Upload
hakhue
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH
POZNAŃ III.2017
© ZMiSP
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a
ul. Jana Pawła II 24 60-965 POZNAŃ (budynek Centrum Mechatroniki, Biomechaniki i Nanoinżynierii)
www.zmisp.mt.put.poznan.pl tel. +48 61 665 35 70 fax +48 61 665 35 95
2
1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest ocena charakterystyk metrologicznych wybranych przyrządów po-
miarowych.W ćwiczeniu zostanie podany sprawdzaniu: mikromierz oraz sprawdzian do wał-
ków i sprawdzian do otworów.
W oparciu o otrzymane wyniki należy ocenić parametry metrologiczne sprawdzanych
przyrządów.
2. ZAKRES OBOWIĄZUJĄCEGO MATERIAŁU
• rodzaje przyrządów mikrometrycznych [1, 2],
• charakterystyki metrologiczne mikromierzy [1, 2],
• sprawdziany do wałków i otworów [2].
3. LITERATURA
1. Jakubiec W., Malinowski J., Metrologia wielkości geometrycznych. WNT, Warszawa
1999, str. 140 – 144.
2. Paczyński P., Metrologia techniczna. Przewodnik do wykładów ćwiczeń i laboratoriów.
Wyd. Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, Politechnika Poznańska, Poznań
2003. str. 19 – 34
4. SPRAWDZANIE MIKROMIERZA
4.1 OPIS STANOWISKA
W skład stanowiska do sprawdzania charakterystyk metrologicznych mikromierza
wchodzi (rys.4.1):
1. komplet płytek wzorcowych,
2. komplet płytek interferencyjnych,
3. statyw,
4. mikromierz cyfrowy, zakres pomiarowy 0-25 [mm].
Rys. 4.1. Stanowisko do wyznaczania charakterystyk metrologicznych mikromierza
1
2
4
3
3
4.2 SPRAWDZENIE STANU OGÓLNEGO:
• stan powierzchni pomiarowych, poprawność i czytelność działek, prawność działania
wyświetlacza
• płynność ruchów wrzeciona, zacisk wrzeciona, działanie sprzęgła,
• błąd wskazania dolnego zakresu pomiarowego.
4.3 SPRAWDZENIE DOKŁADNOŚCI WSKAZAŃ W CAŁYM ZAKRESIE POMIARO-WYM:
• uwzględniając dolną granicę zakresu pomiarowego mikrometru A określić punkty pomiarowe według tabeli 4.1,
• dobrać odpowiednie wymiary płytek wzorcowych, • wykonać pomiary dla tak dobranych płytek wzorcowych, • wyniki pomiarów umieścić w tabeli 4.1, • przedstawić graficznie wykres odchyłek wskazań.
Tabela 4.1. Sprawdzenie dokładności wskazań
Lp.
Wymiar płytki wzorcowej
[mm]
Wymiar płytki Wzorcowej Wi
[mm]
Wskazanie mikromierza Xi
[mm]
Błąd wskazań fi= Xi – Wi
[mm] 1 A + 0,0 2 A + 2,5
… 10 A + 22,8 11 A + 25,0
4.4 SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH
Płaskość powierzchni pomiarowej wrzeciona (rys. 4.2)
należy sprawdzić przy pomocy płaskiej płytki interferencyj-
nej, którą umieszcza się na sprawdzanej (bardzo starannie
oczyszczonej) powierzchni z lekkim dociskiem, aby ukazał
się obraz interferencyjny (rys. 4.3).
Według tej samej procedury należy sprawdzić po-
wierzchnię kowadełka.
Uwaga: obserwowane prążki są kolorowe, jako poje-
dynczy prążek traktujemy zestaw kolorów tęczy.
Rys. 4.2. Sprawdzanie powierzchni
pomiarowej wrzeciona
4
Błąd płaskości oblicza się ze wzoru:
2
λmp = (4.1)
gdzie:
m – odchylenie prążka od prostoliniowości, jeśli za jedność przyjmie się odległość
między sąsiednimi prążkami, lub liczba prążków, jeśli tworzą one krzywe
zamknięte,
λ – długość fali światła stosowanego do badań; jeśli obserwacje prowadzi się
w świetle dziennym, to przyjmuje się λ = 0,6 µm.
