Общие указания по проектированию контрольных приспособлений

В заключение необходимо сделать ряд общих указаний, связан­ных со спецификой проектирования цеховых контрольных приспо­соблений и приборов.

Эта специфика определяется тем, что в отношении их эксплуа­тации контрольные приспособления имеют много общего как с лабораторными измерительными приборами, так и со станочными при­способлениями, хотя в то же время и существенно от них отличаются.

С лабораторными приборами их сближают требования стабиль­ного обеспечения высокой точности измерения с возможно меньшими погрешностями.

К станочным приспособлениям их приближает работа в цеховых условиях, связанная с возможностью загрязнения, с быстротой износа при больших количествах проверяемых деталей и с пониженными требованиями к квалификации рабочих, работающих на этих при­способлениях.

Сближают станочные и контрольные приспособления требова­ния, предъявляемые к их производительности. Эти требования должны быть обоснованы экономической целесообразностью повы­шения стоимости приспособления, так как увеличение производи­тельности, как правило, вызывает усложнение конструкции.

При проектировании контрольных приспособлений необходимо помнить, что само время измерения всегда очень невелико и вспомо­гательное время в большинстве случаев превышает его. Сокращение вспомогательного времени часто может быть достигнуто не столько введением дополнительных узлов, повышающих производительность, сколько наиболее рациональной компоновкой на приспособлении основных его узлов.

Конструктивная сложность приспособления может вызываться стремлением уменьшить до минимума возможные погрешности измерения. В этом отношении также необходимо помнить об эконо­мической целесообразности вводимых в конструкцию усложнений.

Последнее обстоятельство особенно важно при выборе измери­тельного устройства. Повышение точности измерительного устрой­ства всегда вызывает его удорожание. Если есть возможность вос­пользоваться индикатором часового типа, хотя бы и с удваиваю­щей передачей, то это всегда целесообразнее, чем применение для данного приспособления миниметра.

Индикатор часового типа является наиболее широко применяе­мым измерительным устройством. Он обладает достаточно высокой точностью и малой ценой деления наряду с широким диапазоном измерения, что позволяет использовать его для большого количества контрольных приспособлений.

При допусках на изготовление деталей по 1-му и частично по 2-му классу точности, а также при разбивке на несколько размер­ных групп, применяют миниметры, пневматические микромеры, электроиндуктивные приборы и др.

Для заготовительных цехов (кузнечных и литейных) в конструк­циях контрольных приспособлений, в основном, применяются ры­чажные индикаторы с ценой деления 0,2 мм, подвижные ступенча­тые измерители и профильные шаблоны.

Применение измерительных устройств высокой точности для контроля величин, ограниченных широкими допусками, может, вызвать дополнительные неудобства. Так, применение индикатора часового типа, имеющего сто делений с ценой 0,01 мм, неудобно при измерении допусков, равных 0,5 мм и более. Для того чтобы не ошибиться на половину оборота стрелки индикатора, контро­лер должен следить одновременно за большой и малой стрелками. Избежать этого можно или применяя более грубое измерительное устройство, или включая в конструкцию приспособления понижаю­щую передачу, которая как бы увеличит цену деления измерителя.

Установка измерительных средств на приспособлениях и прибо­рах должна обеспечивать удобство наблюдения за их показаниями. На приспособлении с неудобно установленными измерительными устройствами всегда, повышается возможность возникновения гру­бых ошибок измерения как за счет трудности наблюдения за их шкалами, так и за счет параллакса. Если на приспособлении имеется несколько индикаторов, то их следует располагать возможно ближе друг к другу; при этом их циферблаты должны быть обращены в одну сторону.

Установка и снятие измерительных устройств должны быть лег­ко осуществимы контролером непосредственно в цеховых условиях при одновременной надежности и жесткости их крепления на при­способлении или приборе.

Расположение измерительных устройств должно предохранять их от случайных ударов и повреждений при установке проверяемой детали, в процессе измерения и т. д. В ряде случаев конструктор должен предусматривать для этой цели предохранительные кожухи, крышки и щитки.

Предохранение измерительных устройств от попадания абра­зивной пыли, эмульсии и иных видов загрязнения также необхо­димо предусматривать при проектировании. Особенное внимание этому необходимо уделять при проектировании приспособлений, предназначенных для контроля деталей непосредственно на станках в процессе обработки. Обязательным условием, которому должна отвечать конструк­ция контрольного приспособления, является удобство пользова­ния им.

Работа на приспособлении не должна утомлять контролера или требовать от него больших физических усилий. Все перемещае­мые узлы и детали приспособления должны двигаться легко, плавно и без заеданий даже в том случае, если это не оказывает непосредст­венного влияния на точность измерения.

