Принципы взаимозаменяемости и основы технических измерений в машиностроении

Министерство образования и науки Российской Федерации М. А. Гамаюнова МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Учебное электронное текстовое издание Конспект лекций Научный редактор: проф., д-р техн. наук В. Ф. Пегашкин Подготовлено кафедрой общего машиностроения В данной работе рассмотрены общие принципы взаимозаменяемости и основы технических измерений в машиностроении, основные понятия и определения, цели и принципы стандартизации и сертификации продукции. Внимание акцентируется на системах допусков и посадок типовых соединений деталей машин с учетом рекомендаций ISO. Описаны наиболее распространенные средства для контроля линейных и угловых размеров, даны методические указания по решению размерных цепей. Нижний Тагил 2018 Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................................. 4 ТЕМА 1. МЕТРОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ....................... 5 1.1. Общие сведения................................................................................................... 5 1.2. Основные термины и определения .................................................................. 8 1.3. Стандартизация в системе технического контроля и измерения.............. 10 1.4. Средства измерений .......................................................................................... 15 1.5. Методы и погрешность измерения ................................................................ 28 1.6. Универсальные средства технических измерений ...................................... 38 1.7. Координатно-измерительные машины.......................................................... 64 1.8. Автоматизация процессов измерения и контроля ....................................... 67 1.9. Сертификация средств измерений ................................................................. 81 1.10. Международные организации по метрологии ........................................... 85 ТЕМА 2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ............ 90 2.1. Основные понятия и определения.................................................................. 90 2.2. Задачи стандартизации ..................................................................................... 92 2.3. Основные принципы стандартизации ........................................................... 94 2.4. Нормативные документы по стандартизации и их применение ............... 95 2.5. Виды стандартов................................................................................................ 96 2.6. Категории стандартов ....................................................................................... 97 2.7. Информация о нормативных документах по стандартизации, их издание и реализация ............................................................................................................ 101 2.8. Государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов ................................................................................ 102 2.9. Международное сотрудничество в области стандартизации .................. 104 ТЕМА 3. НОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К КАЧЕСТВУ ПРОДУКЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ .............................................................................. 106 3.1. Нормирование точности размеров деталей машин ................................... 106 3.2. Нормирование точности гладких соединений деталей машин ............... 110 3.2.1. Основные понятия о размерах, отклонениях и посадках ..................... 110 3.2.2. Принципы построения системы допусков и посадок ............................ 115 3.2.3. Правила образования посадок.................................................................... 120 3.2.4. Нанесение предельных отклонений размеров ......................................... 121 ТЕМА 4. СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ И СИСТЕМ КАЧЕСТВА ... 123 4.1. Термины и определения ................................................................................. 123 4.2. Основные цели и принципы сертификации ............................................... 127 4.3. Обязательная сертификация .......................................................................... 128 4.4. Добровольная сертификация ......................................................................... 131 4.5. Участники сертификации .............................................................................. 133 4.5.1. Участники обязательной сертификации. Функции и обязанности ... 133 4.5.2. Участники добровольной сертификации. Функции и обязанности ... 136 4.6. Особенности сертификации работ и услуг ................................................. 138 4.6.1. Номенклатура сертифицируемых услуг (работ) и порядок их сертификации .................................................................................................... 138 4.6.2. Порядок проведения сертификации работ и услуг ................................ 140 4.6.3. Участники сертификации работ и услуг ................................................ 144 4.7. Порядок сертификации продукции, ввозимой из-за рубежа ................... 