Средства измерения углов и конусов
- угловые меры (концевые, листовые, призматические, угольники, шаблоны, калибры);
- угломерные приборы (штангенугломеры, оптические угломеры, угломерные головки, уровни, гониометры, теодолиты, делительные головки и столы, автоколлиматоры);
- приспособления для косвенных измерений – тригонометрические устройства (синусные линейки, конусомеры);
Контрольно-измерительные приспособления
Это специальные производственные средства для контроля объектов, представляющие собой конструктивное сочетание базирующих, зажимных и контрольно-измерительных устройств (элементов).
Основные требования к ним: необходимая точность и производительность. Кроме того, они должны быть удобными в эксплуатации, технологичными в изготовлении, износостойкими и экономичными.
Контрольно-измерительные приспособления подразделяют по следующим признакам:
- по принципу работы и характеру используемых контрольно-измерительных устройств (с отсчетным устройством – шкальные с индикаторами часового типа, пневматическими измерителями и т.п.), с помощью которых определяют числовые значения контролируемых величин; бесшкальные (предельные) с использованием калибров, щупов и т.д., которые служат для разделения деталей на годные и брак (брак – «плюс», «брак – «минус»); комбинированные (электроконтактные датчики с отсчетной шкалой и т.п.), которые дают возможность не только разделять детали на годные и брак, но и оценивать числовые значения контролируемых параметров;
- по габаритам и массе (стационарные и переносные);
- по количеству контролируемых параметров (одно - и многомерные);
- по этапу технологического процесса (операционные, приемочные);
- по встроенности в технологическое оборудование (встроенные и невстроенные);
- по непосредственности участия в техпроцессе (для контроля непосредственно в процессе изготовления изделия – активный и управляющий контроль; вне процесса изготовления);
- по стадии техпроцесса (для контроля правильности наладки, контроля правильности хода техпроцесса, для статистического контроля).
Суммарная погрешность таких приспособлений не должна превышать 8 – 30% от допуска контролируемого параметра: для ответственных изделий, например, авиационной техники – 8%, для менее ответственных – 12,5…20%, для остальных – 25…30%.
ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ
СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Меры длины и углов
Рабочие меры подразделяют по конструктивным признакам на штриховые и концевые.
К штриховым рабочим мерам длины относятся измерительные линейки, которые представляют собой, как правило, металлические полосы, на плоскостях которых нанесены шкалы. Выпускают линейки для измерения длин от 150 до 1000 мм. Линейки изготовляют с одной или двумя шкалами (по обеим продольным кромкам). Погрешность измерения линейкой суммируется из погрешности нанесения шкалы, погрешности параллакса, погрешности совмещения нулевой отметки шкалы с кромкой измеряемой детали и погрешности отсчета.
Погрешность измерения, в зависимости от длины, находится в пределах 0,2 - 0,5 мм при условии наличия острой кромки детали и тщательном измерении. Чаще погрешность измерений доходит до 1 мм.
Рабочие концевые меры применяют для непосредственных измерений точных изделий, для установки других рабочих средств измерений на нуль или на размер при относительных измерениях, для проверки точности и градуирования других средств измерения, для особо точных разметочных работ, наладки станков и т.д. К концевым мерам относят концевые плоскопараллельные меры длины и угловые меры.
Концевые плоскопараллельные меры длины (рис. 4) изготовляют в виде плиток, брусков и цилиндров (с торцевыми измерительными плоскостями). Их изготавливают из стали и из твердого сплава, которые имеют в 10 – 40 раз большую износостойкость, чем стальные. На мере маркируют ее номинальный размер. У плиточных мер более 5,5 мм номинальный размер без указания единиц измерения, маркируют на нерабочей боковой поверхности, а у мер 5,5 мм и менее маркируют на одной из рабочих (измерительных) плоскостей.
Рис.4 Концевые плоскопараллельные меры длины
За размер меры принимается ее срединная длина, которая определяется длиной перпендикуляра, опущенного из середины одной из рабочих плоскостей на противоположную. Длина в данной точке определяется длиной перпендикуляра, опущенного из этой точки одной рабочей плоскости на противоположную. Наибольшая разность между срединной длиной и длиной меры в любой другой точке принимается за отклонение от плоскопараллельности меры. Причем зона на рабочих плоскостях шириной 0,5 мм от кромок во внимание не принимается.