Проверяемая деталь должна легко устанавливаться на приспо­собление и легко сниматься с него. С этой целью иногда необходимо в конструкцию приспособления включать вспомогательные узлы — съемники, выталкиватели и т. п. Особенно следует обращать внима­ние на это условие при проверке деталей большого веса, а также при установке деталей, имеющих значительный диаметр базового отверстия, на цилиндрический базирующий палец с небольшим зазором.

При этом часто возможны перекосы и заклинивания детали. Точно также приспособления, накладываемые при измерении на проверяемую деталь, должны обладать не только малым весом, но и удобной формой. Они не должны иметь острых углов и ребер, на них должны быть предусмотрены удобные рукоятки.

Зажимы контрольных приспособлений должны быть легкими в управлении; выбор конструкции зажима решается не только его производительностью и надежностью, но одновременно учитывается и легкость управления зажимом. Применять пневматические зажимы можно как для повышения производительности, так и для облег­чения работы контролера.

Конструктор должен помнить, что быстрая утомляемость кон­тролера при затрате больших физических усилий неизменно будет вызывать возникновение грубых ошибок измерения.

Точность контрольного приспособления или прибора, малая величина погрешностей измерения должны обеспечиваться конструк­цией не только в новом приспособлении, но и в процессе его эксплу­атации.

Основными причинами, вызывающими потерю точности, является износ направляющих, шарниров и поверхностей, соприкасающихся с проверяемыми деталями.

Применение узлов, с выбираемыми зазорами или вообще не имею­щих зазоров (например, передачи на упругих пластинах), значи­тельно увеличивает долговечность приспособления и повышает его эксплуатационную точность.

Точно также увеличивает срок службы приспособления исполь­зование в направляющих элементах трения качения вместо трения скольжения.

С быстрой потерей точности можно бороться, применяя эле­менты, позволяющие производить подналадку и подгонку узлов в цеховых условиях.

Регулируемые узлы, включение в конструкцию прокладок и компенсаторов не только позволяют обойтись в ряде случаев теку­щим ремонтом вместо капитального, но и облегчают изготовление новых приспособлений, снижая требования к точности отдельных деталей за счет незначительного усложнения процесса сборки и наладки.

Другим путем увеличения долговечности работы контрольных приспособлений и приборов является широкое применение легко­сменяемых деталей. Всевозможные опоры, базовые плитки, измери­тельные наконечники и другие аналогичные детали следует проек­тировать с учетом возможности изготовления запасных частей, устанавливаемых на приспособление прямо в цеховых условиях. Наличие запасных сменных деталей служит повышению точности и уменьшению погрешностей измерения в процессе эксплуатации контрольных приспособлений.

Однако регулируемыми узлами и элементами не всегда возможно достигнуть уменьшения вредных зазоров не только по мере износа, но и во вновь изготовляемых приспособлениях. Если, например, в лабораторных приборах направляющие элементы часто выполняют так, что уменьшения зазоров добиваются при помощи юстировки, то в цеховых контрольных приспособлениях это не всегда дости­жимо. Объясняется это тем, что детали контрольных приспособле­ний несут большие, нагрузки, чем лабораторные измерительные приборы, а следовательно, они требуют более надежных и жестких конструкций узлов.

В некоторых случаях конструкция приспособления требует применения посадок повышенной точности сравнительно с преду­смотренными стандартами. В первую очередь это относится к по­садкам скользящей и движения, особенно в тех случаях, когда направляемый элемент имеет значительный вылет, чем дополни­тельно увеличивается поперечная качка, возникающая за счет име­ющихся зазоров. Посадка всевозможных шпинделей во втулках также иногда не может быть обеспечена по существующей системе допусков и посадок, когда надо обеспечить легкое, без качки, вращение шпинделя.

Если конструктор задает допуски на втулку и шпиндель по 1-му классу точности, то при диаметре в интервале 30—50 мм для посадки С₁ получится зазор от 0 до 26 мк, а для посадки Д₁ — от 9 до 35 мк.

Для получения достаточно легкого вращения (при жидкой смаз­ке) и отсутствия качки шпинделя во втулке ни минимальные, ни максимальные зазоры не могут отвечать предъявляемым требова­ниям. Даже если считать, что будут получены средние зазоры (13 мк для посадки С₁ и 22 мк для посадки Д₁), то для данного случая они велики. Поэтому в чертежах деталей можно предусматривать взаим­ную подгонку зазора между валом и отверстием (в данном случае порядка 4—6 мк).