147 4.7.1. Правовые основы сертификации импортной продукции ..................... 147 4.7.2. Порядок ввоза продукции, подлежащей обязательной сертификации .................................................................................................................................... 149 4.8. Сертификация систем качества и производств .......................................... 153 4.8.1. Становление сертификации систем качества ...................................... 153 4.8.2. Структура Регистра системы ................................................................. 156 4.8.3. Объекты и участники проверки при сертификации систем качества .................................................................................................................................... 158 4.8.4. Этапы проведения работ по сертификации систем качества .......... 161 4.8.5. Сертификация производств ...................................................................... 163 4.9. Совершенствование систем качества .......................................................... 164 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................... 167 ПРЕДИСЛОВИЕ Все промышленно развитые страны стремятся создать и постоянно совершенствовать машиностроение как отрасль, позволяющую получить значительную добавочную стоимость, создать новые рабочие места, стимулировать научный и технический прогресс. Уровень добавочной стоимости продукции машиностроения во многом зависит от ее конкурентоспособности, которая определяется ее техническими характеристиками, качеством, престижностью производителя. В данной работе рассмотрены методы, которые позволяют улучшать все названные составляющие конкурентоспособности продукции машиностроения. Соответствие технических характеристик продукции машиностроения современным требованиям, свойствам лучших образцов продукции данного вида, изготавливаемых в разных странах, во многом зависит от того, насколько обоснованно выбраны требования к точности и качеству поверхностей компонентов машин, соблюдены требования отечественных и международных технических регламентов, стандартов и других нормативных документов. Оптимальное нормирование геометрических параметров машин позволяет обеспечить взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц, необходимую надежность и экономичность машин в целом. Метрология, стандартизация и сертификация становятся теми инструментами, обеспечить использование качество которых выпускаемой позволяет продукции, конкурентоспособность и эффективность производства. производителю работ и услуг, ТЕМА 1. МЕТРОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ 1.1. Общие сведения Метрология (от греч. «метро» – мера, «логос» – учение) – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства к требуемой точности. Современная законодательную метрология метрологию, включает три фундаментальную составляющие: (научную) и практическую (прикладную) метрологию. Из прикладной метрологии для нужд машиностроения выделяют технические измерения. В настоящее время к техническим измерениям, рассматриваемым во взаимной связи с точностью и взаимозаменяемостью в машиностроении, относят измерения линейных, угловых и радиусных величин. Результаты измерений выражают в узаконенных величинах. Одна из главных задач метрологии – обеспечение единства измерений – может быть решена при соблюдении двух условий, которые можно назвать основополагающими: – выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах; – установление допускаемых погрешностей результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности. Основные задачи метрологии (ГОСТ 16263–70) – установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, контроля и испытаний, обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений, разработка методов оценки погрешностей состояния средств измерения, контроля и испытаний, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средством измерений. Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные нормативные документы ГСИ – государственные стандарты. Принята Международная система единиц (СИ), на основе которой для обязательного применения разработан ГОСТ 8.417–81. Главными единицами физических величин в СИ являются семь основных единиц и свыше 50 производных, имеющих специальные названия. Основные единицы: метр – м (длина), килограмм – кг (масса), секунда – с (время), ампер – А (сила тока), кельвин – К (термодинамическая температура), моль (количество вещества) и кандела – кд (сила света). В этой системе, например, единица силы является производной; она называется ньютон – Н и равна приблизительно 0,102 килограмм-сила. Кратные и дольние единицы образуются умножением на степень числа 10. Им присвоены определенные названия и обозначения; мега – М (106), кило – к (103), милли – м (10–3), микро – мк (10–6) и др. Для воспроизведения и хранения единиц величин применяются эталоны, официально утверждаемые в качестве исходных для страны. Для метра введен световой эталон: 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10и 5d5 атома Криптона – 86. Энергетические уровни 2р10 и 5d5 (термин по Меггерсу) соответствуют оранжевой линии спектра излучения изотопа криптона