 |
Измерения и контроль геометрических величин
|
|
|
|
Измерение и контроль геометрических величин в таких отраслях как машиностроение, станкостроение, автомобиле- и тракторостроение приборостроение, электроника и многих других является основой проверки контроля качества продукции и управления современными технологическими процессами.
Меры длины концевые плоскопараллельные. Эти средства измерений (ГОСТ 9038–90 “Меры концевые плоскопараллельные. Технические условия”) предназначены для передачи размеров от выраженных через длину световой волны до изделия. Это основное назначение концевых мер длины осуществляется путем применения их для хранения и передачи единицы длины, для поверки и градуировки различных мер и средств измерений, для поверки калибров, а также для определения размеров изделий и приспособлений, для точных разметочных и координатно-расточных работ, для наладки станков и инструментов и т. д.
В соответствии с ГОСТ 9038–90 концевые меры длины имеют форму прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями (рис. 10.10, а).
За размер плоскопараллельной концевой меры длины принимается ее срединная длина l (рис.10.10, б), которая определяется длиной перпендикуляра, проведенного из середины одной из измерительных поверхностей меры на противоположную измерительную поверхность.
Номинальный размер срединной длины наносится на каждой мере.
Концевые меры изготавливаются классов точности: 00; 01; 0; 1; 2; 3 – из стали; 00; 0; 1; 2 и 3 – из твердого сплава. (класс 00 – самый точный).
Концевые меры комплектуют в различные наборы по их числу и размерам номинальной длины. В наборах от №1 до №19 число мер составляет от 2 -х до 112. В специальных наборах: №20 (23 меры), №21 (20 мер), №22 (7 мер).
|
|
|
Класс точности набора определяется низшим классом отдельной меры, входящей в набор. К каждому набору прилагается паспорт, в котором указывается номинальная длина каждой меры и отклонение.
В зависимости от погрешности измерения длины мер (от погрешности аттестации) и отклонения их от плоскостности и параллельности концевые меры разделяют на пять разрядов: 1, 2, 3, 4 и 5-й (для первого разряда определена наименьшая погрешность аттестации). Величины погрешностей приводятся в аттестате меры.
При использовании концевых мер, для которых установлен разряд, размер блока плиток определяют по номинальным значениям мер, но и учитывают действительное отклонение, приведенное в аттестате.
Одно из основных свойств концевых мер длины, обеспечивающее их широкое применение – это притираемость, т. е. способность прочно сцепляться между собой при прикладывании или надвигании одной меры на другую (рис.10.10, в). Сцепление (адгезия) мер вызывается молекулярными силами сцепления при наличии тончайшей пленки смазки между ними (0,05…0,1 мкм). Усилие сдвига одной меры относительно другой в этом случае составляет не менее 30 … 40 Н, а для новых концевых мер эта величина возрастает в 10 – 20 раз. Концевые меры из стали должны выдерживать 500 притираний при вероятности безотказной работы 0,8, а концевые меры из твердого сплава – 30 000 при вероятности 0,9.
При составлении блока требуемого размера из концевых мер следует руководствоваться следующим правилом. Блок заданного размера необходимо составлять из возможно меньшего числа мер. В начале следует выбирать концевые меры, позволяющие получить тысячные доли миллиметра, затем сотые, десятые и, наконец, целые миллиметры. Например, для получения блока размером 28,495 мм необходимо из набора №1 взять концевые меры в следующей последовательности: 1,005+1,49+6+20=28,495 мм. Минимальное количество концевых мер в блоке, с одной стороны, повысит точность блока (уменьшается суммарная погрешность размера блока), а с другой – повысит надежность блока от разрушения. Количество концевых мер в блоке не должно превышать 5 штук.
|
|
|
Материалом, из которого изготавливают концевые меры длины, чаще всего бывают хромистые стали 20ХГ, ХГ, ШХ15, Х, твердость измерительных поверхностей которых составляет не менее HRC э 62.
Шероховатость измерительных поверхностей концевых мер длины для обеспечения хорошей притираемости и высокой износостойкости установлена в пределах не более 0,063 мкм по критерию Rz. Шероховатость нерабочих поверхностей – Rа 0,63 мкм.
Средний срок сохраняемости концевых мер из стали - не менее 1 года, а из твердого сплава – не менее 2-х лет.
Примеры условных обозначений:
Набор №2 концевых мер из стали класса точности 1:
Концевые меры 1–Н2 ГОСТ 9038–90
Набор №3 концевых мер из твердого сплава класса точности 2:
Концевые меры 2–Н3– Т ГОСТ 9038–90
Концевая мера с номинальной длиной 1,49 мм из стали класса точности 3:
Концевая мера 3–1,49 ГОСТ 9038–90.
