Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования
1.1.Определение основных понятий,принятых в области измерений параметров отклонений формы конических поверхностей 11
1.2. Анализ существующих методов и средств измерений угла конуса и отклонений формы конической поверх ности 15
1.3.Анализ влияния отклонений формы на результат изме рений угла конуса 26
1.4.Выводы и постановка задач исследований 37
Глава 2. Разработка координатного метода измерения угла уклона и параметров отклонений формы конических поверхностей, анализ метрологических характеристик и оценка возможности его улучшения 39
2.1.Алгоритмизация расчета параметров реальной кони ческой поверхности С по результатам измерений коор динат точек конической поверхности ) 40
2.1.1.Вывод алгоритмов для определения параметров откло нений формы реальной конической поверхности 41
2.1.2.Вывод алгоритмов для определения параметров изогну тости конической поверхности 50
2.1.3.Вывод алгоритмов для определения параметров отклоне ний от круглости 53
2.1.4.Вывод алгоритмов для определения параметров отклоне ний от прямолинейности 54
2.1.5.Вывод алгоритма для определения параметров угла ук лона конической поверхности 56
2.2. Анализ существующих и разработка новых методов получения информации о координатах точек 56
2.2.1.Разработка метода получения информации о координатах точек конической поверхности в полярной системе координат 59
2.2.2.Разработка метода получения информации о координат тах точек конической поверхности в афинной систе ме координат 62
2.3.Разработка координатного метода измерения угла уклона и параметров отклонений формы конической поверхности 64
2.4.Анализ метрологических характеристик разработан ного метода измерения угла уклона и параметров отклонений формы конических поверхностей и опре деление возможностей их улучшения 67
Глава 3. Разработка устройства для измерения угла и па раметров отклонений форш конической поверхно сти и анализ его метрологических характеристик 76
3.1 .Разработка принципиальной схемы устройства 76
3.1.1.Требования к погрешности узлов устройства 78
3.2. Анализ шпинделей.угломерных приспособлений и изме рительных преобразователей 81
3.3.Исследование метрологических характеристик устрой ства для измерения угла и параметров отклонений конических поверхностей и оценка возможности их улучшения 85
Глава 4. Исследование метода и средства измерения угла уклона (с учетом отклонений формы) и параметров отклонений формы конических поверхностей и вне дрение их в промышленность 136
4.1. Исследование метода и средства измерения угла ук лона и параметров отклонений формы конических по верхностей 136
4.I.I. Сравнительный анализ результатов измерений угла уклона конической поверхности на разработанном устройстве и приборе мод.819 К 138
4.1.1.1. Измерение угла уклона конической поверхности на разработанном устройстве 138
4.1.1.2. Измерение угла уклона конической поверхности на приборе мод.819 К 149
4.1.1.3. Сравнительный анализ результатов измерений угла уклона конической поверхности на разработанном устройстве и на приборе мод.819 К 156
4.2. Рекомендации по дальнейшему улучшению метрологи ческих характеристик разработанного устройства 163
4.2.1. Автоматизация измерений и обработка результатов измерений 166
4.3. Внедрение разработанных метода и устройства в про мышленность 172
4.3.1. Разработка методики аттестации калибров-пробок и калибров-втулок 172
4.3.1.I. Методика аттестации калибров-пробок и калибров- втулок 174
4.3.2. Методика аттестации мер цилиндричности 178
4.4. Выводы 179
Заключение 181
Литература 183
Приложение 191
- Анализ существующих методов и средств измерений угла конуса и отклонений формы конической поверх ности
- Анализ существующих и разработка новых методов получения информации о координатах точек
- Анализ шпинделей.угломерных приспособлений и изме рительных преобразователей
- Рекомендации по дальнейшему улучшению метрологи ческих характеристик разработанного устройства
Введение к работе
Проблема повышения технического уровня и качества промышленной продукции является в настоящее время одной из самых важных задач развития народного хозяйства, стоящей в одном ряду с проблемой повышения производительности труда.
Эксплуатационные показатели станков, машин и приборов зависят от качества изготовления деталей и узлов и, в частности, от изготовления конических сопряжении.
