Выбор и обоснование метода измерения

Из возможных альтернатив прямого и косвенного метода отдаем предпочтение прямому методу.

Прямой метод измерения сразу приводит к результату измерения, нет необходимости пересчета, что исключает возникновения погрешности в этом случае.

При выборе контактного и бесконтактного способов отдаем предпочтение контактному способу.

Это обусловлено тем, что прочностные характеристики материала высоки и контролируемая поверхность будет без деформаций и смятия может воспринять значительное измерительное усилие.

В наших условиях попадание масла, СОЖ, стружки, измерительное усилие будет способствовать удалению грязи и посторонних тел с места измерения.

Для обеспечения точечного контакта принимаем наконечник сферической формы при радиусе сферы не менее 5 мм (рисунок 5).

Наконечник типа НР имеет твердосплавную вставку (ГОСТ 11007-66).

Учитывая значительную твердость контролируемой поверхности, геометрические параметры вставки, ориентировочно назначаем измерительное усилие 5Н. В этом случае ожидаемая погрешность от измерительного усилия определяется по формуле Герца:

где - величина погрешности за счет контактной деформации, мкм;

k - коэффициент, зависящий от материала измерительного наконечника (к =0,81);

Р_ус - измерительное усилие, Н;

г - радиус сферы наконечника, мм.

Рисунок 11.5 - Эскиз наконечника

Деталь контролируется в динамическом состоянии (вращение).

Продолжительность операции на токарном станке не превышает 1 мин. Согласно этому устанавливаем время на контрольную операцию 0,5 мин. Такая продолжительность контроля не требует высокого уровня механизации, так как может быть осуществлена вручную на простом измерительном устройстве.

КИП должен иметь шкальное отсчетное устройство, которое обеспечивает достаточную точность отсчета без чрезмерного напряжения зрения.

Принимаем механический принцип преобразования измерительной информации. Это решение предопределено в значительной мере контактным методом контроля. В его пользу говорит большой арсенал технических средств, прошедших многолетнюю апробацию на точность и надежность работы на рабочих местах станочников.

 

Выбор и обоснование средства измерения

Выбор средства измерения

Выбор средства измерения начнем с определения оптимальных метрологических, эксплуатационных и надежностных характеристик, которыми должно обладать средство измерения.

11.12.1.1 Допускаемая суммарная погрешность измерения КИП находится как часть допуска IТ контролируемого параметра.

где к зависит от квалитета или степени точности контролируемого параметра (для IT7 k=0,3).

В соответствии с ГОСТ 8.051-81 рекомендуется принять =10 мкм.

11.12.1.2 Определим допустимую погрешность средства измерения (инструментальную погрешность):

11.12.1.3 Цена деления рассчитывается в зависимости от величины допустимой инструментальной погрешности средства измерения.

Принимаем c= ин=7 мкм.

11.12.1.4 Интервал деления шкалы (а) берем 2 мм, поскольку меньшее расстояние между соседними штрихами шкалы может затруднить считывание показаний средства измерения.

11.12.1.5 Предел измерения по шкале (А) должен превышать допуск ГГ, чтобы снятие показаний не вызвало затруднений.

Принимаем мкм.

11.12.1.6 Предел измерения средств (диапазон измерений) определяется условиями эксплуатации.

Принимаем Б=200 мкм.

11.12.1.7 Измерительное условие Р_ус обуславливается характером контролирующих поверхностей при измерении, жесткостью контролируемой поверхности, величиной допуска измеряемого параметра.

Поскольку ограничения на его величину отсутствуют, принимаем, Р_ус=300 сН. Допустимое колебание измерительного усилия оговорено величиной
ΔР_ус=50 сН.

11. 12.2 Поиск средства измерения по заданным ограничениям

После того как стали известны допустимые значения по метрологическим, эксплуатационным и надежностным показателям, можно приступить к поиску средства измерения.

Приемлемым считается средство измерения, значения характеристик которого находятся в таком соотношении с допустимым значением:

Поиск осуществляем в соответствии с таблицами технических характеристик рычажно-зубчатых измерительных головок.

Наиболее близкой по показателям является головка 10ИГП ГОСТ 6933-72 (завод-изготовитель ЛИЗ г. Ленинград) со следующими параметрами:

Габаритные размеры индикатора: 60x108x24 мм.

Рисунок 11.6 - Эскиз индикатора 10ИГП

Эскизное проектирование

11.13.1 Разработка кинематической схемы измерения

Составим кинематическую схему измерения иметь представление о характере перемещения, предельных положениях, связях функциональных узлов кип.

