Разработка методов и средств активного контроля геометрических параметров вкладышей подшипников скольжения

Задача существенного улучшения качества промышленной продукции, а следовательно, повышения надежности и долговечности может быть успешно решена при условии совершенствования производства и методов контроля качества продукции [1].

Контроль качества продукции заключается в проверке соответствия показателей ее качества установленным требованиям. Важными критериями высокого качества деталей машин являются физические, геометрические и функциональные показатели, а также технологические признаки качества, например, отсутствие недопустимых дефектов типа нарушения сплошности материала, соответствие физико-механических свойств и структуры основного материала и покрытия, геометрических размеров и чистоты обработки поверхности требуемым показателям технической документации.

Современные изделия машиностроения характеризуются повышенными показателями точности, надежности и долговечности, определяющими качество продукции в целом. За последние годы допуски на линейные и угловые размеры в ряде отраслей машиностроения уменьшились на порядок, а в некоторых случаях на два порядка. Обеспечение этих показателей требует совершенствование технологических процессов и прежде всего повышения точности обработки изделий и, как следствие, соответствующего повышения точности средств измерений.

В связи с возрастающим объемом производства биметаллических вкладышей, повышением требований к их эксплуатационным характеристикам становятся актуальными задачи повышения их точности производства и снижения затрат на их изготовление. Решение этих задач связано как с совершенствованием технологического оборудования для производства вкладышей, так и автоматических средств измерения и активного контроля качества (АСИиАК). Внедрение средств активного контроля позволяет обеспечить профилактику бракаповысить качество изготовления деталей благодаря автоматическому поддержанию оптимальных режимов обработки и производительность изготовления вследствие сокращения вспомогательного времени на контроль и возможность многостаночного обслуживанияоблегчить работу станочников и обеспечить безопасность их трудаполучить высокую точность при сравнительно невысокой квалификации операторов.

Технологический процесс производства вкладышей подшипников как при массовом, так и при мелкосерийном производстве, должен гарантировать высокую точность изготовления биметаллических вкладышей для обеспечения их взаимозаменяемости и надежной работы [5].

Основными геометрическими параметрами вкладышей (ГОСТ ИСО 12 301−95. Подшипники скольжения. Методы контроля геометрических показателей и показателей качества материалов) являются:

• высота вкладышей, например, Д-50Л в пределах шатунных 37 ± °'060 0,110 мм и коренных 40,5 +Q.Q6Q ммо, по.

• отклонение от параллельности поверхностей разъема вкладыша относительно образующей наружной цилиндрической поверхности в пределах 0,020 мм;

• прилегание наружной цилиндрической поверхности вкладыша к поверхности постели гнезда контрольного приспособления у вкладышей автомобильных и тракторных двигателей должно быть не менее 90% площади поверхности, а у дизельных двигателей и компрессоров — не менее 80%;

• контроль толщины стенки вкладыша, при этом разностенность вкладыша не должна превышать 0,01 мм при диаметре его до 100 мм, 0,015 мм — при диаметре от 100 до 220 мм и 0,022 мм — при диаметре выше 220 мм;

• разностенность вкладыша не должна превышать 0,01 мм при диаметре его до 100 мм, 0,015 мм — при диаметре от 100 до 220 мм и 0,022 ммпри диаметре выше 220 мм;

• внутренняя поверхность вкладышей должна обрабатываться до чистоты не ниже 8-го класса по ГОСТ 2789–85.

Первые три параметра контролируются на устройстве пресс контрольный модели К9.2 281 800.000 (Россия, проммашэкспорт), содержащее станину, пневматический цилиндр в сборе, корпус, стабилизатор давления с фильтром, распределительный кран, контрольное гнездо, жесткий эталон, индикатор контроля высоты, индикаторы контроля непараллельности плоскости разъема, прижимную неподвижную планку, держатель индикаторов, манометр по методикам контроля геометрических параметров вкладышей подшипников (МИ 207.02−93, МИ 207.05−93 и МИ 207.06−93).

Повышение производительности труда в машиностроении на современном этапе предъявляет соответствующие требования и к средствам измерений. В массовом производстве вкладышей производительность средств измерений должна достигать нескольких десятков тысяч изделий в час. Так, продолжительность обработки плоскостей разъема вкладышей не превышает 3 секунды. В течение части этого времени (не более 0,02 секунды) измерительная система активного контроля должна произвести измерение обрабатываемой детали и выдать несколько команд в схему управления станком.

Необходимость получения высокого и стабильного уровня качества вкладышей с минимальными затратами при стопроцентном контроле требует, чтобы «центр тяжести» измерений переместился непосредственно на рабочее место к производственному оборудованию, туда, где это качество формируется.