Конические сопряжения нашли самое широкое и разнообразное применение в машиностроении. Точность изготовления конических сопряжений имеет особоважное значение в станкостроении и инструментальном производстве, т.к. от нее зависит: значение крутящего момента, передаваемого шпинделем металлорежущего станка на инструмент, долговечность роликовых конических подшипников, а также герметичность соединений, прочность прессовых посадок, правильность центрирования по коническим поверхностям, точность работы кинематических пар и схем, особенно у шпинделей прецизионных станков с числовым программным управлением (ЧГОО.
Одной из актуальных проблем измерительной техники является повышение точности и информативности измерения угла и параметров отклонений формы конических поверхностей деталей машин при создании гибких автоматизированных производственных систем.
В промышленности применяются различные методы и средства измерений угла конуса L25,68 ], однако его значение определяется в плоскости.
В процессе изготовления конических поверхностей возможны отклонения от номинальных значений угла и отклонений формы конических поверхностей. Они ухудшают условия работы конических сопряжений. Поэтому в различных отраслях промышленности (приборостроительной, автомобильной и, особенно, станкостроительной) все чаще возникает необходимость нормирования и, следовательно, измерения параметров отклонений формы конических поверхностей и их взаимного расположения. В настоящее время оценка отклонений формы конических поверхностей, как правило, выполняется путем измерений параметров отклонений формы профилей (отклонений от круг-лости и отклонений от прямолинейности), не дает полного представления о поверхности и, самое главное, не позволяет учесть закономерности этих отклонений при оценке угла конуса.
В последние годы значительно повысились требования к точности изготовления конических сопряжений и существующие методы контроля уже не удовлетворяют в полной мере современным требованиям к точности работы конических сопряжений. Это объясняется тем, что, как правило, не учитываются отклонения формы реальных конических поверхностей, т.к. пространственная задача сводится к плоской. Действительно, система допусков [l5,2l] , нормативная документация L16,20J , методы и средства контроля [8,31,49,50] базируются на независимой оценке основных элементов конических поверхностей (угла уклона конуса, непрямолинейности образующих и отклонений от круглости). Для повышения точности контроля конических поверхностей при создании гибких автоматизированных производственных систем необходима комплексная оценка этих взаимосвязанных параметров. Однако, до настоящего времени ни в СССР, ни за рубежом методы и средства комплексной оценки параметров конических поверхностей не разрабатывались.
Для повышения качества конических сопряжений и комплексного измерения параметров отклонений формы конических поверхностей, а также автоматизации измерений в условиях гибкого производства необходимо разработать такие методы, которые позволили бы проводить измерения, как комплексно, так и поэлементно с учетом взаимного влияния геометрических отклонений.
Необходимость повышения точности станочного парка страны и создания гибких автоматизированных производственных систем делает задачу комплексной оценки параметров отклонений формы конических поверхностей одной из актуальных задач измерительной техники и метрологической практики.
Целью настоящей работы является повышение точности измерений на основе разработки координатного метода и средства для комплексного контроля угла и параметров отклонений формы конической поверхности в условиях функционирования информационно-измерительной системы ГАП.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести теоретические исследования и получить аналитические зависимости, позволяющие связать координаты точек конической поверхности с углом уклона и параметрами отклонений формы;
- разработать координатный метод и средство для комплексного измерения угла конуса с учетом отклонений формы конических поверхностей для повышения точности измерений;
- провести метрологические исследования предложенного метода и средства измерения;
- разработать методики измерения конических калибров-пробок и
и калибров втулок и аттестации мер цилиндричности;
- разработать программное обеспечение,позволяющее автоматизировать процесс измерений в условиях ГАП,
Основные положения диссертационной работы доложены автором:
- на Всесоюзном научно-техническом семинаре-совещании "Внедрение прогрессивных средств и методов размерного контроля, точных ихмерений длин и углов"(Ленинград, НПО ВНИЙМ им. Д.ЇЇ.Менделеева, 1984 г.);
- на конференции "Вопросы метрологической службы, техники контроля и качества и точных измерений", проводимой московским городским правлением НТО ПРИБОРПРОМ, ВНИИМС и ГОССТАНДАРТ, (Москва, ДНТП, 1974 г.);
- на семинаре "Метрология и свойства поверхности", (Москва, ВНИИМС, 1976 г.);
- на научно-техническом семинаре "Метрология и стандартизация качества поверхностей", (Москва, ВНИИМС, 1978 г.);
- на семинаре "Метрологическое обеспечение контроля качества обработанных поверхностей", (Москва, ВНИИМС, 1980 г.);
- на семинаре "Метрология качества обработанных поверхностей", (Москва, ВНИИМС, 1982 г.);
- на заседании кафедры "Метрология и приборостроение" (Москва, Станкин, 1983 г.);
- на заседании кафедры "Метрология и приборостроение" (Москва, Станкин, 1984 г.).
