CC BY
121
УДК 389.14
10. М. ПРАВИКОВ, Г. Р. МУСЛИНА
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН КАК ЭТАП ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
Рассмотрены вопросы метрологической экспертизы конструкторской документации, являющейся частью общего комплекса работ по метрологическому обеспечению производства. На примере метрологической экспертизы крышки механизма переключения рассмотрена методика метрологической экспертизы рабочих чертежей детали.
Ключевые слова: метрология, экспертиза, производство, допуск, погрешность, линейный размер, форма, расположение, средство измерения.
Согласно РМГ 63-2003 (ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Метрологическая экспертиза технической документации), метрологическая экспертиза (МЭ) - это анализ и оценка технических решений по выбору параметров. подлежащих измерениям, установлению требований к точности измерений и обеспечению методами и средствами измерения (СИ) процессов разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта продукции.
Метрологическая экспертиза должна способствовать рациональному решению двух основных вопросов метрологического обеспечения производства изделий - что измерять и с какой точностью, а также связанных с этим вопросов выбора средств и методик выполнения измерений. Первый из этих вопросов, первоначально решает конструктор на стадии разработки конструкторской документации, устанавливая, исходя из служебного назначения изделия те или иные требования к точности геометрических параметров. часто без их метрологической проработки.
Основными задачами МЭ конструкторской документации являются:
- оценка рациональности номенклатуры измеряемых параметров, оптимальности требований к точности измерений, соответствия точности измерений заданным требованиям, полноты и правильности требований к точности СИ, контролепригодности конструкции (возможности контроля необходимых параметров процессов изготовления, испытаний, эксплуатации и ремонта), рациональности выбранных средств и методик выполнения измерений;
© Ю. М. Правиков, Г. Р. Муслина, 2008
- анализ использования вычислительной техники в измерительных операциях;
- контроль метрологических терминов, наименований измеряемых величин и обозначений их единиц.
При МЭ рабочих чертежей деталей наиболее ответственным и трудоёмким этапом является анализ рациональности номенклатуры параметров, подлежащих измерениям. На этом этапе, при наличии качественных требований, предполагающих органолептический контроль, анализируют необходимость и возможность их замены на требования к физическим величинам, проверяемые путём измерений. По результатам оценки влияния измеряемых параметров на служебное назначение изделия осуществляют изменение номенклатуры измеряемых параметров. Так, например, в ряде случаев, из-за удобства измерения целесообразно заменять раздельное нормирование отклонений формы и расположения поверхностей деталей нормированием суммарных отклонений этих параметров геометрической точности, тем более, что во многих случаях точность формы и расположения поверхностей одновременно влияют на эксплуатационные свойства деталей. К таким параметрам можно отнести отклонения от плоскостности и параллельности, плоскостности и перпендикулярности и некоторые другие, часто нерационально нормируемые и измеряемые раздельно.
Проверку правильности взаимной увязки допусков размеров, формы, расположения, а также шероховатости поверхностей, проставляемых на чертеже детали, выполняют руководствуясь ГОСТ 24643 «ОНВ. Допуски формы и расположения поверхностей» и рекомендациями [2].
При экспертизе контролепригодности установленных норм точности основное внимание уделяют анализу возможности измерения
указанных в конструкторской документации параметров точности изделия существующими измерительными средствами. Если такая возможность отсутствует, проверяют обосIюва!Iность назначения указанных параметров точности и их допусков. При этом необходимо учитывать, что одни и те же свойства изделия могут быть обеспечены нормированием различных параметров. Например, при отсутствии в единичном производстве комплексных калибров для контроля позиционного отклонения осей отверстий под крепёж, возможна замена позиционных допусков предельными отклонениями координирующих размеров.
Проверка полноты и правильности требований к точности СИ производится, как правило, если нормируемые параметры непосредственно не проверяются, а используются косвенные методы измерения. При косвенных измерениях погрешность СИ составляет часть погрешности измерений. В таких случаях необходимо представление о методической составляющей погрешности измерений.
При оценке правильности использования метрологических терминов, наименований измеряемых величин и обозначений их единиц проверяют выполнение требований ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы величии», РМГ 29-99 «Метрология. Термины и определения» и др. Правильное использование терминологии - залог предотвращения ошибок и неоднозначности в содержании технической документации.
В качестве примера ниже приведена МЭ рабочего чертежа крышки корпуса механизма переключения (рис. 1, а), изготавливаемой в серийном производстве.