Rys. 4.3. Sprawdzanie płaskości powierzchni pomiarowych:
a) powierzchnia płaska, b) powierzchnia wypukła,
c) powierzchnia wklęsła, d) powierzchnia walcowa;
1 - płytka interferencyjna, 2 - przedmiot mierzony
4.5 SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH
Do sprawdzania równoległości powierzchni pomiarowych mikromierza używamy całego
kompletu płytek interferencyjnych (cztery sztuki). Wymiary płytek są tak dobrane, aby różni-
ły się między sobą o 1/4 (w przybliżeniu) skoku śruby mikrometrycznej. Umożliwia to spraw-
dzenie równoległości powierzchni kowadełka i wrzeciona w czterech położeniach kątowych
wrzeciona co 90°.W celu przeprowadzenia sprawdzenia równoległości powierzchni pomiaro-
wych mikromierza należy kolejno każdą z płytek interferencyjnych:
• umieścić płytkę między kowadełkiem i wrzecionem (rys. 4.4),
• zacisnąć płytkę siłą wynikającą z obrotu sprzęgła, przesuwając ją jednocześnie
i lekko pochylając tak, aby uzyskać jak najmniejszą liczbę prążków interferencyjnych.
Jeżeli prążki nie znikną całkowicie, to najmniejszą ich liczbę uzyskuje się gdy skrajny prą-
żek tworzy linię zamkniętą. Należy wtedy przerwać ustawianie i policzyć liczbę prążków
z obu stron płytki łącznie. Błąd równoległości wyznacza się z następującego wzoru:
5
2
)(21
λmmr += (4.2)
gdzie:
m1,m2– liczba prążków na powierzchni kowadełka, wrzeciona,
λ – długość fali użytego światła.
Rys. 4.4. Sprawdzanie równoległości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka za pomocą płytek in-
terferencyjnych
Jako błąd równoległości dla danego przyrządu przyjmuje się maksymalną wartość uzyskaną ze wszystkich czterech położeń kątowych wrzeciona !
Tabela 4.2. Mikromierze – tolerancje i graniczne błędy dopuszczalne
Dolna granica zakresu
pomiarowego A
Tolerancja płaskości
Tolerancja równoległo-
ści
Wartość błędu pary gwintowej
Błąd dla dolnego zakresu
Błąd graniczny
Dopuszczalna różnica wskazań
dla P = 10 N Δ
[µm/10 N] (sztywność kabłąka)
Nacisk Pomiarowy
od do Tp Tr F = fi max - fi min ±fA ±fi min. maks.
[mm] [µm] [N]
0 25
0,9
2
3
2 4 2
5 10
50 75 3 3 5 3
100 125 4 4 6 4(dla 100)
5(dla 125)
150 175 5 5 7 6
200 225 6 6 8 8
250 275 7 7 9 9
6
5. SPRAWDZANIE SPRAWDZIANÓW DO OTWORÓW I WAŁKÓW
5.1 OPIS STANOWISKA DO MIERZENIE SPRAWDZIANÓW DO OTWORÓW
W skład stanowiska do sprawdzania sprawdzianów do otworów wchodzi (rys.5.1):
1. płytki wzorcowe do ustawiania wymiarów nominalnych,
2. czujnik z skalą mikrometryczną,
3. statyw,
4. sprawdzian tłoczkowy.
Rys. 5.1. Stanowisko do sprawdzania sprawdzianów do otworów
5.2 POMIAR SPRAWDZIANU DO OTWORÓW
Wykonać pomiary strony przechodniej (Smin) i nieprzechodniej (Smax) sprawdzianu do
otworów w punktach pomiarowych zaznaczonych na rys. 5.2.
Rys. 5.2. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na sprawdzanie tłoczkowym
2
4
3
1
1
2
3
4
1
2
3
4
I II
I II
7
Zadania szczegółowe: • ustawić stos płytek wzorcowych na wymiar nominalny sprawdzianu,
• ustawić czujnik za pomocą płytki (stosu płytek) wzorcowej na wskazanie
zerowe,
• pomierzyć sprawdzian w wyznaczonych płaszczyznach i kierunkach,
• zapisać zmierzone odchyłki w formie tabeli (Tabela 5.1),
• sprawdzić ustawienia zerowe czujnika,
• wykonać niezbędne obliczenia,
• wykonać wykres rzeczywistych pól tolerancji Smaxi Smin obok pola tolerancji wy-
ników teoretycznych. Tabela 5.1. Tabela do zapisu zmierzonych odchyłek
Pomiar sprawdzianu tłoczkowego
Miejsce pomiaru Smax Smin
I II I II
1 2 3 4
Wymiar nominalny z odchyłką
5.3 OPIS STANOWISKA DO MIERZENIE SPRAWDZIANÓW DO WAŁKÓW
W skład stanowiska do sprawdzania sprawdzianów do otworów wchodzi (rys. 5.3):
1. pierścienie wzorcowe do ustawiania wymiarów nominalnych,
2. długościomierz Abbego,
3. sprawdzian do wałków.
