3.8.2. Основные элементы

Контрольное приспособление состоит из установочных, зажимных, измерительных и вспомогательных элементов, смонтированных в корпусе приспособления. В процессе контроля проверяемую деталь, заготовку (узел) ставят измерительными базами на установочные элементы (опоры). Для установки на базовые плоскости применяют постоянные опоры со сферическими и плоскими головками, опорные пластины, а также специальные детали (секторы, кольца) в зависимости от конфигурации базовой поверхности в плане. Опоры со сферическими головками применяют для установки измеряемых деталей на необработанные базы; опоры с гладкой и достаточно развитой поверхностью − для установки на обработанные базы. Для повышения износостойкости опор рекомендуется термически обрабатывать их до твердости HRC 55 ... 60.

Для установки на внешние цилиндрические поверхности используют призмы. Поскольку контакт детали с призмой происходит по узким площадкам (теоретически − линиям), наблюдается сравнительно быстрое изнашивание опорных плоскостей и потеря точности контрольного приспособления. Поэтому применяют призмы 1 с базовыми роликами 2 (рис. 3.87, а) или призмы с переставными валиками 3 (рис. 3.87, б).

Рис. 3.87. Призмы с базовыми роликами (а) и с переставными валиками (б):

1 − призма; 2 − базовый ролик; 3 − переставной валик

На рабочие поверхности призм для повышения их износостойкости напаивают также пластинки из твердого сплава.

Угол α призмы и положение измерительного элемента влияют на точность измеряемого диаметрального размера, что хорошо видно на рис. 3.88.

Важным является также угол β − угол установки измерительного инструмента (рис. 3.88, а). Пользуясь призмой, можно проверить правильность цилиндрической поверхности.

Эллиптичность поперечного сечения выявляется как разность χ между большой а и малой б осями эллипса при вращении детали в призме (рис. 3.88, б) с углом α = 90°. В этом случае ось детали не меняет своего положения по высоте. Конусообразность обнаруживается по разности показаний измерительного прибора в двух поперечных сечениях детали. Для проверки деталей на радиальное или осевое биение применяют схему их установки на одно или два соосных цилиндрических отверстия. Простейшую схему установки используют при посадке проверяемой детали на гладкую цилиндрическую оправку или палец. Однако здесь возникает погрешность измерения из-за радиального зазора между базовым отверстием и оправкой. Чтобы устранить влияние зазора, применяют конические оправки (конусность 1:1000... 1:10 000) или разжимные оправки и пальцы. На конической оправке проверяемая деталь не фиксируется точно по длине, и может возникнуть осевое биение ее торца.

Рис. 3.88. Схемы контроля цилиндрической детали в призме при проверке

цилиндрической (а) и эллиптической (б) поверхности

В качестве элементов разжимных устройств в контрольных приспособлениях используют шарики, планки и разрезные втулки. Пример такого устройства показан на рис. 3.89.

Рис. 3.89. Разжимное устройство с шариками для выборки зазора в контрольных приспособлениях

Для точного центрирования применяют также втулки с гидропластом, гофрированные втулки и устройства мембранного типа. Часто вместо одной цилиндрической оправки применяют их набор, в котором одна оправка отличается от другой на очень малую величину (5... 10 мкм). Для установки узких деталей применяют также ступенчатые оправки с небольшим перепадом диаметров ступеней. Влияние зазора на точность измерения при этом значительно уменьшается. Контрольные оправки должны иметь гладкую рабочую поверхность (Ra 0,4... 0,1 мкм); допускается погрешность формы этой поверхности не более 5 мкм.

Для повышения износостойкости оправки подвергают термической обработке до твердости HRC 55... 60. Оправки диаметром более 60 мм выполняют полыми. При проверке детали на биение оправку устанавливают в центры или на призму. При установке в центры необходимо учитывать несоосность и погрешность исполнения центровых гнезд, которые предохраняют от повреждения защитными фасками или торцовыми выточками. Установку деталей отверстиями на оправки и пальцы применяют не только для проверки концентричности и перпендикулярности торцов, но и для проверки соосности отверстий, межосевых расстояний, а также расстояний от оси отверстий до параллельно расположенных плоскостей.

