Методичка по ПКИС

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Федеральное агентство по образованию Арзамасский политехнический институт (филиал)

Нижегородского Государственного Технического Университета им. Р.Е. Алексеева

Кафедра "Технология машиностроения"

"Проектирование контрольно-измерительных средств"

Методические указания к практическим занятиям для всех форм обучения

специальностей 150900; 151001

Утверждено на заседании кафедры ТМ

" 19 " февраля 2009 г.

протокол № 5

Арзамас 2009

1

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

УДК 389 001 ББК 30.10 Г 60

Печатается по решению кафедры "Технология машиностроения"

Арзамасского политехнического института НГТУ

"Проектирование контрольно-измерительных средств".

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине "Проекти- рование контрольно-измерительных средств" для студентов всех форм обучения специальностей 150900; 151001 / АПИ НГТУ; Сост.: Л.Н. Голышева, О.В. Бунда- кова. – Арзамас: Издательство ОО "Ассоциация ученых" г. Арзамаса, 2009. – 17 с.

В методических указаниях представлен теоретический материал по проек- тированию средств измерения и примеры расчетов специальных средств измере- ний: гладких калибров, калибров расположения, пневматических пробок, кон- трольных приспособлений.

Рис. 4. Табл. 1. Библиогр.: 13 назв.

УДК 389 001 ББК 30.10 Г 60

______________________________________________________________________

"Проектирование контрольно-измерительных средств".

Методические указания к практическим занятиям для студентов всех форм обучения специаль- ностей 150900; 151001 / АПИ НГТУ; Сост.: Л.Н. Голышева, О.В. Бундакова. – Арзамас: Изда- тельство ОО "Ассоциация ученых" г. Арзамаса, 2009. – 17 с.

Компьютерный набор и верстка О.В. Бундаковой.

Лицензия ИД №05442 от 20.07.2001 г. Подп. к печ. 10.10.2006 г. Формат 60×84 1/16.

©Голышева Л.Н., Бундакова О.В., 2009

©ОО "Ассоциация ученых" г. Арзамаса, 2009

©Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного техниче- ского университета им. Р.Е. Алексеева, 2009

2

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Содержание

1.Исходные данные и этапы проектирования ……………………………. 4

2.Краткие теоретические сведения по проектированию специальных средств измерений ……………………………………………………………….... 5

2.1.Проектирование калибров расположений ……………………………. 5

2.2.Пневматические средства измерения …………………………………. 6

2.3.Проектирование контрольно-измерительных приспособлений …….. 7

3.Примеры расчета контрольно-измерительных средств ………………. 9

3.1.Проектирование специальных гладких калибров …………………… 9

3.2.Проектирование пневматических пробок …………………………… 9

3.3.Проектирование калибров расположения …………………………… 10

3.4.Проектирование контрольных приспособлений ……………………. 14 Библиографический список ……………………………………………….. 16

3

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Специальные контрольно-измерительные средства относятся к технологи- ческой оснастке. Это калибры, шаблоны, контрольные приспособления, кон- трольно-сортировочные автоматы, системы автоматизированного и активного контроля. Используются специальные СИ в серийном и массовом производстве с целью повышения производительности операций и получения стабильного каче- ства изделий.

Исходными данными для проектирования специальных средств измерений (СИ) служат чертеж изделия (детали) с заданными нормами точности; технологи- ческий процесс (производительность операции обработки и достигаемая точность изготовления); аналогичные конструкции СИ, применяемые для других изделий; унифицированные элементы контрольной оснастки, применяемые на данном предприятии; условия эксплуатации (внешние воздействия, срок эксплуатации, безопасность и т.д.).

Калибрами можно контролировать детали, начиная с 6-го квалитета. Ши- роко калибры применяются в массовом и крупносерийном производствах. Они применяются для того, чтобы определить выходит ли величина контролируемого размера за нижнее или верхнее допустимое значение допуска или находится меж- ду двумя допустимыми пределами отклонений.

По виду контролируемых параметров калибры различают: гладкие; резьбо- вые; шлицевые; для контроля длины, уступов, глубин и высот; для взаимного рас- положения поверхностей и др.

По числу единовременно контролируемых параметров делят на элементные и комплексные.

По условиям оценки годности деталей делят на нормальные и предельные. Предельные калибры определяют размеры деталей по lim и делят их на 3

группы: годные, брак из-за перехода за верхнюю границу износа и брак из-за пе- рехода за нижнюю границу износа. Предельные калибры изготовляют попарно ПР и НЕ.

