Секацкий В.С., Мерзликина Н.В. Методы и средства измерений и контроля

Подождите немного. Документ загружается.

163

Таблица 8.4

Значение коэффициента воспроизведения огранки

Число граней

изделия

Значение К при угле призмы

108

120

3 3,0 1,6 1,0

5 2,0 1,2 2,0

7 1,3 2,0

9 3,0 1,0

Конусообразность определяют по диаметрам изделия, измеренным по

краям продольного сечения, а бочкообразность и седлообразность - по

краям и в середине. Изогнутость измеряют при вращении детали на двух

опорах под наконечником индикатора (рис. 8.12,г). Значение изогнутости

равно полуразности наибольшего и наименьшего показаний индикатора.

Для измерений отклонений от круглости и цилиндричности

используют разнообразные приспособления с одноконтактными приборами

(индикаторами, оптиметрами и т. п.). Методика измерения отклонений от

круглости на оптической делительной головке с использованием

вертикального оптиметра приведена в лабораторной работе № 20.

Кругломеры, предназначенные для измерения отклонения от

круглости, основаны на принципе образцового вращения измерительного

наконечника относительно изделия или наоборот. При измерении происходит

непрерывное ощупывание цилиндрической поверхности по окружности.

Кругломеры выпускают двух типов: КН - с вращающимся измерительным

наконечником; КД - с вращающимся изделием.

У кругломера с вращающимся наконечником проверяемое изделие

установлено на предметном столе. Стол перемещается в двух взаимно

перпендикулярных направлениях микрометрическими головками.

Прецизионный шпиндель, ось которого имеет радиальные биения порядка

сотых долей микрометрa, приводится во вращение приводом через коробку

скоростей. На шпинделе закреплен индуктивный датчик со щупом. При

вращении шпинделя измеряемый наконечник щупа скользит по поверхности

изделия и вызывает колебания щупа вследствие отклонений формы изделия.

Сигнал датчика усиливается и подается на записывающее устройство. Запись

осуществляется пером на бумаге, закрепленной на электротермическом

диске. После одного оборота диска на бумаге записывается круглограмма

(рис. 8.13) проверяемого поперечного сечения изделия.

Кругломер мод. 255 (рис. 8.14) широко применяется в

промышленности. Станина прибора состоит из основания 1 и колонны 4; она

служит для размещения панели управления 2 и всех механических узлов:

предметного стола 3, шпинделя 7 с датчиком 6 и щупом 5, шпиндельной

коробки с приводом 9 и записывающего устройства 8. Электронный блок 10

установлен в тумбочке 11.

164

Рис. 8.13. Круглограмма Рис. 8.14. Кругломер

Проверяемое изделие устанавливают в центре стола симметрично

концентрическим окружностям, нанесенным на его поверхности. Щуп

датчика приводят в соприкосновение с изделием и перемещениями стола

центрируют изделие, вращая шпиндель сначала вручную, а затем от привода.

Перед измерением переключают частоту вращения шпинделя на 15 об/мин,

устанавливают нужное увеличение прибора и требуемый фильтр.

Закрепляют диаграммный диск в записывающее устройство и перо выводят

на середину. Для снятия круглограммы нажимают кнопку «запись» на

панели управления 2. Запись автоматически отключается, когда шпиндель

совершит один оборот. Сняв круглограмму, осуществляют ее обработку.

С кругломером мод. 290, у которого вращается измеряемая деталь,

можно ознакомиться в лабораторной работе № 21.

8.5. Контрольные вопросы к разделу 8

1. Перечислите основные виды отклонений формы плоских

поверхностей.

2. Перечислите основные виды отклонений формы цилиндрических

поверхностей.

3. Перечислите основные виды отклонений расположения

поверхностей.

4. Как обозначаются допуски формы и расположения на чертежах?

5. Как контролируют прямолинейность лекальной линейкой?

6. Какие типы поверочных линеек и плит Вы знаете?

7. Как осуществляют контроль плоскостности методом «на краску»?

8. Какие параметры плоской поверхности можно измерить методом

линейных отклонений?

9. Как выполняют контроль прямолинейности уровнем?

10. Что представляют собой гидростатические уровни?

165

11. Поясните принцип действия оптической линейки.

12. Как измерить овальность с помощью оптиметра?

13. Как измеряют огранку валов?

14. В чем заключается принцип действия кругломеров?