В контрольных приспособлениях применяют также различные сочетания схем установки элементарных поверхностей в качестве установочных баз (плоскость − наружная цилиндрическая поверхность, плоскость − отверстие и др.).

Контролируемая деталь (заготовка, узел) имеет две измерительные базы, между которыми на чертеже проставлен проверяемый размер. При выборе схем контрольного приспособления следует совмещать установочную и одну из измерительных баз детали, придавая им строго фиксированное положение. Другая измерительная база должна контактировать с измерительным элементом приспособления в установленном месте. При невыполнении этих условий возникает погрешность базирования и погрешность положения измерительного элемента, что снижает точность измерения проверяемой детали.

На рис.3.90, а показана схема базирования детали 3 в контрольном приспособлении при проверке ее диаметра в призме 2. Установочная база (образующая 1) не совмещена с измерительной базой (образующая 4), поэтому возникает погрешность базирования при измерении. Вторая измерительная база (образующая 5) занимает при проверке партии деталей разное положение по высоте относительно измерительного элемента 6. вызывая погрешность.

Рис. 3.90. Схемы базирования проверяемых деталей в контрольных приспособлениях без совмещения (а) и с совмещением (б) установочной и измерительной баз и с

одновременной проверкой размеров (в, г, д):

1, 4, 5, 7 − образующие; 2 − призма; 3 − деталь; 6, 12, 14 − измерительные элементы;

8 − наконечник датчика; 9. 10. 11, 13, 16 − поверхности детали; 15 – ползун

На рис. 3.90, б показана другая схема базирования детали в контрольном приспособлении, при использовании которой погрешности базирования и измерения равны нулю. Это достигается совмещением установочной и измерительной баз (образующая 7) и применением наконечника 8 датчика тарельчатой формы.

Использование многомерных приспособлений возможно, если одна поверхность детали служит установочной и измерительной базой для всех проверяемых размеров. Эти условия нередко обеспечивают пересчетом размеров и допусков детали. На рис.3.90, в показана схема базирования детали при одновременной проверке размеров Н₁, Н₂ и Н₃,. Поверхность 9 является установочной и общей измерительной базой для этих размеров. Для проверки размера Н₄ поверхность 9 служит установочной базой, а поверхность 10 − измерительной. Чтобы устранить погрешность базирования, можно использовать три варианта решения.

1. Вместо проверки размера Н₄ вводится проверка размера Н₅. Принимая Н₄ за замыкающее звено размерной цепи, получим Т₄= Т₃ + Т₅, откуда Т₅ = Т₄ – Т₃,. При Т₃ > Т₄ и невозможности уменьшить Т₃ размер Т₅ нужно проверять в другом приспособлении.

2. За измерительную и установочную базу принимается поверхность 11 (рис. 3.90, г), а измерительный элемент 12 подводится к поверхности 13. Деталь прижимается к боковой опоре силой Q.

3. Используется первое приспособление, в котором предварительно настроенный измерительный элемент 14 подводится ползуном 15 до упора в поверхность 16 (рис. 3.90, д).

На рис. 3.90 приведены расчетные формулы (см. рис. 3.90, а) и значения допусков (см. рис. 3.90, б—д), которые могут быть использованы для различных расчетов. В отдельных случаях, когда погрешность базирования меньше 0,10...0,15 допуска проверяемого размера (контроль неответственной продукции), можно применять схемы контроля при несовмещении установочных и измерительных баз, если это упрощает и удешевляет процесс контроля и применяемые контрольные приспособления.

Зажимные устройства в контрольных приспособлениях предупреждают смещения установленной для проверки детали (узла) относительно измерительного устройства и обеспечивают постоянный контакт установочных баз детали с опорами приспособления. Работа зажимного устройства контрольного приспособления существенно отличается от работы аналогичных устройств в станочных приспособлениях. Для предупреждения деформаций проверяемых изделий силы закрепления должны быть небольшими и стабильными. Необходимость в зажимных устройствах отпадает, если деталь занимает вполне устойчивое положение на опорах приспособления и усилие от измерительного устройства не нарушает этой устойчивости. Для повышения производительности контроля зажимное устройство выполняют быстродействующим и удобным для обслуживания.

