С развитием автоматизации контроля деталей, законченных обработкой, и особенно в процессе обработки деталей растет потребность в соответствующих датчиках, т. е. в измерительных устройствах, сигнализирующих результаты проведенных проверок или управляющих исполнительными органами контрольного приспособления или производственного оборудования.
Одновременно повышаются и требования к точности, удобству и надежности датчиков.
Электроконтактные датчики получили широкое применение в конструкциях светофорных контрольных приспособлений (см. выше фиг. 11), а также контрольно-сортировочных автоматов и устройств для контроля деталей в процессе их обработки.
Назначением электроконтактных датчиков является преобразование линейных отклонений, воспринятых от проверяемых деталей, в электрические импульсы, управляющие световыми сигналами контрольных приспособлений или исполнительными устройствами приспособлений для контроля деталей в процессе их обработки и контрольно-сортировочными автоматами.
Электроконтактные датчики не позволяют установить числовые значения проверяемых элементов, — они лишь осуществляют сортировку на группы, количество которых на единицу превышает число контактов датчика.
Следует отметить, что инструментальная промышленностью настоящее время подготавливает выпуск электроконтактных датчиков с одновременным визуальным отсчетом по шкале с ценой деления 0,002 мм и пределами показаний 
0,08 мм.
Выпуск подобных датчиков резко увеличит возможности практического применения электроконтактных методов контроля за счет большего удобства в наладке и настройке, повышения надежности процесса измерения и облегчения эксплуатации контрольных приспособлений.
Так как в обычных производственных условиях наиболее часто встречается необходимость рассортировки проверенных деталей на три группы — годные, брак по переходу за верхний предел допуска и брак по переходу за нижний предел допуска, то наиболее употребительными являются двухконтактные датчики.
В зависимости от передаточного отношения. между измерительным стержнем и контактом различают датчики безрычажные (с передаточным отношением 1:1) и рычажные с увеличивающим рычагом.
В безрычажных датчиках вся величина погрешности, вызываемая работой контактов и их регулированием, входит в погрешность измерения, что снижает их точность.
В рычажных датчиках все подобные погрешности уменьшаются; пропорционально передаточному отношению. Погрешности передаточного рычага практически исключаются подвеской его на плоских пружинах.
Таким образом, наиболее распространенными являются двухконтактные рычажные датчики (фиг. 45), технические требования на которые определены ГОСТ 3899-47.
Надежна и проста конструкция датчика БВ МСиИП (фиг. 45, а).
Измерительный стержень / перемещается в направляющей втулке 2.
Перемещения измерительного стержня вызывают угловые перемещения контактного рычага 5, подвешенного на двух крестообразно расположенных плоских пружинах. Измерительное усилие создается пружиной 3. Шпонка 4 ограничивает угловое перемещение измерительного стержня.
В верхней части рычага 5 предусмотрен подвижной контакт 6, замыкающий один из неподвижных регулируемых контактов 7, изолированных от корпуса текстолитовыми угольниками 8. Текстолитовые угольники закреплены на плоских пружинах 9. Промежуточные рычажки 10, положение которых определяется установочными винтами 11, регулируют настройку неподвижных контактов 7. Разрезные втулки 12 компенсируют зазоры в резьбе, обеспечивая тугую посадку по мере износа.
Завод «Калибр» выпускает датчики (фиг. 45, б), мало отличающиеся от описанного датчика БВ.
Измерительный стержень сделан составным. Передаточное отношение контактного рычага составляет 4:1.
Для облегчения настройки датчика на заданный допуск на барабанах регулировочных винтов введена шкала.
В боковых стенках датчика против контактов предусмотрены окна, закрытые прозрачными крышками, через которые можно наблюдать за положением контактов при их настройке.
Маломощные электрические импульсы датчика усиливаются электронным реле.
Основные данные электроконтактных датчиков приведены в табл.7.
При проверке отклонений от правильности геометрической формы деталей (овальность, огранка, биение и т. п.) описанный электрокотактный датчик применять нельзя.
В подобных случаях датчики должны обеспечивать возможность настройки контактов на пределы отклонения от заданной геометрической формы независимо от величины допуска на размер детали. Так, допуск на диаметр цилиндрического вала не должен ограничивать проверку огранки в более узких пределах.
Для этого соединение передаточного рычага 5 с контактом 6 должно быть плавающим, а не жестким.
