CC BY
29
УДК 621.002.2 + 621:681.3
МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ГРУПП ПАРАМЕТРОВ ТОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
1 9
Я.В.Высогорец1, Н.А.Чемборисов2
Филиал Южно-Уральского государственного университета (Национальный исследовательский университет), 456304, Челябинская обл., г. Миасс, ул. Калинина, 37.
Описываются методики определения параметров точности цилиндрических и торцевых поверхностей деталей с центральной осью симметрии, включая размерную точность, точность формы и точность взаимного расположения. Приведены блок-схемы для контроля наружных и внутренних цилиндрических поверхностей. Показано программное обеспечение, реализующее представленные методики. Ил. 7. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: автоматизированный контроль; блок-схема; точность формы; точность взаимного расположения; прилегающая окружность; прилегающая плоскость.
CONTROL METHODS OF ACCURACY PARAMETER GROUPS OF CYLINDRICAL AND END SURFACES OF PARTS
Ya.V. Vysogorets, N.A. Chemborisov
Branch of the South-Ural State University (National Research University) in Miass, 37 Kalinin St., Miass, Chelyabinsk region, 456304.
The article describes the methods for determining the precision parameters of cylindrical and end surfaces of parts with the central axis of symmetry, including the dimensional accuracy, precision of shape and relative position accuracy. The block diagrams for the control of internal and external cylindrical surfaces are given. The article demonstrates the software that implements the presented methods. 7 figures. 6 sources.
Key words: automated control; block diagram; precision of shape; accuracy of relative position; adjacent circumference; adjacent plane.
Введение. Условия рыночной экономики и перспективы вступления России во всемирную торговую организацию поставили перед машиностроением задачу обеспечения конкурентоспособности выпускаемых изделий. Одним из способов решения этой задачи является применение улучшенных методов контроля параметров точности, в том числе по ходу технологического процесса изготовления деталей. На работоспособность изделий оказывает влияние группа параметров точности, которая включает: размерную точность (квалитет), точность формы и взаимного расположения поверхностей, шероховатость. Контроль групп параметров точности в настоящее время осуществляется только на координатно-измерительных машинах (КИМ), которые обладают, в том числе, следующими недостатками:
■ высокая стоимость (100-500 тыс. евро) новой КИМ и программного обеспечения (ПО) - примерно 10-20 тыс. евро за базовое ПО и 5-15 тыс. евро дополнительно за каждый специализированный программный модуль;
■ большая часть КИМ и ПО поставляется на наш рынок зарубежными производителями (DEA, Carl Zeiss, Coord3, Delcam и т.д.), что увеличивает время поставки оборудования и запчастей, ставит предприя-
тия России (в том числе оборонные) в зависимость от политической конъюнктуры и законодательных ограничений других государств;
■ отсутствие на большинстве машиностроительных предприятий подготовленных кадров: инженеров-метрологов, контролёров, операторов КИМ;
■ отсутствие целевых образовательных программ по подготовке и переподготовке специалистов в области автоматизации технического контроля и координатной метрологии;
■ отсутствие методического обеспечения координатной метрологии: стандарты, технические регламенты, методики выполнения координатных измерений типовых деталей;
■ невозможность контроля по ходу технологического процесса изготовления деталей;
■ возникновение ряда неучитываемых погрешностей ввиду отличия применяемых в КИМ методик вычислений параметров точности от рекомендаций метрологии [1, 2, 3].
В Южно-Уральском государственном университете в 2005-2011 гг. разработаны новые отечественные методики контроля параметров размерной точности, ориентированные на измерения деталей по ходу технологического процесса, а также сопутствующее ПО и
1-
Высогорец Ярослав Владимирович, соискатель, старший преподаватель кафедры технологии производства машин, тел.: 89085774027, e-mail: strangerindarkness@yandex.ru
Vysogorets Yaroslav, Competitor for a scientific degree, Senior Lecturer of the Department of Technology of Machine Production, tel.: 89085774027, e-mail: strangerindarkness@yandex.ru
2Чемборисов Наиль Анварович, доктор технических наук, профессор, декан машиностроительного факультета, тел.: 89026003753, e-mail: nche@m.susu.ru
Chemborisov Nail, Doctor of technical sciences, Professor, Dean of the Faculty of Mechanical Engineering, tel.: 89026003753, email: nche@m.susu.ru
измерительная установка на базе центров [1, 4, 5, 6].
