CC BY
22
УДК 621.713.14
ИЗМЕРЕНИЕ ПОЗИЦИОННЫХ ОТКЛОНЕНИЙ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ С УЧЕТОМ ИХ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ
Д. Б. Мартемьянов, В. В. Пшеничникова, В. А. Пеннер, А. Е. Земцов
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-2-151-153
Аннотация - Реальные поверхности деталей, получаемые с помощью любых технологических процессов, всегда характеризуются отклонениями от номинальной (геометрически правильной) формы. Если рассматривать номинально цилиндрическую поверхность или призматический элемент детали, можно проследить взаимосвязь между текущими размерами в разных сечениях и формой поверхности, а также расположением поверхностей.
Ключевые слова: допуск, позиционное отклонение, отклонение формы, геометрическая модель, зависимый допуск, размер элемента.
I. Введение
Обеспечить заданные допуски размеров каналов и их позиционных отклонений в деталях очень сложно, т. к. для этого необходимо с большой точностью производить измерения действительных размеров проходных отверстий и их многочисленных позиционных отклонений относительно комплекта баз в каждой сопрягаемой детали.
Как показывает практика, измерения отверстий и пазов в деталях гидравлических агрегатов очень трудоемки и не всегда удается выявить отклонения расположения всех отверстий в деталях гидравлических агрегатов с погрешностью, не превышающей допустимую (30% от допуска расположения). От значений позиционных отклонений осей каналов гидравлических агрегатов зависит площадь проходных сечений при переходе жидкости из детали в деталь, что, в свою очередь, влияет на интенсивность нарастания или уменьшения давления жидкости по ее ходу через золотник или гильзу. В соответствии с этим характеристика открытия окон гильзы пазами золотника влияет на точность и чувствительность гидравлического привода. Допуски расположения осей каналов входят в число важнейших показателей качества деталей по геометрической точности [1].
II. Постановка задачи
Анализ отклонений формы типовых поверхностей позволяет сделать следующие выводы:
1. Поскольку отклонения формы автоматически ограничиваются заданными полями допусков размеров, отклонения формы следует специально нормировать только в тех случаях, если их необходимо ужесточить по сравнению с теми значениями, которые уже фактически установлены при назначении допуска размера.
2. В систему допусков формы обязательно следует включить допуски для наиболее часто встречающихся типовых случаев. В первую очередь следует нормировать допуски формы номинально плоских поверхностей и поверхностей типа тел вращения [3].
Для того чтобы два граничных значения элементных размеров не выходили за границы поля допуска, под ними следует понимать размеры двух правильных элементов, номинально расположенных относительно баз комплекта и охватывающих реальные поверхности элемента, соприкасаясь с ними: один - вне материала детали (определяет размер максимума материала элемента), второй - из материала элемента (определяет размер минимума материала элемента). Эти определения устанавливают габариты размерного поля элемента, т.е. области в пространстве детали, которую занимают реальные поверхности элемента вследствие отклонений формы и положения относительно системы координат комплекта элементов [2].
Таким образом, причиной двумерности элементных размеров являются отклонения формы поверхностей элементов и отклонения положения элементов в системе отсчета элементных размеров - в системе координат, материализованной базами комплекта элементов. Если один из элементов комплекта проявляет свою максимальную информативность, то он не будет иметь отклонений положения относительно баз других элементов, т.к. сам определяет положение координатной оси или координатной плоскости системы отсчета. В этом случае причиной двумерности его размеров являются только отклонения формы поверхностей элемента.
III. Методы решения
Основой для анализа и измерений отклонений расположения детали является геометрическая модель, представляющая собой графическое изображение всех элементов детали вместе с отклонениями рабочих поверхностей в обобщенной системе координат, принадлежащей детали в целом (рис. 1). Системой отсчета отклонений расположения нормируемых элементов золотника является обобщенная система координат OXYZ, которая материализована комплектом трех баз: осью Z4, двойной направляющей цилиндрической базы А4, лишающей объект измерения 4-х степеней свободы, опорной торцовой базой Б1, лишающей деталь поступательного перемещения вдоль оси Z4 и плоскостью симметрии опорной базы В1 призматического паза, лишающего вращения детали вокруг оси Z4.