Благодаря свойству концевых мер притираться, они являются универсальными и широко применяемыми средствами измерения и контроля. Область применения концевых мер еще более расширяется при использовании их совместно с принадлежностями.
Измерительные линейки. Линейки (рис.10.11) относятся к штриховым мерам и предназначены для измерения размеров изделий 14…18 квалитетов точности прямым методом. Конструкции линеек однотипны. Они представляют собой металлическую полосу шириной 20…40 мм и толщиной 0,5…1,0 мм, на широкой поверхности которой нанесены деления. Линейки изготавливаются с одной или двумя шкалами с верхними пределами измерений 150, 300, 500 и 1000 мм и ценой деления 0,5 или 1 мм. Линейки с ценой деления 1 мм могут иметь на длине 50 мм от начала шкалы полумиллиметровые деления.
Измерительные линейки предназначены для измерений высот, длин, диаметров, глубин и т.п. в различных отраслях промышленности, в том числе и в машиностроении. Их основное преимущество – простота конструкции, низкая стоимость, надежность и простота в измерении. Измерение производится прикладыванием линейки к измеряемому объекту, чаще всего совмещая нулевой штрих линейки с краем детали. Отсчет по шкале на другом краю детали даст нам искомый результат измерения. Но это не обязательно. Так, например, при измерении диаметра отверстия снимается два показания: с одной стороны отверстия и с другой. Вычитая из большего значения меньшее, мы получим размер диаметра.
|
|
|
Допускаемые отклонения действительной общей длины шкалы линеек от номинального значения находятся в пределах ±(0,10…0,20)мм в зависимости от общей длины шкалы, а отдельных подразделений не более ±(0,05…0,10) мм.
Поверку линеек, т. е. определение погрешности нанесения штрихов, производят по образцовым измерительным линейкам, которые называют штриховыми мерами. Погрешность такого сравнения не превышает 0,01 мм.
Штангенинструмент. Эти СИ предназначены для абсолютных измерений линейных размеров наружных и внутренних поверхностей, а также для воспроизведения размеров при разметке деталей. К ним относятся штангенциркули (рис.10.12, а,б,в), штангенглубиномеры и штангенрейсмасы.
Основными частями штангенинструментов являются линейка-штанга с делениями шкалы 1 мм и перемещающаяся по линейке шкала-нониус. По шкале-линейке отсчитывают целое число миллиметров, а по нониусу – десятые и сотые доли миллиметра.
Для отсчета с помощью нониуса сначала определяют по основной шкале целое число миллиметров перед нулевым делением нониуса. Затем добавляют к нему число долей по нониусу в соответствии с тем, какой штрих шкалы нониуса ближе к штриху основной шкалы. Например, на рис.10.12, г измеряемый размер равен 7 мм или 7,7 мм.
Основные типы нониусов (I…IV) представлены на рис. 10.13. Наибольшее распространение получили нониусы с точностью отсчета 0,1 мм; 0,05 мм; 0,02 мм.
ГОСТ 166–89 предусматривает изготовление и использование трёх типов штангенциркулей: ШЦ–I с ценой деления 0,1 мм (рис.10.12, а), ШЦ–II с ценой деления 0,05 мм и 0,1 мм (рис.10.12, б); ШЦ–III с ценой деления 0,05 и 0,1 мм (рис.10.12, в).
В штангу индикаторного штангенциркуля (рис.10.14) вмонтирована зубчатая рейка 2, по которой перемещается зубчатое колесо 3 индикатора, закрепленного на рамке 1. Перемещение зубчатого колеса передается на стрелку индикатора, показывающую единицы, десятые и сотые доли миллиметра.
|
|
|
Для линейных измерений в последнее время применяют также штангенинструменты с электронным цифровым отсчетом (рис.10.15). В этих приборах вдоль штанги также располагается многозначная мера, по которой отсчитывается величина перемещения подвижной рамки. В качестве многозначной меры используются или фотоэлектрические или емкостные преобразователи. Большинство штангенинструментов с электронным отсчетным устройством имеют возможность представления результата измерения непосредственно на шкалу прибора, либо на подключаемый к нему микропроцессор. Цена деления таких приборов составляет 0,01 мм.
