Тема 6: Контрольно-измерительные инструменты.

Вопросы темы:

1. Основные понятия из метрологии.

2. Определение средства измерения. Классификация.

3. Универсальные измерительные средства. Классификация.

4. Масштабные линейки. Штангенинструмент. Устройство и принцип работы.

5. Микрометрический инструмент. Устройство и принцип работы.

6. Индикаторный инструмент. Устройство и принцип работы.

7. Калибры, щупы, шаблоны.

1. Основные понятия из метрологии.

Измерением называется оп­ределение значения искомой величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единст­ва и способах достижения необходимой точности называ­ется метрологией. При выборе измерительных средств пользуются метрологическими показателями. К основным показателям откосятся: цена деления шкалы, интервал деления шкалы, допускаемая погрешность измеритель-, ного средства, пределы измерения и измерительное уси­лие.

Цена деления шкалы — это разность значений вели­чин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Например, у индикатора часового типа цена деления равна 0,01 мм.

Интервал деления шкалы — расстояние между сосед­ними делениями шкалы. У большинства измерительных средств интервал деления составляет от 1 до 2,5 мм. Чем больше интервал деления, тем удобнее отсчет по шкале.

Допускаемой погрешностью измерительного средства называется наибольшая погрешность, при которой изме­рительное средство может быть допущено к применению. Для каждого вида измерительных средств обязательно устанавливается допускаемая погрешность. Например, микрометр с ценой деления 0,01 мм имеет допускаемую погрешность ±0,005 мм.

Пределы измерений измерительного средства — это наибольший и наименьший размеры, которые можно из­мерить данным средством.

Пределы измерений по шкале — наибольшее и наименьшее значения размера, которые можно отсчитать непосредственно по шкале.

Измерительное усилие — усилие, возникающее в процессе измерения при контакте измерительных поверх­ностей с контролируемым изделием.

Измерительное средство и приемы его использования в совокупности образуют метод измерения.

Точность измерения искомой величины зависит от погрешности измерения. Погрешностью измерения назы­вают разность между показаниями измерительного сред­ства и действительной величиной измеряемого размера. Погрешность измерения могут вызвать: неточность самого измерительного средства или изношенность его отдель­ных частей; недостаточная чистота детали; разная темпе­ратура инструмента и детали; ошибки, связанные с опытом и навыками человека, который проводит измерение, чув­ствительностью его рук, остротой зрения и т. д.

При повышении температуры детали размеры ее увели­чиваются, при охлаждении — уменьшаются. Отклонения и допуски устанавливаемые стандартами, относятся к де­талям, размеры которых определены при температуре 20°С.

Для обеспечения точности измерения деталь должна быть очищена от различных загрязнений и вымыта с последующим доведением ее температуры до нормаль­ной. Особо следует отметить влияние тепла рук на нагрев мерительного инструмента. Например, погрешность от на­грева руками микрометра с ценой деления 0,01 мм состав­ляет 2—II мкм.

2. Определение средства измерения. Классификация.

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Эталоны — средства измерений, официально утвержденные и обеспечивающие воспроизведение и (или) хранение единицы физиче­ской величины с целью передачи ее размера нижестоящим по пове­рочной схеме средствам измерений.

Меры — средства измерений, предназначенные для воспроизве­дения заданного размера физической величины.

Рисунок 1. Плоскопараллельные и угловые меры

Для воспроизведения длины в промышленности широко исполь­зуют штриховые и концевые меры. Плоскопараллельные концевые меры длины (рис. 1) предназначены для непосредственного изме­рения линейных размеров, передачи размера единицы длины от пер­вичного эталона концевым мерам меньшей точности, а также для поверки, градуировки и настройки измерительных приборов, инстру­ментов, станков и др. Призматические угловые меры предназначены для контроля наружных и внутренних углов инструментов, шабло­нов, изделий, поверки приборов и т. п.

Образцовые средства измерений — меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений.

Рабочие средства применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

3. Универсальные измерительные средства. Классификация.

Универсальные средства используют для измерения раз­личных геометрических параметров либо непосредственно, либо в со­четании с предметными столиками, плитами, стойками, штативами, струбцинами и другими дополнительными приспособлениями. По степени автоматизации контрольного процесса все средства можно разделить на ручные и механизированные приспособления, автоматизированные (полуавтоматические) и автоматические системы.

Универсальные средства делятся на несколько групп:

1. Измерительные инструменты: масштабные линейки, штангенинструменты (ШЦ, штангенглубиномер, штангенвысотомер, штангензубомер), микрометрические инструменты (микрометр гладкий, резьбовой микрометр, микрометрический нутромер)

2. Измерительные головки: индикаторные инстру­менты (часового и рычажного типа, в сочетании с микрометрическим инструментом).