По теме диссертации опубликованы работы [5,59,60,61,62,63,85, 86 J.
Автор защищает:
- научнро разработку вопросов,связанных с созданием координат - г ного метода, который позволяет связать координаты точек конической поверхности с углом уклона и параметрами отклонений формы конических поверхностей и перейти к комплексному измерению угла уклона с учетом пространственных отклонений формы и параметров отклонений формы;
- устройство для комплексного измерения угла уклона и параметров отклонений формы конических поверхностей;
- методику измерения калибров-пробок и калибров-втулок и методику аттестации мер цилиндричности.
Анализ существующих методов и средств измерений угла конуса и отклонений формы конической поверх ности
Согласно классификации и данным, приведенным в таблице I.2.I, в настоящее время применяются три метода.
В работе не рассматриваются описания средств для определения угла конуса, отклонений от прямолинейности и круглости профилей конических поверхностей. Их конструкции, методики измерений подробно изложены в [4,9,23,25,28,30,34,35,42,45,48,80,82].
В таблице 1.2.I. приведены сведения о методах, получивших наиболее широкое распространение.
Первый метод измерений угла конуса основан на измерении двух диаметров профилей в сечениях, расположенных на заданном расстоянии. Как видно из таблицы 1.2.I. он реализуется следующими приборами. На универсальном измерительном микроскопе (I.I),
Погрешность измерения конуса на универсальном измерительном микроскопе (I.I) зависит от погрешностей измерений длины образующей, ДЕух диаметров и от диапазона измеряемого угла конуса и достигает + (10" -І- 15"). Измерительный микроскоп подробно рассмотрев 57,683,
В промышленности этот метод широко реализуется в примеНЯЕЩИХ-ся пневматических приборах, которые настраиваются по образцовому калибру-пробке (1.2). Разность диаметров в двух сечениях" ко нуса определяется по результатам отсчетов по шкале пневматического отсчетного устройства.
Эти приборы характеризуются высокой производительностью (продолжительность одного измерения равна 3 5 с).
Погрешность измерения зависит от погрешности аттестации калибра-пробки и манометров и составляет + (10я 14")[25,6&.
К этому методу относится средство измерения угла конуса с помощью четырех шариков одинаковых размеров и блоков концевых мер, установленных между ними (1.3). Как правило, такая система измерения применяется при определении угла конуса крупногабаритных деталей. Погрешность составляет + (6 10") [25,68J )t а основными ее составляющими являются погрешности аттестации радиусов шариков и аттестации набора концевых мер.
Второй метод измерения угла конуса осноЕан на измерении угла между ДЕумя образующими Е ОСЄЕОМ сечении. Он реализуется на приборе ЕВ-6084, мод.8I9K фирмы "К.Map" (ФРГ) - (2.1).
Измеряемый конус устанавливают в призму, находящуюся на синусной линейке, наклоняют ее на угол, равный номинальному углу уклона измеряемого конуса, и с помощью измерительного наконеч-ника отсчетногб устройства определяют разность показаний в двух крайних сечениях, которые характеризуют отклонения угла конуса от номинального значения.
Погрешность измерения на этих приборах зависит от измеряемого угла, длины конуса, расстояния между осями синусной линейки и составляет + (8tf 10 ),[17,25]. Данные приборы позволяют измерять отклонения угла и от прямолинейности образующих, однако при этом можно получать информацию только в измеряемых сечениях.
