5. Контрольные вопросы

1. Сущность абсолютного и относительного методов измерения.

2. Как настроить индикаторный нутромер на нуль?

3. Наконечники, применяемые при измерениях на миниметре. Когда и какие из них используют и почему?

4. Виды погрешностей формы цилиндрических деталей в продольном и поперечном сечениях и их характеристика.

Лабораторная работа № 4

ИЗМЕРЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

1. Понятие шероховатости поверхности. Основные

ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ

Шероховатостью поверхности по ГОСТ 2789–73 (СТ СЭВ 633-77) называется совокупность микронеровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине L.

Базовой длиной L называют длину базовой линии, используемую для выделения неровностей, характеризующих шероховатость, и для количественного определения её параметров.

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля m, т. е. базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально (рисунок 19).

СТ СЭВ 6ЗЗ-77 (ГОСТ 2769-73) устанавливает следующие числовые значения базовой длины: 0,08;. 0,025; 0,80; 2,5; 8,0 мм.

Эти же стандарты регламентируют параметры шероховатости: среднее арифметическое отклонение профиля Ra; высоту неровностей профиля по десяти точкам Rz; наибольшую высоту неровностей профиля Rmax; шаг неровностей профиля по средней линии Sm; средний шаг неровностей профиля по вершинам S и относительную опорную длину профиля tp (рисунок 19).

В обоснованных случаях, кроме основных параметров, устанавливают требования к направлению неровностей и к виду обработки, если он единственный для обеспечения качества поверхности.

Рисунок 19 - Профилограмма и основные параметры шероховатости

2. Средства измерения шероховатости поверхности

В производственных условиях шероховатость поверхности измеряют контактным методом щуповыми приборами (профилометрами и профилографами) и бесконтактными–оптическими приборами (двойными микроскопами, микроинтерферометрами). Наибольшее распространение в промышленности получили оптические приборы: двойной микроскоп МИС–II и микроинтерферометр МИИ–4 и щуповые приборы: профилограф–профилометр М–201 и профилометр цехового типа М–253, изготавливаемые заводом "Калибр"

Двойной микроскоп МИС–II

Микроскоп МИС–II (акад. В.П. Линника) предназначен для измерения параметра Rz в пределах от 0,8 до 80 мкм. Принцип работы прибора заключается в следующем: луч света проходит через диафрагму 1 (рис. 20), далее через объектив 2 в виде узкой полоски попадает на поверхность детали 3. Под влиянием неровностей световая полоска искривляется в соответствии с их формой и образует световое сечение профиля поверхности Изображение профиля в увеличенном виде наблюдается визуальным микроскопом 4. Величину шероховатости определяют визуально с помощью окулярного микрометра.

Прибор состоит из массивного основания 15 с колонкой 16 (рисунок 20 а). По колонне перемещается кронштейн 2 с двумя тубусами: осветительным 4 и визуальным 5. Кронштейн перемещается с помощью гайки 12 при освобожденном винте 13.

При помощи винта 3 грубой наводки и винта 8 точной наводки оба

Рисунок 20 - Общий вид (а) , схема оптики (б) и вид объект-микрометра (в)

микроскопа МИС-11

тубуса можно перемещать в вертикальной плоскости по направляющим. В нижнюю часть каждого тубуса вворачиваются объективы (с одинаковым фокусным расстоянием).

Измеряемая деталь 9 устанавливается на предметный столик 10, который может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях микровинтами 18 и поворачиваться вокруг вертикальной оси. Лампочка осветительного тубуса 4 включается в сеть через трансформатор.

Определение цены деления окулярного микроскопа

В зависимости от шероховатости поверхности контролируемой детали в приборе устанавливается пара объективов (из 4-х пар, входящих в комплект) с одинаковым фокусным расстоянием и производится определение цены деления окулярного микрометра при помощи объект–микрометра. Объект–микрометр прилагается к прибору и представляет собой стеклянную пластинку с нанесенной на ней шкалой с ценой деления 0,01 мм.