11.13.2 Разработка эскизной компоновки КИП

Решение о компоновочной схеме является результатом обработки информации, полученной на различных этапах проектирования КИП. Так, обобщая данные, содержащиеся в предыдущих пунктах, приходим к выводу, что наиболее удобна для конкретных условий вертикальная схема компоновки (см. рисунок 8). Она обеспечивает компактность и жесткость приспособления. Достигается удобство установки детали на измерительную позицию. Обеспечивается самый короткий путь прохождения сигнала от точки измерения до шкалы - залог простоты и точности. Достигается горизонтальное расположение измерительной головки, что создает наиболее благоприятные условия надежности эксплуатации.

11.13.3 Разработка эскиза функционального узла

Из пяти частных функций, которые надлежит реализовать в проектируемом КИП (см. пункт 13.1), наибольший интерес представляет механизм фиксации.

Рассмотрим несколько технических решений, реализующих функцию МФ. Вариант, представленный на рисунке 10, а, должен быть сразу отвергнут. Крепление измерительной головки за тонкую гильзу недопустимо, поскольку винт деформирует тонкую трубку прибора, и он выйдет из строя.

Вариант (рисунок 11.9 б) более предпочтителен, поскольку обеспечивает надежную фиксацию средства измерения, однако для этого требуется отвертка. Кроме того, место расположения головки винта может способствовать скоплению грязи, удаление которой затруднительно. Острые кромки головки могут привести к травме рук.

Наиболее приемлемым в нашем случае следует считать вариант крепления, представленный на рисунке 10, в. здесь гарантируется точность, быстрота и надежность крепления. Возможно быстрое регулирование положения измерительной головки по высоте с изменением натяга.

Рисунок 11.9 - Эскизы элементов функционального узла

11.13.4 Расчет фактической суммарной погрешности КИП Фактическая суммарная погрешность КИП определяется по формуле:

где - погрешность положения контролируемой детали в приспособлении, определяется следующим образом:

здесь - погрешность базирования; в нашем случае она равна 0 (см. пункт 8);

- погрешность закрепления, =0 мкм (см. пункт 9);

- неточность изготовления элементов приспособления, участвующих в формировании размерной цепи.

В данном случае нас интересует только погрешность функционального узла вращения заготовки (он является самоцентрирующимся, поскольку под действием массы детали шпиндель центрируется по конической шейке) епр=0.

Таким образом погрешность положения измеряемой детали вычисляется по формуле:

- погрешность передаточного устройства;

- погрешность изготовления эталонной детали принимаем равной 0 (при абсолютном методе измерения эталонной детали =0);

- погрешность выбранного средства измерения =2,5 мкм (см. пункт 2);

- погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды;

здесь l - размер измеряемого объекта (1=76);

- коэффициент линейного расширения, ;

(t1-t2) - возможный перепад температуры, (t1-t2)=10 С°;

- погрешность, вызываемая измерительным усилием за счет контактной деформации. Фактическую погрешность определим по формуле Герца:

Подставив найденные значения элементарных погрешностей, получим:

.

Сопоставив фактическую суммарную погрешность 8кип с допустимой | изм|=20 мкм, делаем вывод о том, что необходимое условие точности соблюдается:

Устройство КИП

Базовой деталью контрольно-измерительного приспособления является основание 8, на которой размещаются пиноль передняя 3, с запрессованным в ней центром и пиноль задняя 2. Крепление бабок к станине осуществляется при помощи винтов 9. В пиноли задней размещаются гильза в которой запрессован центр. Продольное перемещение гильзы осуществляется посредством поворота штурвала с рукоятками вращением штока. От проворота гильзу в отверстии пиноли фиксирует винт. Для смазки трущихся поверхностей гильзы имеется масленка. Измерительный прибор – индикатор 10 закреплен на поперечина 5 на зажимах 1. Поперечина в свою очередь крепиться на стойках 7.

Принцип действия КИП

Предварительно перед установкой детали пиноль задняя раздвигается на расстояние равное длине измеряемой детали плюс 30-40мм. На рабочие поверхности центров наносится солидол синтетический марки С ГОСТ 4366-76. При помощи подъемного устройства ось детали совмещается с осью центров приспособления. Закрепление детали осуществляется вращением штурвала, при этом происходит продольное перемещение гильзы с центром, который и зажимает деталь. Индикатор, устанавливается к измеряемой поверхности. Шкала индикатора устанавливается на нуль. Деталь поворачивается вокруг оси 1-2 раза. Измеряемое радиальное биение будет составлять разность между наименьшим и наибольшим показаниями индикатора.

Рисунок 11.10 – Приспособление для измерения