Проектируются специальные СИ в основном в конструкторском отделе по технологической оснастке при главном технологе, а изготавливаются и инстру- ментальном цехе предприятия (фирмы).

На каждое специальное СИ разрабатывается техническое задание на про- ектирование, содержание и объем которого зависят от сложности СИ.

Техническое задание включает следующие разделы:

−наименование СИ и область применения (рабочие, лабораторные или эта- лоны, стационарные или переносные, подлежат или нет Государственному метро- логическому контролю и надзору (ГМКН), операционный или приемочный кон- троль и так далее);

−основание для разработки и технико-экономическое обоснование (наличие отечественных и зарубежных аналогов, нецелесообразность их использования,

снижение себестоимости операций контроля и повышение качества изделий и так далее);

4

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

−используемые источники (научно-исследовательские работы, патентные изыскания, образцы, макеты, каталоги и паспорта известных аналогов СИ и так далее);

−технические условия на проектируемое СИ (метрологические и эксплуа- тационные характеристики, показатели качества, условия эксплуатации и так да- лее);

−этапы и сроки проектирования и изготовления (эскизный проект, техни- ческий и рабочий, технологические документы, метрологическая экспертиза, из- готовление опытного и серийного образцов и так далее);

−перечень документов на метрологическое обеспечение СИ (методика вы- полнения измерения, методика испытаний и аттестации с указанием ответствен- ной организации и необходимого оборудования и СИ для испытаний, методика периодической поверки или калибровки и так далее);

−перечень эксплуатационных документов (паспорт, инструкция по экс-

плуатации; для СИ, подлежащих экспорту, документы должны быть пе- реведены на несколько иностранных языков).

Вся техническая документация на специальные СИ подвергается обя- зательно метрологической проработке и метрологической экспертизе.

Этапы проектирования в виде эскизного, технического и рабочего проектов предусматриваются для СИ, используемых в автоматическом режиме контроля, для экспорта, для утверждения типа СИ. В машиностроительном про- изводстве получили широкое распространение простейшие СИ (калибры, шаб- лоны) и контрольные приспособления, для которых может выполняться рабочий проект.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

СПЕЦИАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАЛИБРОВ РАСПОЛОЖЕНИЯ

Калибры расположения проектируются в том случае, если допуск распо- ложения поверхностей детали задан как зависимый м . Зависимыми допусками могут быть следующие допуски расположения: позиционный, соосности, сим- метричности, пересечения осей и перпендикулярности, а также некоторые до- пуски формы – прямолинейность оси цилиндрической поверхности и плоскост- ность плоскости симметрии призматической детали.

Зависимый допуск – переменный допуск, его минимальное значение указы- вается в чертеже и его допускается превышать за счёт изменения размеров рас- сматриваемых элементов, но так, чтобы их линейные размеры не выходили за пределы предписанных допусков.

Зависимые допуски расположения назначают в тех случаях, когда необхо- димо обеспечить собираемость деталей, сопрягающихся одновременно по не- скольким поверхностям.

Калибры расположения являются нормальными (проходными), изделие счи- тается годным, если калибр соединяется по всем контролируемым по- верхностям. Контроль допусков расположения производится после того, как уста-

5

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

новлена годность действительных размеров (диаметры отверстий, валов, ширина паза и так далее) контролируемой детали. Калибр расположения представляет собой контрдеталь, собираемую с контролируемой.

Расчет исполнительных размеров калибров расположения производится по ГОСТ 16085-80, в котором дана методика проектирования и примеры ее исполь- зования.

Применение таблиц стандарта предусмотрено только для позиционных до- пусков. Если допуски расположения поверхностей изделия заданы другими ви- дами допусков или координатным способом, то необходимо выполнить перевод заданного допуска в позиционный.

Допуски на изготовление (Н; Н0), износ (W; W0) и расположение (Тpk) уста- навливаются для каждого измерительного элемента калибра в зависимости от по- зиционного допуска у детали. С индексом ноль обозначены допуски базового элемента. У калибра допуск расположения задается как независимый, контроль его выполняется универсальными СИ.

Допуски на изготовление и износ элементов калибра смещаются в сторону поля допуска расположения детали на величину F – это основное отклонение, со- ответствующее проходному пределу размера нового калибра (максимум мате- риала). Допуски на изготовление калибра задаются односторонние "в тело" ка- либра (для наружных поверхностей "в минус", а для внутренних "в плюс"). Ка- либры расположения изготавливаются как цельные, так и сборные.