Таким образом, интенсификация и автоматизация технологических процессов, рост требований к качеству определили необходимость к разработке и созданию новых эффективных методов и автоматических средств измерения и активного контроля качества (АСИиАК) в современном производстве вкладышей подшипников скольжения, так как использование разработанной измерительной техники предназначено не только для контроля качества вкладышей, но и для формирования информации по управлению качеством, обеспечивая повышение точности машин и производительности труда.

Цель диссертационной работы заключается в разработке и внедрении новых эффективных методов и автоматических средств измерения и активного контроля геометрических параметров биметаллических вкладышей в процессе их изготовления с заданными параметрами, методики контроля этих параметров, и в итоге повышение производительности контроля и предупреждение появления брака.

Для достижения постановленной цели необходимо:

— провести обзор и сравнительный анализ методов и измерительных средств контроля геометрических параметров вкладышей с позиции обеспечения достаточной точности, удобства и оперативности контроля;

— разработать и исследовать более эффективные методы контроля геометрических параметров вкладышей в процессе их изготовления, позволяющие повысить точность обработки вкладышей, производительность контроля и обеспечить предупреждение появления брака;

— разработать измерительно-управляющие системы (ИУС), реализующие эти методы;

— разработать математическое, программное и метрологическое обеспечение, разработанной ИУС;

— провести анализ возможных источников погрешностей косвенных измерений геометрических параметров вкладышей и оценить их величину;

— осуществить экспериментальную проверку результатов работы и внедрить в промышленное производство.

Методы исследования базируются на использовании математического моделирования, математической статистики, компьютерных технологиях и метрологии.

Для проверки теоретических положений использованы экспериментальные методы: физические моделирование и макетирование.

Ожидаемые научные результаты диссертационной работы включают:

— новый метод активного контроля геометрических параметров вкладышей, отличающийся возможностью бесконтактного контроля трех основных параметров качества каждого вкладыша в автоматическом режиме непосредственно на вертикально-протяжных станках в зоне их обработки с компенсацией температурной погрешности, погрешности базирования и износа инструмента;

— метод автоматической подналадки режущего инструмента малыми перемещениями по результатам контроля. Методы позволяют проводить непрерывный контроль высоты вкладышей, отклонение от параллельности поверхностей разъема вкладыша относительно образующей его наружной цилиндрической поверхности, прилегание наружной цилиндрической поверхности вкладыша к поверхности гнезда контрольного приспособления;

— математическое и алгоритмическое обеспечения ИУС, позволяющие автоматизировать процесс контроля геометрических параметров вкладышей, повысить производительность контроля не менее чем в два раза, а также точность контроля и точность обработки изделий, что обеспечивает предупреждение брака вкладышей.

Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке и внедрении ИУС, реализующей предложенные методы активного контроля геометрических параметров вкладышей подшипников скольжения.

Применение разработанной ИУС позволит повысить производительность, точность контроля и точность обработки.

Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, литературы и приложений.

Первая глава посвящена исследованию современного состояния техники измерения линейных размеров изделий. Отмечена важность решения проблемы качества изделий из биметаллов, создания и внедрения методов и средств активного контроля показателей качества.

В главе формируются требования, предъявляемые к современным средствам измерения геометрических размеров изделий, проводится обзор и сравнительный анализ существующих методов и средств указанного назначения, определяются задачи исследования.

Исходя из требований высокой производительности, оперативности и точности контроля, показано, что существующие методы и средства контроля геометрических параметров изделий не удовлетворяют современным требованиям практики активного контроля геометрических параметров вкладышей подшипников скольжения.

Во второй главе дано теоретическое обоснование предлагаемых методов активного контроля геометрических параметров изделий в технологическом процессе их изготовления, а также методов повышения точности обработки вкладышей.

В работе приведен разработанный метод активного контроля геометрических размеров вкладышей в процессе протягивания плоскостей разъема, позволяющий повысить точность обработки, производительность контроля и обеспечить предупреждение появления брака.

В главе рассматриваются также задачи повышения точности обработки вкладышей на вертикально-протяжных станках.

Третья глава посвящена созданию измерительно-управляющей системы контроля геометрических параметров вкладышей в процессе протягивания плоскостей разъемов на вертикально-протяжном станке и в процессе алмазной расточки внутренней поверхности вкладышей. В главе дано также и описание разработанной автоматической системы контроля толщины вкладышей подшипников скольжения, позволяющая в едином технологическом цикле производства осуществлять непрерывный контроль толщины готовых вкладышей. Автоматическая система может быть использована предприятиями потребителями вкладышей для осуществления входного контроля. Кроме того, в главе представлена конструкция бесконтактного преобразователя линейных перемещений, позволяющий контролировать геометрические размеры вкладышей в процессе их обработки и проведен анализ точности обработки геометрических размеров вкладышей по результатам натурных испытаний.

