Теоретичні відомості

Основи технічних вимірювань

Щоб забезпечити встановлену технічними умовами і креслен­нями якість продукції, а також запобігти або усунути брак у ході виробництва, на всіх промислових підприємствах здійснюють тех­нічний контроль.

У машинобудуванні оцінюють такі найбільш важливі парамет­ри деталей: лінійні розміри — діаметри і довжини; відхилення від правильної геометричної форми — овальність, непаралельність, непрямолінійність і т. п.; шорсткість поверхні та ін. Відповідно до цього існують засоби і методи вимірювання.

Точність показів вимірювальних засобів значною мірою зале­жить від температури, при якій виконують вимірювання. Нормаль­на температура вимірювання за ГОСТом повинна становити 20 °С.

В имірювання довжин. Для вимірювання довжин користуються мірами або вимірювальними приладами.

При виготовленні вимірювальних приладів і перевірці точності їх застосовують мірні плитки — плоскопаралельні кінцеві міри довжини. Мірні плитки (рис. 179, а) виготовляють, як правило, у формі прямокутних паралелепіпедів; робочий розмір (вказаний на плитці)—відстань між двома робочими протилежними площина­ми. Робочі площини плиток після шліфування старанно підганя­ють до заданої точності. Робочі розміри плиток встановлені за ГОСТом від 0,3 до 1000 мм. Плитки комплектують у набори так, що, з'єднуючи їх, можна скласти будь-який розмір через 0,0005 мм* у межах набору починаючи з 1 мм. При складанні блоків з плиток використовують здатність плиток «притиратися», тобто міцно з'єд­нуватися одна з одною, що дуже зручно під час застосування їх.

До однозначних мір належать щупи (рис. 179, б)—набір пластин з паралельними поверхнями; дійсним розміром є товщина кожної пластинки. Щупи використовують в основному для вимірю­вання малих зазорів між поверхнями складених деталей. За ГОСТом щупи випускають наборами по 8—16 шт. товщиною від 0,03 до 1 мм.

Значно поширеною різновидністю міри є калібри, які ши­роко застосовують у серійному і масовому виробництві. На рис. 180, а показано схему контролю отвору граничним калібром-пробкою, а на рис. 180, б — схему контролю вала граничним калібром-скобою (1 — прохідна частина, 2— непрохідна частина). Розміри прохідної (Пр) і непрохідної (Не) сторін частин калібрів відповідають найбільшому і найменшому граничним розмірам. При контролі граничними калібрами деталі будуть прийняті в то­му разі, коли прохідна сторона калібр а проходить в отвір або надівається на вал, а непрохідна відповідно не проходить.

Профільні калібри і шаблони застосовують для перевірки контурів деталей, в основному криволінійної форми. На рис. 181 наведено приклад контролю фасонної поверхні деталі 1 шаблоном 2. Неспівпадання контурів поверхні, що перевіряється, з контурами шаблона виявляють світловою щілиною (контроль «на просвіт»).

С посіб контролю калібрами і шаблонами дуже простий, не вимагає високої кваліфікації і виключає можливість помилок. Проте при контролі калібрами немає можливості встано­вити дійсний розмір.

Вимірювальні прилади та інструменти застосо­вують для вимірювання не одного, а всіх розмірів, які охоплює Інструмент. Із великої різноманітності таких приладів та інстру­ментів розглянемо штрихові — лінійки і штангенциркулі; перенос­ні — кронциркулі, нутроміри; інструменти з гвинтовими парами, мікрометри, важільно-механічні прилади — індикатори.

Штрихова лінійка 1 (рис. 182) — найпростіший вимі­рювальний інструмент. її безпосередньо прикладають до виробу або встановлюють у стояку на розмічальній плиті. Ціна поділки лінійки 1 мм, а на деяких 0,5 мм. Довжина лінійок — від 150 до 1000 мм. Для вимірювання великих довжин застосовують складані лінійки і гнучкі стальні стрічки (рулетки).

Кронциркуль 2 (рис. 182) і нутромір застосовують відпо­відно для вимірювання зовнішніх і внутрішніх розмірів деталей. Відлічують розміри по лінійці, як показано на рис. 182.

