Цель работы. Ознакомиться с принципами координатных измерений

Ознакомиться с принципами координатных измерений. Научиться определять фактические размеры, погрешности формы и расположения поверхностей плоской модели детали координатным методом.

Исходные данные

1. Эскиз детали.

2. Заданные преподавателем параметры детали (размеры, погрешности формы и расположения поверхностей), которые необходимо определить координатным методом.

3. Методические указания.

Задание

1. Используя чертежные инструменты нарисовать на ватмане (масштаб 1:1) и вырезать модель заданной детали.

2. Выбрать стратегию измерения заданных размерных параметров детали, оформить эскиз детали со схемой расположения и обозначениями измеряемых точек, заменяющих и производных геометрических элементов.

3. Нарисовать на миллиметровке систему координат XOY. Разместить модель детали так, чтобы ее основные поверхности были не параллельны осям выбранной системы координат. В соответствии с выбранной стратегией измерения нанести на миллиметровку точки карандашом, грифель которого должен контактировать с измеряемыми поверхностями модели. Занести координаты точек в таблицу.

4. Используя математические зависимости, приведенные в методических указаниях, рассчитать фактические значения заданных размеров, погрешностей формы и расположения поверхностей детали (в отчете должны быть отражены результаты всех промежуточных расчетов). Оценить отклонения фактических параметров от номинальных. Сделать выводы.

5. Оформить отчет.

Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Эскиз детали с заданными для контроля размерами, требованиями к точности формы и расположения поверхностей.

3. Миллиметровка с системой координат и нанесенными точками, необходимыми для расчета заменяющих и производных поверхностей детали.

4. Таблица с координатами измеренных точек.

5. Расчеты фактических значений заданных размеров, погрешностей формы и расположения поверхностей детали.

6. Протокол контроля с результатами расчетов и выводами.

Методические указания

Для обеспечения качества выпускаемой продукции и надежности работы в «безлюдном» режиме гибкие производственные системы (ГПС) обязательно должны быть оснащены системами автоматизированного контроля и технической диагностики (САК). Достаточно противоречивые требования: высокая производительность, точность измерения, работа в автоматическом цикле, универсальность и гибкость, - реализованы в системах, использующих координатный метод измерения.

Координатные измерения - измерения геометрических парамет­ров объектов (деталей) путем измерения координат отдельных точек по­верхностей объекта в принятой системе координат (прямоугольной декартовой, цилиндрической или сферической) и последующей математи­ческой обработки измеренных координат для определения линейных и уг­ловых размеров, отклонений формы и расположения.

Метод координатных измерений использован во многих современных САК: различные типы координатных измерительных машин (КИМ) с контактными головками, оптические КИМ, контактные и лазерные измерительные головки для решения технологических задач на станках с ЧПУ (Приложения 1 и 2).

КИМ - средство измере­ния, предназначенное для проведения координатных измерений в общем случае не менее, чем по трем линейным или угловым координатам (коор­динатным перемещениям), причем, по меньшей мере, одна из координат должна быть линейной (рис.1).

Примечание. Для решения ограниченного круга задач измерения в плоскости могут применяться двухкоординатные измерительные машины с декартовой или полярной системой координат. В данной лабораторной работе студенты изучают особенности двухкоординатных измерений плоских деталей.

Геометрия детали - совокупность поверхностей (элемен­тов), ограничивающих деталь и характеризующихся размерами, формой и расположением.

Номинальная геометрия детали - геометрия детали, заданная чертежом или другими техническими документами, т.е. образованная по­верхностями (элементами), имеющими номинальные размеры, номинальную форму и номинальное расположение.

Реальная геометрия детали - геометрия детали, образованная реальными поверхностями (элементами).

Заменяющий элемент - поверхность иди линия номинальной формы, аппроксимирующая реальную поверхность или реальную линию и рассчитанная по координатам точек измерения в соответствии с принятым условием аппроксимации (выравнивания).

Заменяющая геометрия детали - геометрия детали, образован­ная заменяющими поверхностями (элементами).

Система координат машины (СКМ) - система координат, обра­зуемая направляющими координатных перемещений и измерительными систе­мами КИМ (рис.2).

Система координат детали (СКД) - система координат, образуемая базами детали (рис.3).

В тех случаях, когда размеры и расположение отдельных элементов деталей заданы относительно разных баз, для одной детали может быть несколько систем координат детали.

Математическое базирование - процедура, заключающаяся в расчете расположения системы координат детали (СКД) по предварительно измеренным в системе координат машины (СКМ) точкам базовых элементов детали к последующей трансформации координат точек других элементов деталииз СКМ в СКД (рис.4).

Стратегия измерения - число, расположение и последовательность обхода точек измерения при координатных измерениях детали (рис.5).