Kr86. Световой эталон воспроизводится на эталонной установке с погрешностью порядка 1109 м, на два порядка меньшей, чем погрешность воспроизведения метра посредством государственного штрихового эталона метра, представляющего собой платиново-иридиевый стержень Хобразного сечения. Еще большей точностью воспроизведения будет обладать эталон метра как расстояние, проходимое светом за определенный отрезок времена. Вводится новое определение эталона длины, воспроизводимое от лазерного излучения. Единство измерений поддерживают путем передачи единиц величин от элемента к рабочим средствам измерений, осуществляемой по ступенькам образцовых мер и измерительных приборов, как это показано на принципиальной поверочной схеме (рис. 1.1). Точность указанных мер понижается от ступеньки к ступеньке в 2-4 раза. Средства измерений (СИ) в соответствии с поверочной схемой периодически подвергаются поверке, которая заключается в определении метрологическим органом погрешности средств измерений ср. изм. и установлении его пригодности к применению при условии ср. изм ≤ д. Сеть метрологических органов называется метрологической службой. Деятельность этих органов направлена на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений путем проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений (ГОСТ 8.002–86). Единообразие средств измерений – их состояние, характеризующееся тем, что они проградуированы в узаконенных единицах, а их метрологические свойства соответствуют нормам. Государственные эталоны Рабочие эталоны Образцовые средства измерений 1-го разряда Образцовые средства измерений 2-го разряда Образцовые средства измерений 3-го разряда Образцовые средства измерений 4-го разряда Рабочие средства измерений Рис. 1.1. Принципиальная поверочная схема средств измерений 1.2. Основные термины и определения Основные термины в области метрологии устанавливают ГОСТ 16504–81, ГОСТ 16263–70. Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных средств измерений. В результате получают значение физической величины Q = qU, где q – числовое значение физической величины в принятых единицах;U – единица физической величины. Значение физической величины Q, найденное при измерении, называют действительным. промежуточного Измерение преобразования в может процессе быть как контроля, окончательным этапом получения информации при испытаниях. частью так и Т е х н и ч е с к и й к о н т р о л ь (ТК) — проверка соответствия объекта установленному техническому условию (ТУ). ТК с совокупностью основных элементов нормативная (объект, документация) средство контроля, функционирует как исполнитель, единая система технического контроля (СТК). Выполнение функции СТК сводится к осуществлению двух основных этапов: 1) получение информации о фактическом состоянии некоторого объекта, о признаках и показателях его свойств. Эту информацию можно назвать первичной, получаемой измерением; 2) составление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями, т.е. обнаружение соответствия или несоответствия фактических данных требуемым (ожидаемым). Информацию о рассогласовании (расхождении) фактических и требуемых данных можно назвать вторичной, находящуюся в сфере технического контроля. В ряде случаев граница во времени между первым и вторым этапами неразличима. В таких случаях первый этап может быть выражен нечетко или может практически не наблюдаться. Характерным примером является контроль размера калибром, сводящийся к операции сопоставления фактического и предельного допускаемого значения размера. Выполнение функций СТК и управления технологическими процессами в современном машиностроении непрерывно связано с решением проблемы автоматизации производства. И с п ы т а н и я – экспериментальное определение количественных и качественных характеристик свойств объекта испытаний к результатам воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и воздействий. К числу воздействий, используемых с целью проведения испытаний, можно отнести факторы внешней среды, а также воздействия, возникающие внутри объекта. Осуществление воздействий при испытаниях в отличие от контроля имеет целью определение характера и степени изменений объекта испытаний, возникающих в связи с этими воздействиями. По виду воздействия различают испытания радиационные, электромагнитные, климатические, химические, магнитные, механические, биологические, пневматические. Разновидность испытания, проводимого для контроля качества объекта, называют контрольным испытанием. Техническое диагностирование – процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью (по ГОСТ 20911–75). Результатом диагностирования (технического диагноза) является заключение о техническом состоянии объекта с указанием, при необходимости, места вида и причин дефекта. 