Технические измерения

Технические измерения

332

321

4. Технические измерения

4.1. Линейные измерения

Меры длины концевые плоскопараллельные. Широко используются плоскопараллельные концевые меры длины в форме прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Меры выпускаются по ГОСТу 9038 - 90 из стали марок X, ШХ15, ХГ, 12ХГ и из твердого сплава, а также из кварца классов точности 00; 01; 0; 1; 2; 3. Допуски на размер в зависимости от класса точности находятся в пределах от 0,06 до 1 мкм, а на плоскостность - от 0,05 до 1 мкм. Шероховатость измерительных поверхностей должна быть Rz 0,063 мкм.

За длину l концевой меры принимают длину перпендикуляра, опущенного из данной точки измерительной поверхности концевой меры на ее противоположную поверхность (рис. 4.1, а). Наибольшая по абсолютному значению разность между длиной меры в любой точке и ее номинальной длиной, которая маркируется на боковой поверхности меры (рис. 4.1, 6), составляет отклонение длины меры. Разность между наибольшей и наименьшей длинами определяет отклонение от плоскопараллельности.

Меры поставляются в наборах и россыпью по заказам. Градация: 0,001; 0,005; 0,01; 0,5; 1; 10; 25; 50; 100 мм. Используя свойство притираемости, обеспечивающее прочное сцепление концевых мер, их можно собирать в различные блоки (рис. 4.1, б). Блок следует составлять из возможно меньшего количества мер. Для закрепления блоков мер и удобного пользования при наружных и внутренних измерениях, для проведения точных разметочных работ выпус-

каются наборы принадлежностей к плоскопараллельным концевым мерам типа ПК-1, ПКО-1, ПК-2 и ПК-3 (ГОСТ 4119 - 76).

По допустимой погрешности измерения, допуску на плоскопараллельность и результатам поверки определяют разряд меры. По ГОСТу 166 - 75 предусмотрено пять разрядов (1, 2, 3, 4, 5).

В некоторых случаях измерительные поверхности концевых мер длины выполнены цилиндрическими или сферическими.

Меры длины штриховые. К штриховым мерам длины относятся: брусковые (ГОСТ 12069 - 90), ленточные рулетки (ГОСТ 7502 - 98), линейки измерительные металлические (ГОСТ 427-- 75), складные металлические метры, объект-микрометры, стеклянные штриховые линейки и шкалы.

Брусковые штриховые меры длины применяются для непосредственных измерений в качестве шкал приборов и станков, а также как образцовые для поверки измерительных приборов линейных измерительных преобразователей. Брусковые меры выполняются одно- и многозначными. Однозначные меры имеют два штриха, расстояние между которыми определяет длину меры, многозначные - шкалу штрихов с деци-, санти- и миллиметровыми интервалами. Некоторые меры имеют интервалы между штрихами 0,1 или 0,2 мм. В этом случае в комплект входят лупы с увеличением не менее 7х. Меры изготовляются из инвара, оптического стекла и стали.

По ГОСТу 12069 - 90 предусмотрено девять типов поперечного сечения брусковых мер классов точности 0, 1, 2, 3, 4, 5.

В зависимости от условий аттестации штриховые меры длины могут быть 1, 2 и 3-го разрядов.

Измерительные металлические рулетки выполняются из инвара, нержавеющей стали и светлополированной стальной ленты длиной 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100 м. Они выпускаются 2-го и 3-го классов точности. Допускаемые отклонения действительной длины миллиметровых делений рулеток должны быть не более ±0,15 и ±0,20 мм, сантиметровых - не более ±0,20 и ±0,30 мм, дециметровых и метровых - не более ±0,30 и ±0,40 мм для 2-го и 3-го классов точности соответственно.

Измерительные металлические линейки изготовляются из стальной пружинной термообработанной ленты со светлополированной поверхностью длиной до 1 м и с ценой деления 1 мм.

Складные металлические метры изготовляются длиной 1 м и состоят из 10 стальных упругих пластин, соединенных шарнирно. Металлические измерительные линейки должны иметь отклонения между любыми штрихами не более ±0,10 мм для линеек длиной до 300; ±0,15 мм - для линеек длиной от 300 до 500 мм и ±0,20 мм - для линеек длиной от 500 до 1000 мм.

Объект-микрометры вставляются в микроскопы для определения увеличения. Они представляют собой металлическую оправу длиной 76, шириной 76 и толщиной 2 мм. В центр оправы вклеена стеклянная пластина со шкалой, имеющей интервалы между делениями 0,01.

Стеклянные штриховые линейки имеют пять интервалов по 25 мм общей длиной 125 мм. Интервал 60 - 61 мм имеет 10 делений через 0,1 мм.

Ширина штрихов - 0,006 мм; допускаемое отклонение на расстоянии между любыми штрихами ± 0,002 мм; точность аттестации не ниже 0,0005 мм.

Линейка применяется для поверки инструментальных микроскопов.

Шкалы стеклянные. Существуют несколько типов: штриховые, шкалы с крестом, шкалы с крестом и контрольными штрихами. Стеклянные шкалы применяют для поверки измерительных микроскопов, компараторов и проекторов.

Штангенинструменты представляют собой две измерительные губки, одна из которых связана с направляющей штангой, имеющей основную шкалу, а другая - с подвижной рамкой, не-сущей нониус. Принцип действия нониуса осно-

ван на совмещении штрихов основной шкалы и шкалы нониуса. К штангенинструментам относятся штангенциркули, штангенрейсмасы (штангенвысотомеры), штангенглубиномеры, штангензубомеры.

Штангенциркули выпускаются нескольких типов: ШЦ-1 - двусторонние с глубиномером (рис. 4.2, а); ШЦТ-I - односторонние из твердого сплава; ШЦ-II - двусторонние (рис. 4.2, б); ШЦ-III - односторонние (рис. 4.2, в).