При координатных измерениях число точек измерения для от­дельного элемента детали определяется, в зависимости от вида элемента, отклонений его формы, задачи измерения (геометрических параметров, подлежащих определению), допустимой погрешности измерения. Минималь­ное число точек, по которым могут быть определены параметры размеров и расположения геометрически идеальных (номинальной формы) поверхностей и линий для часто встречающихся элементов, приведено в таблице 1.

Таблица 1.

Минимальное число точек измерения для определения параметров размера и расположения элементов номинальной формы.

Элемент	Минимальное число точек
Точка
Прямая
Окружность
Плоскость
Сфера
Цилиндр
Конус
Тор

Для измерения реальных элементов, имеющих отклонения формы, число точек измерения должно быть больше, чем минимальное, и его рекомендуется выбирать в соответствии с табл.2.

Таблица 2.

Число точек намерения для реальных элементов, имеющих отклонения формы.

Вид элемента	Измерение размеров и расположения элемента при отношении допуска (отклонения) формы к допуску раз­мера или расположения (в %)	Измерение отклонений формы элемента
до 10	св.10 до 50	свыше 50
Число точек измерения не менее
Прямая			30-50	30-50
Окружность			30-50	30-50
Плоскость			50-100	50-100
Сфера	б		40-70	40-70
Цилиндр			40-80	40-80
Конус			50-100	50-100
Тор			50-150	50-150

Отклонением размера называется отклонение реального размера от номинального.

Допуск размера – наибольшее допускаемое отклонение размера.

Отклонением формы называется отклонение формы реальной поверхности или реального профиля от формы номинальной поверхности или номинального профиля.

Количественно отклонение формы оценивается как наибольшее расстояние от точек реальной поверхности (профиля) до прилегающей поверхности (профиля) по нормали к прилегающей поверхности (профилю).

Допуск формы – наибольшее допускаемое значение отклонения формы.

Отклонением расположения называется отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения.

Допуск расположения – предел, ограничивающий допускаемое значение отклонения расположения.

Суммарным отклонением формы и расположения называется отклонение, являющееся результатом совместного проявления отклонения формы и расположения рассматриваемой поверхности или рассматриваемого профиля относительно заданных баз.

Суммарный допуск формы и расположения – предел, ограничивающий допускаемое значение суммарного отклонения формы и расположения.

База – элемент детали или сочетание элементов, определяющие одну из плоскостей или осей системы координат, по отношению к которой задается допуск расположения или определяется отклонение расположения рассматриваемого элемента.

Отклонение от прямолинейности в плоскости – наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей прямой в пределах нормируемого участка.

Допуск прямолинейности – наибольшее допускаемое значение отклонения от прямолинейности.

Отклонение от прямолинейности определяется как расстояние от наиболее удаленной точки линии, ограничивающей реальный контур детали, до номинальной прямой по формуле (3).

Отклонение от параллельности плоскостей – разность наибольшего и наименьшего расстояний между плоскостями в пределах нормируемого участка.

Отклонение от параллельности прямой (или оси) и плоскости – разность наибольшего и наименьшего расстояний между прямой (осью) и плоскостью на длине нормируемого участка.

Допуск параллельности – наибольшее допускаемое значение отклонения от параллельности.

Отклонение от параллельности может определяться по формуле (12) как произведение угла между 2 прямыми, вычисляемого по формулам (9) и (10), и длины отрезка прямой, допуск которой задан. Второй вариант расчета: расположить на краях нормируемого участка одной из прямой две точки, рассчитать по формуле (3) расстояния от каждой точки до другой прямой, разность расстояний и будет отклонением от параллельности.

Отклонение от перпендикулярности плоскостей – отклонение угла плоскости от прямого, выраженное в линейных единицах на длине нормируемого участка.

Отклонение от перпендикулярности плоскости (или оси, или прямой) относительно оси (прямой) – отклонение угла между плоскостью или осью (прямой) и базовой осью от прямого, выраженное в линейных единицах на длине нормируемого участка.

Допуск перпендикулярности – наибольшее допускаемое значение отклонения от перпендикулярности.

Отклонение от перпендикулярности определяется по формуле (11) как произведение угла между 2 прямыми, вычисляемого по формулам (9) и (10), и длины отрезка прямой, допуск которой задан.

Отклонение от соосности относительно оси базовой поверхности – наибольшее расстояние между осью рассматриваемой поверхности вращения и осью базовой поверхности на длине нормируемого участка.

Допуск соосности – удвоенное наибольшее допустимое значение отклонение от соосности (в диаметральном выражении) или наибольшее допускаемое значение отклонения от соосности (в радиусном выражении).

Отклонение от соосности определяется по формуле (12) как произведение угла между 2 прямыми, вычисляемого по формулам (9) и (10), и длины отрезка прямой, допуск которой задан. Если окружности или дуги окружностей расположены в плоскости, в которой производится измерение, то отклонение от соосности определиться как расстояние между центрами, рассчитанное по формуле (3). Предварительно по формулам (15) и (16) определяют необходимые координаты центров окружностей и дуг.