книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

активного контроля не компенсирует какую-либо погрешность, то это должно рассматриваться как существенный недостаток дан­ ного средства контроля и расцениваться как его погрешность. Так, например, при подналадке не компенсируются собственно случай­ ные погрешности, которые к самому средству активного контроля, казалось бы, не имеют никакого отношения. И тем не менее с точки зрения решения основной технологической задачи некомпенсируемые собственно случайные погрешности должны входить в состав суммарной погрешности подналадки. Однако такой комплексный подход к нормированию погрешностей активного контроля, выте­ кающий из его назначения, противоречит существующему в насто­ ящее время метрологическому подходу к оценке погрешностей, при котором не учитывается влияние технологических факторов.

Проблему активного контроля размеров иногда пытаются ре­ шать с позиций теории классического автоматического регулирова­ ния. Такой подход к вопросу также является достаточно узким. Точность системы автоматического регулирования в основном оп­ ределяется динамическими погрешностями и силами трения, что вытекает из основного уравнения движения этих систем:

ния технологических и метрологических факторов. Это объясняется дискретностью процессов получения размеров, их случайным харак­ тером и тем, что при данных процессах размеры обрабатываемых деталей изменяются весьма медленно. Как уже отмечалось, точ­ ность систем активного контроля размеров (особенно подналадочных систем) во многом определяется некомпенсируемыми ими тех­ нологическими погрешностями.

При дискретных технологических процессах и невысокой чув­ ствительности исполнительных органов станка использовать в пол­ ной мере точностные возможности систем автоматического регули­ рования не представляется возможным.

18

или иных устройств не может вызывать затруднений. Тем не менее иногда пытаются противопоставлять контроль в процессе обработ­ ки подналадочным системам. Подобное противопоставление осно­ вано, очевидно, на недоразумении. Известно, что компенсационные

в основном при обработке «на проход». Оба класса операций широ­ ко распространены в машиностроении. Известно, что подналадочные системы получили широкое распространение как за рубежом, так и у нас.

Подналадчик проще снять со станка, чем средство контроля в процессе обработки, которое органически включено в цикл рабо­ ты станка. Однако это обстоятельство не дает основания утвер­ ждать, что контроль в процессе обработки является наиболее пер­ спективным. Подобное утверждение может только вводить в за­ блуждение. При каждом классе операций используются свои сред­ ства активного контроля. Весьма целесообразно комбинировать системы подналадки с устройствами для стабилизации упругих пере-, мещений.

За последние годы наметилась тенденция к созданию при конт­ роле в процессе обработки комбинированных, двухступенчатых так

устройства фирм «Федераль», «Лендис», «Шеффилд», «Джон Шипман», устройство ОКБ, устройство, разработанное в Станкине и основанное на использовании чувствительного упора, и т. д.

При контроле в процессе обработки, осуществляемом прямым методом с помощью обычных приборов, компенсируются почти все технологические погрешности, за исключением температурных по­ грешностей обрабатываемых деталей, причем компенсируются как систематические, так и случайные составляющие погрешности обра­ ботки. Однако при контактном методе измерения в этом случае появляется дополнительная погрешность, вызываемая износом из­ мерительных наконечников прибора. Двухступенчатые системы позволяют компенсировать износ измерительных наконечников, а также при определенных условиях функциональные температур­ ные погрешности деталей (при условии выравнивания температур деталей на измерительной позиции подналадчика). Таким образом, двухступенчатое регулирование позволяет компенсировать любое смещение настройки устройства, осуществляющего контроль в про­ цессе обработки (при врезных операциях).

20

Впервые в Советском Союзе двухступенчатые системы были раз­ работаны и исследованы в Станкине и ОКБ. Исследованием само­ настраивающихся систем (в том числе и двухступенчатых уст­ ройств) занимались канд. техн. наук 3. Ш. Гейлер, В. Н. Ананченко, Ю. А. Фролов.

Как уже отмечалось, при контроле в процессе обработки компен­ сируется подавляющее большинство технологических погрешностей. Однако до последнего времени мы не умели компенсировать влия­ ние температурных погрешностей обрабатываемых деталей. В этой связи большой интерес представляет разработанная в ОКБ система автоматической компенсации температурных погрешностей. Все до сих пор предпринимавшиеся попытки внесения в результаты изме­

нии величины подналадочного импульса в зависимости от отклоне­ ния размера обработанных деталей (система разработана канд. техн. наук Э. П. Савенком).

