Текст книги "О станках и калибрах"
Автор книги: Зигмунд Перля
сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 14 страниц)
Еще 200 лет назад понадобилось ускорить процесс проверки весов и размеров таких массовых изделий, как снаряды-ядра или монеты. Здесь нельзя было допускать выборочную проверку – надо было взвесить каждую монету или обмерить каждое ядро. А для этого нужно было много контролеров и много времени.
К XVIII столетию относится появление специального станочка для проверки размера ядер с постоянным кольцевым калибром и двумя наклонными поверхностями: если ядро проходило сквозь кольцо, оно тут же скатывалось по одной поверхности в кучу годных, принятых снарядов; если ядро не проходило сквозь кольцо,– легкое движение контролера скатывало его по другой поверхности в кучу негодных, непринятых снарядов. Такое приспособление намного ускоряло работу контролеров. {164}
А в XIX столетии появились проверочные машины для сортировки монет по весу. К этому времени один рабочий контролер сортировал вручную только 8 000 монетных кружков в день, а с помощью машин удалось поднять производительность его труда до 30 000 монет в день.
Чем больше совершенствовался и ускорялся процесс металлообработки, тем острее становилась потребность в ускорении и повышении точности проверки изделий. Чаще появлялись все более удачные самодействующие механические устройства для проверки массовых металлических изделий, таких, например, как шарики, гильзы ружейных патронов.
В XX столетии, когда появились станки-автоматы, положение стало еще более трудным. Ведь контролер, «вооруженный» предельным калибром или каким-нибудь универсальным измерительным инструментом, никак не мог справиться с измерением быстро накапливающихся изделий, требующих придирчивой точной проверки. Но дело не только в скорости проверки, но и в ее точности. Даже самый квалифицированный контролер может ошибиться – ему и зрение изменит, и рука дрогнет, и усталость скажется. Нет-нет, а проскочит в партию годных негодная деталь и повлечет за собой заторы в сборке или – еще хуже – перебой, аварию в работе машины. И тогда наиболее остро понадобились автоматические контролеры.
Чисто механические устройства уже не могли решить задачу – столь быстрая и точная работа требовалась от автоматических контролеров. На помощь таким устройствам пришла мгновенная и точная чувствительность, электрического тока. Электромеханические измерительные автоматы были поставлены рядом со станками-автоматами и полностью решили задачу быстрого и точного контроля.
Так, например, при изготовлении снарядных стаканов важно проверить не только размеры готового изделия, но и его вес: лишний грамм или нехватка одного-двух граммов отразится на качестве выстрела. Снаряд даст перелет или недолет, и выстрел будет сделан напрасно.
И тут на помощь пришли автоматические контролеры, работающие с такой же скоростью, как и автомат-станок.
За последним станкам, участвующим в обработке снарядов, стоит автомат-контролер веса снарядов. По {165} внешнему виду эта машина напоминает обыкновенную карусель. Вокруг центральной, неподвижной стойки карусели вращаются коромысла весов. На внешнем конце каждого коромысла длинная «люлька». Коромысло снабжено указателем, острие которого входит в спиральные направляющие канавки на центральной стойке карусели. Таких канавок три. Они-то и заменяют гири весов.
Вот внешний конец коромысла проходит мимо питателя. В этот миг из жолоба в люльку коромысла падает готовый снаряд. Люльки следуют безостановочно друг за другом и в каждую из них автоматически подается очередной снаряд.
Почти одновременно второй конец коромысла входит в одну из трех канавок. Если вес стакана не больше и не меньше заданной величины, указатель коромысла выбирает среднюю канавку-«гирю»; если вес превышает норму, указатель поднимется выше и войдет в верхнюю канавку; если же вес стакана окажется ниже, указатель опустится в нижнюю канавку.
Что же происходит после того как острие указателя войдет в спиральную канавку? Теперь уже коромысло полностью подчинено «гирям»-канавкам: указатель скользит по ним, и угол наклона коромысла зависит от того, куда указатель направлен. Там, где кончаются канавки, находится и место разгрузки люлек от стаканов.
В нижней части каждой люльки торчит стержень-палец. На конечном участке канавок этот палец встречает на своем пути три механических сбрасывателя. Они расположены в нижней части карусели. Первый – ниже двух следующих, и тут же под ними пристроен жолоб для приемки снарядов слишком большого веса. Второй слегка выше первого, и именно под ним находится жолоб, принимающий годные снаряды. Третий слегка выше второго, а под ним – жолоб для приемки снарядов слишком малого веса.