Для резьбовых измерительных элементов калибров отклонения и допуски относятся к среднему диаметру резьбы. Допуски на остальные размеры резьбовых

элементов калибров расположения определяются для поэлементных проходных резьбовых калибров по ГОСТ 24997-81.

Рабочие поверхности калибра расположения должны быть выполнены из инструментальной стали, закалены до HRC 58...62 и обработаны до шероховато- сти Ra = 0,4. Допуск формы цилиндрической поверхности 20…30% от допуска на изготовление элемента калибра (H или Н0): Tф = 0,2 ... 0,3 Н (Н0). Допуски на рас- положение измерительных элементов калибров могут быть указаны в виде пози- ционных допусков или координатным способом. Если в детали использованы другие виды допусков расположения (соосность, пересечение осей), то для калиб- ра должен назначаться такой же вид допуска.

2.2. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

Пневматические средства измерения имеют высокую точность, позволяют выполнять дистанционные измерения в труднодоступных и опасных местах.

Достоинством пневматического метода контроля является простота конст- рукции прибора и измерительной оснастки, работа бесконтактным методом, воз- можность автоматизации процесса и создания многомерных устройств.

В пневматических приборах происходит преобразование изменения размера (зазора между деталью и соплом) в изменение давления или скорости потока воз- духа. Расход сжатого воздуха G зависит от давления Р и площади F проходного сечения клапана (сопла), а F определяется величиной зазора S.

6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Для работы пневматических приборов необходима воздушная сеть с опре- деленным давлением воздуха. Принято подразделять давление на сетевое Р1 = 0,32...0,6 МПа, рабочее Р2, подводимое к прибору через узел подготовки воздуха, измерительное Р – это переменное давление, зависящее от расхода воздуха: Р = (0,6 ...0,9) Р2.

Воздух для пневматических приборов должен соответствовать требованиям ГОСТ 17433-80, он не должен содержать капель влаги, масла и твердых частиц размером более 0,5 мкм.

В зависимости от величины рабочего давления различают приборы низкого давления Р2 ≤ 0,1 МПа и приборы высокого давления Р2 > 0,1 МПа.

Расход воздуха измеряют с помощью манометров или ротаметров. Мано- метры реагируют на изменение давления. Ротаметры реагируют на изменение скорости воздушного потока. В качестве чувствительного элемента используются жидкость (приборы типа Солекс), трубка Бурдона, мембрана, сильфон, конусная трубка с поплавком. Величина конусности стеклянной трубки 7 зависит от типа поплавка (легкий или тяжелый). Конусность трубки обычно 1:400 или 1:1000, вес поплавка может быть 0,25; 0,5 или 0,8 г.

Высота подъема поплавка определяется размером измеряемого зазора. Чем больше зазор, тем больше скорость протекания воздуха, тем выше поднимается поплавок. Можно производить градуировку шкалы в долях измеряемой величины, а можно устанавливать ограничительные флажки в положениях поплавка, соот- ветствующих предельным размерам.

Повышение чувствительности прибора может быть достигнуто за счет уве- личения диаметра измерительного сопла или рабочего давления, а также за счет уменьшения веса поплавка и конусности трубки.

2.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Контрольные приспособления предназначены для контроля деталей формы, измерение которых невозможно универсальными средствами. Обычно

они используются в серийном и массовом производстве для контроля допусков формы и взаимного расположения поверхностей.

Требования к контрольным приспособлениям: обеспечение оптимальной производительности операций контроля. Приспособления должны быть удобны в эксплуатации, технологичны в изготовлении, износоустойчивы и экономически целесообразны. Экономическая целесообразность внедрения специального кон- трольного приспособления оценивается повышением качества изделий и умень- шением брака, повышением производительности контрольных операций, сниже- нием требований и квалификации контролеров.

Так же, как и станочные приспособления, контрольные могут собираться из унифицированных элементов и узлов.

Основные элементы контрольных приспособлений:

−базирующие элементы для установки детали (это призмы, оправки, центры

ит.д.);

7

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

−зажимные устройства для закрепления выбранного положения детали (струбцины, эксцентриковые, винтовые или байонетные зажимы и т.п.);

−измерительные элементы (индикаторы, датчики, световые табло и т.п.);

−вспомогательные устройства для крепления измерительных элементов;

−подвижные элементы для перемещения и поворота детали или измери- тельного элемента в процессе контроля (часто поворот детали производят вруч- ную);

−корпус приспособления.

Конструкция и габариты приспособления определяются формой и раз- мерами контролируемой детали.

Приспособления бывают стационарные и переносные (для крупногабарит- ных деталей).

