POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji

Transkrypt

1 POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji TEMAT : Ćwiczenie nr 3 POMIARY WYMIARÓW ZEWNĘTRZNYCH, WEWNĘTRZNYCH, MIESZANYCH i POŚREDNICH ZADANIA DO WYKONANIA: 1. sprawdzić poprawność wykonania powierzchni walcowej zewnętrznej φ... Pomiary wykonać w kilku płaszczyznach i kierunkach celem oceny odchyłek kształtu (odchyłek okrągłości i walcowości). (Wymiar nominalny oraz parametry pola tolerancji poda prowadzący) 2. sprawdzić poprawność wykonania powierzchni walcowej wewnętrznej φ... (Sposób wykonania pomiarów taki sam jak w poprzednim zadaniu) 3. zmierzyć wysokości stopni wałka stopniowanego (wymiar mieszany). 4. zmierzyć odległość między osiami kołków lub otworów (wymiar pośredni). ZAŁĄCZNIKI: PN-89/M Podstawy zamienności, Układ tolerancji i pasowań, Tolerancje i odchyłki podstawowe wymiarów do 3150 mm. M. Bartoszuk, Z. Zalisz, Opole 2002 r.

2 I. Wprowadzenie Wymiary liniowe są najbardziej rozpowszechnionymi w budowie maszyn rodzajami wymiarów. Sposoby pomiaru, czy sprawdzania wymiarów liniowych stanowią obszerne i złożone zagadnienia, toteż do ich wyznaczania używa się wielu, ogromnie zróżnicowanych narzędzi, przyrządów i maszyn pomiarowych. Zasadniczym warunkiem poprawności wykonania pomiarów, zarówno wymiarów rzeczywistych, odchyłek wymiarowych jak i odchyłek kształtu, jest wybór odpowiedniej metody pomiarowej oraz właściwego sprzętu pomiarowego. Podstawowym kryterium tego wyboru są: dopuszczalny błąd i niepewność pomiaru, szybkość oraz prostota wykonania pomiaru. Wymiarami nominalnymi nazywa się wymiary przedmiotów podawane na rysunkach. Wymiary rzeczywiste wynikają z położenia pola tolerancji (muszą się mieścić w polu tolerancji) i błędów wykonania, mogą więc być inne od wymiarów nominalnych. W zależności od usytuowania na przedmiocie rozróżnia się: a) wymiary zewnętrzne (z), jak: długość, szerokość lub wysokość przedmiotu, średnica wałka, grubość ścianki przedmiotu wydrążonego itd. (rys. 1a), b) wymiary wewnętrzne (w), jak: średnica otworu, szerokość rowka itd. (rys. 1b), a) b) w z z w z c) d) m m p p p Rys. 1. Wymiary liniowe: a) zewnętrzne, b) wewnętrzne, c) mieszane, d) pośrednie 2

3 c) wymiary mieszane (m), jak: głębokość rowka, wysokość nadlewka itd. (rys. 1c), przy czym często wymiary te, w zależności od kolejności obróbki powierzchni, mają charakter wymiaru zewnętrznego lub wewnętrznego i wtedy noszą nazwę wymiarów mieszanych typu zewnętrznego lub wewnętrznego; np. jeżeli w przedmiocie przedstawionym na rys. 1c z lewej strony najpierw będzie obrabiana płaszczyzna A, a potem rowek (np. na strugarce), to wymiar a głębokości rowka będzie wymiarem mieszanym typu wewnętrznego, ponieważ przy wykonywaniu rowka jego dno będzie się oddalać od płaszczyzny A, a zwiększanie się wymiaru obróbkowego aż do osiągnięcia wartości żądanej (rys. 1c do wartości a ) jest cechą charakterystyczną wymiarów wewnętrznych; odwrotnie - przy obróbce powierzchni, których wzajemna odległość jest określona wymiarem zewnętrznym, powierzchnie te zbliżają się ku sobie. d) wymiary pośrednie (p), tj. takie, których nie można zmierzyć bezpośrednio, a więc: odległość osi otworu od ściany przedmiotu, rozstawienie otworów itd. (rys. 1d); wymiary te mogą być również niekiedy typu zewnętrznego lub wewnętrznego. Ze względu na żądaną dokładność wykonania wymiary dzieli się na: a) swobodne, tj. takie, których rzeczywista wartość nie odgrywa większej roli; dla wymiarów takich nie podaje się tolerancji, b) tolerowane, których rzeczywista wartość musi się zawierać w określonych granicach, c) teoretyczne, dla których nie przewiduje się żadnych odchyłek; są to zwykle wymiary potrzebne do obliczania wymiarów narzędzi, sprawdzianów lub uchwytów. 3