Пне, к
Рис. 1. Геометрическая модель золотника
В декартовой системе координат нормируется зависимый допуск симметричности базы В1 относительно базы А4, а в полярной системе координат заданы зависимые позиционные допуски для двенадцати цилиндрических отверстий 0 Б и для двенадцати призматических пазов шириной Н, выполняющих служебное назначение гидравлических каналов, т. к. в первом случае база В1 израсходовала только одну степень свободы из максимально возможных 2-х на материализацию декартовой системы отсчета, а каналы - ни одной, поскольку являются исполнительными поверхностями [4].
IV. Практическая реализация Геометрические модели взаимодействия каналов деталей (гильзы и золотника) показывают, что в структуру наименьших Бнм.к. и наибольших Бнб.к. комплексных размеров каналов входят размер прилегающего элемента Бс и удвоенное значение отклонений расположения ЕРО рассматриваемого элемента относительно баз (рис. 2): Бнм.к. = Бс - 2ЕРО, Бнб.к. = Бс + 2ЕРО.
Рис. 2. Геометрические модели взаимодействия каналов гильзы и золотника
Зависимый допуск расположения зависит не только от нормируемого минимального значения отклонения расположения, но и от отклонений действительных размеров базовых и рассматриваемых элементов от преде-
лов максимума материала, или проходных пределов: Тзав = Тшш + Тдоп, где Тшш - допуск, указываемый на чертеже; Тдоп - дополнительная переменная часть допуска, величина которого зависит от действительных размеров рассматриваемых элементов: Тдоп = Тс + Т4 где Тс - собственный допуск размера канала; Тd - допуск базы [5].
Дополнительная часть зависимого допуска может быть установлена только после измерения действительных размеров Бнм.к. и Бнб.к. базовых и нормируемых элементов (рис. 3).
Рис. 3. Расположение зависимых полей допусков размеров и расположения
V. Заключение
Суть предлагаемого метода измерения позиционных отклонений осей каналов заключается в измерении полуразности наибольшего и наименьшего комплексных размеров рассматриваемого элемента, т. е. размеров двух правильных элементов, номинально расположенных относительно баз деталей и касательных реальных поверхностей элементов вне и из материала деталей. Поскольку измерения отклонений расположения производятся разностным способом, то собственные отклонения формы и размера элемента не влияют на точность результатов измерений зависимых допусков расположения. При измерении находится наименьшие Бнм.к., Ннм.к. и наибольшие Бнб.к., Ннб.к. значения комплексного размера канала, фактически же только наименьшие комплексные размеры (Бнм.к., Ннм.к.) будут определять площади проходных сечений каналов. С целью повышения точности и производительности измерений зависимых отклонений расположения каналов предлагается взамен шести дифференцированных измерений (трех отклонений расположения и трех влияющих размеров нормируемых базовых элементов) определять два значения комплексного размера одного нормируемого элемента с учетом его расположения относительно комплекта базовых элементов (рис. 1).
Зная фактическое расположение отклонений каналов можно обеспечить корректировку программы станка, что позволит получить более высокую точность изготовления деталей гидравлических агрегатов, их качество и надежность при эксплуатации.
Список литературы
1. Henke R. P., Summerhays K. D., Baldwin J. M., Cassou R. M., Brown C. W. Methods for evaluation of systematic geometric deviations in machined parts and their relationships to process variables // Precision Engineering. 1999. Vol. 23, Issue 4. P. 273-292.
2. Summerhays K. D., Henke R. P., Baldwin J. M., Cassou R. M., Brown C. W. Optimizing discrete point sample patterns and measurement data analysis on internal cylindrical surfaces with systematic formdeviations // Precision Engineering. 2002. Vol. 26, Issue 1. P. 105-121.
3. Qingzhen Bi, Nuodi Huang, Chao Sun, Yuhan Wang, Limin Zhu, Han Ding. Identification and compensation of geometric errors of rotary axes on five-axis machine by on-machine measurement // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2015. Vol. 89, February. P. 182-191.
4. Глухов В. И., Мартемьянов Д. Б. Метрологическое обеспечение качества продукции машиностроения по точности геометрических величин // Мир измерений. 2013. .№ 7 (149). С. 7-13.
5. ГОСТ 28187-89. Основные нормы взаимозаменяемости. Отклонения формы и расположения поверхностей. Общие требования к методам измерений. М.: Издательство стандартов, 1989. 19 с.
