ćwiczenie 1 - Marta Bogdan

WYDZIAŁ MECHANICZNY
Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji
Ćwiczenie nr
1
TEMAT:
SPRAWDZANIE PROSTYCH NARZĘDZI
POMIAROWYCH NA PRZYKŁADZIE
MIKROMETRU
ZADANIA DO WYKONANIA:
1. przeprowadzić ocenę stanu ogólnego,
2. sprawdzić jakość powierzchni pomiarowych w zakresie chropowatości,
3. sprawdzić płaskość powierzchni pomiarowych, obliczyć błąd płaskości,
4. skontrolować równoległość powierzchni pomiarowych,
5. zbadać nacisk pomiarowy kabłąka,
6. zbadać sztywność kabłąka,
7. wyznaczyć dokładność wskazań mikrometru.
8. dokonać oceny mikrometru w oparciu o dopuszczalne granice błędów
(tabela 4).
ZAŁĄCZNIKI:
• PN-82/M-53200 Narzędzia pomiarowe, Przyrządy mikrometryczne, wymagania.
• PN-80/M-53202 Narzędzia pomiarowe, Przyrządy mikrometryczne.
• Instrukcja nr 1 Prezesa PKNMiJ w sprawie okresowej legalizacji.
• Instrukcja nr 2 Prezesa PKNMiJ o sprawdzaniu mikrometrów.
• PN-74/M-54602 Płytki interferencyjne płaskie.
• Karta ewidencyjna przyrządu.
I.
Wprowadzenie
Sprawdzanie narzędzi i przyrządów pomiarowych, prowadzone okresowo lub na
specjalne żądanie, ma na celu ciągłe utrzymywanie ich w należytym stanie technicznym
zapewniającym prawidłowe działanie i ograniczenie błędów pomiaru do granic określonych
klasą dokładności. Sprawdzanie przeprowadza się według ściśle określonej procedury zawartej
w Instrukcji sprawdzania odrębnej dla każdego narzędzia pomiarowego. Podczas realizacji
kolejnych zadań wskazane jest postępować według sekwencji:
1. Dobrać właściwe narzędzie pomiarowe i metodę pomiarową (odpowiedniość wzorca,
dopuszczalny błąd pomiaru, ergonomia).
2. Zaplanować czynności pomiarowe uwzględniając ilość powtórzeń w serii, kolejność
pomiarów itp. (szkic pomiaru, tabelka dla zgromadzenia wyników).
3. Wykonać pomiary utrwalając wyniki, postępując zgodnie z planem.
4. Opracować wyniki (wartość średnia, oszacowanie niepewności pomiarowej e).
5. Sformułować wynik końcowy (uwzględniający wartość średnią i niepewność
pomiarową).
6. Porównać wynik końcowy z wartościami granicznymi (wartością dopuszczalną dla
danej klasy sprawdzanego przyrządu) podanymi w Polskiej Normie.
7. Wypełnić zgromadzonymi danymi kartę sprawdzania przyrządu i wydać ocenę
końcową.
II.
Sprawdzanie mikrometru
Wymagania stawiane przyrządom mikrometrycznym o wartości działki elementarnej
0,01 mm określa norma PN-82/M-53200, natomiast czynności związane z kontrolą
mikrometrów precyzuje instrukcja nr 2 PKNMiJ.
1. OCENA STANU OGÓLNEGO MIKROMETRU
Stan ogólny mikrometru kontroluje się po uprzednim oczyszczeniu wszystkich jego
powierzchni. Powierzchnie zabrudzone należy starannie przemyć benzyną ekstrakcyjną lub
innym rozpuszczalnikiem, a następnie wytrzeć do sucha.
Sprawdzanie narzędzia pomiarowego należy rozpocząć od jego identyfikacji.
Identyfikacji tej należy dokonać zgodnie z klasyfikacją ustaloną przez normę.
Pełne oznaczenie mikrometru wymaga podania następujących danych:
• symbolu mikrometru zgodnie z obowiązującą normą,
• zakresu pomiarowego,
• dokładności narzędzia,
• symbolu odmiany konstrukcyjnej według normy.
Po wykonaniu wyżej wymienionych czynności można przystąpić do sprawdzenie stanu
ogólnego mikrometru.
