Расчет и проектирование калибров и контрольных приспособлений

Аннотация В рамках курсовой работы решается задача по разработке и расчёту калибра-пробки для контроля отверстия, и проектированию контрольного приспособления для контроля радиального биения.

Содержание Введение

1. Расчет и проектирование калибров

1.1 Расчет калибра-пробки

2. Расчет и проектирование контрольных приспособлений

2.1 Выбор типа измерительной головки

2.2 Стойка для крепления индикаторов

2.3 Базирующие элементы контрольных приспособлений

2.4 Метрологическая схема контрольного приспособления

2.5 Описание конструкции контрольного приспособления Заключение калибр контрольное приспособление

Введение

Приведённая в задании деталь представляет собой втулку с внутренним диаметром 25H7 и основным наружным диаметром 35U8. Необходимо спроектировать калибр-пробку для контроля диаметра 25H7 и контрольное приспособление для контроля радиального биения 0,01 мм на диаметре 35U8 относительно внутренней поверхности.

1. Расчет и проектирование калибров Калибры служат не для определения действительного размера деталей, а для рассортировки их на группы годности. Предельные калибры делятся на проходные и непроходные. При контроле годной детали проходной калибр (ПР) должен проходить, а непроходной (НЕ) проходить не должен. Проходной калибр отделяет годные детали от брака исправимого, а непроходной — от брака неисправимого. По конструкции калибры для контроля отверстий представляют собой пробки, а для контроля валов — скобы или кольца.

По конструктивным признакам различают калибры нерегулируемые (жесткие), регулируемые, односторонние и двусторонние и т. д.

По назначению калибры разделяют на:

— рабочие калибры (Р — ПР и Р — НЕ), применяемые для проверки размеров изделий рабочими и ОТК завода — изготовителя;

— приемные калибры (П — ПР и П — НЕ) — для проверки размеров изделий представителями заказчика;

— контрольные калибры — для контроля размеров рабочих и приемных калибров или для установки регулируемых скоб.

Различают калибры однопредельные (с проходной или с непроходной стороной) и двупредельные (сочетающие проходную и непроходную стороны). Среди двупредельных калибров различают односторонние (проходная и непроходная стороны последовательно расположены друг за другом на одном конце калибра) и двусторонние (проходная и непроходная стороны расположены на противоположных сторонах калибра).

У калибров пробок могут быть вставки (вставка — часть калибра с измерительной поверхностью, закрепляемая в ручке) или насадки (закрепляют на ручке). Пробки для больших размеров могут быть выполнены в виде стержня с цилиндрическими или сферическими торцевыми измерительными поверхностями, такие калибры называют нутромерами. Калибры — скобы бывают нерегулируемые и регулируемые, последние позволяют в известных пределах перенастраивать свой размер для контроля несколько отличных предельных размеров или же для компенсации износа измерительных поверхностей скобы.

К калибрам предъявляют ряд метрологических, конструктивных, технологических и эксплуатационных требований. Метрологические требования сводятся к соблюдению принципа Тейлора, согласно которому калибр ПР должен быть по возможности полным, а НЕ, наоборот, должен иметь точечный контакт с контролируемой деталью. В определенном диапазоне размеров эти требования в значительной мере осуществимы: пробки ПР малых и средних размеров изготавливаются полные (рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.8), а пробки НЕ средних и больших размеров — неполные (рис. 1.6, 1.7, 1.9, 1.10, 1.11, 1.12, 1.13). Пробки ПР обычно длиннее пробок НЕ. По мере возрастания контролируемых диаметров возрастает и вес калибров. Для его ограничения полные калибры — пробки, в том числе и ПР, заменяют неполными, листовыми пробками и нутромерами, дающими контакт на двух участках поверхности (цилиндрические нутромеры) или в двух точках (сферические). Для уменьшения веса пробок средних и больших размеров в теле насадок выполняют отверстия. Для калибров — скоб особенно важно сочетание минимального веса с максимальной жесткостью.

Важное метрологическое и эксплуатационное значение имеет усилие введения пробки в деталь или надевания скобы на нее. Чрезмерное усилие вызывает проникновение бракованных деталей в годные, а кроме этого ускоренный износ калибров, используемых при этом как обрабатывающий инструмент. Практическое правило введения калибра под действием его силы тяжести для скоб — при горизонтальной оси контролируемой детали пригодно лишь в первом приближении и только для средних размеров. Для малых размеров сила тяжести калибра недостаточна, для больших — чрезмерна. Поэтому рекомендуется регламентировать это усилие и обучать рабочих и персонал ОТК обеспечивать его с достаточной точностью на ощупь.