Фирмами "Теза" (Швейцария), "Маузер" (ФРГ) и рядом других зарубежных фирм выпускается штангенциркуль со стрелочным отсчетным устройством с ценой деления 0,01 и 0,02 мм (рис. 4.3).

Глубиномер 3 и рамка 2 жестко связаны с зубчатой рейкой 4, передающей движение через трибку 6 стрелке 1 отсчетного устройства 5.

Штангенрейсмасы и штангенглубиномеры. Штангенрейсмасы (штангенвысотомеры) (рис. 4.4, а) предназначены для измерения высот и разметочных работ. Штангенглубиномеры (рис. 4.4, 6) предусмотрены для измерения глубин отверстий и пазов, а также для измерения выступов.

Микрометрические приборы. К микрометрическим приборам относятся микрометры гладкие (рис. 4.5, а), рычажные (рис.

4.5, д), зубомерные (см. рис. 4.49, V), нутромеры (рис. 4.6), глубиномеры (рис. 4.7). Некоторыми зарубежными фирмами выпускаются микрометры с цифровым отсчетом (рис. 4.5, г). Существует также ряд специальных измерительных средств, оснащенных микрометрической головкой.

У микрометрических нутромеров (рис. 4.6) в микрометрическую головку запрессована неподвижная пятка 1; подвижная пятка 6 соединена с микровинтом 5, который крепится в исходном положении стопором 4. Пятки выполнены из твердого сплава и имеют сферические поверхности. К нутромерам с диапазоном измерения от 150 до 6000 мм прикладываются удлинители, которые навинчиваются на резьбу стебля 3, защищенную колпачком 2.

Рычажно-зубчатые приборы. К ним относятся: головки измерительные; скобы с отсчетным устройством; глубиномеры, стенкомеры, толщиномеры и нутромеры индикаторные. На базе измерительных головок создано большое количество различных специальных измерительных приспособлений и приборов.

Инструментальные и универсальные микроскопы предназначены для измерения длин, углов, элементов резьб, зубчатых передач, конусов и различных профилей изделий. Методы измерений - проекционный и осевого сечения в прямоугольных и полярных координатах.

Инструментальные микроскопы разделяются на малые (рис. 4.13, а) ММИ (малый микроскоп инструментальный) и большие (рис. 4.13, б).

Цена деления микрометрического устройства - 0,005 мм. Цена деления окулярной мерной головки - 1' и 3'. Пределы измерения угловых размеров 0 - 360о.

Наибольшую точность и пределы измерения в продольном направлении до 200 мм и в поперечном - до 100 мм имеют универсальные микроскопы УИМ-21 (рис. 4.15, а), УИМ-23 (рис. 4.15, б) и УИМ-24.

Оптиметры предназначены для линейных измерений контактным относительным методом. В их схеме используется принцип автоколлимации, оптического и механического рычага. Основным узлом оптиметра является трубка с ценой деления шкалы 0,001 мм, пределом измерения ±0,1 мм, увеличение 960х . Механическая часть прибора преобразует перемещение измерительного стержня в угловое перемещение зеркала, а оптическая трубка создает изображение шкалы, которое смещается относительно его исходного положения в зависимости от угла поворота зеркала. Оптиметры выпускают (в зависимости от установки трубки) с вертикальным и горизонтальным расположением оси (рис. 4.16).

Микролюкс, микрозил и оптотест являются разновидностями оптико-механических приборов, в которых используются механические и оптические рычаги в сочетании с качающимся зеркалом или указателем [34].

Вертикальный оптический длиномер ИЗВ предназначен для наружных линейных измерений по шкале (абсолютным методом) от 0 до 100 мм и от 0 до 250 мм. Цена деления шкалы 1 мм. Цена наименьшего деления микроскопа со спиральным нониусом 0,001 мм. Увеличение отсчетного микроскопа 62х. Измерительная сила 1,2 - 2,5 Н.

Для точных наружных и внутренних линейных измерений больших длин, расстояний между осями непосредственно по точным линейным шкалам (абсолютным методом) или сравнением с образцовыми мерами (относительным методом) применяют измерительные машины. Измерительные машины ИЗМ подразделяют по верхним пределам измерения: до 1000 мм (ИЗМ-1), до 2000 мм (ИЗМ-2), до 4000 мм (ИЗМ-4) и до 6000 мм (ИЗМ-6). Пределы измерения внутренних размеров от 13,5 до 150 мм. Цена деления шкал: метровой - 100 мм, стомиллиметровой - 0,1 мм, трубки оптиметра - 0,001 мм. Увеличение трубки оптиметра - 960х.

Характерной особенностью развития современной измерительной техники является переход от экранных к цифровым отсчетным устройствам.

Пневматические приборы могут реагировать на изменение зазора между деталью и выходным соплом, а также на непосредственное изменение диаметра. Они могут быть низкого (до 0,5 МПа) и высокого (свыше 0,5 МПа) избыточного давления, манометрического и ротаметрического типа, дифференциального и недифференциального исполнения.

Дифференциальные средства менее чувствительны к колебаниям давления и обладают лучшими метрологическими возможностями. На рис. 4.17 представлена схема пневматического дифференциального прибора манометрического типа. От пневмосети воздух через фильтр 1, стабилизатор давления 2 с манометром 3 и входные сопла 4 и 10 поступает к выходным соплам 6 и 9, установленным над измеряемыми деталями 7 и 8. Чувствительным элементом является дифференциальный манометр 5, показания которого зависят от разности зазоров S1 и S2 и, следовательно, от разности d1 и d2. Если одно из сопл, например 10, заменяется вентилем противодавления 11, через который воздух выходит в атмосферу, производится измерение одного размера, например d1. По такой схеме созданы приборы моделей 318 и 319. В приборе имеется дополнительный оптический рычаг, в качестве манометра использованы сильфоны.