2
Obejmuje ono następujące czynności:
• sprawdzenie czy mikrometr posiada trwałe oznaczenie (znak wytwórcy, numer
fabryczny, numer inwentarzowy),
• sprawdzenie czy powierzchnie zewnętrzne mikrometru nie mają rdzawych plam,
zadrapań, pęknięć i zadr mogących kaleczyć ręce a także sprawdzenie czy części
radełkowane nie są ostre,
• sprawdzenie czy kreski podziałki wzdłużnej na tulei i kreski podziałki obwodowej na
bębnie są kontrastowe, a ich oznaczenia są poprawne i czytelne,
• sprawdzenie czy po zaciśnięciu zacisku wrzeciono nie obraca się przy pokręcaniu
sprzęgła,
• sprawdzenie czy wrzeciono po zwolnieniu zacisku obraca się swobodnie bez
wyczuwalnych luzów i zacięć oraz czy ruch bębna przy jego obrocie jest swobodny,
• sprawdzenie czy mikrometr nie wskazuje właściwości magnetycznych (występowanie
własności magnetyczne ustalamy przy użyciu odpowiedniego oprzyrządowania lub
opiłków stalowych. W przypadku gdy narzędzie pomiarowe wykazuje właściwości
magnetyczne należy je rozmagnesować).
Jako wyniki końcowy zadania zanotować istotne spostrzeżenia i uwagi.
2. SPRAWDZENIE JAKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH W ZAKRESIE
CHROPOWATOŚCI
Chropowatość powierzchni mierniczych, kowadełka i wrzeciona mikrometru, ze względu na
małą jej wartość, może być mierzona jedynie za pomocą interferometru. Ocenę chropowatości
kowadełka i wrzeciona pomijamy bądź dokonujemy poprzez wzrokowe porównanie ich
z wzorcami chropowatości.
3. SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH
Płaskość tak gładkich powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka kontroluje się za
pomocą szklanych płytek interferencyjnych (wzorców płaskości, PN-74/M-54602).
Podana metoda pomiarów płaskości wykorzystuje zjawisko powstawania prążków
interferencyjnych na płaskiej powierzchni płytki szklanej ustawionej pod niewielkim kątem do
powierzchni sprawdzanej (rys. 1.). Prążki te są widoczne w miejscach, gdzie grubość klina
powietrznego pomiędzy powierzchnią sprawdzaną a płytką interferencyjną jest równa
wielokrotności połowy długości fali światła λ użytego do pomiaru.
3
Rys. 1. Przykłady obrazów interferencyjnych uzyskanych na powierzchni idealnie płaskiej:
a) stosunkowo duży kąt klina powietrznego (kilka minut), b) kąt klina powietrznego o połowę
mniejszy, niż na szkicu poprzednim, c) zerowy kąt klina
Płaskość powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka należy sprawdzić przy pomocy
płaskiej płytki interferencyjnej, którą umieszcza się na sprawdzanej, uprzednio oczyszczonej
powierzchni z lekkim dociskiem, aby ukazał się obraz interferencyjny (rys. 2.).
Rys. 2. Sprawdzanie powierzchni pomiarowych mikrometru
Jeśli kontrolowana powierzchnia jest idealnie płaska, to prążki są prostoliniowe, równoległe
i równo oddalone od siebie. Przy zmniejszaniu się kąta klina powietrznego rozsuwają się, aż
do zupełnego zniknięcia przy zetknięciu. Jeżeli powierzchnia sprawdzana nie jest płaska, to
klin powietrzny istnieje samoistnie niezależnie od sposobu przyłożenia płytki interferencyjnej.
Uzyskane w tym wypadku prążki dają warstwicowy obraz sprawdzanej powierzchni.
4
Bląd płaskości (niepłaskość) wyznacza się wg wzoru:
∆
∗
2
gdzie:
λ - długość fali światła (światło białe - λ = 0,63pm)
- może być interpretowane w dwojaki sposób:
1) - jest liczbą prążków wtedy gdy tworzą one pierścienie zamknięte lub gdy ich obraz daje
się uzupełnić o przewidywalne połączenia prążków. (Należy tak zmieniać położenie
płytki interferencyjnej lekko dociskanej do sprawdzanej powierzchni aby liczba
prążków była jak najmniejsza),
2)
, gdzie - oznacza strzałkę ugięcia prążka, natomiast
- odległość między prążkami (rys. 3).
Podczas pomiaru należy oszacować wartość stosunku
klina powietrznego powoduje zmianę wartości
i
pamiętając, że każda zmiana kąta
nie wpływając na stosunek tych wartości.
Rys. 3. Przykłady obrazów interferencyjnych na powierzchni walcowej wypukłej
Sposób interpretacji związany jest najczęściej z kształtem badanej powierzchni. Sposób
pierwszy stosowany jest do pomiarów niepłaskości powierzchni mającej kształt czaszy kulistej
wklęsłej lub wypukłej często występującej na powierzchniach roboczych mikrometrów.
W zadaniu należy dokonać serii pomiarów osobno dla powierzchni wrzeciona i kowadełka,
zapisując wyniki w tabelce pomiarowej 1. Następnie wyliczyć wartości końcowe wielkości
mierzonych.