Представляют также интерес комбинированные системы актив­ ного контроля, основанные на одновременном контроле положений режущей поверхности шлифовального круга и поверхности обраба­ тываемой детали.

Однако в настоящее время мы не столько заинтересованы в уве­ личении номенклатуры приборов активного контроля, в их дальней­ шем усложнении, сколько во внедрении существующих средств ак­ тивного контроля. То, что многие приборы активного контроля до сих пор не внедрены в производство объясняется непониманием точностной сущности активного контроля, неумением комплексно решать эту проблему, отрывом прикладной метрологии от техноло­ гии машиностроения.

Проблема «синтеза» имеет важное значение не только для мет­ рологии. Если отделение контроля от производства привело к изве­ стной ограниченности прикладной метрологии, то оно же отрица­ тельно сказалось и на сфере производства. Отсутствие технологи­ ческого подхода к решению метрологических задач приводит к воз­ никновению трудностей при решении вопросов регулирования и уп­ равления. Однако и отсутствие метрологического подхода, напри­ мер к конструированию металлорежущих станков, является одной из причин невысокого уровня их точностных параметров, недоста­ точного знакомства с приборами, которыми все более оснащаются современные станки.

Конструкторы обычно неплохо разбираются в вопросах геомет­ рической (статической) точности станков. Но погрешности разме­ ров, которые в условиях крупносерийного и массового производств

21

характеризуются величиной поля их рассеивания, фактически мало зависят от статической точности станков. От последней зависит в основном погрешность формы обрабатываемых деталей. Рассеива­ ние же размеров партии деталей зависит от износа режущего инст­ румента, величины изменения тепловых и силовых деформаций тех­ нологической системы, включая и станок. Однако эти вопросы точ­ ности, связанные с функционированием станков, а также вопросы компенсации указанных погрешностей изучаются недостаточно. В существующих станках зачастую не хватает подвижных компен­ саторов, которые могли бы качественно воспринимать команды, по­ лучаемые от средств активного контроля.

Обособленность технического контроля приводит к тому, что производственники в известной мере лишаются инициативы в во­ просах обеспечения качества и точности. Принято, что эти вопросы относятся к области прикладной метрологии. Так, например, если работой станка управляет средство активного контроля, то вся от­ ветственность за обеспечение точности размеров возлагается на из­ мерительный прибор. Однако известно, что точность систем актив­ ного контроля во многом зависит от качества станка, точности чер­ новых операций и т. д. Таким образом, сама практика эксплуата­ ции средств активного контроля подсказывает необходимость комп­ лексного решения вопросов регулирования размеров.

§ 5. Н Е О Б Х О Д И М О С Т Ь СОВМЕСТНОГО И С П О Л Ь З О В А Н И Я М Е Т О Д О В АКТИВНОГО И П О С Л Е О П Е Р А Ц И О Н Н О Г О К О Н Т Р О Л Я

Следует подчеркнуть, что «активизация» контроля ни в коей мере не умаляет роли и значения послеоперационного контроля, без ко­ торого, разумеется, невозможно решение проблемы регулирования качества. Активный контроль по существу представляет собой про­ цесс получения размерных и других параметров. Всякий же процесс получения каких-либо параметров должен заканчиваться их контро­

-сывается в пределы поля допуска, брак возможен из-за грубых по­ грешностей технологического процесса. Важное значение имеют ар­ битражные функции послеоперационного контроля. В условиях пол­ ной автоматизации процессов обработки' и контроля, разумеется, должны использоваться и универсальные средства измерения для настройки и поднастройки автоматических устройств, для наблю­ дения за правильностью их работы.

Во многих случаях послеоперационный контроль должен быть стопроцентным, причем наиболее важные параметры деталей и из­ делий могут проверяться дважды: до сборки изделий и после нее (например, диаметр посадочного отверстия подшипников качения).

22

Б условиях массового и крупносерийного производства стопроцент­ ный контроль должен осуществляться при помощи контрольных ав­ томатов. Последние повышают объективность контроля и значитель­ но увеличивают производительность контрольных операций. Поэто­ му методы активного и послеоперационного контроля не следует противопоставлять друг другу; оба метода должны разумно соче­ таться.

