Методы и средства измерения деталей машин

Контактный метод измерения осуществляется при непосредственном соприкосновении измерительных элементов прибора с поверхностью контролируемой детали.

При бесконтактном методе измерения контакт с проверяемым объектом отсутствует (например, при проекционном или пневматическом методе измерения).

Применяемые в металлообрабатывающей промышленности измерительные средства можно разделить на три группы, концевые меры длины, калибры и универсальные инструменты и приборы.

Жесткие предельные калибры подразделяются по назначению на калибрскобы и калибрпробки. Все многообразие калибров показано на рис. 8.1.

Калибр-скобы для контроля валов подразделяются на регулируемые и нерегулируемые, односторонние (рис. 8.1, а) и двусторонние, однопредельные и двухпредельные, цельные и сборные.

Регулируемые скобы при износе проходной стороны могут быть восстановлены повторной регулировкой и доводкой измерительных поверхностей.

Двусторонняя скоба (рис. 8.1, б) имеет измерительные поверхности с двух сторон, соответствующие предельным размерам вала (проходная и непроходная стороны). Рабочие поверхности непроходной стороны не подвергаются изнашиванию и поэтому делаются более короткими.

Двухпрелельная скоба (рис 8.1, в), обеспечивающая контроль детали по верхнему и нижнему предельным размерам, конструктивно может быть выполнена односторонней или двусторонней. В первом случае оба предельных размера выполняют последовательно на одной стороне скобы и разделяют канавкой.

Калибр-пробки (рис. 8.1, г) для контроля отверстий могут быть выполнены с точечным контвктом — штихмасы (рис. 8.1, д) для диаметров свыше 250 мм, с линейным контактом для диаметров 100… 250 мм и с поверхностным контактом — цилиндрические пробки (рис. 8.1, е) для диаметров до 100 мм.

Конусные калибр-втулки и пробки (рис. 8.1, ж, з) для контроля конических валов и отверстий имеют две предельные риски на пробке и соответствующие ступени на торце втулки для контроля наибольшего и наименьшего диаметров отверстия и вала.

Резьбовые калибры (рис. 8.1, и, к) предназначены для контроля наружных и внутренних резьб.

Универсальные инструменты и приборы Ю. В. Городецкий в работе [6] предлагает делить по конструктивным признакам:

• на штриховые инструменты, снабженные кониусом-штангенциркулем (рис. 8.2), штангенглубиномеры (рнс. 8.3, а) и штанген- рейсмасы (рис. 8.3, 6)

Универсальные инструменты и приборы служат для определения значений измеряемой величины и различаются по конструктивным признакам, пределам измерения, цене деления и другим показателям.

Широко используемые в производстве штангенинструменты позволяют производить измерения с точностью до 0,1 мм. Штангенциркули (см. рис. 8.2) состоят из штанги 1, по которой перемещается рамка 4 с нониусом 5 и фиксирующим зажимом 3 рамки. На штанге и рамке имеются измерительные губки 2. Для измерения глубины глухих отверстий штангенциркуль снабжен линейкой глубиномера б.

Аналогичные по конструкции штангенглубиномер (см. рис. 8.3, а) и штангенрейсмас (см. рис. 8.3. б) также имеют штангу 2, по которой перемещается основание 4 с рамкой 3 и нониусом /. На рамке штангенрейсмаса крепятся разметочные 5 и измерительные ножки 6.

Приборы пневматического действия (см. рис. 8.5) обычно имеют фильтр со стабилизатором 1 и отсчетное устройство 2.

По числу одновременно проверяемых размеров приборы можно разделить на одномерные и многомерные.

По установившейся на производстве терминологии простейшие измерительные средства — калибры, линейки, штангенинструменты и микрометрический инструмент обычно называют измерительным инструментом.

Организация контроля качества

Система технического контроля (СТК) на производстве – это совокупность средств контроля и исполнителей, взаимодействующих с объектом контроля по правилам, установленным соответствующей документацией. Основная цель – создание условий, при которых существенно снижается выпуск бракованной продукции. Для реализации этой цели на СТК возлагаются следующие функции:

- входной контроль материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий;

- операционный контроль деталей и сборочных единиц в процессе изготовления и испытаний;

- приемочный контроль готовых изделий;

- контроль средств технологического оснащения;

- учет и анализ дефектов.

Классификация методов технического контроля приведена в таблице 1.