3. Оптико-механические измерительные приборы: контактные (оптиметры, длинномеры, измерительные машины), бесконтактные (микроскопы и проекторы).

4. Масштабные линейки. Штангенинструмент. Устройство и принцип работы.

Масштабную линейку применяют при измерении с не­высокой точностью (до 0,5 мм). Для контроля линейных размеров служат линейки, пределы измерений которых 300, 500 и 1000 мм. В том случае, если из-за сложности формы детали измерение линейкой затруднено, исполь­зуют кронциркули и нутромеры (кронциркули — при наружных измерениях, а нутромеры — при внутренних).

Для измерения линейных размеров, не требующих особо высокой точности, применяют штангенинструменты. К ним относятся штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенвысотомер и штангензубомер.

Штангенциркуль служит для измерения наружных и внутренних размеров, штангенглубиномер предназначен для измерения глубины пазов, отверстий и расстояний между плоскостями; штангензубомером определяют тол­щину зуба цилиндрических и конических зубчатых колес по постоянной хорде.

Основой всех штангенциркулей (рис.2) является ли­нейка с нанесенными на ней миллиметровыми деления­ми — основная шкала. По штанге перемещается рамка с вырезом (нониусом). На наклонной грани рамки или укрепленной в рамке линейке имеется шкала, называемая нониусной. Нониус позволяет по порядковому номеру совпадающих штрихов отсчитать дробные доли деления основной шкалы (десятые и сотые доли миллиметра). Стандартизированы нониусы с от­счетом 0,1; 0,05 и 0,02 мм. Нижние губки штангенциркуля служат для измерения наружных, а верхние – внутренних размеров детали.

Рисунок 2. Штангенциркуль: 1 – неподвижные губки; 2 – подвижные губки; 3 – стопорный винт; 4 – глубиномер; 5 – рамка с нониусом.

Шкала нониуса имеет деления, отличающиеся от целого числа де­лений штанги на значение отсчета. У штангенциркуля со значением отсчета 0,1 мм деление нониуса равно 1,9 (или 4,9) мм, у штан­генциркуля со значением отсчета 0,05 мм деление нониуса —1,95 мм, а у штангенциркуля со значением отсчета 0,02 мм —0,98 мм.

По ГОСТ 166—80 изготовляются штангенциркули трех типов: ШЦ-I, ШЦ-II и ШЦ-III.

Штангенциркуль ШЦ-I с двусторонним расположением губок предназначен для наружных и внутренних измерений, он имеет линейку для измерения глубин (рис. 3), пределы измерений 0—125 мм и значение отсчета 0,1 мм.

Рисунок 3. Штангенциркуль типа ШЦ-1: 1 — штанга, 2 — измерительные губки, 3 — рамка, 4 — зажим рамки, 5 — нониус, 6 — линейка глубиномера

Штангенциркуль ШЦ-II с двусторонним расположением губок предназначен для измерения и для разметки (рис. 4), пределы измерения 0—200 и 0—320 мм, значение отсчета 0,05 мм и 0,1 мм.

Рисунок 4. Штангенциркуль типа ШЦ-II: 1 — штанга, 2 — измерительные губки, 3 — рамка, 4 — зажим рамки, 5 — нониус, 6 — микрометрическая подача

Штангенциркуль ШЦ-III с односторонними губками (рис. 5) имеет пределы измерения 0—500 мм при значении отсчета 0,05 и 0,1 мм и 240—710, 320—1000, 500—1400, 800—2000 мм при значении отсчета 0,1 мм.

Рисунок 5. Штангенциркуль типа ШЦ-III: 1 – штанга, 2 — измерительные губки, 3 — рамка, 4 — зажим рам­ки, 5 — нониус, 6 — микрометрическая подача

Штангенциркули могут быть изготовлены с раздельными нони­усами для наружных и внутренних измерений. В таком случае на шкале для внутренних измерений нанесено слово «внутренний».

У штангенциркулей с одним нониусом нанесен размер сдви­нутых губок для внутренних измерений, который необходимо учиты­вать при измерениях.

5. Микрометрический инструмент. Устройство и принцип работы.

Для определения линейных размеров с повышенной точностью служат микрометрические инструменты. К ним относятся микрометры, микрометрические глубиномеры, микрометрические нутромеры и рычажные микрометры. Наибольшее применение получили гладкие микрометры. Они предназначены для наружного измерения деталей с точностью до 0,01 мм.