Основными базами крышки, определяющими
её положение в изделии, являются поверхности К и И, а вспомогательными - поверхности Д и Г, сопрягаемые с коническим роликовым подшипником 0-го класса точности. В резьбовое отверстие М24х]>5-6Н устанавливается регулировочный винт, а четыре отверстия 0 9 мм предназначены для крепления крышки к корпусу механизма переключения.
Точность размеров поверхностей Г и И определена указанными на чертеже предельными отклонениями. Точность остальных размеров крышки соответствует среднему классу «т» по ГОСТ 30893.1 «Общие допуски. Предельные отклонения линейных и угловых размеров с неуказанными допусками».
Точность взаимного расположения поверхностей крышки косвенно определяют допуски радиального биения цилиндрической поверхности И, торцового биения поверхности К, а также позиционный зависимый допуск четырёх отверстий 0 9 мм. Точность формы поверхности Г задана допусками непостоянства диаметра в продольном и поперечном направлениях; точность формы поверхностей И и К косвенно ограничена допусками радиального и торцового биения.
Шероховатость всех поверхностей крышки задана параметром Яа - средним арифметическим отклонением профиля, предельные значения которого изменяются в диапазоне от 0,8 до 12,5 мкм.
Требования к точности линейных размеров поверхностей Г и И, указанные на чертеже, установлены правильно, гак как соответствуют ГОСТ 3325 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки» и ГОСТ 25346 «ЕСДП. Общие положения. Ряды допусков и основных отклонений».
Измерение указанных на чертеже геометрических параметров в условиях серийного производства осуществляют либо с помощью измерительных систем (машин), позволяющих за одии-два установа измерить практически все заданные геометрические параметры; либо с помощью более простых, широко используемых универсальных СИ (микрометров гладких или рычажных, скоб рычажных, измерительных головок, нутромеров и др.). При выборе СИ определяющими являются метрологические характеристики этих СИ и экономические соображения, в первую очередь - наличие соответствующих СИ
в производстве.
С точки зрения контролепригодности установленные на линейные размеры допуски возражений не вызывают. В соответствии с реко-
70-0.03
мендациями [1], 0 ~0'06 можно измерить, например, скобой рычажной СР75 с ценой деления 0,002 мм при установке на нуль по концевым мерам длины 3-го класса точности (при работе прибор должен находиться в стойке), а 0 52 ± 0,015 отверстия - нутромером с ценой
»
О
Си
о
о
ч
т:
ч: ь
го
>о о о
ОС
4 отв. 0 9
А 0О,5@> Ж@
3,2
0,03/Л36 Д
0,02
В
/ 0.02 д в
Яа 1,6
А
гЖа 1.6
А
ю о
г»
О +
СЧ
0
х/ Ка 0,8
ГЛ О О О
о
О-0
У
б
/ 0,03/^36 в
фаски
1. Неуказанные литейные радиусы 2 мм.
2. Общие допуски по ГОСТ 30893.2-тК.
3. Допуск непостоянства диаметра поверхности Г в поперечном и продольном сечениях 0,015 мм.
Рис. I. Чертёж крышки до (а) и после (б) метрологической экспертизы
деления отсчётного устройства 0,002 мм при установке по установочным кольцам. При измерении 0 70 _о'о5 скобой рычажной погрешность измерения Ди = 0,005 мм, что меньше допускаемой ГОСТ 8.05! погрешности измерения б ~ 0,009 мм, при измерении 0 52 ± 0,015 Ли = 0,0045 мм при 5 = 0,009 мм.
Допуски радиального и торцового биения соответственно поверхностей К и И назначены в соответствии с ГОСТ 24643 и не превышают допусков соответствующих размеров. Однако правильность выбора базовой поверхности с точки зрения контролепригодности указанного на чертеже торцового биения вызывает сомнения. Измерение торцового биения, заданного таким образом, можно осуществить при установке крышки на цилиндрическую оправку (из соответствующего комплекта оправок), наиболее плотно входящую в отверстие. Гак как поверхность отверстия короткая, реализующая лишь двойную опорную базу, возникает неопределённость базирования крышки, вызывающая большую методическую погрешность измерения Дим, которую
можно определить по формуле
(
д _ С - НЗМ
аИ.М ~ ¿тах ' , >
^ баз
где 5'тах - максимально возможный зазор в соединении крышка-оправка; ¿юм - длина измерения; IСш - длина базовой поверхности.
При $тах = 0,01 мм (комплект состоит из трёх оправок), £тм = 36 мм и ^баз= 15 мм Аи.м =
0,024 мм, что уже значительно превышает допускаемую погрешность измерения торцового биения 8 = 0,009 мм (ГОСТ 28187 «ОНВ. Отклонения формы и расположения поверхностей. Общие требования к методам измерения»).
