В.М. Пачевский М.Н. Краснова

А.Н. Осинцев

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Учебное пособие

Воронеж 2012

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.М. Пачевский М.Н. Краснова

А.Н. Осинцев

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

В оронеж 2012

УДК 530.1 (075.8)

Пачевский В.М. Метрологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств: учеб. пособие / В.М. Пачевский, М.Н. Краснова, А.Н. Осинцев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 145 с.

Учебное пособие содержит информацию по особенностям контрольно-измерительной системы, контролю и диагностики автоматизированных машиностроительных производств. Освещено понятие о техническом контроле, объекты технического контроля, процессы их создания, обслуживания, соответствующих технической документации. Проведена структура контрольно-измерительной системы, режимы ее функционирования, особенности ее реализации в условиях автоматизированного производства и, в частности, в условиях применения в гибких производственных системах (ГПС).

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» профилю «Металлообрабатывающие станки и комплексы», дисциплине «Метрологическое обеспечение автоматизированных промышленных производств».

Учебное пособие может быть использовано при выполнении курсовых и дипломных проектов и как руководство при выполнении лабораторных работ, а также в производственных условиях применительно к автоматизированному машиностроению.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержится в файле МОАМП. doc.

Табл. 1. Ил. 41. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор д-р техн. наук, проф. Ю.С. Ткаченко

Рецензенты: кафедра естественных дисциплин

Воронежского государственного

университета инженерных технологий

(зав. кафедрой д-р техн. наук,

проф. А.С. Борсяков);

д-р техн. наук, проф. Ю.С. Ткаченко

© Пачевский В.М., Краснова М.Н.,

Осинцев А.Н., 2012

© Оформление. ФГБОУ ВПО

«Воронежский государственный

технический университет», 2012

Введение

Задача увеличения объемов производства без привлечения дополнительной рабочей силы может быть успешно решена, прежде всего, комплексной автоматизацией основных и вспомогательных операций производственного цикла.

Последнее десятилетие наблюдается тенденция смещения центра тяжести от производства со стабильной узкой номенклатурой изделий к многономенклатурным производствам с быстрой сменяемостью программ. Согласно мировым прогнозам эта тенденция сохранится в обозримом будущем. Многономенклатурное производство будет доминировать, составляя более 80 % общего объема промышленного производства.

Системный подход к вопросу создания переналаживаемых автоматизированных производств требует одновременного и взаимоувязанного решения ряда научно-технических, технологических и организационных задач.

В составе систем автоматизации информационных потоков и управления оборудованием одно из главных мест занимает система контроля качества технологического процесса, обеспечивающая выход с каждого производственного модуля годной продукции. Сюда же относятся системы диагностирования режущего инструмента, исполнительных механизмов и сложных электронных систем в режиме оперативного и профилактического контроля. Для решения многовариантных технологических задач случайного характера и системы проверки правильности принятия решения плодотворными оказываются методы имитационного моделирования технологических процессов.

Контроль и диагностика автоматизированного машиностроительного производства обеспечивает, во-первых, требуемое качество продукции путем современного представления информации о параметрах заготовок, инструмента и другого технического оснащения, а во-вторых, реализуется в системе функциональной поддержки работоспособного состояния всех систем технологического оснащения.

1. Роль метрологического обеспечения в автоматизированном машиностроительном производстве

1.1. Основные понятия метрологии, контроля и диагностики

Метрология — наука об измерениях физических вели­чин, методах и средствах обеспечения их, единства и способах дости­жения требуемой точности.

Основные задачи метрологии — установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, разработка теории, методов и средств измерений и контроля, обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений, разработка методов оценки погрешностей, со­стояния средств измерения и контроля, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим сред­ствам измерений.

Измерение физической величины выполняют опытным путем с помощью технических средств. В результате измерения получают значение физической величины. Это значение найденное при измерении, на­зывают действительным. В ряде случаев нет необходимости опреде­лять действительное значение физической величины, например при оценке соответствия физической величины установленному допуску.