Другая погрешность контроля калибрами связана с их тепловыми деформациями. При нагревании скоб руками контролера возникает погрешность, составляющая существенную часть в общей погрешности контроля. При обеспечении надежной изоляции от тепла рук происходит заметное уменьшение погрешности. У стандартных скоб для диаметров, начиная с 10 мм, предусмотрены пластмассовые накладки.

Измерительные поверхности калибров изготавливают из инструментальной стали (хромистой или иной), закаленной до высокой твердости, подвергают хромовому износоустойчивому покрытию; используют и твердосплавные вставки. Оснащение рабочих поверхностей калибров твердым сплавом марки ВК6 или ВК6М повышает их износостойкость в десятки раз. Основная причина снижения износостойкости калибров — истирание измерительных поверхностей в процессе их эксплуатации.

Одной из причин потери калибрами своих размеров является естественное их старение, т. е. свойство закаленных стальных деталей с течением времени изменять размеры и форму. Для того чтобы довести эти изменения до возможного минимума, калибры в процессе изготовления подвергают искусственному старению. С этой целью производится нагрев рабочих частей калибров при температуре 130 — 150 0 С в течение 2 — 3 часов между операциями предварительного и окончательного их шлифования.

Контроль калибрами — одна из наиболее массовых контрольных операций в машиностроении, поэтому вопросы производительности контрольных операций стоят достаточно остро. Производительность можно повысить за счет:

перехода от двусторонних калибров к односторонним;

использования набора скоб, для контроля ступенчатых валиков или набора пробок для контроля деталей с несколькими отверстиями.

Контроль размеров глубин и высот уступов.

Основными методами контроля являются: «метод световой щели» или «на просвет», методы «надвигания», «осязания», «по рискам».

Согласно ГОСТ 2534– — 67 предельные стороны калибров обозначаются буквами Б (большая) и М (меньшая), в отличие от обозначений ПР и НЕ, принятых для обозначения калибров пробок и скоб.

Каждая из сторон калибра (Б и М) должна иметь одну лезвиеподобную грань для уменьшения погрешностей контроля вследствие неровностей на обработанных поверхностях и плоскую грань, которая улучшает условия оценки величины просвета.

Калибрами по методу «световой щели» контролируются допуски не менее 0,04 мм у тонкошлифиванных деталей и не менее 0,06 мм при более грубой обработке. Минимальные допуски изделий, контролируемых ступенчато — стержневыми калибрами составляют 0,03 мм, контролируемыми по «ощущению» — 0,01 мм и рисочными калибрами — порядка нескольких десятых миллиметра.

1.1 Расчет калибра-пробки Калибр-пробка для контроля отверстия

Отклонения калибра отсчитываем от соответствующих предельных размеров изделия.

Для отверстий отклонение проходного калибра Р-ПР отсчитываем от наименьшего предельного размера отверстия (); отклонение непроходного калибра Р-НЕ — от наибольшего предельного размера отверстия ().

Определение предельных размеров отверстие Ш25H7(+0,021):

= Dmin = 25 + 0 = 25 мм

= Dmax = 25 + 0,021 = 25,021 мм В справочниках отклонения (допуски) калибров даны от предельных значений размеров изделий.

Допуски и отклонения калибров по ГОСТ 24 853–81

Согласно ГОСТ 24 853–81 для отверстия Ш25H7(+0,021) получим:

Z = 3мкм; Y = 3мкм; H = 4мкм.

Пробка ПР:

Исполнительный размер пробки ПР:

(25 + 0,003 + 0,002)-0,004 = 25,005−0,004 (мм) Средневероятностный износ: Uср = 0,003+0,003 = 0,006 мм Износ рабочим допустим до размера:

25 — 0,003 + 30% · 0,006 = 24,999 (мм) Износ цеховым контроллером допустим до размера:

25 — 0,003 = 24,997

Пробка НЕ:

Исполнительный размер пробки НЕ:

(25,021 + 0,002)-0,004 = 25,023−0,004 (мм)

2. Расчет и проектирование контрольных приспособлений Развитие современного машиностроительного производства характеризуется в первую очередь повышением требований к качеству выпускаемой продукции, а качество напрямую зависит от развития и совершенствования, как средств производства, так и измерительной техники.

В условиях крупносерийного и массового машиностроения наибольшее распространение получили следующие основные виды средств контроля: калибры, контрольные приспособления и приборы, осуществляющие проверку линейных, угловых и иных величин (отклонений формы и расположения), которые, как правило, сводятся к контролю линейных размеров.