Таблица 1- Классификация методов технического контроля

Виды технического контроля

Характеристика вида контроля

По местонахождению контроля

Осуществляется на постоянном специальном рабочем месте для проверки объектов

Летучий, или скользящий

Осуществляется непосредственно на рабочем месте обработки или сборки путем периодических проверок

Применяется для выявления брака при проверке объектов, предъявленных на контроль после завершения определенного производственного этапа или операции. Различают производственный контроль, выполняемый рабочими, наладчиками и мастерами или работниками ОТК

Для обеспечения требуемого качества продукции необходимо вести контроль не только качества материала и покупных комплектующих изделий, но и соблюдения режимов технологических процессов, контролировать геометрические параметры, качество обработки деталей и сборочных единиц.

Методы контроля можно разделить на две группы: контроль качества с разрушением и без разрушения материала (детали).

Контроль качества с разрушением проводится методами химического, спектрального, рентгено-структурного и металлографического анализа.

Большая трудоемкость, затраты материала и энергетических ресурсов обусловили применение разрушающих методов контроля только в виде выборочного контроля качества.

Неразрушающий контроль качества подразделяется на следующие виды: магнитный, электрический, электромагнитный (вихревых токов), радиоволновый, тепловой, оптический, радиационный, акустический, проникающими веществами (капиллярный).

Неразрушающий контроль качества позволяет снизить трудоемкость контрольных операций и повысить производительность труда контролеров, а также получить существенную экономию за счет отбраковки некачественного материала перед его обработкой.

При контроле проводят следующие работы: внешний осмотр невооруженным глазом или с помощью оптических приборов; испытание изделий и агрегатов на стендах, установках; контроль качества поверхности визуально или с помощью средств измерений и контрольно-измерительных приборов; измерения геометрических параметров деталей, узлов, изделий (шероховатость, расположение поверхностей, отклонений от формы, размер); определение толщины металлических и неметаллических листов, труб, профилей, проката, тонкостенных деталей, металлических и неметаллических покрытий физическими методами контроля; обнаружение несплошности материала деталей и узлов (трещин, раковин и т.д.); определение структуры металла, его твердости, прочности, электропроводности, правильности выполнения процесса термообработки.

Необходимой предпосылкой для разработки мероприятий по улучшению качества изделий массового производства и снижению потерь от брака является систематический учет и анализ причин его появления, количество рекламаций и претензий из-за дефектов производства.

Производственный брак представляет собой продукцию, не соответствующую по качеству стандартам, ТУ и другой нормативно-технической документации. В зависимости от характера дефектов, допущенных при изготовлении изделия, брак делится на исправимый и неисправимый (окончательный).

Исправимым браком считаются изделия, которые технически возможно и экономически целесообразно исправить в условиях предприятия. Изделия и их элементы, отнесенные к исправимому браку, после исправления используются по прямому назначению.

Окончательным браком считаются изделия, исправление которых технически невозможно или экономически нецелесообразно. Окончательный брак подлежит утилизации как отходы производства.

По месту обнаружения дефектов брак подразделяется на внутренний, т.е. выявленный на предприятии в процессе производства до отправки продукции потребителям, и внешний, обнаруженный потребителем в процессе эксплуатации изделия.

Оценка исправимого внутреннего или внешнего брака осуществляется по затратам только на исправление дефектов у производителя или потребителя без учета стоимости материалов, а неисправимого по всем статьям цеховой или производственной себестоимости в зависимости от места обнаружения брака.

На основе полученных оценок определяют потери от брака как сумму стоимости сырья, материалов, покупных комплектующих изделий и заработной платы, выплаченной рабочим за выполнение операций, предшествующих операции, после которой продукция оказалась негодной, и вычетом суммы возмещения убытков за брак с виновника.

Потери от окончательного брака в цехе определяют по формуле:

где С_б – стоимость сырья, материалов, покупных комплектующих изделий, отнесенных на себестоимость продукции, руб.;

З_б – заработная плата, затраченная на бракованную продукцию, руб.;

З_в – сумма возмещения убытков за брак, взысканная с виновников, руб.

К потерям от брака относят также затраты по ремонту техники, вышедшей из строя раньше установленного срока гарантии.

Для систематизации учета потерь от брака на предприятиях массового производства применяется классификация причин и виновников брака, охватывающая все стадии изготовления продукции. В соответствии с классификацией группируются сведения о браке по цехам, участкам, типовым видам работ и причинам.

Среди методов контроля широкое распространение получили статистические методы, применяемые для приемо-сдаточного и текущего (предупредительного) контроля.

Основным носителем необходимой для расчетов информации, используемой при статистическом контроле, являются контрольные карты, на которых отображается характер изменений показателя качества во времени с указанием среднего значения и одного или нескольких контрольных пределов, т.е. строятся точечные диаграммы. Выход контролируемого параметра за границы поля допуска свидетельствует о необходимости корректировки процесса.

Статистические методы контроля являются эффективным средством повышения качества выпускаемой продукции. Они основаны на данных математической статистики и позволяют по ограниченному числу наблюдений принимать решения при управлении качеством продукции.

