Нормирование точности и технические измерения

Рас. 3.32. Измерение отклонения формы номинально плоской

поверхности с помощью поверочной линейки и измерительной головки:

1 - измеряемая деталь; 2 - поверочная линейка;

3 - измерительная головка; 4 - регулируемая опора

Метод измерения линейных отклонений часто реализую т с использованием поверочной плиты и измерительной головки, закрепленной в стандартной стойке или ш тативе, по схеме, представленной на рис. 3.33.

х

Рис. 3.33. Измерение отклонения формы номинально плоской

поверхности с использованием поверочной плиты

иизмерительной головки:

1—измеряемая деталь; 2 - поверочная плита; 3 - измерительная головка; 4 - штатив (стойка)

181

Реализация каж дой из рассмотренных методик приводит к дискретной модели контролируемой поверхности.

Типичным представителем средств измерений, наиболее наглядно демонстрирую щим суть методов, основанных на и з­ м ерениях углов наклона, является микронивелир (рис. 3.34).

3

Рис. 3.34. Измерение отклонения формы номинально плоской поверхности с помощью микронивелира:

1 —измеряемая деталь;

2 - измерительный мостик (основание); 3 - уровень

Это средство измерений позволяет выполнять шаговые из­ мерения отклонений от прям олинейности. Основание прибора имеет две опоры и на него установлен уровень (пузырьковая ампула в специальной оправе). Ш аг измерения t определяется расстоянием меж ду опорами основания. При реализации из­ мерительной процедуры микронивелир размещ ают на контро­ лируемой поверхности таким образом, чтобы опоры основания были установлены в контролируемых точках поверхности, располож енны х на расстоянии одного ш ага измерения друг от друга. Затем последовательно (шаг за шагом) перемещают м икронивелир, устанавливая его на все соседние пары кон­ тролируемых точек поверхности, и по ш кале ампулы уровня определяют изм енения угла наклона прибора.

В данном случае величиной, подвергаемой прямым измере­ ниям , является угол меж ду прямой, соединяющей точки опо­ ры основания м икронивелира, и горизонтальной плоскостью, касательной к эквипотенциальной поверхности гравитацион­ ного поля в одной из точек измерения.

Выполняемая после завершения измерительной процедуры дальнейш ая простая, но довольно громоздкая обработка резуль­ татов измерений, вклю чаю щ ая аналитические расчеты и гра­ фические построения, позволяет воспроизвести рельеф измеря­ емой поверхности и оценить искомое отклонение ее формы.

182

Е этому методу относятся такж е измерения с помощью электронных уровней, получивш их широкое распространение на практике, измерения с использованием автоколлимационных средств измерений, а такж е коллиматоров и зрительны х труб» При «оптических» реализациях непосредственно изм е­ ряемой величиной является угол между вектором энергетиче­ ской оси светового пучка и его проекцией на плоскость, каса­ тельную к контролируемой поверхности в точке измерения»

Графическая интерпретация d -метода измерения с учетом неидеальности реализаций исходного элемента представлена на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Измерение отклонения формы номинально плоской поверхности d-методом

На данном графике / 0(х) - функция, описываю щ ая ис­ ходную (образцовую) поверхность (например, для м икрони­ велира - эквипотенциальную поверхность гравитационного поля); f(x) - функция, описываю щ ая контролируемую (реаль­ ную) поверхность. Как следует из этих графиков, непосред­ ственно измеряемой величиной, по сути, является разность Д(*,+1) - А (ж,). При проведении измерений указанную раз­ ность определяют в необходимом числе контрольных точек поверхности (или непрерывно - при автоматизированных и з­ мерениях) и после необходимой обработки находят искомое отклонение формы контролируемой поверхности»

И зм ерение от к ло н ен и й ф орм ы н о м и н а льн о ц и л и н д р и ч е с к и х поверхност ей

При контроле отклонений формы номинально цилиндри­ ческих поверхностей измеряемыми параметрами являю тся отклонение от цилиндричности, отклонение от круглости и

183

отклонение от номинального профиля продольного сечения. Если рассматривать отклонения от круглости и от номиналь­ ного проф иля продольного сечения как элементарные, то их объединение даст оценку комплексного по отношению к ним отклонения от цилиндричности. Следует такж е иметь в виду, что предельное значение отклонения от круглости может быть нормировано для номинально круглого селения любой поверх­ ности вращ ения (конической, сферической, тороидальной, ги ­ перболоида вращ ения и т.д.).