Конструкция любого средства измерения должна строго соответствовать чертежам и техническим условиям на деталь, а также технологическим процессам ее изготовления. Поэтому выбор метода и средства контроля должен быть тесно увязан с требованиями и техническими условиями, приведенными в чертежах деталей и в картах технологических процессов.

И конструктор, при разработке чертежа детали, и технолог, при разработке технологического процесса ее изготовления обязаны серьезно обдумать все точностные требования на деталь и увязать их с технологическими возможностями средств измерений. Только выполнение этого условия дает уверенность в правильности выбранного метода измерения и разработанной конструкции средства контроля.

Элементы деталей, подлежащие контролю На чертеже детали конструктор обязательно должен однозначно указать:

точность размеров;

точность геометрических форм поверхностей;

точность взаимного расположения поверхностей;

степень чистоты поверхностей;

различные дополнительные технические условия.

Необходимая точность изготовления размеров деталей определяется допусками на отклонения размеров, которые содержатся в таблице полей допусков ГОСТ 25 347–82. Для нормирования различных уровней точности деталей установлено 20 рядов допусков, называемых квалитетами.

Часто на деталях встречаются размеры, к которым не предъявляется высокая точность, и условия работы изделия не зависят от точности их выполнения. Это неответственные, свободные размеры. К ним относятся габаритные размеры, длины валов, глубина сверления, размеры фасок, закругления, и т. п. Уровень точности этих размеров соответствует квалитетам с 12 по 17. Для таких размеров конструктор указывает над размерными линиями номинальный размер, а требуемую точность изготовления оговаривает общей записью в технических требованиях.

Отклонения от правильной геометрической формы могут быть весьма разнообразны. Для их нормирования конструктор на рабочих чертежах деталей проставляет допуски на отклонения формы поверхностей, общие термины и определения которых приводятся в ГОСТ 24 642–81.

Отклонения формы реальной поверхности отсчитываются от прилегающей поверхности и количественно оцениваются наибольшим расстоянием от точек реальной поверхности до прилегающей. Наибольшее допускаемое значение отклонения формы принимается за допуск формы и указывается на чертеже только в том случае, если он должен быть меньше допуска на размер.

К отклонениям формы относятся все отклонения от номинальной формы кроме шероховатости.

К отклонениям формы цилиндрической поверхности относятся:

1 отклонение от круглости;

2 отклонение профиля продольного сечения;

3 отклонение от цилиндричности Частными видами отклонений от круглости являются овальность и огранка.

Овальность, численно равная отклонению от круглости определяется по уравнению Д1 =

Частными видами отклонений профиля продольного сечения являются конусообразность, бочкообразность и седлообразность.

Конусообразность, бочкообразность и седлообразность, численно равные отклонению профиля продольного сечения определяют по уравнению Д2 =

Плоские детали характеризуются отклонениями от плоскостности и прямолинейности.

Частными видами отклонения от плоскостности являются выпуклость и вогнутость.

Согласно ГОСТ 2.308 -81 предусмотрен символический метод указания допуска формы на чертежах, когда допуски формы задаются в специальных рамках.

В первой части рамки дается условный знак — какое отклонение формы необходимо проверить при контроле.

Во второй части указывается числовая величина допуска в миллиметрах. Рядом с рамкой можно записать необходимые комментарии.

Стрелочка указывает направление измерения отклонения формы (как правило, по нормали к поверхности) при контроле.

Такая рамка соединяется стрелочкой с контуром детали на чертеже, либо с выноской, либо с размерной линией. Если допуск относится к поверхности, то стрелочка должна быть обращена к контуру или к выносной линии.

Если допуск относится к оси, то стрелочка обращена к этой оси или является продолжением размерной линии.

В случае, когда величина отклонения формы соизмерима с допуском на размер, конструктор может не указывать ее. Допустимое отклонение формы не должно превышать допуска на размер.

Для цилиндрических деталей большинство отклонений формы является фактически отклонением радиуса, и здесь отклонение формы не должно превышать половины допуска на диаметр.

Если допуск формы должен быть меньше допуска на размер, то он указывается на чертеже.

Контроль отклонений формы в большинстве случаев производится как обычными универсальными средствами измерения, так и с использованием измерительных призм, центров и поверочных плит в качестве базы измерения.

Например, овальность шейки вала может быть определена измерением диаметра с помощью микрометра в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а огранка с нечетным числом граней определяется с помощью индикатора со стойкой, при этом деталь помещается в призму. Разность показаний индикатора будет равна удвоенному значению огранки.