Штангенциркулі (рис. 183, а) широко застосовують у машинобудуванні для вимірювання зовнішніх і внутрішніх розмі­рів, а також глибини і висот. Штанга 6 штангенциркуля — лінійка з основною шкалою та губками 1 і 2. По штанзі пересувається рамка 5 з губками 3 і 9 та глибиноміром 7. Рамку на штанзі за­кріплюють гвинтом 4. Розміри відлічують по основній шкалі і но­ніусу 8, що є допоміжною шкалою на рамці, призначеною для від­ліку часток міліметра. В СРСР за стандартом випускають штан­генциркулі з ноніусами, які дають точність відліку до 0,1, 0,05 і 0,02 мм.

Н а рис. 183, б зображено основну шкалу / і ноніус 2 з величи­ною відліку 0,1 мм у нульовому положенні. Шкалу цього ноніуса виготовлено при діленні 19 мм на 10 частин. Отже, кожна поділка ноніуса має розмір 1,9 мм, тобто на 0,1 мм менший від поділок ос­новної шкали (2 мм). Якщо пересувати ноніус праворуч, то перш за все штрих 1 ноніуса збіжиться із штрихом основної шкали, при ньому нульова поділка ноніуса відійде від нульової поділки основної шкали на 0,1 мм. При дальшому пересуванні ноніуса із штри­хами основної шкали співпадатимуть послідовно штрихи 2, 3, 4 і т. д. до 10, причому відстань між нульовими штрихами відповідно становитиме 0,2, 0,3, 0,4 і далі до 1,0 мм.

Для відліку розміру по штангенциркулю треба кількість цілих міліметрів узяти по основній шкалі до нульового штриха ноніуса, а кількість десятих часток міліметра взяти по ноніусу, визначивши, який штрих ноніуса збігається із штрихом основної шкали. На рис. 183, в наведено розмір 46,4 мм.

Щоб мати ноніус з відліком на ньому 0,05 мм, ділять 39 мм на 20 частин, тоді кожна поділка ноніуса на 0,05 мм менша, ніж 2 мм.

Для ноніуса з відліком на ньому 0,02 мм ділять 49 мм на 50 частин, тоді кожна поділка ноніуса аа 0,02 мм менша, ніж 1 мм.

Крім штангенциркуля виготовляють інші штангенінструменти — штангенглибиномір, щтангенвисотомір (штангенрейсмус).

Мікрометр (рас. 184, а) застосовують для більш точних ви­мірювань. Робота мікрометра ґрунтується на перетворенні оберталь­ного руху в лінійний. У скобі 1 мікрометра при обертанні бараба­на 6 переміщується мікрометричний гвинт З, між торцем якого і п'яткою 2 розміщують вимірювану деталь. Крок метрометричного гвинта дорівнює 0,5 мм, а конусна поверхня барабана 6 поділена на 50 рівних частин; отже, поворот барабана 6 на одну поділку відповідає переміщенню гвинта З на 0,01 мм. На стеблі 5 через 0,5 мм нанесені поділки для відліку розмірів. Цілі міліметри від­лічують по нижній шкалі (рис. 184, б), а півміліметри — по верх­ній, зміщеній відносно нижньої на 0,5 мм. Постійність вимірюваль­ного зусилля забезпечує тріскачка 7 з тарованою пружиною, за допомогою якої обертають барабан. Гвинт (вимірювальний стер­жень) 3 закріплюють стопором 4.

В имірювальне переміщення мікрометричного гвинта становить 25 мм. Мікрометри випускають з границями вимірювань 0—25, 25—50, 50—75 і т. д. до 300 мм, далі 300—400, 400—500 і 500— 600 мм. Мікрометри для розмірів понад 300 мм мають змінні п'ятки, щоб забезпечити перекриття всього інтервалу вимірювань при переміщенні гвинта, яке дорівнює 25 мм.

На рис. 184, а зображено мікрометр з границями вимірювань 0,25 мм, що вказано на скобі. На рис. 184, б наведено приклад від­ліку по мікрометру розміру 9,76 мм.