Схема ротаметрического прибора высокого давления дана на рис. 4.18. Воздух через вентиль 1 и блок 2 фильтра со стабилизатором давления поступает к конической трубке 3, в которой находится поплавок 8, и к вентилю 7 параллельного пропуска воздуха. Пройдя коническую трубку 3 и дроссель 4, потоки объединяются и по раздельным каналам поступают к измерительной оснастке 5 и вентилю 6, через который воздух выходит в атмосферу. В зависимости от размера детали меняется положение поплавка 8 в трубке 3, на которой нанесена шкала. По данной схеме построены длиномеры модели 320.

В длиномерах низкого давления (рис. 4.19) чувствительным элементом является водяной манометр 4, соединенный с водяным стабилизатором давления 3. При изменении зазора между оснасткой 6 и измеряемой деталью меняется положение водяного столба в манометре 4 относительно шкалы 5. Воздух к оснастке 6 поступает через кран 1, блок фильтра со стаби-лиза-

тором давления 2 и входное сопло 7. Аналогичная схема для длиномеров модели 330.

Технические характеристики пневматических приборов приведены в [42]. В комплект вместе с пневматическими приборами входят пробки пневматические (ГОСТ 14864 - 78) и кольца установочные (ГОСТ 14865 - 78). Для очистки и стабилизации воздуха выпускаются фильтры, стабилизаторы давления и блоки фильтров со стабилизаторами.

4.2. Угловые измерения

Во многих изделиях машиностроения применяют узлы и детали, качество работы которых зависит от точности их угловых размеров. Такими узлами и размерами являются, например, подшипники с коническими роликами, направляющие типа "ласточкин хвост", концы шпинделей металлорежущих станков, концы инструментов, углы оптических призм и т. д.

Величину угла при измерении определяют следующими методами:

сравнением с жесткой мерой (угловые меры, угольники, шаблоны, конические калибры, многогранные призмы);

сравнением со штриховой мерой (различные виды круговых и секторных шкал, гониометры);

тригонометрическими методами (по значениям линейных размеров).

Жесткие угловые меры предназначены для передачи размера плоского угла от эталонов к образцовым и рабочим угловым мерам, поверки и градуировки угломерных приборов и специальных угловых мер (шаблонов), а также для непосредственного измерения угловых изделий.

По ГОСТу 2875 - 88 "Меры плоского угла призматические. Общие технические условия" предусмотрено пять типов угловых мер (рис. 4.20): меры типа 1 выполнены со срезанной вершиной угла и имеют малые (до 9о) значения рабочих углов; меры типа 2 имеют острую вершину рабочего угла, охватывают диапазон от 10 до 79о; меры типа 3 выполнены с четырьмя рабочими углами в диапазоне 80 - 100о; меры типа 4 - призматические с равномерным угловым шагом; меры типа 5 - с тремя рабочими углами: = 15о, = 30о, = 45о.

Угловые меры изготавливают из высококачественных сталей, а меры типа 1 могут изготовляться из кварцевого и оптического стекла.

По ГОСТу 2875 - 88 для угловых мер 1, 2 и 3 типов установлены классы точности 0, 1 и 2 с допусками на изготовление соответственно 3, 10, 30; для типа 4 - классы точности 00, 0, 1 и 2; для типа 5 - класс точности 1. Образцовые меры аттестуются по 2, 3 и 4-му разрядам в зависимости от погрешности аттеста-

ции, которая соответственно не должна превышать 1, 3, 6.

Угольники служат для проверки взаимной перпендикулярности поверхностей и имеют угол 90о. Существует два вида угольников: лекальные, обеспечивающие контакт по линии (для этого одной из сторон придана форма кромки с радиусом закругления 0,1 - 0,3 мм); с плоскими рабочими поверхностями.

Стандартом предусмотрены три класса точности (0, 1, 2) угольников. Они выпускаются: в виде прямоугольника (рис. 4.21, а ), угловые (рис.4.21, б ) и цилиндрические (рис. 4.21, в).

Несовпадение сторон угольника и измеряемого угла определяют визуально по просвету между стороной угольника и деталью или с помощью щупа.

Сравнение с жесткой мерой широко применяют при контроле конических сопряжений. В этом случае жесткой мерой является конический калибр. При этом проверяются как диаметр (по осевому смещению), так и угол конуса (по краске).

Механические угломеры предназначены для контактных измерений углов. Выпускается три типа угломеров: УН - с отсчетом по нониусу 2 или 5 (рис. 4.22); УМ - с отсчетом по нониусу 2 или 5 (рис. 4.23); УГ - с отсчетом по нониусу 10 упрощенной конструкции; УО - оптический угломер (рис. 4.24).

Гониометры (рис. 4.25) являются наиболее точными оптическими приборами для бесконтактного измерения углов и предназначены для измерения углов между плоскими гранями, хорошо отражающими световые лучи. Измерение углов возможно как на непрозрачных, так и на прозрачных телах.

Делительные головки применяются для измерения углов при использовании устройств, фиксирующих требуемое угловое положение граней или других элементов детали. Отсчетные устройства делительных головок бывают как механическими (лимб с нониусом), так и оптическими рис. 4.26).

Уровни служат для измерения малых угловых отклонений от горизонтальной плоскости. Наиболее распространены в промышленности жидкостные уровни. Они относятся к гониометрическим средствам измерений, так как имеют угловую шкалу, нанесенную на дуге окружности. Чувствительным элементом таких уровней является стеклянная ампула с жидкостью.

Эти приборы предназначены как для измерения углов отклонения от горизонтали (природного эталона), так и для установки поверхности изделия в заданном относительно горизонтали положении.

Выпускаются брусковые и рамные уровни с ценой деления ампул 4", 10", 20", 30", которые на приборе представлены в радианной мере (0,1 мм/м соответствует 20"). В некоторых приборах ампула применяется не для измерения отклонений углов, а для определения горизонтального положения узла прибора, в который она встроена.

В микрометрических уровнях показания снимают по микрометрическому винту, перемещающему ампулу. Микрометрические уровни выпускаются типа 1 с ценой деления 2" и типа 2 с ценой деления 20" (рис. 4.27).