Объект-микрометр кладут на стол прибора, включают осветитель, с помощью винта 3 получают изображение световой щели. Перемещая объект–микрометр по столику прибора, добиваются чтобы шкала в изображении щели и штрихи шкалы были бы перпендикулярны к её изображению (рисунок 20 в).

Освобождают винт крепления окулярного микрометра 6 с каким-либо штрихом объект–микрометра и делают отсчет. Отсчет снимают в виде трехзначного числа. Первая цифра соответствует биссектору "К" на шкале окуляра (рисунок 2 в), вторая и третья цифры снимаются с круговой шкалы барабана 6. Наблюдая в окуляр, с помощью винта 6 переводят перекрестие на другой штрих объект–микрометра, отстоящий на некоторое число делений (чем больше делений между штрихами, тем выше точность определения) и производят второй отсчет. Цену деления окулярного микрометра определяют по формуле

(I6)

где Z–число делений шкалы объект–микрометра, пройденное перекрестием окулярного микрометра;

T–цена деления объект–микрометра, мм ;

A–разность отсчетов, полученных при перемещении барабана.

Измерение на приборе

Окуляр-микрометр необходимо повернуть вокруг оси таким образом, чтобы, горизонтальная линия перекрестия встала параллельно линии щели и застопорить в этом положении. Снять объект–микрометр со стола, установить чисто промытую деталь на столик прибора и сфокусировать прибор с помощью кольца II и винта 7 (рисунок 20 а). Поворачивая рукой деталь, установить её так, чтобы направление неровностей было перпендикулярно щели. Если деталь (образец) имеет цилиндрическую форму, то на столике она устанавливается в призме и ориентируется с помощью винтов 18 и поворотом столика вокруг оси.

Для измерения шероховатости вращением барабана 6 горизонтальную ось перекрестия подводят сначала к вершине изгиба (рисунок 21 а), а затем к впадине (рисунок 21 6). Измерение производят по одному из контуров полоски (верхнему или нижнему).

Рисунок 21 - Поле зрения прибора МИС-11 при измерении шероховатости

Отсчет снимают в виде трехзначного числа, как описывалось выше. Разность отсчетов на барабане окулярного микрометра 12, умноженная на масштабную цену целения E, определяют значение высоты неровностей Rz в этом сечении.

При определении высоты неровностей Rz суммируют пять наиболее высоких выступов и пять наиболее глубоких впадин на базовой длине. Из первой суммы вычитается вторая. Разность делят на пять и умножают на цену деления E. Полученное значение и есть величина шероховатости поверхности.

Профилограф–профилометр М–201 завода "Калибр"

Прибор предназначен для точных измерений шероховатости и волнистости поверхности деталей в лабораторных условиях. При этом определение шероховатости может проводиться:

по параметру Ra от 0,02 до 8,0 мкм в режиме профилометра; в этом случае отсчет величины Ra берут по показывающему прибору, мкм;

в режиме профилографа, по записанной профилограмме определяют все параметры шероховатости, регламентируемые ГОСТ 2789-73.

Прибор имеет несколько независимых блоков (рисунок 22): основание 1 со стойкой и предметным столиком 2; датчик 3; моторный привод 4; электронный блок 5 с показывающим прибором 7; записывающий блок 6.

Основание со столиком служит для закрепления различных деталей при измерении. По стойке с помощью маховика 10 перемещается моторный привод 4, который обеспечивает перемещение алмазной иглы датчика 3 по поверхности контролируемой детали 8 с установленной скоростью. Датчик 3 с алмазной иглой с радиусом закругления 2 мкм ощупывает поверхность детали 8; вырабатывает электрический сигнал по форме, соответствующей неровностям поверхности детали.

Электронный блок 5 усиливает электрический сигнал датчика 3 и подает его на показывающий прибор 7 (в режиме профилометра) или на записывающий прибор 6 (в режиме профилографа). Шкала показывающего прибора имеет градуировку в микрометрах, что позволяет получать числовые значения параметра Ra без дополнительных вычислений.