Rys. 5.3. Stanowisko do badania sprawdzianów do wałków
2
3
1
8
5.4 POMIAR SPRAWDZIANU DO WAŁKÓW
Wykonać pomiary strony przechodniej (Smax) i nieprzechodniej (Smin) sprawdzianu do wałków w punktach pomiarowych zaznaczonych na rys. 5.4.
Rys. 5.4. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na sprawdzanie do wałków
Zadania szczegółowe:
• wybrać pierścień wzorcowy o wymiarze nominalnym sprawdzianu,
• ustawić długościomierz za pomocą pierścienia wzorcowego na wskazanie
zerowe,
• pomierzyć sprawdzian w wyznaczonych płaszczyznach i kierunkach,
• zapisać zmierzone odchyłki w formie tabeli (tabela 5.2),
• sprawdzić ustawienia zerowe długościomierza,
• wykonać niezbędne obliczenia,
• wykonać wykres rzeczywistych pól tolerancji Smaxi Smin obok pola tolerancji wy-
ników teoretycznych.
Tabela 5.2. Tabela do zapisu zmierzonych odchyłek
Pomiar sprawdzianu szczękowego
Miejsce pomiaru Smin Smax
I II I II
1 2 3 4
Wymiar nominalny z odchyłką
I I
II II
1 2 3 4
1 2 3 4
9
5.5 TABELE I WZORY DO WYZNACZANIA TOLERANCJI SPRAWDZIANÓW DO WAŁKÓW I OTWORÓW
Sprawdziany są to narzędzia pomiarowe, które umożliwiają stwierdzenie, czy kontrolowa-
ny wymiar zawarty jest w granicach pola tolerancji, bez wyznaczenia wartości tego wymiaru.
Sprawdziany do wałków i otworów są najczęściej sprawdzianami dwugranicznymi. Mają one
dwa konstrukcyjnie podobne, choć nieco różne wymiarowo elementy, nazywane stroną prze-
chodnią i nieprzechodnią (rys. 5.5).
Rys. 5.5. Przykład sprawdzianu granicznego z częścią przechodnią Sp i nieprzechodnią Sn
Poprawnie wykonany przedmiot o wymiarze mieszczącym się w granicach pola tolerancji
powinien bez nacisku przechodzić przez stronę przechodnią sprawdzianu, natomiast nie mie-
ścić się w stronie nieprzechodniej. Dla bezbłędnego wykonania sprawdzenia wymiary obu
stron sprawdzianu - przechodniej i nieprzechodniej, powinny być równe wymiarom granicz-
nym sprawdzanego przedmiotu. Ten postulat jest jednak fizycznie niemożliwy do zrealizowa-
nia, w związku z czym sprawdziany są wykonywane w określonej, wąskiej tolerancji
(rys. 5.6).
Rys. 5.6. Tolerowanie sprawdzianu
10
Stosuje się następujące symbole określające położenie pól tolerancji sprawdzianów:
y – różnica pomiędzy wymiarem dolnym A otworu i wymiarem granicy zużycia Gz
sprawdzianu przechodniego Smin do otworów, y1 – różnica pomiędzy wymiarem górnym B wałka i wymiarem granicy zużycia Gz
sprawdzianu przechodniego Smax do wałków, z – odległość pomiędzy osią symetrii pola tolerancji sprawdzianu przechodniego Smin
do otworów i linią odpowiadającą wymiarowi dolnemu A otworu, z1 – odległość pomiędzy osią symetrii pola tolerancji sprawdzianu przechodniego Smax
do wałków i linią odpowiadającą wymiarowi górnemu B wałka, H – tolerancja sprawdzianu do otworów o powierzchni pomiarowej walcowej, Hs – tolerancja sprawdzianu do otworów o powierzchni pomiarowej kulistej, H1 – tolerancja sprawdzianu do wałków.
Sprawdziany do wałków i otworów używa się do sprawdzania przedmiotów wykonanych
w klasach dokładności IT6 - IT16, sprawdziany wymiarów mieszanych – w klasach IT9 -
IT16. Tolerancje sprawdzianów do wałków i otworów przyjmuje się zgodnie z zasadami po-
danymi w tabeli 5.3.
