Точность концевых мер длины

Большое разнообразие в применении мер вызывает необхо­димость в мерах различной точности, поэтому введено их деление на классы (в зависимости от точности изготовления и области применения).

Класс точности концевых мер определяется точностью их из­готовления: величиной отклонения срединной длины мер от но­минального размера, отклонения их от плоскопараллельности и качеством притираемости.

Технические требования, форма и размеры концевых мер,
их комплектования в наборы, классификация их по точности и пра-
вила поверки и калибровки установлены ГОСТ 9038—90, международным стандартом ISO 3650:1998, а также Европейским стандартом EN ISO 3650:1998.

Особенностью стандарта ISO 3650:1998 является:

- введение новой системы классов точности КМД (в частности отмена класса 00), - введение требований, касающихся погрешности измерений при декларировании соответствия согласно ISO 14253-1:1998, т.е. касающихся предельно заданного допуска.

- пересмотр некоторых определений и обозначений в соответсвии с применяемыми в настоящее время рекомендациями (рис.2.2).

Стандартом ISO 3650:1998 установлено четыре класса точности (допуска) КМД:

- КМДкласса точности2 обычно используют как «Рабочие эталоны» в измерительных лабораториях для установки приборов и инструментов при относительных измерениях и их калибровки, а также для настройки контрольных приспособлений и станков.

- КМД класса точности1в основном используют как «Рабочие эталоны» в измерительных лабораториях и контрольных пунктах для калибровки приборов и инструментов и для точных измерений;

- КМД класса точности0 используют в качестве «Исходного эталона» (Образцового средства) в калибровочных и измерительных лабораториях в термоконстантных помещениях для поверки и калибровки КМД, приборов, инструментов и калибров и для выполнения очень точных измерений;

- КМД класса точностиК используют в качестве «Исходного эталона» (Образцового средства) в калибровочных и измерительных лабораториях государственных метрологических институтов и сертифицированных центров для поверки и калибровки КМД, эталонов длины, приборов, инструментов и калибров. КМД класса точности К являются самым точным эталоном.

Под размером плоскопараллельной концевой меры длины (рис.2.1.2) понимается ее срединная длина ℓ_с, которая определяется длиной перпендикуляра, опущенного из середины одной из измеритель­ных поверхностей меры на противоположную измерительную поверхность.

Длина плоскопараллельной концевой меры в данной точке определяется длиной перпендикуляра, опущенного из данной точки на противоположную измерительную поверхность.

Наибольшая по абсолютной величине положительная или отрицательная разность между длиной меры в любой точке и срединной ее длиной ℓ_с определяет предельное отклонение длины t_v (плоскопараллельность меры), причем зона шириной 0,5-2,0 мм вдоль краев измерительной поверхности во внимание не принимается.

Рис 2.1.2 Размеры КМД

Номинальная длина ℓ_n, срединная длина ℓ_с

В табл. 2.1.1 указаны предельные отклонения длины ℓ_nв любом месте номинального размера в зависимости от класса точности согласно ISO 3650:1998.

Рабочие (измерительные) поверхности притирают (полируют) и на кромках выполняют скругленные фаски, Это обеспечивает притираемость мер при прикладывании или надвигании одной концевой меры на другую.

Таблица 2.1.1

Номинальный диапазон ℓn, мм	Класс точности К, мкм	Класс точности 0, мкм	Класс точности 1, мкм	Классточности 2, мкм
0,5 – 10	0,2	0,12	0,2	0,45
10 – 25	0,3	0, 14	0,3	0,60
25 — 50	0,4	0,20	0,4	0,80
50 – 75	0,5	0,25	0,5	1,00
75 –100	0,6	0,30	0,6	1,20
100 – 150	0,8	0,40	0,8	1,60
150 – 200	1,0	0,50	1,0	2,00
200 – 250	1,2	0,60	1,2	2,40
250 – 300	1,4	0,70	1,4	2,80
300 – 400	1,8	0,90	1,8	3,60
400 – 500	2,2	1,10	2,2	4,40
500 – 600	2,6	1,30	2,6	5,00
600 – 700	3,0	1,50	3,0	6,00
700 – 800	3,4	1,70	3,4	6,50
800 – 900	3,8	1,90	3,8	7,00
900 – 1000	4,2	2,0	4,2	8,00

В табл. 2.1.2 указаны допуски плоскостности t_f мер в зависимости от класса точности согласно ISO 3650:1998.

