Определение положения основной плоскости конической дюймовой резьбы на основе облака ее точек от координатно-измерительной машины
Автор: Щуров И.А., Шаламов В.Г., Морозов А.В.
Рубрика: Технология
Статья в выпуске: 4 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
Традиционно контроль изготавливаемых резьбовых поверхностей принято выполнять с использованием предельных калибров. Однако в единичном или мелкосерийном типах производства деталей с нестандартными резьбами изготовление дорогостоящих специальных калибров становится нерентабельным. Тенденция последних десятилетий, связанная со снижением серийности производства, обуславливает все более широкое применение универсальных средств измерений и прежде всего координатно-измерительных машин (КИМ). Для контроля метрических или упорных цилиндрических резьб, точность которых согласно стандарту определяется приведенным средним диаметром, разрабатываются методики его расчета по полученным от КИМ облакам точек. В случае конических резьб их точность необходимо определять положением их основных плоскостей. Такое положение, а именно расстояние от данной радиальной плоскости до торцовой плоскости резьбовой части детали, должно находиться в заданных допуском пределах. Для расчета этого расстояния в данной работе предложено использовать прилегающие к полученному на КИМ облаку точек две смежные идеальные винтовые поверхности, которые вместе как калибр-кольцо с заданным собственным средним диаметром определяют искомую плоскость. Выполненные по предлагаемой методике расчеты облака точек для случая дюймовой конической резьбы показали соответствие найденного расстояния осевого положения основной плоскости указанным в стандарте значениям. При этом исследованиями было установлено, что точность расчетов существенно зависит от точности определения координат точек резьбы. Приемлемый по точности расчет (0,2 %) был получен при определении координат точек резьбы с точностью 5 мкм, что достижимо при использовании ряда оптических КИМ. Предложенный подход может применяться и для случая свинчивания наружной трубной конической резьбы с внутренней цилиндрической резьбой. Таким образом, приведенные в статье результаты исследований имеют перспективы и требуют дальнейшего совершенствования, например, для определения осей идеальных винтовых поверхностей, прилегающих к облаку точек реальной резьбы.
Коническая резьба, основная плоскость, координатно-измерительная машина, облако точек, прилегающая винтовая поверхность, калибр-кольцо
Короткий адрес: https://sciup.org/147247595
IDR: 147247595 | УДК: 621.9-1/-9 | DOI: 10.14529/engin240407
Determination of the position of handtight engagement plane of a tapered inch thread based on the cloud of points from coordinate measuring machine
Traditionally, control of manufactured threaded surfaces is carried out using gauges. However, in single-piece or small-scale production of parts with non-standard threads, the production of expensive special gauges becomes unprofitable. The trend of recent decades, associated with a reduction in serial production, has led to the increasingly widespread use of universal measuring equipment and, above all, coordinate measuring machines (CMM). To control metric or buttress cylindrical threads, the accuracy of which, according to the standard, is determined using the virtual pitch thread diameter, a number of methods have being developed to calculate this diameter using point clouds from CMMs. In the case of tapered threads, their accuracy must be determined by the position of their planes of handtight engagement. This position, namely: the distance from this plane to the end plane of the threaded part has to be within the limits specified by the tolerance. To calculate that distance, the presented paper proposes to use two contiuous ideal helical surfaces adjacent to the point cloud obtained from the CMM. These two surfaces together, like a ring gauge with a given virtual pitch thread diameter, define the desired plane. The calculations of the point cloud for the case of an inch tapered thread, performed using the proposed method, showed that the distance of the axial position of the plane corresponds to the values specified in the standard. At the same time, the has established that the accuracy of calculations significantly depends on the accuracy of determining the coordinates of the thread points. An acceptable accuracy calculation (0.2%) was obtained when determining the thread points coordinates with an accuracy of 5 µm, which is achievable using some of optical CMMs. The proposed approach can also be applied for the case of screwing an external tapered threads with an internal cylindrical thread. Thus, the research results presented in this article have prospects and require further improvement, for example, in order to determine the axis of ideal screw surfaces adjacent to the point cloud of real threads
Список литературы Определение положения основной плоскости конической дюймовой резьбы на основе облака ее точек от координатно-измерительной машины
- Мурачёв Д.А., Черепанов М.А. Технология измерения параметров деталей на координатно-измерительной машине GLOBAL CLASSIC 05.05.05 // Техническое регулирование в едином экономическом пространстве: сборник статей IV Всеросс. н-практ. конф. Екатеринбург, 2017. С. 131–140.
