способ контроля формы и диаметров внутренних сечений крупногабаритных цилиндрических деталей

Формула изобретения

Способ контроля формы и диаметров крупногабаритных цилиндрических деталей, включающий установку внутрь обмеряемой детали измерительного устройства с плоскостью вращения перпендикулярной оси детали, вращение водила, в направляющих которого установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении подпружиненная измерительная штанга, на конце которой имеется ролик, катящийся по поверхности проверяемой детали, отличающийся тем, что ось вращения водила устанавливается относительно оси детали приблизительно, с точностью до 20% от диаметра, текущие значения радиуса детали и угла поворота водила через определенные промежутки передаются на электронное устройство (компьютер), которое накапливает результаты замеров, контролирует величину угла поворота водила, и при совершении водилом полного оборота численным интегрированием с использованием массива значений углов и радиусов контрольных точек определяют положение центра тяжести сечения детали, пересчитывают углы и радиусы контрольных точек детали относительно центра тяжести сечения детали, по пересчитанным значениям которых определяют геометрические характеристики сечения детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к контролю диаметров и отклонений от круглости крупногабаритных цилиндрических деталей типа обечаек.

Известен способ контроля формы отверстий, заключающийся в прецизионном вращении измерительного наконечника относительно неподвижной детали или детали относительно неподвижного наконечника. Измерения производятся ощупыванием поверхности детали по окружности наконечником индуктивного или пневматического преобразователя. Результаты измерения записываются самописцем в полярных координатах на круглограмме (бумажном диске). По круглограмме определяют отклонения от круглости непосредственно от прилегающей окружности. Для упрощения отсчета отклонений используется прозрачный шаблон с концентричными окружностями и радиальной шкалой, накладываемой на круглограмму [Рубинов А.Д. Контроль больших размеров в машиностроении / Справочник. - Л.: Машиностроение; 1982. - С. 193].

Недостатком способа является то, что ось вращения детали должна совпадать с осью вращения кругломера, а также невозможность непосредственного замера периметра отверстия.

Наиболее близким к заявляемому является способ контроля формы отверстий крупногабаритных деталей, заключающийся в установке внутрь обмеряемой детали измерительного устройства с плоскостью вращения перпендикулярной оси детали, центрировании образца круглости и оси водила относительно поверхности отверстия, вращении водила вокруг оси, в направляющих которого установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении подпружиненная измерительная штанга, на конце которой имеется ролик, катящийся по поверхности проверяемого отверстия. На измерительной штанге закреплено самопишущее устройство, которое регистрирует на бланке, установленном на торце образца круглости, в масштабе 1: 1 отклонения формы отверстия [Костич Б.Е., Гипп Н.Б. Кругломер для контроля формы отверстий диаметром до 4000 мм. - Измерительная техника, 1976, N 2. - С. 50-52].

Недостатком способа является большая трудоемкость измерений из-за необходимости центрирования оси вращения водила относительно поверхности отверстия с точностью до 0,03 мм, "ручной" обработки круглограммы с целью нахождения отклонений формы от круглости и диаметров от номинального значения; невозможность непосредственно замерить периметр отверстия; неточность определения отклонений из-за центрирования оси водила только по нескольким точкам отверстия без учета полной формы сечения отверстия.

Задача изобретения - снижение трудоемкости и повышение точности измерений геометрических параметров, а также обеспечение возможности определения периметра внутренних сечений цилиндрических деталей типа обечаек.