Для того чтобы обеспечить необходимое при ремонте соответ­ствие сопрягаемых деталей стандарту на допуски и посадки, одна из, деталей должна изготовляться по допускам, а на чертеже вто­рой—.дается указание о пригонке и величинах зазоров, которые должны быть обеспечены в сопряжении обеих деталей.

Допуском на изготовление должен ограничиваться размер вала, так как измерение и изготовление наружной поверхности заданного размера проще и технологичнее.

Пригонка должна указываться на размере отверстия, так как притирка отверстия «по месту» при помощи цилиндрического чу­гунного притира также является сравнительно несложной операцией.

Пример оформления чертежей с предусмотренной в них индиви­дуальной подгонкой показан на фиг. 328.

Величина допустимого зазора может быть ограничена техноло­гическими условиями на общем виде приспособления. Тогда в детальных чертежах вводится примечание о подгонке, но без указания величин зазоров, взамен чего дается ссылка на общий вид.

Соответственно с повышенными требованиями к точности сопря­жений и к повышению износоустойчивости чистота поверхности деталей контрольных приспособлений должна быть выше, чем у соответствующих деталей станочных приспособлений. Этим умень­шаются погрешности измерения, возникающие в процессе эксплуа­тации. Чистота поверхности направляющих элементов должна быть порядка 9-го или 10-го класса по ГОСТ 2789-51. Опорные базовые поверхности контрольных приспособлений могут иметь чистоту от 7-го до 12-го класса, причем 7-й класс применяют для опор, кон­тактирующих с необработанными поверхностями проверяемых де­талей, а 12-й класс применяют при измерении наиболее чисто и точно обработанных деталей, например при разбивке на размерные группы с интервалами до 5—8 мк.

Измерительные поверхности всевозможных щупов, наконечников, рычагов и других деталей, имеющих контакт с проверяемыми дета­лями или с другими деталями контрольного приспособления, изго­товляют по 8—10-му классам чистоты.

Плоскости плит контрольных приспособлений можно обрабаты­вать по 7—8-му классам чистоты, а в ответственных случаях или при больших поверхностях этих плит их можно шабрить. Шабренные поверхности при проверке по контрольно-поверочной плите должны иметь от 12 до 16 пятен на квадрат со стороной 25 мм.

Учитывая общие повышенные требования к контрольным приспо­соблениям, все их нерабочие поверхности также следует обрабаты­вать несколько чище, чем аналогичные поверхности станочных приспособлений. Для нерабочих поверхностей необходимо применять, в основном, чистоту 5—6-го классов при контроле механически обработанных деталей, и не ниже 4-го класса при контроле загото­вок.

Необходимость повышения износоустойчивости требует также высокой твердости трущихся поверхностей контрольных приспо­соблений. Если учесть, что, как правило, детали контрольных при­способлений не испытывают больших нагрузок, то возможно исполь­зование высокоуглеродистых сталей с закалкой до твердости порядка Rс = 58—62.

Повышения износоустойчивости можно также достигнуть при помощи хромирования деталей с толщиной слоя хрома до 0,01 — 0,05 мм.

Увеличение толщины слоя хрома нежелательно, так как может привести к его выкрашиванию и скалыванию. Особенно важно повышение твердости тех элементов приспособлений, которые не­посредственно соприкасаются с проверяемой деталью. При этом во избежание ускоренного износа измерительный элемент приспо­собления должен иметь твердость большую, чем твердость проверяе­мой детали. Для этой цели можно применять как элементы, изго­товленные из легированных сталей ХВГ и ХГ, допускающих закалку до твердости R_с = 62…66, так и элементы, оснащенные вставками из твердых сплавов. Вставки должны изготовляться из стан­дартных пластин, используемых полностью или частично и припаян­ных медным припоем.

В качестве материала для вставок можно рекомендовать сплав Т5К10, обладающий высокой износоустойчивостью. При наличии ударных нагрузок, которые могут вызвать выкрашивание кромок, может быть использован сплав ВК8, имеющий несколько большую прочность и вязкость при незначительном уменьшении .твердости.

Если оснащение твердым сплавом по конструктивным сообра­жениям невозможно, то могут быть применены стали: Х12Ф-1, допускающая закалку до твердости Rс = 64…66, или 35ХМЮА, которая после азотирования имеет поверхностный слой твердостью до R_с = 68.