Предположим, что указатель скользит по верхней канавке. Это значит, что внешний конец коромысла опустит люльку в самое нижнее положение. На полной скорости палец споткнется о первый сбрасыватель, люлька повернется книзу, стакан выпадет... в жолоб для изделий, бракуемых по слишком большому весу. Если указатель скользит по средней канавке, палец пронесется над «первым сбрасывателем, но споткнется о второй: годный {166} стакан упадет в главный жолоб и покатится к следующей контрольной машине. Если же указатель скользит по нижней канавке, палец не заденет ни первый, ни второй сбрасыватели, но споткнется о третий и вывалит стакан из люльки в жолоб для изделий, бракуемых по малому весу.
Стакан, принятый по правильному весу, продолжает свое путешествие к следующей «умной» машине – контролеру-автомату, проверяющему размеры.
Автомат проверяет диаметры стакана в четырех местах, затем длину и расстояние от задней кромки ведущего пояска до переднего среза – всего шесть размеров. Поэтому на машине шесть контрольных позиций, и каждая из них обслуживается механическим «посыльным». Особый рычаг захватывает изделие и после проверки передает его на следующую позицию. Стакан задерживается на 2—3 секунды. За это время автоматические измерительные калибры успевают сделать свое дело. Если размер неправилен, калибры включают электрическое реле; оно приводит в действие специальный механизм и тут же бракует изделие, сбрасывая его в приемник брака.
Такие приемники устроены под каждой позицией, поэтому всегда известно, какие изделия по какому размеру забракованы. Больше этого, каждый приемник разделен на две части, и стаканы, забракованные по слишком большому размеру, падают в одну часть приемника, а забракованные по слишком малому размеру – в другую часть приемника.
Если же стакан благополучно прошел через все шесть позиций, он поступает в приемник годных изделий.
Такие автоматические контролеры идут в ногу с наиболее производительными станками-автоматами. Но появились в нашей стране агрегатные станки, еще более производительные и точные; затем они выстроились в автоматические линии и их производительность увеличилась. Непрерывно возрастают требования и к степени точности изготовления. Скоростная проверка размеров огромных партий деталей с точностью до единичных микронов и даже до долей микрона – вот какие задачи были поставлены именно перед советскими учеными и инженерами-специалистами измерительной техники. И они быстро и точно решили эту задачу путем еще {167} большего привлечения разнообразных электрических устройств в конструкции контрольных механизмов.
Так, например, еще перед Великой Отечественной войной советские изобретатели из Научно-исследовательского бюро взаимозаменяемости откликнулись на появление совершенных станков и поточных линий столь же производительным электромагнитным контрольным автоматом для проверки массовых партии деталей-валиков. Эти детали попадают со станка в магазин, откуда они быстро по одной подаются под головку – щуп измерительного устройства. Если размеры валика остаются в пределах допусков, специальный электрический сортировочный механизм сбрасывает его в приемник годных деталей. А если нет, если допуски не соблюдены? Чтобы ответить на этот вопрос, следует получше вникнуть в устройство автомата. Цилиндрический стержень мерительной головки соединен с опорой качающейся детали, напоминающей коромысло весов. Когда валик проходит под щупом, стержень в зависимости от величины изменения диаметра, детали совершает ничтожные перемещения по своей оси. При этом он «качает» коромысло то в одну, то в другую сторону и оно перекашивается. Пока размер валика остается в пределах допусков, это перекашивание происходит «вхолостую», и валики катятся из-под головки в приемник годных изделий. Но вот диаметр одного из валиков оказался больше допустимого – один край коромысла качнулся побольше и при этом коснулся одного из двух сортировочных контактов. Немедленно срабатывает электромагнитное устройство, открывается заслонка приемника валиков, бракованных по признаку превышения размера, куда и скатывается негодное изделие. Если диаметр валика меньше допустимого, другой край коромысла качнется настолько, что произойдет соприкосновение со вторым сортировочным контактом – откроется другая {168} заслонка, куда скатится изделие, забракованное по» признаку заниженного размера. Получается как будто картина взвешивания на весах с коромыслом, но взвешиваются не граммы или миллиграммы, а миллиметры или микроны. И эта точная сортировка происходит со скоростью в 20 000 валиков за 8 часов – автоматический контролер заменяет нескольких рабочих, не допуская при этом ни одной ошибки. Такой контролер не отстанет от любого станка-автомата или даже от автоматической линии станков, обеспечит их бесперебойную и точную работу.