Следовательно, при контроле определяют соответствие действи­тельного значения физической величины установленным значениям. Примером контрольных средств являются калибры, шаблоны, уст­ройства с электроконтактными преобразователями.

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).

Точность в технике — это степень приближения истинного зна­чения параметра, процесса, предмета к его заданному значению.

Требования к точности могут относиться к точности механичес­кого или другого вида обработки, механизмов и машин, систем авто­матизированного управления, измерений и т.д.

Вместе с термином "точность" более часто для аналогичной оцен­ки используется термин "погрешность", поэтому необходимо дать не­которые пояснения по различию этих терминов и разграничению области их применения. Когда употребляют термин "точность", то обычно имеют в виду качественный показатель, характеризующий отличие этого показателя от заданного значения. Поэтому, говоря о точности, употребляют выражения "высокая точность", "низкая точ­ность" и т.д. Однако эти понятия или термин "точность" невозможно использовать при нормировании требований о приближении значения к заданному.

Термин "погрешность" используется для количественной оценки точности. Погрешность — разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением. Это опреде­ление относится к так называемой абсолютной погрешности, которая обычно нормируется для характеристики точности в машиностроении. Таким образом, строго говоря, нормируется погрешность как показа­тель точности. Во всех случаях, когда считают, что точность "высо­кая" или "низкая", необходимо в подтверждении указывать значение погрешности. Нельзя говорить, например, о "высокой точности изго­товления", если не указывается погрешность этого изготовления.

Необходимо обратить внимание на необходимость говорить не о точности изготовления детали, а о точности изготовления элемен­тов детали. Любая деталь, даже простейшая, состоит из нескольких элементов. Так, цилиндрический валик состоит из элемента в виде цилиндрической поверхности и двух элементов в виде плоскостей, требования к точности у которых разные. Цилиндрический валик мо­жет иметь несколько ступеней, и требования к точности изготовления размеров их диаметров, как правило, разные, поскольку у них разные эксплуатационные функции.

Более точно следует говорить, что в машиностроении чаще всего нормируются требования к точности элементов детали, но иногда и всего механизма.

Могут возникнуть вопросы: зачем нормировать требования к точ­ности и почему нельзя изготовить абсолютно точно элементы детали и не нормировать и не рассматривать вопросы точности?

Однако изготовить абсолютно точно элементы детали невозмож­но да и не нужно, так как,

- в зависимости от назначения элемента детали требования к его точности должны быть разные;

- по целому ряду причин невозможно изготовить абсолютно точно любой элемент детали, даже самый простой;

- чем точнее требуется изготовить элемент детали, тем дороже будет это изготовление; стоимость изготовления с повышением требо­ваний к точности увеличивается по кривой второго порядка.

Таким образом, изготовить абсолютно точно элемент детали невозможно, не нужно, и чем точнее требуется изготовление, тем дороже обходится эта продукция. На последнее обстоятельство необ­ходимо обратить Ваше внимание для того, чтобы в своей практической деятельности Вы не назначали требований к точности больше, чем в действительности требуется для работы этого элемента. Вопрос пра­вильного назначения требований к точности очень сложный и для его решения нужны не только знания, но и практический Опыт.

В отношении элементов деталей в машиностроении нормиро­вание точности, т.е. установление требований о степени приближения к заданному значению, состоянию или положению можно и нужно рассматривать в отношении нескольких параметров (показателей), характеризующих определенные эксплуатационные свойства и уста­навливающие связь с причинами проявления неточности.

Есть много причин, по которым невозможно изготовить элементы детали абсолютно точно. Ниже рассмотрены основные из них, воз­никающие при изготовлении элементов деталей в машиностроении.

- состояние оборудования и его точность. Обрабатывающий станок в большинстве случаев почти полностью переносит свою неточ­ность обрабатываемой детали. Так, биение шлифовального круга и вибрации приводят к появлению поверхностных неровностей. Шаг нарезаемой резьбы почти полностью копируется с шага винта токар­ного станка и т.д. Если устройство для подачи инструмента работает не плавно, то невозможно получить точный размер. Точность штампа полностью переносится на точность детали.