В контрольных приспособлениях применяют ручные зажимные устройства (рычажные, пружинные, винтовые, эксцентриковые) и устройства с приводом (пневмозажимы), в которых сжатый воздух используется также и для привода вспомогательных механизмов приспособления (подъем, поворот или выталкивание детали).

Часто применяют комбинированные зажимные устройства, обеспечивающие одновременный и равномерный прижим контролируемых деталей к нескольким опорным элементам приспособления. Место приложения силы закрепления выбирают так, чтобы исключить недопустимые деформации детали и элементов контрольного приспособления. Колебания усилия зажима на показания измерительного прибора не должны превышать 5 % величины контролируемого параметра детали. При стабильной величине силы закрепления эта погрешность измерения постоянна и ее можно учесть в процессе настройки измерительного устройства по эталонной детали.

Измерительные устройства контрольных приспособлений делятся на предельные (бесшкальные) и отсчетные (шкальные). Особую группу составляют устройства, работающие по принципу нормальных калибров.

Предельные устройства не дают численного значения измеряемых величин, а все проверяемые изделия делят на три категории: годные, брак по переходу за нижнюю границу допуска и брак по переходу за верхнюю границу допуска. Иногда годные изделия разбивают на несколько размерных групп для селективной сборки, например подшипников качения.

В качестве простейших устройств применяют встроенные в контрольные приспособления жестко закрепленные или выдвижные предельные элементы (скобы, пробки, щупы). Примеры таких приспособлений для контроля размеров Н₁, Н₂ и Н₃, детали показаны на рис. 3.91.

Рис. 3.91. Контрольное приспособление с выдвижными предельными элементами (а)

и со стержневыми глубиномерами (б):

1, 2 − ступеньки детали

Эти устройства используют при сравнительно грубых допусках проверяемого размера: не выше 8...9-го квалитетов − жесткие элементы, не выше 11-го − выдвижные. Для контроля размеров заготовок с допусками более 0,5 мм иногда применяют стержневые глубиномеры (рис. 3.91, б). Годность изделия соответствует положению верхнего торца стержня между ступеньками 1 и 2.

Широкое распространение получили электроконтактные датчики − их применяют в контрольных приспособлениях и контрольно-сортировочных автоматах. Схема контрольного приспособления с электроконтактным датчиком для одномерного контрольного приспособления приведена на рис. 3.92.

Если проверяемый размер D находится в поле допуска, то лампы 1 и 2 не загораются. Если размер D меньше минимально допустимого, то замыкаются нижние контакты и загорается лампа 1, если больше − лампа 2. Лампа 3 загорается при размыкании обоих контактов, т.е. когда детали годны. Сопротивления этой мостиковой схемы подобраны так, что при замыкании одного из контактов лампа 3 гаснет. Таким образом, на любой стадии работы приспособления горит одна из трех ламп. Неисправность схемы и перегорание ламп обнаруживается по отсутствию света. Электроконтактные датчики удобны для многомерных контрольных приспособлений светофорного типа.

Рис. 3.92. Контрольное приспособление с электроконтактными датчиками:

1, 2, 3 − лампы

Для сортировки деталей на размерные группы применяют многоконтактные электрические датчики двух типов: предельные и амплитудные. Первые применяют для контроля размеров, вторые − для контроля формы и расположения поверхностей детали. Датчики настраивают и периодически проверяют по эталону. Амплитудные датчики более долговечны и работают устойчиво.

Электроконтактные датчики обеспечивают точность измерения 1 мкм и ± 3 мкм, которая сохраняется до 25 тыс. измерений без регулирования датчиков. Предел измерения 1 мм, сила измерения 1...2 Н. Реже используют емкостные, индуктивные и фотоэлектрические датчики.

