Теоретическая часть

10.2.1 Измерение гладких цилиндрических деталей больших и малых размеров

Измерительные средства для измерения больших и малых размеров разделяют на следующие основные группы: бесшкальные, штриховые механические и оптические.

Бесшкальные — это калибры, определяющие годность изделия в пределах заданных размеров.

Штриховые — это штангенциркули.

Механические — это микрометрические, индикаторные нутромеры, индикаторные скобы и другие приборы.

Оптические — это микроскопы, проекторы, рефлектометры, теодолиты, лазерные интерферометры и другие приборы.

Пневматические — это пневмопробки, в том числе и со вставными аттестованными проволочками и другие приборы.

По назначению все эти приборы делятся на средства измерения наружных и внутренних размеров.

10.2.2 Механические измерительные средства общего назначения

Механические измерительные приборы подразделяют на три группы: приборы со встроенными отсчетными устройствами, приборы со съемными отсчетными устройствами и измерительные головки.

Приборы со встроенными измерительными устройствами предназначены для определенных измерений (микромеры, рычажные, индикаторные и другие скобы для наружных, а индикаторные, микрометрические нутроме­ры и другие — для внутренних измерений).

Приборы со съемными отсчетными устройствами представляют собой многомерные измерительные приспособления, оснащаемые измерительными головками соответствующего назначения.

Измерительными головками называются съемные отсчетные устройства с измерительным механизмом, преобразующим малые измеряемые отклонения в увеличенное перемещение стрелки. Изме­рительными головками оснащают измерительные приборы и при­способления. Возможность быстрой замены их при поверке или при выходе из строя обеспечивает им необходимые преимущества.

Механические измерительные головки и приборы со встроенны­ми измерительными устройствами в зависимости от используемых в них передаточных механизмов делятся на следующие основные приборы:

1) штангенинструменты с индикаторным и цифровым отсчетом;

2) микрометрические, основанные на применении винтовой пары;

3) головки измерительные рычажно-зубчатые (индикаторы и микромеры) с ценой деления 0,001 и 0,002 мм; встроенные измерительные механизмы рычажных скоб и др.;

4) зубчатые (индикаторы часового типа и др.);

5) нутромеры, глубиномеры, приборы для измерения резьбы и зубчатых колес;

6) головки пружинные (микрокаторы, микаторы и др.).

Кроме того, их также подразделяют по назначению: для измерения наружных и внутренних диаметров.

10.2.3 Сведения об измерительных средствах для измерения внутренних больших и малых размеров

Как известно, приборы для измерения наружных размеров, в основном, оснащены плоскими измерительными наконечниками с параллельными измерительными поверхностями, самоустанавли­вающимися по поверхностям измеряемой детали.

При измерении внутренних размеров имеет место линейчатый контакт на небольшой глубине только при использовании штан­генциркуля, в остальных случаях средства измерения должны на­ходиться на большой глубине, поэтому необходимо совмещение осей измерительных сферических наконечников с диаметром от­верстия в контролируемом сечении.

Средства измерения внутренних размеров разделяются на на­кладные (нутромеры) и станковые.

Нутромеры — приборы, устанавливаемые внутри измеряемой детали, при этом линию измерения с диаметром отверстия совме­щают вручную.

Станковыми называются приборы, у которых деталь устанав­ливается на приборе, снабженном механизмами для точного со­вмещения линии измерения с диаметром отверстия измеряемой детали.

В зависимости от габаритных размеров средства измерения разделяются на средства измерения малых размеров (менее 1 мм) и больших размеров (до 500 мм и более).

Для измерения внутренних больших размеров, применяются нутромеры:

— микрометрические;

— индикаторные;

— проволочные.

Предельная погрешность измерения нутромерами характери­зуется составляющими погрешностей: длины нутромера δ₁, шкалы δ₂, микрометрической головки δ₃, индикатора δ₄, настройки δ₅, от­счета по шкалам δ₆, свинчивания δ₇, упругих деформаций δ₈, тем­пературных δ₉, смещения нутромера δ₁₀ .

Предельная погрешность измерения внутренних диаметров и длин деталей микрометрическими нутромерами для интервалов длин от 500 до 12500 мм составляет соответственно от 14 до 470 мкм при допустимой разности температуры детали и нутромера, не пре­вышающей 2 °С; микрометрическими нутромерами с индикаторной головкой при тех же условиях от 21 до 470 мкм; индикаторными нутромерами с интервалами измерения от 500 до 1000 мм при до­пустимой разности температуры детали и нутромера 2 °С от 22 до 40 мкм.

Нутромеры микрометрические производства «МИКРОТЕХ»

Рисунок 10.1 – Нутромеры микрометрические предназначены для измерения внутренних размеров изделий в абсолютных единицах. Это самоцентрирующиеся и самовыравнивающиеся нутромеры. Измерительные опоры, расположенные по трем направлениям с интервалом 120º, обеспечивают оптимальное самоцентрирование. В комплект к нутромеру входят удлинитель и установочное кольцо.