Крім мікрометрів для вимірювання зовнішніх розмірів виготов­ляють мікрометричні нутроміри для вимірювання діаметрів отво­рів і мікрометричні глибиноміри.

Індикатори (рис. 185) широко застосовують для перевірки биття деталей, паралельності поверхонь і т. п., а також використо­вують у багатьох вимірювальних приладах і пристроях. Ціна по­ділки шкали Індикатора становить 0,01, 0,002 і 0,001 мм, діапазон вимірювання 3—10 мм. Механізм для переміщення вимірювально­го стержня 3 індикатора, який складається із зубчастих коліс, рей­ки та інших деталей, міститься всередині корпуса 4. Цілі мілімет­ри відлічують по шкалі І, а частки міліметра — по шкалі 2.

Вимірювання кутів. Кути, як і довжини, вимірюють одномірни­ми або універсальними вимірювальними приладами.

Кутові плитки (рис. 186) є стальними призмами з отво­рами для кріплення до державок. Робочі сторони плиток викону­ють під заданим кутом з точністю ±(2—3)". Набори плиток три­кутної або чотирикутної форми дають можливість складати кути в межах від 10 до 350°. Кутові плитки застосовують для встанов­лення і контролю інструментів, які використовуються при перевір­ці кутів. Косинці (рис. 187, а) застосовують для перевірки прямих кутів, а шаблони (рис. 187, б) —для перевірки Інших кутів.

Конічні калібри-в т у л к и (рис. 188, а) використовують для контролю зовнішніх конусів, а конічні калібри-пробки (рис. 188, б) — для контролю внутрішніх конусів. Деталь при контролі-калібром вважається виготовленою в межах допуску, якщо торець її не виходить за межі виступу в або рисок на калібрах-пробках.

На рис. 189 показано універсальний кутомір. На секторі 1 ку­томіра н анесена основна шкала в градусах. Із сектором 1 шарнірно зв'язаний сектор 2, на якому нанесено ноніус з величиною відлі­ку 2. Вимірювану деталь вміщують між пластинкою 3, жорстко зв'язаною із сектором І, кутником 4 (або закріпленою на ньому лінійкою 5), жорстко зв'язаним із сектором 2, Переміщуючись по сектору Д сектор 2 в той же час обертається біля точки О, яка є центром приладу.

МЕТАЛОРІЗАЛЬНІ ВЕРСТАТИ ТА ІНСТРУМЕНТИ

Щ об забезпечити встановлену кресленням точність розмірів, форму і чистоту поверхні, більшість деталей машин та механізмів обробляють на верстатах зняттям стружки. Стружку знімають із заготовки різними металевими або абразивними інструментами, У перших є спеціально заточені різальні кромки (різці, свердла та ін.), у других — безліч твердих зерен з гострими гранями та кутами на поверхні і в товщі цих інструментів. Крім того, припуск можна знімати із заготовки ерозійною дією електричних розрядів, ультразвуком, хіміко-механічним способом та ін.

Оброблювані поверхні можуть бути плоскими або, як у геомет­ричних тіл обертання, циліндричними, конічними (з прямолінійною твірною), «фасонні» (з криволінійною твірною) або складної кри­волінійної форми (поверхні зубців зубчастих коліс, кулачків, різь­би та ін.).

Для утворення поверхні заданої форми заготовки та інструменти закріплюють на металообробних верстатах, робочі органи яких надають їм необхідних рухів з установленими швидкістю і си­лою.

Рухи робочих органів верстатів бувають основні і допоміжні. Основними називають рухи, при яких із заготовки знімається стружка; допоміжними — рухи, при яких стружка не знімається (підведення і відведення інструменту та ін.).

Основний рух можна поділити на г о л о в н и й рух і рух по­дачі. Головним рухом називають такий, швидкість якого є найбіль­шою. Зняття стружки на більшості верстатів здійснюється лише при поєднанні цих двох рухів.

На рис. 190 наведені різні способи обробки різанням (стрілками показано напрям головного руху v-> і напрям руху подачі S->). Як видно з рисунка, головний рух та рух подачі надаються інструментам і деталям у різних поєднаннях.