Весьма важно при выборе материала учитывать возможную его деформацию как в процессе термической обработки, так и особенно в процессе эксплуатации контрольного приспособления. Часто потеря точности приспособления в эксплуатации вызывается дефор­мацией как отдельных его деталей, так и всей плиты или корпуса приспособления. В некоторых случаях детали могут деформиро­ваться вследствие того, что они после термической обработки и перед окончательными отделочными операциями прошли чрезмерно «жест­кую» правку и рихтовку. Поэтому для деталей сложной конфигура­ции и требующих большой стабильности формы можно рекомендо­вать применение улучшаемых сталей 40Х и 40ХН, цементируемых сталей 20Х и 18ХГТ и закаливаемых сталей ХВГ и ХГ.

Для корпусных деталей, оснований и плит следует применять чугуны с невысокими механическими свойствами СЧ 12-28 и СЧ 18-36, которые необходимо после предварительной механической обработки (обдирки) подвергать искусственному старению.

Корпусные детали, изготовленные из алюминия и дуралюмина, обладают значительно меньшей жесткостью и стабильностью и поэтому их можно применять только в малоответственных случаях для накладных контрольных приспособлений малого веса.

Потеря точности и возникновение ошибок и погрешностей изме­рения могут явиться результатом упругой деформации отдельных деталей приспособления или даже деформации самой проверяемой детали при чрезмерно сильном зажиме или при большом измери­тельном усилии.

Необходимо учитывать, что величины деформации, которыми пренебрегают при проектировании станочных приспособлений, могут оказаться недопустимыми для контрольных приспособлений. Поэ­тому особое внимание необходимо обращать на жесткость деталей и прежде всего таких, которые имеют значительный вылет или боль­шое расстояние между опорами.

Плиты и корпуса контрольных приспособлений делают короб­чатого сечения, большой высоты, с ребрами жесткости.

Конструирование и изготовление контрольных приспособлений могут быть улучшены качественно и удешевлены при широком использовании нормальных узлов и деталей. Нормали крепежных деталей, шпонок, всевозможных рукояток и ряда других деталей общего назначения должны быть общими для контрольных и ста­ночных приспособлений. Но, кроме этих деталей, должны быть широко нормализованы специфические детали и узлы контрольных приспособлений.

Значительная часть из рассмотренных в предыдущих главах узлов и деталей легко подвергается нормализации. Должны быть оформлены в виде нормалей: прямые передачи, отдельные детали угловых передач, элементы крепления измерительных устройств, центровые бабки с неподвижным и подвижным центрами, универ­сальные стойки для индикаторов. Могут быть нормализованы целые конструкции контрольных приспособлений, в том числе и плита с центровыми бабками.

Эта плита может быть использована не только для универсальных измерений. При установке на плите дополнительных вспомогательных устройств она превращается в специализированное контрольное приспособление, предназначенное для измерения совершенно определенных элементов конкретной детали.

Необходимо предусматривать также инструкционные нормали по расчету различных элементов приспособлений, методов их по­строения, расчета и назначения допусков на них и т. д. Так, напри­мер, необходимо иметь инструкционные нормали на расчет: кони­ческих контрольных оправок, шлицевых калибров, приспособлений и калибров для проверки взаимного расположения отверстий и др.

Подобные нормали имеют целью не только облегчить и уско­рить работу конструктора, но и обеспечивают единый и постоян­ный подход при проектировании измерительных средств для любой аналогичной детали и любым конструктором.

Наиболее ходовые нормали контрольных приспособлений в ин­струментальном цехе можно хранить в изготовленном виде.

Затраты на нормализацию деталей и узлов контрольных при­способлений вполне окупаются не только за счет удешевления кон­струирования и изготовления, но и за счет повышения качества выпускаемых конструкций.

Важным условием правильной работы контрольного приспо­собления является его правильная сборка, правильность взаим­ного расположения отдельных деталей и узлов, выполнение усло­вий легкости вращения и перемещения деталей и ряд других спе­цифических условий. Все они обычно ограничиваются жесткими допусками на изготовление, так как оказывают существенное влия­ние на точность измерения и на возникновение погрешностей изме­рения.

Конструктор приспособления по окончании разработки общего вида должен указать на нем технические условия на изготовление и приемку готового приспособления. В этих технических условиях предусматриваются в соответствии с конструкцией приспособления:

1) концентричность вращающихся элементов;

2) совпадение осей цилиндрических поверхностей или пересе­чение их в пространстве;

3) нахождение различных поверхностей или осей в одной пло­скости;

4) взаимная перпендикулярность или отклонение от заданного угла различных поверхностей или осей;

5) взаимная параллельность различных поверхностей или осей;

6) прямолинейность цилиндрических поверхностей, прямолиней­ность и плоскостность плоских поверхностей;

7) легкость вращения или перемещения отдельных элементов;

8) допустимые зазоры между различными элементами или ма­ксимально допустимая их качка.