1.3. Стандартизация в системе технического контроля и измерения Основными объектами стандартизации СТК и измерения являются: общие положения, методология, технические средства, организация и управление. Причем в каждом объекте предусматриваются стандарты на терминологию, классификацию, отдельные элементы, отдельные системы и подсистемы. Вид стандартов «Общие положения» необходим для увязки стандартов и методических материалов по СТК. В состав стандартов этого класса входят документы на основные термины и определения СТК, стандарты и методики по проектированию общего характера, экономическая эффективность СТК, формы документов. Вид стандартов «Организация и управление» необходим для обеспечения наиболее экономичных форм организации СТК. В состав стандартов этого направления входят документы на термины и определения по организации и управлению СТК, классификации СТК и ее элементов, стандарты ЕСТПП по разделу «Технический контроль», а также стандарты на организационные формы СТК, структуру функционирования и управления, методы и процессы управления СТК. В этот же класс входят стандарты информационного и математического обеспечения, которые разрабатываются и предназначены для автоматизированных систем технического контроля. Математическое обеспечение СТК будет включать программы и алгоритмы задач СТК. Вид стандартов «Метрология» необходим для оснащения СТК типовыми методами и процессами контроля на базе статистического и неразрушающего контроля. Стандарты на классификацию и терминологию должны охватывать объекты, методы, процессы и операции технического контроля, а также номенклатуру контролируемых параметров. Стандарты методик измерения Государственной системы обеспечения единства измерений должны быть использованы при стандартизации методов и процессов технического контроля. Вид стандартов «Технические средства» необходим для установления требований к средствам контроля и их элементам, используемым материалам и комплексам взаимосвязанных технических средств и систем. Стандарты на терминологию, классификацию и номенклатуру технических средств должны охватывать универсальные контрольные инструменты приспособления продукции, и приборы, оборудование, средства технического и контроля механизации и а специальные также и контрольные контрольные автоматизации инженерно-технических образцы процессов работ, средства получения, передачи и обработки информации в СТК, а также вспомогательное оборудование, инструмент и материалы. Вид измерения» стандартов необходим «Основополагающие для соблюдения принципы следующих контроля и принципов: стандартизации, системности, оптимальности, динамичности, автоматизации, преемственности, адаптации и организации. П р и н ц и п с и с т е м н о с т и заключается в том, что при создании ТК процессы планирования, исследования и проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта рассматривают во взаимосвязи. Взаимосвязь элементов в ТК должна быть однозначно описана и максимально формализована. К практическому решению всех задач ТК необходимо подходить с позиций системотехники (теории больших систем). При изучении связей между элементами и выделении элементов ТК такой подход приводит к необходимости учитывать только основные и наиболее устойчивые связи, что позволяет строить структуры элементов и связей в их строгой зависимости и переходить от рассмотрения ТК к построению и изучению систем технического контроля (СТК). При построении СТК с позиций системного подхода предусматривают: – структурное и функциональное описание системы и выявление всех основных элементов и связей между ними; – моделирование систем; – квантификацию системы (построение количественных зависимостей для связей и количественных характеристик элементов систем). Принцип функции, задачи с т а н д а р т и з а ц и и состоит в том, что основные и требования к системе СТК типизируются, унифицируются и обеспечиваются государственными и отраслевыми стандартами и техническими условиями. Стандарты являются базой системы и обязательность их требований обеспечивает автоматизм в функционировании системы. С помощью стандартов внедрение отдельных элементов системы выполняют одновременно во всех подразделениях промышленного предприятия. П р и н ц и п о п т и м а л ь н о с т и предполагает, что каждый элемент СТК имеет оптимальный уровень, а сама система обеспечивает решение поставленных задач при минимальных затратах на ее разработку и максимальном эффекте от ее функционирования. П р и н ц и п д и н а м и ч н о с т и заключается в том, что в СТК должна быть предусмотрена возможность ее непрерывного совершенствования и развития с учетом требований технического прогресса. Принцип динамичности обеспечивается при создании СТК за счет открытой структуры, планомерного обновления ее подсистем и элементов. Принцип автоматизации предусматривает максимальное использование средств вычислительной техники в системе технического контроля, включая автоматизацию технологических процессов и операций технического контроля, а также труда инженерно-технического и управленческого персонала. П р и н ц и п п р е е м с т в е н н о с т и применяют в каждой конкретной разработке СТК; принцип состоит в максимальном использовании всех имеющихся возможностей (ресурсов) предприятия и передового опыта разработки СТК на предприятиях машиностроения и приборостроения с учетом специфики производства и отрасли. П р и н ц и п а д а п т а ц и и заключается в разработке и введении в СТК элементов, обеспечивающих быструю приспособляемость СТК и специфике объектов контроля в условиях периодически изменяющихся видов выпускаемой продукции. Принципы организации технического контроля : – соответствие контроля уровню техники, технологии и организации основных