Введение к работе
Актуальность проблемы. Точность деталей любой машины или прибора в значительной мере определяет уровень качества выпускаемых изделий, их надежность, долговечность и непосредственно влияет на конкурентоспособность технической продукции. Повышение точности продукции машиностроения является важнейшей народнохозяйственной проблемой, от решения которой зависят темпы научно-технического прогресса страны.
Точность деталей и изделий в целом формируется, обеспечивается, измеряется, проявляется и поддерживается на всех стадиях жизненного цикла изделия: проектирование - подготовка производства - производство - контроль - эксплуатация. Это делает проблему точности чрезвычайно емкой, привлекающей для своего решения исполнителей и исследователей широкого круга специальностей как для разработки высококачественных проектов изделий, так и для создания эффективной технологической среды по обеспечению высококачественного производства, включающего достоверный контроль качества продукции. Для решения проблемы точности все участники процесса создания продукции должны руководствоваться едиными научными принципами обеспечения точности и единым пониманием показателей размерной и геометрической точности деталей. Поскольку результаты работы каждого исследователя и исполнителя по обеспечению точности устанавливаются измерениями, то тема диссертации, посвященная созданию методологии достоверных измерений в машиностроении на основе комплексных показателей размерной и геометрической точности деталей, является актуальной.
С 1987 г. работа выполняется по плану фундаментальных исследований Государственного комитета Российской Федерации по делам науки и высшего образования.
Целью работы является повышение качества
машиностроительной продукции за счет увеличения достоверности измерений и реализации единой концепции обеспечения точности деталей на стадиях проектирования, изготовления и контроля изделий.
Поставленная цель может быть достигнута при широком внедрении результатов исследований в практику нормирования точности и ее контроля. Все результаты исследований подтверждены практикой действующих производств.
Научная новизна работы состоит в:
классификации размеров деталей по служебному назначению;
выявлении баз отсчета размеров элементов деталей и координирующих размеров;
- выделении геометрического элемента как элементарной структурной
части детали;
учете информативности элементов, координатных плоскостей и осей координат, материализованных комплектами баз детали;
обосновании принципа двумерности размеров элементов деталей;
- раскрытии структуры размеров элементов в зависимости от их
служебного назначения;
- разработке содержания понятий «размер элемента» и «координирующий
размер»;
- разработке методологии достоверных измерений размеров деталей.
Практическую значимость работы составляют:
методика построения адекватных геометрических моделей деталей, дающих полное представление о служебном назначении и первичных погрешностях всех геометрических элементов деталей;
концепция обеспечения точности деталей на всех стадиях жизненного цикла продукции на единых научных принципах;
методика нормирования размерной и геометрической точности деталей для создания высококачественных проектов продукции и технологических процессов;
- правила разработки достоверных методик выполнения измерений
размеров и схем измерения высокоточных измерительных приборов.
Основные положения, выдвигаемые на защиту
1. Размеры рабочих геометрических элементов деталей, участвующих в
сопряжении или выполняющих служебное назначение исполнительных
поверхностей, представляют собой двумерные комплексные величины,
имеющие два действительных граничных значения - размер максимума и
размер минимума материала элемента.
2. Системой отсчета размеров элемента детали является система
координат комплекта элементов, в составе которого рассматриваемый элемент
выполняет свое служебное назначение.
3. Два действительных граничных размера элемента - это размеры двух
правильных элементов, номинально расположенных относительно системы
отсчета и охватывающих с касанием поверхность реального элемента: один -
вне материала элемента (имеет размер максимума материала), второй - из
материала элемента (определяет размер минимума материала).
4. В структуру комплексных размеров элемента входят размер
прилегающего элемента, отклонения формы поверхности элемента и
отклонения положения рассматриваемого элемента относительно других
элементов комплекта. Число и вид отклонений положения определяют степени
свободы рассматриваемого элемента, не израсходованные на образование
системы отсчета комплекта.
5. Показателем размерной точности элемента детали является отклонение
размера максимума материала элемента от предела максимума материала,
геометрическую точность элемента характеризует разность размеров
максимума и минимума элемента, комплексным показателем размерной и
геометрической точности элемента является отклонение размера минимума материала от предела максимума.
6. Системой отсчета координирующих размеров детали является
обобщенная система координат, принадлежащая детали в целом и
материализованная комплектом основных (или вспомогательных)
конструкторских баз детали.