Статистические методы используются для анализа, регулирования технологических процессов и статистического приемочного контроля качества продукции и для других целей.

Статистическое регулирование технологических процессов – это корректирование значений параметров технологического процесса по результатам выборочного контроля контролируемых параметров для обеспечения необходимого уровня качества продукции.

Статистическое регулирование технологических процессов осуществляют с помощью контрольных карт, на которых отмечают значения, полученные по результатам выборочного контроля.

В настоящее время статистические методы регулирования технологических процессов имеют много разновидностей.

Рассмотрим некоторые из них .

Метод средних арифметических и размахов ( . R ). В этом методе наблюдение за ходом технологического процесса производится с помощью средних арифметических и размахов малых выборок, отбираемых из выпускаемой продукции. Через определенные промежутки времени из партии изготовленной продукции берутся выборки объемом n = 3 ÷10 шт. Для нее рассчитывают среднее арифметическое значение

где х_i – замер контролируемого параметра;

n – число замеров в выборке.

Размах R определяется как разность между максимальным и минимальным значениями в одной выборке:

Затем строятся две диаграммы. Одна из диаграмм служит для наблюдений за средними значениями выборок, а другая для наблюдений за размахами R выборок (рисунок 1). Горизонтальные линии В_Т и Н_Т ограничивают предельные допустимые отклонения параметра, а линии и определяют контрольные границы допустимых случайных колебаний значений средних выборок.

На диаграмме размахов линия В_R определяет верхний контрольный предел размахов R. Если при наблюдениях за процессом точки на диаграммах не выходят за пределы контрольных границ, то значит процесс находится в устойчивом состоянии и, следовательно, имеются все основания считать детали, изготовленные до момента взятия выборки, годными.

Если при взятии очередной выборки значение какой-либо ее характеристики или R выйдет за пределы контрольных границ, то это будет предупреждением о появлении причин неслучайного характера, которые нарушают необходимую устойчивость процесса.

Обычно выход за контрольные границы выборки свидетельствует о неполадках в настройке инструмента на размер, а выход за контрольный предел R – о неполадках в самом станке или в установочно-зажимной оснастке.

Рисунок 1 – Схема контрольной карты для статистического регулирования процессов по методу средних арифметических и размахов

Если же процесс является стабильным только по рассеиванию и нестабильным по центру рассеивания, но технологически устойчивым во времени, при расчетах ординат используют среднее квадратическое отклонение мгновенного распределения, т.е. σ_м. которое определяют по результатам статистического анализа данного процесса.

Ординаты контрольных линий для наблюдений за и R выборок определяются по формулам:

а) для наружной обработки

где е – координата контрольной границы;

Δ_н – погрешность настройки станка.

Δ_н = 0,1 Δ ( Δ – допуск на контролируемый параметр);

б) для внутренней обработки

Значение е определяется по формуле

где n – объем выборки.

Параметры распределения размахов ( R – среднее арифметическое размахов и σ_R – среднее квадратическое отклонение размахов) связаны с мерой рассеивания σ_м мгновенного распределения соотношениями:

где d_n и T_п – коэффициенты, зависящие от объема выборки п.

Значения коэффициентов d_n и T_п приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения коэффициентов d_n и T_п от объема выборки

Предельные колебания случайных значений размахов определяются неравенством:

Ординаты контрольных линий для размахов находят по формулам

Если объем выборок n ≤ 7, то Н_R – нижний контрольный предел размахов имеет отрицательное значение. Поскольку размах не может быть отрицательным, то всегда принимают Н_R = 0.

Метод медиан и индивидуальных значений . При использовании этого метода в качестве характеристик рассеивания значений наблюдаемой величины используется медиана и крайние значения малых выборок. Строится только одна диаграмма, на которую в виде точек наносятся действительные отклонения параметров от их номиналов. Для упрощения и удобства определения медианы выборки количество деталей в выборке принимают равным нечетному числу. Обычно берут n = 5, тогда медиана выборки легко определяется по точечной диаграмме – как третья точка снизу или сверху.

На точечную диаграмму, называемую контрольной картой, наносят шесть горизонтальных линий, которые устанавливают пределы колебаний контролируемого параметра, медиан и крайних значений выборки.

В_Т и Н_Т – линии верхнего и нижнего технического предела, соответствующие верхнему и нижнему предельным отклонениям контролируемого параметра; В_М и Н_М – линии верхнего и нижнего контрольного предела для медиан выборок; В_К и Н_К – линии верхнего и нижнего контрольного предела для крайних значений (рисунок 2).

Расчет ординат контрольных линий ведется по формулам

где е_к – координата контрольной границы; е_м – диапазон контрольной границы; σ_м – среднее квадратическое отклонение по выборке, определяемое в результате предварительного статистического анализа; К_к и К_м – коэффициенты, зависящие от объема n выборки.