производственных процессов; – комплексность контроля (предполагает необходимость охвата контролем всех элементов производственного процесса и всех факторов, определяющих качество продукции в ходе ее изготовления); – непрерывность (требует организации постоянного контроля на технологических операциях изготовления продукции и ликвидации какихлибо перерывов между операцией обработки и контроля); – параллельность в проведении операций ТК и операций обработки в целях сокращения времени на пролеживание изделий в ожидании контроля и сокращения длительности производственного цикла за счет уменьшения затрат времени на ТК; – совмещение производственных и контрольных функций или передача ряда операций контроля под ответственность рабочих, мастеров и бригадиров; – профилактичность, т.е. предупреждение появления дефектных изделий в процессе производства; – независимость органов контроля от производственных служб и подразделений; – организация бездефектного труда; – экономичность, основанная на минимизации затрат на контроль. На предприятиях, внедряющих системы управления качеством продукции, ведутся работы по стандартизации СТК и ее элементов с учетом требований нормативной документации – ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП. При стандартизации системы технического контроля предусматривается функционирование автоматических и автоматизированных СТК. В настоящее время в системе технического контроля, измерений и испытаний действует более 3000 государственных стандартов. 1.4. Средства измерений Средства технических измерений подразделяются на три основные группы: меры, калибры, универсальные средства измерения (измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы, «КИП» и системы). М е р а представляет собой средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся плоскопараллельные меры длины (плитка) и угловые меры. К а л и б р ы представляют собой устройства, предназначенные для контроля и нахождения в заданных границах размеров, взаимного расположения поверхностей и формы деталей. К ним относятся, например, гладкие предельные калибры (скобы и пробки), резьбовые калибры (резьбовые кольца или скобы, резьбовые пробки) и т.п. Измерительный сигнал измерительной прибор – устройство, вырабатывающее информации в форме, доступной дня непосредственного восприятия наблюдателей. И з м е р и т е л ь н о й с и с т е м о й называется совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Она предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматизированной обработки, передачи или использования в автоматических системах управления. Универсальные средства измерения предназначены для определения действительных размеров. Этим они и отличаются от калибров, позволяющих убедиться лишь в том, что размер лежит в заданных пределах. Любое универсальное измерительное средство характеризуется назначением, принципом действия, т.е. физическим принципом, положенным в основу его построения, особенностями конструкции и метрологическими характеристиками. К основным метрологическим характеристикам универсальных средств измерений относятся следующие: – номинальное значение однозначной меры ун; – цена деления равномерной шкалы измерительного прибора (рис. 1.2) j  xl 1  xl , где xlи xl+1– значения измеряемой величины, соответствующие двум соседним отметкам шкалы; – пределы шкалы хнш и хкш измерительного прибора, характеризующие диапазон измерений по шкале, Rø  xêø  õíø причем в некоторых случаях пределы измерения прибора хнп и хкп отличаются от пределов шкалы и диапазон измерений составляет Rп  хкп  хнп ; характеристики; погрешность ср.изм средства измерения и предел д допускаемых значений измеряемой величины. Соотношение между д и j различных приборов лежит в пределах д/j = kj = 1,5 при kj, равном единице, достоверность отсчета по наименьшим делениям шкалы будет минимальной; – длина (интервал) деления шкалы – расстояние между осями двух соседних отметок шкалы; – чувствительность прибора – отношение изменения сигнала на выходе прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины: при линейных измерениях, как правило, эти две величины выражаются в одинаковых единицах, а поэтому чувствительность прибора соответствует передаточному отношению u  t ук / S ст , где tyк – перемещение указателя (стрелки, луча света) или шкалы при неподвижном указателе; Sст – изменение измеряемой величины измерительного (перемещение стержня контактных приборов. Главным метрологическим (эксплуатационным) прибора, как измерений, показателем и любого является количественно погрешностью его б средства Рис. 1.2. Метрологические точность, характеристики средств измерений: характеризуемая . а Рассеивание погрешности измерения зависит от цены а – цена деления, диапазон измерений и длина (интервал) деления шкалы, б – передаточное отношение прибора деления функциональных шкал измерительных приборов, поделенных на аналоговые и цифровые. Аналоговые измерительные приборы рассматривают как устройство, отображающее множество возможных значений измеряемых величин х в множестве элементов функциональной шкалы прибора. Значения шкалыjнаносятся в виде меток на отрезок дуги или прямой, а результат измеренияxiопределяется положением подвижного указателя относительно шкалы. Множество классов эквивалентности измерений определяется соотношениями  ji  j   x   ji  j , j равно половине расстояния между соседними метками шкалы хl и хl + 1(предполагается, что шкала равномерная). При использовании цифровых измерительных приборов результат измерения получается в виде некоторого n-разрядного числа jу, которое соответствует измеряемой величине  ji  0,5  x   ji  0,5.