Методическое пособие 660

Эффективная мощность Ne в общем случае является суммарной мощностью, затраченной в процессе резания всеми составляющими Рх, Ру и Pz силы резания Р.

Мощность осевой составляющей силы резания:

где n -частота вращения обрабатываемой заготовки; S - продольная подача.

Мощность радиальной составляющей силы резания:

т.к. вектор Ру перпендикулярен вектору V .

Мощность вертикальной составляющей силы резания Pz , направление которой совпадает с направлением скорости резания, определяется уравнением

Следовательно, эффективная мощность с использо-

Скорость подачи, выраженная произведением n • S, примерно на два порядка меньше окружной скорости V. Поэтому мощность N составляет 1.. .2 % всей затраченной эффективной мощности, а основная доля эффективноймощности (98.. .99 %) приходится на составляющую Nez.

В связи с этим расчет эффективной мощности производится по уравнению:

80

где под величиной Р условно принимается вертикальная составляющая Pz силы резания.

Вопросы для самоподготовки

1.Чем заготовка отличается от детали?

2.Что называют резанием?

3.Что относят к элементам резания при точении?

4.Чем определяется сила резания при механической обработке?

5.Как определяется мощность процесса резанием?

81

ЛЕКЦИЯ № 6

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Теоретическиевопросы

6.1.Основные метрологические понятия

6.2.Системы измерений и измерительная техника

6.3.Выбор измерительных средств. Приемы и точность измерений

6.1. Основные метрологические понятия

Измерительная техника является неотъемлемой частью промышленного производства. Без развернутой системы измерений, позволяющей контролировать технологические процессы, оценивать свойства и качество продукции, не может существовать ни одна отрасль науки и техники. Измерения служат основой научных исследований.

В машиностроении, где габаритные размеры изделий достигают нескольких метров, а допускаемые отклонения этих размеров и микронеровности поверхности нередко составляют не более 1 мкм, высокоточные линейные и угловые измерения обеспечивают взаимозаменяемость изделий, высокое качество, надежность и долговечность машин и приборов.

Современная измерительная техника сложилась в результате длительного развития средств измерений и учения об измерениях. Ускоренный прогресс техники измерений начался во второй половине XVIII в. и был связан с развитием промышленности. Повышение точности й производительности измерительных приборов происходило благодаря использованию новых принципов измерений, основанных на достижениях науки и техники.

82

Одним из направлений развития системы измерений шло по пути создания Единой Международной системы единиц (СИ). На первом этапе возникали трудносопоставимые национальные единицы измерений, которые определялись такими условными обозначениями, как локоть, фут (ступня), вершок (половина указательного пальца), а позднее — специальными образцами.

В конце XVIII в. во Франции была разработана метрическая система мер, основанная на «естественных» эталонах — метре и килограмме. Метр был определен как длина одной десятимиллионной части четверти Парижского меридиана. На основе измерений дуги меридиана был изготовлен первый эталон метра в виде платиновой концевой меры длиной 1 м, шириной 25 мм и толщиной 4 мм, названный «метр Архива». В 1872 г. «метр Архива» был принят в качестве прототипа метра с тем, чтобы избежать расхождений в определении «естественного» метра из-за погрешности измерений (рис. 29).

Рис. 29. «Метр Архива»

По новому прототипу был изготовлен 31 эталон в виде штриховых мер из платиноиридиевого сплава, отличающегося высокой размерной стабильностью во времени. Ка-

83

ждый эталон представлял собой брус длиной 102 см X- образного сечения, размером 20 х 20 мм, со штрихами, нанесенными по краям на расстоянии 1 м друг от друга. Эталон № 6 в 1889 г. был утвержден в качестве международного прототипа метра. Эталон № 28, полученный Россией, был в дальнейшем утвержден (до 1960 г.) Государственным эталоном СССР. Поиски нового «естественного» эталона, неразрушаемого и обладающего большой точностью, и развитие интерференционного метода измерений позволили в 1960 г. принять новое определение метра в длинах световой волны, соответствующей оранжевой линии спектра крипто- на-86, и создать современный эталон метра.

Международное признание и развитие метрической системы измерений, расширение международного сотрудничества привели к тому, что в 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила «Международную систему единиц», основанную на метрической системе мер.

ВРоссии метрическая система мер была разрешена

киспользованию после подписания Метрической конвенции наряду с национальной системой мер — сажень, фунт и ведро. В 1918 г. Русская система мер была отменена и заменена метрической системой единиц. В 1961 г. ГОСТ 8967-59 рекомендовал предпочтительное применение Международной системы единиц (СИ) во всех областях науки, техники и народного хозяйства.

Физическая величина — свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Например, длина, масса, электропроводность и теплоемкость тел, давление газа в сосуде и т. д.

Единица физической величины — физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1.

84

Например: масса — 1 кг, сила — 1 Н, давление — 1 Па, длина 1 м, угол 1°.

Значение физической величины — оценка физиче-

ской величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Например: диаметр отверстия — 0,01 м, масса тела

— 93 кг.

Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Например: измерение диаметра вала — микрометром, давления среды — манометром или вакуумметром.

