science-review.ru
Современное тяжелое машиностроение характеризуется значительным удельным весом мелкосерийных и единичных форм производства. Машины, производимые для металлургической, энергетической, горнодобывающей, химической отраслей промышленности, характеризуются большой металлоемкостью и высокой трудоемкостью их изготовления.
Анализ состояния машиностроительных производств Республики Казахстан занимающихся изготовлением и ремонтом крупногабаритных деталей технологического оборудования вышеуказанных отраслей показал, что существует проблема связанная не только с механической обработкой, но и с контролем и измерением обработанных поверхностей. Особенно часто данная проблема возникает при обработке отверстий больших размеров и еще больше усугубляется, если данное отверстие является функционально связанным с другой поверхностью.
Отечественные машиностроительные предприятия, ввиду соответствия по характеру в основном единичному типу производства, не позволяют закупку дорогостоящих контрольно-измерительных средств и контрольно-измерительных машин, а также современных многоцелевых металлорежущих станков с ЧПУ, снабженных устройствами активного контроля.
В настоящее время в РК изготовлением и ремонтом крупногабаритных деталей (крупные задвижки, улиты, мельницы и др.) занимаются в основном заводы тяжелого машиностроения, такие как Алматинский завод тяжелого машиностроения, Павлодарский завод тяжелого машиностроения, а также крупные машиностроительные заводы, имеющие соответствующее технологическое оборудование.
На рисунке показаны некоторые крупногабаритные детали с отверстиями больших диаметров.
Проведенные исследования [1] показали, что одной из основных проблем возникающих при изготовлении крупногабаритных деталей это обеспечение точности контроля и измерения отверстий больших диаметров.
Существующими контрольно-измерительными средствами, широко применяемыми в условиях машиностроительных заводов РК, такими как штангенциркули, нутромеры, калибр-пробки и др., нельзя контролировать отверстия больших диаметров. А заказ дорогих контрольно-измерительных средств для этих целей не оправдывает расходы на приобретение и является невыгодным для условий машиностроительных заводов РК.
Используемые контрольно-измерительные средства типа штангенинструментов, нутромеров (индикаторные, самоцентрирующийся, микрометрические), калибры-пробки и др. имеют следующие недостатки: невозможность контроля отверстий больших диаметров; неустойчивое положение внутри контролируемого отверстия при измерениях; невозможность определения численных значений размера контролируемого отверстия; недостаточная точность измерения; отсутствие возможности настройки на измерение разных точных диаметров. В связи с этим исследование состояния метрологической обеспеченности контроля и измерения отверстий больших диаметров, а также разработка доступных контрольно-измерительных средств с более высокой точностью измерения является актуальной задачей. Для решения данной задачи были исследованы конструкции и технологические возможности существующих контрольно-измерительных средств.
Исследование конструкции и технологических возможностей существующих контрольно-измерительных средств
Известны измерительные средства для контроля диаметров отверстий: штангенинструменты, содержащее губки для внутренних измерений, подвижную рамку, штангу, нониус, линейку [2]. Недостатком штангенинструмента является низкая точность измерений, а штангенинструменты для контроля отверстий больших размеров не выпускаются.
Известны контрольные средства калибры-пробки, содержащие цилиндрические поверхности имеющие размеры равные наименьшему и наибольшему предельному размеру измеряемого отверстия [3]. Недостатком калибра-пробки является невозможность определения численных значений размера контролируемого отверстия, а кроме того калибры больших диаметров не изготавливаются.
Известно устройство для измерения диаметра отверстий, содержащее корпус, установленные в корпусе измеритель, измерительный штифт, жесткий упор и передаточный элемент между измерительным штифтом и измерителем [4]. Недостатком данного устройства является узость технологических возможностей, и измерение диаметров отверстий больших размеров невозможно.
Известен нутромер, содержащий полный корпус, закрепленный на корпусе индикатор с измерительным наконечником, толкатель [5]. Недостатком известного нутромера является отсутствие возможности настройки на измерение разных точных диаметров, что требует изготовления или покупки набора дорогостоящих колец под разные измеряемые диаметры. Известен индикаторный нутромер, содержащий корпус, сменную вставку, шток с конусной иглой, измерительные элементы, установленные в отверстиях сменные вставки и выполненные в виде штифтов, сменная вставка выполнена с размерами проходного калибра по диаметру [6]. Недостатком данного индикаторного нутромера является сложность конструкции и узость технологических возможностей, так как измерение и контроль отверстий больших диаметров невозможны.
а) б)
в) г)
д) е)
Некоторые крупногабаритные детали с отверстиями больших диаметров: а – звездочка; б – заготовки для детали стакан; в – гильза гидроцилиндра; г – улита; д – полукорпус крупногабаритной шиберной задвижки; е – станина
Известен нутромер самоцентрирующийся, содержащий корпус, индикатор, несущие рычаги, индикаторную головку, измерительный наконечник [7]. Недостатком данного нутромера является сложность в эксплутации, недостаточная точность измерения и узость технологических возможностей, так как измерение и контроль отверстий больших диаметров невозможны.
Известен нутромер для измерения отверстий, содержащий корпус, установленные в корпусе измеритель, два измерительных штифта, передаточный механизм между измерительными штифтами и измерителем и элемент предварительного центрирования нутромера в отверстии [8]. Недостатком данного нутромера является повышенная сложность конструкции измерительного звена ввиду наличия двух измерительных наконечников, что снижает точность измерения.
Известен нутромер для контроля отверстий небольших диаметров, содержащий индикатор часового типа [2].