В промышленности часто применяются упрощенные варианты этих приборов с использованием синусной линейки и набора КОНЦЄЕЬІХ мер длины (2.2) и наклонного стола с постоянным значением угла (2.3).
Погрешность измерения угла конуса с помощью синусных линеек Е значительной степени зависит от измеряемого угла, длины конуса и расстояния между осями роликов синусной линейки и составляет + (10" 70" ),[25,70J,
К этому же методу можно отнести устройство для измерения угла конуса с помощью лекальных линеек, угол между которыми устанавливается по калибру-пробке (2.4).
Значение угла конуса определяется путем измерения зазора между образующей конуса и поверхностьюлинейки с помощью щупов или образцов просвета.
Погрешность данного устройства зависит от погрешности аттестации калибра-пробки, погрешности установки линеек и погрешности аттестации щупов или образцов просвета и составляет + 12 .
Третий метод измерения угла конуса осноЕан на измерении расстояния между профилями с заданными диаметрами.Как видно из табл. I.2.I. он реализуется при помощи устройств для определения угла конуса (внутренних поверхностей) путем измерения расстояния между шариками (3.1) и кольцами (наружных поверхностей) (3.2), диаметры которых предварительноаттестованы (66,72,75 J.Для измерения угла конуса (внутренних поверхностей) используют два аттестованных шарика. При этом в контролируемый конус устанавливают попеременно два аттестованных шарика разных диаметров и с помощью вертикального длиномера или глубиномера определяют размеры между центрами шариков.Погрешность измерения с помощью аттестованных шарикоЕ за „ лтт, nnmonmoifflll ТТТЛЯМРФПГЇЙ ПіаПИКОВ И ОТ ПОГ— решности определения расстояния между центрами шариков и составляет + V4 8У
Другой способ реализации этого метода заключается в измерении угла конуса ( наружных поверхностей) с помощьюдвух аттестационных колец и калибра-пробки. По калибру-пробке фиксируют положение двух колец и определяют расстояние между ними. Удалив калибр, на его место вводят контролируемый конус.
Погрешность измерения угла конуса с помощью двух аттестованных колец и калибра-пробки зависит от погрешности аттестации колец, калибра-пробки и погрешности определения линейных отрезков между кольцами и составляет + 4П 8".
В последнее время разработан топографический интерференционный метод измерения отклонений формы конусов (внутренних и наружных) [ 84 ). Основное достоинство его заключается в бесконтактном измерении и определении отклонений формы непосредственно в длинах световых волн, однако возможность широкого применения этого метода пока ограничена сложностью интерпретации голографической интерференционной картины.
Таким образом, существующие методы и средства измерений угла конуса осуществляют измерения в плоскости. Это вносит определенную методическую погрешность. Методы измерения угла конуса с учетом отклонений формы отсутствуют.
Следовательно, они не позволяют контролировать угол конуса с погрешностью менее б" 8", что соответствует степени точности АТЧ по ГОСТ 2848-75 и АТЗ по ГОСТ 19860-74. Следует отметить, что в данных стандартах не предусмотрены степени точности ATI и АТ2 ввиду отсутствия соответствующих методов и средств измерения.
Однако в промышленности, особенно станкоинструментальной, чаще возникает потребность измерения угла конуса с более высокой степенью точности!77,78].
Анализ существующих и разработка новых методов получения информации о координатах точек
Исходя из рассмотрения принципов алгоритмизации расчета пара метров отклонения формы, а также полученных алгоритмов вычисления параметров отклонений формы конических поверхностей очевидно, что весьма важным фактором , определяющим точность и информативность данных, характеризующих параметры отклонения формы конических поверхностей, является получение информации о координатах точек конической поверхности. В связи с этим проведен анализ существующих методов получения информации о координатах точек и разработаны новые методы.