Промышленностью выпускаются индуктивные уровни с ценой деления 2 - 20", гидростатические уровни. Для измерения углов можноиспользовать круговые измерительные преобразователи типа "Индуктосин", "Оптосин" (круговые перемещения преобразуются в электрический сигнал), а также кольцевые оптические квантовые генераторы.

Средства измерений, основанные на тригонометрическом методе. Типичными примерами реализации тригонометрических методов измерений углов являются измерения с помощью так называемых синусных линеек и координатные методы.

Синусная линейка (рис. 4.28) представляет собой простую схему: два круглых цилиндрических ролика одинакового диаметра укреплены на концах столика так, чтобы их оси были параллельными. Расстояние L между осями роликов имеет жесткий допуск и точно аттестовано. Это расстояние при установке синусной линейки на требуемый угол имитирует гипотенузу прямоугольного треугольника. Катет этого треугольника h воспроизводится блоком плоскопараллельных концевых мер, подкладываемым под один из роликов (см. рис. 4.28). Рабочим углом установленной синусной линейки является угол 1, отличающийся от расчетного на погрешность установки.

При измерении на синусной линейке (рис. 4.29) размер h блока мер, который надо подставить под ролик, чтобы наклонить столик на такой же угол , какой должно иметь измеряемое изделие, определяют из уравнения

h = Lsin. Затем блок подставляют под ролик, к которому направлена вершина измеряемого угла.

Измерение угла заключается в определении отклонения в положениях I и II от указанной параллельности, что делают чаще всего с помощью контактной измерительной головки (оптиметра, пружинной головки и т. д.), укрепленной на универсальной стойке.

Стандартные синусные линейки изготовляют трех типов: без опорной плиты (тип I); с опорной плитой (тип II) и двухнаклонные во взаимно перпендикулярных направлениях (тип III). Линейки каждого типа имеют два класса точности: 1 и 2.

Синусную линейку можно применять и для измерения внутренних углов, например, конусных отверстий. Для этого необходимо иметь рычаг, вводимый в измеряемое отверстие.

Использование роликов и шариков для измерения наружных и внутренних конусов. При известных диаметрах шариков и роликов, а также высоте h блока плоскопараллельных концевых мер измеряют размеры l1 и l2 (рис. 4.30) и рассчитывают искомый угол конуса.

По схеме, приведенной на рис 4.30, а, угол определяется по формуле

, а по схеме, приведенной на рис 4.30, б, - по формуле

.

По такому же принципу измеряют конусность с помощью двух калиброванных колец с заранее известными диаметрами D, d и толщиной h (рис. 4.30, в). Расстояние Н измеряют после надевания колец на конус.

Угол рассчитывают по формуле .

4.3. Альтернативный метод контроля изделий

Альтернатива (от лат. alter - один из двух) означает "каждая из исключающих друг друга возможностей".

Контроль по альтернативному признаку - это контроль по качественному признаку, в ходе которого каждую проверенную единицу продукции относят к категории годных или дефектных. При этом методе устанавливается факт соответствия контролируемого параметра контрольному нормативу.

Альтернативный контроль может быть: элементным или комплексным; одно- и многомерным; неавтоматическим, механизированным, полуавтоматическим, автоматическим; пассивным или активным.

Альтернативный контроль осуществляется измерительными средствами, специально предназначенными для этой цели.

На схеме (рис. 4.31) приведена классификация средств и методов альтернативной проверки годности параметров изделий. При альтернативной проверке наиболее широко используются калибры. Большинство видов и конструкций калибров стандартизовано.

4.3.1. Калибры для гладких цилиндрических деталей

Для контроля гладких цилиндрических изделий типа валов и втулок, особенно в крупносерийном и массовом производстве, широко применяют предельные гладкие калибры (ГОСТ 2216 - 84). Калибры для валов называются скобами, а для отверстий - пробками. Комплект калибров состоит из проходного и непроходного (рис. 4.32, а).

Годность деталей с допуском от IТ6 до IТ17, особенно при массовом и крупносерийном производствах, наиболее часто проверяют предельными калибрами. Комплект рабочих предельных калибров для контроля размеров гладких цилиндрических деталей состоит из проходного калибра ПР (им контролируют предельный размер, соответствующий максимуму материала проверяемого объекта) и непроходного калибра НЕ (им контролируют предельный размер, соответствующий минимуму материала проверяемого объекта).

Рис. 4.31. Классификация средств и методов альтернативной проверки годности параметров изделий

Деталь считают годной, если проходной калибр (проходная сторона калибра) под действием собственного веса или усилия, примерно равного ему, проходит, а непроходной калибр (непроходная сторона) не проходит по контролируемой поверхности детали. В этом случае действительный размер детали находится между заданными предельными размерами.

Рабочие калибры ПР и НЕ предназначены для контроля изделий в процессе их изготовления. Этими калибрами пользуются рабочие и контролеры ОТК завода-изготовителя, причем в последнем случае применяют частично изношенные калибры ПР и новые калибры НЕ.

Для установки регулируемых калибров-скоб и контроля нерегулируемых калибров-скоб применяют контрольные калибры К--И, которые являются непроходными и служат для изъятия из эксплуатации вследствие износа проходных рабочих скоб. Несмотря на малый допуск контрольных калибров, они все же искажают установленные поля допусков на изготовление и износ рабочих калибров, поэтому контрольные калибры по возможности не следует применять. Целесообразно, особенно в мелкосерийном производстве, контрольные калибры заменять концевыми мерами или использовать универсальные измерительные приборы.

Валы и отверстия с допуском IТ5 и точнее не рекомендуется проверять калибрами, так как они вносят большую погрешность измерения. Такие детали проверяют универсальными измерительными средствами.

Для снижения затрат на калибры стремятся увеличить их износостойкость. Так, износостойкость калибров, оснащенных твердым сплавом, в 50--150 раз выше по сравнению с износостойкостью стальных калибров и в 25--40 раз выше по сравнению с износостойкостью хромированных калибров при повышении стоимости калибров только в 3--5 раз.