При точінні (рис. 190, а) заготовці надається обертовий головний рух, а інструментам (різцям) — рух подачі.

При фрезеруванні (рис. 190, б), навпаки, головний рух надається інструменту (фрезі), а рух подачі — заготовці.

При свердлінні (рис. 190, в) як головний, так і рух пода­чі надається інструменту, проте на спеціальних верстатах цього не дотримуються.

При струганні на поздовжньо-стругальних верстатах головний рух надається заготовці (рис. 190, г), а рух подачі — інструменту (різцю).

При струганні на поперечно-стругальних верс­татах і обробці заготовок на довбальних верстатах го­ловний рух надається інструменту (різцю), а рух подачі—заготов­ці або різцю.

При протягуванні (рис. 190, д) головний рух (прямолі­нійний) надається інструменту (протяжці), а подача s_z визнача­ється різницею висот кожних двох суміжних зубів протяжки; руху подачі за цією схемою немає, він закладений у конструкції про­тяжки.

При круглому і плоскому шліфуванні (рис. 190, є, ж) головний рух завжди обертальний; він виконується інстру­ментом (шліфувальним кругом). При круговому шліфуванні заго­товка обертається і забезпечується колова подача. Проте круг у ряді випадків не може перекрити відразу всієї заготовки, тому по­трібна ще й поздовжня подача (вздовж заготовки), яка здійсню­ється заготовкою або кругом.

При плоскому шліфуванні поздовжня подача (рис. 190, ж) найчастіше виконується заготовкою, а поперечна — шліфу­вальним кругом або заготовкою.

Зауважимо, що в розглянутих основних видах обробки металів різанням подача відбувається безперервно, за винятком подачі при струганні, протягуванні І поперечній подачі при плоскому шліфу­ванні, що виконується переривчасто.

Розглянуті поняття головного руху і руху подачі не можуть бути у всіх випадках поширені на обробку з електричними розря­дами, ультразвуком та ін.

Для виготовлення деталей з розмірами високої точності засто­совують обробно-доводочні операції: тонке («алмазне») точіння, хонінгування, суперфінішування, притирання та ін.

Елементи різання та геометрія різця

Елементи різання. Розглянемо основні особливості різання при обточуванні. На рис. 191 наведено схему обточування вала різцем. Заготовці 1 від шпинделя верстата передається головний обертальний рух, різцю 5 супортом верстата надається рух подачі; обидва рухи здійснюються б езперервно.

Поверхня 2 заготовки, з якої знімається стружка, називається оброблюваною; поверхня 4, що утворюється після зняття стружки, — обробленою; поверхня 3, яка утворюється різаль­ною кромкою інструмента в процесі обробки, — поверхнею різання.

Глибина різання t — відстань між оброблюваною і об­робленою поверхнями, виміряна по перпендикуляру до осі заготов­ки (мм);

подача 5 — переміщення різця за один оберт оброблюваної заго­товки, мм/об;

ширина зрізуваного шару b — відстань між оброб­люваною та обробленою поверхнями, виміряна на поверхні різан­ня, мм;

товщина зрізуваного шару а — відстань, виміряна в напрямі, перпендикулярному до ширини зрізуваного шару, мм;

площа номінального поперечного перерізу стружки — площа перерізу зрізуваного шару f, яку обчислюють множенням глибини різання на подачу або ширину на товщину (мм2):

Елементи і геометрія різця. Різець — найбільш по­ширений різальний Інструмент, який застосовують при обробці ма­теріалів із зняттям стружки на різних верстатах.

Різці розрізняють за видом обробки та устаткування (токарні, розточувальні, стругальні, довбальні, спеціальні); за виконуваною роботою (прохідні, підрізні, відрізні, розточувальні, різьбові, фа­сонні, а також обдирні, чистові і для алмазного точіння); за нап­рямом подачі (радіальні і тангенціальні, а також праві і ліві); за родом інструментального матеріалу (з низько- і середньолегованої сталі, швидкорізальні, твердосплавні, алмазні, мінералокерамічні); залежно від форми перерізу стержня (прямокутні, квадратні, круг­лі); за формою головки (прямі, відігнуті, зігнуті, відтягнуті); за способом виготовлення (суцільні, з припаяною або закріпленою механічно пластинкою, з привареною головкою).