Записывающий блок 6 обеспечивает запись профилограммы поверхности детали на специальной диаграммной ленте 9 в масштабе. Профилограммой называется полученное в масштабе графическое изображение шероховатости поверхности.

Обработка профилограммы шероховатости поверхности

Обработку профилограммы начинают с выбора длины участка измерения. Под длиной участка измерения понимается минимальная длина участка поверхности, необходимая для надежного определения характеристик шероховатости, включающая в себя одну или несколько базовых длин. Длину участка L для определения параметра следует принимать в пределах, указанных в таблице I.

Таблица I

Длина участка измерения

Базовая длина l, мм	Число базовых длин, n	Длина участка измерения, L=l*n	Примерный вид обработки
2,5	2	5,0	Точение, фрезирование
0,8	3–4	2,5–3,2	Тонкое точение, шлифование
0,25	6–7	1,5–1,75	Тонкое шлифование, полировка, доводка
0,08	8–10	0,6–0,8	Тонкое полирование, тонкая доводка

Рисунок 22 – Общий вид профилографа – профилометра М - 201

Параметры Ra, Rz, и Sm определяются на одной базовой длине, но на нескольких отдельных участках профилограммы. Характеристикой шероховатости поверхности является среднее арифметическое из полученных значений параметров.

После выбора длины участка измерения определяют положение средней линии профиля одним из следующих способов:

по способу наименьших квадратов;

при помощи планиметра;

на глаз, с последующим корректированием ее положения.

Способ наименьших квадратов дает наибольшую точность. При определении параметра Ra лучше применять первый способ, а при определении параметров Rz, Sm, S обычно пользуются третьим способом определения положения средней линия.

Определив положение средней линии, приступают к измерениям профиля с помощью металлической линейки, циркуля, миллиметровой бумаги или инструментального микроскопа.

Для определения действительных значений параметров шероховатости необходимо знать вертикальное и горизонтальное увеличение, с которыми производилась запись профиля.

Рисунок 23 - Профилограмма

Рассмотрим, например, определения параметров Rz и Sm по профилограмме (рисунок 23), если известно, что вертикальное увеличение составляет 2000, горизонтальное–20, базовая длина 2,5 мм.

Выше отмечалось, что определение параметров Rz и Sm выполняется на нескольких участках профилограммы, каждый из которых равен базовой длине, или на одном участке, равном нескольким базовым длинам.

На профилограмме (рисунок 23) нет возможности выбрать участок, равный нескольким базовым длинам, поэтому для определения параметров Rz и Sm выберем два участка, каждый из которых равен базовой длине. С учетом горизонтального увеличения профилометра К=20 длина участка измерения Lk равна.

, (17)

где L=2,5 мм.–базовая длина.

Среднюю линию m и базовую линию N–N проводим на глаз. Средняя линия при этом проводится в пределах базовой длины так, чтобы площади по обеим сторонам от этой линии до линии профиля были примерно равны между собой.

Базовая линия N–N проводится параллельно к общему направлению профиля.

С помощью металлической линейки производим обмер профиля. Для определения Rz измеряют расстояния hi от базовой ли­нии N–N до пяти высших точек выступов и до пяти низших точек впадин на каждом участке измерения. Величину Sm определяют по результатам измерения Smi в пределах базовой длины. Результаты измерения заносят в табл. 2, а затем вычисляют параметры Rz и Sm.

Таблица 2

Участок	Расстояние h, мм.		Расстояние
измерения	до вершины	до впадины	Sm, мм.
	h1=35	h2=14	Sm1=9
	h3=40	h4=19	Sm2=6
I	h5=34	h6=14	Sm3=11
	h7=39	h8=15	Sm4=9
	h9=41	h10=14	Sm5=10
	h1=37	h2=14	Sm1=11
	h3=38	h4=13	Sm2=11
II	h5=39	h6=16	Sm3=8
	h7=39	h8=13	Sm4=11
	h9=37	h10=12	Sm5=8

Величину Rz вычисляют по формуле (18), а Sm–по формуле (19).

