Измерение геометрических размеров и контроль работы оборудования

Контроль геометрических параметров

Контроль заключается в сопоставлении действительных значений геометрических параметров со значениями, определяемыми техническими требованиями к изделию. Он осуществляется методом измерений, т.е. с выражением параметра в числовой форме, либо сравнением его с мерой или измерительными поверхностями приборов, настроенных но мере.

Объектами контроля являются: исходные материалы, заготовки, детали, сборочные единицы и готовые изделия на разных стадиях изготовления, приемки и испытания.

• • линейные размеры – длины, высоты, глубины, зазоры, расстояния, диаметры и т.п.
• • угловые размеры – углы между плоскостями, осями, плоскостями и горизонтальной плоскостью, конусов и т.д.
• • геометрические параметры сложных поверхностей – расположение точек или участков относительно заданных баз и друг друга;
• • геометрические характеристики зубчатых и червячных зацеплений, резьбовых, шлицевых и шпоночных соединений;
• • отклонение формы и расположения поверхностей – от цилиндричности, плоскостности, параллельности, перпендикулярности и т.п.

Существуют следующие методы контроля геометрических параметров:

• • непосредственной оценки – значение параметра определяется непосредственно по отсчетному устройству прибора;
• • сравнения – значение размера определяется сравнением с величиной, воспроизводимой мерой;
• • контактный – проведение замеров концевыми и штриховыми мерами, калибрами, шаблонами, измерительными приборами с твердыми измерительными поверхностями;
• • бесконтактный – проведение контроля оптическими методами: фотометрией, дифракцией, интерферометрией, проекцией и т.п.; лазерными, голографическими, радиоволновыми, акустическими.

Значения геометрических параметров изделий задают при их проектировании, как правило, в числовой форме и проставляют на чертежах или хранят в кодированном виде в памяти ЭВМ.

В процессе изготовления изделий необходимо контролировать соответствие действительного значения этих параметров значениям, установленным в технической документации. Большинство геометрических параметров представляет собой числовые значения линейных и угловых величин или оценивается через них. Эти числовые значения называются размерами, а процесс их контроля – размерным контролем.

Таким образом, целью размерного контроля является сопоставление действительных геометрических параметров изделий, выраженных через размеры, со значениями этих параметров, которые определены при проектировании изделия.

Размерный контроль завершается определением годности изделия или выдачей сигнала управления, который используют для отбраковки или управления технологическим процессом.

Если в процессе контроля значение размера выражают в числовом виде, то сто называют измерением. Определение числового значения размера проводят с помощью мер и измерительных приборов.

Для измерений применяют концевые и штриховые меры.

Концевые меры выполнены в виде плоскопараллельных пластин, пластинок (для щупов), призматических тел (для угловых мер). Каждая такая мера соответствует одному определенному значению размера. На практике используют наборы мер, позволяющие составить любой линейный (рис. 19.2) или угловой размер (рис. 19.3).

Рис. 19.2. Набор плоскопараллельных концевых мер длины

Рис. 19.3. Прецизионный блок угловых призм

Показанный на рис. 19.2 набор концевых мер предназначен для поверки средств измерения, контрольных калибров, настройки приборов измерения линейных размеров, а также для контрольно-поверочных работ в измерительных лабораториях. На рис. 19.4 показаны контрольно-измерительные пластины.

Рис. 19.4. Контрольно- измерительные пластины

Штриховые меры (линейки, рулетки, угломеры и др.) имеют шкалы с нанесенными на них делениями, соответствующими определенным единицам измерения (рис. 19.5).

Рис. 19.5. Набор измерительных инструментов

Размер определяют совмещением измерительных поверхностей концевой меры с поверхностями изделия, составляющими контролируемый размер, или наложением штриховой меры на изделие. Специальные меры (калибры, шаблоны, угольники и др.) воспроизводят одно значение размеров или несколько и предназначены в основном для контроля годности изделия без определения численного значения размера. Чаще всего измерения осуществляют с помощью измерительных приборов.

Измерительные приборы – это средства измерения, предназначенные для выработки численного показания размера или сигнала измерительной информации, доступного для непосредственного восприятия наблюдателем. Поверхности, образующие размер, совмещают с измерительными поверхностями приборов или визирными марками окуляров. Перемещение измерительных поверхностей или марок в процессе совмещения скоординировано с относительным перемещением указателя и отчетной шкалы либо с перемещением активного элемента преобразователя (рис. 19.6). При этом если действительное значение размера считывается по шкале или на экране цифрового прибора (рис. 19.7), то измерение проводится по методу непосредственной оценки.