15. Как контролируют круглость на кругломерах?

16. Что такое круглограмма?

17. Как обрабатываются круглограммы?

18. Как измеряются отклонения от параллельности поверхностей и

осей корпусных деталей?

19. Как нормируются допуски осей отверстий крепежных деталей?

20. Поясните особенности контроля независимых допусков осей

отверстий для крепежных деталей.

21. Приведите схемы измерения биений поверхностей.

9. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЕ

ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

9.1. Параметры для оценки шероховатости

При механической обработке деталей на их поверхностях остаются

микронеровности, образующиеся в результате копирования на обработанной

поверхности формы и дефектов режущей части инструмента, в результате

трения инструментов о деталь, вибрации инструмента и детали и т.п.

Микронеровности

оказывают большое влияние на эксплуатационные

качества деталей: износостойкость, трение, усталостную прочность,

антикоррозийную стойкость, прочность и др. Следовательно, существенным

вопросом является количественная оценка микронеровностей. Для

нормирования и оценки шероховатости используют следующие стандарты:

ГОСТ 2789 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики»,

ГОСТ 2.309 «ЕСКД. Обозначения шероховатости поверхностей».

Согласно ГОСТ 2789-73 шероховатостью поверхности называется

совокупность неровностей с

относительно малыми шагами на базовой длине.

Базовая длина l – это длина участка поверхности, выбранного для

оценки шероховатости. Значения базовой длины выбирают из ГОСТ 2789.

При определении шероховатости отсчет ведется от единой базы, за

которую принята средняя линия профиля

Средней линией профиля

m называют базовую линию, имеющую

форму номинального профиля и делящую действительный профиль так,

чтобы в пределах базовой длины

l среднее квадратичное отклонение профиля

166

от этой линии было минимальным. Допускается приближенное определение

положения средней линии – площади по обе стороны от линии

m должны

быть равны.

Количественно шероховатость поверхности оценивают по следующим

параметрам:

1. Среднее арифметическое отклонение профиля

Ra – среднее

арифметическое из абсолютных значений отклонения профиля /

у/ в пределах

базовой длины (рис. 9.1).

/()/

yx dx y

=≈

∑

∫

где

- отклонение профиля, т.е. расстояние между любой точкой

профиля и средней линией;

n - число выбранных точек профиля на базовой

длине.

ГОСТ устанавливает ряд значений параметра Rа от 0,008 до 100 мкм со

знаменателем ряда

ϕ = 1,25 (см табл. 9.1).

Таблица 9.1

Значения параметров шероховатости

Высотные параметры, мкм

, R

max

, R

max

– 1000 100 10,0 10,0

0,100

– 0,010

– 500 80 8,0

0,80

0,080 – 0,008

– 630 63

6,3

0,63 0,063 – –

– 500

5,0 0,50

0,050

– –

– 400 40 4,0

0,40

0,040 – –

– 320 32

3,2

0,32 0,032 – –

– 250

2.5 0,25

0,025

– –

– 200 20 2.0

0,20

– 0,020 –

1600 160 16

1,6

0,16 – 0,016 –

1250 125

12,5

1,25 0,125 – 0,012 –

Шаговые параметры S

и S, мм

– 10,0 1,00 0,100 0,010

– 8,0 0,80 0,080 0,008

– 6,3 0,63 0,063 0,006

– 5,0 0,50 0,050 0,005

– 4,0 0,40 0,040 0,004

– 3,2 0,32 0,032 0,003

167

– 2,5 0,25 0,025 0,002

– 2,0 0,20 0,020 –

– 1,6 0,16 0,016 –

12,5 1,25 0,125 0,0125 –

Относительная опорная длина профиля t

, %

10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90

Уровень сечения Р, % от R

max

5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90

Базовая длина l, мм

0,01 0,03 0,08 0,25 0,80 2,5 8 25

Примечание: Выделенные значения являются предпочтительными при нормировании параметра Ra.

Рис. 9.1. Параметры шероховатости

2. Высота неровности профиля по 10 точкам

- сумма

среднеарифметических абсолютных отклонений высот пяти наибольших

выступов

imax

и глубин пяти наибольших впадин H

imin

в пределах базовой

длины от средней линии m.

