Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Технология сборки и регулировки манометров 10
1.1. Традиционная технология сборки манометров и анализ существующих возможностей для автоматизации сборочных операций 11
1.2. Обзор развития решений по созданию технологии автоматизированной сборки и настройки манометров 17
1.2.1. Выводы по обзору и анализу работ в области автоматизации сборки и настройки манометров 30
1.3. Планирование технологической операции автоматизированной настройки как этапа сборки манометров 32
1.4. Выводы 35
ГЛАВА 2. Разработка и исследование имитационной модели манометра 36
2.1. Исследование параметров манометрических пружин и механизмов 36
2.2. Разработка имитационной модели манометра 40
2.2.1. Аналитическое описание перемещения подвижного наконечника трубчатой пружины Бурдона 40
2.2.2. Расчёт регулировочного параметра секторного передаточного механизма 46
2.3. Проверка разработанной имитационной модели манометра на адекватность 48
2.4. Уточнение исходных данных модели и исследование нестабильности хода Н, угла 0, координат XQ И YQ 51
2.5. Применение оперативного моделирования в реальной технологической схеме производства манометров 56
2.6. Выводы 60
ГЛАВА 3. Разработка способов и устройств для контроля параметров трубчатых пружин бурдона 61
3.1. Технологическая установка контроля по измеренному ходу манометрических пружин технического прибора МП2-УУ2 66
3.1.1. Состав технологической установки 68
3.1.2. Разработка конструкции датчика перемещения и линеаризации его градуировочной характеристики 70
3.1.3. Разработка контроллера
3.1.4. Результаты применения установки контроля по измеренному ходу в условиях производства 78
3.2. Разработка способа и технических средств для контроля манометрических узлов приборов МПЗ-У, МП4-У 80
3.2.1. Результаты применения установки для контроля хода манометрических пружин приборов МПЗ-У, МП4-У 87
3.3. Влияние изменения хода манометрических пружин на концепцию применения установок контроля хода 88
3.4. Выводы 92
ГЛАВА 4. Программные и технические средства для автоматизированной настройки манометров 93
4.1. Компьютерная измерительная система 94
4.1.1. Измерение хода манометрических пружин с помощью датчиков перемещения 95
4.1.2. Контроллер датчиков перемещения 96
4.1.3. Оценка случайной составляющей погрешности измерения хода манометрических пружин 101
4.2. Программно-управляемый станок 110
4.2.1. Отработка регулировочных параметров 117
4.3. Выводы 118
ГЛАВА 5. Результаты работы производственного участка по автоматизированной настройке манометров 119
5.1. Распределение значений хода манометрических пружин 119
5.2. Оценивание погрешности показаний приборов, настройка которых была проведена по методу однопараметрической регулировки 125
5.3. Влияние выполняемых технологических операций на процесс сборки манометров 132
5.4. Производительность труда на производственном участке автоматизированной настройки манометров 138
5.5. Выводы 140
Заключение 142
Список использованных источников 143
Приложения
- Обзор развития решений по созданию технологии автоматизированной сборки и настройки манометров
- Аналитическое описание перемещения подвижного наконечника трубчатой пружины Бурдона
- Разработка способа и технических средств для контроля манометрических узлов приборов МПЗ-У, МП4-У
- Оценивание погрешности показаний приборов, настройка которых была проведена по методу однопараметрической регулировки
Введение к работе
На сегодняшний день требование конкурентоспособности отечественной продукции как на внутреннем рынке, так и с товарами мировых производителей заставляет предприятия отечественного приборостроения осваивать новые технологии. Известно, что одним из главных производственных направлений, позволяющих повысить качество выпускаемой продукции, является автоматизация.
Проведённый анализ проблемных задач, стоящих на пути автоматизации выпуска манометров, показал, что важнейшим направлением деятельности в этой области является автоматизация настройки приборов, которая неоднократно рассматривалась в научных публикациях, диссертациях, отчетах. Несмотря на актуальность этой проблемы и большой объем проделанных работ, полученные ранее решения не нашли применения в производстве.