Мерительная головка автоматического контролера: 1 – контактные винты; 2 – рычаг-коромысло; 3 – мерительный шрифт; 4 – изделие
А вот другой пример. Несколько лет назад, вместе с другими контрольными автоматами, наши машиностроители стали применять созданный советскими изобретателями прибор для проверки 13 размеров поршня двигателя. Сколько размеров – столько же пар световых сигналов на панели прибора. И сколько размеров, столько же подвижных измерительных штифтов «торчат» из своих гнезд. Эти гнезда так расположены по отношению к измеряемому поршню, что когда изделие устанавливается в прибор, оно нажимает на штифты всеми проверяемыми поверхностями.
Если допуски соблюдены, сигналы на панели «молчат». Но вот один из штифтов глубже «дозволенного» ушел в свое гнездо. Это значит, что данный размер недопустимо «полнее» назначенной чертежом величины. Немедленно вспыхивает тот из соответствующей пары сигналов, который как бы предупреждает: «внимание, этот размер больше верхнего допуска!». А если контрольный штифт под «нажимом» проверяемого размера недостаточно «ушел», это значит, что данный размер меньше нижнего допуска; тогда вспыхнет другой из пары сигналов и предупредит, что поршень забракован. Такой прибор заменяет 10—15 контролеров.
До сих пор речь шла о таких автоматических контролерах, которые проверяют уже изготовленную деталь. Они уличают станки в плохой работе уже после того, как эта работа завершена, и недостатки бывает либо трудно, либо вовсе нельзя устранить. Но советские конструкторы измерительных автоматов особенно потрудились над тем, «чтобы создать более «разумных» автоматических контролеров, которые обеспечивали бы точность соблюдения {169} размеров в процессе обработки на станках, чтобы исключить брак готовых изделий.
Существует металлообрабатывающий станок узко специального назначения – на нем шлифуется канавка-жолоб на поверхностях колец для шариковых подшипников. Такой станок так и называется жолобошлифовальный. Точность размеров готового изделия – в пределах до 5 микронов. Очень важно поэтому, чтобы станок, на котором выполняется и начальная «черновая» и отделочная «чистовая» обработка, точно выполнял каждую операцию, не снимая лишнего, пусть самого ничтожного слоя металла. Советские изобретатели приспособили к этому станку контрольный прибор-автомат, который управляет обработкой, «зорко следит» за инструментом, в надлежащее мгновение автоматически переключает станок с черновой обработки на чистовую и выключает его, как только достигнута наилучшая степень точности изготовления.
И когда после этого проверяются размеры кольца, оказывается, что желоба обработаны с поражающей воображение точностью – до 2 микронов.
В 1951 году группа советских инженеров была удостоена высокой награды – Сталинской премии – за создание автоматических контролеров для проверки размеров и сортировки конических роликов.
Плитки – «ловцы» микроновСтрожайшие контролеры всех измерительных средств машиностроителей, инструментов и приборов,– это мерительные плитки.
Для примера возьмем случай проверки переставной предельной скобы.
Двумя наборами плиток составляем оба предельных размера: верхний и нижний. Если скоба правильно отрегулирована, то оба набора плотно войдут в пространство между мерительными стержнями и удержатся в нем. Если промежуток между губками скобы недостаточен, соответствующий набор не пройдет, а если, наоборот, промежуток велик, то набор не удержится и выпадет. С помощью соответствующего набора плиток и специального держателя можно «составить» для пробки точную проверочную скобу, а для кольца – радиусный калибр.
Плитками можно также проверить точность микрометра, миниметра, оптического прибора, воздушного микрометра и контрольных автоматов. {170}
При изготовлении очень точных изделий встречается необходимость в такой же точной их разметке. Для этого изготовляют специальные чертилки. Их опорные поверхности обработаны так же, как и мерительные поверхности калибров. Разметку производят на специально точной плите с помощью набора из тех же плиток.
Получается, что именно мерительные плитки служат машиностроителям, как самые надежные «ловцы» микронов. Как обеспечивается такая высокая надежность?