Конусообразность, бочкообразность, седлообразность определяют измерением диаметров детали в нескольких сечениях, а изогнутость с помощью индикатора со стойкой, при этом деталь устанавливают в центрах или на призмах и проворачивают вручную (рис. 6). Таким образом дифференцированно находят отклонения от цилиндрической формы. Прибора, определяющего комплексный показатель — отклонение от цилиндричности, пока не существует.

Отклонения плоских поверхностей контролируют с помощью поверочных линеек и плит. Обычно отклонение от плоскостности проверяют методом «на краску». Количественной оценкой плоскостности служит число пятен на единицу площади.

Точность взаимного расположения поверхностей имеет исключительное значение для правильного выполнения деталями своего назначения При оценке отклонений расположения поверхностей отклонения формы измеряемой поверхности не учитываются.

Виды отклонений расположения поверхностей:

От перпендикулярности От параллельности От симметричности От соосности Позиционное Наибольшая допустимая величина отклонения расположения называется допуском расположения. Он проставляется на чертеже.

Вид допуска расположения согласно ГОСТ 2.308−79 следует обозначать графическими символами. Допуски расположения задаются в специальных рамках. Знак и числовое значение допуска вписывают в рамку.

На первом месте указывают графический символ, обозначающий вид отклонения расположения. На втором — числовое значение допуска в миллиметрах и на третьем — при необходимости буквенное обозначение базы (баз) или поверхности с которой связан допуск расположения. Рамку соединяют с элементом, к которому относится допуск, сплошной линией, заканчивающейся стрелкой. Стрелка указывает направление измерения отклонения расположения при контроле. Если стрелка обращена к линии реального контура или к выносной линии, то это означает, что допуск расположения относится к поверхности.

Если же стрелка обращена к оси или является продолжением размерной линии, это означает, что допуск относится к расположению оси.

В тех случаях, когда отклонения формы и отклонения расположения проявляют себя совместно, то они называются суммарными и также нормируются.

ГОСТ 24 642–81 предусматривает:

Радиальное биение поверхности вращения, которое является результатом совместного проявления отклонения от круглости профиля рассматриваемого сечения и отклонения его центра относительно базовой оси. Оно определяется как разность наибольшего и наименьшего расстояний точек реальной поверхности до базовой оси в сечении перпендикулярном этой оси.

Торцевое биение является суммирующим результатом отклонения от плоскостности и перпендикулярности. Определяется как разность наибольшего и наименьшего расстояния от точек всей торцевой поверхности до плоскости, перпендикулярной базовой оси.

Радиальное и торцевое биение легко измерить индикатором, если деталь установлена в центрах (для случая, когда базой отсчета указана ось детали), или в призмах (для случая, когда необходимо найти биение одной цилиндрической поверхности относительно другой).

2.1 Выбор типа измерительной головки Индикатор часового типа служит для определения отклонений поверхностей деталей от правильной геометрической формы и для измерения небольших линейных перемещений.

Индикатор часового типа (см. рис.1) состоит из корпуса 7, измерительного стержня 2 с наконечником 1, который под действием пружины перемещается в крайнее нижнее положение. Измерительный стержень при перемещении с помощью зубчатой рейки и шестерен вращает малую 6 и большую 5 стрелки индикатора.

Циферблат индикатора 8 имеет большую (подвижную) и малую шкалы. Передаточные отношения в индикаторе подобраны так, что перемещению стержня на 0,1 мм соответствует один оборот большой стрелки и поворот малой стрелки на одно деление. Большая шкала имеет 100 делений, цена одного деления равна 0,001 мм, цена деления малой шкалы — 0,1 мм.

Перед началом измерения корпус индикатора размещают относительно измеряемой поверхности детали так, чтобы малая стрелка установилась на каком-либо делении, обеспечивая тем самым «натяг», т. е. возможность перемещения стержня в обе стороны от исходного положения. Затем вращением подвижной шкалы за ободок совмещают нулевое деление с показанием большой стрелки. Перемещение измерительного стержня индикатора в миллиметрах определяют по показанию малой стрелки, а в сотых долях — по показанию большой стрелки.

Индикатор имеет присоединительную гильзу диаметром 8 мм и длиной 16 мм.