, (18)

где h1, h3, h5, h7, h9–расстояние от базовой длины до высших точек выступов;

h2, h4, h6, h8, h10–расстояние от базовой длины до низших точек впадин;

Kв–вертикальною увеличение профилографа при снятии профилограммы;

, (19)

где Sm1, Sm2, ...Smn–шаги неровностей профиля на выбранном участке измерения;

n–число шагов неровностей на выбранном участке измерения;

Kг–горизонтальное увеличение профилографа при снятии профилограммы.

Для первого участка:

Для второго участка:

По результатам измерений параметров Rz и Sm на двух участках профилограммы определяется среднее значение параметров:

Профилометр портативный М–253

Профилометр портативный М–253 предназначен для измерения шероховатости металлических и неметаллических (пластмасс, стекло и др.) изделий (без повреждения их поверхностей) в цеховых условиях.

Измерение шероховатости производится путем ощупывания иглой исследуемой поверхности и отсчета результатов измерения по шкале показывающего прибора, градуированного по параметру ГОСТ 2789–73, в пределах 2,5-0,04 мкм. Прибор состоит из датчика с алмазной иглой, привода, электронного блока с показывающим прибором и комплекта приспособлений для закрепления различных деталей. Назначение узлов прибора, и принцип его действия аналогичны прибору профилографу-профилометру М–201 при работе в режиме профилометра. Отличительными особенностями прибора М–253 являются:

небольшие размеры и простота управления, позволяющие применять его в цеховых и лабораторных условиях;

специальная конструкция привода датчика, позволяющая устанавливать его на крупногабаритные детали и определить шероховатость их поверхностей (например, станины и корпусные детали, крупные валы).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите параметры шероховатости поверхности, регламентируемые ГОСТ 2789–73.

2. Как обозначается шероховатость поверхности на рабочих чертежах деталей по ГОСТ 3789–73?

3. Назначение и технические возможности приборов МИС–II, М–201, М–253.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИЗМЕРЕНИЕ КАЛИБРОВ

В работе необходимо произвести измерения калибра-пробки на вертикальном оптиметре и дать заключение о его годности; изучить назначение устройства, принцип работы оптиметра и приемы измерения деталей с его помощью.

Заключение о годности калибра дается на основании сопоставления действительных размеров и стандартных. Годным считается калибр, для которого выполняются два условия: действительные размеры, полученные измерением, находятся в пределах по СТ СЭВ 157–75; отклонения нормы калибра не превышают допустимых по СТ СЭВ 157-75. В противном случае калибр не годен.

1 ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ОПТИМЕТР

Назначение и устройство оптиметра

Вертикальный оптиметр предназначен для точных измерений наружных размеров относительным методом.

Цена делениия шкалы оптиметра 0,001 мм; предел измерения по шкале от + 0,1 до – 0,1 мм (от +100 до -100 мкм); предел измерения прибора в целом - 0 – 180 мм; измерительное усилие – 200Н; передаточное отношение прибора – 960.

Вертикальный оптиметр представляет собой вертикальную стойку с закрепленной на ней Г- образной трубкой (рисунок 24).

Конструктивно оптиметр выполнен в виде массивной плиты I, в которой крепится предметный столик 2 и вертикальная колонна 3 с ходовым винтом 9. По ходовому винту в вертикальной плоскости перемещается кронштейн 4 с Г–образной трубкой 5. Перемещение кронштейна осуществляется гайкой 10, а предметного столика – гайкой 11. В заданном положении кронштейн стопорится винтом 6, а предметный столик – винтом 7.