Недостатком нутромера является невозможность контроля отверстий больших диаметров и её неустойчивое положение внутри контролируемого отверстия.
Известно устройство нутромера [9]: полый корпус, три измерительные опоры, устройство для отсчета. В качестве недостатков данного устройства нутромера можно отметить узость технологических возможностей, т.е. данное устройство не может выполнять контроль глубоких канавок, так как конструктивное исполнение контактных элементов не позволяет, и для осуществления измерения необходимо дополнительно использовать настроечного кольца, что удорожает его применение.
Известно устройство для измерения диаметра отверстия [10]. Устройство состоит из отсчетного устройства и нутромера. Отсчетное устройство имеет специальные шкалы для определения действительного размера отверстия. Корпус нутромера на одном конце имеет перпендикулярно расположенные три отверстия, а на другом конце расположены элементы для крепления отсчетного устройства. В этих отверстиях корпуса нутромера размещаются шарикообразные опоры, а также в корпусе устанавливается цилиндроконический стержень, который совершает ограниченное возвратно-поступательное движение. Конусный конец стержня должен взаимодействовать с измерительной опорой, а другой конец – с измерительным наконечником отсчетного устройства нутромера. А также корпус с наружной поверхности имеет сменный нутромер для центрирования, а в измеряемом отверстии установлена втулка, через которую проходят измерительные опоры и муфта подвижная.
Недостатки устройства нутромера заключаются в нетехнологичности конструкции, который приведет к трудоемкости изготовления его элементов, а также для измерения других отверстий необходимо выполнить наладку и заменить центрирующую втулку.
Известен самоцентрирующийся и самовыравнивающийся нутромер TЕSА IMIСRО с контактом измерительных опор с поверхностью измеряемого отверстия по трем направлениям [11]. Нутромер имеет полый корпус который содержит на одном конце закрепленнное отсчетное устройство, а на другом конце измерительную головку. Отсчетное устройство может иметь микрометрические или электронные шкалы с цифровой индикацией. Измерительная головка располагается через каждые 120 ° и содержит три подпружиненные измерительные опоры, установленные относительно оси корпуса.
При работе нутромера контроль осуществляется перемещением измерительной опоры в плоскости расположенной перпендикулярно относительно оси вращения корпуса, а её поверхность, соприкасаясь с измеряемой поверхностью отверстия, располагается паралельно.
Недостатком нутромера является узость технологических возможностей, так как он предназначен только для контроля размеров отверстии цилиндрической формы, измерение и контроль других отверстий (например конической, сложнопрофильной формы и др.) невозможно.
Другим недостатком данного нутромера можно назвать сложность конструкции и трудоемкость изготовления.
Известен нутромер для измерения отверстий, который содержит корпус, подвижные и неподвижные наконечники, индикатор [12]. Недостатком является узость технологических возможностей, так как данный нутромер предназначен только для измерения размеров отверстий расположенных в легкодоступных, открытых поверхностях.
Известен также индикаторный нутромер [13], который содержит корпус, индикатор, головку измерительную, подвижные наконечники, плунжер. Недостатком рассматриваемого индикаторного нутромера также является узость технологических возможностей. Он не может осуществить измерение в труднодоступных отверстиях.
Известен нутромер индикаторного типа для измерения диаметров растачиваемых отверстий [14], который содержит корпус, снабженный индикатором, который закреплен в стойку, измерительную головку, которая передает отклонение размера с помощью стержня и рычага на индикатор.
Нутромер индикаторного типа предназначен только для измерения отверстий после операции растачивания, что является основным его недостатком. А также другие отклонения, такие как конусообразность, овальность, данным нутромером невозможно измерить.
Известно устройство для измерения диаметров и линейных величин [15], который состоит из корпуса, включающего тяговый механизм со штангой и пружиной. Тяговый механизм через штанги с пружиной связан с индикатором. Он также имеет мерительные и контактирующие элементы в виде наконечника.
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения и нетехнологичность конструкции, что приводит к повышению трудоемкости изготовления.
Результаты проведенных исследований показывают необходимость решения следующих задач:
– обеспечение возможности измерения отклонений диаметров отверстий больших размеров;
– обеспечение устойчивого положения нутромера для контроля отверстий больших диаметров в отверстиях при осуществлении контроля;
– обеспечение точности измерений с разрешающей способностью, соответствующей разрешающей способности применяемого индикатора часового типа.
Для решения вышеуказанных задач на кафедре «Технологическое оборудование, машиностроение и стандартизация» Карагандинского государственного технического университета выполняется научная работа, направленнная на разработку и изготовление контрольно-измерительных средств и устройств для контроля отверстий больших диаметров крупногабаритных деталей. В результате выполненных исследований авторами разработана конструкция нутромера для контроля и измерения отверстий больших размеров крупногабаритных деталей, а также специальное устройство для контроля торцевого биения корпусных деталей относительно оси отверстия.
Выполняется научная работа по разработке специальных конструкции контрольно-измерительных средств для контроля угловых и линейных размеров функционально связанных поверхностей крупногабаритных деталей.
Выводы
1. В результате исследования конструкции и технологических возможностей существующих контрольно-измерительных средств для контроля отверстий больших диаметров были выявлено, что большинство их не нашло широкого применения, в частности, в условиях машиностроительных производств РК из-за невысокой точности, сложности изготовления и использования, высокой стоимости.
2. Сложившаяся ситуация в условиях современных машиностроительных производств РК диктует необходимость разработки контрольно-измерительных средств и устройств для контроля отверстий больших диаметров крупногабаритных деталей, которые обладают универсальностью, доступностью по стоимости, высокой точностью измерения.