-
Координирующими размерами детали являются одномерные линейные и угловые координаты вспомогательной системы координат, материализованной комплектом элементов, выполняющих в детали единое служебное назначение, относительно обобщенной системы координат детали. Вид и количество координирующих размеров, задающих положение рассматриваемого элемента, определяется его информативностью, т.е. числом и видом степеней свободы, которые потрачены базой элемента на образование вспомогательной системы координат комплекта.
-
Координатные плоскости и оси обобщенной и вспомогательных систем координат детали имеют различную информативность, обуславливающую количество и вид отсчитываемых от каждой из них координирующих размеров и углов.
-
Комплексное содержание имеют линейные координирующие размеры в случае номинальной параллельности осей вспомогательной и обобщенной систем координат детали. При этом в структуру линейных размеров входят угловые перекосы осей, которые увеличивают число действительных значений размеров по каждой координате до информативности координируемой координатной плоскости вспомогательной системы.
Реализация работы осуществлена в виде методических указаний для конструкторов, технологов и метрологов промышленных предприятий по метрологическому обеспечению качества конструкторских разработок и технологической документации, по расчету размерных цепей действующих размеров, по метрологической экспертизе конструкторской и технологической документации, по разработке и аттестации методик выполнения измерений, по конструированию приборов контроля геометрических величин, по проектированию схем измерения, по расчету точности измерительных устройств, а также руководящих технических материалов по метрологическому обеспечению конструктивных элементов деталей: цилиндрических, призматических, конических, угловых, отверстий под крепежные детали и соединений с подшипниками качения. Методические указания и руководящие материалы направлены по запросам на десятки предприятий страны и ближнего зарубежья.
Совместно с промышленными предприятиями выполнены 16 научно-исследовательских работ по анализу и повышению точности действующего производства, по разработке и внедрению приборов размерного контроля в процессе и после обработки деталей, б способов измерений и измерительных приборов защищены авторскими свидетельствами. Все отчеты о НИР прошли
государственную регистрацию и переданы в Центр научно-технической информации для распространения.
Результаты работы использованы в учебном процессе Омского государственного технического университета при постановке дисциплин "Метрологическое обеспечение технической документации" и "Разработка и аттестация методик выполнения измерений", при нормировании и расчете точности в курсовом и дипломном проектировании, а также при повышении квалификации инженерно-технических работников КАМАЗа, ЕЛАЗа, Ирбитского мотоциклетного завода, Павлодарского тракторного завода, многих предприятий г. Омска и других городов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и
получили одобрение на научных семинарах и конференциях Омского
государственного технического университета и Московского государственного
технологического университета «СТАНКИН», на отраслевых,
республиканских, всесоюзных и международных симпозиумах, конференциях,
коллоквиумах и конгрессах: 4 всероссийской научно-технической конференции
«Состояние и проблемы технических измерений», г. Москва, 1997 г.; 2
международной научно-технической конференции «Динамика систем,
механизмов и машин»,г. Омск,1997г;3 международном конгрессе
"Конструкторско-гехнологическая информатика КТИ-96", г. Москва, 1996 г.;
международной конференции "Метрологическое обеспечение и
взаимозаменяемость в машиностроении", г. Москва, 1996 г.; международной
конференции "Метрологическое обеспечение машиностроительных отраслей
промышленности", г. Минск, 1992 г.; республиканской конференции
"Совершенствование технологических процессов изготовления деталей
машин", г. Курган, 1991 г.; республиканском семинаре метрологов Украины, г.
Киев, 1990 г.; всесоюзном семинаре "Метрология в прецизионном
машиностроении", г . Саратов, 1990 г.; всесоюзной конференции "Проблемы
повышения качества, надежности и долговечности машин", г. Брянск, 1990 г.;
научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения основателя
русской метрологии Д.И. Менделеева, г. Омск, 1984 г.; 6 международном
коллоквиуме по качеству поверхностей, г. Карл-Маркс-Штадт, ГДР, 1984 г.; отраслевой конференции по качеству Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, г. Рубцовск, 1983 г.
Полное содержание диссертации обсуждалось на расширенном заседании кафедры «Измерительные информационные системы и технологии» с участием членов кафедры «Технология машиностроения» МГТУ «СТАНКИН».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 76 работ, из них 24 научных статьи, 16 зарегистрированных отчетов по НИР, 6 изобретений, 14 учебных пособий и методических указаний, 6 руководящих технических материалов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка опубликованных работ и литературы из 191 наименования и изложена на 370 страницах, включая 11 таблиц и 258 рисунков.