Рис. 19.6. Индикатор часового типа

Рис. 19.7. Цифровой индикаторный нутромер

Трехмерный индикатор положения, изображенный на рис. 19.8, предназначен для установки на станках, аппаратах, установках, например, для измерения глубины сверления, задания упоров, позиционирования крестовых столов, суппортов токарных станков. Индицирует положение по трем осям.

Рис. 19.8. Трехмерный индикатор положения

Измерительные поверхности приборов можно настраивать с помощью мер на определенный размер, с которым сравнивается контролируемый геометрический параметр. По этой схеме проводят контроль методом сравнения.

Существуют бесконтактные методы контроля, использующие регистрацию параметров оптического, радиоволнового и акустического излучений, реагирующих на расстояние между измеряемыми поверхностями (рис. 19.9). Преимущества бесконтактных методов: возможность проведения измерений непосредственно в процессе обработки, без внесений отрицательных возмущений в него, и управления качеством обработки; более высокая точность замеров.

Рис. 19.9. Бесконтактные измерения проецируемых контуров и измерения при различных увеличениях

Измерения и контроль геометрических величин.

Измерение и контроль геометрических величин в машино-, станко-, автомобиле-, тракторо-, приборостроении и многих дру­гих отраслях является основой проверки качества продукции и управления современными технологическими процессами.

Меры длины концевые плоскопараллельные.(ГОСТ 9038—90 «Меры концевые плоскопараллель­ные. Технические условия»)

Основное назначение концевых мер длины осуществляется путем их применения для хранения и передачи единицы длины, повер­ки и градуировки различных мер и средств измерений, поверки калибров, определения размеров изделий и приспособлений, для разметочных и координатно-расточных работ, наладки станков и инструментов и т.д.

В соответствии с ГОСТ 9038—90 концевые меры длины имеют форму прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскопараллель­ными измерительными поверхностями (рис.1, а).

Рисунок 1. Плоскопараллельные концевые меры длины:

а — измерительные поверхности концевых мер; б — определение срединной длины концевой меры; в — блок концевых мер; b — ширина блока концевых мер; а — длина концевых мер.

За размер плоскопараллельной концевой меры длины прини­мается ее срединная длина 1(рис. 1, б), которая определяется длиной перпендикуляра, проведенного из середины одной из из­мерительных поверхностей меры на противоположную измери­тельную поверхность. Номинальный размер срединной длины на­носится на каждую меру.

Концевые меры могут иметь следующие классы 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 номинальной длине. В наборах от № 1 до № 19 число мер составляет от 2 до 112. В специальных наборах № 20, 21 и 22 содержатся соответственно 23, 20 и 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 (по­грешности аттестации) и отклонения их от плоскостности и параллельности концевые меры разделяют на пять разрядов: 1, 2, 3, 4 и 5-й (для 1 -го разряда определена наименьшая погрешность аттестации). Величины погрешностей приводятся в аттестате меры.

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. 1, в). Сцепление (адге­зия) мер вызывается силами межмолекулярного взаимодействия при наличии тончайшей пленки смазки между ними (0,05. 0,1 мкм).

При составлении блока требуемого размера из концевых мер следует руководствоваться следующим правилом. Такой блок не­обходимо составлять из возможно меньшего числа мер. Сначала 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 такой последовательно­сти: 1,005 + 1,49 + 6 + 20 = 28,495 мм. Минимальное число конце­вых мер в блоке, с одной стороны, повысит его точность (умень­шается суммарная погрешность размера блока), а с другой — уменьшит вероятность его разрушения. В блоке должно содер­жаться не более 5 концевых мер.

Материалами, из которых изготавливают концевые меры дли­ны, чаще всего служат хромистые стали 20ХГ, ХГ, ШХ15 и X, твердость их измерительных поверхностей составляет не менее 62 НRС.

Параметр шероховатости Rz измерительных поверхностей кон­цевых мер длины для обеспечения хорошей притираемости и вы­сокой износостойкости не должен превышать 0,063 мкм, а пара­метр шероховатости Ra нерабочих поверхностей — 0,63 мкм.

Средний срок службы концевых мер из стали составляет не менее одного года, а из твердого сплава — не менее двух лет.