Задача получения информации о координатах точек конической поверхности с целью разработки ряда новых положений, необходимых для решения проблемы измерения параметров конической поверхности в пространстве, для определения угла уклона и отклонений формы конической поверхности была решена путем анализа существующих координатных методов и выбора наиболее перспективного направления работ для измерения основных параметров конических поверхностей [ТО, 74} в условиях гибкого автоматизированного производства.
Одним из существующих методов определения координат точек конической поверхности является координатный метод в декартовых (прямоугольных ) координатах [79}.
Определение координат точек преобразованной конической поверхности ПРОИЗВОДИТСЯ Путем ИЗМереНИЯ ВеКТОрОВ OXfiOtjf . 0% (рис. 2.2.1). Координаты точки М .задаютвя, .путем-измервкиягвекторов )лл $ Uj ъ Zjf При этом преобразование реальной номинально-конической поверхности может быть выполнено, например, на трехко-ординатной измерительной машине.
В настояцее время современные трехкоординатные измерительные машины выпускаются с программируемыми ЭВМ , в которые закладывается программа алгоритма измерения угла конуса по шести точкам (фирмы Иогансон, Рэнк Тейлор Хобсон и др.). Измерение и обработка результатов измерение производится быстро, однако при повторных измерениях наблюдается большой разброс показаний, а также большая погрешность при обработке результатов измерений (5 4- 10 ). Имеются трехкоор-динатные машины ( re.Vbe.fUp b rL/]uA и др.),которые используются для измерения параметров конических трубных резьб 7б.
Таким образом,рассмотренный известный метод получения информации о координатах точек обеспечивает проведение измерений параметров конической поверхности только абсолютным методом. При этом погрешность измерения весьма высока (5 -І 10 ).
В связи с этим с целью повышения точности и информативности данных,характеризующих параметры конической поверхности,разработаны два метода получения информации о координатах точек конической поверхности.
Согласно методу получения информации о координатах точек конической поверхности в полярной системе: координат /61/ определение координат точек преобразованной поверхности производится путем измерения отклонений радиус-векторов в двух сечениях в делениях диаграммы,отсчитанных от окружности произвольно выбранного радиуса,центр которой совпадает с центром диаграммного диска.
Для того,чтобы исключить влияние отклонений формы профилей соответствующих сечений и несовпадение оси конической поверхности с осью вращения прибора,поскольку УТОТ фактор существенно влияет на погрешность определения координат точек,находится среднее значение отклонения радиус-вектора по формуле: где M - цена деления диаграммы (мкм/дел), /7 - число узловых точек, Z)?;- текущее значение отклонения радиус-вектора в делениях диаграммы, отсчитанное по окружности произвольно выбранного радиуса, центр которой совпадает с центром диаграммного диска. По полученным диаграммам конусность С определяется как отношение разности средних значений отклонений текущих радиус-векторов (d Zcptj 4 сСрг) двух измеряемых сечений к расстоянию С ) между нимиdL -номинальный угол уклона образующей конической поверх ности JTOT метод мо"".еТ быть реалиоотап на приборе типа "Кругло-мер" Грис.2.2.1.1),содержащего ра І&Ю-\УІ . СУ ішиндель измерительна" прео6рагюгл?ель 2 сс рупок, специальны; стол 4,а также устройство Г,измер-п и іее перемещение iyna по рысоте ь напрарлении оси измеряемо поверхности.Чзмер-еьюе изделие 2 устанарливают на специальны? стол круг-ломера,проипгод"г центрирование,путем устранения ьксцентристеOP v. рерхмем и личснем крайних) измерьемітс сечениях контролируемое поверхности, "осле центрирор&ни? производит запись круг-лограмш v пол рно" системе іюординат в, еибранноы нижнем С верхнем) сечении.