Контроль отклонения от цилиндричности осущ ествляется путем изм ерения отклонений ограниченного количества кон­ трольны х точек или профилей (линий), леж ащ их на контро­ лируемой поверхности.

В зависимости от особенностей расположения измеряемых точек или линий различаю т следующие методы измерения от­ клонений от цилиндричности:

-метод поперечных сечений;

-метод продольных сечений (метод образующих);

-метод винтовой линии;

-метод экстремальны х значений.

К аж ды й из этих методов может быть реализован либо пу­ тем непрерывного измерения по линиям (сканирование по линиям ), либо путем дискретного измерения в выбранных точках (по контрольным точкам). При наличии определенной доминирую щ ей составляющ ей отклонения формы в попереч­ ном или продольном сечениях поверхности предпочтение сле­ дует отдавать соответственно либо методу поперечных сече­ ний, либо методу образующих.

так, чтобы ось контролируемой поверхности была совмещена с осью вращ ения стола или измерительного преобразователя» За ось поверхности в первом приближении можно принять прямую , проходящ ую через центры крайних поперечных се­ чений. После этого контролируемую поверхность сканируют (ощупывают) в процессе вращ ения в ряде выбранных попереч­ ны х сечений. Измеренные профили записывают на одной и той ж е диаграмме в полярной системе координат, и на ней строят прилегаю щ ую или среднюю окружность, общую по отноше­ нию ко всем профилограммам (рис. 3.36). За искомое откло­ нение от цилиндричности принимаю т, например, наибольшее

184

расстояние по радиусу от общей прилегаю щ ей окружности до максимально удаленной точки одной из профилограмм. При построении средней окружности отклонение рассчитывают по двум экстремально расположенным точкам (снаружи и внут­ ри средней окружности).

Рис. 3.36. Оценка отклонения от цилиндричности при

использовании метода поперечных сечений:

О- центр общей прилегающей окружности;

а- схема расположения измеряемых

поперечных сечений поверхности;

б- профилограммы (круглограммы)

выделенных поперечных сечений

В случае использования мет ода пр о д о льн ы х сечений ( м ет ода о б разую щ их) после ориентирования контролируе­ мой поверхности в системе координат используемого средства измерения, ее измеряю т в нескольких продольных сечениях. Схематично эта процедура представлена на рис. 3.37.

Измеренные профили записывают на одной и той же ли ­ нейной диаграмме, и на ней строят прилегаю щ ий или средний профиль продольного сечения, общий по отношению ко всем профилограммам. За отклонение от цилиндричности прини­ мают, например, расстояние от максимально удаленной точки одной из профилограмм до соответствующей линии прилега­ ющего профиля по нормали к ней.

При использовании м ет ода винт овой л и н и и , такж е как в предыдущих случаях, предварительно ориентируют контро­ лируемую поверхность в системе координат используемого средства измерения, после чего осуществляют ее измерение

185

в двух крайних поперечных сечениях и по винтовой линии в соответствии со следующий схемой (рис. 3.38).

Рис. 3.37. Оценка отклонения от цилиндричности при использова­

нии метода образующих (метода продольных сечений): а —схема расположения измеряемых

продольных сечений поверхности; б - профилограммы образующих выделенных продольных сечений

Рис. 3.38. Схема расположения измеряемых сечений поверхности

при использовании метода винтовой линии

При этом рекомендуется, чтобы на длине нормируемого участка укладывалось целое число шагов (не менее 2-х) вин­ товой линии. И змеренные профили записывают на одной по­ лярной диаграмме и оценивают искомое отклонение от ци ­ линдричности , так же как в методе поперечных сечений.

186

При измерении отклонения от цилиндричности м ет о д о м эк ст р ем а л ьн ы х зн а ч ен и й , такж е как во всех предыдущ их случаях, сначала осуществляют ориентирование контроли­ руемой детали в системе координат используемого средства измерения. После чего измеряю т две образующие одного про­ извольным образом расположенного продольного сечения. По записанным на линейной диаграмме по профилограммам ре­ альных образующих находят основное положение двух экс­ тремально расположенных точек, определяю щ их два наиболь­ ш их отклонения профиля продольного сечения. В вы явленны х таким образом двух осевых полож ениях измеряю т профили поперечных сечений с одной установки контролируемой дета­ ли, записывают их профилограммы на одной полярной диа­ грамме и оценивают искомое отклонение от цилиндричности как в методе поперечных сечений.

Описанную процедуру можно проиллюстрировать с помо­ щью схемы, представленной на рис. 3.39.