- качество и состояние технологической оснастки. К такой оснастке относится вспомогательное оборудование. Если в кондукторе для сверления неправильно расположены отверстия, то эта погреш­ность перейдет и на деталь. Если центра для установки детали на шлифовальном станке сбиты, то невозможно получить цилиндричес­кую деталь, она может оказаться конусной.

- режимы обработки. Для каждой детали и деталей с близкими размерами и близкими требованиями к точности по указанным четы­рем геометрическим параметрам должны быть оптимальные режимы обработки. Если при шлифовании давать очень большие подачи, то могут получиться большие неровности на поверхности, прижоги, т.е. деталь так разогреется, что закаленная поверхность может оказаться отпущенной.

- неоднородность материала заготовок и неодинаковость при­пуска на обработку. Из-за этих причин происходит износ инструмен­та, т.е. его размер может меняться от начала до конца обработки одной детали. Разные припуски приводят к разному разогреву детали, и ее размер после остывания оказывается другим, чем непосредственно после обработки. Неоднородность заготовок по твердости в разных местах приводит к появлению вибраций в процессе резания, а это в свою очередь — к появлению поверхностных неровностей.

- температурные условия. Во всем мире установлено, что все размеры должны определяться при температуре 20°С. Поэтому, если температура отличается от 20°С, особенно в процессе изготовления или измерений, то это отражается как на размере детали, так и на искажении формы и расположения ее поверхностей.

- упругие деформации детали, станка, инструмента. Если при установке детали на станке в центрах сильно подать ее, то практи­чески невозможно получить цилиндрическую поверхность, поскольку деталь изогнется из-за поджимов. Сильно прижатая к плоскости стан­ка деталь после обработки и снятия нагрузки может оказаться не­правильной формы.

- квалификация и субъективные ошибки рабочего. При работе на определенном виде оборудования рабочий должен приобрести на­вык. Это дается годами и при этом не обязательно рабочие, прорабо­тавшие одинаковое время на одинаковых станках, способны сделать деталь одинаковой точности. Это в значительной мере зависит от ин­дивидуальных особенностей человека — субъективные факторы — и имеет место, как в процессе изготовления, так и в процессе измерения.

Приведенные причины показывают, что невозможно изготовить детали совершенно одинаковые и без погрешностей. В связи с этим при решении вопроса о взаимозаменяемости приходится решать вопрос о том, насколько можно допустить отклонение по приведенным четырем геометрическим параметрам с тем, чтобы эта деталь или узел обладали свойством взаимозаменяемости, т.е. нормировать требования к точ­ности. Конструктор должен решать вопрос о нормировании оптималь­ной точности, которая действительно нужна, а технолог решать вопрос, как при существующем оборудовании добиться установленной конструктором точности. Конструктор часто стремится нормировать более высокую точность (не всегда достоверно известна требуемая), а технолог заинтересован в меньшей точности (легче и дешевле изго­тавливать) . И так существует постоянное противоречие между разра­ботчиком и изготовителем.

Существенное значение в решении метрологических задач принадлежит контролю и диагностики.

Контроль — это процесс сбора и обработки информации в целях определения событий. Если событием является факт достижения некоторым параметром объекта некоторого значения, то говорят о контроле параметров. Если фиксируемым событием является установление факта пребывания объекта в исправном или неисправном, работоспособном или неработоспособном состоянии либо состоянии правильного или неправильного функционирования, то можно говорить о контроле технического состояния объекта.

Техническая диагностика включает в себя теорию, методы и средства обнаружения и поиска дефектов объектов технической природы. Под дефектом понимают любое несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым. Обнаружение дефекта есть установление факта его наличия или отсутствия его в объекте. Поиск дефекта заключается в указании с определенной точностью его местоположения в объекте. Основное назначение диагностики состоит в повышении надежности объектов на этапе их производства, эксплуатации или хранения.

Характер контроля и диагностики в значительной степени предопределяется уровнем машиностроительного производства и развивается в соответствии с развитием машиностроения.