Основные параметры микрометрических нутромеров приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.3 – Параметры микрометрических нутромеров производства «МИКРТЕХ».

У приборов, предназначенных для измерений внутренних диа­метров малого размера, а в отличие от приборов для наружных измерений и нутромеров сравнительно больших размеров, отсутствуют центрирующие элементы самоустанавливающиеся относи­тельно детали, поэтому при измерении малых отверстий процесс совмещения оси измерительного наконечника с диаметром отвер­стия в контролируемом сечении резко усложняется, а в ряде случа­ев такое совмещение оказывается невозможным.

Малые отверстия (до 3 мм) контролируют гладкими предель­ными калибрами-пробками, нутромерами с конической иглой (ко­нусными и индикаторными) микроскопами; проекторами; перфлектометрами; дифракционными, пневматическими и другими при­борами.

10.2.4 Индикаторный нутромер с ценой деления 0,01 мм. по

ГОСТ 868 – 82.

Настоящий стандарт распространяется на индикаторные нутро­меры (далее — нутромеры) с ценой деления 0,01 мм для измере­ния внутренних размеров 6 мм — 1000 мм.

10.2.4.1 Основные параметры

Диапазон измерений, наибольшая глубина измерения, наи­меньшее перемещение измерительного стержня, измерительное усилие нутромеров и усилие центрирующего мостика должны соответствовать значениям, указанным в таблице 10.1.

Таблица 10.1 – Основные параметры индикаторных нутромеров

с ценой деления 0,01 мм по ГОСТ 868 – 82.

Нутромеры с диапазоном измерений 6 — 10, 10 — 18, 18 — 50, 50 — 100, 100 —160, 160 — 250 мм изготовляются двух классов точности: 1 и 2.

Нутромеры с диапазоном измерений 250 — 450, 450 — 700, 700 — 1000 мм изготовляются 2-го класса точности. Индикаторный нутромер показан на рисунке 10.2. В корпусе 13 закреплена втулка 10, в которую ввернут регулируе­мый неподвижный винтовой стержень (пятка) 12, законтренный гайкой 11. В направляющих втулки с другого конца нутромера помещен подвижный измерительный стержень 1, поступательное перемещение которого преобразуется Г-образным измерительным рычагом 9 в осевое перемещение стержня 2 и измерительного стержня индикатора. Измерительные контакты рычагаобразуются запрессованными в него шариками 14. Измерительное усилие создается суммарным действием индикатора и пружины 5. Стержень 2 вмонтирован в металлическую трубку 3, защищен­ную от теплового воздействия оператора теплоизоляционной втул­кой 6. В отверстия корпуса вставлены направляющие стержни центрирующего мостика 7, перемещающегося под действием пружин 8 до упора в винтовой ограничитель. Центрирующий мостик устанавливает линию измерения в плоскости осевого сечения. Для измерения диаметра нутромер покачивается от плоскости осевого сечения. При этом наименьшее показание индикатора соответствует диаметру отверстия.

Вид А	а)
б)
в)	Вид А – показан порядок установки нутромера на ноль по кольцу установочной меры; - а) индикаторная головка часового типа с ценой деления 0,01 мм; - б) индикаторная головка в разрезе; - в) установочная мера для нутромеров при отсутствии кольцевой меры Рисунок 10.2 – Индикаторный нутромер с ценой деления 0,01 мм по ГОСТ 868 – 82

10.3 Погрешность измерения индикаторным нутромером

Основная погрешность нутромеров, включая погрешность индикатора, при температуре (20 ±5) °С и относительной влажно­сти до 80 % при температуре 25°С, не должна превышать значе­ний, указанных в таблице 10.2.

Таблица 10.2 – Погрешности индикаторных нутромеров, мкм

Размах показаний нутромеров не должен превышать ⅓ цены деления шкалы индикатора. Под размахом показаний понимают наибольшую разность между отдельными повторными показаниями нутромера, соответствующими од­ному и тому же значению измеряемой величины (из 10 из­мерений) при неизменных внешних условиях.

Погрешность нутромеров, вносимая неточным расположением центрирующего мостика, не должна превышать ⅓ цены деления шкалы индикатора при вертикальном расположении нутромера.

Измерительные поверхности стержней должны быть осна­щены твердым сплавом. По заказу потребителя измерительные поверхности стержней изготовляют из стали с последующим хромированием и с твердостью не менее 57 HRC_э -

по ГОСТ 9013 – 59 . Измерительные поверхности стержней для нутромеров с диапазоном измерения 6 — 10 мм также до­пускается изготовливать хромированными из стали твердостью не менее 57 HRC_э по ГОСТ 9013 – 59.

Нутромеры должны иметь ручку из материала с малой теплопроводностью.

Поверка индикаторных нутромеров осуществляется по МИ 2194 – 92.