Условное обозначение, например, набора № 2 концевых мер из стали класса точности 1, имеет следующий вид:

Концевые меры 1—Н2 ГОСТ 9038—90.

2. Измерительные линейки.Линейки (рис. 2) относятся к штриховым мерам и предназначены для измерения размеров изделий 14—18 квалитетов точности прямым методом. Их конструк­ции однотипны. Линейка представляет собой металлическую по­лосу шириной 20. 40 мм и толщиной 0,5. 1,0 мм, на широкой по­верхности которой выполнены деления. Линейки изготавливают с одной или двумя шкалами, верхними пределами измерений 150; 300; 500 и 1 000 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 других размеров в различных от­раслях промышленности, в том числе в машиностроении. Их ос­новное достоинство — простота конструкции, низкая стоимость, надежность и простота применения. Измерение производится прикладыванием линейки к измеряемому объекту, причем чаще всего нулевой штрих линейки совмещается с краем детали. От­счет по шкале на другом краю детали дает искомый результат измерения.

Допустимые 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.

Практическая работа по метрологии. Тема: Работа с приборами контроля и измерения геометрических величин
учебно-методическое пособие на тему

Методическое пособие разработано для изучения приборов контроля и измерения геометрических величин для студентов, обучающихся по специальности «Технология машиностроения».

Скачать:

Вложение	Размер
Практическая работа Работа с приборами контроля и измерения геометрических величин	177 КБ

Предварительный просмотр:

Практическая работа №12

Тема: Работа с приборами контроля и измерения геометрических величин.

Цель: Научиться пользоваться измерительными приборами.

Измерительные приборы и инструменты предназначены для непосредственной оценки измеряемого параметра в принятых единицах измерения. Их подразделяют на универсальные и специальные.

Измерить деталь – значит сравнить ее размер с единицей измерения. Но чаще всего непосредственно это осуществить невозможно, так как измерять деталь требуется с высокой точностью. Поэтому существуют различные технические решения, конструктивно оформленные в механизмы преобразования, превращающие малые перемещения измерительного стержня в большие отклонения указателя отсчетного устройства измерительного прибора (инструмента). В настоящее время наиболее часто применяются следующие механизмы преобразования: нониусное устройство, микрометрическая пара.

Нониусное устройство (черт.1) применяется в так называемых штангенинструментах, имеющих две шкалы: основную с ценой деления 1 или 0,5 мм и дополнительную, называемую нониусом, позволяющую производить отсчет перемещений измерительных поверхностей инструмента с точностью 0,1 или 0,05 мм. Принцип построения шкалы нониуса заключается в делении отрезка дополнительной шкалы, равного участку основной шкалы, содержащему ( n –1) деление, на n делений. Если интервал деления основной шкалы а , то интервал деления шкалы нониуса а’ определим

Разность интервалов шкал основной и нониуса есть величина отсчета (чувствительность) инструмента

Заменив в выражении (2) значение интервала деления шкалы нониуса из (1), после преобразования получим основное, уравнение, определяющее точность отсчета по шкале нониуса

Черт.1.Шкалы штангенинструмента: а – собственно шкалы; б – к схеме определения погрешности шкалы нониуса; в – ширина штрихов шкал основной и нониуса; 1 – основная шкала;.2 – шкала нониуса

Для удобства отсчета по шкале нониуса применяют так называемые растянутые шкалы, на которых интервал деления шкалы нониуса увеличивают на число γ , кратное цене деления основной шкалы, называемое модулем нониуса. Тогда цену деления шкалы нониуса определим так:

Точность отсчета по растянутой шкале не изменяется.

Определение размера детали штангенинструментом проводят по этапам:

– определяют число штрихов основной шкалы, отделяемое нулевым штрихом нониуса, – это будет значение измеряемой величины в целых миллиметрах;

– находят номер штриха нониуса, который совпадает со штрихом основной шкалы и умножая этот номер на величину отсчета, узнают доли миллиметра, содержащиеся в измеряемом размере;

– складывают целую и дробную части, получают размер измеряемой детали.

Одной из основных составляющих погрешностей штангенинструментов является погрешность шкалы, зависящая от ширины штрихов » в » (черт.1б).

Замечаем, что перемещение шкалы нониуса в пределах ширины штриха » в » невооруженным глазом обнаружить невозможно. Следовательно, изменение размера детали, равное этой величине, остается не зарегистрированным оператором.