Для контроля валов используют главным образом скобы. Наиболее распространены односторонние двухпредельные скобы. Применяют также регулируемые скобы, которые можно настраивать на разные размеры, что позволяет компенсировать износ и использовать одну скобу для измерения размеров, лежащих в определенном интервале. Регулируемые скобы по сравнению с жесткими имеют меньшую точность и надежность, поэтому их чаще применяют для контроля изделий квалитета 8 и грубее.

При конструировании предельных калибров для гладких, резьбовых и других деталей следует соблюдать принцип подобия Тейлора, согласно которому проходные калибры по форме должны являться прототипом сопрягаемой детали с длиной, равной длине соединения (т. е. калибры для валов должны иметь форму колец), и контролировать размеры во всей длине соединения с учетом погрешностей формы деталей. Непроходные калибры должны иметь малую измерительную длину и контакт, приближающийся к точечному, чтобы проверять только собственно размер детали. Таким образом, изделие считают годным, когда погрешности размера, формы и расположения поверхностей находятся в поле допуска.

На практике приходится отступать от принципа Тейлора вследствие неудобств контроля, например, проходным кольцом, так как это требует многократного снятия детали, закрепленной в центрах станка. Вместо контроля проходными кольцами применяют многократный контроль проходными скобами с широкими измерительными поверхностями, а вместо штихмасов -- непроходные калибры-пробки с малой (значительно меньше, чем у проходной пробки) шириной измерительных поверхностей.

Допуски калибров. Схемы расположения полей допусков калибров приведены на рис. 4.33 и 4.34 со следующими обозначениями: d (D) - номинальный размер изделия; dmin (Dmin) - наименьший предельный размер изделия; dmax (Dmax) - наибольший предельный размер изделия; Т - допуск изделия.

По ГОСТу 24853 - 81 на гладкие калибры устанавлены следующие допуски на изготовление: Н - допуск на изготовление калибров для отверстия (за исключением калибров со сферическими измерительными поверхностями); НS - допуск на изготовление калибров со сферическими измерительными поверхностями для отверстия; Н1 - допуск на изготовление калибров для вала; НР - допуск на изготовление контрольного калибра для скобы; Z - отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для отверстия относительно наименьшего предельного размера изделия; Z1 - отклонение середины поля допуска на изготовление проходного калибра для вала относительно наибольшего предельного размера изделия; у - допустимый выход размера изношенного проходного калибра для отверстия за границу поля допуска изделия; у1 - допустимый выход размера изношенного проходного калибра для вала за границу поля допуска изделия; - величина для компенсации погрешности контроля калибрами отверстий с размерами свыше 180 мм; 1 - величина для компенсации погрешности контроля калибрами валов с размерами свыше 180 мм.

Для проходных калибров, которые в процессе контроля изнашиваются, кроме допуска на изготовление, предусматривается допуск на износ.

Для размеров до 500 мм износ калибров ПР с допуском до IТ8 включительно может выходить за границу поля допуска детали на величину y для пробок и y1 - для скоб; для калибров ПР с допусками от IТ9 до IТ17 износ ограничивается проходным пределом, т. е. y = 0 и y1 = 0.

Следует отметить, что поле допуска на износ отражает средней возможный износ калибра.

Для всех проходных калибров поля допусков Н (НS) и Н1 сдвинуты внутрь поля допуска изделия на величину Z для калибров-пробок и Z1 - для калибров-скоб.

При номинальных размерах свыше 180 мм поле допуска непроходного калибра также сдвигается внутрь поля допуска детали на величину для пробок и 1 - для скоб, создавая так называемую зону безопасности, введенную для компенсации погрешности контроля калибрами соответственно отверстий и валов размером свыше 180 мм. Поле допуска калибров НЕ для размеров до 180 мм симметрично относительно верхнего отклонения детали для пробок и относительно нижнего -- для скоб, т. е. = 0 и

1 = 0.

Сдвиг полей допусков калибров и границ износа их проходных сторон внутрь поля допуска детали позволяет устранить возможность искажения характера посадок и гарантировать получение размеров годных деталей в пределах установленных полей допусков.

На рис.4.35 приведены схемы нестандартных конструкций калибров. Калибр для проверки формы заданного профиля представлен на рис. 4.35, а. Нормальный калибр 1 используется в сочетании с гладким двухпредельным калибром-пробкой 2. На рис. 4.35, б представлен вариант проверки зазора С между калибром 2 и деталью 1. На рис. 4.35, в дана схема использования специального стрелочного калибра для контроля глубины детали 1. По просвету С контролируется мальтийский крест калибром, приведённым на рис. 4.35, г. Для контроля перпендикулярности с использованием щупа приведён калибр на рис. 4.35, д.

4.3.2. Контроль размеров высоты и глубины [42]

По ГОСТу 25346 - 89 все элементы деталей разделяются на три группы: валы, отверстия и элементы, не относящиеся ни к валам, ни к отверстиям. Размеры высоты и глубины относятся к третьей группе.

На размеры высоты и глубины могут назначаться любые поля допусков, но, как правило, для них назначаются квалитеты не точнее 11-го и чаще симметричные поля допусков (Js, J).

Контроль размеров высоты и глубины можно производить универсальными измерительными средствами либо двухпредельными калибрами. В серийном производстве, как правило, используются калибры. Конструкции и принципы действия таких калибров приведены на рис. 4.36. В данных калибрах используются следующие методы: "световой щели" (или "на просвет") - на калибрах, показанных на рис. 4.36, а, б, в; "надвигания" - на калибрах рис. 4.36, г, д, е; "осязания" - на калибрах рис. 4.36, ж, з; "по рискам" - на рис. 4.36, и, к.

Конструкции, размеры и допуски калибров для контроля высоты и глубины устанавливает ГОСТ 2534-77 "Калибры предельные для глубин и высот уступов. Допуски". По этому госстандарту стандартизованы конструкции калибров типов, изображённых на рис. 4.36, а - е.