W tabelach 5.4 i 5.5 podano wzory do obliczania sprawdzianów. W tabeli 5.6 podano
wartości parametrów, niezbędnych do wyznaczania tolerancji przedmiotu i sprawdzianu. Ob-
liczone wymiary sprawdzianów zaokrągla się do tysięcznych części milimetra: wymiary stron
Smaxi Smin zaokrągla się na zewnątrz materiału sprawdzianu, wymiar granicy zużycia Gz zao-
krągla się w głąb materiału sprawdzianu.
Tabela 5.3. Tolerancje sprawdzianów do wałków i otworów
Tolerancja przedmiotu Przedmiot
sprawdzany Sprawdzian IT6 IT7 IT8-
IT10 IT11-IT12
IT13-IT16
Tolerancja sprawdzianu
Otwór z powierzchnią
pomiarową walcową H IT2 IT3 IT3 IT5 IT7
z powierzchnią
pomiarową kulistą Hs IT2 IT2 IT2 IT4 IT6
wałek pierścieniowy lub szczękowy
H1 IT3 IT3 IT4 IT5 IT7
11
Tabela 5.4. Wzory do obliczania sprawdzianów do otworów
D [mm]
Smin Smax powierzchnia pomiarowa Gz powierzchnia pomiarowa walcowa kulista walcowa kulista
Ponad Do wzory
- 180 (A+z)±0,5H (A+z)±0,5Hs A - y B ± 0,5H B ± 0,5Hs
Tabela 5.5. Wzory do obliczania sprawdzianów do wałków
D [mm]
Smax Gz Smin
Ponad Do wzory
- 180 (B-z)±0,5H1 B + y1 B ± 0,5H1
Tabela 5.6. Wartości parametrów T, y, y1, z, z1 [µm]
D [mm]
do 3 3-6 6-10 10-18 18-30 30-50 50-80 80-120 120-180
IT6
T 6 8 9 11 13 16 19 22 25 Z 1 1,5 1,5 2 2 2,5 2,5 3 4 z1 1,5 2 2 2,5 3 3,5 4 5 6 Y 1 1 1 1,5 1,5 2 2 3 3 y1 1,5 1,5 1,5 2 3 3 3 4 4
T 10 12 15 18 21 25 30 35 40 IT7 z, z1 1,5 2 2 2,5 3 3,5 4 5 6
y, y1 1,5 1,5 1,5 2 3 3 3 4 4
IT8 T 14 18 22 27 33 39 46 54 63
z, z1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 y, y1 3 3 3 4 4 5 5 6 6
IT9 T 25 30 36 43 52 62 74 87 100
z, z1 5 6 7 8 9 11 13 15 18
12
POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Instytut Technologii Mechanicznej
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
..................................................................................... (Imię i nazwisko)
Wydział .......................Kierunek ..............................Grupa ...............
Rok studiów ............... Semestr ................. Rok akad. 20....../20......
LABORATORIUM METROLOGII Data wykonania ćw. Data oddania spr. Uwagi
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
TEMAT: SPRAWDZANIE NARZĘDZI POMIAROWYCH
SPRAWDZANIE MIKROMIERZA O ZAKRESIE POMIAROWYM: 0 – 25mm
1. SPRAWDZENIE STANU OGÓLNEGO: • brak zarysowań i wykruszeń na powierzchniach pomiarowych;
• podzielnia na korpusie i bębnie wyraźna i czytelna;
• słaba widoczność cyfr na wyświetlaczu;
• wrzeciono obraca się płynnie, zacisk i sprzęgło działa prawidłowo;
• błąd wskazania dolnego zakresu pomiarowego – zauważono błąd +2 µm.
2. SPRAWDZENIE DOKŁADNOŚCI WSKAZAŃ W CAŁYM ZAKRESIE POMIAROWYM:
Tabela 2.1. Sprawdzenie dokładności wskazań; A = 0 [mm]
Lp.