Уменьшить методическую погрешность измерения торцового биения поверхности К можно, назначив в качестве базовых элементов при указании допуска торцового биения поверхности Д, и оси поверхности Г (см. рис. 1, а).
В этом случае угловое положение крышки при контроле по схеме на рис. 2 определяет поверхность Д и методическая погрешность измерения торцового биения будет зависеть от точности взаимного расположения поверхностей
Г и Д. При внутреннем шлифовании за один ус-танов заготовки цилиндрической и торцовой поверхностей отверстия экономически достижимым является допуск перпендикулярности оси отверстия Г к торцовой поверхности Д. равный
0,030 мм на длине 300 мм [3]. При пересчёте на длину 15 мм Аи.м составит 0,0015 мм, что вполне приемлемо, если погрешность СИ торцового биения не превысит величины погрешности средства измерения Дси:
Лси = л/0,0092 - 0,00152 -
= 0,0089 мм.
При использовании для измерения измерительной головки 2ИГ с ценой деления 0,002 мм и предельной погрешностью 0,003 мм погрешность Дси не превышает расчётной, что свидетельствует о контролепригодности торцового биения, заданного в показанном на рис. 1, б виде.
При указании позиционного допуска четырёх отверстий 0 9 мм неправильно установлена база В. При установке крышки в корпус необходимо совместить с отверстиями корпуса отверстия 0 9 мм и поверхность И, а не поверхность Г. Следовательно, в качестве базового элемента здесь должна быть указана ось поверхности Г.
Допуск плоскостности поверхности К не превышает допуска торцового биения и назначен правильно. Измерить отклонение от плоскостности поверхности К можно шаговым методом с расчётом его величины по известным методикам
N.
Рис. 2. Схема измерения торцового биения крышки: 1 - поверочная плита; 2 - оправка; 3 - измеряемая деталь; 4 - измерительная головка; 5 - стойка
4 0,03/У?36 д в
[2]. В качестве измерительного прибора при допуске плоскостности, равном 0,02 мм, можно использовать измерительную головку 2 И Г, предельная погрешность измерения которой Аси = 0,003 мм [1] не превышает допускаемую погрешность б - 0,007 мм (ГОСТ 281 87).
Непостоянство диаметра отверстия Г в поперченном и продольном направлениях можно измерить нутромером с ценой деления 0,002 мм при настройке по установочным кольцам. Тогда погрешность измерения Ди будет равна 0,002 мм [ 1], что меньше допускаемой погрешности измерения 5-0.003 мм (ГОСТ 28187).
Шероховатость поверхностей Г и Д ограничена соответственно параметрами Яа = 0,8 мкм и Яа - 1,6 мкм, что соответствует ГОСТ 3325. Требования к шероховатости поверхности К должны соответствовать условию Яа < 0,1 ТС (ТС - допуск торцового биения), определяющему возможность измерения торцового биения. При ТС = 0,03 мм параметр Яа < 3,2 мкм. Требования к шероховатости остальных поверхностей крышки соответствуют рекомендуемым. Обозначение шероховатости поверхностей крышки не соответствует изменению № 3 к ГОСТ 2.309 «ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхностей», введённому с 1 января 2005 года.
Таким образом, по результатам проведённой метрологической экспертизы, необходимо внести следующие изменения в чертёж крышки (рис. 1, б):
- установить в качестве измерительных баз при указании торцового и радиального биения поверхность Д и ось поверхности Г (базу В);
- установить в качестве базового элемента для определения зависимого позиционного допуска ось поверхности И (база Ж);
- установить требования к шероховатости поверхности К Яа < 3,2 мкм;
- обозначить шероховатость в соответствии с изменением № 3 к Г ОСТ 2.309.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Выбор универсальных средств измерения линейных размеров до 500 мм (по применению ГОСТ 8.051-81): методические указания. РД 50-98-86. - М. : Издательство стандартов, 1987. -84 с.
2. Палей, М. А. Допуски и посадки: справочник : в 2 ч. 7-е изд., перераб. и доп. / М. А. Палей, А. Б. Романов, В. А. Брагинский. - J1. : Политехника, 2001. Ч. 1, 576 с. Ч. 2, 607 с.
3. Худобин, J1. В. Базирование заготовок и расчет точности механической обработки : учебное пособие / Л. В. Худобин, М. А. Белов, А. Н. Унянин, под общ. ред. J1. В. Худобина. - Ульяновск : УлГТУ, 1994.- 188 с.
Правиков Юрий Михайлович. кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ. Работает б области теории и практики шлифования. Муслина Галина Рафаиловна, кандидат технических наук доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ. Работает в области теории и технологии абразивнои обработки.
ч.