Мерительные плитки еще больше, чем калибры, боятся колебаний температуры. Специальными нагревательными и охлаждающими установками температура помещений, где изготовляются плитки, регулируется с отклонением не более чем в 1 градус от принятой в качестве нормальной (при производстве точных измерений) температуры в 20 градусов. Но и этого бывает недостаточно для особо точных измерений, так как колебания температуры, меньшие 1 градуса вызывают изменения размеров. В таких случаях приходится определять температуру изделий с точностью до 0,01 градуса и путем расчета вносить поправки в результаты измерения. Даже теплота человеческого тела, передающаяся плиткам во время их изготовления, тоже оказывает заметное влияние на их размеры. Если не принять этого во внимание, то изготовленная плитка пойдет в брак.
Освоение производства плиток высшей точности является огромным достижением металлообрабатывающей и измерительной техники XX века. В нашей стране успешно решена задача машинного изготовления плиток.
Мерительные плитки обеспечивают достижение в производстве точностей, выражаемых долями миллиметра, до микронов включительно. Из этого следует, что сами плитки должны отличаться исключительно высокой точностью размеров. При их изготовлении допускаются лишь отклонения, которые выражаются десятыми долями микрона или десятитысячными долями миллиметра. Но те измерительные приборы, которые могут улавливать такие отклонения, в свою очередь должны отличаться еще более разительной точностью. Тут уже нужно располагать точностями порядка стотысячных долей миллиметра. В следующем рассказе мы познакомимся с устройством измерительных приборов, применяемых для измерения мельчайших долей миллиметра. {171}
Как проверяются измерительные плиткиДля проверки правильности размеров и гладкости плоскостей особо точных калибров, в частности, плиток, недостаточно точности, обеспечиваемой рычажными и обыкновенными оптическими приборами. Здесь нужна точность до 0,00001 миллиметра и выше. Эта исключительная точность достигается с помощью приборов, в устройстве которых также использованы законы оптики, а именно законы интерференции световых волн. Такие приборы называются интерферометрами.
Из тех сведений об измерительных плитках, которые приведены выше, мы уже знаем, что мерительные поверхности плиток должны представлять собой правильные плоскости, и фактическое расстояние между мерительными поверхностями должно точно равняться проставленному на плитке числу, выражающему величину этого расстояния в миллиметрах.
На практике, однако, редко удается удовлетворить все эти требования. Всегда случаются отклонения от идеальной точности. Величина допускаемых отклонений рассчитывается заранее. Производство плиток налаживается таким образом, чтобы не выходить за пределы этих отклонений, величины которых выражаются десятитысячными долями миллиметра.
100-миллиметровая плитка может иметь отклонение от размера в одну или в другую сторону не больше чем на 0,6 микрона, т. е. это отклонение должно приближаться к длине волны красного луча света из солнечного спектра. Чем меньше размер плитки, тем меньше и допускаемое отклонение. В плитках длиной в 70 миллиметров допускается отклонение не больше 0,45 микрона, т. е. примерно на величину длины волны фиолетового луча света. Самое малое отклонение для наименьших размеров не превышает 0,2 микрона. Наряду с допусками на неточность размера существуют еще допуски на отклонение от параллельности. Эти допуски еще меньше. Наибольший равен 0,4 микрона, наименьший – 0,1 микрона.
Для улавливания таких микроскопических длин применяют различные системы интерферометров.
Устройство промышленных интерферометров основано на той же схеме, что и прибор, которым измеряли длину метра в длинах световых волн. Но вместо волны какого-либо {172} одного одноцветного луча света (как красный цвет спектра кадмия) в промышленных интерферометрах используется весь спектр определенного источника света. Это значит, что на измеряемой длине наблюдаются интерференционные полосы от каждого одноцветного луча, участвующего в спектре данного источника света. Расстояние между каждой соседней парой одноцветных полос соответствует известной нам длине волны данного одноцветного луча света.
Измеряемые плитки устанавливаются одной мерительной поверхностью на переставной столик интерферометра таким образом, чтобы интерференционные полосы наблюдались на проверяемой поверхности. Получается ряд строго параллельных и прямых или криволинейных световых полос со свойственным каждой полосе особым цветом. При проверке плиток на неровность поверхности их устанавливают, регулируя положение столика прибора таким образом, чтобы кромка испытуемой поверхности воспринимала какой-либо один из лучей, окрашивалась в один цвет, например в фиолетовый. Тогда все точки поверхности испытуемой плитки, находящиеся на этом же уровне (или весьма близкие к нему в пределах длины волны фиолетового луча), будут тоже окрашены в фиолетовый цвет.
