Контроль качества деталей после лазера и фрезера в малом цехе: что мерить, чем и как записывать

Что мерить на деталях после лазера и фрезера

На чертеже может быть сорок размеров, но проверяют те, которые определяют сборку и приёмку заказчиком. Остальные держат общие допуски: по ГОСТ 30893.1 в классе «средний» (m) это ±0,2 мм для размеров от 6 до 30 мм, ±0,3 мм от 30 до 120 мм и ±0,5 мм от 120 до 400 мм. Класс «точный» (f) даёт ±0,1, ±0,15 и ±0,2 мм на тех же интервалах.

Два пояснения к таблице. Отверстие в лазерной детали получается слегка коническим, с разницей диаметров между входом и выходом, поэтому мерят с обеих сторон. Вся эта разница описывается перпендикулярностью реза: ISO 9013 делит её на пять классов, и чем толще лист, тем больше допустимое отклонение. Для кромки по тому же стандарту нормируется шероховатость Rz5, для лазерного реза низкоуглеродистой стали на лазере 800 Вт её приводят в справочнике шероховатости: около Rz 10 мкм при толщине 1 мм, 20 мкм при 3 мм и 25 мкм при 6 мм (Radovanović, Dašić, 2006). Для мощных современных станков цифры будут отличаться, их проверяют пробным резом.

Перпендикулярность кромки проверяют приложенным к ней угольником и щупом. На листе 6 мм зазор 0,2 мм у одного края соответствует наклону около 1,9°. Как допуск плоскостности записывают на чертеже, показано на странице про плоскостность.

Чем мерить: инструмент под допуск

Исходное правило метрологии: погрешность средства измерения не должна «съедать» допуск. Практика, закреплённая в ГОСТ 8.051-81, допускает погрешность измерения линейных размеров в пределах 20–35 % допуска в зависимости от квалитета. Если допуск 21 мкм (H7 на Ø20), прибор должен ошибаться не больше чем на 4–7 мкм.

Погрешности инструмента из стандартов:

Теперь подставим реальные допуски для отверстия или вала диаметром 20 мм. Значения допусков взяты из таблицы квалитетов, а допустимую погрешность считаем как 20–35 % допуска.

Цифровой штангенциркуль с дисплеем в сотую миллиметра создаёт ощущение точности, которой у него нет: стандарт допускает ошибку ±0,03 мм, то есть 60 мкм по размаху. Для лазерного контура с допуском ±0,1 мм (поле 200 мкм) он подходит, для посадки H7 нет. Подробнее о том, как выбирать допуски под посадку, написано в справочнике допусков и посадок, а подобрать поля удобно в калькуляторе допусков.

Какими ещё средствами пользуются в цехе:

• Калибры. Проходная сторона (ПР) входит в отверстие, непроходная (НЕ) нет. Подходят для серий с одним размером: проверка занимает секунды и не требует навыка.
• Щупы. Набор пластин толщиной от 0,02 до 1 мм: зазор под угольником, зазор между плоскостью и поверочной плитой.
• Индикатор часового типа на стойке с ценой деления 0,01 мм: плоскостность и биение на плите.
• Шаблоны. Контур сложной детали накладывают на вырезанный из эталонной детали шаблон: годна или нет решает свет в зазоре. Радиусные и резьбовые шаблоны определяют радиус и шаг.
• Образцы шероховатости для сравнения на ощупь и глаз, профилометр, если Ra указана на чертеже, а допуск на неё жёсткий. Значения Ra и Rz переводят в калькуляторе.

Ещё одна деталь: измерять надо при температуре, на которую рассчитаны приборы. ГОСТ 166-89 нормирует погрешность штангенциркулей при (20 ± 5) °C. Деталь после резки или фрезеровки тёплая: стальная длиной 300 мм при перегреве в 10 °C вырастает примерно на 0,036 мм (коэффициент около 12·10⁻⁶ на градус), алюминиевая, у которой коэффициент около 23·10⁻⁶, на 0,07 мм. Это сопоставимо с погрешностью самого штангенциркуля.

Первая деталь и выборочный контроль

Первую деталь проверяют по всем размерам чертежа в тех случаях, когда мог измениться размер или качество: после наладки, замены сопла, линзы или фрезы, смены партии листа или заготовки, нового файла или правки программы, перерыва в работе. Её же оставляют в качестве эталона: по ней видно, как должна выглядеть кромка, и её не придётся угадывать после смены оператора.

Дальше контроль выборочный. Цифры в таблице — ориентир для внутреннего регламента, а не требование стандарта, при приёмке заказчиком действуют правила договора.

Пример расчёта

Партия из 200 кронштейнов, лазерная резка, 12 размеров на чертеже, из них 3 критичных. Первая деталь проверяется полностью за 8 минут. Каждую 25-ю деталь, то есть 8 деталей, проверяют по трём критичным размерам за 1,5 минуты каждую. Это 12 минут. Ещё одна полная проверка после замены сопла на середине партии составит 8 минут. Итого 28 минут.

Час оператора примем 710 ₽ (зарплата 90 000 ₽, взносы 30 %, 1972 рабочих часа в год, все допущения условные). Контроль обойдётся примерно в 330 ₽, то есть 1,7 ₽ на деталь. Допустим, деталь стоит 85 ₽ при материале и резке. Если из-за сбитого фокуса ошибка проходит через всю партию и её находят у заказчика, цех теряет 200 × 85 = 17 000 ₽ без учёта репутации и срока. Один пойманный брак партии покрывает стоимость контроля примерно пятидесяти таких заказов.

Как записывать результат

Записывают не оценку «годно», а числа. Тогда видна тенденция, а не только момент, когда деталь вышла за допуск. Минимальная форма протокола — таблица на заказ или на смену.

Все три детали годны, но размер растёт на 0,05 мм каждые 25 деталей. Если подождать ещё две проверки, он выйдет за допуск. Дрейф такого вида в лазерной резке чаще всего вызывают износ сопла, загрязнение линзы или сдвиг фокуса, а у фрезера износ инструмента. Поэтому действуют по правилу: когда пять-шесть замеров подряд идут в одну сторону, останавливаются и ищут причину, не дожидаясь выхода за допуск.

Рядом с цифрами записывают то, что поможет найти причину: номер программы и версию файла, партию материала, оператора, станок, параметры режима. Когда деталь маркируют лазером, номер партии кодируют вместе с нанесением, как в статье о маркировке Data Matrix и QR. Протокол хранят таблицей или папкой со сканами, а эталонную деталь с датой и номером заказа убирают на полку. Сроки хранения оговаривают с заказчиком в договоре, особенно для промышленных заказов.

Когда нужна координатно-измерительная машина

КИМ (координатно-измерительная машина) касается детали щупом или оптическим датчиком и записывает координаты точек. Дальше программа строит размеры, положение осей и допуски формы.

Производители выпускают машины разных классов, в линейке Mitutoyo есть варианты цехового исполнения. Цены на сайтах производителей не опубликованы. В цехе, где сложных корпусных деталей несколько в месяц, рациональнее сдавать такие измерения подрядчику с лабораторией и оценивать по стоимости часа измерений, а не покупать машину. Покупка оправдана, когда протоколы нужны регулярно и измерение вручную занимает больше времени, чем сама обработка.