ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ НА КИМ-750

RЕSEARCH OF THE REASONS OF MEASUREMENT ERRORS ON KIM-750

Ekaterina Kosheleva

student of 1 course, Technology of Mechanical Engineering department, Arzamas polytechnical institute,

Russia, Arzamas

Natalja Pris

research supervisor, associate professor, Candidate of Technical Sciences, Arzamas polytechnical institute,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В связи с развитием машиностроительного производства, на современных предприятиях предъявляются высокие требования к контролю производимых деталей и изделий. На примере измерения детали на КИМ-750 приведены основные причины, оказывающие влияние на процесс измерения и, как следствие, на результаты.

ABSTRACT

Due to the development of machine-building production, at the modern enterprises are imposed high requirements of monitoring of the made details and products. On the example of measurement of a detail the basic reasons exerting impact on process of measurement and, as a result, on results are given in KIM-750.

Ключевые слова: координатно-измерительная машина, погрешность измерения.

Keywords: coordinate measurement machine, measurement error.

На предприятиях со среднесерийным типом производства и большой номенклатурой изделий особое внимание уделяется процессам и методам контроля на современных средствах контроля. Основной проблемой является наличие различных методик измерения для каждого типа измерительного оборудования. Это в свою очередь приводит к необходимости разрабатывать собственные методики измерения для достижения точных и достоверных результатов.

Поэтому, разработка методик измерения для определенных типов деталей на предприятии, учитывая специфику работы и отрасль машиностроения, является актуальной и требует своевременного решения.

Рассмотрим эту проблему на примере детали «Основание» (рисунок 1), измерение которой производится на координатно-измерительной машине КИМ-750. Использование КИМ-750 при измерениях обусловлено следующим:

1. Данная деталь изготавливается небольшими партиями, поэтому применение и изготовление других измерительных средств, например, стыковочных шаблонов, нецелесообразно и экономически не выгодно. К тому же в конструкцию детали могут вноситься изменения, связанные с модернизацией прибора.
2. Необходим точный контроль ответственных размеров.

Деталь «Основание» является одной из комплектующих частей ответственного прибора. Поэтому необходимо точно выдерживать размеры, представленные на чертеже (рисунок 1). Для соблюдения требуемых параметров и для точного контроля эту деталь измеряют на координатно-измерительной машине КИМ-750.

Деталь «Основание» изготавливается из прутка Д1 ГОСТ 21488-76. Обработка ведется на станке с ПУ МАНО МН600С. Для обработки используются фрезы и сверла Walter Titex и Fraisa, которые обладают повышенной стойкостью и малым износом.

Деталь «Основание» имеет сложную конфигурацию и по конструкции ее можно отнести к корпусным деталям. В конструкции детали присутствуют нетехнологичные элементы: пазы, расположенные по окружности с заданными углами. Такое расположение вызывает сложности при обработке, поскольку необходимо точно скоординировать положение инструмента относительно заготовки. По чертежу детали, представленному на рисунке 1, производится контроль расположения угловых размеров 38º±30'; 85º±30'; 115º±30'; 142º±30'; 193º±30'; 244º±30'; 295º±30'; 346º±30'.

При измерении детали на КИМ-750 были выявлены причины, которые влияют на точность измерений и вызывают погрешности.

1. Явные дефекты детали, которые можно выявить перед началом измерений.

1. Не проведено охлаждение детали после обработки и снятия со станка. Температурное расширение материала оказывает большое влияние на форму и размеры детали. Для особо ответственных деталей с жесткими и малыми допусками этот фактор зачастую оказывает наибольшее влияние на контроль за соблюдением размеров. Поэтому, согласно инструкциям, детали после обработки необходимо выдерживать около 2-х часов в специальном помещении при температуре 20ºС. Перед измерением необходимо проверить температуру детали специальным датчиком температуры, установленном на машине КИМ-750.
2. Загрязненная поверхность детали. Детали, которые подвергаются контролю на точных средствах измерения, должны быть очищены от загрязнений, пыли, стружки, смазки и других веществ. Попадание их на поверхность детали или на измерительный щуп может привести к некорректным результатам и к поломке или повреждению самого щупа. Перед измерением необходимо проверять соблюдение этих требований.
3. Поверхностные дефекты детали. При механической обработке из-за высоких скоростей резания, попадания стружки в зону резания, дефектов обрабатываемого материала, дефектов поверхностного слоя на поверхности детали могут образовываться царапины, трещины, сколы, заусенцы. Это отрицательно сказывается на результатах измерений.

При измерении щупами со сферическими наконечниками возникает вероятность попадания щупа именно в ту зону, где поверхность имеет дефекты, описанные выше. В свою очередь это отражается на результатах измерений. Например, при касании щупом поверхности, на которой есть заусенцы, машина записывает координаты расположения поверхности с заусенцами. Попадание в зону касания заусенцев и сколов отрицательно сказывается не только на результатах измерений, но и на щупах. Их поверхность тоже повреждается, образуются микротрещины. Применение щупов с царапинами на их поверхности недопустимо.

Поэтому перед проверкой необходимо убедиться в том, что на детали отсутствуют заусенцы, трещины, царапины, сколы, и по возможности их устранить. Эти меры в значительной степени могут снизить вероятность появления погрешностей при измерении.