Как сказано выше, ширина штриха принимается равной 0,1 а , где а – цена деления основной шкалы. Для большинства штангенинструментов а = 1 мм. Тогда погрешность отсчета по шкале нониуса равна ± 0,1 мм .

Элементы штангенциркуля правило пользования.

Штангенциркуль — инструмент, с помощью которого производят измерения, погрешность которых не превышает 0,1мм. Штангенциркуль позволяет измерить наружные и внутренние размеры, а также глубину. Штанга с миллиметровыми делениями с одной стороны заканчивается глубиномером , а с другой стороны неподвижными губками . К неподвижным губкам примыкают подвижные губки . Подвижные губки снабжены вспомогательной шкалой, называемой нониусом . С помощью нониуса возможно производить измерения, точность которых 0,1мм. Подвижные губки могут свободно перемещаться вдоль штанги. В нужном положении подвижные губки фиксируются с помощью стопорного винта . Шкала нониуса, длиной 19мм разделена на части, по 1,9мм каждая. В том случае, когда нулевой штрих нониуса совместится с одним из делений шкалы на штанге, остальные деления нониуса (кроме последнего десятого) с делениями основной шкалы не совпадут. Первый штрих нониуса и второе деление миллиметровой шкалы различаются на 0,1мм. Второе деление нониуса и четвертое деление штанги на 0,2мм, третье и шестое – 0,3мм, четвертое и восьмое — 0,4мм, пятое находится посредине между девятым и десятым. Производя измерения, отсчитывают целые миллиметры по основной шкале на штанге напротив нулевого деления нониуса. Отсчет десятых долей миллиметра производится по тому делению нониуса, которое совпадает с делением основной шкалы на штанге. На иллюстрации приведены примеры размеров 0,1мм, 0,3мм и 88,4мм. Существуют конструкции штангенциркулей способных производить измерения, погрешность которых не превышает 0,05мм и 0,02мм.

Микрометрическая передача имеет в своей основе точно изготовленную микрометрическую пару с шагом, равным 0,5 мм; гайку и винт с длиной, обеспечивающей продел измерения инструмента, как правило, не более 25 мм.

Микрометр — инструмент, с помощью которого производят измерения с точностью до 0,01мм.

В состав микрометра входит скоба с пяткой , микрометрический винт с шагом 0,5мм и стопор . Микрометрический винт состоит из стебля , барабана , и головки .

Продольная шкала , нанесенная на стебель, разделена риской на основную и вспомогательную так, что расстояние между рисками двух шкал составляет 0,5мм. Окружность барабана разделена на 50 равных делений. Поворот барабана на одно деление дает перемещение микрометрического винта на 0,01мм.

Трещотка , которой снабжена головка, позволяет передавать на микрометрический винт постоянное усилие. В случае, когда микрометрический винт упирается в пятку, торец барабана должен совместиться с нулевым делением основной продольной шкалы. При этом нулевое деление круговой шкалы на барабане должно совпадать с продольной риской основной шкалы. На приведенном рисунке торец барабана отошел на 16 делений от нуля по основной шкале и еще на деление по вспомогательной шкале. С продольной риской основной шкалы совместилось 37-е деление круговой шкалы барабана. Таким образом, размер, отложенный на микрометре, составляет: 16 + 0,5 + 0,37 = 16,87мм.

Микрометрический винт представляет собой стержень, свободный конец которого является измерительной поверхностью. С другой стороны к стержню прикреплен барабан 4 с нанесенной на него круговой шкалой 3 (черт. 2). Гайка конструктивно связана со стеблем 2, на котором нанесена продольная шкала 1, состоящая из сплошной продольной риски и двух рядов штрихов, расположенных с обеих сторон от риски. Штрихи в рядах нанесены с шагом в 1 мм, но ряды сдвинуты один относительно другого на 0,5 мм, образуя одну шкалу с шагом, равным шагу микрометрического винта.

При повороте барабана на один оборот измерительный стержень, связанный с барабаном, переместится на шаг винта Р . Шкала барабана имеет n делений. При повороте барабана на одно деление измерительный стержень переместится на некоторую величину i , являющуюся ценой деления микрометрической передачи

Черт. 2. Отсчетное устройство микрометрических инструментов:

продольная шкала; 2 – стебель; 3 – круговая шкала; 4 – барабан

где Р – шаг винта, мм; n – число делений шкалы барабана.