Трубка оптиметра, представляет собой рычажно–оптический прибор, в котором малые перемещения измерительного наконечника 8 преобразуются в большие перемещения указателя шкалы. Отсчет показаний прибора производится по шкале, расположенной внутри окуляра 13 и освещаемой светом, отраженным от зеркала 14.

Ход лучей в трубке оптиметра показан на рисунке 7 а. Свет от естественного или искусственного источника S попадает на осветительное зеркало 1, которое поворачивается на шарнире так, чтобы лучи света через щель в приборе попадали на осветительную призму 2. Призма направляет свет на верхнюю часть пластины 3, на которой фотографическим способом нанесена шкала. Пройдя пластину, луч света попадает на трехгранную призму 4 с затемненной диагональной плоскостью А. Отражаясь от неё, луч света через

Рисунок 24 - Вертикальный оптиметр

Рисунок 25 - Принцип работы оптиметра

линзу 5 попадает на качающееся зеркало 6. Поскольку свет на зеркало падает не перпендикулярно, то он отражается и проходит обратный путь, параллельный первоначальному, .но на некотором расстоянии от него. В окуляре 11 видна не сама шкала, а её увеличенное перевернутое изображение, которое проектируется на заднюю часть пластины 3, с нанесенным на ней неподвижным указательным индексом. Качающееся зеркало 6 закреплено на шарнире 10. Угол наклона a зависит от положения измерительного наконечника 9, соприкасающегося с измеряемой деталью 8. Пружина 7 возвращает зеркало в исходное положение, когда измерительный наконечник не контактирует с деталью.

Луч света, попадая на плоскость зеркала, отражается от него под углом 2a к главной оптической оси (рисунок 25 б). Для увеличения видимого интервала шкалы в окуляр прибора вмонтирована лупа с двенадцатикратным увеличением. Таким образом, малое перемещение измерительного наконечника (S) преобразуется в большое перемещение указателя на шкале прибора (t).

Настройка оптиметра на нуль

Отстопорив винт 7 (рисунок 24), вращением гайки 11 опускают предметный столик в крайнее нижнее положение. Столик промывают бензином и протирают чистой тканью. Набирают блок концевых мер длины, равный номинальному размеру измеряемой детали, и устанавливают на столике, чтобы измерительный наконечник находился в центре блока плиток. Отстопорив винт 6, поддерживающим кольцом 10 опускают кронштейн 4 до соприкосновения измерительного наконечника с блоком концевых мер длины. Опускать кронштейн необходимо плавно, не допуская удара измерительного наконечника о блок плиток.

Медленным вращением кольца 10 устанавливают стрелку в видимых пределах щкалы (около нулевого положения) и закрепляют кронштейн 4 винтом 6.

Окончательная настройка проводится вращением гайки 11 до совмещения риски с нулевым делением шкалы прибора. В этом положении предметный столик фиксируется плавным поворотом винта 7. Нулевую установку прибора проверяют 2–З раза поднятием и опусканием измерительного наконечника арретиром 12. Если нуль не устанавливается, то настройку повторяют.

Измерение на оптиметре

Измеряемую деталь устанавливают на предметный столик 2 (рисунок 24) и вводят в соприкосновение с измерительным наконечником. По шкале прибора производят отсчет отклонения от размера, на который был настроен прибор. Если деталь имеет цилиндрическую форму, то её необходимо прижать к столику (во избежание перекоса) и, слегка прокатывая под измерительным наконечником, следить за перемещением шкалы. Значению диаметра соответствует наибольшее отклонение от нулевого положения. Диаметр цилиндрической детали проверяют в 2–3 сечениях вдоль оси и двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Действительный размер детали равен:

, (20)

где d–действительный размер детали, мм;

d_ном–размер блока концевых мер длины при настройке прибора на пуль, мм;

Dd–величина отклонения от номинального размера, полученная на оптиметре, мм.

При измерении цилиндрических деталей Dd есть среднее арифметическое значение показаний .прибора в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Если необходимо, то по результатам измерений определяют погрешности формы детали в продольном и поперечном сечениях.