Концевые меры комплектуются в наборы, обеспечивающие возможность получения блоков (соединений) разных размеров. Разные наборы состоят из разного количества мер. Например, изготавливают наборы из 42, 87, 112 мер и др. в одной коробке. В основных наборах одна мера имеет номинальный размер 1,005 мм, часть мер имеют номинальные размеры через 0,01мм, часть через 0,1 мм, одна мера 0,5 мм, часть мер через 0,5 мм и часть через 10 мм. В так называемый микронный набор, состоящий из 9 мер, входят меры с номинальными размерами 1,001; 1,002; и т.д до 1,009 мм или с размерами 0,991; 0,992 и т. д. до 0,999 мм. При помощи основного и микронного наборов можно собрать большое количество блоков разных размеров с интервалом в 0,001 мм.
Большой набор позволяет получать размеры с меньшим количеством мер в блоке, чем малый, что обеспечивает большую точность блока (чем меньше количество мер в блоке, тем меньше накопленная погрешность от количества мер). В каждый набор дополнительно входят две пары защитных мер. Защитные меры, в отличие от основных, имеют срезанный угол. Защитные меры служат для установки по концам блока с целью предохранения основных мер от интенсивного износа и повреждений.
Точность каждой меры определяется точностью ее изготовления и точностью поверки (калибровки). Рабочие концевые меры подразделяются на классы точности и являются наиболее точными рабочими СИ.
При сборке мер в блок используют эффект их притираемости рабочими плоскостями. Притираемость заключается в том, что при прикладывании и надвигании одной меры на другую с небольшим усилием, они сцепляются между собой. Сила сцепления новых мер столь велика, что для того, чтобы их разделить в направлении, перпендикулярном притертым плоскостям, требуется достаточно большое усилие (до 300 – 800 Н). Явление притираемости до конца еще не изучено. Одни считают, что оно объясняется действием сил межмолекулярного сцепления, другие – за счет микровакуумирования. Скорее всего, имеет место то и другое. Рабочие плоскости мер изготовляют с очень малыми отклонениями формы и очень малой шероховатостью, а поэтому молекулы одной меры оказываются на столь близком расстоянии от молекул другой меры, что проявляется действие сил межмолекулярного сцепления. Сцепление значительно усиливается в присутствии тончайшей пленки жировой смазки (0,1 – 0,02 мкм), которая остается на поверхностях меры после ее удаления сухой тканью и даже после обычной промывки в бензине. Усилие межмолекулярного сцепления в присутствии смазочной пленки объясняется двояко. Во-первых, тем, что впадины неровностей шероховатости заполняются смазкой и молекулы смазки сцепляются с молекулами мер, увеличивая общее количество взаимодействующих молекул. Полное удаление смазки ведет к значительному уменьшению силы сцепления мер. Второе объяснение притираемости мер заключается в том, что при прижатии рабочими плоскостями одной меры к другой, за счет выдавливания смазки из пор, трещин, впадин, неровностей шероховатости с плоскостей к кромкам мер, происходит микровакуумирование впадин внутри пространства между мерами, с одновременным заполнением жидкой смазкой периметра кромок, что изолирует пространство между мерами от окружающей среды, усиливая вакуумирование. Доказывается это тем, что твердосплавные меры сцепляются сильнее, т.к. твердый сплав более порист, чем сталь.
При подборе концевых мер в блок, нужно стремиться к тому, чтобы блок состоял из возможно меньшего количества мер, которые есть в данном наборе (при этом будет меньше накопленная погрешность от количества мер в блоке и меньшее количество мер будет изнашиваться).
Порядок подбора мер заключается в последовательном выборе дробной части требуемого размера, начиная с последней цифры. Подобрав первую меру, ее размер вычитают из заданного и следуя тому же правилу, определяют размер следующей меры. Например, нужно подобрать блок с номинальным размером 45,425 мм при наборе мер из 87 штук:
1-я мера 1,005 мм
2-я мера 1,42 мм
3-я мера 3 мм
4-я мера 40 мм
Сумма: 45,425 мм.