Предельные стороны калибров обозначаются буквами Б (большая) и М (меньшая). Каждая из сторон калибров (Б и М) должна иметь лезвиеподобную грань для уменьшения погрешностей контро-

ля (см. рис. 4.36, а, б, в) вследствие неровностей на обработанных поверхностях и плоскую грань (направляющую), улучшающую условия оценки величины просвета. При контроле размеров уступов плоских деталей удобны калибры, изображённые на рис. 4.36, г, д. При контроле уступов на точёных деталях удобны калибры (рис. 4.36, е, з). Для контроля размеров глубин целесообразно использовать калибры типов, представленных на рис. 4.36, ж, к. Калибрами по методу "световой щели" контролируются допуски не менее 0,06 мм.

4.3.3. Контроль конусов и углов

Калибры для контроля конусов и углов могут основываться на сравнительном либо тригонометрическом методе измерения углов. На рис. 4.37 приведены схемы, разъясняющие принципы построения и использования сравнительного и тригонометрического методов при контроле. На рис. 4.37, а изображена схема сравнительного контроля (измерения) угла детали 1 с помощью угловой меры 3 с использованием щупа 2. Контроль гладких конических изделий конусными калибрами производится по относительному осевому перемещению Zк изделия и калибра в пределах осевого допуска (разность между верхним и нижним осевыми отклонениями проверяемого конуса).

Конструкция калибра на рис. 4.37, б позволяет использовать одновременно контроль сравнительным и тригонометрическим методами; Zк - расстояние, равное допуску базорасстояния проверяемого конуса. Сущность использования для контроля тригонометрического метода можно понять, анализируя рис. 4.37, в, г, д.

Конусный калибр-пробка (см. рис. 4.37, в) входит в деталь, имеющую конус, годный по углу и о диаметрам. На рис. 4.37, г, д конические поверхности не отвечают заданным требованиям.

Проверяемая деталь смещается в осевом направлении вследствие того, что больший диаметр конуса оказался больше наибольшего предельного размера, а угол конуса - меньше наименьшего предельного угла (см. рис. 4.37, г). На рис. 4.37, д проверяемая деталь смещается в противоположном направлении вследствие того, что больший диаметр оказался меньше, чем наименьший предельный размер, а угол конуса - больше, чем наибольший предельный размер. Соответствие угла конуса допуску дополнительно проверяют "на краску".

Для контроля гладких конических поверхностей по ГОСТу 2849 - 94 стандартизо-ваны два типа калибров: тип 1 - без лапки и тип 2 - с лапкой (рис. 4.38). Комплект калибров состоит из калибра-пробки, калибра-втулки и контркалибра-пробки. Калибр-втулка припасовывается к парному с ним калибру контрольным калибром по краске;

толщина слоя краски для разных конусов колеблется в пределах от 2 до 5 мкм. Пятно контакта должно быть не менее 90%.

Контроль и измерение углов и конусов универсальными средствами изложен в п. 4.2.

4.4. Измерения формы и расположения поверхностей

Проверка отклонений формы поверхностей в большинстве случаев производится путём измерения на универсальных или специальных измерительных приборах. Однако в ряде случаев оказывается целесообразным использовать методы альтернативной проверки и, в частности, применять калибры специальной конструкции (см. рис.4.35, а, б).

Типы, конструкции и точность изготовления измерительных поверхностей таких калибров не стандартизованы. Принцип их конструирования и использования основывается на выполнении основного положения об отклонении формы, которое представляет собой наибольшее расстояние между точками реальной поверхности и соответствующими точками прилегающей поверхности, определяемое по нормали к прилегающей поверхности.

Для контроля прямолинейности оси поверхностей большой протяжённости используются калибры, сконструированные по принципу калибров расположения. Они представляют собой контрдеталь размером, соответствующим размеру проходного калибра с количеством материала, уменьшенным на величину допуска прямолинейности. Так, номинальный размер проходной пробки для контроля зависимого допуска прямолинейности dн = dПР.изн - TF ,

где dПР.изн - размер полностью изношенной проходной пробки для контроля отверстия; TF - допуск прямолинейности оси отверстия.

Длина такого проходного калибра не должна быть меньше длины соединения.

Для измерения отклонения от прямолинейности используют линейки поверочные типа ЛД, ЛТ и ЛЧ; для измерения плоскостности - линейки поверочные типа ШП, ШД, ШМ и УТ. Линейки изготовляют по ГОСТу 8026 - 92: линейки типа ЛД, ЛТ и ЛЧ - из стали марок Х и ШХ 15; типа ШП и ШД - из стали марок У7 и 50 и типа ШМ и УТ - из серого чугуна. Согласно ТУ 2-034-806 - 76 линейки выпускаются хромированными. Освоен выпуск линеек поверочных из твердокаменных пород.

Для измерения плоскостности по ГОСТу 10905 - 86 выпускаются чугунные поверочные плиты и по ТУ 2-034-802 - 74 - плиты поверочные из твердокаменных пород (гранита, диорита, диабаза и габбро).

Измерение прямолинейности поверхностей с помощью лекальных линеек можно производить "на просвет" и методом линейных отклонений. В первом случае ребро лекальной линейки помещают на поверяемую поверхность и на глаз оценивают просвет между ними. Невооруженным глазом можно обнаружить просвет в 1 - 2 мкм. Во втором случае линейку укладывают на две опоры равного размера, расположенные на поверяемой поверхности, и определяют расстояние между поверяемой и рабочей поверхностями линейки с помощью щупов, концевых мер длины или специальными приборами с отсчетным устройством.

Для измерения прямолинейности вертикальных поверхностей широко используется метод натянутой струны [21].

Шаброванные плиты типа ШМ широко применяют в качестве образцовых поверхностей при оценке неплоскостности по методу "пятен на краску". Критерием хорошей плоскостности является равномерное распределение окрашенных пятен (краска - берлинская лазурь или сажа) по всей поверхности [21].

