SPRAWDZANIE PROSTYCH NARZĘDZI POMIAROWYCH NA PRZYKŁADZIE MIKROMETRU

Transkrypt

1 WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji TEMAT: Ćwiczenie nr 1 SPRAWDZANIE PROSTYCH NARZĘDZI POMIAROWYCH NA PRZYKŁADZIE MIKROMETRU ZADANIA DO WYKONANIA: 1. przeprowadzić ocenę stanu ogólnego,. 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-8/M-5300 Narzędzia pomiarowe, Przyrządy mikrometryczne, wymagania. PN-80/M-530 Narzędzia pomiarowe, Przyrządy mikrometryczne. Instrukcja nr 1 Prezesa PKNMiJ w sprawie okresowej legalizacji. Instrukcja nr Prezesa PKNMiJ o sprawdzaniu mikrometrów. PN-74/M-5460 Płytki interferencyjne płaskie. Karta ewidencyjna przyrządu.

2 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).. 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 określa norma PN-8/M-5300, natomiast czynności związane z kontrolą mikrometrów precyzuje instrukcja nr 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.

3 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.. 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-5460). 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

4 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..). Rys.. 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

5 Bląd płaskości (niepłaskość) wyznacza się wg wzoru: 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), ), gdzie - oznacza strzałkę ugięcia prążka, natomiast - odległość między prążkami (rys. 3). Podczas pomiaru należy oszacować wartość stosunku pamiętając, że każda zmiana kąta klina powietrznego powoduje zmianę wartości i 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

6 Tabela pomiarowa 1. Płaskość powierzchni wrzeciona i kowadełka Kowadełko Numer pomiaru liczba prążków m e Wrzeciono liczba prążków m 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. 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 0,15, 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

7 Wartość nierównoległości wyznacza się ze wzoru: gdzie: i sa liczbami prążków odpowiednio na kowadełku i na wrzecionie, długość fali światła przy pomiarze (światło białe - 0,63 μm). 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. 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. Równoległość powierzchni pomiarowych Numer pomiaru Płytka 1 (! ) Płytka (! ) Płytka 3 (! ) Płytka 4 (! ) "! # e Jako błąd równoległości dla danego przyrządu przyjmuje się maksymalną wartość uzyskaną ze wszystkich czterech położeń kątowych wrzeciona. 7

8 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

9 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, - 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. 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

10 Rys. 8. Pomiar odkształceń mikrometru; 1 - kabłąk mikrometru, - 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 5 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 (0,1 lub 0,13 ). Zalecane punkty kontroli to: ) * ) *5,1 ) - *10,5 ) *15,37 ) / *0,50 ) 0 *5,00 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 1 wielkości mierzonych i wykonać wykres błędu 10

11 wskazania mikrometru 3 w funkcji mierzonego wymiaru 1. Przykładową krzywą przedstawiono na rysunku 9. Tabela pomiarowa 3. Dokłądność wskazań mikrometru Numer pomiaru 4 4! ;;; 9 : < = 1 >) ( e W analizie wyników uwzględnić uzyskane wartości niepewności pomiarowej i orzec o prawidłowości wykonania zadania. Błąd wskazań C =, ,1 10,5 15,37 0,50 5,00 Punkty sprawdzania, 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 nakrętki granicy Liczba prążków A odchylenie) interferencyjnych od A F B& ' B& ( µm ,