Допуски на изготовление мер группируются по классам точности: 00, 0, 1, 2, 3 – для эталонных мер, 4, 5 – для рабочих мер. Меры до 4 класса точности подразделяют по разрядам в зависимости от точности поверки. Эталонные меры, поверенные по высоким разрядам, как правило, не рекомендуется собирать в блоки, т.к. на каждом промежуточном слое между мерами добавляется 0,05 – 0,10 мкм, что может превысить саму погрешность поверки. Для того, чтобы исключить погрешности поверки каждой меры, необходимо выполнять поверку уже собранного блока.
Для повышения возможностей использования концевых мер выпускают специальные наборы принадлежностей (приспособлений) к ним (рис.5).
В коробке набора могут быть державки (струбцины) или стяжки (для мер более 100 мм, имеющих два отверстия), основание, разного назначения боковички и др. принадлежности.
По аналогии с концевыми плоскопараллельными мерами длины применяют угловые призматические меры, которые так же комплектуются в наборы и могут использоваться с принадлежностями (рис. 6, 7). Их выпускают пяти типов:
- с одним рабочим углом со срезанной вершиной (рис. 6а);
- с одним рабочим углом, остроугольные треугольные (рис. 6б);
- с четырьмя рабочими углами (рис. 6в);
- шестигранные с неравномерным угловым шагом (рис. 6г);
- многогранные с равномерным угловым шагом (8 и 12 граней) (рис. 6д и 6е).
Проверку углов с помощью угловых мер обычно производят на просвет. Погрешность измерения углов зависит от протяженности и прямолинейности сторон проверяемого угла, освещенности рабочего пространства, класса точности мер и квалификации работника. При наиболее благоприятных условиях измерения погрешность измерения, без учета погрешности самой меры, не превышает 15 угловых секунд.
а. Струбцина
Рис. 5 Концевые меры длины и различные держатели к ним (струбцины – а.)
Рис. 6а Рис. 6б
Рис. 6в Рис. 6г
Рис. 6д Рис. 6е
Рис. 6 Призматические меры для контроля углов
Штангенприборы
Штангенприборы (штангенинструменты) являются наиболее распространенными средствами измерения. Их неоспоримые преимущества: доступность, простота в применении и достаточно высокая точность. Они представляют большую группу СИ, используемых для измерений линейных размеров и разметки. Отличительной особенностью их является наличие штанги, на которой нанесена основная шкала с отметками, через 1 мм, и нониуса с дополнительной шкалой для отсчета долей деления основной шкалы. Основными приборами являются: штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы, штангензубомеры. Штангенциркули выпускают трех типов: ШЦ-1 с двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений с глубиномерной линейкой; ЩЦ-2 двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений и для разметки (без глубиномера), ЩЦ-3 с двусторонним расположение губок для наружных и внутренних измерений (без глубиномера и губок для разметки). Наибольшее применение находят штангенциркули типов ШЦ – 1, ШЦ – 2 (рис. 7, 8). Самый малый штангенциркуль предназначен для измерения размеров 0 – 125 мм, самый большой 0 – 2000 мм (Раньше их производили для размеров 0 – 4000 мм). Штангенциркули имеют цену деления шкалы нониуса 0,1 и 0,05 мм.
Рис. 7 Штангенциркуль типа ШЦ – 1
Современные электронные штангенциркули всех типов позволяют выполнять измерения размеров деталей в метрической или дюймовой системе измерений. Показания штангенциркуля могут настраиваться на «Ноль» в любой точке шкалы, что позволяет контролировать отклонения размеров от заданного значения. Чаще всего такие штангенциркули снабжены разъемом для вывода данных на персональный компьютер, принтер или другое устройство. Также они могут снабжаться приводным колесиком, облегчающим работу одной рукой.
Рис. 8 Штангенциркуль типа ШЦ – 12
1 – штанга, 2 – рамка, 3 – зажимающий элемент, 4 - нониус, 5 – рабочая поверхность штанги, 6 – шкала штанги, 7 - губки с плоскими измерительными поверхностями для измерения наружных размеров, 8 - губки с кромочными измерительными поверхностями для измерения внутренних размеров.
Рис. 8а Основные приемы работ со штангенциркулями
а, б – измерение наружных размеров, в – измерение внутренних размеров
Перед началом работы со штангенциркулем рекомендуется проверить установку нуля, совместив измерительные губки. Проверку нуля (начальной настройки) штангенциркулей и выполнение измерений необходимо проводить с одним и тем же усилием. Рекомендуется располагать измеряемую деталь как можно ближе к штанге для уменьшения погрешности измерения (рис. 8а). Поверка штангенциркулей производится по ГОСТ 8.113-85 «ГСИ. Штангенциркули. Методика поверки».