Пневмоэлектрические датчики получили значительное распространение в конструкциях контрольных автоматов, разработанных БВ МСиИП, Московским автозаводом имени Сталина и другими заводами и организациями.
Определенный интерес представляют дифференциальные ртутные датчики БВ (фиг. 46).
Корпус датчика состоит из двух симметричных частей, изготовленных из прозрачного органического стекла. Обе половинки корпуса образуют камеру, разделенную эластичной резиновой мембраной.
Камера заполняется ртутью. Контактные стержни устанавливают на нужное положение по высоте. Когда уровень ртути повышается до соприкосновения с контактным стержнем, замыкается соответствующая электрическая цепь.
Дифференциальные пневмоэлектрические ртутные датчики могут быть не только двухконтактными, но и многоконтактными, что необходимо при сортировке на несколько групп проверяемых размеров. Датчики обладают хорошими показателями, позволяя контролировать допуски в широком интервале (от 0,003 до 0,5 мм).
С успехом применяются также пневмоэлектрические датчики других конструкций, как, например, двухпредельный пневмоэлектроконтактный датчик мембранного типа [12], разработанный В.Р.Коротковым на Московском автозаводе имени Сталина и установленный на автоматах для контроля поршневых колец, и некоторые другие датчики.
Фотоэлектрические датчики находят некоторое применение в конструкциях автоматических контрольных приспособлений и состоят из осветителя, фотоэлемента и измерителя, регулирующего освещенность фотоэлемента.
Индуктивные датчики предназначаются для многодиапазонной сортировки деталей на большое числе групп (свыше десяти) и довольно широко применяются в конструкциях контрольно-сортировочных автоматов, применяемых, в частности, в транспортном машиностроении и подшипниковой промышленности.
Известна конструкция комбинированного контактно-индуктивного датчика [2], который совмещает в себе функции датчика, управляющего светофорным устройством или исполнительными органами, и визуального измерителя.
Подобные комбинированные датчики можно строить на сочетании не только индуктивной и электроконтактной схем, но также пневматической с электроконтактной, рычажной или зубчатой с электроконтактной и т. п.
Комбинированные датчики имеют значительные преимущества (более легкая настройка; облегчение рассортировки брака при работе на светофорных приспособлениях; возможность более уверенной работы при активном контроле), благодаря которым они имеют большие перспективы дальнейшего развития.
Исключительное разнообразие видов и конструкций измерительных устройств, используемых при проектировании контрольных приспособлений, часто приводит к ничем не оправданному расширению количественной их номенклатуры при более или менее сходных метрологических и эксплуатационных показателях.
Примерные рекомендации по применению различных измерительных устройств в конструкциях контрольных приспособлений приведены в табл. 8.
ГЛАВА V ПОСТРОЕНИЕ, РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КАЛИБРОВ
Классификация калибров и условия их применения были рассмотрены в гл. II. Принципы построения и расчета калибров и методика назначения их исполнительных размеров достаточно широко освещены в технической литературе. Это позволяет ограничить нашу задачу рассмотрением конструкций измерительных инструментов, определением принципов назначения наиболее целесообразной конструкции калибра для данного вида измерения и выработкой основ методики проектирования специальных калибров, останавливаясь на других вопросах лишь в тех случаях, когда они недостаточно полно освещены в существующей литературе.
Точность измерения детали калибром зависит в первую очередь от принятого метода измерения. Помимо приведенной в гл. II основной классификации калибров, все калибры можно разбить по способу определения результатов проверки на две основные группы. Первая группа — это калибры, проверяющие размеры по ощущению вхождения, контакта или качания, вторая группа—калибры, проверка которыми осуществляется визуально или на ощупь.
К калибрам первой группы относятся разнообразные жесткие предельные измерительные инструменты, имеющие одну или две пары контрольных поверхностей, т. е. одно- и двухпредельные. Размеры между двумя парами контрольных поверхностей соответствуют наибольшему и наименьшему предельным размерам проверяемой детали. При контроле проходная сторона (ПР) такого двухпредельного калибра должна сопрягаться с проверяемым изделием, а непроходная (НЕ) — не сопрягаться. Изделие, удовлетворяющее этому условию, считается годным, не удовлетворяющее — браком. Для обеспечения получения наиболее точного результата проверки следует проходной калибр делать соответствующим всей измеряемой поверхности контролируемого изделия, а для проверки по непроходному размеру применять калибры с контактом, приближающимся к точечному, с тем, чтобы можно было установить, имеются ли в отдельных местах изделия недопустимые отклонения от правильной геометрической формы.