Актуальность работы заключается в том, что современное производство манометров требует автоматизации процесса настройки с целью снижения себестоимости, повышения качества и точности настройки манометров. Соответствующие способы и технологии настройки манометров не разработаны и, в первую очередь, потому, что до конца не были в свое время доведены научные исследования в этой области. В частности, отсутствует модель манометра, которая в реальном времени выполнения технологического процесса настройки манометров позволяла бы рассчитывать регулировочные параметры. Отсутствуют разработанные способы массового контроля параметров манометрических пружин и, как следствие, производство не обеспечено технологическим оборудованием для контроля этих параметров, без которого процесс автоматизации настройки манометров становится проблематичным. Настройка манометров является трудоемкой технологической операцией, выполняется вручную в течение нескольких повторяющихся итераций и при этом составляет около 30% времени сборки приборов. Квалификация настройщика определяет точность манометра и, в конечном итоге, качество выпускаемой продукции.
Цель данной работы заключается в разработке и исследовании способа автоматизированной настройки стрелочных манометров, создания адекватной модели функционирования манометра для его оперативного моделирования и расчета регулировочного параметра при настройке, способов и технических средств для проведения массового контроля манометрических пружин и, в конечном итоге, в создании компьютерного измерительно-технологического комплекса и его программного обеспечения для автоматизированной настройки манометров.
«1С. НАЦИОНАЛЬНАЯ
cntTtrtjrpr
ч 03 К&/»хг?0"} ,
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать ходовые свойства трубчатых пружин Бурдона, получить
недостающие значения исходных параметров для моделирования и
выявить наиболее значимые, исходя из требований точности на
стройки.
Разработать и исследовать имитационную модель манометра и методом моделирования оценить погрешность настройки от реального технологического разброса параметров манометрической пружины и механической системы прибора.
Разработать на основе созданных алгоритмов программное обеспечение для имитационного моделирования манометра и расчета регулировочного параметра. Исследовать методическую погрешность предложенного способа регулировки.
Произвести проверку результатов моделирования на адекватность при выпуске опытных партий манометров.
По результатам экспериментальных исследований произвести уточнение исходных параметров имитационной модели манометра.
Разработать способы массового контроля хода манометрических пружин, которые можно применить в промышленности, и технические средства для их реализации.
Создать компьютерный измерительно-технологический комплекс для проверки способа однопараметрической регулировки манометров и проверить его эффективность при автоматизированной настройке в условиях реального производства.
Методы исследования. Теоретическая часть работы выполнена с использованием методов теории погрешности и математической статистики, методов моделирования, методов вычислительной математики.
Основные положения, выносимые на защиту:
Способ однопараметрической регулировки стрелочных приборов с трубчатыми пружинами Бурдона и его использование при автоматизированной настройке манометров.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований погрешности разработанной имитационной модели манометра.
Результаты, полученные при автоматизированной настройке производственных партий манометров, подтверждающие эффективность разработанного способа настройки.
Разработанные технические средства и программное обеспечение для проведения автоматизированной настройки манометров и используемые при контроле параметров трубчатых пружин Бурдона.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем:
Впервые получены аналитические выражения и созданы программные средства, позволяющие получить адекватную имитационную модель манометра для расчета регулировочного параметра.
Разработан и исследован способ автоматизированной настройки на основе оперативного моделирования манометра при заданных ходовых свойствах манометрической пружины.
Впервые разработан, изготовлен и внедрен компьютерный измерительно-технологический комплекс для автоматизированной настройки манометров.
Практическая и теоретическая ценность работы заключается в следующем:
На основе способа однопараметрической регулировки предложена схема технологии автоматизированной настройки манометров.
Проведена экспериментальная проверка предложенного способа настройки и технологии на основе выпуска более 46 тысяч манометров и показана эффективность предложенного способа настройки манометров.
Проведенные исследования показали, что при автоматизированной настройке манометров можно выпустить более 95% приборов с погрешностью не превышающей 2...3%.
Проведена теоретическая и экспериментальная проверка предложенной модели манометра, доказана ее адекватность и возможность ее применения в автоматизированном процессе настройки.
5. На основе распределений хода трубчатых пружин получены стати
стические характеристики, имеющие практическую ценность для
корректирования существующих технологических процессов и уточ
нения исходных параметров имитационной модели.
Достоверность результатов работы подтверждена эксперименталь
ными исследованиями, практическим выпуском приборов на производстве,
позволившими доказать адекватность разработанной модели и способа ре
гулировки при автоматизированной настройке манометров на предприятий-
изготовителей стрелочныхманометров.