В современных микрометрических передачах Р = 0,5 мм; n = 50.

Тогда i = 0,01 мм.

Пронумерованный ряд штрихов показывает целое число миллиметров, противоположный – половину миллиметра. Сотые доли миллиметра отсчитывают по шкале барабана. Указателем для отсчета числа делений продольной шкалы служит торец барабана 1. Указателем для шкалы барабана является продольная риска.

Основной источник погрешности микрометрической пары — накопленная погрешность шага на длине резьбы измерительного стержня. Это обстоятельство определяет предел измерения пары, равный 25 мм. Наличие двух рядов штрихов является причиной появления грубых ошибок на величину 0,5 мм, возникающих, когда путают пронумерованную и противоположную ей стороны шкалы стебля.

Задание по работе:

1. Описать устройство и правила измерения штангенциркулем.
2. Описать устройство и правила измерения микрометром.
3. Произвести замеры детали штангенциркулем и микрометром данной по заданию. Изобразить на чертеже детали с размами.

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.

Измерение геометрических размеров

Изготовление изделий машиностроения, микроэлектроники, оптоэлектроники, вычислительной техники связано с обработкой материалов по заданным размерам, форме, качеству поверхности.

При этом размеры и качество изделий контролируется средствами измерения геометрических величин (длина, ширина, углы, отклонений размеров, формы и расположения поверхностей, параметров резьбы, зубчатых колес, конусов и т.д.).

Так, измерения отклонений, формы и расположения поверхностей включают в себя измерения параметров шероховатости от параллельности, от перпендикулярности, биений и т.п.

Методы и средства измерения геометрических величин подразделяют на несколько групп, основными являются группы механических и оптико-механических приборов.

При измерении линейных и угловых размеров на результат оказывают влияние температура окружающей среды, атмосферное давление, влажность, вибрация и т.д.

Государственным стандартом установлены следующие требования производства линейных и угловых измерений (ГОСТ 8.050-73):

температура окружающей среды +20 о С;

атмосферное давление – 101324,72 Па (760 мм. рт. ст.);

относительная влажность окружающего воздуха – 58%;

ускорение свободного падения – 9,8 м/с;

направление линии измерения линейных размеров до 160 мм наружных поверхностей вертикальное, в остальных случаях – горизонтальное;

относительная скорость измерения углов равна нулю.

Стандартом также установлено, что результаты измерений для сопоставимости должны приводиться к указанным нормальным значениям влияющих величин, и пределы допускаемых отклонений от нормальных условий измерения нормированы.

Во избежание дополнительных погрешностей рекомендуется, чтобы измеряемые изделия выдерживали при нормальной температуре от 2 до 36 часов в зависимости от их массы, а средства не менее 24 часов до начала измерений.

Механические средства измерени длины

Различают средства линейных и угловых измерений общего назначения и узкоспециализированные, предназначенные для решения частных измерительных задач.

К механическим средствам измерения длины общего назначения относятся: штангенприборы, штриховые и концевые меры длины, микрометрические приборы и измерительные головки.

Штриховыми мерами длины называются меры, у которых размер, выраженный в единицах длины. Определяется расстоянием между осями двух соответствующих штрихов (измерительные линейки, рулетки, брусковые штриховые меры).

Брусковые штриховые меры длины – это металлические или стеклянные бруски различного сечения, с нанесенными на них штрихами или шкалами. Они применяются как для непосредственного измерения, так и в качестве шкал приборов и станков.

Основные типы, параметры и размеры стандартизированы. Промышленностью выпускаются брусковые меры с номинальной длиной 60…2000 мм. Допускаемые отклонения от номинальной длины нормируются шестью классами точности, обозначаемыми цифрами от 0 до 5. Наименьшая цена деления брусковых мер длины 0,01 мм.

Плоскопараллельные концевые меры длины (ПКМД) воспроизводят единицу длины одного фиксированного размера и выполняются в виде прямоугольного параллелепипеда из стали или твердого сплава с двумя взаимно параллельными измерительными поверхностями. ПКМД выпускаются в наборах с числом мер разного номинала от 10 до 112. номинальные значения стандартизованы, поэтому притираемость мер позволяет собрать из них блок необходимой длины (от 0,1 до 1000 мкм).

В зависимости от точности изготовления ПКМД относят к классам точности: 00; 01; 0; 1; 2; 3.

