Назначение и виды контроля качества изделий

Система контроля качества изделий предназначена для своевременного определения с требуемой точностью параметров качества изделий механосборочного производства. В связи с этим на нее возлагаются следующие функции:

хранение информации об изготовляемых изделиях (их конфигурации, технических требованиях к ним и т. д.);

проведение настройки контрольно-измерительных устройств;

обеспечение своевременной изоляции обнаруженного брака;

приемочный и операционный контроль качества изделий с проверкой соответствия чертежам и техническим требованиям;

выдача информации по результатам контроля качества изделий.

В механосборочном производстве имеются специальные службы отдела технического контроля (ОТК) завода, включающего центральную измерительную лабораторию (ЦИЛ), которая разрабатывает схемы и планы контрольных проверок средств измерений и выполняет наиболее сложные из них, контрольно-поверочные пункты (КПП), подчиненные ЦИЛ и расположенные в производственных цехах, цеховые контрольные пункты (КП) и испытательные отделения. Цеховые КП могут быть объединены в контрольные отделения.

В цехах могут быть организованы различные виды контроля качества изделий в зависимости от следующих факторов:

решаемой задачи — приемочный, профилактический, прогнозирующий;

взаимодействия с объектом — активный (прямой и косвенный), пассивный (после каждой операции, после нескольких операций), параметрический (количественный, допусковый), функциональный;

конструктивного решения — внутренний (самоконтроль), внешний;

реализации во времени — непрерывный (в процессе изготовления), периодический (тестовый).

В настоящее время большое внимание уделяется развитию активного контроля в зоне формообразования, который в отличие от пассивного позволяет исключить появление брака за счет своевременного введения корректирующих воздействий.

При проектировании системы контроля качества изделий следует большое внимание уделять вопросам снижения трудоемкости контрольных операций путем использования современных способов и средств автоматического контроля. Наиболее перспективными средствами, снижающими трудоемкость контроля, являются устройства активного контроля.

На рис. 9.1 показана классификация устройств автоматического контроля качества изделий.

Рисунок 9.1 - Классификация устройств автоматического

Контроля

Применение тех или иных средств контроля зависит главным образом от следующих основных факторов: точности изготовления измеряемых деталей, их формы и размера, числа контролируемых параметров, условий измерения, требуемой производительности и экономичности. Так как у каждого метода измерения есть собственные погрешности, при выборе измерительных средств учи­тывают соотношение между допуском на размеры детали и погрешностью метода измерения. Допустимая погрешность метода измерения должна быть не более 1/10-1/15 допуска контролируемого параметра изделия. В некоторых случаях это отношение можно увеличить до 1/6. Измерительные приборы, в том числе измерительные контрольные устройства, делят на устройства, основанные на прямом, косвенном или комбинированном методе измерения.

При прямом методе измерения с помощью контактных устройств наконечник контрольного устройства все время находится в контакте с поверхностью заготовки и непосредственно контролирует ее размер. При достижении заданного размера контрольное устройство автоматически подает сигнал об окончании обработки или необходимости изменения ее режима.

Контрольные устройства, основанные на косвенном методе измерения, не имеют непосредственного соприкосновения с поверхностью заготовки, так как окончание обработки определяется здесь не моментом достижения заготовкой заданного размера, а, например, расстоянием, на которое перемещается рабочий орган станка, несущий режущий инструмент, до упора.

При комбинированном методе измерения контролируют, например, одновременно положение режущего инструмента и размер обрабатываемой поверхности.

Для активного автоматического контроля размеров широкое распространение получили приборы с рычажными и безрычажными элементами. Рычажные устройства имеют особо важное значение в приборах, предназначенных для активного контроля заготовок малых размеров, так как при их обработке рабочая зона бывает очень загруженной, что мешает помещать чувствительные головки (датчики) активных устройств в непосредственной близости от обрабатываемой детали.

Безрычажные устройства бывают одно-, двух- и трехконтактные. Одноконтактные безрычажные устройства предназначены для контроля внутреннего диаметра и высоты деталей на плоскошлифовальном станке с вращающимся столом.