Таким образом, проходной калибр осуществляет комплексную проверку детали, гарантируя ее взаимозаменяемость в узле, непроходной — элементную проверку.
При изготовлении калибров в зависимости от их назначения исполнительные размеры выдерживаются в пределах допусков, регламентированных соответствующими стандартами, ведомственными или заводскими нормалями.
К калибрам второй группы, осуществляющим проверку визуально или на ощупь, следует отнести шаблоны с рисками и те шаблоны для проверки профилей и углов, в которых контроль производят по наличию световой щели между поверхностью проверяемой детали и шаблоном. Этот метод измерения вследствие ошибок параллакса и субъективности контроля менее точен, чем метод проверки на ощупь, и применяется в основном для грубых измерений.
Но, однако, и среди измерительных инструментов, основанных на визуальной проверке или на проверке на ощупь, есть ряд конструкций, представляющих большой интерес для массового производства.
Заслуживает серьезного внимания метод контроля размеров при помощи ступенчатого измерительного инструмента. Этот метод измерения, отличаясь простотой конструкций инструмента, обладает большими удобствами в работе и высокой производительностью.
При измерении ступенчатым измерительным инструментом о правильности проверяемого размера, т. е. о том, находится ли он в заданных пределах, судят по взаимному положению плоскостей подвижной и неподвижной частей инструмента. Две плоскости инструмента, сделанные на подвижной или неподвижной части, образуют ступеньку, высота которой равняется величине заданного допуска. При проверке размеров, имеющих грубые допуски (0,5 мм и более), взаимное положение плоскостей определяется на глаз, т. е. визуально, размеры изделия с меньшими допусками проверяют на ощупь, для чего по контрольным плоскостям проводят пальцем (фиг. 47, а) или острым ребром линейки (фиг. 47, б). Практически можно рекомендовать применение ступенчатого инструмента для измерения деталей с допусками от 0,2 мм и более.
Поскольку в обоих случаях измерения (визуально и на ощупь) конструкции ступенчатых измерительных инструментов остаются теми же самыми, выбор способа работы при допусках порядка 0,5— 2 мм может быть предоставлен на усмотрение контролера, работающего данным инструментом.
Точность проверки калибрами во многом определяется жесткостью их конструкции (особенно это относится к скобам и будет рассмотрено ниже), а также зависит от стабильности температуры проверяемой детали и инструмента.
При проверке точных размеров необходимо предохранить инструмент от влияния тепла рук контролера путем использования разного рода ручек из материалов, плохо проводящих тепло (дерево, пластмасса).
Производительность контроля также является серьезным фактором, определяющим конструкции калибров. Увеличение производительности обеспечивается ускорением самого процесса измерения, а также большим удобством в работе калибром, уменьшением его веса и т. п. Большое значение в ускорении процесса измерения имеет предварительное направление инструмента по детали или, наоборот, направление детали по инструменту. Предварительное направление служит для устранения взаимного перекоса калибра и проверяемой детали. Для этой цели, например, предусматривается цилиндрическая часть резьбового непроходного калибра-пробки, имеющая размер, соответствующий внутреннему диаметру резьбового отверстия.
Из расчета на предварительное направление сконструированы предельные скобы-высотомеры для измерения высоты небольших изделий. Простейший случай такого направления заключается в удлинении одной губки у скобы (фиг. 48). Деталь устанавливается по удлиненной губке и без перекосов передвигается по ней под измерительную губку.
Еще большее облегчение измерения можно получить, применяя калибр с большой опорной плоскостью (фиг. 49). При пользовании таким калибром деталь устойчиво ставится на его плиту и подвигается по ней под измерительные губки.
Первую из этих конструкций (см. фиг. 48) применяют при проверке деталей незначительного веса, которые контролер берет непосредственно в руки.
Вторую (см. фиг. 49) применяют при проверке деталей несколько большего веса, когда контролеру удобнее проводить проверку не в руках, а накладывая деталь на стационарный калибр.
Таким образом, применение направления детали относительно калибра может обеспечить ускорение процесса контроля и в ряде других случаев.