Весьма целесообразно комплексное применение методов после­ операционного и активного контроля путем, например, придания контрольным автоматам функций управления технологическими процессами, т. е. функций подналадчиков. Подобное мероприятие открывает возможность «активизации» контроля на уже действую­ щих автоматических линиях и участках. При этом, однако, надо стремиться к тому, чтобы между станками и контрольными автома­ тами располагалось как можно меньше обработанных деталей (из­ вестно, что после возникновения подналадочного импульса датчик должен быть обесточен на время прохождения деталей, расположен­ ных между позициями обработки и измерения).

Развитие техники неизбежно приводит к повышению точности и стабильности технологических процессов. При этом применение ав­ томатической разбраковки будет постепенно сокращаться. Этот вы­ вод не относится к сортировочным автоматам. Однако в настоящее время при разработке метода селективной сборки существует не­ правильная тенденция, заключающаяся в том, что вся тяжесть этой операции перекладывается на сортировочный автомат. Это приво­ дит к неоправданно большим диапазонам сортировки и, как следст­ вие, к чрезмерно большому количеству сортировочных групп. При­ мером этого может служить производство подшипников качения. При большом количестве сортировочных групп многие детали край­

ций сортировочных автоматов. Таким образом, для повышения эф - фективности метода селективной сборки также необходимо повы­ шать точность технологических процессов.

Учитывая общую тенденцию развития техники, в частности раз ­ вития технического контроля, можно утверждать, что будущее при­ надлежит технологическому -контролю, дополняемому выборочным послеоперационным (это характерно для американского машино­ строения). Однако эта общая тенденция, разумеется, не означает от­ каз от использования там, где это действительно необходимо, сто­ процентного послеоперационного контроля.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что регулирование качества должно осуществляться на основе разумного сочетания послеопера­ ционного и активного контроля.

Важнейшее значение имеет проблема активного контроля и для систем программного управления, при использовании которых так­ же приходится решать вопрос компенсации технологических по­ грешностей.

23

В настоящее время в наиболее передовых в техническом отноше­ нии странах наметилась тенденция к созданию технологических комплексов (обрабатывающих центров), предназначенных для вы­ полнения всех операций, связанных с изготовлением тех или иных изделий. Создание подобных комплексов знаменует собой внедре­ ние автоматизации в индивидуальное и мелкосерийное производст­ во. При этом существенное значение имеют вопросы комплектной (сопряженной) обработки деталей, образующих различные соеди­ нения.

При всей важности принципа взаимозаменяемости его недоста­ ток заключается в том, что детали, входящие в состав соединения, обрабатываются независимо друг от друга, причем заранее не из­ вестно, какие фактические размеры деталей будут сочетаться в раз­ личных сопряжениях.

Одним из прогрессивных методов получения различных соеди­ нений является такой, при котором к фактическому размеру одной детали соединения будет подгоняться размер другой детали. Это возможно путем комплектной обработки деталей, образующих со­ единение. В этой связи важное значение приобретают вопросы ак­ тивного контроля, связанные с разработкой высокоточных и быстро перенастраивающихся устройств, предназначенных для осуществле­ ния комплектной обработки деталей соединения.

Г л а в а I I . ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ П О Г Р Е Ш Н О С Т Е Й РАЗМЕРОВ

§ 6. О Б Щ А Я ХАРАКТЕРИСТИКА П О Г Р Е Ш Н О С Т Е Й Р А З М Е Р О В

(коррелированные). Как отмечалось, систематические погрешности в чистом виде почти не проявляются, и их следует рассматривать как пределы, к которым стремятся усредненные случайные погреш­ ности при увеличении числа экспериментов. Усредненные погрешно­

дует понимать погрешности, которые характеризуются отклонением центра группирования эмпирических собственно случайных погреш­ ностей от некоторого размера, или погрешности, характеризующие-

24

ся смещением центра группирования в функции времени или како­ го-либо другого параметра. Таким образом, усредненные погреш­ ности могут быть как нефункциональными, так и функциональны­ ми. Усредненные погрешности являются практическими (эмпириче­ скими) характеристиками теоретических (систематических) по­ грешностей.

В основе классификационной схемы лежит компенсация техно­ логических погрешностей, являющаяся одним из основных вопро­ сов активного контроля размеров.