- Hexagon. Globals. Data Sheet. Germany: Hexagon Manufacturing Intelligence. 2018.16 p.
- Quindos. Leitz PMM. Germany: Hexagon Metrology GmbH. 2008. 35 p.
- Advanced screw thread metrology using a holistic approach. Germany: Physikalisch-Technische Bundesanstalt. 2019. 2 p.
- Расширение возможностей систем измерения контура MarSurf XC 20, XCR 20 или XP. Опция измерения резьбы. Germany: Mahr GmbH. 2012. 4 c.
- Yunfeng Z., Zhongming F., Pengpeng L. Contact high-precision large stroke thread measuring instrument// International Journal of Research in Engineering and Science. 2015. Vol. 3 Iss. 6. P. 48–54.
- Laks S.A., Raja J. Bibliography of Screw Thread Measurement. U.S. Department of commerce. 1993. 88 p.
- Traceability of thread measurements. Germany: Physikalisch-Technische Bundesanstalt. 2022. 44 p. DOI: 10.7795/550.20230717.
- Carmignato S., De Chiffre L. A new method for thread calibration on coordinate measuring ma-chines // CIRP Annals. 2003. Vol. 52, Iss, 1. P. 447–450. DOI: 10.1016/S0007-8506(07)60622-2.
- Merkac T.P., Acko B. Comparising measuring methods of pitch diameter of thread gauges and analysis of influences on the measurement results // Measurement. 2010. Vol. 43. P. 421–425. DOI: 10.1016/j.measurement.2009.12.012.
- Comparison of internal and external threads pitch diameter measurement by using conventional methods and CMM’s/ I.A. Yuksel, T.O Kılınc, K.B. Sonmez, S.O. Aktan // 19th Int.l Congress of Me-trology. Art.N 09001. DOI: 10.1051/metrology/201909001.
- Носкова Ю.Ю., Халтурин О.А., Абляз Т.Р. Метод контроля конических резьб для элементов бурильных колонн на координатно-измерительной машине // Вестник ПНИПУ, «Маши-ностроение, Материаловедение». 2012. Т. 14, № 1. С. 85–91.
- A method of screw thread measurement using a 3D vision system / R. Farana, A. Sioma, P. Su-ligab, J. Kowal // Journal of Machine Construction and Maintenance. 2018. Vol. 2, Iss. 109. P. 7–14.
- A new approach for holistic thread profile determination supported by optical focus variation measurements / V. Ullmann, T. Meb, K, Wenzel, T. Machleidt, E. Manske // Engineering for a Chang-ing World: Proceedings; 59th IWK. 2017. Vol. 59, No. 1.1.12.
- Improved particle swarm optimization algorithm based on a three-dimensional convex hull for fitting a screw thread central axis / L. Lei, Z. Xie, H. Zhu, Y. Guan // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 4902–4910. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3048376.
- Axial-Stereo 3-D Optical Metrology for Inner Profile of Pipes Using a Scanning Laser Endo-scope / Y. Gong, R.S. Johnston, C.D. Melville, E.J. Seibel // Int. J. Optomechatronics. 2015. Vol. 9, Iss. 3. P. 238–247. DOI: 10.1080/15599612.2015.1059535.
- Gong Y., Seibel E.J. Three-dimensional measurement of small inner surface profiles using fea-ture-based 3-D panoramic registration // Opt Eng. 2017. Vol. 56, Iss.1:014108. DOI: 10.1117/ 1.OE.56.1.014108.
- Suliga P. A feature analysis of a laser triangulation stand used to acquire a3D screw thread im-age // 17th Int. Carpathian Control Conference (ICCC). Slovakia. 2016. P. 702–705. DOI: 10.1109/ CarpathianCC.2016.7501186.
- Peti F., Serban P. Coordinate Measuring Machine Probes Effect during Inner Thread Position Measurement // Proceedings MDPI. 2020. Vol. 63, Iss. 1:55. DOI: 10.3390/proceedings2020063055.
- Schadel S., Wedmann A., Stein M. Advanced screw thread metrology using an areal measuring strategy and a holistic evaluation method// Measurement Science and Technology. 2019. Vol. 30. No. 075009. DOI: 10.1088/1361-6501/ab1501.
- Shchurov I.A. Calculation of the virtual pitch thread diameter using the cloud of points from CMM // Int J Adv Manuf Technol. 2011.Vol. 53. P. 241–245. DOI: 10.1007/s00170-010-2815-z.
- Щуров И.А. Расчет точности обработки и параметров мерных инструментов на основе дискретного твердотельного моделирования: монография. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. 2004. 320 с.