Штангенглубиномер служит для измерений глубин отверстий, канавок, пазов, высот уступов, расстояний между параллельными поверхностями, которые штангенциркулем без глубиномера измерить невозможно (рис. 9а). Штангенглубиномеры выпускают для измерений размеров до 400 мм (ранее выпускались для размеров до 500 мм). Цена деления шкалы нониуса 0,1 – 0,05 мм.
Штангенрейсмас служит для измерений высот и для разметки (рис.9б). Штангенрейсмасы выпускают для измерения размеров до 2500 мм с ценой деления шкалы нониуса 0,1 и 0,05 мм.
Штангензубомер служит для измерения толщины зубьев зубчатых колес по постоянной хорде (рис.10). Штангензубомеры выпускают двух типоразмеров: для измерения зубчатых колес с модулем зубьев 1 – 18 мм и 5 – 36 мм с ценой деления нониуса 0,02 мм.
Рис. 9а Глубиномер Рис. 9б Штангенрейсмас (разметка)
1 – рамка
2 – шкала
3 – рамка
4 – шкала нониуса
|
Рис. 10 Штангензубомер
Микрометрические приборы
Микрометры являются одними из самых массовых видов измерительных инструментов и используются для точных измерений размеров изделий. Основными микрометрическими приборами являются микрометры разных типов (обычные гладкие, листовые, трубные, зубомерные, резьбовые, настольные) микрометрические нутромеры, микрометрические глубиномеры.
Эти приборы основаны на применении винтовой пары, преобразующей вращательное движение микрометрического винта
(выполненного с микрометрической точностью) в поступательное движение одного из измерительных стержней. Все микрометрические приборы имеют цену деления шкалы нониуса 0,01 мм.
Обычные гладкие микрометры служат для наружных измерений (рис.11). Их выпускают с пределами измерений от 0 – 25 мм до 500 – 600 мм. Установку на нуль микрометра для измерения размеров св. 25 мм выполняют с помощью специальной установочной меры. Микрометры имеют устройство для обеспечения постоянного измерительного усилия («трещотку»). Погрешность измерения микрометром возникает из-за погрешностей: изготовления самого микрометра, установочной меры (при измерении размеров более 25 мм), разгиба скобы под действием усилия измерения, отсчета показаний, температурных и контактных деформаций.
Рис. 11 Микрометр
1 – корпус (скоба); 2 – пятка; 3 – микрометрический винт; 4 – стопорный винт;
5 – стебель; 6 – втулка направляющая; 7 – барабан; 8 – регулировочная гайка;
9 – колпачок; 10 – трещотка.
 |
 |  |
Рис. 11а-в Примеры отсчета показаний по шкале микрометра и глубиномера
Листовые микрометры служат для измерений толщины листового и широкополосного материала (рис.12). Для обеспечения возможности измерений материала подальше от кромок, листовой микрометр имеет вытянутую скобу.
Трубные микрометры служат для измерений толщины стенок труб. Такой микрометр имеет сферическую пятку и срез скобы для обеспечения возможности измерения толщины стенок труб с внутренним диаметром от 12 мм.
Микрометры зубомерные (нормалемеры) служат для измерения длины общей нормали зубьев зубчатых колес (рис. 13). Они имеют измерительные губку и пятку тарельчатой формы. Микрометр с тарельчатыми измерительными поверхностями применяется для измерения мягких материалов, т.к. он оказывает наиболее низкое удельное давление на измеряемые поверхности при одинаковом измерительном усилии. Диаметр измерительных поверхностей 60 мм.
Резьбовые микрометры со вставками применяют для измерений среднего диаметра наружных резьб (рис.14).