Двухконтактные безрычажные устройства практически не имеют погрешности при измерении положения детали. В них так же, как и в одноконтактных устройствах, наконечники перемещаются по мере изменения размеров в процессе обработки, и по достижении деталью заданных размеров выключается станок (рис. 9.2, а).

На рис. 9.2, б показано двухконтактное контрольное устройство для контроля валов в процессе шлифования. Корпус 1 подвешен на широкой плоской пружине 2 к планке 3, имеющей установочное вертикальное перемещение в пазу колодки 4, посаженной на штоке 5 поршня гидроцилиндра 6. При подаче масла в левую полость цилиндра поршень подводит к детали измерительный наконечник, который занимает показанное на схеме рабочее положение. Обратный отвод датчика осуществляется пружиной 7. Подвеска корпуса датчика эластичная, поэтому неподвижная измерительная губка 8 находится в надежном контакте с обрабатываемой поверхностью независимо от вибраций и деформаций в процессе формообразования. Для ограничения прогиба пружины, несущей измерительный датчик, служит упорный винт 9. Поворотная измерительная губка 10 подвешена на корпусе датчика на плоской пружине 11 и поджимается к обрабатываемой поверхности пружиной 12. В процессе обработки губка 10 перемещается по мере изменения размера и посредством регулировочного винта 13 осуществляется воздействие на рычаг-указатель 14. Указатель снабжен электроконтактом 15, замыкающим контакт 16 по достижении заданного размера и выключающим станок.

В контрольных устройствах других конструкций кроме электроконтактных применяют пневматические, индуктивные, емкостные и лазерные датчики. Преимущество последних в том, что они не требуют перенастройки при переходе на другой типоразмер детали.

Рисунок 9.2 - Двухконтактные контрольные устройства

а - схема контроля отверстия; б — контроль диаметра вала в процессе шлифования

В непоточном автоматизированном производстве широкое распространение получают системы автоматического измерения и компенсации, включающие специальные измерительные устройства, смонтированные в инструментальной оправке, которая может устанавливаться в инструментальном магазине на станке. Типовая конструкция такого устройства показана на рис. 9.3, а.

Подпружиненный щуп 1, который может отклоняться на некоторое расстояние от среднего положения в радиальном и осевом направлениях, монтируют в корпусе 2, который заканчивается конической оправкой 4, идентичной инструментальным оправкам, применяемым на станках с инструментальными магазинами. Хвостовик 5 служит для автоматического закрепления оправки при установке ее в шпиндель станка. Корпус устройства имеет специальный выступ 3, предназначенный для передачи сигнала в момент, когда щуп датчика входит в контакт с измеряемой поверхностью.

Рисунок 9.3 - Устройство автоматического контроля деталей на станке

а — измерительная головка, б — схема системы контроля

Устройство используется тогда, когда необходимо проверить правильность выполнения какого-либо перехода или операции (например, расточка отверстия заготовки 6 или проверка положения спутника с обрабатываемой заготовкой на столе станка перед обработкой). В этом случае устройство по программе устанавливается в шпиндель станка автоматическим устройством смены инструментов. Далее, по программе щуп устройства касается двух противоположных сторон отверстия. Внутри датчика имеется источник питания и инфракрасный генератор, так что устройство может излучать сигналы. Сигналы посылаются в момент касания щупом измеряемой поверхности в форме инфракрасного излучения в секцию приема, расположенную за торцом шпинделя. Из секции приема сигнал поступает в устройство 7 поиска сигнала (рис. 9.3, б) и счетчик 8, где сравнивается с сигналом устройства обратной связи 9, контролирующего положение по координатам X, V и Z стола станка, когда щуп устройства входит в контакт с контролируемой поверхностью. Результирующий сигнал запоминается и поступает в блок контроля размеров 10, откуда направляется в устройство ЧПУ станка 11.