Погрешности размеров (погрешности обработки и измерения)

t

Случайные Постоянные Систематические

t

Рис. 2. Классификационная схема погрешностей обработки и измерения

Качество средств активного контроля размеров, т. е. их точность, зависит в основном от того, насколько полно они компенсируют влияние технологических погрешностей. Различные средства актив­ ного контроля по-разному решают эту задачу. Подналадчики ком­ пенсируют влияние только функциональных усредненных погрешно­ стей, средства контроля в процессе обработки — влияние как функ­ циональных, так и собственно случайных погрешностей.

Усредненные погрешности компенсируются значительно проще, чем собственно случайные. Это объясняется тем, что усредненные погрешности во многих случаях можно рассматривать как система­ тические или как приближающиеся к систематическим. При усред­

25

от обработки собственно случайных погрешностей. Усредненные по­ грешности суммируются алгебраически, а собственно случайные — квадратически. Использование понятий об усредненных и собствен­ но случайных погрешностях позволяет значительно упростить ре­ шение задач, связанных с прогнозной оценкой погрешностей при активном контроле размеров.

Связь между собственно случайными и усредненными погреш­ ностями иллюстрирует рис. 3. На рис. 3, а изображен график изме­ нения размера d деталей в функции времени t. Линия / - /, представ­ ляющая собой среднюю линию совокупности размеров деталей, ха-

Рис. 3. Схемы усреднения погрешностей:

обработанных деталей

растеризует функциональные усредненные погрешности, а отклоне­ ния размеров деталей от средней линии — собственно случайные по­ грешности (высокочастотная составляющая погрешностей).

Функциональные усредненные погрешности проявляются в виде

в той последовательности, в которой они обрабатываются на станке. На рис. 3, б изображен другой пример усреднения погрешностей.

В данном случае усредненная погрешность А характеризуется сме­ щением центра группирования эмпирических собственно случайных погрешностей (линия / - / ) по отношению к некоторому настроечно­ му (или действительному) размеру (линия 2-2). Такие усредненные погрешности можно с некоторым приближением рассматривать как постоянные.

К случайным функциональным погрешностям относятся такие, которые являются функцией какого-либо неслучайного параметра (времени, размерного параметра, массы, температуры, давления и т. д.), т. е. функцией такого независимого параметра, значения ко­ торого задаются при проведении эксперимента.

26

Если случайные функциональные погрешности являются функ­ цией времени (что чаще всего бывает), то они относятся к случай­ ным процессам. Случайный процесс представляет собой такуюфункцию времени, значение которой в каждый данный момент яв­ ляется случайной величиной. Собственно случайные погрешности являются разновидностью случайных величин. Применительно к случайным процессам понятие «собственно случайные погрешно­ сти» совпадает с понятием «мгновенное рассеивание». Однако пер­ вое понятие шире, так как оно относится к любым случайным функ­ циональным погрешностям, а не только к случайным процессам.

Собственно случайные погрешности являются составной частью случайных функциональных погрешностей, которые можно рассмат­ ривать как совокупность собственно случайных погрешностей. Та­ ким образом, понятие «случайные функциональные погрешности» является более общим и широким по сравнению с понятием «собст­ венно случайные погрешности».

Для того чтобы наглядно показать связь между случайными функциональными и собственно случайными погрешностями, рас­ смотрим в общем виде пример по определению вероятностных ха­ рактеристик случайных функциональных погрешностей [27].

Случайные функции при различных опытах могут принимать различные зна­ чения. То значение, которое принимает случайная функция при одном опыте, назы­ вается ее реализацией. Обозначим различные реализации случайной функции X(t)^

mjt)

Рис. 4. Случайные функциональные погрешности

функции можно рассматривать как обычную, неслучайную функцию. При фиксиро ­ вании определенных значений аргумента t случайная функция превращается в слу­ чайную величину (собственно случайная погрешность), значения которой обозна­ чены на рисунке точками а, Ь, с, d, е и т. д. Такая случайная величина называется сечением случайной функции при заданном значении параметра t.

Таким образом, случайной функциональной погрешности присущи черты соб­ ственно случайных погрешностей и функции. При каждом значении аргумента она превращается в собственно случайную погрешность, при каждом отдельном опыте она представляет собой обычную неслучайную функцию. Случайная функция при­ обретает случайный характер только при нескольких реализациях.

Как определяются параметры случайной функции на основании опытных дан­ ных? Предположим, что произведено п независимых опытов по определению зна­

27