Так, при контроле диаметров цилиндрических поверхностей деталей, имеющих малую длину, применение направления обеспечивает правильное положение детали относительно калибра в момент измерения, что не только ускоряет процесс измерения, но и обеспечивает получение надежного, результата проверки.
Простейшим способом осуществления такого направления является применение плитки / (фиг. 50), к которой, при помощи планки 2 и винтов 3 прикрепляют стандартную скобу 4. Проверяемую деталь кладут на плитку и вдвигают в скобу.
В других случаях предварительное направление служит для устранения заедания инструмента в момент начала проверки.
При проверке размеров точных цилиндрических отверстий, когда размер диаметра отверстия близок к размеру диаметра калибра-пробки, часто сталкиваются с явлением заедания калибра в проверяемом отверстии. Незначительный перекос калибра, допущенный при введении его в проверяемое отверстие, создает клин с самотормозящим углом между его передней частью и стенками проверяемого отверстия.
Заедание калибра иногда бывает настолько сильным, что требуется несколько минут на освобождение его из детали.
Известен ряд способов устранения явления заедания калибров. Так, на проходной стороне калибра-пробки, приблизительно на расстоянии 1 мм от его торца, делают неглубокую кольцевую канавку (фиг. 51). В результате наличия канавки заклинивание узкого переднего пояска исключается. Этот направляющий поясок препятствует возникновению перекоса калибра и тем самым обеспечивает равномерное и плавное введение его в проверяемое отверстие.
В таком виде конструкция направляющего пояска, как рекомендуемая, включена в ГОСТ 1775-42.
Другая конструкция направляющей части для калибров-пробок выполняется в виде незначительного ослабления диаметра пробки у переднего торца.
Наиболее целесообразным является ослабление на 0,02 мм на длине 1—1,5 мм.
Переход от ослабленной части к измерительной у пробок небольших размеров (диаметром до 18 мм) дается по радиусу. В пробках диаметром свыше 18 мм переход осуществляется через канавку, которая играет ту же роль, что и в конструкции, приведенной на фиг. 51.
Описанные конструкции направляющей части пробок являются эффективными при проверке отверстий, имеющих точные допуски до 3-го класса точности включительно.
При более грубых допусках в конструкциях пробок применяют заходные конусы-фаски, прошлифованные под углом 60°.
Для большего удобства работы калибрами важное значение имеет их вес. Чем легче калибр, тем удобнее им работать. Поэтому при проектировании калибра необходимо стремиться к всемерному снижению его веса путем применения полых ручек, ручек из пластмассы, облегчения калибра больших габаритов высверливанием отверстий, выбором наиболее компактных конструктивных форм и т. п.
Весьма важным при проектировании калибров является вопрос обеспечения высокой их износоустойчивости.
Основной причиной износа жесткого предельного калибра является трение измерительной поверхности о поверхность проверяемой детали. Это трение зависит прежде всего от давления, с которым обе поверхности (детали и калибра) прижимаются друг к другу. Чем больше давление, тем выше износ поверхности калибра.
Величина усилия, прижимающего измерительную поверхность калибра к детали, достигает нескольких килограммов. Столь значительные усилия, возникающие при измерении, легко могут быть объяснены. Когда контролер надвигает скобу на поверхность вала с каким-либо усилием, то деталь действует на измерительные губки скобы как клин. Из механики известно, что чем меньше угол α клина (фиг. 52), тем больше усилия, которые возникают. Следовательно, чем больше диаметр проверяемой детали, тем меньше угол клина к тем значительнее усилие, действующее на скобу.
Исследования, проведенные А. Л. Честновым, показали наличие больших деформаций, возникающих при проверке диаметров вала скобами. Величина этой деформации зависит, кроме размера по диаметру проверяемого вала, от веса скобы и величины прикладываемого контролером усилия, также и от коэффициента трения материала скобы по материалу измеряемой детали.
Подсчет усилия Р можно произвести по формуле
, (5)
где Р — усилие, действующее нормально к поверхности измерительной губки;
Q — сумма веса скобы и приложенного усилия;
φ —угол трения, соответствующий коэффициенту трения материала скобы по материалу изделия;
α — половина угла клина, образуемого касательными к валув точках соприкосновения скобы с валом.
Произведенный расчет для случая измерения скобой вала с диаметром 80 мм при высокой чистоте его поверхности и наличии смазки дал величину усилия Р = 5 кг и, как результат этого, деформацию скобы, равную 14,8 мк.