4 II. Przegląd podstawowych przyrządów pomiarowych Narzędzia suwmiarkowe Najbardziej popularnym narzędziem służącym do pomiarów wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych jest suwmiarka uniwersalna (rys. 1.). Uniwersalny charakter suwmiarki sprawia, że przyrząd ten jest powszechnie stosowany w warunkach produkcyjnych. Wartość działki elementarnej tego narzędzia wynosi w zależności od rodzaju naciętego noniusza lub 0.05 mm, rzadziej 0.02 mm. Dokładność pomiaru uzależniona jest od precyzji wykonania suwmiarki oraz jej stanu. Rys. 1. Suwmiarka uniwersalna; 1 podziałka kreskowa prowadnicy, 2 - podziałka kreskowa suwaka, 3 szczęka krawędziowa wewnętrzna, 4 szczęka płaskokrawędziowa, 5 zacisk, 6 powierzchnia pomiarowa płaska Suwmiarka ma liczne wady konstrukcyjne, takie jak mała sztywność, niespełnianie postulatu Abbego (wzorzec i mierzony wymiar nie są usytuowane w jednej osi), luzy na prowadnicach itp. Wady te predestynują suwmiarkę jedynie do pomiaru mało dokładnych części maszyn, a także tam, gdzie wymagana jest prostota i szybkość pomiaru. Zakres pomiarowy suwmiarki wynosi dla wymiarów zewnętrznych od 0 do 200 mm, a dla wymiarów wewnętrznych od 5 do 500 mm. Do pomiarów wymiarów mieszanych służą głębokościomierze lub wysokościomierze suwmiarkowe (rys. 2 i rys. 3.). Niedokładność pomiaru tymi przyrządami jest z reguły większa od niedokładności pomiaru suwmiarkami uniwersalnymi. Wynika to głównie z trudności w prawidłowym ustawieniu przyrządu w czasie pomiaru. Wartość działki elementarnej tych przyrządów wynosi 0.1 lub 0.05 mm (rzadziej 0.02 mm), a zakres pomiarowy od 0 do 500 mm. 4

5 Rys. 2. Głębokościomierz suwmiarkowy; 1 prowadnica, 2 suwak, 3 powierzchnia pomiarowa płaska Rys. 3. Wysokościomierz suwmiarkowy; 1 prowadnica, 2 - suwak, 3 zacisk, 4 szczęka płaskokrawędziowa, 5 rysik, 6 powierzchnia pomiarowa płaska 5

6 Mikrometry Zastosowanie do tych narzędzi jako wzorca dokładnej śruby o skoku 0.5 mm, znacznie zwiększa w porównaniu z suwmiarką sztywność, a także, jako że kierunek pomiaru pokrywa się z osią wzorca, pozwala na znacznie dokładniejszy i pewniejszy pomiar. Wartość działki elementarnej tych narzędzi w większości przypadków wynosi 0.01 mm. Na rysunku 4 przedstawiono mikrometr zewnętrzny. Zakres pomiarowy takich mikrometrów mieści się w granicach od 0 do 1000 mm, przy czym do 200 mm stopniowane są co 25 mm, w pozostałym zakresie co 75 mm. Rys. 4. Mikrometr zewnętrzny; 1 wrzeciono, 2 - kabłąk, 3 tuleja, 4 bęben, 5 sprzęgło, 6 kowadełko stałe, 7 zacisk, 8 nakładka izolacyjna, 9 powierzchnia pomiarowa płaska, 10 powierzchnia pomiarowa kulista Pomiarów wymiarów wewnętrznych można dokonywać za pomocą mikrometrów wewnętrznych lub średnicówek mikrometrycznych. Mikrometr wewnętrzny różni się od zewnętrznego jedynie budową szczęk pomiarowych. Jego zakres pomiarowy wynosi najczęściej od 5 do 55 mm. Wymiary mieszane mierzy się za pomocą głębokościomierzy mikrometrycznych (rys. 5.). Sposób pomiaru jak i rodzaj błędów pomiaru są takie same jak dla głębokościomierza suwmiarkowego. Różnicę między tymi przyrządami stanowi jedynie wyższa dokładność pomiaru uzyskiwana za pomocą głębokościomierza mikrometrycznego, którego 6