К штангенприборам относят средства линейных измерений, которые объединены общим принципом построения отсчетных устройств. Этот принцип основан на применении нониуса.

В зависимости от назначения различают штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмассы.

Штангенциркуль – универсальное средство измерения длины, диаметров валов и отверстий, глубины отверстий и расстояний между центрами отверстий.

Штангенглубиномер – средство измерения глубины отверстий и пазов.

Штангенрейсмасс – средство измерения высотных размеров.

Принцип построения нониуса заключается в совмещении соответствующих штрихов двух линейных шкал, интервалы, деления которых отличаются на определенную величину.

В общем случае штангенприбор состоит из штанги (1) с неподвижной измерительной губкой и рамки (2), перемещающейся по штанге (1), с другой измерительной губкой. На штанге нанесена шкала с ценой деления 1 мм. На скосе рамки нанесена вспомогательная шкала (5), называемая нониусом, с ценой деления 0,9 мм, по которой отсчитываются дробные доли миллиметра.

Для фиксирования рамки на рабочей части штанги служит винт (3). Рамка жестко связана с линейкой глубиномера (6). Верхние губки (4) предназначены для измерения внутренних размеров (отверстия), а нижние – наружных (валов).

При совмещении нулевой отметки шкалы нониуса с нулевой отметкой шкалы штанги, первая, за нулевой, отметка шкалы нониуса оказывается смещенной относительно первой отметки шкалы и штанги на 0,1мм. Соответственно вторая отметка шкалы нониуса смещена на 0,2мм, а десятая на 1мм, т.е. последняя отметка шкалы нониуса точка совпадает с отметкой 0,9мм на шкале штанги.

Если при измерении размера детали шкала нониуса располагается так, что одна из отметок нониуса (не нулевая) и совпадает с какой-либо отметкой шкалы штанги (не нулевой), то результат измерения определяется как сумма отсчетов по шкале штанги и произведения разности цены деления шкал штанги и нониуса на номер деления штанги, с которым совпала отметка нониуса.

Так измерение значения на рисунке будет равно l=7+0,1*1=7,1мм.

Таким образом, с помощью нониуса можно произвести отсчет размера с точностью до 0,1.

В штангенприборах часто применяется растянутый нониус, обеспечивающий отсчет размера до 0,05мм.

В современных моделях штангенприборах вместо нониуса применяются индикаторы часового пика с ценой деления 0,01мм.

Современные средства контроля и измерений размеров изделий для машиностроения

Важнейшую роль в обеспечении качества и конкурентоспособности продукции практически всех отраслей промышленности играет контрольно-измерительная техника, в которой особое место занимают средства измерения и контроля геометрических параметров ответственных деталей, узлов машин и механизмов.

Научно-исследовательский и конструкторский институт средств измерения в машиностроении (НИИизмерения) был создан в 1935 году и многие годы выполнял в системе Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР функции базового института по средствам контроля и измерений, головной организации по метрологии и стандартизации размерных параметров в машиностроении, а также основного разработчика серийно выпускаемых средств активного контроля, различных видов прецизионных наукоемких измерительных систем и устройств контроля и измерений линейных и угловых размеров изделий. Институтом разработаны тысячи приборов и измерительных систем, которые внедрены на десятках сотен предприятий станкостроения, металлургии, нефтяной и газовой промышленности, на железнодорожном транспорте и метрополитене, в авиационной, подшипниковой, электротехнической, автомобильной, оборонной и других отраслях промышленности.

В настоящее время в России основным разработчиком современных средств контроля размеров остается именно НИИизмерения. В последние годы в связи с ростом производства в машиностроительных отраслях и, соответственно, увеличением спроса на измерительную технику, институт реорганизовал и укрепил собственное опытное производство, что позволило изготавливать не только головные образцы новых приборов, но и выпускать собственную продукцию небольшими сериями. В необходимых случаях при больших объемах производства институт привлекает к изготовлению узлов приборов специализированные заводы.

В НИИизмерения работают высококвалифицированные научные, конструкторские, инженерные и рабочие кадры. Имеющийся большой научно-технический потенциал позволяет создавать новые прогрессивные разработки, конкурентоспособные на мировом рынке.