Внедрение результатов работы и рекомендации по их дальнейшему использованию. В производственных условиях с помощью созданной имитационной модели и разработанным компьютерным технологическим комплексом было выпущено более 46 тысяч манометров типа МП2-УУ2. На основе проведенных исследований было показано, что способ регулировки и его техническая реализация могут использоваться для настройки других типов манометров при использовании соответствующих исходных данных.
На основе предложенных способов контроля манометрических пружин были разработаны и применены на производстве установки для кон-
троля манометрических узлов прибора МП2-УУ2. В результате проведенных исследований были разработаны различные модификации установок для контроля других типов манометрических узлов.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
VI Международной научно-практической конференции "Современные техника и технологии" (Томск, ТПУ, 2000 г.);
Межрегиональной научно-технической конференции "Научная сессия ТУ СУР" (Томск, ТУ СУР, 2002 г.);
ГХ Международной научно-практической конференции "Современные техника и технологии" (Томск, ТПУ, 2003 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 67 наименований и 21-го приложения. Общий объем диссертации - 159 страниц.
Обзор развития решений по созданию технологии автоматизированной сборки и настройки манометров
Далее, исходя из схемы традиционной технологии (см. рис.1.2), следует операция распределения (номер операции 040), заключающаяся в дополнительной комплектации сборочной единицы узла держателя с механизмом стрелкой, корпусом, циферблатом с нанесёнными отметками, определяемыми номинальным давлением. Задача транспортировки комплектующих деталей и сборочных единиц, их ориентация также решаемы с помощью роботов [13].
Следующей операцией (операция 050) является регулировка прибора. Регулировка достигается посредством выполнения нескольких итераций, связанных с подбором размеров кинематических звеньев в механической системе манометра. Для этого, после установки сборочной единицы (манометрический узел с закреплённым механизмом) на регулировочный стенд, на приборе закрепляется циферблат, на коническую ось трибки механизма предварительно набивается стрелка. Затем проводится регулировка прибора во время прямого и обратного хода стрелки [5]. Осуществляется это нагружением прибора давлением, которое контролируется визуально по контрольному манометру. Решение проблем автоматизации здесь может быть продвинуто использованием автоматического калибратора давления. К сожалению, приемлемые технические решения или серийно выпускаемые приборы такого типа отсутствуют.
При традиционном способе регулировки манометров требуемый угол поворота стрелки устанавливается посредством подгибки или разводки хвостовика сектора, т.е. таким способом происходит подбор значения радиуса R (см. рис. 1.3). Данная операция является наиболее трудоёмкой и интеллектуальной, так как включает анализ параметров манометра.
Перед набивкой стрелки осуществляют развёртывание (операция предусмотрена в традиционной схеме технологического процесса сборки манометров) для получения конусного отверстия в гильзе стрелки, что противоречит требованиям автоматизированной сборки сопрягаемых деталей [14].
На технологической операции контроля проверяется соответствие показаний настроенного прибора и показаний контрольного манометра во время прямого и обратного хода стрелки. Стрелка во время движения не должна касаться циферблата и стекла прибора, а её движение в пределах всей шкалы должно быть плавным. Поверка стрелочных измерительных приборов может быть обеспечена автоматизированными компьютерными комплексами, для которых в [15-17] разработаны принципы функционирования, создана методологическая основа.
Далее настроенный прибор снимается со стенда и устанавливается в корпус; узел держателя крепится к корпусу двумя винтами. Это решается здесь традиционным применением средств автоматизации [13].
При традиционном способе сборки манометров актуальной для рассмотрения является операция регулировки, которая требует выполнения нескольких этапов по подбору подходящих (оптимальных) параметров механической системы манометра. Так как каждый манометр настраивается "на свои" индивидуальные параметры, то время настройки зависит как от индивидуальных параметров пружины Бурдона, так и от опыта настройщика. Это обстоятельство в технологии выделяет операцию настройки на фоне других, как наиболее ответственную, требующую особых навыков и с точки зрения автоматизации, являющуюся актуальной задачей [3, 18, 19].