Штангенглубиномеры (ГОСТ 162–90) принципиально не отличаются от штангенциркулей и применяются для измерения глубины отверстий и пазов. Рабочими поверхностями штангенглубиномеров (рис.10.16) являются торцовая поверхность штанги 1 и база для измерений – нижняя поверхность основания 4. Для удобства отсчета результатов измерений, повышения точности и производительности контрольных операций в некоторых типах штангенглубиномеров вместо нониусной шкалы предусматривается установка индикатора часового типа с ценой деления 0,05 и 0,01 мм.
Штангенрейсмасы (ГОСТ 164–90) являются основными измерительными инструментами для разметки деталей и определения их высоты. Они могут иметь дополнительный присоединительный узел для установки измерительных головок параллельно или перпендикулярно плоскости основания. Конструкция и принцип штангенрейсмасы принципиально не отличаются от конструкции и принципа действия штангенциркуля. На заводах применяются штангенрейсмасы с индикаторным отсчётом и с цифровым отсчётом показаний. В первом случае вместо нониусной шкалы на подвижной рамке 2 (рис.10.17) устанавливается индикатор часового типа с ценой деления 0,05 или 0,01 мм, а во втором – зубчатое колесо ротационного фотоэлектрического счетчика импульсов, которое находится в зацеплении с зубчатой рейкой, нарезанной на штанге прибора. За один оборот зубчатого колеса счетчик дает 1000 импульсов, показания которого передаются к цифровому показывающему или записывающему устройству. Погрешность измерения в этом случае может не превышать 10…15 мкм.
Микрометрические инструменты. К микрометрическим инструментам относятся гладкие микрометры (рис.10.18), микрометры со вставками, микрометрические глубиномеры (рис.10.19), микрометрические нутромеры (рис.10.20). Они предназначены для абсолютных измерений наружных и внутренних размеров, высот уступов, глубин отверстий и пазов и т. д.
|
|
|
Принцип действия этих инструментов основан на использовании винтовой пары (винт-гайка) для преобразования вращательного движения микрометрического винта в поступательное. Основными частями микрометрических инструментов являются (рис.10.18, а,б): корпус 1, стебель 3, внутри которого с одной стороны имеется микрометрическая резьба с шагом 0,5 мм, а с другой – гладкое цилиндрическое отверстие, обеспечивающее точное направление перемещения винта 4. На винт установлен барабан 5, соединенный с трещоткой 7, обеспечивающей постоянное усилие измерения (для микрометрических нутромеров трещотка не устанавливается).
Отсчетное устройство микрометрических инструментов (рис.10.18, в) состоит из двух шкал: продольной 9 и круговой 10. По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0,5 мм, по круговой шкале – десятые и сотые миллиметра.
Гладкие микрометры типа МК (ГОСТ 6507–90 “Микрометры. Технические условия”) (рис.10.18) выпускаются с различными пределами измерения: от 0 до 300 мм через каждые 25 мм с диапазоном показаний шкалы 25 мм, а также 300…400; 400…500 и 500…600
мм. Предельная погрешность микрометров зависит от верхних пределов измерения и может составлять от ±3 мкм для микрометров МК–25 до ±50 мкм – для микрометров МК–500.
Выпускаются микрометры с цифровым отсчетом всего результата измерения. Отсчетное устройство в таких микрометрах действует по механическому принципу.
Микрометрический глубиномер (ГОСТ 7470–92 “Глубиномеры микрометрические. Технические условия”) (рис.10.19) предназначен для абсолютных измерений глубин отверстий, высот выступов и т. д. Он имеет стебель 3, закрепленный на траверсе 4 с помощью гайки фиксации 5. Одной измерительной поверхностью является нижняя плоскость траверсы 4, другой – плоскость микрометрического винта, соединенного с подвижной пяткой 6. Микровинт вращается трещоткой 1, соединенной с барабаном 2. В комплект микрометрического глубиномера входят установочные меры с плоскими измерительными торцами.
Микрометрический нутромер (ГОСТ 10–88 “Нутромеры микрометрические. Технические условия”) (рис.10.20) предназначен для абсолютных измерений внутренних размеров. При измерении измерительные наконечники приводят в соприкосновение со стенками проверяемого отверстия. Микрометрические нутромеры не имеют трещоток, поэтому плотность соприкосновения определяется на ощупь. Установка нутромера на нуль выполняется либо по установочному кольцу, либо по блоку концевых мер с боковиками, устанавливаемых в струбцину.
Микрометрические нутромеры типа НМ выпускают с пределами измерений 50…75, 75…175, 75…600, 150…1250, 800…2500, 1250…4000, 2500…6000 и 4000…10000 мм. При необходимости увеличения пределов измерений используются удлинители.
|
|
|
