Повышение качества метрологической экспертизы технической документации с применением методологии двухмерных измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение качества метрологической экспертизы технической документации с применением методологии двухмерных измерений

В.И. Глухов,

О.Ю. Златкина,

И.А. Ивлева,

Н.Н. Майер

Аннотация

В статье показывается значимость метрологической экспертизы технической документации и необходимость применения методологии двухмерных измерений для повышения проектного качества продукции. Раскрывается содержание понятий "размер" и "информативность" геометрических элементов, их влияние на точность изготовления деталей. Рассматривается необходимость построения геометрических моделей деталей для определения полноты и правильности назначения координат и допускаемых отклонений расположения элементов, размеров элементов и формы их поверхностей при проведении метрологической экспертизы технической документации.

Ключевые слова - метрологическая экспертиза, геометрические характеристики, размерная точность, информативность, система координат.

Введение

Качество продукции формируется, обеспечивается и поддерживается на всех процессах ее жизненного цикла. Различают проектное, производственное и эксплуатационное качество. Потребитель продукции оценивает эксплуатационное качество, которое закладывается на этапе проектирования и создается на этапе производства [1]. Для повышения проектного качества необходимо проведение метрологической экспертизы технической документации. Согласно РМГ 63-2003 "метрологическую экспертизу технической документации проводят путем анализа и оценивания технических решений в части метрологического обеспечения (технических решений, касающихся измеряемых параметров, установления требований к точности измерений, выбора метода и средств измерений, их метрологического обслуживания)". Так как проектные документы содержат все основные параметры функционального назначения детали или изделия, очень важно выявить и устранить несоответствия и недоработки на первых этапах жизненного цикла продукции, т.к. в дальнейшем их устранение приведет к значительному увеличению затрат. Применение методологии двухмерных измерений размерных и геометрических величин позволяет выявить дефекты и недоработки на стадии проектирования при проведении метрологической экспертизы технической документации. Также методология двухмерных измерений позволяет повысить качество и достоверность измерений при изготовлении, контроле, эксплуатации и ремонте изделий.

Постановка задачи

Целью проводимых исследований является повышение качества метрологического обеспечения производства на всех процессах жизненного цикла продукции путем применения методологии двухмерных измерений, повышающей точность познания действительных значений размеров деталей на основе принципов служебного назначения детали, инверсии, системности, единства баз, взаимозаменяемости и процессности.

Теория

Методология двухмерных измерений является дальнейшим развитием традиционных методологий разовых и допусковых измерений и опирается на основные метрологические принципы: принципы Тейлора, принципы Аббе, принцип инверсии, единства баз, дополняя их принципом двухмерности геометрических характеристик деталей [2].

Научную основу точности деталей составляет содержание понятия "размер". Размеры деталей - это линейные и угловые величины и координаты элементов, имеющих определенную информативность и выполняющих в детали определенное служебное назначение [3]. Под элементами здесь и далее понимаются геометрические элементы, выполняющие в деталях служебное назначение исполнительных поверхностей и конструкторских баз. Информативность - это сумма степеней свободы (максимально до трех линейных и трех угловых), ограничиваемая базовым элементом [4]. Все размеры деталей по своему назначению можно поделить на два основных типа: координирующие размеры и элементные размеры. Координирующие размеры - определяют положение элементов относительно конструкторских баз детали, элементные размеры - определяют пространственную форму и габариты геометрических элементов деталей [2]. Информативность элементов определяет количество линейных и угловых координирующих размеров элемента и совпадает с числом и видом степеней свободы, которых может лишать элемент в функции конструкторской базы.

Рис. 1. Вид декартовой вспомогательной системы координат CґXґYґZґ прямоугольного призматического элемента в обобщенной системе координат 0XYZ детали

Реальная форма поверхностей элементов делает элементный размер переменным, ограничиваемым двумя предельными размерами - наибольшим и наименьшим. Согласно ГОСТ 25346-89 для вала наибольший диаметр - это диаметр наименьшего правильного воображаемого цилиндра, который может быть описан вокруг вала так, чтобы плотно контактировать с наиболее выступающими точками поверхности на длине соединения (не должен превышать предела максимума материала), а наименьшим диаметром вала будет минимальное расстояние между противолежащими точками цилиндрической поверхности на длине сопряжения (не должно быть меньше предела минимума материала). Также, в свою очередь, реальное расположение элементов деталей делает переменными координирующие размеры, которые также ограничиваются наибольшим и наименьшим значениями и измеряются как расстояние между прилегающими к реальным поверхностям или их осями в направлениях, определяемых конструкторкими базами [5]. Следовательно, все элементные размеры имеют два граничных значения - размер максимума материала и размер минимума материала, т.е. подчиняются принципу двухмерности размеров. Размер максимума материала элемента является основным, т.к. участвует в сопряжении и определяет характер посадки и размерную точность элемента, размер минимума элемента определяет его прочность. Таким образом, при проведении метрологической экспертизы рабочих чертежей деталей крайне важно учитывать принцип двухмерности размеров при оценке правильности назначения норм точности элементов.

Огромное значение имеет идентификация обобщенной системы координат детали, в которой отсчитываются координирующие размеры. Обобщенная система координат материализуется комплектами основных или вспомогательных конструкторских баз. Информативность баз определяет различную информативность координатных плоскостей (3, 2 или 1) и осей координат (4, 2 или ноль и) для прямоугольной декартовой системы координат (см. рис. 1). Оси систем координат имеют разную информативность, задавать координирующие углы можно только от осей с максимальной информативностью: 4 - в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с информативностью 3 и 2; 2 - в третьей координатной плоскости с информативностью 1.