Рис. 3.39. Оценка отклонения от цилиндричности EFZ при

использовании метода экстремальных значений

Рекомендуемое минимальное число измеряемых сечений, линий и точек при использовании различны х методов изме-

187

рения отклонения от цилиндричности может быть выбрано согласно табл. 3.7.

Таблица 3.7

Минимальное количество измеряемых сечений, линий и точек для различных методов измерения

Все рассмотренные методы измерения отклонений от ци ­ линдричности могут быть реализованы с применением кругломера, который кроме прецизионного вращ ательного отно­ сительного перемещ ения измерительного преобразователя и контролируемой детали обеспечивает такж е возможность их относительного прецизионного прямолинейного перемещ ения в направлении оси детали, его обобщенная схема предостав­ лена на рис. 3.40. Кругломер такой конструкции иногда на­ зывают цилин дромером .

Следует отметить, что возможны два варианта реализации такого прибора - с вращ аю щ ейся измеряемой деталью и с вра­ щ аю щ имся измерительным преобразователем. На представ­ ленной выш е схеме кроме вращ аю щ ейся детали прибор име­ ет прецизионную направляю щ ую прямолинейного движ ения измерительного преобразователя, выставленную параллельно оси вращ ения ш пинделя.

Перед измерением деталь ориентируют (центрируют и ни ­ велируют) по двум сечениям, находящ имся на границах нор­ мируемого участка. С помощью измерительного преобразова­ теля контролируемая поверхность измеряется по отдельным линиям , и записываю тся соответствующие профилограммы измеренны х сечений в полярной или декартовой системе ко­ ординат. Если прибор снабжен компьютером, то измерение в каж дом выбранном сечении можно производить дискретно и автоматически с помощью соответствующей программы вы ­

188

числять искомое отклонение от цилиндричности по измерен­ ным координатам точек.

Рис. ЗАО. Схема цилиндромера (кругломера, обеспечивающего

прецизионные вращательное и поступательное перемещения): 1 —измеряемая деталь; 2 - предметный стол, закрепленный на пре­

цизионном шпинделе; 3 - линейный измерительный преобразователь; 4 - электронный блок, включающий усилитель, частотный фильтр и устройство отображения измерительной информации; 5 , 6 - записы­

вающие устройства (самописцы), воспроизводящие измеренные профи­ ли поверхности детали; 7 - плоскость центрирования детали; 8 - пло­ скость нивелирования детали; 9 - электроприводы, обеспечивающие

вращение предметного стола и прямолинейное перемещение измерительного преобразователя

Рассмотренное средство измерений позволяет отдельно кон ­ тролировать такие дифференциальные или поэлементные от­ клонения формы поверхностей, как отклонения от круглости или отклонения профиля продольного сечения. Причем, такое средство измерения позволяет измерять данные отклонения в соответствии с их стандартными определениями. Следует отметить, что измерения отклонений формы номинально ц и ­ линдрических поверхностей, выполняемые с помощью кругломеров, считаются наиболее достоверными.

В том случае, когда нет возможности прямого измерения отклонения от цилиндричности, его определяют путем р ас ­ чета по измеряемым отдельным составляющим отклонениям (дифференциальным отклонениям) с использованием специ­ альных методик измерений.

189

На практике вместо контроля комплексного отклонения

от круглости часто бывает достаточно проконтролировать его частные виды, такие как овальность и огранка (четная и не­ четная). Для контроля частных видов отклонений от кругло­ сти могут использоваться как накладные, так и станковые средства измерений, реализующ ие двухточечную или трех­ точечную схему измерения. Варианты схемы двухточечного измерения с использованием накладного и станкового средств измерений представлены на рис. 3 .41.

Рис. 3.41. Измерение отклонения от круглости

по двухточечной схеме:

а- с использованием накладного средства измерения;

б~ с использованием станкового средства измерения:

1 ~ контролируемая деталь; 2 - измерительная головка;

3 —измерительная стойка; 4 - скоба

Представленная схематично методика выполнения измере­ ний может быть реализована двумя способами:

-путем непрерывного измерения диаметров при вращении детали относительно двухточечного средства измерения (ин­ дикатора часового типа, закрепленного в измерительной стой­ ке, индикаторной скобы, рычажной скобы и др.);

-путем дискретного измерения диаметров по отдельным направлениям при шаговом (прерывистом) повороте детали относительно двухточечного средства измерения.

Впроцессе измерения первым способом деталь поворачи­ вают не менее чем на 180° и фиксируют разность меж ду наи­ большим и наименьшим диаметрами измеряемого сечения:

190