НИИизмерения созданы и выпускаются универсальные приборы и инструменты с цифровым электронным отсчетом, уникальные средства контроля прецизионных зубчатых колес и передач, приборы активного контроля и подналадчики для всех видов финишного станочного оборудования, комплекс приборов для контроля ответственных деталей колесных пар железнодорожного транспорта, приборы для контроля резьб и параметров труб нефтяного сортамента, средства контроля деталей компрессоров, подшипников, ряд специализированных приборов для различных отраслей машиностроения.

В основу создания нового поколения средств контроля и измерений геометрических параметров изделий положены следующие исходные принципы:

• использование перспективной элементной базы для автоматической обработки результатов контроля;
• цифровое представление измерительной информации;
• возможность выдачи цифровой информации на внешние устройства обработки, управления и регистрации;
• паспортизация результатов измерений;
• возможность встройки в автоматизированные технологические комплексы.

На базе различных измерительных систем разработана гамма современных цифровых универсальных приборов контроля геометрических параметров прецизионных деталей (индуктивные пробки для контроля диаметров, толщиномеры, глубиномеры, штангенрейсмасы). Разработана и поставляется портативная измерительная система с индуктивным преобразователем и автономным питанием, имеющая переключаемые диапазоны измерений от 0,04 до 4 мм и дискретность отсчета 0,01; 0,1 и 1 мкм. Не ее базе создана модифицированная измерительная система для прецизионного измерения линейных размеров и перемещений, которая может использоваться в средствах автоматизации технологических процессов, а также для контроля различных параметров деталей в труднодоступных условиях; система допускает эксплуатацию при температурах от -20 до +50 оС (рис.1).

Универсальные приборы применяются во многих отраслях машиностроения.

Серьезное внимание НИИизмерения уделяет проблеме метрологического обеспечения производства ответственных резьбовых деталей, особенно сортамента нефтегазового комплекса. В рамках работ по этому направлению разработан комплекс индикаторных приборов для контроля параметров резьбы (шага, высоты и угла профиля, среднего диаметра и конусности резьбы), а также электронные цифровые приборы для контроля диаметров и прямолинейности отверстий труб, пригодные в том числе и для контроля труб погружных штанговых насосов. Созданы также электронные цифровые приборы для контроля конусности калибров-колец (ручной) и для контроля конусности и шага резьбы конических калибров-колец (стационарный). Допускаемая погрешность приборов не превышает нескольких микрон. Указанные средства контроля обеспечивают измерение всех нормируемых параметров резьбы, включая калибры, образцовые детали, а также важнейших параметров гладкой части резьбовых деталей. Они удовлетворяют требованиям, предъявляемым Государственными стандартами и нормативными документами России, Американского нефтяного института и широко внедрены на ряде трубных, машиностроительных заводов и заводов по производству нефтегазового оборудования.

АО «НИИизмерения» в настоящее время является практически единственным в России разработчиком средств контроля зубчатых колес и передач. Созданы и поставляются предприятиям железнодорожного транспорта специализированные стенды для приемочного и операционного контроля зубчатых колес, обеспечивающие высокоточный контроль всех нормируемых параметров. Результаты контроля обрабатываются, запоминаются, выводятся на табло электронного блока и на печатающее устройство. Модули контролируемых зубчатых колес 7-12 мм, диаметры 126-1000 мм. Разработаны также две модификации цифровых нормалемеров, предназначенных для определения отклонения и колебания длины общей нормали цилиндрических зубчатых колес внешнего зацепления. Предел измерения длины общей нормали 0 120 или 50-320 мм.

В последние годы создано новое поколение приборов активного контроля, предназначенных для управления процессом обработки валов, отверстий и плоских поверхностей с непрерывной и прерывистой поверхностью на кругло- и внутришлифовальных станках-автоматах, полуавтоматах и станках с ЧПУ, отличающееся от ранее выпускавшихся существенно более высоким техническим уровнем (повышение в 1,5-2 раза быстродействия и точности, уменьшение в 2-3 раза габаритов, массы, энергопотребления, расширение технологических возможностей, использование единого для всей гаммы приборов активного контроля одной и той же модели малогабаритного электронного отсчетно-командного устройства на микропроцессорной базе). Гамма включает 7 основных моделей приборов с различными исполнениями и закрывает контроль деталей при всех видах шлифования, кроме бесцентрового. Диапазон размеров контролируемых валов и отверстий — 2,5 200 мм, дискретность цифрового отсчета — 0,1 — 1 мкм.