Стандартные приборы с отсчетными устройствами применяют при обычном и статистическом контроле. Они необходимы также для проверки настройки станков на размер.

В качестве отсчетных измерителей обычно используют индикаторы с рычажной или зубчатой передачами. По точности исполнения выпускаются индикаторы нулевого, первого и второго классов с погрешностью показаний соответственно 0,01; 0,015 и 0,02 мм за один оборот стрелки. В приспособлении индикаторы крепят за ножку или за ушко на их задней крышке. Индикаторы могут быть с увеличивающей рычажной передачей. Для более точных измерений применяют микроиндикаторы с ценой деления 0,002 мм и миниметры с ценой деления до 0,001 мм.

Получили распространение также пневматические микрометры. Их использование в контрольных приспособлениях обеспечивает точность измерений 0,2...0,5 мкм. Пневматические микрометры применяют двух основных типов: с манометрами и с воздушными расходомерами (ротаметрами).

На рис. 3.93, а приведена принципиальная схема пневматического измерительного прибора ротаметрического типа с настольной пробкой для контроля отверстия. При настройке прибора, открывая и закрывая краны 11 и 5, проверяют поступление воздуха через фильтры 8 и 9 предварительной и окончательной очистки и стабилизатор 10 в трубку 7 измерительного устройства. На базовое кольцо 2 настольной пробки 7 устанавливают эталон 3, изготовленный по нижнему пределу допуска диаметра отверстия контролируемой детали.

Рис. 3.93. Пневматические контрольные приспособления:

а − ротаметр с настольной пробкой; б − микрометр дифференциального типа с сильфонами; 1 − настольная пробка; 2 − базовое кольцо; 3 − эталон; 4, 13 − указатели шкалы;5 − верхний кран; 6 − поплавок; 7, 14 − трубки; 8, 9 − фильтры; 10 − стабилизатор; 11 − нижний кран;

12 − шкала; 15 − регулируемый клапан; 16 – электроконтактный датчик; 17, 21 − сильфоны;

18, 20 − сопла; 19 − планка; 22 − измерительный прибор; 23 − измерительное устройство;

24 − деталь

В процессе настройки прибора вращением кранов 11 и 5 регулируют подачу воздуха в трубку 7 и устанавливают поплавок 6 между указателями 4 и 13 шкалы 12. При положении поплавка 6 за нижней границей шкалы 12 открывают нижний кран 11. Если поплавок находится слишком высоко, то нижний кран 11 закрывают. Затем устанавливают эталон, изготовленный по верхнему пределу допуска. При положении поплавка 6 за верхней границей шкалы 12 открывают верхний кран 5 параллельного пропуска воздуха. Если поплавок находится слишком низко, то кран 5 закрывают. Если поплавок установился не у штрихов шкалы, соответствующих размерам эталона (что указывает на несоответствие передаточного отношения ротаметра установленному), то регулируют рабочее давление в стабилизаторе 10. При увеличении рабочего давления поплавок в ротаметре поднимается, при уменьшении − опускается. Смещение поплавка при необходимости компенсируют регулированием положения кранов.

На рис. 3.93, б показана схема пневматического микрометра высокого давления дифференциального типа с сильфонами. Питание этого прибора производится через стабилизаторы для создания постоянного давления сжатого воздуха. По трубке 14 воздух поступает в сильфоны 77 и 21 через сопла 20 и 18. Из сильфона 21 он подается к измерительному устройству 23, а из сильфона 77 − к регулируемому клапану 75. Давление в сильфоне 21 меняется в зависимости от размера детали 24, давление в сильфоне 77 устанавливается постоянным. Деформация сильфонов вызывает перемещение подвешенной на плоских пружинах планки 19, которая связана с измерительным прибором 22 (или с электроконтактными датчиками 16). Приборы описанного типа точны, малоинерционны, просты в эксплуатации и наладке.