7 wartości działki elementarnej wynosi 0.01 mm. Zakres pomiarowy narzędzia wynosi 100 mm. Rys. 5. Głębokościomierz mikrometryczny; 1 wrzeciono, 2 - powierzchnia pomiarowa płaska, 3 tuleja, 4 bęben, 5 sprzęgło, 6 stopa Uniwersalne przyrządy czujnikowe Przyrządy czujnikowe do pomiaru wymiarów liniowych dzieli się wg zasady działania na czujniki: - machaniczne, - optyczno-mechaniczne, - elektryczne, - pneumatyczne. Najczęściej stosowanym czujnikiem mechanicznym do porównawczych pomiarów zewnętrznych jest czujnik zegarowy (rys. 6.). Ruch posuwowy trzpienia pomiarowego jest, za pomocą przekładni zębatej, zamieniany na ruch obrotowy wskazówki dużej. Jednemu obrotowi wskazówki dużej odpowiada 1 mm przesuwu trzpienia pomiarowego. Wartość działki elementarnej przeważającej większości czujników tego typu wynosi 0.01 mm, a zakres pomiarowy 10 mm. Rzadziej stosowane są czujniki o wartości działki elementarnej mm lub mm i zakresach pomiarowych wynoszących odpowiednio 1 mm lub 5 mm. Połączenie czujnika zegarowego z dodatkowym zespołem dźwigni nosi nazwę średnicówki czujnikowej (rys. 7.). Średnicówki czujnikowe służą do pomiarów porównawczych wymiarów wewnętrznych, w szczególności otworów i pozwalają mierzyć odchyłki od wymiaru nominalnego otworów o średnicy od kilku do kilkuset milimetrów. 7

8 Rys. 6. Czujnik zegarowy; 1 trzpień pomiarowy, 2 kowadełko wymienne, 3 tuleja, 4 i 5 nastawne wskazówki, 6 podziałka o wartości działki elementarnej, 7 ucho, 8 wskazówka duża, 9 wskazówka mała, 10 tarcza z podziałką, 11 - obudowa Osobnym zagadnieniem jest wzorcowanie średnicówki czujnikowej (rys. 8.). Wzorcowanie to przeprowadza się w uchwycie do płytek wzorcowych, zaopatrzonym w odpowiednie wkładki płaskorównoległe. W tym celu układa się stos płytek wzorcowych na wymiar nominalny mierzonej średnicy i mocuje się go w uchwycie. Następnie średnicówkę wychyla się w dwóch płaszczyznach - pionowej i poziomej, a jako punkt zerowy czujnika (wskazanie 0) przyjmuje się punkt zwrotny wskazówki czujnika. Czynności te powtarza się aż do uzyskania wspólnego punktu zwrotnego (zerowego) dla obu płaszczyzn. 8

9 Rys. 7. Średnicówka czujnikowa; 1 czujnik zegarowy, 2 śruba mocująca czujnik, 3 chwyt, 4 tuleja, 5 korpus, 6 końcówka pomiarowa przesuwna, 7 wymienna końcówka pomiarowa stała, 8 mostek środkujący, 9 nakrętka mocująca, 10 dźwignia, 11 - popychacz 9

10 Rys. 8. Wzorcowanie średnicówki czujnikowej; 1 i 2 położenia błędne, 3 właściwe położenie średnicówki, 4 uchwyt do płytek wzorcowych, 5 stos płytek wzorcowych 10