( / max/ / min/)

RHi Hi

∑∑

Практически удобнее пользоваться следующей формулой

max

Линия выступов

max

min

Линия впадин

max

168

(max min)

Rhihi

=−

∑∑

где

i max

– расстояние от высших точек 5 наибольших выступов до

линии, параллельной средней линии и не пересекающей профиль;

i min

– расстояние от низших точек 5 наибольших впадин до этой

линии.

3. Наибольшая величина профиля

max

– расстояние между линией

выступов и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

и R

max

нормированы от 0,025 до 1600 мкм со знаменателем ряда

= 1,25 (табл. 9.1).

4. Средний шаг неровностей

– среднее значение шага неровностей в

пределах базовой длины:

SSmi

∑

где

– шаг неровностей – длина отрезка средней линии,

ограниченного точками пересечения этой линии одноименных сторон

соседних поверхностей.

5. Средний шаг местных выступов профиля (неровностей по

вершинам)

S – среднее значение шага местных выступов профиля в пределах

базовой длины:

SSi

∑

где

– шаг местных выступов профиля.

и S стандартизованы от 0,002 до 12,5 мм (табл. 9.1).

6. Относительная опорная длина профиля

– отношение опорной

длины

к базовой длине l

100%

Опорная длина

р равна сумме длин отрезков b

, отсекаемых на

заданном уровне в материале выступов.

Уровень сечения профиля

р – расстояние между линией выступов и

линией, пересекающей профиль, эквидистантно линии выступов.

Значения

и р приведены в табл. 9.1; р – выбирается в процентах от

max

9.2. Способы оценки шероховатости

Существуют три способа определения шероховатости:

169

1. Визуальный. Величину шероховатости устанавливают сравнивая

контролируемую поверхность с поверхностью образцов (эталонов).

2. Оптический. Величину шероховатости измеряют на оптических

приборах методом интерференции или светового сечения.

3. Щуповой. На специальных приборах профилометрах или

профилографах с помощью щупа воспроизводят профиль поверхности.

Шероховатость определяют по шкале прибора, цифровому табло или по

профилограмме, записанной

на ленте (по любому критерию).

9.3. Определение шероховатости визуальным способом

Визуально шероховатость устанавливают в основном на рабочих

местах в цехе. Образцы шероховатости поверхности (ГОСТ 9378)

предназначены для сравнения визуально и на ощупь с поверхностями

изделий, полученными обработкой резанием, полированием,

электроэрозионной и пескоструйной обработкой.

Образцы шероховатости (рис. 9.2) представляют собой бруски 1,

поверхности

которых имеют известную шероховатость, полученную

определенным способом обработки. Ширина образца должна быть не менее

20 мм, а длина колеблется от 20 до 50 мм в зависимости от величины

шероховатости.

Наборы образцов, укомплектованные по видам обработки (точение,

фрезерование, шлифование, строгание) и материалам, из которых они

изготовлены, собираются в оправах

2. Сравнение осуществляют визуально

невооруженным глазом и осязанием, проводя ногтем поперек направления

обработки. Точность контроля повышается при использовании специальных

микроскопов сравнения, которые позволяют одновременно рассматривать

поверхность изделия и образец шероховатости.

Рис. 9.2. Образцы шероховатости

ГОСТ 9378 устанавливает образцы шероховатости, полученные

механической обработкой, снятием позитивных отпечатков

Строгание

170

гальванопластикой или нанесением покрытий на пластмассовые отпечатки.

Наборы или отдельные образцы имеют прямолинейные, дугообразные или

перекрещивающиеся дугообразные расположения неровности поверхности.

На каждом образце указаны значение параметра Ra (в мкм) и вид обработки

образца. Визуально можно удовлетворительно оценить поверхности с

Ra=0,6…0,8 мкм и более.

Стандартные образцы должны быть изготовлены из тех же материалов,

из которых изготавливаются детали, подлежащие контролю.

9.4. Оптические средства измерения шероховатости

Для измерения шероховатости оптическим способом применяют

приборы светового сечения типа МИС-11 и ПСС-2, микроинтерферометры

типа МИИ-4, МИИ-9, МИИ-11, МИИ-12, растровые измерительные

микроскопы типа ОРИМ-1 и др. При выборе метода и типа прибора

необходимо учитывать возможность контроля предписанного чертежом

параметра,

пределы измерения, допускаемые отклонения контролируемого

параметра, погрешность измерения и прибора, форму, размеры и материал

детали и другие факторы.