Для выбора отсчетных измерительных устройств в зависимости от допусков и серийности производства необходимо учитывать их метрологические и экономические показатели. К метрологическим показателям относятся цена деления шкалы, предел измерения, чувствительность (т. е. отношение изменения сигнала на выходе к вызывающему его изменению измеряемой величины), погрешность показаний (отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины), порог чувствительности (наименьшее значение измеряемой величины, которое может вызвать изменение положения указателя прибора), период успокоения стрелки (этот параметр существенно влияет на производительность контроля), а также давление при измерении.

В измерительных устройствах применяются различные рабочие наконечники: для проверки плоскости или отверстия − сферические, для проверки сферы − плоские, для контроля наружных цилиндров − ножеобразные или сферические.

Иногда в контрольных приспособлениях в качестве калибров используют контурные, плоские или объемные шаблоны. Тогда оценка соответствия проверяемых деталей производится с помощью щупов или на просвет. Часто в приспособлениях этого типа проверяют взаимоположения контура измеряемой детали и базового отверстия с помощью контрольных скалок (пробок).

Вспомогательные устройства контрольных приспособлений имеют различное целевое назначение. В приспособлениях для проверки радиального или осевого биения применяют поворотные устройства, в приспособлениях для проверки прямолинейности или параллельности − ползуны для перемещения измерительных элементов. Для контроля правильности формы шеек цилиндрических деталей или соосности ступеней для вращения измеряемых деталей используют приводные механизмы, для установки и снятия деталей − подъемные устройства и выталкиватели. Многие из этих устройств выполняют аналогично соответствующим устройствам станочных приспособлений.

Специфичными являются передаточные устройства между контролирующим элементом и отсчетными измерительными средствами (индикатором, электроконтактным датчиком). Пример конструкции этого устройства показан на рис. 3.94, а.

Рис. 3.94. Вспомогательные устройства контрольных приспособлений со штифтом (а), с рычажной передачей (б), с плоской (крестообразной) стальной пружиной (е),

с рычажком для отвода (г):

1 − штифт; 2 − рычажная передача; 3 − крестообразная пружина; 4 − изделие;

5 − рычажок

Измерительные средства могут быть вынесены в удобное место, что предохраняет их от случайных повреждений в процессе работы, так как благодаря ограничивающим упорам ход штифта 1 меньше предела измерения индикатора. Для изменения направления линейного перемещения и передаточного отношения служат рычажные передачи 2 (рис. 3.94, б). Их монтируют на цилиндрических, конических и шаровых цапфах. Преимущество двух последних конструкций − возможность регулирования зазоров, возникающих в процессе изнашивания.

Применяется также подвеска рычагов на плоских крестообразных стальных пружинах 3 толщиной 0,2... 0,3 мм (рис. 3.94, в). Эта система не требует регулирования, так как в процессе ее работы изнашивания не происходит. Если измерительное устройство мешает установке и снятию контролируемых изделий 4, то его снабжают рычажком 5 для отвода (рис. 3.94, г) или выполняют в виде поворотного (отводимого) узла.

Корпус контрольного приспособления является его базовой деталью. Корпуса стационарных приспособлений выполняют в виде массивной и жесткой плиты или корпусной детали, на которой располагают основные и вспомогательные детали и устройства. Корпуса изготовляют из серого чугуна СЧ 12 или СЧ 15. Корпуса приспособлений для точных измерений необходимо подвергать старению или отливать из чугуна, стойкого к короблению (СЧ 25 или СЧ 30).

Простейшая схема контрольного приспособления − схема с жесткими предельными элементами для проверки высоты уступов (размеры Я, и И₇) ступенчатой детали, которую в процессе контроля передвигают по плите вручную (рис. 3.95).

Рис. 3.95. Контрольное приспособление с жесткими предельными элементами

Контроль производят от нижней базовой плоскости. (Схема приспособления с выдвижными предельными элементами для проверки размеров Н₁, Н₂ и Н₃ приведена также на рис. 3.93.)