По числу контролируемых параметров приспособления могут быть одно- мерные и многомерные, а по количеству одновременно контролируемых деталей

– одноместные и многоместные.

Технические требования на контрольные приспособления должны со- держать следующие требования:

1)контролируемый параметр и величину допускаемого отклонения для него;

2)метрологические характеристики измерительного прибора (условное обо- значение по ГОСТ, цена деления, диапазон измерения и др.);

3)методы измерения и настройки, допускаемую погрешность настройки (для концевых мер длины (КМД) класс точности и состав блока, для установочной де- тали требования к точности ее размеров);

4)допуски на взаимное расположение базовых и измерительных элементов (параллельность, перпендикулярность, соосность, симметричность и др);

5)для быстро изнашиваемых элементов (наконечников, направляющих, оп- равок) предусмотреть термообработку и задать твердость – HRC, указать допус- тимую величину износа;

6)указать тип смазки и ее периодичность для трущихся подвижных эле- ментов;

7)проверить плавность и легкость взаимодействия подвижных элементов (толчки и заедания недопустимы);

8)требования к внешнему виду (покрытие, масса, габаритные размеры);

9)спецификации на оригинальные, стандартные и покупные детали;

10)сроки поверок или калибровок;

11)если используется пневмо- или гидрозажим, то необходимо указать: вид рабочей среды, рабочее давление, длину рабочего хода, диаметр цилиндра, усиле- ние зажима, испытать на герметичность при давлении в 1,5...2 раза выше рабочего (утечки недопустимы);

12)вращающиеся от электродвигателя детали приспособления должны быть защищены кожухами;

13)предусмотреть рым-болты для подъема и транспортирования приспо- собления;

14)магнитные приспособления должны быть полностью водонепроницаемы;

15)электропроводка должна быть безопасной и иметь заземление.

8

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Конструкции приспособлений должны быть прочными и жесткими при ми- нимальной массе и габаритах, должны удовлетворять требованиям эргономики и эстетичности, быть просты и удобны в эксплуатации, а также технологичны в из- готовлении и ремонте, обеспечивать требуемую точность измерения.

3.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

3.1.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ГЛАДКИХ КАЛИБРОВ

При проектировании специальных гладких калибров для контроля отвер- стий и валов используют ГОСТ 24853-81, где приведены формулы для определе- ния предельных размеров калибров-пробок, калибров-скоб и контрольных ка- либров: калибры-пробки Р-ПР и Р-НЕ – для контроля отверстий; калибры-скобы Р-ПР и Р-НЕ – для контроля валов.

Калибры-пробки легко проконтролировать универсальными измеритель- ными средствами. Для контроля калибров-скоб стандартом предусмотрены кон- трольные калибры:

К-ПР – для контроля Р-ПР; К-НЕ – для контроля Р-НЕ;

К-И – для контроля Р-ПРизн.

При вычерчивании калибров необходимо на чертежах проставить не пре- дельные размеры, а исполнительные, которые определяются по следующим пра- вилам:

− за исполнительный размер калибра-пробки проходной и непроходной сто- роны принимают наибольший размер калибра с минусовым допуском на изго- товление: (Р-ПРmax)-H, (Р-НЕmax)-H (Н – допуск на изготовление калибров-пробок);

− за исполнительный размер калибра-скобы проходной и непроходной сто- роны принимают наименьший размер калибра с плюсовым допуском на изготов- ление: (Р-ПРmin)+H1; (Р-НЕmin)+H1 (Н1 – допуск на изготовление калибров-скоб);

− за исполнительный размер контрольного калибра принимают наименьший размер контрольного калибра (проходного, непроходного и изношенного) с ми-

нусовым допуском на изготовление: (К-ПРmax)-Hp; (К-НЕmax)-Hp; (К-Иmax)-Hp (Нp – допуск на изготовление контрольного калибра).

3.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРОБОК

Для проектирования пневмопробок используют ГОСТ 14864-78.

Для контроля сквозных отверстий (тип С) применяют пневмопробки, ука- занные в чертеже 1 ГОСТ 14864-78, а для контроля (тип Г) глухих отверстий – пневмопробки чертежа 2.

Основные размеры ручек пробок должны соответствовать приведенным на чертеже 11 и в таблице 9 по ГОСТ 14864-78.

При проектировании пневмопробок выбираем тип ее: манометрического типа высокого давления, пневматические длинномеры низкого давления.

Для контроля сквозного отверстия 18 Н9 спроектировать пневмопробку манометрического типа высокого давления.

9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com