Разработаны также подналадчики (рис.2) для круглошлифовальных бесцентровых, токарных, сверлильно-фрезерно-расточных станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, гибких модулей и систем, унифицированные по механической и электронной части с приборами активного контроля.. Подналадчики обеспечивают контроль внутренних и наружных размеров при изготовлении деталей и выдачу в систему управления станками информации о необходимой подналадке оборудования.

Приборы активного контроля и подналадчики по техническим характеристикам аналогичны соответствующим приборам фирмы «Марпосс» (Италия). Они внедрены на ряде предприятий России и Украины.

Для контроля диаметра колес по кругу катания колес после их обточки на токарном станке создан специализированный прибор, позволяющий контролировать колеса диаметром 800 1200 мм. В приборе используется угловой фотоэлектрический преобразователь. Результаты измерений обрабатываются, запоминаются и выводятся на табло электронного блока.

Для предприятий железнодорожного транспорта НИИизмерения разработал гамму электронных цифровых средств контроля деталей колесных пар и подшипниковых узлов (около 20 моделей), позволяющих автоматизировать математическую обработку результатов измерения ответственных деталей подвижного состава и выдачу протоколов контроля. Кроме отдельных приборов разработаны комплекс для контроля параметров колесных пар и автоматизированный комплекс для контроля геометрических размеров тележек пассажирских вагонов. Эти приборы и комплексы используются в десятках депо, вагоноремонтных и вагоностроительных заводах не только России, но и других стран СНГ и Прибалтики.

К особой группе следует отнести специализированные электронные цифровые приборы, созданные по заявкам отдельных предприятий различных отраслей промышленности. К этой группе относятся приборы для контроля углов хвостовиков лопаток рабочих компрессорных двигателей, рабочей поверхности профиля поршневых колец, для контроля и сортировки поршня по внутреннему диаметру, а также:

• Измерительная система для контроля деталей типа тел вращения, позволяющая контролировать отклонения формы (круглость, овальность, огранка, волнистость) и расположения поверхностей (отклонения от перпендикулярности, соосность, радиальное биение). Параметры контролируемых деталей: диаметры валов 1 250 мм, отверстий — 7 250 мм, длина до 250 мм, масса до 10 кг. Погрешность измерений: отклонений формы — 2 мкм, расположения поверхностей — 4 мкм. Эта система может использоваться на любых машиностроительных производствах. Несколько модификаций электронных цифровых приборов для контроля радиального и осевого зазоров большой номенклатуры подшипников (внутренние диаметры от 17 до 260 мм, внешние — от 32 до 360 мм). Погрешность при контроле радиального зазора — 0,010 — 0,065 мкм, осевого зазора — 0,05-0,397 мкм для подшипников разных размеров. Эти приборы (рис.3, 4) оснащены встроенными электронными блоками; они поставляются авиационным предприятиям России и Украины.
  

  Рис. 3	Рис. 4

• Электронный профилометр портативный для измерения параметров шероховатости методом ощупывания плоских и цилиндрических (наружных и внутренних) поверхностей ответственных деталей. Измеряемые параметры — Ra/Rq/Rz/Rmax/Sm. Основная относительная погрешность измерения — не более 2,5%.
• Стационарный вариант профилометра-профилографа автоматизированного, обладающего широкими функциональными возможностями.

Производство профилометров намечено с I квартала 2006г.

Все приборы, поставляемые институтом, снабжаются Сертификатом о калибровке, на проведение которой имеется Аккредитация Госстандарта. В НИИизмерения Госстандартом аттестованы Орган по сертификации средств измерений и Государственный центр испытаний. Институт берет на себя гарантийный ремонт и сервисное обслуживание всех выпускаемых средств контроля.

Особо следует отметить, что серийно выпускаемые НИИизмерения приборы могут быть адаптированы к условиям производства Заказчиков. Кроме того, институт готов разработать, изготовить и поставить предприятиям по их конкретным техническим требованиям любые специализированные средства контроля линейных и угловых размеров изделий.

С техническими характеристиками разработанных и выпускаемых АО «НИИизмерения» приборов можно ознакомиться на сайте в интернете www.micron.ru.

Подписи к рисункам:

Рис.1. Система измерительная портативная с индуктивным преобразователем мод. БВ-6436М.
Рис.2. Подналадчик мод. БВ-4303.
Рис.3. Прибор для контроля радиальных зазоров подшипников мод. БВ-7660.
Рис.4. Прибор для контроля осевых зазоров подшипников мод. БВ-7661.