано­вленного ее чертежом, на величину припуска на обработку:

; (3)

; (4)

где D_Аш— диаметр шаблона-отверстия;
D_Вш — диаметр шаблона-диска;
d_А — наименьший диаметр отверстия заготовки;
d_B — наибольший диаметр наружной цилиндрической поверхности заготовки;
Δ_А— наибольший припуск на обработку отверстия заготовки (на сторону);

Δ_в — наибольший припуск на обработку наружной цилиндрической поверхности заготовки (на сторону).

Не следует упускать из вида, что. шаблоны-отверстия и диски всегда координированы в конструкции приспособления относительно базовых поверхностей.

Это означает, что шаблоном производится комплексное измерение как самого размера диаметра соответствующей поверхности заго­товки, так и ее смещения относительно базы.

При контроле правильности расположения отдельных поверх­ностей заготовки относительно базовых, а также при контроле правильности выполнения сложного контура заготовки профильный шаблон должен быть подобным контуру проверяемой поверхности. По размеру шаблон должен быть больше контура проверяемой детали на величину допустимого отклонения,- если проверяемая поверх­ность должна вписываться в контур шаблона или, напротив, должен быть меньше контура проверяемой детали на величину допустимого отклонения, если сам шаблон при проверке должен вписываться в проверяемый контур.

В приведенной ранее конструкции приспособления для контроля отливки (см. гл. II, фиг. 6) применен шаблон-отверстие 3 для определения припуска на обработку по отверстию А₂.

Погрешность контроля профильными шаблонами составляет примерно 0,2—0,3 мм и зависит от опыта и квалификации контро­лера, использующего контрольное приспособление.

Для удобства использования профильного шаблона он должен иметь широкую фаску по измерительному контуру, а при работе должен вплотную подводиться к проверяемой по­верхности заготовки.

Применение профильных шаблонов, рекомендуется при проверке допусков не менее 1 мм.

Недостатком профильных шаблонов является то, что они дают возможность определения соответствия проверяемого размера лишь одному пределу, т. е. они ограничивают наименьшую "величину заданного припуска на обработку, не определяя наибольшего значения этой величины, что также было бы же­лательно с тем, чтобы избежать чрезмерно больших припусков на обработку.

Этого недостатка лишен подвижный ступенча­тый измеритель (фиг. 33), широко применяемый в конструкциях приспособлений для контроля при­пусков на механическую обработку и коробление заготовок.

Во втулке 1 перемещается стержень 3, в нижней части которого | резьбовой втулкой 5 закреплен сменный измерительный шарик 6, соприкасающийся с проверяемой поверхностью детали.

На верхнем торце втулки 1 прошлифована ступенька, размер b которой соответствует величине проверяемого допуска детали.

По положению плоского торца стержня 3 относительно ступеньки Ь втулки 1 производят суждение о том, находится ли проверяемый размер детали в пределах установленного поля допуска.

Оценку результата измерения производят на глаз. Совпадение торца измерительного стержня с предельными площадками втулки измерителя можно дополнительно оценивать на ощупь пальцем или ногтем.

Ступенчатый измеритель имеет погрешности измерения в пределах до 0,2 мм, а при известном навыке контролера она снижается до 0,1 мм. Для точностей, необходимых при контроле заготовок, этого совершенно достаточно.

Ограничительный штифт 2 предохраняет измерительный стержень от проворачивания и ограничивает его продольные перемещения.

Пружина 4 обеспечивает измерительное усилие в пределах 250— 350 г.

Посадочный (в отверстие контрольного приспособления) размер втулки / измерителя составляет 15—18 мм.

Монтажный размер Н принимают примерно от 25 до 65 мм и более.

Ступенчатый измеритель можно применять не только при необ­ходимости контроля обоих пределов проверяемого допуска размера заготовки или обработанной детали, но и при контроле трудно доступ­ных для измерения поверхностей, не доступных для профильных шаблонов.

Контроль ступенчатыми измерителями можно производить как при непосредственном контакте с проверяемой поверхностью детали (например, при проверке торца Т в приспособлении, приведенном на фиг. 6), так и через различные промежуточные передачи (проверка отверстия А₁ в том же приспособлении).

Важным достоинством ступенчатых измерителей является исклю­чительная их простота в изготовлении и эксплуатации.

В конструкциях контрольных приспособлений часто применяют всевозможные специальные калибры, являющиеся органической частью конструкции самого приспособления.

Так, на фиг. 34 приведено простое приспособление для проверки коробления поршневых колец. Проверку производят прохождением проверяемого кольца под влиянием собственного веса через верти­кально расположенную щель заданного размера.

Еще один пример приведен на фиг. 35, где показано приспособле­ние для контроля углового расположения шлицев относительно оси специального рычага.

Деталь отверстием с коническими отстроугольными шлицами надевают на шлицевую втулку / приспособления.

Предварительно в гладкое коническое отверстие детали должна быть установлена оправка 2 и закреплена гайкой 3.

Таким образом, при установке детали на шлицевук) втулку / цилиндрический хвостовик оправки 2 должен войти в паз планки 4. Ширина паза выполнена с таким расчетом, чтобы при среднем положении оправки 2 односторонний зазор N соответствовал величине максимально допустимого линейного отклонения, получающегося за счет неправильного углового расположения шлицев относи­тельно плоскости, проходящей через оси обоих отверстий де­тали.

В данном случае сочетание хвостовика оправки 2 с охватывающим его пазом является примером использования специального калибра в конструкции контрольного приспособления.

Возможны и другие случаи специальных применений калибров в конструкциях контрольных приспособлений.

Как видно из приведенных примеров, область применения калиб­ров в конструкциях контрольных приспособлений весьма разно­образна.

Основным недостатком, ограничивающим применение калибров в конструкциях контрольных приспособлений (равно как и при само­стоятельном использовании калибров), является невозможность определения с их помощью числовых значений проверяемых вели­чин.

Вместе с тем калибрам свойственны и серьезные достоинства во многих случаях оправдывающие их применение в конструкциях контрольных приспособлений.

Так, калибры, как правило, не требуют высокой квалификации от контролеров; по производительности контрольные приспособле­ния, оснащенные калибрами, не только не уступают приспособлениям обычного ручного типа с отсчетными измерителями, но зачастую их превосходят; по точности измерения при контроле размеров с допусками по 4-му классу точности и грубее калибры также ока­зываются вполне удовлетворительными. Кроме того, при контроле деталей сложных форм (в том числе с криволинейными контурами) применение комплексных калибров (в том числе и профильных шаблонов) наиболее надежно обеспечивает взаимозаменяемость дета­лей в узле.

Поэтому при проектировании контрольного приспособления кон­структор должен тщательно взвесить все достоинства и недостатки тех или иных калибров, сопоставить их с достоинствами и недостат­ками отсчетных измерительных устройств с тем, чтобы выбрать опти­мальную для данного случая конструкцию измерителя.