Плоскостность можно измерить сферометром и карусельным плоскомером.

Сферометр (рис. 4.39) состоит из корпуса 1 с тремя жесткими опорами 2, 3 и 4, образующими исходную плоскость. В центре корпуса помещен микрометрический винт 5 (отсчетное устройство).

Карусельный плоскомер (рис. 4.40) имеет измерительную головку 1, которая закреплена на передвижной консоли 2, размещенной на колонке

3. Колонка 3 имеет возможность поворачиваться в кронштейне 5, который, в свою очередь, поворачивается вокруг колонки 4, связанной с основанием 6. Перед началом измерения, регулируя винты 7, добиваются, чтобы показания головки 1 в трех базовых точках, определяющих исходную плоскость, были равны нулю. Затем, вращая кронштейн 5 и колонку 3, можно измерять плоскостность в любой точке измеряемой поверхности 8 в радиусе r.

Проверка отклонений расположения может осуществляться универсальными измерительными средствами либо калибрами расположения.

Нашли применение системы одноэтапного и двухэтапного контроля расположения с помощью комплексных калибров.

Конструкции калибров могут быть различными и определяются конструкцией детали и положением контролируемых поверхностей. Калибры могут быть цельными и составными.

Расчёт размеров комплексных калибров для одноэтапной, наиболее распространённой схемы контроля, осуществляется в соответствии с

ГОСТом 16085-80.

4.5. Контроль и измерение шероховатости

При контроле и измерении шероховатости поверхностей пользуются методом визуальной оценки, контактными и бесконтактными профильными методами, к которым относятся: методы светового сечения, теневой проекции, микроинтерференционный и растровый методы. В тех случаях, когда не представляется возможным непосредственно измерить шероховатость поверхности, с измеряемой поверхности снимают слепок и определяют параметры шероховатости поверхности по слепку.

При визуальной оценке поверяемую поверхность сравнивают с образцами шероховатости поверхности, которые выпускают по ГОСТу 9378 - 93 (ИСО 2632-1 - 85 и ИСО 2632-2 - 85). Образцы шероховатости изготовляют плоскими или цилиндрическими с поверхностью сравнения не менее 30х30 мм. На каждом образце наносят номинальное значение параметра Ra в микрометрах. По требованию заказчика вместе с параметром Ra может быть нанесено действительное значение параметра Rz как справочное. Образцы шероховатости комплектуются в наборы или изготовляются отдельными образцами по видам обработки и материалам, из которых они изготовлены. Сравниваемые поверхности и образцы шероховатости должны иметь тот же вид обработки и материал.

Сравнение поверхностей детали и образца невооруженным глазом дает удовлетворительные результаты только для грубых поверхностей (приблизительно от Ra = 0,6 - 0,8 мкм и более). Точность при визуальной оценке шероховатости может быть повышена в случае применения лупы или микроскопов сравнения, например, микроскопа модели МС-48. В некоторых случаях можно производить сравнение поверяемой поверхности с поверхностью специально изготовленных образцовых деталей.

К приборам, которые производят измерение контактным профильным методом, относятся профилографы и профилометры. Профилографы регистрируют координаты профиля поверхности на записывающем приборе. Профилометры измеряют параметры шероховатости и фиксируют их на шкале. В России профилографы и профилометры выпускаются по ГОСТу 19300 - 86 заводом "Калибр". В некоторых моделях профилографы и профилометры объединены в одном приборе. В качестве щупа в них используется острозаточенная алмазная игла, перемещающаяся по неровностям. Механические колебания иглы преобразуются в электрический сигнал. Радиус кривизны вершины иглы выбирается из ряда 2+2; 5± 1; 10±2,5 мкм.

Отечественной промышленностью освоен ряд моделей профилометров и профилографов: модели 201 и 252 для лабораторных условий, а модели 253, 283 и др. - для цеховых условий.

На рис. 4.41 представлен общий вид профилометра для измерения в цеховых условиях модели 283. На основании 7 закреплена колонка, на которой расположен привод 3 с измерительным преобразователем 2. На рычаге преобразователя закреплена алмазная ощупывающая игла 1. На основании 7 также располагаются различные приспособления для установки и ориентации деталей, подлежащих измерению (например, призма 8). Сигнал от преобразователя усиливается, проходит фильтры отсечек шага, детектируется, интегрируется и фиксируется стрелочным прибором 6. Показывающий стрелочный прибор расположен на передней панели электронного блока 4, на котором размещены также тумблер включения прибора в сеть, сигнальные лампы движения преобразователя по измеряемой поверхности, переключатели 5 диапазонов измерения и кнопка хода пуска преобразователя.

Профилографы и профилометры выпускают также зарубежные фирмы: "Рэнк Тэйлор Гобсон" (Англия) выпускает прибор "Тэлисурф-4" с компьютером, обеспечивающий автоматическую поверку увеличений, калибровку и хранение в оперативной памяти информации о профиле поверхности, что позволяет определять за один проход значения всех параметров шероховатости, а также приборы типа "Суртроник-3" для измерения параметра Ra в цеховых условиях и типа "Телисурф-10" для высокоточных измерений различных параметров шероховатости; фирма "Мицутойо" (Япония) выпускает прибор типа "Сурфтест З", предназначенный для измерения параметра Ra и записи профиля в прямоугольной системе координат на бумажную ленту; фирма "Хоммельверке" (ФРГ) выпускает профилометр-профилограф типа "Хоммель-Тестер Т10" для лабораторных условий, профилометр типа "Хоммель-Тестер Р5" с пьезоэлектрическим преобразователем и батарейным питанием для цеховых условий, а также профилометр-профилограф типа "Хоммель-Тестер Т2" для работы в цеховых и лабораторных условиях.

Бесконтактный контроль параметров шероховатости осуществляют с помощью приборов светового сечения типа МИС-11 и ПСС-2, микроинтерферометров типа МИИ-4 и имерсионно-репликовых микроинтерферометров МИИ-10, МИИ-9, МИИ-11, МИИ-12, растровых измерительных микроскопов типа ОРИМ-1 и др.).