Перемести?, "iyn измерительного преобразователя Е вертикальном направлении на расстояние L яерхнего нижнего) измеряемого сечени", операция пре о бра;- о рани профиле;" реальной номинально? коническо" по"ер- ности v-ттолягют при том путем ее ощупывания измерительным преобразователем в двух сечениях,отстоящих друг от друга на определенном расстоянии,причем при переходе от одного сечелш г другому не производится дополнительного центрировали -,
В результата анализа установлено,что основным достоинством данного метода гп чтс 1озг..отность определения конусности с учетом отклонен / орм1 . Гді;ако :JTOT метод имеет существенны Г недостаток - им мо;лно лольг-.оратьс только при измерении кону-сог. с малыми значен« и .тло;- до F: ТО ) и учитывать откло НЄНИ.-1 орм" ТОЛЬКО П ИГіМ р;гЄМ!" сучениях.2.2.2. Разработка метода получение информации о координатах точек коническо" поверхности г. а- инноГ системе координат. Согласно методу получеки. информации о координатах точек
Анализ шпинделей.угломерных приспособлений и изме рительных преобразователей
Одним из основных элементов конструкции разрабатываемого устройства является шпиндель, от точности которого непосредственно зависит точность измерения координат точек измеряемой поверхности В настоящее время применяются шпиндели двух типов [2]на опорах: скольжения и качения. Наиболее важными характеристиками шпиндельных узлов являются точность вращения и точность изготовления основных деталей, образующих шпиндельный узел.
Имеется понятие коэффициента передачи съ , равное отношению погрешности вращения (некруглость траектории)Л/ к некруглости вращающейся детали шпиндельного узла W
В соответствии с этим коэффициентом и согласно работы [2І , в которой проведен анализ шпиндельных узлов прецизионных кругломеро отечественных и зарубежных фирм [75] , был выбран шпиндель на опорах скольжения с жидкостным трением на гидродинамических рпо-рах. Опоры выполнены таким образом, что при вращении шпинделя между сопрягаемыми поверхностями образуется масляная пленка толщиной 0,3-0,5 мкм при 3 об/мин. На этом принципе выполнен шпин лсгч "Калибр" дель прибора мод. 257 завода, который вращается по часовой стрелке с постоянной скоростью 3 об/мин от механического привода. На шпинделе имеется механизм автоматической отсечки одного оборота.
В связи с тем, что в основу устройства положен принцип измерения угла конуса и параметров отклонений формы конической поверхности путем сравнения положения и формы измеряемого объекта с положением наклоненной стойки на номинальный угол уклона измеряемого конуса необходимо обеспечить измерение угла поворота стойки с высокой точностью. С этой целью был проведен анализ существующих устройств для измерения угла поворота[46,68-].В результате анализа был выбран прибор для измерения угловых делений [68].
В приборе смонтирована оптическая система, благодаря которой исключаются недостатки, присущие лимбу с отсчетным микроскопом. Погрешность прибора по данным{68]не превышает 3 .
Измерительный преобразователь.
В результате анализа было установлено, что измерительный преобразователь должен состоять из следующих узлов: первичного измерительного преобразователя,усилителя, фильтра и регистрирующего устройства[27] .
В качестве регистрирующего устройства для установки взят магнитно-электрический миллиамперметр постоянного тока, который записывает отклонения формы проверяемой поверхности. Отклонения формы записываются на диаграммном диске в полярной системе координат электротермическим способом. Ширина поля записи 30мм.
Первичный измерительный преобразователь предназначен для преобразования механических колебаний щупа в электрические сигналы и обладает высокой чувствительностью, реагируя на перемещения в сотые доли мкм, имеет возможность перемещаться по направляющим кронштейна и подключается к электрической цепи установки.
Для усиления и преобразования электрического сигнала, поступа щего от первичного преобразователя в установке предусмотрен электронный блок, который состоит F3 входного устройства, основного усилителя детектора и фильтра несущей частоты, вспомогатель ного однокаскадного усилителя постоянного тока, йильтров, выходного балансного каскада, генератора со стабилизатором амплитуды, питающего устройства со стабилизатором напряжения. 3 установке был применен измерительный преобразователь, который удовлетворяв всем требованиям, от кругломера мод. 257 завода "Калибр".
Одним из основных элементов разработанного средства измерения является устройство для поворота стойки или поворотный механизм, который предназначен для поворота стойки на номинальный угол ую на конуса. Дяя решения поставленных задач необходимо, чтобы устройство имело возможность поворачиваться на углы от 0 до 90, имело грубую и тонкр)подачи, а также чтобы поворотный механизм полностью исключал бы эксцентриситет оси его поворота.