На рис. 192 показано токарний правий прохідний різець. Різець складається з головки / і тіла //. Тіло різця призначене для закріп­лення різця в різцетримачі, або в державці, причому різець спи­рається на підошву 7; головку заточують так, щоб утворювалися різальні елементи різця. Перетином передньої поверхні 1 і голов-

Обточування є одним з основних видів обробки різанням, тому з особливостями умов різання прийнято ознайомлювати на при­кладі обточування.

На рис. 193 показано різець при обточуванні заготовки, а на рис. 194 — його креслення. Кути різця розглядаються від основної площини і площини різання.

Основна площина (див. рис. 193, 1) — це площина, па­ралельна поздовжній і поперечній подачам.

Площина різання 2 (рис. 193) — площина, яка є до­тичною до поверхні різання і проходить через головну різальну кромку.

Різальні властивості різця значною мірою залежать від кутів його заточування, або, як прийнято говорити, від «геометрії різця». Дамо визначення кутів різця (рис. 194):

φ — головний кут у плані, утворений проекцією головної рі­зальної кромки на основну площину і напрямом подачі;

φ₁—допоміжний кут у плані, утворений проекцією допоміжної різальної кромки на основну площину і напрямом, зворотним на­пряму подачі;

ε — кут при вершині різця між проекціями головної і допоміж­ної різальних кромок на основну площину;

γ — головний передній кут, утворений площиною, перпендику­лярною до площини різання, І передньою поверхнею;

α — головний задній кут між площиною різання і головною зад­ньою поверхнею;

β — кут загострення між попередньою і головною задньою по­верхнями;

δ — кут різання, утворений площиною різання і передньою поверхнею;

λ – кут нахилу головної різальної кромки, утворений головною різальною кромкою і прямою, паралельною основі площини, що

лежить у площині різан­ня і проходить через вершину різця; вимірюється в площині різання;

γ₁ — допоміжний пе­редній кут між площиною, перпендикулярною до пло­щ ини різання, і передньою поверхнею;

α₁ — допоміжний зад­ній кут, утворений допо­міжною задньою поверх­ нею і площиною, яка про­ходить через допоміжну різальну кромку і перпендикулярна до ос­новної.

Кути в плані (φ, φ₁ і ε) вимірюються в площині, паралельній ос­новній; кути головної різальної кромки (у, α , β і δ) —у головній січній площині NN (рис. 194); кути допоміжної різальної кромки — у допоміжній січній площині N₁ N₁; α + β + у = 90°; δ = α + β = 90°— у

Кути різця мають таке основне призначення.

Кут у сприяє зменшенню тертя між оброблюваною поверхнею1 заготовки і головною задньою поверхнею різця. Величина йога приймається звичайно в межах 6—15°, а частіше він дорівнює 89,

Кут у полегшує процес утворення стружки. Кут ε сильно впли­ває на стійкість різців: чим більший цей кут, тим (при всіх інших однакових умовах) більша стійкість різця.

Кут λ сприяє відведенню стружки в той чи інший бік. Для об­дирних різців він змінюється в межах від 0 до + 10°, а для чистових — від 0 до -3°.

На рис. 195 показано вплив кута λ на напрям сходження стружки. При λ=0 головна різальна кромка розташована паралельно основній площині і при різанні вона заглиблюється в припуск усіма точками одночасно; в результаті стружка закручується в спіраль (рис. 195, а). Якщо кут % від'ємний (рис. 195, б), то вершина різця міститься вище від інших точок головної різальної кромки, тому стружка відходитиме в бік оброблюваної поверхні. При додатному куті λ (рис. 195, в) вершина різця лежить нижче від головної різальної кромки, в результаті припуск знімається спочатку периферійними частинами різальної кромки і в останню чергу вершиною різця, тому стружка сходить у бік обробленої поверхні. При1 додатних кутах різець більш стійкий, проте оброблена поверхня може бути пошкоджена стружкою, яка сходить, тому такі різці застосовують для попередньої (чорнової) обробки.