Микрометр (рис. 6) имеет стальную скобу 1, с одной стороны которой укреплена неподвижная измерительная пятка 2, а с другой — стебель 5. Снаружи стебель охвачен барабаном 6, который натяжным колпачком затягивается на конусе с микрометрическим винтом 3. При вращении барабана вращается и микрометрический винт, а его изме­рительная поверхность перемещается вдоль оси. Вращени­ем барабана осуществляется грубая установка микромет­ра, а окончательная установка — трещоткой 7, которая обеспечивает постоянное зажимное усилие при измерении детали.

Рисунок 6. Микрометр: 1 — скоба, 2 — пятка, 3 — винт, 4 — стопорное кольцо, 5 — сте­бель, 6 — барабан, 7 — трещот­ка

Микрометры снабжены отсчетным устройством в виде двух шкал (рис. 7): одна нанесена на стебле (основная шкала), а другая — на окружности скоса барабана (шкала бара­бана, или круговая шкала). На основной шкале — два ряда штрихов с расстоянием в 1 мм. Они расположены по обе стороны продольной риски, нанесенной на стебле, так что один ряд сдвинут относительно другого на 0,5 мм. Шкала барабана разделена на 50 равных частей, она предназначена для отсчета десятых и сотых долей мил­лиметра, цена каждого деления составляет 0,01 мм.

Рисунок 7. Отсчет размеров по шкале микрометра: 1 – основная шкала; 2 – микровинт; 3 – шкала барабана.

При измерении микрометр берут левой рукой за скобу, а из­меряемую заготовку (деталь) помещают между пяткой и торцом микрометрического винта и прижимают торцом винта деталь к пятке вращением трещотки до ее проворачивания. Целые миллиметры отсчитывают по нижней шкале стебля, полумиллиметры — по вер­хней шкале стебля, сотые доли миллиметра — по нониусу (смотрят, какой штрих шкалы барабана совпадает с продольной линией стеб­ля).

Резьбовой микрометр со вставками применяют для измерения среднего диаметра метрической и дюймовой резьбы. Он отличается от обычного (гладкого) микрометра только наличием отверстий в пятке и микрометрическом винте, в которые вставляются смен­ные вставки: призматические, конические, конические укороченные, плоские, шаровые.

Микрометрические глубиномеры и нутромеры (рис. 8) предназ­начены соответственно для измерения углублений (впа­дин) и внутренних размеров. Принцип измерения этими ин­струментами аналогичен принципу измерения микро­метром.

Рисунок 8. Микрометрический нутромер: 1 – измерительная поверхность; 2 – стебель; 3 – стопор; 4 – микрометрический винт; 5 – барабан; 6 - гайка

6. Индикаторный инструмент. Устройство и принцип работы.

Индикаторные инстру­менты предназначены для точного определения раз­меров деталей, проверки правильности их геометри­ческой формы и взаимного положения. Их действие основано на том, что по­средством системы зубча­тых колес незначитель­ное перемещение измерительного стержня дает во много раз большее перемещение стрелки прибора. Индикаторы выпускаются с пределами измерений 5 и 10 мм. Широкое распространение в ремонтном производстве получили индикатор и индикаторный нутромер. Главное достоин­ство индикаторов — надежность, удобство пользования и быстрота измерения. Их снабжают несложными приспособлениями (различные стойки, скобы и т. п.), имею­щими вторую измерительную поверхность.

Индикаторы бывают часового и рычажного типа, наиболее ши­роко применяют индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 и 0,001 мм. Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм малогабаритного или нормального исполнения выпускаются с преде­лами измерения 0—2; 0—3 и 0—10 мм.

Конструкция индикатора часо­вого типа (рис. 9) основана на применении зубчатых зацеплений, преобразующих поступательное дви­жение измерительного стержня 8 во вращательное движение стрел­ки 5. На циферблате 3 имеется две шкалы: черная для отсчета поло­жительных отклонений и красная — для отрицательных. Каждая шкала имеет 100 делений. Перемещение стержня 8 на 1 мм соответствует одному обороту большой стрелки 5, поэтому цена деления равна 0,01 мм. Малая стрелка на указателе 6 отмечает число целых миллимет­ров перемещения измерительного стержня.

Установка стрелки в нулевое положение производится вращени­ем циферблата 3, соединенного с ободом 4_У или поворотом головки 11 измерительного стержня (при неподвижном циферблате).

При измерении индикатор крепят к стойке за гильзу 7 или ушко на корпусе 1, при этот шарик 10 измерительного наконечника 9 постоянно находится в контакте с измеряемой поверхностью.