Таблица 2.1.2

Номинальный диапазон ℓn, мм	Класс точности К, мкм	Класс точности 0, мкм	Класс точности 1, мкм	Класс точности 2, мкм
0,5 — 150	0,05	0,10	0,15	0,25
150 – 500	0,10	0,15	0,18	0,25
500 –1000	0,15	0,18	0,2	0,25

Концевые меры длины комплектуются в наборы, обеспечивающие возможность получения блока (соединения) концевых мер любого (в пределах определенного диапазона) размера до третьего десятичного знака.

Блок концевых мер образуется путем притирания концевых мер друг к другу.

Притираемостью концевых мер называется их способность сцепляться между собой или с плоскими кварцевы­ми и стеклянными пластинами при надвигании или прикладывании одной меры на другую, или меры на пластину. Явление притираемости объясняется молекулярным притяжением в при­сутствии тончайших слоев смазки. Пленка или капли смазки, толщина ко­торой приблизительно равна 0,02 мкм, остается в микропорах концевых мер при обычно применяемых методах их притирки и вытекающие на поверхность в результате разрежения, возникающего в процессе притирки [3, 5]. При промывке рабочих поверхностей мер спиртом их притираемость может ухудшиться. Лучше промывать меры в специальном очистителе, не содержащем кислоты. Полное удаление смазки ведет к значительному (в десятки раз) уменьшению силы сцепления концевых мер. В качестве защитной смазки также лучше применять масло, не содержащее кислоты.

После того как меры притерлись друг к другу, сила, которую необходимо приложить для их сдвига превышает 30 Н.

Для обеспечения притираемости измерительные поверхности КМД должны быть тщательно обработаны и иметь высокую плоскостность – при притирке к стеклянной пластине должны отсутствовать интерференционные полосы. Это означает, что неплоскостность рабочей поверхности меры менее 0,1 мкм. Шероховатость рабочей поверхности мер не должна превышать R_а ≤ 0,063 мкм.

При составлении блока мер следует учитывать, что адгезийное взаимодействие между мерами при притирке приводит к деформации мер, некоторому изменению их плоскостности и размера. При этом деформация меры увеличивается с увеличением длины меры, а притирка к одной мере двух мер (с двух сторон) вызывает удвоенную деформацию этой меры. С учетом этого, а также с учетом удобства в эксплуатации бло­ки следует собирать из минимального числа мер, а при собира­нии блоков из нескольких мер для высокоточных измерений сле­дует меру большей длины устанавливать с краю. При притирке мер длиной до 3 мм из-за наличия у них отклонений от плоскост­ности в свободном состоянии могут возникать дополнительные погрешности блока мер. Погрешности блоков КМД с учетом отклонений длин мер при изготовлении или с учетом погрешно­стей аттестации мер, а также погрешностей от притирки при со­ставлении блока приведены в качественной экспериментальной работе [3].

Размер блока отличается от размеравходящих в него КМД не менее 0,1—0,05 мкм для каждого промежуточного слоя.

Для точных измерений, особенно в случае длительного пользования блоком одного раз­мера, целесообразно производить аттестацию размера блока в со­бранном виде. При эксплуатации следует учитывать, что проч­ность соединения мер в блоке падает с уменьшением температуры, а также с течением времени.

Для расширения эксплуатационных возможностей КМД пре­дусмотрены наборы принадлежностей к ним (ГОСТ 4119—76). В комплекты принадлежностей входят державки (струбцины) и боковики различных размеров и формы. Это позволяет осуществлять с помощью КМД измерения как на­ружных, так и внутренних размеров, калибровку координатно-измерительных машин (рис. 2.1.3), высотомеров и т.п., а также прове­дение

Рис.2.1.3 Набор из пяти КМД для калибровки КИМ

разметки. Следует помнить, что при стягивании мер в струбцинах или стяжками возникают деформации и возмо­жен некоторый перекос боковиков. Например, деформация блока мер длиной 100 мм при минимальном нормируемом усилии сжатия (350 Н) равна 0,7 мкм.

Меры выпускаются наборами. Чем больше КМД в наборе, тем легче получить любой размер при использовании меньшего числа мер, чем это возможно при малых наборах. Поэтому большие наборы обеспечивают более высокую точность (меньше накопленная погрешность мер, входящих в блок).

Кроме наборов, выполненных из одного материала, выпускают наборы мер из разных материалов. Например, в набор из стальных мер включают несколько твердосплавных или керамических мер с наиболее часто употребляемыми размерами (т.е. больше изнашиваемых).

Наборы выпускают с разной градацией размеров, например, наборы с градацией размеров 0,001 мм или наборы больших мер с градацией размеров 25—100 мм.

Из всех возможных вариантов составления блока следует выбирать тот, при котором заданный размер составляется из наименьшего числа мер и, следовательно, обеспечивается наименьшая погрешность размера блока.