Все приподнятые точки будут последовательно окрашены полосами следующих за фиолетовым спектральных цветов. Если поверхность имеет неровности, то возвышения и впадины рельефно выделяются вследствие окраски их в разные цвета.
Полосы располагаются по кругу, по точкам поверхности, находящимся на одном и том же уровне; им соответствуют одинаковые длины волн и эти точки одинаково удалены от источников света. Поэтому все они и окрашиваются каким-либо одноцветным лучом.
При контроле готовых плиток встречается необходимость установить факт полной гладкости (плоскостности) поверхности плитки. Для этого достаточно слегка приподнять на подставке край плитки, чтобы испытуемая поверхность освещалась пучком разных одноцветных лучей под некоторым углом. Если поверхность плоска, то полосы будут прямыми и параллельными друг другу, в противном случае полосы будут в большей или меньшей степени искривлены. Этим способом контроля улавливаются отклонения, выражаемые долями микрона.
{173}
{174}
Проверка плиток на параллельность ее поверхностей: а– плитка установлена так, что плоскость одной из испытуемых поверхностей совпадает с одним из одноцветных лучей и окрашивается им; б– окраска той же поверхности после поворота плитки на 180° вокруг ее вертикальной оси изменилась: поверхность окрасилась не одним (тем же) цветом, а рядом различных одноцветных и параллельных полос; это означает, что испытуемая поверхность не параллельна нижней поверхности плитки, расположенной в плоскости стола; ви г– поверхности плитки параллельны друг другу – после поворота плитки окраска поверхности не изменилась
Проверка поверхности плиток на неровность и плоскостность: а– световые одноцветные круги на выпуклой поверхности; б– световые одноцветные круги на вогнутой поверхности; в– световые одноцветные круги на неровностях поверхности; ги д– прямые и параллельные одноцветные полосы на правильных плоских поверхностях
Пользуясь интерферометром, легко также установить, отклоняются ли мерительные поверхности плитки от взаимной параллельности. Плитка устанавливается на столик прибора, положение которого регулируется таким образом, чтобы одна из испытуемых поверхностей располагалась в плоскости направления одного из лучей.
Проверка плиток на правильность размера: а – образцовая плитка установлена так, что плоскость ее верхней поверхности совпадает с каким-либо одним лучом; б – проверяемая плитка устанавливается на том же столе рядом; если размер плитки правилен, верхняя ее поверхность будет окрашиваться тем же лучом; если размер плитки больше (или меньше), чем размер образцовой, то верхняя поверхность окрасится другим лучом. Величина отклонения определяется числом параллельных полос на боковой поверхности проверяемой плитки (если она больше) или образцовой плитки (если проверяемая плитка меньше); в и г – размер проверяемой плитки равен размеру образцовой
После этого плитка поворачивается на 180 градусов вокруг своей вертикальной оси. Если испытуемая поверхность параллельна нижней, расположенной в плоскости стола, то после поворота окраска ее не изменится. Если же поверхности непараллельны, то после поворота на испытуемой поверхности образуется ряд параллельных полос. Число этих полос дает возможность определить в долях микрона величину отклонения мерительных поверхностей от параллельности.
Для проверки правильности размера пользуются интерферометром, но уже с помощью образцовой плитки.
Образцовая плитка устанавливается так, чтобы ее верхняя поверхность лежала в плоскости направления одного какого-либо луча, {175} а сравниваемая плитка устанавливается на том же столе рядом. Если размер ее правилен, то верхняя поверхность будет находиться в той же плоскости и окрашиваться тем же лучом. Если же размер проверяемой плитки больше, чем размер образцовой, то верхняя поверхность окажется окрашенной в другой цвет. По числу полос на боковой поверхности плитки определяют величину разности размеров. Если бы испытуемая плитка оказалась меньше образцовой, то в этом случае величину разности размеров можно было бы определить по числу полос на боковой поверхности образцовой плитки.
Создание интерферометра явилось еще одной ступенью на пути к завоеванию точности, так как дало возможность определять длины, выражаемые в миллимикронах, в миллионных долях миллиметра.
* * *
Много побед одержано советскими учеными-специалистами измерительной техники. Их высокие достижения и послужили тем фундаментом, на котором удалось создать еще более удивительные автоматические контрольные устройства и включать их сначала в автоматические линии станков, а вскоре после этого в строй чудесных установок завода-автомата.