На ручных контрольных приспособлениях с индикаторными измерительными устройствами проводится измерение диаметров, углов и длин, что обычно является относительным в сравнении с установочной мерой (эталоном), а измерение формы детали (огранка, волнистость) − почти всегда абсолютным. Геометрическая форма рабочих поверхностей установочных мер выдерживается с точностью 0,3... 0,5 мкм. При настройке контрольного приспособления передвижные указатели на измерительной головке располагают с учетом фактического размера установочной меры на расстоянии поля допуска контролируемой детали, и при контроле стрелка измерительной головки не должна выходить за указатели.

Универсальное приспособление для контроля деталей типа колец (рис. 3.96) применяется для измерения наружного и внутреннего диаметра, высоты, отклонения от круглости, конусообразности, отклонения от перпендикулярности образующих наружной и внутренней цилиндрических поверхностей к торцам, отклонения от параллельности торцов колен и других параметров круглых деталей.

Приспособление состоит из чугунной плиты 1, служащей предметным столом, и специального штатива 4 для закрепления измерительных средств 3. В качестве измерительного устройства обычно применяют микроиндикатор (реже миниметр) с ценой делений шкалы 0,01; 0,02 и 0,001 мм. Поверхность плиты прибора тщательно отшабрена или отшлифована. На плите предусмотрены пазы 5 для закрепления в них упоров 2, предназначенных для установки контролируемых колец 6. Упоры можно перемещать вдоль пазов и закреплять в любом месте в зависимости от размера кольца, на которое настраивается прибор. Наконечники упоров (шариковые или дисковые) устанавливаются на любой высоте. Для измерения различных параметров измеряемого кольца контрольное приспособление имеет соответствующую оснастку (упоры, вилки и пр.).

Рис. 3.96. Конструкция (а) и схема настройки по эталону (б) универсального приспособления для ручного контроля колец:

I, II − положения действительного размера эталона; 1 − чугунная плита; 2 − упор,

3 − измерительное средство; 4 − штатив; 5 − паз плиты; 6 − контролируемое кольцо;

А − направление корректирования настройки при положении II; Б − действительный размер эталона; В − номинальный размер эталона; δ − поле допуска

Эталон 6 устанавливают на плиту 1 торцом и прижимают контролируемой поверхностью к упорам 2. Измерительные штифты измерительных средств 3 вводят в соприкосновение с эталоном и совмещают нулевые риски шкал головок с серединой поля допуска Δ_ср (положение I). Устанавливают показатели границ допуска в соответствии с заданным допуском на деталь: δ = Δ₂ – Δ₁, где Δ₁ и Δ₂ − наименьший и наибольший размер измеряемой детали.

При настройке по эталону контрольного приспособления, номинальный размер которого не совпадает с номинальным размером контролируемой детали (положение II), эту погрешность корректируют перемещением подвижной шкалы или самих измерительных средств до совмещения номинального размера детали и фактического размера эталона.

Многомерное пневматическое приспособление для контроля поршней показано на рис. 3.97. Контрольное приспособление, на котором одновременно измеряют диаметры головки и канавок под кольца в поршне 3, состоит из двух частей: устройства А для измерения и стойки Б с табло, на котором изображен поршень 3 с указанием контролируемых параметров. Для каждого параметра на табло предусмотрены по две сигнальные лампочки 4 (зеленого и красного цвета).

Рис. 3.98. Многомерное пневматическое приспособление для контроля поршней:

1 − опорные планки; 2, 6 − стойки; 3 − поршень; 4 − сигнальная лампочка;

5 − направляющие; 7 − основание; А − устройство для измерения; Б − стойка с табло

Контрольное приспособление собирают из основания 7 (с опорными планками 7) и стоек 2 и 6, на которых размешены направляющие 5 с измерительными соплами для прохода под давлением сжатого воздуха. При контроле на табло против обработанных поверхностей поршня в пределах установленного допуска зажигаются зеленые лампочки. При недопустимых отклонениях обработанных поверхностей зажигаются красные лампочки. Такое контрольное приспособление удобно использовать для разбраковки деталей, однако оно имеет недостаток − невозможность определить фактические отклонения обработанных поверхностей. Контрольное приспособление настраивают по эталонам, изготовленным по верхним и нижним пределам допуска отдельных параметров.