Поставленная задача решается тем, что способ контроля формы и диаметров внутренних сечений обечаек заключается в установке внутрь обмеряемой детали измерительного устройства с плоскостью вращения перпендикулярной оси детали, во вращении водила, в направляющих которого установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении подпружиненная измерительная штанга с роликом на ее конце, катящимся по проверяемой поверхности детали, причем ось вращения водила устанавливается относительно оси детали приблизительно, с точностью до +20% от диаметра, значения текущих радиуса детали и угла поворота водила через определенные промежутки с помощью датчиков передаются электронному устройству (например, компьютеру), которое накапливает результаты замеров, контролирует величину угла поворота водила, и при совершении водилом полного оборота численным интегрированием с использованием массива значений углов и радиусов контрольных точек определяют положение центра тяжести сечения детали, пересчитывают углы и радиусы контрольных точек детали относительно центра тяжести сечения детали, по пересчитанным значениям которых определяют геометрические характеристики сечения детали.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Измерительное устройство помещают внутрь детали, причем ось вращения устройства устанавливают относительно оси вращения детали приблизительно, с точностью до 20% от диаметра. Далее вращают вокруг оси водило, в направляющих которого установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении подпружиненная измерительная штанга с роликом на ее конце, катящимся по проверяемой поверхности детали. Значения текущих радиуса детали и угла поворота водила через определенные промежутки с помощью датчиков передаются электронному устройству (например, компьютеру), которое накапливает результаты замеров, контролирует величину угла поворота водила, и при совершении водилом полного оборота численным интегрированием с использованием массива значений углов и радиусов контрольных точек находят положение центра тяжести сечения детали, пересчитывают углы и радиусы контрольных точек детали относительно центра тяжести сечения детали, определяют периметр и средний диаметр сечения, максимальные отклонения формы от круглости и диаметров от номинального значения.

Пример использования способа.

Положение центра вращения водила O характеризуется координатами x₀ и y₀ относительно осей сечения детали (см. чертеж). Полагаем, что замер радиусов контрольных точек производится при вращении водила с шагом по углу, равным . По результатам измерений получаем массивы значений радиусов r_i и угловых координат _i контрольных точек, которые образуют табличную зависимость r_i = f( _i ), где i - номер контрольной точки.

Положение центра тяжести сечения детали определяется относительно центра вращения водила координатами, которые рассчитываются по формулам:



где S - площадь сечения детали;

S_x и S_y - статические моменты сечения детали относительно осей x и y соответственно.

Площадь сечения и статические моменты определяются по зависимостям:







Указанные выше интегралы находим численным интегрированием, поскольку зависимость радиусов r контрольных точек от их угловых координат имеет табличный вид r_i = f( _i ).

После нахождения положения центра тяжести сечения детали C пересчитываются значения r_i и _i контрольных точек относительно центра тяжести сечения C. Получаем новую зависимость r"_i = f( ), используя которую, находим периметр сечения детали, средний диаметр, максимальный и минимальный диаметры сечения, величину отклонения от круглости, наибольшее отклонение диаметра от среднего значения.

Периметр сечения детали определяется численным интегрированием следующей зависимости



где

Средний диаметр сечения детали определяется по формуле



то есть за средний диаметр сечения детали принимается диаметр идеальной окружности того же периметра.

Ниже в таблице приведены результаты расчетов геометрических характеристик сечения детали при различных положениях центра вращения водила, характеризующегося координатами x₀ и y₀. Сечение детали имеет профиль, описывающийся эллипсом с наибольшей осью D_max = 2100 мм и наименьшей осью D_min = 1900 мм. Шаг изменения угловой координаты был принят равным 1^o - практически целесообразное значение, которое обеспечивает достаточную точность измерений.

В таблице приняты следующие обозначения: P и D - периметр и средний диаметр сечения детали, рассчитанные по исходной зависимости r_i = f( _i ); S - площадь сечения детали; S_x и S_y - статические моменты сечения детали относительно осей x и y, x_c и y_c - координаты центра тяжести сечения детали; P" и D" - периметр и средний диаметр сечения детали, найденные по пересчитанной зависимости r"_i = f( ); D_max и D_min - максимальный и минимальный диаметры сечения детали; - максимальное отклонение профиля сечения от круглости ( = D_max - D_min); D - наибольшее отклонение диаметра от среднего значения.

Как видно из таблицы, положение центра вращения водила (с отклонением от центра тяжести сечения детали вплоть до 20% от значения среднего диаметра) не оказывает влияния на точность определения конечных геометрических характеристик сечения {P", D", D_max, D_min, , D ) по данному способу.

Использование предлагаемого способа позволит:

- снизить трудоемкость измерений за счет приблизительной центровки оси вращения водила и компьютерной обработки результатов измерений;

- повысить точность измерений за счет нахождения действительного центра сечения детали и определения радиусов сечения относительно данного центра;

- определять периметр сечения.