Кроме того, в ряде специальных случаев в технических условиях можно предусматривать и всевозможные другие пункты, как, напри­мер, герметичность приспособлений, максимальный момент вра­щающихся элементов, усилие продольного перемещения, усилия элементов, нагруженных пружинами, и т. д. На общем виде должны быть проставлены размеры с допусками, которые обеспечи­ваются сборкой, причем конструктор должен четко представлять себе возможность и метод измерения этих размеров, так как в процессе эксплуатации приспособление необходимо периодически проверять.

При наличии, различных пространственных размеров по воз­можности должны быть предусмотрены вспомогательные отверстия, позволяющие производить измерение приспособлений при помощи стандартного универсального инструмента. Если для измерения приспособления в процессе эксплуатации требуются вспомогатель­ные оправки, установочные детали и т. д., то они должны быть предусмотрены конструктором, а метод пользования ими должен быть указан в технических условиях на общем виде приспособления.

Высокое качество внешней отделки, как и красивое конструк­тивное оформление контрольного приспособления наряду с глубо­кой продуманностью и точностью его конструкции, способствуют повышению общей технической культуры средств измерения, вни­мательному и бережному отношению к ним как со стороны работ­ников производства, так и самих контролеров.

Контрольные приспособления должны по своей отделке прибли­жаться к лабораторным измерительным приборам. Должны широко применяться декоративные и антикоррозионные покрытия многих деталей, хромирование, оксидирование, фосфатирование и т. д. Литые необработанные поверхности должны быть хорошо зачищены, и их рекомендуется окрашивать в черный цвет лаком «Мороз» или «Муар».

Хорошая внешняя отделка приспособления является гарантией бережного с ним обращения в цехе и, следовательно, меньшей ве­роятности возникновения погрешностей измерения, вызванных изно­сом и повреждениями.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ансеров М. А., Приспособления для токарных и круглошлифовальных станков, Лениздат, 1953.

2. Апарин Г. А. и Городецкий И. е:, Допуски и технические измерения, Машгиз, 1953.

3. Баибуров Б, С., Приборы и автоматы для статистического анализа и контроля продукции в машиностроении, Машгиз, 1952.

4. Городецкий И. Е., К вопросу о стандартизации параметров точности в машиностроении, «Стандартизация» № 3, 1954.

5. Городецкий Ю. Г., Конструкция и эксплуатация, средств измерения размеров в машиностроении, Машгиз, 1951.

6. Горошкин А. К., Приспособления для металлорежущих станков, Справочник конструктора. Машгиз, 1953.

7. Дворецкии Е. Р., Конструкции узлов измерительных средств в маши­ностроении, Машгиз, 1950.

8. Кондашевский В. В., Автоматический контроль размеров деталей в процессе обработки, Оборонгиз, 1951.

9. Контроль размерных параметров режущих инструментов общего назна­чения, под ред. И. И. Семенченко, ЦБТИ Министерства станкостроения, 1953.

10. Кругер М. Я. и Кулижнов Б. М., Конструирование оптико-механических приборов, Машгиз, 1948.

11. Кутай А. К-, Производственный контроль размеров машиностроитель­ных деталей, Машгиз, 1947.

12. Левенсон Е. М., Контрольно-измерительные приспособления в маши­ностроении, Машгиз, 1953.

13. Левенсон Е. М., Пневматические измерительные приборы и калибры, ВНИТОМАШ, Машгиз, 1950.

14. Лесохин А. Ф., Допуски и технические измерения, Машгиз, 1954.

15. Малов А. П., Контрольные станки и приспособления, Машгиз, 1948.

16. Рубинов А. Д., Измерение больших размеров в машиностроении, Машгиз, 1948.

17. Рудыкин Г. А., Техника измерения размеров в машиностроении, Машгиз, 1953.

18. Справочник инструментальщика, т. II, Машгиз, 1949.

19. Справочник конструктора точных приборов, под ред. И. Я- Левина, Обо­ронгиз, 1953.

20. Типовые конструкции контрольных приспособлений и узлов, Оргавтопром,

21 Фираго В. П., Проектирование станочных приспособлений, Оборонгиз,

1948.

22. Фролов А. Н. и Досчатов В. В., Исполнительные размеры резь­бовых калибров, Машгиз, 1950.

23. Xрамцов Н. Г. и Лябин В. П., Исполнительные размеры гладких калибров, Машгиз, 1953.

24. Шифманович Н. М. иАфанасьев С. П, Справочник по допу­скам, резьбам и калибрам, Новосибирское областное государственное издательство, 1952.

25. Энциклопедический справочник «Машиностроение», т. 5 и 15, Машгиз, 1947—1950.