После выполнения операции ручной регулировки манометров основная погрешность показаний прибора не должна превышать значение класса точности (2,5% для прибора МП2-УУ2), умноженного на производственный коэффициент 0,6, т.е. 1,5%. При этом разброс хода подвижного наконечника манометрической пружины у прибора МП2-УУ2 составляет 1,9...3,3 мм, что соответствует относительной погрешности =±27% при среднем значении хода Я =2,6 мм. Значение регулировочного параметра (см. рис. 1.3) находится, исходя из формулы параллелограммной регулировки [3], по формуле где Н - ход наконечника пружины, определяемый как расстояние, пройденное при его движении под воздействием давления, например, изменяющегося от Р=0 кгс/см2 до номинального значения Р=РН0М; (р - угол поворота сектора 7 (см. рис. 1.3). Для прибора МП2-УУ2 угол =23,33. Исходя из формулы (1.1) следует, что изменение хода Я в диапазоне 1,9...3,3 мм приведёт к изменению значения регулировочного параметра К соответственно в пределах 4,7 ... 8,2 мм, что при автоматизированной настройке приведёт к необходимости изменения формы хвостовика сектора. Если оптимальное значение регулировочного параметра =6,83 мм (1.1) для случая, когда ход Н пружины равен 2,6 мм, то при не доходе стрелки прибора (из-за дефектов деталей) до отметки номинального давления (приведённая погрешность составляет 2,5%) для получения соответствия между показаниями прибора и измеряемым давлением требуется уменьшить R на значение Д/?«0,16 мм. Регулировщик не определяет требуемое значение компенсирующего воздействия. Процесс регулировки выполняется им интуитивно на основе накопленного опыта: посредством поэтапного процесса подгибки или разводки хвостовика сектора с последующим контролем показаний прибора после каждой итерации. При традиционном способе настройки манометров изменением длины тяги L и радиуса R, проведённого через отверстие Е хвостовика сектора с центром вращения, расположенным в точке D, настройщик подбирает оптимальные значения регулировочных параметров в зависимости от хода Н пружины, угла наклона траектории в (см. рис. 1.3), которые являются индивидуальными для конкретного манометрического узла. С целью упрощения и автоматизации регулировочных работ следует: 1) исследовать влияние параметров Н, в манометрических пружин на распределение погрешности показаний прибора; 2) разработать способ настройки манометров и предложить техническое решение для создания технологии автоматизированной настройки манометров; 3) разработать оборудование, обеспечивающее выполнение процесса автоматизированной настройки манометров, провести экспериментальную проверку созданного оборудования. 1.2. Обзор развития решений по созданию технологии автоматизированной сборки и настройки манометров Основными публикациями, в которых рассматривались вопросы автоматизированной сборки и настройки манометров, являются [3, 18, 19]. В [3] проведено изучение патентных материалов и источников технической литературы, из которых следует актуальность именно в решении проблемы автоматизации сборки и настройки манометров. При этом отмечено, что "автоматизация настройки относится к числу наиболее сложных технических задач из-за того, что требуется реализовать в виде автоматизированных устройств такие функции человека, как получение и обработку визуальной информации, интуиции и опыта". Исходя из проведённых в [3, 19] ранее исследований технологии производства манометров, сборка механической системы занимает 70 ... 80 % времени изготовления прибора, а операция регулировки составляет около 31% от всего времени сборки.
Аналитическое описание перемещения подвижного наконечника трубчатой пружины Бурдона
Создание и проверка новой технологии, использующей автоматизированную настройку манометров, были осуществлены непосредственно в условиях производства. Исходя из рассмотренного опыта, накопленного в области автоматизации выпуска манометров, были выделены основные задачи, решение которых связано с автоматизацией процесса настройки манометров. Эти задачи заключаются в том, чтобы: - провести анализ параметров манометрических пружин, т.е. исследовать характеристики распределений: хода манометрических пружин и влияние технологии изготовления манометрических узлов на разброс параметров пружин; - создать компьютерную измерительную систему, измеряющую ход манометрических пружин; - разработать имитационную модель манометра, с помощью которой появилась бы возможность для расчёта регулировочных параметров; - разработать программно-управляемый станок для отработки рассчитанных регулировочных параметров. Конечный результат автоматизированной настройки манометров заключается в определении регулировочных параметров секторного передаточного механизма манометра. Исходными данными для определения регулировочных параметров служит непосредственно измеренное значение хода пружины, а также полученные в результате предварительных измерений среднестатистическое значение угла #(см. рис. 1.3), геометрические размеры Хх и Yx (рис. 1.12).