При измерении диаметра отверстий индикаторными нутромерами возникают погрешности от прибора; температурных деформаций; вариаций показаний; совмещения линии измерения с диаметром в плоскости, перпендикулярной к оси отверстия, и в осевой плоскости; от установки нутромера на заданный размер; из - за шероховатости поверхности контролируемого отверстия.

Температурные погрешности нутромеров определены с учетом рекомендаций и материалов при оптимальных температурных условиях измерения. Наиболее часто нарушают эти условия, когда нутромер держат не за теплоизолирующую ручку, а за корпус. При этом температурные погрешности будут значительно больше расчетных. Погрешность от совмещения линии измерения с диаметром в плоскости, перпендикулярной к оси отверстия, равна погрешности центрирования из-за неточного расположения центрирующего мостика. Эта погрешность нормируется в ГОСТ 868 — 82.

Погрешность центрирования зависит от соосности измерительных стержней нутромера. Поэтому необходимо проверять соосность всех сменных измерительных стержней нутромера. Такая проверка может быть произведена при перестановке нутромера из блока концевых мер с боковиками в кольцо того же номинального размера, что и блок мер. Сменяя поочередно сменные измерительные стержни, проверяют перестановкой нутромера из блока в кольцо погрешность центрирования. По изменению погрешности центрирования со сменой измерительных стержней можно оценить соосность измерительных стержней нутромера. Соосность измерительных стержней можно также проверить, например, на универсальном или инструментальном микроскопах совмещением с сеткой окулярной головки.

Погрешность от совмещения линии измерения с диаметром отверстия в осевой плоскости обусловлена наклоном линии измерения относительно диаметра на некоторый угол. Погрешность перекоса может быть больше, если в процессе измерения нутромером затруднены условия покачивания для нахождения минимального размера в диаметральной плоскости отверстия (при покачивании нутромера стрелка отсчетного устройства перемещается не более чем на одно деление шкалы). Установку нутромеров на заданный размер рекомендуется производить по аттестованному микрометру и блокам концевых мер с боковиками, собранных в струбцине, если в наличии нет установочного мерного кольца или установочной меры. Погрешность установки на размер включает в себя погрешность установочных мер и погрешность самого процесса установки.

Нутромеры с пределами измерения свыше 260 мм устанавливать по микрометру не рекомендуется, так как при этом возникают большие погрешности, обусловленные малой опорной площадкой измерительных пяток микрометра, погрешностью собственно микрометра и его деформациями. При установке на размер по блоку концевых мер с боковиками необходимо иметь в виду, что возникают погрешности блока, обусловленные его деформациями в струбцине. При расчете погрешности измерения нутромерами обязательно учитываются погрешности установки на размер.

При установке нутромеров на размер по аттестованному кольцу измерения рекомендуется производить в пределах двух-трех делений по отсчетному устройству. В этом случае можно получить максимальную точность не только за счет собственно нутромера, но и за счет составляющих погрешностей: при измерении нутромером в пределах, больших, чем 0,03 мм, установка по кольцу не дает заметного уменьшения суммарной погрешности из-за относительно больших величин других составляющих погрешностей, в первую очередь погрешности прибора. Установку нутромера на размер желательно производить в рабочем положении, так как в различных положениях нутромера установленный размер может изменяться на 2 – 3 мкм.

Погрешности измерения, при определенных параметрах нутромеров, обуславливаются шероховатостью поверхности измеряемого отверстия. Если при измерении нутромерами измерительные поверхности сменных стержней будут иметь радиусы сферы меньшие, чем у стандартных стержней, то это может привести к увеличению погрешности измерения, обусловленной шероховатостью поверхности, особенно при шероховатости ниже 7-го класса.

У индикаторного нутромера необходимо различать погрешность собственно нутромера, которая нормируется по ГОСТ 868 — 82 и погрешность нутромера при измерении, определяемую расчетом. Второй вид погрешности возникает из - за отсутствия фиксированного положения начала отсчета, приводит к различным погрешностям прибора, выявляемым при его проверке по мерному аттестованному кольцу (нормируемая погрешность) и проявляющимся при измерении.

Основными составляющими погрешности измерения индикаторным нутромером являются нормируемые в ГОСТ 868 — 82.

Приводятся новые сведения о погрешностях индикаторных нутромеров производства «МИКРОТЕХ» в таблице 10.3

Таблица 10.3 - Нутромеры с индикатором ИЧ-05 производства «МИКРОТЕХ»

Проверенная практикой конструкция нутромеров позволила им сохранить репутацию надежных устройств в течение десятилетий. Нутромеры осуществляют измерения отверстий до 450 мм по двум точкам.

Предусмотрена установка индикатора часового типа с круговой шкалой и с цифровым отсчетным устройством с ценой деления 0,01 и 0,001 мм.

В серию нутромеров НИ входят модификации для измерения глубоких отверстий (до 2000 мм).

Суммарная погрешность результата измерений состоит из неисключенной систематической погрешности (НСП) и случайной погрешности (СКО).

Порядок расчёта НСП и СКО приводится в теоретической части лабораторного практикума раздел I и введении, часть I.