Wymiar płytki wzorcowej
[mm]
Wymiar płytki wzorcowej Wi
[mm]
Wskazanie mikromierza Xi
[mm]
Błąd wskazań fi= Xi – Wi
[mm] 1 A + 0,0 0,0 0,002 0,002
2 A + 2,5 2,5 2,499 -0,001
3 A + 5,1 5,1 5,103 0,003
4 A + 7,7 7,7 7,702 0,002
5 A + 10,3 10,3 10,304 0,004
6 A + 12,9 12,9 12,897 -0,003
7 A + 15,0 15,0 15,004 0,004
8 A + 17,6 17,6 17,600 0,000
9 A + 20,2 20,2 20,194 -0,006
10 A + 22,8 22,8 22,803 0,003
11 A + 25,0 25,0 24,998 -0,002
-0.008
-0.006
-0.004
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0 5 10 15 20 25
bła
d w
skaz
ań f
i[m
m]
punkt sprawdzania [mm]
wykres błędów wskazań mikrometru
F = 10 µm
|fi|max= 6 µm
fA = 2 µm
13
SPRAWDZENIE PŁASKOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH
Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych:
wrzeciona kowadełka
� =�
�= 0 m=1
Zgodnie z rysunkiem 4.3 odchyłka płaskości dla wrzecion wynosi P=0, a dla kowadełka:
2
λ⋅= mP , dla λ = 0,6 µm; Pk = 0,3 µm
3. SPRAWDZENIE RÓWNOLEGŁOŚCI POWIERZCHNI POMIAROWYCH
Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 1 (12,00 mm):
wrzeciona kowadełka
2
)(21
λmmr +=
r = (2 + 3) · 0,3 = 1,5 µm
m1=2 m2=3
Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 2 (12,12 mm):
wrzeciona kowadełka
2
)(21
λmmr +=
r = (3 + 3) · 0,3 = 1,8 µm
m1=3 m2=3
14
Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 3 (12,25 mm):
wrzeciona kowadełka
2
)(21
λmmr +=
r = (2 + 2) · 0,3 = 1,2 µm
m1=2 m2=2
Obraz prążków interferencyjnych powierzchni pomiarowych dla płytki nr 4 (12,37 mm):
wrzeciona kowadełka
2
)(21
λmmr +=
r = (3 + 2) · 0,3 = 1,5 µm
m1=3 m2=2
Maksymalna odchyłka równoległości wynosi: 1,8 µm
4. OCENA MIKROMIERZA
wymagania
wg normy
wartości
uzyskane ocena
Płaskości powierzchni pomiarowych 0,9 µm 0,3 µm spełnia
wymagania normy V
Równoległości powierzchni pomiarowych 2,0 µm 1,8 µm spełnia
wymagania normy V
Wartość błędu pary gwintowej
F= fi max - fi min 3,0 µm 10,0 µm
nie spełnia
wymagania normy –
Błąd dolnego zakresu fA=|f1| 2,0 µm 2,0 µm spełnia
wymagania normy V
Błąd wskazań maksymalny |fi|max 4,0 µm 6,0 µm nie spełnia
wymagania normy –
15
SPRAWDZANIE SPRAWDZIANU TŁOCZKOWEGO
1. POMIAR SPRAWDZIANU DO OTWORÓW
Wykonano pomiary strony przechodniej (Smin) i nieprzechodniej (Smax) sprawdzianu do
otworów (powierzchnia pomiarowa walcowa) ∅50F7 w 8-miu punktach pomiarowych, wyniki
przedstawiono w tabeli 1.1.
Tabela 1.1. Zmierzone odchyłki sprawdzianu do otworów
Pomiar sprawdzianu tłoczkowego
Miejsce pomiaru Smax[µm] Smin[µm]
I II I II
1 51 51 28 25 2 50 48 28 24 3 49 49 30 25 4 51 48 28 27
Wymiar nominalny z odchyłką[mm]
∅50 ,�� , � ∅50 ,��
,�
2. OBLICZENIA
Dla otworu ∅50 F7 wymiary graniczne wynoszą:
EI = 25 µm; To = 25 µm; ES = EI + To = 25 + 25 = 50 µm
Stąd wymiary graniczne:
Ao = D + EI = 50,000 + 0,025 = 50,025 mm
Bo = D + ES = 50,000 + 0,050 = 50,050 mm
Tolerancja wykonania sprawdzianu z tabeli 5.3:
H = IT3 = 0,004 mm
Z tabel 5.6 dobrano współczynniki:
z = 0,0035, y = 0,003,
na podstawie których obliczono wartości:
− strony nieprzechodniej
Smax = (Bo + 0,5 H) = (50,050 + 0,002) = 50,050±0,002 = , �
,��
16
− strony przechodniej
Smin = (Ao + z)±0,5H = (50,025 + 0,0035) ± 0,002 = 50,0285±0,002 = ,�
,��
Granicę zużycia strony przechodniej:
Gz = Ao – y = 50,025 – 0,003 = 50,022 mm
Ø50 ,�� , � Ø50 ,��
,�
SN
To=
25 µ
m
Gz =
50,0
22
Ao
= 5
0,0
25 m
m
Bo
= 5
0,0
50 m
m
Sm
ax =
,
�
,�
�
Sm
in =
,
�
,�
�
H =
4 µ
m
H =
4 µ
m
y
z
Smax Smin
y = 3,0 µm z= 3,5 µm
50,030
50,024
50,051
50,048