Множество х, заключенной в интервале возможных значений х разбивается на 10n классов эквивалентности, каждый из которых характеризуется соответствующим ему образом ji из множества чисел (0, 1, 2,…,10n). Принципы проектирования средств технических измерений и контроля Принцип Т э й л о р а . При наличии погрешностей формы и расположения геометрических элементов сложных деталей в соответствии с принципом Тэйлора надежное определение соответствия размеров всего профиля предписанным предельным значениям возможно лишь в том случае, если определяются значения проходного и непроходного пределов (ГОСТ 45346–82). Следовательно, любое изделие должно быть проконтролировано, по крайней мере, дважды, точнее, по двум схемам контроля: с помощью проходного и непроходного калибров по действительным значениям наибольшего и наименьшего размеров. На определение качественного состояния деталей могут влиять геометрические отклонения: отклонение от круглости, непараллельность торцов, несоосность поверхностей, отклонение шага и угла профиля резьбы и др. Взаимодействие измерительного средства с контролируемым объектом может быть точечным (сферический наконечник), линейным (плоские профильные шаблоны) и поверхностным (калибры-пробки). Большинство универсальных и специальных средств измерения имеют точечный контакт с контролируемым изделием и осуществляют локальный контроль размеров в одном или нескольких сечениях. Такой контроль не гарантирует попадания бракованных изделий в годные. Контроль значительно усложняется, если к недопустимости попадания в годные бракованных изделий по непроходному пределу предъявляются повышенные требования. В этих случаях либо используют двух- или трехкоординатные машины, либо применяют устройства, обеспечивающие последовательный непрерывный контроль с заданным шагом текущего размера детали. Методы, основанные на использовании линейного и поверхностного контактов средств контроля с поверхностью детали, обеспечивают высокую производительность и универсальность используемых средств измерения, но позволяют надежно отбраковывать детали лишь по проходному пределу. Часто выбор этих методов контроля обусловлен видом технологического процесса, обеспечивающего незначительные погрешности формы и взаимного положения поверхностей. Принцип Аббе. Рассматривая процесс сравнения контролируемых и образцовых штриховых мер на продольных и поперечных компараторах, сформулирован принцип, в соответствии с которым минимальные погрешности измерения возникают, если контролируемый геометрический элемент и элемент сравнения находятся на одной линии – линии измерения. Принцип Аббе справедлив для поступательно перемещающихся звеньев. Его широко используют при выборе схем и конструирования средств измерения, при проектировании станков и т.п. Однако последовательное расположение контролируемого и образцового элемента на одной линии приводят к увеличению габаритов измерительных средств, поэтому в ряде случаев применяют параллельное расположение сравнительных элементов, но и тогда необходимо соблюдать условия, при которых погрешности измерения минимальны. Принцип существовании процессами, в и н в е р с и и . Принцип инверсии основывается на преемственности которых между участвует тремя деталь: последовательными обработки, контроля, эксплуатации. Хотя при расчете погрешностей механизма и самой детали главное значение имеет эксплуатация, тем не менее, анализ точности детали невозможен без совместного последовательного изучения всех фаз прохождения детали. Из принципа инверсии (обращений) следует, что для определения погрешностей схема измерения должна соответствовать кинематической схеме формообразования, а также схеме функционирования детали, откуда вытекает условие правильности измерения. Измерение считается правильным, если: – траектория движения при измерении будет соответствовать траектории движения при формообразовании; – линия действия при измерении будет совпадать с линией действия при работе механизма (принцип Аббе); – базы измерения будут совпадать с конструкторской и технологической базами (правило единства баз). Принцип инверсии применим почти при всяком измерении деталей, при котором осуществляется непрерывное перемещение измерительного наконечника прибора по поверхности детали. Наконечник при этом образует с контролируемой деталью кинематическую пару. Непрерывное относительное перемещение элементов пары в процессе контроля совершается со сравнительно малыми скоростями и ускорениями. В тех случаях, когда принцип инверсии не может быть осуществлен полностью, следует установить, какой из показателей качества должен быть обеспечен в результате контроля и положить его в основу схемы измерения. Выбор средств измерения и контроля По ГОСТ 14.306–73 выбор средств измерения и контроля основывается на обеспечении заданных показателей процесса технического контроля (ТК) и анализе затрат на реализацию процесса контроля. К обязательным показателям процесса контроля относят точность измерения, достоверность, трудоемкость, стоимость контроля. В качестве дополнительных показателей контроля используют объем, полноту, периодичность, продолжительность. При выборе средств измерения точность средств измерений должна быть достаточно высокой по сравнению с заданной точностью выполнения измеряемого размера, а трудоемкость измерения и их стоимость должны быть возможно более низкими, обеспечивающими наиболее высокие производительность труда и экономичность. Недостаточная точность измерений приводит к тому, что часть годной продукции бракуют, в то же время по той же причине другую часть фактически негодной продукции принимают как годную. Излишняя точность измерений, как правило, бывает связана с повышением трудоемкости и стоимости контроля качества продукции и, следовательно, ведет к удорожанию производства и ограничению выпуска продукции. Средства линейных измерений СЛИ и контроля СЛК подразделяют на контактные (К) и бесконтактные (Б), автоматические (А) и неавтоматические (Н). В измерительный измерительная и прибор установочная для линейных база, а измерений также входят измерительный преобразователь с отсчетным устройством. Съемный измерительный преобразователь с встроенным отсчетным устройством обычно называют измерительной головкой. При этом средства автоматических измерений могут иметь адаптирующийся цифровой отсчет (АЦО), самопишущий (СПВ) или цифропечатающий выход (ЦПВ). Средства автоматического контроля делят на измерительные контрольные (ИКА), измерительные контрольно-сортировочные (ИКСА) автоматы (полуавтоматы) и средства активного (управляющего) размерного контроля (САРК) (рис. 1.3). Неавтоматические измерения средства различаются отсчетного устройства типом (штриховое, цифровое, стрелочное и световое). Тип отсчетного устройства зависит от конструкции измерительного средства. Стрелочный отсчет (СО) применяется в механических системах (индикаторы, пружинные измерительные головки) и в ряде измерительных преобразователей. Световой отсчетный индекс (СИ), Рис. 1.3. Классификационная схема средств линейных измерений позволяющий исключить погрешности параллакса, используют в оптикомеханических приборах (оптиметры, оптикаторы, интерферометры контактные и т.п.). Оптические приборы выпускают с окулярным и экранным визированием и отсчетом. Последние меньше утомляют глаза оператора и способствуют повышению точности и производительности измерений. Отсчетные шкалы приборов и измерительных головок могут быть линейными, угловыми и круговыми. На каждой шкале имеются штрихи и числовые отметки. В ряде случаев используют измерительные и контрольные устройства с дистанционным отсчетом, когда входной (чувствительный) элемент измерительной системы и отсчетное устройство связаны мобильным соединяющим звеном и когда они находятся на значительном расстоянии друг от друга. При этом измерительный (контрольный) преобразователь прибор (ИП). (КП) обязательно Контрольные имеет средства измерительный используют и без преобразователя, например жесткие калибры (ЖК) и автоматы с клиновой щелью для сортировки тел качения. Средства измерения и контроля могут быть одномерными (измеряют и контролируют одну величину) и многомерными (измеряют и контролируют несколько размеров изделия). При этом контактные средства менее чувствительны к помехам на входе измерительной системы, чем бесконтактные. Все средства измерений в соответствии с их назначением можно разделить на универсальные и специализированные. При этом конкретные универсальные средства имеют предпочтительные области применения: для наружных и внутренних измерений, для измерения отклонений формы поверхностей. Специализированные приборы имеют весьма узкое назначение. Основные средства автоматического измерения и контроля заключаются в значительно большей производительности и объективности результата измерения; эти средства обычно являются более специализированными. Однако и в них предусматривается в ряде случаев возможность переналадки на различные размеры и даже на различные параметры измерения (контроль диаметров, длины, отклонений формы и расположения и т.п.). Исходными назначения при являются выборе средств следующие измерения определенного положения: необходимая производительность (на этой основе выбирают автоматические или неавтоматические, универсальные или специализированные средства измерений); допускаемая погрешность измерения; предел измерения в зависимости от контролируемого допуска; механические характеристики измеряемой детали (габаритные размеры, масса, твердость материала, жесткость конструкции, доступность эксплуатации. кривизна контролируемой и шероховатость поверхности), поверхности, возможные условия Автоматы, разделяющие детали на годные и на один или два вида брака, следует выбирать в ограниченных случаях: при недостаточной точности технологического процесса; при неустойчивом технологическом процессе, практически не поддающемся регулированию; при изготовлении ответственных изделий; при приемке сборных изделий, у которых неудачное сочетание отклонений размеров деталей может привести к выходу одного из эксплуатационных показателей за пределы