В некоторых случаях во время измерения предметов требуется высокая точность результатов, которую нельзя получить при использовании обычной линейки. В таких ситуациях применяют специальные микрометрические инструменты. Что такое микрометр и как его используют, описано в этой статье.

Что такое микрометрический прибор

Это инструмент, предназначенный для точного измерения мелких деталей. Микрометр позволяет определить толщину, глубину, наружные и внутренние диаметры изделий. Для выполнения этих замеров применяют микрометрические глубиномеры, нутромеры, а также другие микрометры разных конструкций.

Все разновидности этого работают по одному принципу: использование взаимного перемещения гайки и винта. Среди всех микрометрических механизмов наиболее распространенными являются обычные микрометры.

Микрометр - это металлический инструмент небольшого размера, который состоит из винта, фиксатора и наконечника. Он позволяет измерять предметы с высокой степенью точности. Погрешность инструмента очень мала и составляет от 2 до 9 мкм. Следует отметить, что 0,1 мм = 100 мкм, то есть 1 мкм - это миллионная доля миллиметра. Максимальное перемещение винта составляет 25 мм. Такая длина способствует максимальной Если длина микрометрического винта была бы больше, результаты замеров не соответствовали бы действительности. Некоторые модели микрометров позволяют измерять изделия размерами до 100 мм за счет применения сменных пяток.

Существуют строгие технические требования, которым должен соответствовать микрометр. ГОСТ определяет, что все модели должны иметь точность 0,01 мм. Также, согласно стандартам, микрометры могут выпускаться с такими пределами измерений: 0-25, 25-50, 50-75, 75-100 и так далее до 300 мм, а потом 300-400, 400-500, 500-600 мм.

История возникновения

Человечество уже много веков знает, что такое микрометр. Согласно историческим фактам, винтовой измерительный механизм начали использовать еще в XVI веке в прицельных механизмах артиллерийского оружия. Немного позднее инструмент стали применять в геодезических устройствах. Но он не давал требуемой точности результатов. И только в 1867 году американские инженеры создали микрометр, позволяющий получать качественные замеры.

Виды микрометров

Микрометр - это самый универсальный измерительный механизм. Легкость и простота в использовании сделали его практически незаменимым во многих промышленных сферах. Из-за разнообразия измерительных объектов выпускают следующие виды микрометров:

• листовые - предназначены для измерения толщины плоских листов, изготовленных из металла или другого материала;
• рычажные - отличаются от других микрометров наличием рычажно-зубчатой головки, позволяющей с высокой точностью производить сложные изделия или проводить их ремонт;
• гладкие - приборы такого типа оснащены скобой и трещоткой, которые позволяют измерять предметы с гладкой поверхностью; гладкие микрометры являются самыми распространенными и используются практически во всех промышленных отраслях;
• универсальные - предназначены для забора внутренних и наружных размеров разных деталей;
• трубные - применяются для замера трубных стенок;
• резьбомерные и проволочные - дают возможность измерить самые тонкие изделия, например, ;
• цифровые - измерение микрометром такого типа дает дополнительные преимущества: учет данных и возможность моментальной обработки на компьютере.

Что касается производства, здесь в наибольшей мере применяются два вида микрометров - механические и цифровые. Остановимся на них более подробно.

Механические микрометры

Микрометр механического типа является традиционным измерительным прибором и широко применяется в разных отраслях народного хозяйства, несмотря на наличие более совершенного электронного аналога.

Устройство микрометра механического состоит из двух частей:

• ручки (трещотка, стебель и барабан);
• выемка в форме полукруга с опорной стойкой для фиксации измеряемого предмета.

Чтобы измерить деталь, нужно следовать такой схеме: сначала надо поместить предмет на опорную стойку и закрутить ручкой микрометрический винт. После этого нужно прокрутить трещотку, чтобы подогнать замер. Когда она начинает прокручиваться, значит, замер уже сделан. Последний шаг - снять значения со шкалы, расположенной на барабане и стебле.

Есть модели микрометров, которые оснащены стопорным механизмом. Он позволяет удерживать трещотку на месте, чтобы зафиксированное значение не сбилось, пока результат будет заноситься в специальную книгу или журнал.

Микрометр цифровой

Электронный прибор является усовершенствованной формой простого механического микрометра. Он более современный и удобный в использовании. Так, микрометр цифровой позволяет получать замеры с точностью до 1 мкм и погрешностью до 0,1 мкм. Многие модели обладают встроенной калибровкой.

Внешне электронный прибор отличается от механической модели наличием цифрового табло. Пользователь может выбрать любую из возможных систем расчета. Например, дюймы или миллиметры. Также табло отображает другую важную информацию. Так, в любое время можно просмотреть уровень заряда батареек.

Для снижения энергетических расходов, устройство можно запрограммировать на автоматическое отключение. В основном это происходит через 5 минут бездействия.

Существуют технические требования, которым должен соответствовать цифровой микрометр. ГОСТ обозначает шкалу деления, допускаемые погрешности и другие важные особенности прибора.