Основные допущения. В основе методики проведения комплексного контроля лежит математическая обработка данных с координатами множества точек контуров сечений [1, 4], рис. 1. В методике ис-
линдрической поверхности (рис.1).
2. Для двух сечений каким-либо способом (в нашем случае с помощью датчиков перемещения) определяются координаты множеств точек контуров этих сечений (рис.1).
пользуются следующие допущения: для определения диаметрального размера и отклонения от круглости рассматривается одно серединное сечение из множества, в общем случае формы сечений могут различаться; для определения отклонения от соосности рассматривается два сечения, в некоторых случаях может потребоваться большее количество сечений; считается, что ось вращения и ось прилегающей окружности параллельны, в общем случае между ними может быть угол наклона, тем не менее, данное допущение в большинстве случаев никак не влияет на суммарную точность измерений.
Методика определения параметров точности наружных поверхностей. Разработана методика, в рамках которой для определения прилегающей окружности, диаметрального размера, отклонения от круглости, радиального биения и отклонения от соосности поверхностей деталей типа «тело вращения» осуществляется следующий набор действий:
1. Рассматривается деталь, закрепленная в центрах, для нее выбираются серединные сечения измеряемой цилиндрической поверхности и базовой ци-
Ось центров
Рис. 1. Определение прилегающих окружностей
3. На базовом сечении через каждые три точки проводятся окружности, после чего проверяется, являются ли эти окружности охватывающими, т.е. не лежат ли точки сечения за пределами полученной окружности (рис. 1). Если хотя бы одна из точек лежит за пределами сечения, то такая окружность не является охватывающей и в дальнейших расчетах не участвует.
4. После перебора всех точек этого сечения (по три) выбирается наименьший диаметр охватывающей окружности, эта окружность будет являться прилегающей (описанной) для сечения базовой поверхности.
5. Параметры найденной окружности запоминаются.
6. Аналогичным образом находятся координаты центра и радиус прилегающей окружности для измеряемого сечения (см. пп. 2-5).
7. Удвоенный радиус прилегающей окружности будет являться диаметральным размером детали в измеряемом сечении.
8. Для измеряемого сечения осуществляется пересчет радиус-векторов измеренных точек контура
относительно найденного в п.6 центра прилегающей окружности.
9. Для каждой точки контура сечения измеряемой цилиндрической поверхности определяется отклонение радиуса прилегающей окружности от пересчитанных радиус-векторов точек, найденных в п.8.
10. Максимальное из этих отклонений будет являться отклонением от круглости.
11. Производится пересчет радиус-векторов измеряемой поверхности относительно оси базовой поверхности, проведенной параллельно оси вращения детали через центр, найденный в п.5.
12. Определяется максимальная разница радиус-векторов точек сечения измеряемой поверхности относительно базовой оси, эта разница будет соответствовать величине радиального биения.
13. Между проекциями найденных центров прилегающих окружностей двух сечений базовой и измеряемой поверхностей либо двух сечений одной поверхности, на плоскость, перпендикулярную базовой оси, проводится отрезок прямой, величина которого является отклонением от соосности (рис. 2) [1, 4, 5, 6].
Рис. 2. Определение отклонения от соосности
Блок схема контроля наружных цилиндрических поверхностей. По разработанной методике составлена блок-схема (рис. 3).