допускаемых значений, а повышение точности изготовления оказывается экономически нецелесообразным. Автоматы для разделения годных деталей на размерные группы целесообразно использовать для решения задач селективной сборки. Приборы активного производительность труда, контроля качество позволяют изделий и повысить облегчить работу станочников. Применение приборов активного контроля целесообразно при обработке партии деталей в количестве более 10 шт. В большинстве случаев предпочтение отдается механизированным измерительным приспособлениям с целью выборочной проверки точности процесса обработки. В последние годы стали использовать многомерные измерительные приспособления, компонуемые из унифицированных элементов. При линейных измерениях по известному уровню точности изделия выбирают значение коэффициента Аизм точности измерения (ГОСТ 8.051–81). Квалитет ИСО Аизм, % (ориентировочно) 2–5……………….. 35 6–7……………….. 32 8–9……………….. 25 10 и грубее………. 20 Характерно, что с увеличением допуска на контролируемый размер рекомендуемые значения Аизм уменьшаются по сравнению с измерениями особо точных деталей, где Аизм принимают практически максимально допустимыми. Это связано прежде всего с наличием измерительных средств нужной точности, значительными трудностями обеспечения нормальных условий особо точных измерений и введения поправок на систематические соответствующее составляющие значение Аизм, малых можно погрешностей. затем определить Выбрав предел допускаемой погрешности измерения  д.изм  Аизм IT  102. Основная погрешность измерительного средства должна быть меньше значения  д.изм , рассчитанного по формуле. Использовать измерительные средства, обеспечивающие значение Аизм меньше предельно допускаемого, можно, но при этом следует учитывать экономические факторы. Выбор средств контроля основан на использовании алгоритма. В алгоритме предусмотрено, что допускаемая погрешность учитывает составляющие ее погрешности (ГОСТ 8.051–81): измерительных средств, температурных деформаций, от измерительного усилия, от субъективности оператора, вносимые установочными мерами. Алгоритм составлен так, что при последовательной разработке процессов контроля выбирают для каждого конкретного контролируемого параметра необходимые средства контроля (СК) или обосновывают необходимость проектирования новых. Алгоритм составлен таким образом, что от процедуры к процедуре номенклатура выбираемых средств ограничивается. Выбор СК завершают нахождением одного конкретного СК для каждого контролируемого параметра в тех случаях, когда оптимизацию процесса ТК не проводят, или нескольких СК для каждого контролируемого параметра при проведении оптимизации процесса ТК. Окончательное решение об одном СК для каждого контролируемого параметра принимают после комплексного технико-экономического обоснования процесса ТК. Автоматизация выбора средств измерения Применение ЭВМ для выбора контрольно-измерительных приборов (КИП) значительно сокращает трудоемкость проектных работ. Алгоритм выбора КИП, в реализации которого участвуют технолог, метролог, математик и программист, сводится к следующим процедурам: – задаются исходные данные в виде номинальных размеров параметров, градации точности (квалитеты, степени, классы точности), вид детали (вал, отверстия), к которому относится порядок погрешностей измерения; – рассчитывается допустимая погрешность измерения по формуле T ai  n 2 s 10 , где i, а – единица и число единиц допуска соответственно; – рассчитываются предельные погрешности методов измерения на основе типажа КИП; – выдаются на печать коды КИП с указанием цены деления и допустимой разности температур параметра и КИП; – определяется допуск на параметр, допустимая погрешность измерения. Оптимизация выбора КИП многокритериальная и производится на основе критериев: точностного, т.е. на основе расчета на ЭВМ погрешностей измерения с учетом действующих факторов в конкретных или типовых условиях измерения; стоимостного (прямая связь с ценой деления: меньше цена деления КИП – выше стоимость), выбирается КИП по наибольшей цене деления; эффективность применения ЭВМ характеризуется объективностью и высокой производительностью в условиях машинного проектирования операции технического контроля. Типизация КИП Под типизацией КИП понимается обоснованное сведение многообразия избранных конструкций к небольшому числу. В основу классификации КИП положены естественные признаки объектов контроля и измерения. Выделены КИП для контроля физических, геометрических и функциональных параметров изделий разного служебного назначения. Классификация КИП дается по конструктивному, технологическому, метрологическому признакам и кодируется по уровням системы контроля. Классификация по метрологическому признаку предусматривает выбор конкретного прибора и устанавливает: – соответствие точности прибора техническим условиям чертежа; – возможность использования прибора для определения габаритных размеров контролируемой детали; – производительность прибора; – наличие требуемого типа прибора на предприятии или возможность его заказа; – возможность загрузки прибора на данной контрольной операции или аналогичных операциях. Необходимым условием выбора измерительного прибора является точностной критерий, при контролем