Результаты экспериментов

В современном производстве большой объем измерений составляет измерение геометрических харакетристик, т.к. ими определяется точность кинематики и динамики изделия. Показателями точности деталей являются:

- точность размеров (размерная точность);

- точность формы и относительного расположения поверхностей (геометрическая точность);

- шероховатость (качество) поверхностей [3].

Раскрытие взаимосвязей отклонений положения, размеров и формы поверхностей элементов наиболее полно можно осуществить при помощи построения геометрической модели детали. Геометрическая модель представляет собой графическое изображение, объективно отражающее все первичные погрешности детали за счет ее деления на элементарные составные части - геометрические элементы, по своему служебному назначению являющимися исполнительными поверхностями и конструкторскими базами. Реальные модели деталей могут служить основой для метрологической экспертизы рабочих чертежей деталей с целью определения полноты и правильности назначения допускаемых отклонений размеров, формы и расположения. Сравнение первичных погрешностей детали с заданными на чертеже допусками позволит судить о полноте и правильности их назначения.

В качестве примера рассмотрим рис. 2, на котором приведены номинальный эскиз выходного вала редуктора (см. рис. 2а) и его геометрическая модель (см. рис. 2б). Номинальный эскиз показывает, что оси обобщенной системы координат 0XYZ и вспомогательной системы координат 0ґXґYґZґ номинально параллельны, а оси Z4 и Zґ4 соосны. Однако геометрическая модель детали показывает, что оси систем координат не параллельны и не соосны. Это происходит из-за образования первичных погрешностей положения - угловых перекосов и смещений центров и плоскостей симметрии элементов. Так, если рассматривать двойную направляющую базу АБ 4, то видно, что она состоит из двух цилиндрических элементов А 2 и Б 2. Эти элементы отдают по две степени свободы для образования оси Z4, следовательно, учитывая, что максимальная информативность цилиндрического элемента равна четырем, у каждой из баз А 2 и Б 2 остаются неиспользованными по 2 степени свободы - повороты вокруг осей X и Y, что приводит к образованию угловых перекосов: 0°±AEX1 и 0°±AEX2 - вокруг оси Х 2 и 0°±AEY1 и 0°±AEY2 - вокруг оси Yи. Эти угловые перекосы вызывают перекос баз А 2 и Б 2 относительно оси Z4 и являются векторными погрешностями, которые могут иметь любые направления в материале детали. Анализ модели показывает, что каждый симметричный элемент имеет свою ось (плоскость) симметрии. Это только один из примеров образования первичных погрешностей, которые могли быть не учтены при проведении метрологической экспертизы и ограничены допусками соосности при изготовлении детали, если бы не была построена геометрическая модель. Аналогично все первичные погрешности модели должны быть ограничены допусками геометрических характеристик.

Рис. 2. Выходной вал редуктора: а) номинальный эскиз; б) геометрическая модель метрологический экспертиза качество

Обсуждение результатов

На обсуждение выносятся следующие утверждения:

- при проведении метрологической экспертизы технической и конструкторской документации важно учитывать принцип двухмерности размеров, информативность координатных плоскостей и осей координат, а также учитывать служебное назначение элементов, составляющих кинематические пары;

- построение геометрической модели объекта позволяет максимально полно отразить все первичный погрешности детали, что позволяет более наглядно проверить полноту и правильность назначения допускаемых отклонений;

- принцип двухмерности размеров позволяет повысить уровень нормирования точности в конструкторской и технологической документациях, за счет учета информативности и служебного назначения баз элементов, преодоления избыточности базирования.

Выводы и заключение

Применение методологии двухмерных измерений обуславливает более высокий уровень нормирования точности при разработке конструкторской и технологической документации за счет учета информативности и служебного назначения элементов. Применение методологии рекомендуется на предприятиях, аккредитованных на право проведения метрологической экспертизы технологической и конструкторской документации.

Методология разработана на кафедре "Метрология и приборостроение" Омского государственного технического университета. Кафедра специализируется на подготовке метрологов и конструкторов приборов для линейно-угловых измерений. Кафедра имеет полувековой опты метрологического обеспечения точности технических изделий. Методология апробирована и показала свою эффективность на предприятиях г. Омска, Казахстана и Камском автомобильном заводе (КАМАЗ).

Список литературы

1. Зимина Е.В., Кайнова В.Н. Роль метрологической экспертизы технической документации в повышении проектного качества продукции // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. - 2015. - № 4 (111). - С. 186-192.

2. Глухов В.И. Методология достоверных измерений размеров деталей / В.И. Глухов // Измерительная техника. - 1998. - №5. - С. 9-13.

3. Глухов В.И. Норматиная база метрологического обеспечения точности геометрических характеристик для процессов жизненного цикла оборонной продукции // Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в Российской Федерации: материалы XI Всероссийской науч.-техн. конф. - 2016. - С. 31-32.

4. Glukhov V.I. Geometrical product specifications: Alternative standardization principles, coordinate systems, models, classification and verification / V.I. Glukhov // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics), IEEE Conference Publications - 2014, P. 1-9.

5. Глухов В.И. Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации в машиностроении: методические указания / В.И. Глухов. Омск: ОмГТУ, 2015. - 132 с.: ил.

6. РМГ 63-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Метрологическая экспертиза технической документации. - М.: ИПК изд-во стандартов, 2004.

7. ГОСТ 25346-89 Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений. - Введ. 1990-01-01. - М.: Изд-во стандартов. - 23 стр.

Размещено на Allbest.ru