Так как повышение производительности труда при автоматизированной настройке манометра также предусматривает минимизацию количества регулировочных параметров (регулируемым является только радиус К), то для выполнения настройки приборов целесообразно проверить способ одно-параметрической регулировки для последующего его использования в производственном процессе. В этом случае длина тяги L является постоянной (L=const), а изменение геометрических размеров механической системы должно находиться в заданных допусках.
Общая схема технологии сборки манометров с учётом операций автоматизированной настройки представлена на рис. 1.12. Предлагаемая технология автоматизированной настройки включает подготовительные операции (сверление наконечника, зенковку и набивку механизма), операции сборки и контроля. Наличие подготовительной операции сверления отверстия в подвижном наконечнике пружины с последующей обработкой связано с тем, что в реальных производственных условиях допуск размеров Х\ и Y\ значительно превышал области разброса размеров Х\=(\Ъ,5±0,Ъ) мм, Уі=(18,5±0,3) мм, указанные в конструкторской документации.
Опережая события, следует отметить, что автоматизированная настройка приборов сопровождается предварительным контролем манометрических пружин, который осуществляется на базе разработанных специализированных устройств с управляющим микроконтроллером [24]. Это стало возможным благодаря использованию современных электронных средств и возможности использования управляющих программ.
Устройства контроля манометрических пружин по измеренному ходу размещены на производственных установках, на которых проводится опрес-совка манометрических узлов. После опрессовки манометрических узлов, т.е. процесса, связанного с подачей давления, которое превышает номинальное на 150...200% и их выдержки в течение 10... 15 минут, осуществляется измерение хода и сортировка по группам. Процесс опрессовки связан со стабилизацией ходовых свойств трубчатых пружин Бурдона. В результате проведения контроля хода, для проведения автоматизированной настройки должны поступать узлы, диапазон хода пружин которых нормирован и составляет 1,9...3,3 мм.
После того, как стандартный узел выявлен и прошёл подготовительные операции, он поступает на операции автоматизированной настройки (см. рис. 1.12). Первоначально на этом этапе выполняется операция прецизионного измерения хода группы манометрических пружин. Для измерения хода требуется установить в зажимные цапфы группу манометрических узлов, закрепить каждую тягу, соединяющую шток индуктивного датчика перемещения с подвижным наконечником пружины. Далее, при помощи компьютерной измерительной системы осуществляется опрос датчиков перемещения при нулевом давлении. Затем устанавливается номинальное давление, которое соответствует манометрическим пружинам и по команде оператора происходит опрос датчиков перемещения, после которого компьютерная измерительная система вычисляет ход группы пружин Бурдона. После сброса давления, узлы освобождаются из зажимных цапф и в очерёдности возрастания их порядковых номеров (определяется номерами датчиков) поступают на координатно-сверлильный станок. Программно-управляемому станку передаются координаты центра обрабатываемого отверстия хвостовика сектора, вычисленные в ЭВМ благодаря разработанной имитационной модели манометра.