Рис.12 Листовой микрометр
Рис 13. Микрометр зубомерный
Рис. 14 Схема измерения зубчатого колеса зубомерным микрометром
Для измерений внутренних размеров от 50 до 6000 мм применяют микрометрические нутромеры с ценой деления шкалы нониуса 0,01 мм (рис.15). Для работы с этими приборами требуется значительный навык. Они неудобны для измерений глубоких отверстий. Выпускаются как индивидуальные нутромеры с диапазоном перемещений микрометрической измерительной головки 25 мм, так и сборные нутромеры с прецизионными удлинителями, увеличивающими диапазон измерений нутромера и не требующими дополнительной настройки после сборки с микрометрической головкой. Нутромеры могут настраиваться на измеряемый размер по установочным скобам, кольцам, микрометрам, блокам концевых мер, длинномерам и др., что позволяет повысить точность измерений. Измерения глубоких отверстий рекомендуется проводить не менее чем в трех сечениях, перпендикулярных к оси отверстия, в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом из сечений.
Рис. 15 Элементы микрометрического нутромера - микрометрическая головка:
1 – втулка; 2 – измерительный наконечник; 3 – стебель; 4 – стопор; 5 – втулка;
6 – барабан; 7 – регулировочная гайка; 8 - микрометрический винт; 9 – гайка.
Для измерения глубин пазов, глухих отверстий и высот уступов применяю микрометрические глубиномеры (рис.16). Сменные прецизионные стержни 14 имеют плоские или сферические измерительные поверхности, благодаря чему глубиномеры не требуют дополнительной настройки после смены измерительных стержней.
Рис.16 Микрометрический глубиномер
1 – траверса; 2 – стебель; 3 – барабан; 4 – микрометрический винт; 5 – втулка;
6 – регулировочная гайка; 7 – колпачок; 8 – пружина; 9 – зуб трещотки; 10 – трещотка;
11 – винт крепления трещотки; 12 – стопорный винт; 13 – установочная мера (втулка);
14 – измерительные стержни.
Рычажные приборы
Основными рычажными приборами являются рычажный микрометр (рис. 17) и рычажная скоба (рис. 18). У рычажного микрометра в отличие от обычного гладкого микрометра, кроме основной шкалы и шкалы нониуса, есть стрелочное отсчетное устройство с ценой деления 0,001 или 0,002 мм и нет устройства для обеспечения постоянного измерительного усилия (силовое замыкание создается усилием механизма стрелочной отсчетной головки). Пределы измерений по шкале стрелочной отсчетной головки ± 0,02 мм или ±0,03 мм.
У рычажных скоб, в отличие от рычажных микрометров, нет микрометрической головки. Они предназначены только для относительных измерений, т.е. перед измерением скобу устанавливают на размер по блоку концевых мер длины. Цена деления отсчетного стрелочного устройства 0,002 мм, пределы измерений по шкале ± 0,08 или ± 0,14 мм.
Рис.18 Рычажный микрометр
Индикаторные приборы
Многие измерительные приборы оснащаются измерительными устройствами в виде индикаторных головок часового типа (с зубчатой передачей). Слово «индикатор» латинского происхождения. В переводе на русский язык означает указатель, определитель. Индикаторная головка представляет собой стрелочный прибор (рис. 19). Цена деления шкалы 0,01 мм, пределы измерений по шкале 0 – 5 или 0 – 10 мм.
Такими индикаторами оснащают, например, центровые приборы (биениемеры), нутромеры, скобы (рис. 20), различные стойки (рис. 21).
Рис.19 Индикаторная головка
Рис. 20 Индикаторная скоба
Рис. 21 Стойкии
1 - основание, 2 - предметный стол для установки изделия; 3- колонка; 4 - кронштейн;
5 - винт крепления измерительной головки; 6 - маховик перемещения кронштейна (кремальера), 7 - винт зажима кронштейна; 8 - гайка; 9 - стержень; 10 - хомут;
11 - зажимной винт; 12 - державка; 13 - винт крепления державки; 14 - пружинное кольцо; 15 - винт микроподачи для точной установки измерительной головки на размер
Измерительные машины
В измерительных лабораториях для точных измерений больших длин абсолютным или сравнительным методами применяют измерительные машины (рис. 22). Отечественные измерительные машины выпускаю с диапазоном измерений 1, 2 и 4 м (внутренние размеры на 200 мм меньше). Цена деления наиболее точной шкалы оптиметра, установленного на машине, составляет 0,001 мм.
Рис. 22 Контрольно-измерительные машины
1 – основание, 2 – передняя бабка, 3 - стойки, 4 – столик измерительный,
5 – задняя бабка.