При этом для обработки наружных поверхностей необходимо к Н_Т прибавлять Δ_Н = 0,1Δ, а для обработки внутренних поверхностей из В_Т вычитать 0,1Δ.

Рисунок 2 – Схема контрольной карты для статистического регулирования процессов по методу медиан и индивидуальных значений

Значения К_к и К_м приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Значения коэффициентов К_к и К_м в зависимости от объема выборки

Статистический приемочный контроль качества продукции может проводиться по следующим признакам: количественному, качественному и альтернативному.

При контроле по количественному признаку качество партии продукции оценивается средним и средним квадратичным отклонением контролируемого параметра, а также зависящим от них уровнем дефектности.

Большинство планов контроля по количественному признаку содержат контрольные нормативы уровня дефектности.

Данный метод контроля заключается в том, что у единиц продукции измеряют численные значения контролируемого параметра, затем вычисляют выборочное среднеарифметическое значение и оценивают его отклонение от значений одной верхней Т_в или нижней Т_н или двух заданных границ. Полученные в ходе измерения данные сравнивают с контрольными нормативами и принимается решение о годности партии продукции.

Статистический приемочный контроль по качественному признаку имеет ряд преимуществ по сравнению со статистическим приемочным контролем по количественному признаку. Применение этого метода позволяет не только разделить единицы продукции на годные и дефектные, но и разнести их по категориям, классам, группам качества и т.д.

Статистический приемочный контроль по качественному признаку осуществляется с применением как простых средств измерения (шаблоны, пробки, калибры и т.д.), так и более сложных, включая автоматические измерительные устройства.

При статистическом приемочном контроле по альтернативному признаку единицы продукции делятся на две группы (годные и дефектные). Для принятия решения о качестве партии продукции, состоящей из N изделий, необходимо установить долю d дефектных изделий М в этой партии:

С этой целью из общего количества N изделий выбирают n единиц продукции и подвергают их контролю. В результате обнаруживается m дефектных. Определив значения величин n и m. можно сделать заключение о доле дефектных изделий d во всей партии.

Число контролеров для участка или цеха серийного, мелкосерийного и единичного производства определяется по формуле

где С_сп – среднесписочная численность производственных рабочих, обслуживаемых контролерами;

Н_о – норма обслуживания контролером производственных рабочих мест (или рабочих).

Нормы обслуживания, приведенные в таблице 4, разработаны при следующих производственных условиях:

- производственные рабочие не выполняют контрольных операций;

- контролируются все операции; осуществляется и окончательный контроль;

- контролируется вся продукция.

В расчет приняты детали среднего веса и среднего класса точности. Если фактические условия производства отклоняются от предусмотренных, то численность рабочих, обслуживаемых контролерами, корректируется поправочными коэффициентами:

где С_сп – списочный состав контролеров;

к₁ – коэффициент, учитывающий наличие самоконтроля на участке ( к₁ = 1, если контроль полностью осуществляется только контролерами);

где с_ск – процент рабочих, осуществляющих самоконтроль;

к₂ – коэффициент контрольных операций (рассчитывается соответственно технологическому процессу);

к₃ – коэффициент выборочности операционного контроля;

к₄ – коэффициент выборочности окончательного контроля;

к₅ – коэффициент, учитывающий квалитет обработки деталей с наибольшим выпуском ( к₅ = 0,75÷1,0);

к₆ – коэффициент, учитывающий массу изделия по деталям с наибольшим выпуском (массой до 1 кг к₆ = 0,6, до 20 кг к₆ = 1,0, свыше 20 кг к₆ = 1,1).

Таблица 4 – Нормы обслуживания для контролеров технического контроля

Установленное расчетом число контролеров должно соответствовать имеющемуся в цехе количеству контрольных постов (соответственно технологическому процессу и режиму их работы).

В массовом и крупносерийном производстве, где контрольные операции стабильны и систематически повторяются, число контролеров определяют по нормам времени на одну контрольную операцию:

где N – число деталей, подлежащих проверке в течение месяца, шт.;

n – число контрольных промеров по одной детали;

t – норма времени на одну контрольную операцию, мин;

b – степень выборочности контроля, %;

i – коэффициент, учитывающий дополнительное время на обход рабочих мест и оформление документации на приемку и браковку изделий;

F_эф – эффективный фонд времени одного контролера.

Оценка работы предприятия (цеха) по повышению качества осуществляется по следующим показателям:

- наличие рекламаций и потерь у потребителя;

- удельный вес потерь от брака в фактической себестоимости реализуемой продукции;

- процент возврата машин с испытательных стендов;

- повышение гарантийных сроков службы изделий и их надежности.