После выполнения операции сверления отверстия в хвостовике сектора осуществляется сборка технического прибора, которая сопровождается установкой тяги фиксированной длины Z,=const. Далее настроенный прибор закрепляется на стойке рабочего стола, устанавливается циферблат и по контрольному манометру задаётся давление, как правило, соответствующее первой оцифрованной отметке шкалы циферблата. Затем устанавливается стрелочный указатель, и после подачи номинального давления регистрируется погрешность показаний манометра. В случае превышения погрешности показаний манометром заданного класса точности, прибор возвращается на перерегулировку. Для осуществления автоматизированной настройки манометров требуется решить задачи, часть которых будет рассмотрена в последующих главах диссертационной работы: 1) исследовать манометрические пружины и получить недостающие значения исходных данных (угла в, координат Хс и Ус) для моделирования; 2) разработать и исследовать имитационную модель манометра, использующую способ однопараметрической регулировки, с целью расчёта регулировочного параметра R и выявления допускаемых диапазонов входных и выходных параметров модели; 3) разработать компьютерный измерительно-технологический комплекс для автоматизированной настройки манометров, и произвести проверку адекватности разработанной имитационной модели манометра на основе результатов выпуска опытных партий манометров; 4) по результатам экспериментальных исследований произвести уточнение исходных параметров имитационной модели манометра; 5) разработать способы массового контроля хода манометрических пружин, которые можно применить в промышленности, и технические средства для их реализации. Данная глава посвящена разработке, проверке методической погрешности и исследованию имитационной модели манометра. Имитационная модель манометра описывает поведение манометра и реализована в виде набора алгоритмов [25, 26]. Математическое моделирование, являющееся "очень перспективным инструментом исследования", так как позволяет "формулировать свои идеи на языке математики", включает следующие этапы [21, С.580]: 1) формулировка законов, связывающих исследуемый объект, на основе изучения явлений и проникновения в их взаимосвязи; 2) составление уравнений модели, исследование изучаемого явления с помощью математической модели; 3) сопоставление результатов расчёта математической модели с данными изучаемого явления, полученными в результате наблюдения за этим явлением; 4) уточнение модели на основе новых данных об изучаемом явлении. При разработке и исследовании имитационной модели манометра были рассмотрены следующие вопросы: 1) определены основные параметры механической системы манометра и предложен способ их расчёта; 2) разработана имитационная модель манометра в виде аналитических выражений, объединённых в алгоритм.
Разработка способа и технических средств для контроля манометрических узлов приборов МПЗ-У, МП4-У
Таким способом осуществляется базирование манометрического узла с механизмом на технологической операции сверления отверстия в хвостовике зубчатого сектора. Для вычисления координатой Y(приложение 2, блок 20) центра отверстия в хвостовике относительно координатной системы станка требуется предварительно найти координаты -AXDmodei, bmodei оси вращения зубчатого сектора. Для этого используется пластина (см. рис.2.16,6), которая устанавливается отверстиями Nu N2 в технологические пальцы 1 оснастки (см. рис.2.18).
Затем, посредством программно-управляемого станка, отрабатывается группа отверстий ХХ\.. .ХХ5 (располагаются вдоль прямой, параллельной оси ОХст), YY]...YY5 (располагаются вдоль прямой, параллельной оси OYCJ; см. рис.2.16,6). При этом начало координатной системы OXCJYCT (точка О) соответствует нулевому положению суппорта (подвижного стола) станка. В полученной системе координат с помощью геометрических построений в системе AutoCAD были определены координаты центров отверстий D, N\, N2 пластины (см. рис.2.16,6).
При совмещении по технологическим отверстиям координатной системы манометрического узла, в которой известны координаты обрабатываемого отверстия сектора, с калибровочной пластиной (см. рис. 2.16,6) несложно вычислить координаты центра отверстия хвостовика в системе координат станка. Для упрощения рассмотренных преобразований была создана программа normkrd.exe, которая на основе результатов измерений калибровочных пластин станка (входной файл nplast.inp) и узлов с механизмами (файл uzel60.inp) рассчитывает средние значения координат оси вращения сектора и отверстия в подвижном наконечнике пружины соответственно относительно координатной системы станка и манометрического узла. Эти данные (координаты XYoModei, DModei) используются в имитационной модели манометра при определении координат центра обрабатываемого отверстия в хвостовике сектора относительно координатной системы станка.