Для повышения качества контроля при наличии СОЖ и загрязнений на измеряемой поверхности в процессе измерения осуществляется обдув сжатым воздухом наконечника щупа измерительного устройства. С этой целью механизм зажима инструмента в задней части шпинделя соединяется с воздушной сетью при зажатом инструменте.

Контролируемый размер расточенного отверстия представляет собой расстояние между двумя положениями щупа плюс диаметр щупа. Система автоматического контроля производит сравнение измеренного размера со значением, заданным программой обработки, и по результатам его подает команду либо на продолжение обработки, либо на повторную расточку с коррекцией или подает сигнал о браке.

Автоматический контроль размеров и положения плоских обработанных поверхностей производится аналогичным образом. Кроме того, подобные системы позволяют контролировать положение базовых поверхностей обрабатываемого полуфабриката или спутника. В этом случае разность между требуемым и фактическим положениями по соответствующим координатам дает поправку, которую следует ввести в ЧПУ станка перед обработкой. Поскольку центр щупа датчика и ось вращения шпинделя могут не совпадать, контролируемый параметр подсчитывается путем усреднения результатов измерений, взятых до и после поворота шпинделя на 180°.

Существуют автоматические системы, контролирующие погрешность базирования спутников в приспособлениях путем установления наличия контакта в шести опорных точках, к которым подводится сжатый воздух, и давления на них.

Таким образом, при использовании системы автоматического контроля и управления процессом достижения требуемой точности на технологическом оборудовании, когда в шпиндель станка помещается измерительное устройство, он превращается в измерительную машину, точность измерения которой определяется точностью координатного перемещения станка, точностью работы измерительной системы и условиями измерения.

Применение контактных методов контроля возможно лишь в тех случаях, когда силы при измерении не вызывают смещений и деформирования контролируемых объектов. В противном случае используются бесконтактные методы контроля, например с помощью лазерных устройств.

С целью повышения точности и производительности контрольных операций в последнее время находят применение шумовые головки с несколькими сменными наконечниками.

В практике используются автоматические системы размерной настройки технологической системы, позволяющие производить контроль положения режущей кромки инструмента относительно баз, несущих обрабатываемый полуфабрикат, перед формообразованием. Подобные системы позволяют сократить влияние размерного износа инструмента и температурных деформаций станка на точность получаемых размеров. Достоинством таких систем является то, что они способны автоматически обеспечивать точность не только диаметров, но и других линейных размеров и геометрической формы обрабатываемых поверхностей.

Существует метод поднастройки станков малыми импульсами. Сущность его заключается в том, что систематически действующие погрешности компенсируются, по возможности чаще, по мере их возникновения. В этом случае по результатам измерений обработанных полуфабрикатов подаются импульсы на специальный механизм, перемещающий режущую кромку инструмента на малое расстояние.

Другим методом сокращения трудоемкости контрольных операций за счет уменьшения их числа является использование систем адаптивного управления формообразованием, повышающих качество изготовляемой продукции и стабилизирующих отдельные параметры качества. В настоящее время разработаны системы адаптивного управления упругими перемещениями технологической системы за счет изменения размера статической и динамической настройки, скорости изнашивания режущего инструмента, размерной настройки и поднастройки технологического оборудования, а также многомерные адаптивные системы, позволяющие управлять одновременно несколькими факторами, влияющими на точность и производительность обработки.

В ряде случаев параметры качества изготовляемой продукции должны быть измерены не в статике, а в динамике, для чего создают испытательные станции или отделения. Испытания разде­ляют на производственные и экспериментальные.

Производственные испытания обычно входят в технологический процесс изготовления изделий. Производственные испытания выполняются за два периода: обкатка вхолостую и испытание под нагрузкой. Эти периоды неразрывно связаны, поэтому обкатка вхолостую и испытание под нагрузкой часто осуществляются на одном стенде последовательно.

Экспериментальные испытания изделий не связаны с выполнением непосредственно программы цеха. Эти испытания производятся обычно в экспериментальных цехах завода, и, следовательно, не загружаются стенды испытательных станций производственных цехов.