В четвертой главе приводится анализ влияния различных компонент составляющих погрешностей на точность контроля геометрических параметров вкладышей. Выявлены доминирующие погрешности обработки плоскостей разъемов вкладышей с возможностью компенсации системой активного контроля погрешности измерения, вызванные колебаниями температуры и погрешности от изменения взаимного положения детали и датчика вследствие неточности базирования.

Показано, что для индуктивных измерительных датчиков в качестве основных являются погрешность от нелинейности характеристики и влияния температуры. Приведены аналитические зависимости для расчета температурной погрешности.

В приложении помещены описание технологического процесса производства вкладышей и результаты исследования бесконтактных датчиков.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработан метод активного высокопроизводительного контроля геометрических размеров вкладышей в процессе протягивания плоскостей разъема, проведена его экспериментальная проверка с целью повышения точности обработки, производительности контроля и предупреждения появления бракка.

2. Разработан метод повышения точности обработки вкладышей применительно к вертикально-протяжным станкам. Для этого рассмотрена математическая модель погрешностей обработки. Разработан алгоритм контроля и процесса автоматической подналадки режущего инструмента для реализации ИУС.

3. Разработана измерительно-управляющая система контроля геометрических параметров в процессе протягивания плоскостей разъемов вкладышей на вертикально-протяжном станке и в процессе расточки внутренней поверхности вкладышей на алмазно-расточном станке. Разработанные алгоритмы, математическое и программное обеспечение ИУС позволяют осуществлять автоматические измерения и подналадку режущего инструмента пропорциональным сигналом, выявлять брак по геометрическим размерам, выявлять износ инструмента за один цикл обработки и сравнивать накопленный износ с допускаемым, осуществлять автоматическую компенсацию погрешностей обработки от тепловых деформаций и износа инструмента. ИУС позволила не менее чем в 2 раза повысить производительность контроля, а также на 60% уменьшить разброс отклонений размеров обрабатываемых вкладышей. Погрешность измерения геометрических параметров вкладышей во время обработки не превысила 5%.

4. Разработана автоматическая система контроля толщины вкладышей подшипников скольжения для осуществления входного контроля предприятиями потребителями вкладышей, позволяющая производить разбраковку вкладышей.

5. Разработаны и испытаны бесконтактные преобразователи с небольшими массогабаритными параметрами для контроля геометрических размеров вкладышей в процессе их обработки. При этом определены оптимальная величина зазора в их магнитопроводе и расстояние от преобразователя до контролируемых изделий, определяющие максимальную чувствительность и минимальную нелинейность статической характеристики преобразователя.

6. Проведен анализ точности обработки геометрических размеров вкладышей по результатам натурных испытаний.

7. Для повышения точности управляющего контроля рассмотрены в первую очередь погрешности системы контроля в целом, возникающие при нормальных условиях работы. Выявлены доминирующие погрешности обработки плоскостей разъемов вкладышей с возможностью компенсации системой активного контроля погрешности измерения, вызванные колебаниями температуры и погрешности от изменения взаимного положения детали и датчика вследствие неточности базирования.

8. Показано, что для индуктивных измерительных преобразователей в качестве основных являются погрешность от нелинейности характеристики и температурная погрешность. Даны аналитические зависимости для расчета температурной погрешности.

Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательских работах, выполняемых на кафедре «Криминалистика и информатизация правовой деятельности» Тамбовского государственного технического университета, ОАО «Завод подшипников скольжения» г. Тамбов.

Работа выполнена в рамках реализации следующих государственных программ: программы Минвуза РФ «Комплексные системы измерений, контроля и испытаний в народном хозяйстве» на 1998;2000гг.- программы Минпромнауки РФ по финансированию научных исследований и экспериментальных разработок на возвратной основе, проект «Создание микропроцессорных приборов оперативного неразрушающего контроля термосопротивления многослойных строительных конструкций с пенополиуретановыми теплозащитными покрытиями», шифр «Теплогидрощит» на 2001;2002 гг.

Основные научные результаты работы обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях: — на Международной научной конференции «Информационные технологии при проектировании микропроцессорных систем», Тамбов, 2000 г.;

— на XV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Тамбов, 2002 г.;

— на V, VII и VIII научных конференциях ТГТУ Тамбов, 2000 — 2003 г. г.;

— на школе-семинаре молодых ученых «Метрология, стандартизация, сертификация и управление качеством продукции», Тамбов, 2003 г.;

— на IV Всероссийском с международным участием научно-практическом семинаре «В мире неразрушающего контроля и диагностики материалов, промышленных изделий и окружающей среды», г. Санкт-Петербург, 2003 г.

По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, 2 из них — патенты на изобретение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.