Рассмотрим процесс вычисления координат точки D относительно координатной системы станка. Для этого воспользуемся практическими данными измерений калибровочных пластин (см. табл.П.4.1), полученными с помощью визирного микроскопа УИМ-23. На основе данных табл.П.4.1 с помощью программы normkrd.exe были вычислены координаты точек D, Nu N2 в координатной системе станка OXCTYCT, в которой оси ОХст и OYcv проведены параллельно прямым, проходящим соответственно через центры отверстий точек ХХ\, ХХ$ и YY\, YY$. При обработке результатов измерений пластин 1...4 (см. табл.П.4.1) были получены средние значения координат XD=13259 мкм и Г0=16193 мкм, которые соответствуют расположению точки D в координатной системе станка, т.е. XYbmodd—13259 мкм, У7Ьтосіеі=16193 мкм (см. рис.2.20). При этом центральные значения координат точки D для пластин 1...4 (см. табл.П.4.1) соответственно равны =(13257121) мкм, Уц=(16192±12)мкм. Использование калибровочной пластины позволило не только осуществить базирование манометрического узла с механизмом в технологической оснастке станка, но и позволило исключить жёсткие требования по точности изготовления и базирования элементов конструкции станка, в частности, требование к ориентации шпинделя относительно суппорта. При этом использование калибровочной пластины необходимо только при настройке станка. 1. Получены аналитические выражения, позволяющие определить ход манометрической пружины. Применённые решения позволили упростить конструкцию датчика для измерения составляющей хода манометрической пружины. 2. В результате проведённых исследований партий манометрических узлов были определены среднестатистические значения координат Хс =4,429 мм, .=15,603 мм и угла 9 =3,14 . 3. Была разработана имитационная модель манометра, реализованная в виде набора алгоритмов и полученных аналитических выражений, описывающих поведение манометра. 4. В разработанной имитационной модели манометра был использован метод итераций для уточнения рассчитанного регулировочного параметра R. 5. Была проверена методическая погрешность модели при определении регулировочного параметра, которая не превышает значения погрешности на уровне 0,01%. 6. Имитационным моделированием исследовано влияние на результаты автоматизированной настройки погрешности измерения хода Н, разброса значений угла 9 и неточность отработки регулировочного параметра R. Полученные результаты показали, что изменение хода Н и регулировочного параметра R оказывают наибольшее влияние на погрешность показаний прибора. В данной главе диссертации проводится исследование процесса изменения хода подвижного наконечника манометрической пружины на производственных операциях с целью выявления технологического этапа, на котором происходит стабилизация хода и после которого соответственно можно контролировать ход трубчатых пружин. Рассматриваются разработанные способы оперативного массового контроля хода манометрических пружин, которые можно применять в промышленности, и технические средства для их реализации. Применение средств "контроля геометрических и физических параметров деталей является необходимым условием ... повышения качества продукции" [39]. Разработанные установки контроля манометрических пружин по измеренному ходу обеспечивают быстрый автоматизированный контроль значений хода манометрических узлов, а также позволяют выбирать из партии требуемые (с заданным ходом) манометрические узлы, не используя для этих целей проекционный микроскоп.
Изначально, установки контроля трубчатых пружин Бурдона предназначались как средство оценки реальных диапазонов изменения хода трубчатых пружин с целью определения областей варьирования значений регулировочного параметра R, а также для получения наиболее важных характеристик на основе распределения значений хода, из которых будет определена длина тяги L.
Функция контроля манометрических узлов, реализованная в разработанных установках, обусловлена требованием беспрепятственного использования их на дальнейших производственных стадиях как при традиционной технологии сборки манометров, так и при использовании автоматизированной настройки.
Оценивание погрешности показаний приборов, настройка которых была проведена по методу однопараметрической регулировки
После набивки механизма к держателю происходит дополнительная деформация верхней платы (табл.5.9). Если в первом случае (см. табл.5.8) поверхность пластины в точке "с" располагалась как выше, так и ниже поверхности в точке "а", то теперь точка "с" (рис.5.11), как правило, стала располагаться ниже точки "а", т.е. происходит изгиб верхней платы в области точки "с" в направлении к нижней плате. При этом деформация в среднем составляет 260 мкм.
Если деформируется верхняя плата, то это может привести и к деформации нижней платы относительно верхней. При этом произойдёт смещение отверстий в платах, в которых вращается сектор, и появится дополнительная погрешность отработки регулировочного параметра R.
После выполнения предварительных технологических операций (сверление отверстия в наконечнике пружины и набивка механизма) с помощью компьютерной измерительной системы был измерен ход исследуемых пружин манометрических узлов.
На рис.П.20.1, рис.П.20.2 представлены гистограммы, которые показывают распределение погрешности измерения хода пружин с помощью датчиков перемещения. Гистограммы рис.П.20.1 построены на основе 50 измерений хода, а гистограммы рис.П.20.2 получены при 30 измерениях. Вдоль горизонтальной оси отложены значения погрешности. На вертикальной оси располагаются частости попадания значений хода в соответствующий интервал (всего 10 интервалов).