Методика и блок-схема контроля внутренних цилиндрических поверхностей идентичны наружным. За прилегающую окружность здесь принимается не минимальная из описанных окружностей, а максимальная из вписанных. Остальные операции аналогичны, отличие - ТРБ = ртах - Рпр, где ТРБ - отклонение от круглости; Рпр - радиус прилегающей (вписанной окружности); ртах - максимальный радиус-вектор до внутренней поверхности, проведенный из центра прилегающей (вписанной) окружности (рис. 4).
При определении отклонения от соосности на одной цилиндрической поверхности (внутренней либо наружной) контролируются два сечения. Блок-схемы определения прилегающих окружностей при этом повторяют приведенные на рис. 3 и 4 до блока «13» включительно (операции осуществляются для двух сечений). Далее в блоке «14» определяется отклонение от соосности ЕРС (рис. 5).
Методика определения параметров точности торцевых поверхностей. Разработана методика, в рамках которой для определения прилегающей плоскости, отклонения от перпендикулярности и торцевого биения поверхностей деталей типа «тело вращения»
осуществляется следующий набор действий:
1. Выбирается закрепленная каким-либо образом деталь, на ней рассматриваются два крайних сечения базовой цилиндрической поверхности и измеряемая торцевая поверхность (рис. 6).
2. Для двух сечений (А, Б) каким-либо способом (в нашем случае с помощью датчиков перемещения) определяются координаты множеств точек контуров этих сечений (см. рис. 1, 6).
3. Определяются положения оси базовой поверхности. Для этого определяется положение центров прилегающих окружностей в двух сечениях (методика определения представлена выше, см. рис.1); через эти две точки центров прилегающих окружностей проводится пространственная прямая, которая будет являться осью базовой поверхности (см. рис. 6).
4. Каким-либо образом определяются координаты точек А1, А2 ... An на исследуемой торцевой поверхности (в нашем случае с помощью датчиков перемещения); после замера точек для определения прилегающей плоскости через каждые три точки проводится плоскость.
5. Определяется, не лежит ли какая-либо измеренная точка правее проведенной плоскости.
6. Если какая-либо из точек лежит правее плоскости, то такая плоскость не может быть прилегающей и отбрасывается, выбираются следующие три точки, т.е. производится перебор точек по 3; если все точки лежат левее плоскости либо на ней, то такая плоскость может быть прилегающей, ее параметры запоминаются.
7. В общем случае, могут быть найдены несколько таких плоскостей, прилегающая плоскость может быть определена через периметр треугольника с вершинами в точках, через которые строится плоскость: плоскость с максимальным периметром будет являться прилегающей.
8. Зная аналитическое выражение для оси базовой цилиндрической поверхности и для прилегающей плоскости, можно определить угол отклонения оси базовой поверхности от прилегающей плоскости к торцевой поверхности детали; этот угол, выраженный в линейных единицах, является отклонением от перпендикулярности EPR.
9. Торцевое биение ЕСА определяется как разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек реального профиля торцовой поверхности до плоскости, перпендикулярной к базовой оси.
Представленные методики и алгоритмы реализованы в ПО, на которое получены свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ (рис. 7) [5, 6].
Заключение. Описанные выше методики и блок-схемы позволяют получить комплекс параметров точности цилиндрических и торцевых поверхностей:
■ прилегающие окружности и плоскости;
■ диаметральный и линейный размеры;
■ отклонение от круглости;
■ отклонение от соосности, отклонение от перпендикулярности;
■ радиальное и торцевое биения.
Рис.3. Блок-схема контроля наружных цилиндрических поверхностей
Рис.4. Блок-схема контроля внутренних цилиндрических поверхностей
( Конец
Рис. 5. Продолжение блок-схем (рис.3 и 4) при определении отклонения от соосности
Г1 Б
Рис. 6. Определение прилегающей плоскости
Рис. 7. Программное обеспечение для контроля цилиндрических и торцевых поверхностей
Приведенные разработки позволяют на базе простой в изготовлении и эксплуатации измерительной системы [1, 4] осуществлять контроль высокой точности (1 мкм) деталей с центральной осью симметрии, в том числе по ходу технологического процесса их изготовления, что позволит существенно повысить качество контроля деталей «тело вращения», а следовательно, и качество самих деталей/сборочных единиц.