В результате анализа основных элементов конструкции было разра ботано ишготовлено устройство (рис. 3,2.1. ).На литом основании I размещается: шпиндель 4 с предметным столом б, панель управления 3 и записывающий прибор 2, стойка 12 крепится на столе поворотного механизма 14. Стойка имеет вертикальные направляющие, по которым перемещается каретка II с кронштейном 10, и синусную линейку 13. По направляющим кронштейна в радиальном направлении перемещается каретка 9 с закрепленными на ней индуктивным датчиком 8. На одной оси с поворотним механизмом крепится автоколлимационный прибор 15. Имеется электронный блок 5.
В устройстве был разработан поворотный механизм для поворота стойки на номинальный угол измеряемого конуса от 0 до 90. По воротный механизм имеет тонкую подачу (не более 10 за оборот) и грубую (около 1 за оборот) и полностью исключает эксцентриситет оси его поворота. На поворотном механизме предусмотрен стол, на котором устанавливается стойка с кронштейном и датчиком. Конструкция поворотного устройства состоит из поворотного столика с червячным редуктором и планетарного редуктора.
Основные элементы конструкции устройства заимствованы из серийно выпускаемых узлов. Так, например, шпиндель, стойка с кронштейном и датчиком и измерительный преобразователь заимствованы из кругломе-ра мод. 257 завода "Калибр", прибор для измерения угловых делений, серийно выпускаемый прибор, который принято называть автоколлимационным лимбом.
В результате можно сделать выводы, что:- создано устройство, позволяющее реализовать разработанный координатный метод и применять его в условиях гибкого автоматизированного производства;- основным достоинством этого устройства является возможность измерения конической поверхности в пространстве, что исключает методическую погрешность, свойственную существующим средствам измерений.измерения угла и параметров отклонений формы конических поверхностей и оценка возможности их улучшения Основой для проведения метрологического исследования является общая теория точности механизмов и машин ( 38J , а также работы по определению погрешности средств измерений [44, 26J.
Разработанное устройство предназначено для измерения углов уклона и параметров отклонений формы конических поверхностей (отклонений от круглости, прямолинейности, формы,изогнутости)и.которое можно использовать в гибком автоматизированном производстве.
Рекомендации по дальнейшему улучшению метрологи ческих характеристик разработанного устройства
Экспериментальные исследования разработанного устройства позволили не только оценить метрологические характеристики его, но и наметить пути дальнейшего совершенствования подобных устройств.
Следует отметить, что основными трудностями при реализации координатного метода на разработанном устройстве, снижающими точность, являются:- обеспечения прямолинейности относительного перемещения измерительного преобразователя вдоль оси вращения шпинделя; - обеспечение высокой точности наклона измерительного преобразователя.
Один из путей повышения производительности измерений на устройстве заключается в автоматизации проведения измерений и в обработке результатов измерений на ЭВМ.
Следует рассмотреть пути дальнейшего повышения точности и производительности работы устройств для измерения угла уклона и параметров геометрических отклонений конических поверхностей при создании гибких автоматизированных производственных систем.
Как показали исследования, основной причиной изменения отклонений формы от номинальной является непрямолинейность относительного перемещения измерительного преобразователя вдоль оси вращения шпинделя. Для повышения точности работы устройства необходима разработка такой конструкции устройства, которая позволила бы исключить или компенсировать эту непрямолинейность. Поэтому для устранения этого недостатка был разработан компенсационный метод и предложена следующая схема устройства.На рис. 4.2.1 показана схема, которая реализуется с помощью устройства, состоящего из прецизионного шпинделя (7), измерительного преобразователя, двух датчиков (5) со щупами (6), поворотного механизма (I) для осуществления наклона стойки (3), автоколлимапио -иного прибора для измерения угла наклона стойки и приспособления (2) для державки стеклянной пластины типа ПИ (4).