В метрологии различают истинное и действительное значения физических величин. Истинное значение — значение физической величины, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Истинное значение должно быть свободно от ошибок измерения, но так как все физические величины находят опытным путем и их значения содержат ошибки измерений, то истинное значение физических величин остается неизвестным.

Действительное значение — значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для определенной цели может быть использовано вместо него. При технических измерениях значение физической величины, найденной с допустимой по техническим требованиям погрешностью, принимается за действительное значение.

6.2. Системы измерений и измерительная техника

Между единицами физических величин существует взаимосвязь, обусловленная законами природы и выражаемая физическими формулами. Единицы большинства физи-

85

ческих величин выражают через некоторое число независимых друг от друга основных единиц. Совокупность выбранных основных и образованных производных единиц называется системой единиц.

Международная система единиц СИ (SI) содержит семь основных и две дополнительные единицы. Основные достоинства системы СИ: унифицированность — для каждой физической величины установлена одна единица измерения и четкая система образования кратных и дольных единиц от нее; универсальность — охват всех областей науки и техники; когерентность (согласованность) — производные единицы выражаются в виде степеней основных единиц без числовых коэффициентов; удобство принятых единиц для практического использования; «естественный» характер большинства единиц и высокая точность их воспроизведения.

Основные механические единицы системы СИ: единица длины — метр (м); единица массы — килограмм (кг); единица времени — секунда (с).

Метр — длина, равная 1 650 763,73 длин волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10и 5d5атома криптона-86.

Вмашиностроении применяют дольные линейные единицы: миллиметр — 1 мм равен 10-3 м, для измерения

размеров изделий, и микрометр (микрон) — 1 мкм равен 10-6 м, для измерения шероховатости поверхности изделий и точных малых размеров.

Всистеме СИ для измерения плоского угла установлена дополнительная единица радиан (рад) — угол между двумя радиусами, длина дуги между которыми равна радиусу.

Меры характеризуются номинальным и действительным значениями.

86

Номинальное значение меры — значение величи-

ны, указанное на мере или приписываемое ей.

Действительное значение меры — действительное значение величины, воспроизводимое мерой.

Измерительные приборы состоят из чувствительного элемента, который находится под непосредственным воздействием измеряемой величины, измерительного механизма и отсчетного устройства для нахождения значения измеряемой величины.

Отсчетное устройство показывающего прибора имеет шкалу и указатель, выполненный в виде материального стержня — стрелки или в виде луча света — светового указателя.

Различают следующие основные метрологические показатели измерительных средств:

1— шкала средств измерений (шкала) — часть отсчетного устройства, представляющая собой совокупность отметок и проставляемых у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины;

2— отметка шкалы — знак на шкале, соответствующий некоторому значению измеряемой величины;

3— цифровая отметка шкалы — отметка шкалы, у которой проставлено число отсчета;

4— число отсчета — число, соответствующее некоторому значению измеряемой величины или указывающее порядковый номер отметки;

5— деление шкалы — промежуток между двумя соседними отметками шкалы;

6— отсчет — число, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерений либо полученное счетом последовательных отметок или сигналов;

7— цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

87

8— показание средства измерений — значение величины, определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых единицах этой величины;

9— диапазон показаний — область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы;

10— диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений;

11— точность средства измерений — качество средства измерений, отражающее близость к нулю его погрешностей;

12— класс точности средства измерений — обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Примечание. Класс точности средств измерения характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств.

Средства измерения принято выбирать в зависимости от объектов или элементов, для контроля которых они предназначены, а также от заданной точности измерения и технических условий на изготовление детали или изделия и особенностей самого измеряемого объекта. Следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Его результат всегда содержит некоторую ошибку, которая вызывается различными факторами и определяет величину погрешности измерения.

Погрешностью измерения называют абсолютную величину погрешности показаний инструмента или прибора, выраженную в долях или процентах относительно действительного значения измеряемой величины.

88

Погрешности измерения складываются из:

1— погрешности показаний инструмента или прибора (определяются как разность между показаниями инструмента или прибора и действительным значением измеряемой величины);

2— погрешности, связанной с отклонением от нормальной температуры (вызывается разностью коэффициентов линейного расширения отдельных контролируемых деталей и измерительных средств);

3— погрешности, связанной с измерительным усилием (вызывается главным образом сминанием поверхностных неровностей на деталях и деформацией инструмента, например скобы микрометра с закрепленной измерительной головкой);

4— погрешности формы отдельных деталей при недостатках в их изготовлении (например, влияние овальности при контроле диаметра только в одном положении);

5— погрешности, вызванной загрязнением, лакокрасочным или масляным покрытием детали.

По характеру возникновения ошибки измерения де-

лят на систематические и случайные.

Систематические ошибки измерения — постоянные повторяющиеся ошибки одинаковой величины при всех замерах. Чаще всего они возникают из-за применения мерительных приборов и инструментов, дающих неправильные показания (например, в связи с неправильной градуировкой шкалы, неисправностью прибора), или ошибочности метода измерений. Систематические ошибки при измерении можно предупредить предварительной проверкой показаний мерительных приборов и инструментов методом сравнения.

Случайные ошибки измерения — не постоянные по величине ошибки, числовое значение которых нельзя заранее установить. Эти ошибки непроизвольно вносятся человеком, проводящим измерение, вследствие несовершенства

89