Рис. 1. Индикатор типа 1 МИГ

Основные данные индикатора типа 1 МИГ, соответствующие ГОСТ 9696–82:

2.2 Стойка для крепления индикаторов Рис. 2. Индикаторная стойка Большое количество измерений производят в цеховых условиях на плите, в центрах и т. д. при помощи индикатора. Часто даже специальные контрольные приспособления имеют подвижные стойки с индикаторами или другими измерительными устройствами. Для этой цели удобна нормальная стойка (штатив), показанная на рис. 14. Стойка обладает большой универсальностью, так как дает возможность перемещать индикатор по высоте, изменять вылет и поворачивать его вокруг осей вертикальной стойки и горизонтальной державки. Крепление индикатора можно осуществлять за ушко, за гильзу непосредственно и за гильзу через переходную серьгу. В нашем случае крепление индикатора осуществляется за гильзу. При креплении за ушко или через переходную серьгу также возможен угловой поворот вокруг оси зажимного винта. Надежность крепления горизонтальной державки обеспечивается двумя винтовыми зажимами, имеющими разрезные направляющие отверстия.

Тяжелое чугунное квадратное основание размером 120 Ч 120 мм придает стойке устойчивость. Шлифованные боковые стороны основания позволяют пользоваться ими в качестве вспомогательной базы при некоторых измерениях. Уменьшение опорной поверхности нижней шлифованной плоскости основания за счет наличия выточки гарантирует стойку от качки при некоторой неплоскостности поверхности плиты приспособления.

2.3 Базирующие элементы контрольных приспособлений Центрирование на оправках является весьма распространенным и удобным методом базирования, особенно для деталей небольших размеров. Оправки применяют при контроле втулок, зубчатых колес и других деталей, представляющих собой тела вращения. Проверку в подобных случаях производят вращением оправки с деталью, установленной в центровые бабки, и регистрацией результатов по индикатору, закрепленному на передвижной стойке (рис. 3).

Рис. 3. Базирование на оправке В значительном количестве случаев детали, базируемые отверстием на оправках (конических, разжимных и т. п.), для проверки устанавливают в центровые бабки. Проверять в центрах можно радиальные и торцевые биения, параллельность различных поверхностей (плоских, цилиндрических) к оси центров или к оси базового отверстия и т. д.

Бабки, как правило, снабжают шпонками для установки в шпоночный паз плиты. Положение шпинделя обеих бабок как подвижной, так и неподвижной, должно быть выполнено строго центрично относительно шпонок. Высота обеих бабок должна обеспечивать установку проверяемой детали параллельно плоскости плиты. Это особенно относится к универсальным бабкам, изготовляемым в качестве нормализованных отдельных узлов независимо от приспособления, на которое они могут быть в дальнейшем установлены.

Бабку с неподвижным центром можно делать как с центром, имеющим цилиндрический хвостовик, так и с коническим отверстием, предназначенным для установки в него стандартного центра, имеющего хвостовик с конусом Морзе (рис. 4, а, б).

Рис. 4. Неподвижная бабка Бабки с подвижным центром могут отличаться друг от друга своим конструктивным оформлением в зависимости от их назначения.

На рис. 5, а показана бабка упрощенной конструкции, не имеющая сменного центра. Более тяжелые конструкции бабок с литым корпусом, сменным центром и жесткой пружиной применяют как универсальные для контрольных плит. Бабку с плоским основанием и шпонками (рис. 5, б) устанавливают на широкие плиты с пазом; бабку с пазом (рис. 5, в) устанавливают на узкую плиту, верхняя часть которой оформлена в виде ласточкина хвоста.

Рис. 5. Подвижная бабка

2.4 Метрологическая схема контрольного приспособления Рис. 4. Кинематическая схема измерения

2.5 Описание конструкции контрольного приспособления На контрольно-измерительную плиту 8 помещен штатив 6 с индикатором часового типа 7.

В пазы плиты установлены неподвижная 3 и подвижная 4 бабки, оснащенные стандартными центрами с конусом Морзе. Центр подвижной бабки имеет возможность обратного перемещения посредством рычага 5.

В контролируемую втулку 1 вставляется разжимная втулка 2. Затем нажатием на рычаг 5 отводят центр подвижной бабки и вставляют сборку из 2-х втулок в центры приспособления. Под действием пружины центра подвижной бабки усилие зажима передается разрезной втулке, которая фиксирует измеряемую деталь. Деталь центрируется по центровым отверстиям и наружной поверхности центровой втулки.

Регулировкой стойки 6 индикатор 7 располагают с натягом в верхней точке сечения измеряемой детали. Вращая деталь рукой, отмечают максимальное и минимальное показания индикатора на протяжении полного оборота детали. Данные измерения производят в трех поперечных сечениях, равномерно распределенных по длине измеряемой поверхности втулки.

Численный результат радиального биения определяют как полусумму среднего арифметического разности максимального и минимального показания индикатора в каждом сечении.

Заключение

В рамках работы получены навыки проектирования калибра-пробки и контрольного приспособления для контроля радиального биения.