Материалы исследований (диссертации): математические модели - алгоритмы - программное обеспечение - измерительная система используются в учебном процессе подготовки инженеров специальностей 151001, 200503, 220501 при изучении дисциплин «Метрология, стандартизация, сертификация» и «Технология машиностроения» филиала ЮУрГУ в г.Миассе.
Библиографический список
1. Чиненов С.Г., Высогорец Я.В., Максимов С.П. Математическое моделирование операций комплексного размерного контроля деталей машин // Вестник ИрГТУ. 2011. №8 (55). С.172-176.
2. Косаревский С.В. Автоматизация контрольно-измерительных операций при производстве крупногабаритных деталей атомного энергомашиностроения: дис. ... канд. тех. наук. СПб., 2009. 140 с.
3. IMT Technische Unterlagen. Koordinaten Meßgeräte „UMC 850 OPTON". Carl Zeiss, 1989. 528 с.
4. Патент 2 348 006 C1 Российская Федерация, МПК51 G 01 В5/08, G 01 B5/12. Способ размерного контроля поверхностей деталей, имеющих круглые сечения / С.Г.Чиненов,
С.П.Максимов, Я.В.Высогорец № 2007126311/28; заявл. 10.07.07; опубл. 27.02.09, Бюл. № 6. 15 с.
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011614778. Программа для определения параметров точности цилиндрических поверхностей деталей типа «тело вращения» / Я.В. Высогорец, С.Г. Чиненов; заявка № 2011613133 от 29.04.2011. 26 с.
6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011617665. Программа для определения параметров точности торцевых поверхностей / Я.В. Высогорец, С.Г. Чиненов, Р.Р. Саитгалиев; заявка № 2011615883 от 3.09.2011. 25 с.
УДК 629.421.027
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ГОРНЫХ МАШИН
М.В.Гречнева1, С.А.Толкачев2, И.К.Владимирцев3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Исследован износ рабочих органов горных машин на примере Мугунского угольного разреза. Определены вид и зоны интенсивного износа ковшей экскаваторов. Установлены факторы, влияющие на степень их износостойкости. Выявлен ряд факторов, которые возможно контролировать. Предложены пути повышения износостойкости ковшей экскаваторов: армирование режущей части сменных коронок, конструктивная доработка подъёмных проушин, создание поверхностного износостойкого слоя с использованием электродуговой наплавки и газопорошкового напыления. Ил. 8. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: износостойкость ковшей экскаваторов; абразивный износ; конструктивная доработка; электродуговая наплавка; защитное покрытие; газопорошковое напыление.
INCREASING WEAR RESISTANCE OF MINING MACHINERY PARTS M.V. Grechneva, S.A. Tolkachev, I.K. Vladimirtsev
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article studies the wear of the operating units of mining machinery on the example of Mugunsky coal mine. The types and zones of bucket intensive wear are determined. The factors affecting the degree of their wear resistance are identified. A number of factors that may be controlled are specified. The article proposes ways to increase bucket wear resistance: the reinforcement of the cutting part of interchangeable bits, design revision of lifting lugs, creating of a surface wear-resistant layer using electroarc surfacing and gas-powder deposition. 8 figures. 4 sources.
Key words: bucket wear resistance; abrasive wear; design revision; electroarc surfacing; protective coating; gas-powder deposition.
1-
Гречнева Мария Васильевна, кандидат технических наук, профессор кафедры машиностроительных технологий и материалов, тел.: 83952405247, e-mail: mgrech@ irk.ru
Grechneva Maria, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Engineering Technologies and Materials, tel.: 83952405247, e-mail: mgrech@irk.ru
2Толкачев Сергей Александрович, студент, тел.: 89041271282. Tolkachev Sergey, Student, tel.: 89041271282.
3Владимирцев Игорь Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: 83952405069.
Vladimirtsev Igor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: 83952405069.