Рисунок 1. Операционный эскиз изготовления детали «Основание»

2. Погрешности предыдущей обработки. Погрешность предыдущей обработки может повлиять как на последующие виды обработки детали, так и на измерения. При проведении измерений на координатно-измерительной машине КИМ-750 одним из важных требований является правильное базирование детали как в приспособлении, так и при совмещении системы координат детали (СКД) с системой координат машины (СКМ). Для этого производится измерение базовых поверхностей, заложенных в технологической и измерительной картах.

Для обеспечения точности базирования необходимо убедиться в том, что базовые поверхности имеют шероховатость и отклонения формы, указанные на чертеже.

Это является одним из важнейших этапов измерения, т. к. базовые плоскости задают направление детали по осям ХYZ и определяют центр координат детали. Чем выше качество поверхности базовых поверхностей и чем меньше отклонения формы, тем точнее будет определена система координат детали и все размеры, заданные от нее.

Комплект баз детали при измерении составляют:

• плоскость размера 10,68_-0,08;
• центр координат ХYZ - центр окружности Ø33*;
• направление оси Z по отверстию Ø2Н9 (рисунок 1).

В ходе их измерения проверяется отклонение от плоскостности и круглости. Эти значение не должно превышать 0,01 мм. Если же допустимые значения отклонения от плоскостности и круглости завышены, то имеет место погрешность предыдущей обработки. Она будет в значительной степени оказывать влияние на результаты измерений.

3. Методика измерения детали. При измерении детали на КИМ-750 большое значение имеет методика измерения. Ведь именно от нее зависит правильность измерений, их последовательность. На примере детали «Основание» приведем описание предлагаемой методики измерения угловых размеров 38º±30'; 85º±30'; 115º±30'; 142º±30'; 193º±30'; 244º±30'; 295º±30'; 346º±30'.

Последовательность измерения будет следующая:

1. необходимо измерить базовые поверхности и построить на них систему координат ХYZ детали;
2. провести измерение пазов, образующих заданные углы;
3. спроецировать все измеренные элементы на базовую плоскость;
4. провести построения углов на базовой плоскости и вычислить их значение.

В данном случае основной особенностью и требованием является то, что все измеренные элементы должны быть спроецированы на базовую плоскость. И измерения, и все построения должны выполняться на одной плоскости. В противном случае, угловые размеры будут рассчитаны программой неправильно.

Измерение пазов можно реализовать по двум схемам. Рассмотрим эти схемы на примере измерения угла 142º±30'.

1. Измерение плоскостей, образующих паз, и их проецирование на базовую плоскость. При проецировании на базовой плоскости образуются две прямые 1 и 2. Затем между этими прямыми строится средняя линия. Угловое положение между построенной средней линией и нулевой линией OZ будет соответствовать значению измеряемого угла. Результаты проецирования для измерения угла 142º±30' показаны на рисунке 2.
2. На двух плоскостях, образующих паз, касанием щупа измеряется по одной точке в любом месте. Затем точки проецируется на базовую плоскость. Между этими точками 1 и 2 строится средняя точка. Ее необходимо соединить с центром О системы координат XYZ. Таким образом, строится прямая, угловое положение которой относительно нулевой линии OZ соответствует значению измеряемого угла 142º±30'. Построение таким способом представлено на рисунке 3.

Рисунок 2. Построение угла путем проецирования измеренных плоскостей на базовую плоскость

Рисунок 3. Построение угла путем проецирования измеренных точек на базовую плоскость

При разных способах измерений, получаются разные значения углов. При измерении углов первым способом, значение углов, как правило, выходят за пределы допуска. Причиной, вызывающей такие отклонения, является небольшая, в данном случае, ширина пазов (1,5 мм). При измерении плоскости паза размер этого фрагмента не достаточен, для того, чтобы описать точное угловое расположение паза.

При построении углов путем проецирования точек с плоскостей, образующих пазы, значительных отклонений не возникает, т. к. точка, полученная касанием щупа с плоскостью, соединяется с нулевой точкой О центра координат XYZ, и дальнейшие расчеты и построения углов ведутся между нулевой линией, соединяющей точку О, и проекцией точки касания на базовую плоскость. В этом случае в полной мере учитывается расположение углов относительно системы координат детали.

На основе анализа проведенных измерений, исследования причин возникновения погрешностей и полученных результатов были сделаны следующие выводы:

1. Явные визуальные дефекты детали, такие как загрязнение, шероховатость поверхности, сколы, царапины, заусенцы, а также несоблюдение температурного режима можно обнаружить и устранить до начала измерений, что снизит вероятность появления погрешностей.
2. Погрешности предыдущей обработки обнаруживаются при базировании детали в СКМ. Все базовые плоскости возможно проверить на отклонения формы, что в свою очередь позволить избежать некорректных результатов.
3. Выбор методики измерения, позволяющей точно определить заданные размеры – один из основополагающих принципов измерения на координатных машинах. Для измерения углов, образованных небольшими по размерам конструктивными элементами, достаточно одной точки касания, которая дает достоверный результат.

Список литературы:

1. Дивин А.Г., Пономарев С.В. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: учебное пособие. В 5 ч. / Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – Ч. 1. – 104 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0987-6.
2. Косоногов С.А., Лысенко В.Г. Координатная метрология: монография. АСМС (Академия стандартизации, метрологии и сертификации). 2010. – 380 с. – ISBN 978-5-93088-085-4.
3. Пекарш А., Феоктистов С.И., Колыхалов Д.Г., Шпорт В.И. «Координатно-измерительные машины и комплексы». Наука и технологии в промышленности № 3 / 2011.