Наибольшее распространение из бесконтактных методов получили

методы светового сечения, теневой проекции, метод с применением растров,

микроинтерфереционные методы.

Принципиальная схема метода светового сечения приведена на рис.

9.3, а. Луч света от источника 1 через узкую

щель 2 и объектив 3 первого

(проектирующего) микроскопа проектируется на измеряемую поверхность,

которая имеет микронеровности высотой

h. В поле зрения второго

микроскопа, ось которого расположена под углом 90

к оси проектирующего

микроскопа, изображение щели будет иметь вид световой ступеньки, т. к. от

измеряемой поверхности отражаются два луча (от верхней и нижней частей

шероховатости). Эти лучи через объектив 4 и пластину со шкалой 5

попадают в окуляр 6. Размер световой ступеньки в окуляре служит мерой

высоты неровности

Принцип теневой проекции представляет собой видоизмененный

принцип светового сечения, в котором граница между светом и тенью

создается острием ножа.

Сущность растрового метода измерения шероховатости поверхности

состоит в том, что измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и

одновременно на изображение поверхности накладывается муаровая

картина, получаемая в результате переналожения штрихов исходного и

рабочего

растров. По искривлениям муаровых полос в зависимости от

шероховатости поверхности судят о величине неровности.

При микроинтерференционном методе измерения шероховатости

измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и одновременно на

изображение поверхности накладываются интерференционные полосы,

171

которые искривляются в зависимости от шероховатости поверхности. По

искривлению интерференционных полос определяют высоту неровностей.

Двойной микроскоп МИС-11 служит для измерения шероховатости

по параметру Rz. Характеристика прибора:

пределы измерения неровностей Rz: 80-1,6 мкм;

погрешность прибора: от +4 до +24 %;

увеличение микрообъектива: 5,8

; 10,6

; 18

; 34,5

;

числовая апертура: 0,13; 0,30; 0,37; 0,50;

общее увеличение прибора: 87

; 157

; 270

; 517

;

линейное поле зрения: 1,95; 1,08; 0,64; 0,33 мм.

Пределы измерений определяют выбором соответствующих

объективов. Принцип действия двойного микроскопа основан на методе

светового сечения.

в)

б)

Рис. 9.3. Двойной микроскоп МИС-11

Двойной микроскоп МИС-11 (рис. 9.3, в) имеет осветительный тубус

и микроскоп

1 , закрепленный в корпусе 4. Салазки корпуса перемещается по

кронштейну

6 маховиком 5 для предварительной установки на резкость.

Точная фокусировка осуществляется микроподачей

3. Винтом 9 изображение

щели переводят на середину поля зрения окуляра. Кольцом

8 регулируют

ширину щели. Измерения проводят окулярным микрометром

2 . Стол 12

перемещается винтами 10 и поворачивается в горизонтальной плоскости при

освобожденном винте

11.

Интерференционный микроскоп МИИ-4 предназначен для

визуальной оценки, измерения и фотографирования высоты неровностей

точно обработанных наружных поверхностей изделий. Пределы измерений

по параметрам Rz и Rmax составляют 0,8 - 0,1 мкм, а по параметрам S и Sm -

172

0,25 - 0,02 мм. Увеличение прибора при визуальном наблюдении-500

, при

фотографировании-290

; поле зрения-0,32 мм. Проверяемая поверхность

освещается белым и монохроматическим светом. Вариация показаний для

всех классов шероховатости не превышает 0,04 мкм.

В основу схемы измерения на этом приборе заложено явление

интерференции, образующейся в результате сложения световых лучей,

отраженных от измеряемой поверхности и от образцового зеркала,

поверхность которого можно считать практически гладкой.

Микроинтерферометр

МИИ-4 (рис.9.4) имеет массивное основание 7,

на котором установлен стол

1 с микрометрическими винтами 3. Изделие 2

укладывают на стол проверяемой поверхностью вниз. Винтом

6 фокусируют

прибор. Поворотом корпуса

4 и винта 5 изменяют ширину и направление

интерференционных полос.

Рис. 9.4. Микроинтерферометр МИИ-4

Головка

10 закрывает интерференционное зеркало шторкой, что

позволяет рассматривать поверхность без интерференции. Искривление

интерференционных полос измеряют окулярным микрометром

9 . Камера 8

служит для фотографирования.

9.5. Щуповые приборы для измерения шероховатости