5
Tabela pomiarowa 1. Płaskość powierzchni wrzeciona i kowadełka
Kowadełko
Numer pomiaru
liczba prążków m
1
2
3
4
5
6
Wrzeciono
liczba prążków m
∆
e
4. SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH
Kontrolę nierównoległości powierzchni pomiarowych mikrometru można wykonać
kilkoma sposobami, przy czym najczęściej stosowana jest metoda interferencyjna. Zakres
zastosowań tej metody jest jednak ograniczony, gdyż ze względu na maksymalne wymiary
płytek interferencyjnych jest stosowana do mikrometrów o zakresie pomiarowym do 100 mm.
Pomiary wykonuje się kompletem czterech szklanych płytek interferencyjnych mających
płasko-równoległe powierzchnie pomiarowe (wzorce płaskości i równoległości). Szkła
wchodzące w skład kompletu różnią się pomiędzy sobą grubością. Różnice te wynoszą około
0,125 mm, co odpowiada
długości skoku śruby mikrometrycznej. Pozwala to na ocenę
wartości nierównoległości dla różnych wzajemnych ustawień kątowych kowadełka
i wrzeciona, w czterech położeniach kątowych wrzeciona co 90°, przy tym do oceny
mikrometru bierze się wartość maksymalną. Sposób pomiaru nierównoległości wyjaśniono na
rys. 4.
Rys. 4. Przykład pomiaru nierównoległości powierzchni kowadełka i wrzeciona płytką
interferencyjną płasko-równoległą
6
Wartość nierównoległości wyznacza się ze wzoru:
2
gdzie:
i
– sa liczbami prążków odpowiednio na kowadełku i na wrzecionie,
– długość fali światła przy pomiarze (światło białe 0,63μm).
W celu przeprowadzenia sprawdzania równoległości powierzchni pomiarowych (rys. 5) należy
umieścić kolejno każdą z czterech płytek interferencyjnych między kowadełkiem i wrzecionem
zaciskając ją siłą wynikającą z obrotu sprzęgła, przesuwając ją jednocześnie i lekko pochylając
tak, aby z jednej strony uzyskać jak najmniejszą liczbę prążków interferencyjnych. Jeśli prążki
nie znikną całkowicie, to najmniejszą ich liczbę uzyskuje się gdy skrajny prążek tworzy linię
zamkniętą. Należy wtedy przerwać ustawianie i policzyć liczbę prążków z obu stron płytki
łącznie. Dokonane pomiary zapisać w tabeli pomiarowej 2. Obraz prążków naszkicować
w okrągłych polach (rys. 6). Następnie wyliczyć wartości wielkości mierzonych.
Rys. 5. Sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka za
pomocą płytek interferencyjnych
Tabela pomiarowa 2. Równoległość powierzchni pomiarowych
Numer pomiaru
Płytka 1
(
!)
Płytka 2
(
!)
Płytka 3
(
!)
Płytka 4
(
!)
1
2
3
4
5
6
"!
∆#
e
Jako błąd równoległości dla danego przyrządu przyjmuje się maksymalną wartość
ze wszystkich czterech położeń kątowych wrzeciona.
uzyskaną
7
wrzeciono
kowadełko
Wymiar płytki interferencyjnej: ………………………………..
wrzeciono
kowadełko
Wymiar płytki interferencyjnej:………………………………..
wrzeciono
kowadełko
Wymiar płytki interferencyjnej:………………………………..
wrzeciono
kowadełko
Wymiar płytki interferencyjnej:………………………………..
Rys. 6. Obraz interferencyjny powierzchni
8
5. SPRAWDZENIE NACISKU POMIAROWEGO
Zamocować mikrometr w uchwycie, tak by zacisk znalazł się w połowie długości
kabłąka. Zawiesić na wrzecionie mikrometru szalkę urządzenia do obciążania. Zwolnić zacisk
mikrometru tak, aby wrzeciono swobodnie się obracało podczas pokręcania sprzęgiełkiem.
Podczas sprawdzania, obciążenie wrzecionka należy powiększać stopniowo, aż do takiej
wartości, przy której sprzęgło nie jest w stanie obracać bębnem. Obciążenie to jest równe
naciskowi pomiarowemu który wywołuje sprzęgło. Sposób sprawdzania nacisku pomiarowego
wyjaśniono na rys. 7. Pomiar ten przeprowadza się zwykle w dwóch miejscach zakresu
pomiarowego. Siła nacisku pomiarowego powoduje odkształcenie się kabłąka zwiększając tym
samym niedokładność pomiaru. Stąd też zachodzi potrzeba badania sztywności kabłąka.