11 III. Wykonanie zadań pomiarowych Procedura wykonania zadania pomiarowego 1 i 2 1. Określenie wymiarów granicznych przedmiotu Zadanie 1. Obliczyć wymiary graniczne sprawdzanego wałka φ... (odczytać z tablic PN-93/M odchyłkę podstawową i tolerancję T w wałka i wyliczyć:) odchyłka podst....= T w =... A w =... B w =... Zadanie 2. Obliczyć wymiary graniczne sprawdzanego otworu φ... (odczytać z tablic PN-93/M odchyłkę podstawową i tolerancję T o otworu i wyliczyć:) odchyłka podst....= T o =... A o =... B o = Wybrać odpowiedni do zadania przyrząd pomiarowy (graniczny błąd pomiaru e = T) - sprawdzić i przygotować przyrząd do pomiarów - oczyścić ze smaru ochronnego, - zainstalować potrzebne elementy wyposażenia, - ustawić wskazanie zerowe średnicówki czujnikowej dla wartości wzorcowej x p złożonej z płytek wzorcowych. - przystąpić do mierzenia przedmiotu zgodnie z pkt Położyć przedmiot mierzony na płaskiej powierzchni stolika pomiarowego. Pomiary wykonać wybranym przyrządem pomiarowym zgodnie z planem (poniższy szkic pomiarowy + tabelka), co umożliwi później wyznaczenie niepewności pomiaru a następnie analizę błędów kształtu sprawdzanych przedmiotów - odchyłki okrągłości w przekrojach poprzecznych (kierunki a i b) i odchyłkę walcowości w przekroju wzdłużnym (przekroje I, II i III ), a I I III I II III a b b Rys. 9. Szkic pomiarowy walca Rys. 10. Szkic pomiarowy otworu 11

12 Tabela 1. Tabela pomiarowa 1 I II III a - a b - b a - a b - b a - a b - b x a a, I II x b b x, x, x III _ X UWAGA. W tabeli należy umieszczać odczytane z przyrządu z dokładnością odczytu do 1/10 działki elementarnej (dla umożliwienia wyznaczenia niepewności pomiarowej) albo wartości odczytanych wymiarów x i (suwmiarka, mikrometr) lub odchyłek α i (wraz ze znakiem - lub +) (czujnik, średnicówka) podając je w milimetrach, albo obliczanych sukcesywnie wymiarów x i = x p + α i., także podawanych w milimetrach. W przypadku odczytywania odchyłek wymiary będą wyliczane dla wypełnienia dolnych pól tabeli o pogrubionych liniach. 4. Opracować wyniki pomiarów: - obliczyć średnie arytmetyczne x a-a i x b-b - wyników z odczytów dla kierunków a i b, x I, x II,i x III w przekrojach I, II, i III i ostatecznie X jako wartość średnią ze wszystkich powtórzeń (wpisać w odpowiednie miejsca w tabeli). - obliczyć średnie odchylenie kwadratowe Sr średniej arytmetycznej, przyjmując jako liczbę powtórzeń w serii wartości: n = 6 dla kierunków a lub b (t 0.05, 5 = 2.571) n = 12 dla przekrojów I, II lub III (t 0.05, 11 = 2,201) n = 36 dla X (t 0.05, 35 = 2.000) 12

13 - wyliczyć wartości niepewności pomiarowej e = t α,k * Sr dla otrzymanych wartości średnich x a-a, x b-b, x I, x II, x III oraz _ X. - porównać otrzymane wyniki ostateczne z wymiarami granicznymi wałka lub otworu, aby dowiedzieć się czy są spełnione warunki poprawnego wykonania: A w < _ X ± e x < B w (wałka wymiaru zewnętrznego) A o < _ X ± e x < B o (otworu wymiaru wewnętrznego) - porównać odpowiednie przedziały niepewności pomiarowych ±e z tolerancją przedmiotu T, i ocenić czy spełnione są warunki optymalnego wyboru przyrządu pomiarowego i metody pomiarowej. - ustalić istotność stwierdzonych odchyłek kształtu poprzez porównanie ich z odpowiednią wyliczoną niepewnością pomiaru ±e. - zapisać wynik poprawiony i sformułować wnioski końcowe (adekwatne do treści zadania) : X = _ X ± e x Procedura wykonania zadania pomiarowego 3 i 4 Zadania 3 i 4 wykonać według własnej koncepcji kierując się przedstawioną procedurą postępowania. 13