Рисунок 9. Индикатор часового типа: 1 – корпус; 2 – стопор ободка; 3 – циферблат; 4 – обод; 5 – стрелка; 6 – указатель полных чисел оборотов; 7 – гильза; 8 – стержень; 9 – наконечник; 10 – шарик; 11 – головка.

Набор принадлежностей, позволяет приспосабливать индикатор для разнообраз­ных измерений, которые могут потребоваться при контроле деталей на поверочной плите, а также отдельных сбороч­ных единиц непосредственно на машине (рис. 10).

Рисунок 10. Индикаторные приспособления: а – универсальная индикаторная скоба; б – индикаторная скоба; в – измерение индикаторным нутромером диаметра гильзы цилиндра двигателя.

7. Калибры, щупы, шаблоны.

При массовом выпуске изде­лий, когда ежедневно приходится измерять детали одного и того же размера, широко применяют ин­струменты жесткой конструк­ции — предельные калибры: проб­ки для контроля отверстий (рис. 11, а) и скобы для контроля валов (рис. 11, б). Калибры не имеют отсчетных устройств для определения размеров, с их помощью можно только установить, находится ли измеряемый размер в пределах требуемого допус­ка или нет. Для этого калибры изготовляют по пре­дельным размерам проверяемой детали. Так, одна сторона пробки (удлиненная) имеет номинальный размер и назы­вается проходной (ПР). Другая (укороченная) сторона имеет номинальный размер наибольшего отверстия, она называется непроходной (НЕ) и может входить только в деталь, имеющую отверстие завышенного размера. Такие детали бракуют.

Рисунок 11. Примеры применения калибров – пробок (а) и калибров – скоб (б): ПР – проходная; НЕ – непроходная.

Процесс контроля деталей заключается в простой их сортировке на три группы с помощью двух предельных калибров: годные, размер которых находится в пределах допустимого (ПР- проходит, а НЕ- не проходит); брак исправимый, когда размер вала больше допустимого, а размер отверстия меньше допустимого (ПР - не проходит); брак неисправимый, когда размер вала занижен, а отвер­стия— завышен (НЕ - проходит).

Также существуют конусные калибры – втулки и калибры – пробки для контроля конических валов и отверстий; резьбовые калибры пробки и кольца служащие для контроля размеров резьбы.

Щупы (рис. 12) применяют для измерения зазора меж­ду сопрягаемыми поверхностями. Их выпускают в виде комплекта узких стальных пластин (11 —15 шт.) с парал­лельными измерительными плоскостями. Толщина пластин и интервал между ними 0,05—1,0 мм. На каждой нанесен номинальный размер щупа в миллиметрах. При измерении можно пользоваться несколькими сложенными вместе пластинами.

Для контроля деталей служат поверочные плиты. Они имеют точно обработанную рабочую плоскость, на которую устанавливают проверяемую деталь. Размер плит — 400—1600 мм. При измерении деталей на поверочной плите используют призмы и подставки. В призмах имеются выемки для укладки проверяемых деталей. Подставки и призмы из­готовляют разной формы и раз­меров.

Рисунок 12. Набор щупов (а) и проверка щупами зазоров между канавкой поршня и поршневым кольцом (б)

Шаблоны (рис. 13, а) применяются для проверки сложных профилей деталей и изготовляются из высокоуглеродистой листовой или полосовой стали.

Рисунок 13. Шаблоны: а – профильные; б-г – резьбовые; д – радиусные.

Резьбовые шаблоны — инструменты для определения шага и профиля резьбы (рис. 13, б— г). Они представляют собой закрепленные в обоймы наборы стальных пластин толщиной 1 мм с точными зубьями резьбы. Шаблоны комплектуются в два набора: для метрической резьбы с углом профиля 60° и для дюймовой резьбы с углом профиля 55°. На каждой пластине указано зна­чение шага или число ниток на дюйм, а на накладке обоймы обозначена резьба метрическая (60°) или дюймовая (55°).

Радиусные шаблоны (рис. 13, д) служат для измере­ния отклонения размеров выпуклых и вогнутых поверхностей дета­лей. Эти шаблоны состоят из набора тонких стальных пластин с различными радиусами закруглений на концах. Значение радиуса закруглений на детали определяется совпадением того или иного шаблона с проверяемым профилем (на просвет).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется «измерением»?

2. Цена деления шкалы, интервал деления шкалы;

3. Дайте определение средства измерения;

4. Для чего служит штангенинструмент?

5. Назовите типы штангенциркулей и пределы измерений каждого;

6. Краткое устройство микрометра, принцип работы.