Rys. 7. Wyznaczenie siły nacisku pomiarowego mikrometru; 1 - mikrometr,
2 - sprzęgło, 3 - odważnik, 4 – szalka
6. SPRAWDZANIE SZTYWNOŚCI KABŁĄKA
Zamocować mikrometr w uchwycie, tak by zacisk znalazł się na końcu kabłąka,
w pobliżu kowadełka. Zawiesić na wrzecionie mikrometru urządzenie do obciążania. Zwolnić
zacisk mikrometru tak, aby wrzeciono swobodnie się obracało podczas pokręcania
sprzęgiełkiem. Podczas badania sztywności kabłąka należy dwukrotnie zmierzyć płytkę
wzorcową, pierwszy raz mikrometrem nieobciążonym, drugi - obciążonym. W tym celu należy
umieścić pomiędzy powierzchniami pomiarowymi mikrometru płytkę wzorcową i dokonać jej
pomiaru. Następnie zawiesić na urządzeniu do obciążania obciążnik. Dokonać ponownego
pomiaru płytki wzorcowej. Sposób wykonania tego badania wyjaśnia rys. 8.
W razie konieczności należy dokonać interpolacji wskazań mikrometru do 0,001 mm.
Różnica między wskazaniami mikrometru obciążonego i nieobciążonego jest spowodowana
ugięciem kabłąka. Wyznaczyć ugięcie kabłąka mikrometru.
Sztywność kabłąka w przybliżeniu można wyrazić wzorem:
%
$
∆
gdzie: % - siła zewnętrzna (około 50 N),
∆ - różnica wskazań mikrometru.
9
Rys. 8. Pomiar odkształceń mikrometru; 1 - kabłąk mikrometru, 2 - wrzeciono,
3 - wieszak, 4 - płytka wzorcowa, 5 – odważnik
7. DOKŁADNOŚĆ WSKAZAŃ MIKROMETRU
Ostatnim etapem sprawdzenia mikrometru jest określenie dokładności wskazań mikrometru.
Przy sprawdzaniu mikrometru rozróżnia się dwa rodzaje błędów wskazań:
• błąd wskazania zerowego &' (dolnej granicy zakresu pomiarowego),
• błąd w całym zakresie wskazań &( .
Błąd wskazania zerowego &' wyznacza się dla mikrometru o zakresie 0÷25 mm poprzez
doprowadzenie do zetknięcia kowadełka z wrzecionem z siłą nacisku sprzęgła. Błąd wskazania
&( w całym zakresie pomiarowym wyznacza się dokonując pomiarów płytek wzorcowych
o różnych wymiarach.
Dokonać sprawdzenia dokładności wskazań mikrometru poprzez pomiar płytek
wzorcowych. Wymiary płytek dobrać tak, aby wskazania mikrometru były równomiernie
rozłożone w kilku punktach zakresu pomiarowego z uwzględnieniem położeń wrzeciona co 1/4
skosu śruby mikrometrycznej (0,12 lub 0,13 mm).
Zalecane punkty kontroli to:
)
*
)
* 5,12
)- * 10,25
)
* 15,37
)/ * 20,50
)0 * 25,00
gdzie * jest dolną granicą zakresu pomiarowego.
W zadaniu należy dokonać serii pomiarów osobno dla każdego z sześciu wymiarów
wzorcowych )( , zapisując wyniki 1( w tabeli pomiarowej 3.
Odczytów dokonywać z dokładnością do 1/10 działki elementarnej (oszacowanie wartości do
1μm). Następnie wyliczyć wartości średnie 12 wielkości mierzonych i wykonać wykres błędu
10
wskazania mikrometru ∆3 w funkcji mierzonego wymiaru 1. Przykładową krzywą
przedstawiono na rysunku 9.
Tabela pomiarowa 3. Dokłądność wskazań mikrometru
Numer
4
4!
45
mm
mm
mm
pomiaru
1
2
3
4
5
6
;;;
9:
∆<=
46
mm
47
mm
48
mm
12 > )(
e
Błąd wskazań C= , 10 -3 mm
W analizie wyników uwzględnić uzyskane wartości niepewności pomiarowej i orzec
o prawidłowości wykonania zadania.
0
5,12
10,25
15,37
20,50
25,00
Punkty sprawdzania, mm
Rys. 9. Krzywa błędów wskazań mikrometru
Tabela 4. Tolerancje i graniczne błędy dopuszczalne mikrometru wg DIN 863
Dolna granica
Tolerancja
Błąd
Błąd
zakresu
Tolerancja równoległości
Błąd
śruby i dolnej
pomiarowego płaskości (dopuszczalne
wskazań Liczba prążków
nakrętki granicy
A
odchylenie)
interferencyjnych
?@
od
do
F
?A
B&'
B&(
mm
µm
0
25
2
2
4
6
25
50
2
2
4
6
0,9
3
50
75
3
3
5
10
75
100
3
3
5
10
11