В бесконтактных приборах (типа ПСС-2 и МИС-11), принцип действия которых основан на измерении параметров проекции светового сечения исследуемой поверхности с помощью наклонно направленного к ней светового пучка (рис. 4.42, а), световой луч проходит через диафрагму 1 с узкой щелью и конденсор 2 и проецирует световую полоску поверхности 3 объективом 4 в фокальную плоскость окуляра 5. Высоту микронеровностей измеряют с помощью окуляра-микрометра (рис. 4.42, б).

Принцип действия приборов теневого сечения аналогичен принципу действия приборов светового сечения. В приборах теневого сечения рассматривается тень, искривленная неровностями поверхности. Тень создается ножом, прикладываемым к поверяемой поверхности.

Принцип действия интерферометров основан на использовании явления интерференции света, отраженного от образцовой и исследуемой поверхностей. Форма образующихся интерференционных полос зависит от вида и высоты (до 1 мкм) неровностей контролируемой поверхности.

Принцип действия растровых микроскопов основан на явлении образования муаровых полос при наложении изображений элементов двух периодических структур (направленных следов обработки и дифракционной решетки). При наличии неровностей муаровые полосы искривляются. Высоту микронеровностей определяют по степени искривления муаровых полос.

4.6. Контроль и измерение резьбы [50, 35]

Точность резьбы можно контролировать дифференцированным (контроль каждого параметра в отдельности) и комплексным (контроль расположения контура резьбы в предписанном поле допуска) методами. Метод контроля каждого параметра резьбы в отдельности (среднего диаметра, шага и угла профиля) трудоемок, поэтому его применяют для точных резьб: ходовых винтов, резьбовых калибров, метчиков и т. п. Иногда по результатам контроля отдельных параметров судят (после вычислений) о комплексном параметре, например, о приведенном среднем диаметре резьбы. Комплексный контроль резьб выполняют либо с помощью предельных калибров, либо с помощью проекторов и шаблонов с предельными контурами.

4.6.1. Контроль резьбы калибрами

В систему калибров входят рабочие гладкие и резьбовые проходные (Р-ПР) и непроходные (Р-НЕ) калибры, а также контркалибры (КПР-ПР, КНЕ-ПР, У-ПР, КНЕ-НЕ, КИ-НЕ, У-НЕ) для проверки и регулирования (установки) рабочих резьбовых скоб и колец.

Свинчиваемость рабочего резьбового проходного калибра с резьбой или вхождение на нее скобы означает, что приведенный средний, наименьший внутренний для болта и наибольший наружный для гайки диаметры не выходят за проходные предельные значения. Непроходными резьбовыми калибрами контролируют только собственно средний диаметр резьбы -- в случае годности резьбы они не должны свинчиваться с проверяемой резьбой более, чем на два оборота.

Резьбу гаек проверяют с помощью предельных резьбовых калибров -- пробок, резьбу болтов -- жесткими или регулируемыми резьбовыми кольцами или скобами.

Проходные резьбовые калибры (ПР) имеют полный профиль и длину свинчивания. Они являются как бы прототипами сопрягаемых деталей. Ими контролируют приведенный средний диаметр и одновременно наибольший внутренний диаметр наружной резьбы и наименьший наружный диаметр внутренней резьбы. Непроходные резьбовые калибры (НЕ) имеют укороченный профиль и служат для проверки собственно среднего диаметра резьбы - наименьшего для болта и наибольшего для гайки.

Наружный диаметр наружной резьбы и внутренний диаметр внутренней резьбы контролируют гладкими калибрами или универсальными средствами измерений.

Резьбовые и гладкие калибры для метрической резьбы цилиндрической и конической, трубной цилиндрической, соединяемой с трубной конической, изготовляются по ГОСТу 24939 - 81.

Износ калибра-кольца контролируется контрольным калибром-пробкой К-И. Калибр-скоба Р-ПР устанавливается по контркалибру-пробке У-ПР, а Р-НЕ - по контркалибру-пробке У-НЕ.

Допуски резьбовых калибров. Расположение полей допусков среднего диаметра калибров для контроля наружной резьбы показано на рис. 4.43, а, внутренней -- на рис. 4.43, б. Допуски и величины, определяющие положение полей допусков и предел износа калибров, регламентируются по ГОСТу 24997 - 81. Допуски всех контркалибров, приведенных на рис. 2.43, одинаковы и равны ТСР.

Обозначения: ТPL - допуск наружного и среднего диаметра резьбового проходного и непроходного калибров-пробок; ТR - допуск внутреннего и среднего диаметра резьбового проходного и непроходного калибров-колец; WGO - величина среднедопустимого износа резьбовых проходных калибров-пробок и калибров-колец; WNG - величина среднедопустимого износа резьбовых непроходных калибров-пробок и калибров-колец; F1 - расстояние между линией среднего диаметра и вершиной укороченного профиля резьбы; ZPL - расстояние от середины поля допуска ТP резьбового проходного калибра-пробки до проходного (нижнего) предела среднего диаметра внутренней резьбы; ZR - расстояние от середины поля допуска TR резьбового проходного калибра до верхнего предела среднего диаметра наружной резьбы.

4.6.2. Дифференцированный (поэлементный) контроль параметров резьбы

Все основные параметры резьбы (собственно средний диаметр, наружный и внутренний диаметры, шаг и угол профиля) можно контролировать с помощью универсальных или специализированных контрольных средств. При этом контролируемый параметр измеряют многократно, что позволяет путем последующей обработки результатов по известным методикам уменьшить влияние погрешностей других параметров резьбы.

Средний диаметр наружной резьбы контролируют с помощью универсальных средств без дополнительных приспособлений или с использованием резьбовых вставок, ножей, проволочек, роликов, а для внутренней резьбы -- еще и шариков или оттисков.