Значительные измерительные усилия возникают также при использовании других видов калибров, как, например, штихмасов для проверки отверстий, скоб для проверки длин и т. п.
Трение в процессе измерения является одной из наиболее серьезных причин, вызывающих ускоренный износ калибров. Поэтому необходимо стремиться к уменьшению трения и усилий при измерении, его вызывающих, путем выбора оптимальных для каждого случая конструктивных форм калибров.
Однако характер износа калибра определяется не только величинами усилий и трения, возникающих при измерении. Большое значение имеет характер рабочей поверхности инструмента, особенно его твердость и качество обработки, а также свойства поверхности проверяемой детали и ее материал.
Качество обработки и степень чистоты рабочей поверхности измерительного инструмента тесно связаны с его износом.
Дело в том, что механическая обработка не может обеспечить совершенно ровной поверхности инструмента. На недостаточно чисто обработанной поверхности имеются выступающие гребешки. От трения эти гребешки разрушаются и инструмент быстро теряет свой размер.
Чем выше чистота доводки рабочей поверхности калибра, тем больше его сопротивление износу.
Рекомендуемые значения чистоты поверхностей для основных видов калибров приведены в стандартах ГОСТ 2015-53 и ГОСТ 2016-53.
Другим фактором, определяющим износ калибра, является материал проверяемой детали. Различные материалы вызывают различное истирание поверхности калибра. Больше всего калибры изнашиваются при проверке чугунных деталей, меньше — при контроле стальных и еще меньше при контроле бронзовых и латунных.
Характер обработки проверяемых поверхностей изделий тоже влияет на величину износа калибра. При этом износ наступает скорее при измерении шлифованных поверхностей, чем точеных или фрезерованных. Объясняется это тем, что при шлифовании частицы абразива остаются на поверхности изделия, особенно чугунного, и при измерении царапают поверхность калибра, вызывая ускоренный его износ.
Износ измерительного инструмента зависит от твердости его рабочих поверхностей: чем выше твердость калибра, тем меньше будет его износ.
Повышение твердости может быть осуществлено разными способами. Освоенным является хромирование инструмента. Хром имеет большую твердость и хорошо противостоит износу. Износоустойчивость при этом повышается больше чем в два раза.
В иностранной литературе имеются сведения об интересных попытках изготовления калибров небольших размеров (пробок, колец) из искусственного сапфира.
Стойкость калибра-пробки, изготовленной из сапфира, оказалась в сотни раз выше стойкости такого же стального калибра. При этом стоимость искусственного сапфира лишь в 40 раз превышает стоимость стали.
При проектировании калибра конструктор обязан тщательно учесть все приведенные выше и иные возможные причины ускоренного износа калибра и принять зависящие от него меры по уменьшению износа.
Следует учитывать, что износ калибра может быть сокращен не только выбором оптимальной его конструкции, но также и правильно организованной системой его эксплуатации.
Для того чтобы уменьшить влияние состояния и чистоты поверхности проверяемой детали на износ инструмента, следует тщательно очищать детали перед проверкой: удалять стружку, заусенцы, пыль от шлифовальных камней.
Однако, работая над уменьшением износа, не следует забывать о способах и возможностях восстановления изношенного измерительного инструмента.
Восстановление изношенного инструмента может значительно разгрузить инструментальный цех и одновременно обеспечить экономию высококачественного металла.
Хромирование инструмента является одним из наиболее простых способов его восстановления. Но хромировать можно не каждый инструмент, а только такие простые по форме калибры, как, например, предельные пробки.
Перспективным способом является восстановление путем изменения структуры металла, а отсюда и размеров инструмента, в результате местного нагрева.
Возможность восстановления инструмента может быть предусмотрена и при его конструировании путем применения регулируемых узлов. Так, например, регулируемые резьбовые кольца допускают восстановление до пяти и более раз, причем восстановление производится просто и быстро, по контркалибрам. Еще большее число восстановлений допускают регулируемые предельные и резьбовые роликовые скобы.
Регулируемый измерительный инструмент имеет перед жестким то преимущество, что при наступлении износа может быть легко восстановлен и снова пущен в работу. Восстановление можно повторять большое число раз.
Регулируемые узлы калибров бывают разных конструкций. Все эти конструкции будут разобраны ниже, в соответствующих разделах, рассматривающих виды измерительного инструмента по их назначению.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 239.