Из построенных гистограмм (см. рис.П.20.1, рис.П.20.2) следует, что реальная погрешность измерения хода посредством использования датчиков перемещения составляет, примерно, ±0,5%. При этом измерение хода одних и тех же манометрических пружин на различных датчиках также вносит погрешность. Так, исходя из данных табл.5.10, абсолютная погрешность хода, измеренного для манометрической пружины на двух датчиках, составляет 10 мкм.
Из табл.5.11 следует, что ход Нмикр, измеренный с помощью визирного микроскопа (расположение узла в горизонтальной плоскости) и значение Дсомп измеренное посредством датчиков перемещения, в среднем отличаются на 1,5%, т.е. //Комп меньше ЯМИкР. Следовательно, происходит изменение хода манометрической пружины при изменении её геометрического положения. Например, для электронного прибора ДМ5001 (РНом=6 кгс/см2), чувствительным элементом которого является трубчатая пружина Бурдона, погрешность показаний при изменении ориентации (горизонтальное и вертикальное положение) составила 0,5%.
Для значений хода Нкомп (см. табл.5.11), полученных усреднением результатов табл.5.10, по имитационной модели было рассчитано значение регулировочного параметра R при длине тяги L=const. Значения регулировочных параметров Ярасч и R0Tp, соответственно полученного в результате вычисления с помощью ЭВМ и измеренного после отработки отверстия, представлены также в табл.5.11.
Исходя из значений абсолютной погрешности AR=R&Tp — RpaC4 (см. табл.5.11), на первый взгляд следует, что погрешность отработки регулировочного параметра R превышает точность позиционирования координатно-сверлильного станка. Здесь следует заметить, что значение R получено с некоторой погрешностью. Во-первых, это происходит из-за сложности определения регулировочного параметра непосредственно на секторе механизма. Во-вторых, из-за погрешности, возникающей за счёт деформации и отклонений размеров плат механизма манометра. В-третьих, из-за погрешностей, связанных с установкой манометрического узла в зажимное приспособление (оснастку) программно-управляемого станка.
В табл.5.12 представлены результаты настройки манометров с номинальным давлением Рном=25 кгс/см . Из результатов табл.5.12 следует, что настройщик влияет на качество настройки манометров, например, на операции установки тяги. Так, исходя из представленных данных, имеется разница показаний приборов 2, 5, 7, 8 и 10, собранных двумя настройщиками. При этом наибольшая погрешность прибора составила 2% (показания прибора 7 на отметке Р=25 кгс/см2) в результате настройки первым настройщиком.
Изменение значения закрутки yz спиральной пружины создаёт дополнительное усилие, препятствующее движению наконечника пружины. При увеличении закрутки спиральной пружины за счёт дополнительного поворота трибки перед вводом в зацепление зубчатого венца сектора и трибки, уменьшается угол поворота стрелки в среднем на 0,5... 1,0%.
У девяти приборов из одиннадцати (82%), собранных настройщиком 2 (Yz=90), погрешность показаний не превысила 1,5%.
После сборки приборов стрелочный указатель, как правило, не доходит до оцифрованных отметок циферблата (исключаем отметку Р=0 кгс/см2). Это связано с тем, что при настройке не только изменяется ориентация прибора (при измерениях на визирном микроскопе прибор находится в горизонтальном положении, и эти результаты измерений используются в имитационной модели), но также и воздействует спиральная пружина, выбирающая люфты кинематических соединений.
Рассмотренные выше результаты, наряду с погрешностями изготовления механизма, являются преградой на пути создания адекватной имитационной модели манометра.
Важным показателем, характеризующим эффективность использования новой технологии, позволяющей автоматизировать настройку манометров, является повышение производительности труда, снижение себестоимости продукции, уменьшение длительности производственного цикла. К сожалению, данные цели не были рассмотрены, так как основное внимание в представленной диссертации было уделено вопросам разработки и проверке применимости способа однопараметрической регулировки при автоматизированной настройке манометров.
Поэтому приведём только ориентировочную планировку распределённого объёма работ требуемых технологических операций с учётом работы четырёх человек, которые в течение 9 часов выпускают 450 приборов (рис.5.12). На рис.5.12 вдоль горизонтальной оси времени отложены выполняемые технологические операции. В табл.5.13 представлены названия соответствующих технологических операций. Один человек в течение смены при автоматизированной настройке собирает в среднем более 100...200 приборов.