Измеряемое изделие (8) устанавливают на стол (9), производят его центрирование и нивелирование путем устранения эксцентриситетов в верхнем и нижнем (крайних) сечениях измеряемой поверхности, наклоняют стойку на номинальный угол уклона конической поверхности, подводят державку со стеклянной пластиной к другому щупу и производят ориентацию пластины по отношению к перемещению щупа датчика вдоль рабочей поверхности пластины.
Выполняют операцию преобразования профилей реальной номинально конической поверхности путем ее ощупывания измерительным преобразователем в ряде равноудаленных друг от друга радиальных сечений при соблюдении условия, что при переходе от сечения к сечению не производится дополнительного центрирования измеряемого изделия и радиального смещения измерительного преобразователя (и/или изменения постоянной составляющей сигнала), регистрируют разность геометрических отклонений равноудаленных профилей сечений положений щупа второго датчика.
Таким образом компенсируется непрямолинейность направляющей стойки, по которой перемещается каретка с датчиком (измерительного преобразователя). Исходя из этого видно, что для решения поставленной задачи наиболее целесообразным является использование компенсационного метода. Однако, если непрямолинейность направляющей, по которой перемещается датчик, сравнительно мала, то можно использовать относительно-координатный метод. Автором проанализированы также оценка возможностей автоматизации проведения измерений и обработки результатов измерений.
Разработана система на основе ЭВМ, которая может являться дополнением к существующему оборудованию. При этом значительно упрощаются процессы настройки, процесс измерений и расшифровки круглограмм.
Схематично такая система показана на рис. 4.2.I.I.Предусматриваются программы настройки и обработки, выполняемые настольной ЭВМ (7).Сначала по подпрограмме осуществляется установка направляющих стойки (I) параллельно оси вращения шпинделя (10) и фиксирование нулевого отсчета. Вторым шагом подпрограммы являются наклон стойки на номинальный угол уклона конуса (с помощью поворотного механизма и углоизмерительного прибора (II) ). Третьим шагом первой подпрограммы
Согласно второй подпрограмме производится измерение координат точек реальной конической поверхности. При этом осуществляется операция ощупывания поверхности измерительным преобразователем (2) усиление сигнала усилителем преобразователя (4) и записи круглограмм ъ ряде равноудаленных друг от друга радиальных сечений. Определяются кос динаты точек преобразованной конической поверхности путем измерения отклонения радиусов-векторов LCji (где / =1,2, .. /?, с =1,2, .. ft ) в /Ъ равномерно расположенных сечениях каждого из 171 радиальных сечений от постоянного уровня, соответствующего некоторым произвольно выбранным окружностям постоянного радиуса, центры которых лежат на оси вращения шпинделя (сводка результатов 8).
Аналоговый выход преобразователя (5), пропорциональный отклонению радиусов-векторов, преобразуется в цифровую форму и заполняется в блоке памяти ЭВМ. Выключатель (6) прекращает измерительныйпроцесс.Третья подпрограмма предназначена для обработки результатов измерений (8). В основе вычислений лежит формула определения угла уклона образующей конической поверхности по методу наименьших квадратов, к оси базовой конической поверхности, определенной также по методу наименьших квадратов и разность радиусов в сечениях расположенных на заданной длине.
В случае, если линия пересечения этих поверхностей, проведенных по методу наименьших квадратов проходит через сечение ( rn. + 1)/2, значение указанного выше угла определяют по формулеЗначение разности радиусов (PR) в крайних сечениях (на длине L ) определяется по формулеДля составления подпрограммы была разработана блок-схема вычисления, показанная на рис. 4.2.1.2. По этой блок-схеме для ЭВМ "типа-ЕС составлена программа на языке ФОРТРАН (рис. 4.2.1.3)ИЗ],Исходные данные в этой программе - массив ИУ6 (где j = 1,2,../ ; L= 1,2,.. /z, ) в /ъравномерно расположенных осевых сечениях каждого изт радиальных сечений; Шу - цена деления круглограммы (масштабный множитель полярного вектора); М - расстояние между сечениями J (шаг дискретизации). В конце программы графосниматель 9 выдает значение угла уклона базовой конической поверхности. Для получения истинного значения угла уклона конической поверхности необходимо значение угла, на который наклонена стойка (номинальный угол уклона