Как пользоваться прибором

1. Проверка инструмента. Сразу после покупки следует проверить прибор на пригодность и отсутствие дефектов. Если микрометр исправен, тогда нужно настроить шкалу. Для этого в комплексе с инструментом идет специальный ключ. Если все сделано правильно, табло цифрового прибора при смыкании измерительных плоскостей без детали должно показать 0. В механическом микрометре барабан должен закрыть стебель, а нулевое значение шкалы барабана должно совпасть с продольным штрихом на стебле. Такие манипуляции желательно делать периодически, чтобы суметь вовремя выявить неисправности и отрегулировать микрометр. Это позволит в будущем исключить неправильные замеры.
2. Фиксация детали. Этот этап очень ответственный и требует соблюдения важных рекомендаций. Так, сначала следует поместить предмет между измерительными плоскостями и простыми вращениями барабана довести винт до детали. После недлительного вращения должен почувствоваться упор. Тогда следует сместиться по рукоятке и продолжать крутить трещотку, пока не прозвучит три щелчка. Это будет сигналом, что деталь надежно зафиксирована.
3. Измерение микрометром. После фиксации цифровой прибор покажет на табло результат измерений. Что касается механического устройства, здесь потребуется немного повозиться. Результат надо читать с крупных цифр и заканчивать маленькими. Сначала нужно смотреть на пометки стебля. На нем находятся две шкалы. Верхние деления обозначает 0,5 мм, а нижние - 1 мм.

Применение в промышленности

Микрометрические приборы являются незаменимыми в современной промышленности. Особенно это касается отраслей, работающих с мелкими деталями. Так, практически все приборостроительные предприятия используют микрометр. Это позволяет производить детали с высокой степенью точности. Также измерительное устройство применяется в ювелирной промышленности для измерения размеров камней.

Невозможно обойтись без микрометра на многих этапах автомобилестроения. То есть микрометрический инструмент применяется везде, где производство связано с мелкими и средними деталями.

Стоимость микрометра

Сегодня на рынке представлено большое разнообразие микрометров. Большой выбор инструмента объясняется активным возрастающим спросом на микрометр. Цена на разные модели прибора может существенно отличаться. Она зависит от функциональных возможностей, прочности материала, надежности. Большое влияние на стоимость инструмента оказывает производитель. Как правило, микрометр стоит намного дороже, чем обычный китайский. В этом случае покупатель сам решает, что важнее - сэкономить на приборе или иметь качественный измерительный механизм. Так, цена на цифровой гладкий микрометр находится в диапазоне 90-200 евро. А обычный механический прибор можно купить всего за 19 евро. Более сложные модели со встроенными цифровыми индикациями, рычагами, сменными измерительными элементами стоят намного дороже.

1. Перед тем как использовать микрометр, следует выдержать его и измерительный предмет 3 часа в одном температурном режиме.
2. Разметка на шкале в разных микрометрах может отличаться. Поэтому перед подсчетом замеров, следует ознакомиться с инструкцией и тщательно разобраться со значениями нанесенных делений.

Теперь вы знаете, что такое микрометр, и можете использовать его практике.

Микрометрические инструменты

К микрометрическим инструментам относятся гладкие микрометры, микрометрические нутромеры, глубиномеры, а также рычажные микрометры, которые предназначены для абсолютных измерений наружных и внутренних размеров, высот уступов, глубин отверстий и т. д.
Принцип действия этих инструментов основан на использовании винтовой пары (винт-гайка) для преобразования вращательного движения микровинта в поступательное перемещение.
Цена деления таких инструментов 0,01 мм .

Классическая конструкция микрометра включает скобу с запрессованной неподвижной пяткой и стеблем (иногда стебель присоединяют к скобе резьбой) . Внутри стебля с одной стороны имеется микрометрическая резьба с шагом 0,5 мм , а с другой – гладкое цилиндрическое отверстие, обеспечивающее точное направление перемещения микровинта.
На винт насажен барабан, соединенный с трещоткой. Трещотка имеет на торце односторонние зубья, к которым пружиной прижимается штифт, обеспечивающий постоянное усилие измерения. Стопорное устройство служит для закрепления винта в нужном положении.

Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из двух шкал: продольной и круговой. Продольная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых один относительно другого на 0,5 мм . Оба ряжа штрихов образуют одну продольную шкалу с ценой деления 0,5 мм , равной шагу микровинта.
Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта Р = 0,5 мм ) .
По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0,5 мм , по круговой шкале – десятые и сотые доли миллиметра.

Конструкция микрометра впервые была запатентована французским изобретателем Жаном Лораном Палмером в 1848 году под названием «круговой штангенциркуль с круговым нониусом». Однако серийное производство микрометров началось лишь через несколько лет, - после посещения двумя американскими инженерами Д. Брауном и Л. Шарле Парижской выставки, где они увидели изобретение Ж. Палмера и организовали его серийным выпуск.

Микрометры – очень популярный инструмент для измерения наружных диаметров, толщин и т.п. Благодаря простой конструкции, удобству в обращении, быстроте в работе и достаточно высокой точности измерений, они – самые употребляемые цеховые инструменты для линейных измерений. Каждый станочник, слесарь, технолог и конструктор имеет собственный микрометр. Большое разнообразие конструкций, позволяющие измерять самые разные наружные поверхности делают их универсальными инструментами.
Изготавливают микрометры многие зарубежные и отечественные фирмы – Mitutoyo (Япония) , Tesa (Швейцария) , Carl Mahr (Германия) , Челябинский инструментальный завод (ЧИЗ) и Кировский инструментальный завод (КРИН) .

Качество современных микрометров очень высокое. Точный шлифованный винт, беззазорное соединение винта и гайки, твердосплавные торцевые измерительные поверхности обеспечивают плавное перемещение винта без биения торцевой поверхности. Применение нержавеющих сталей и термообработки обеспечивает антикоррозийные свойства инструмента, сопротивление износу и коррозии.
Положительной особенностью микрометров является соблюдение принципа Аббе , что существенно повышает точность измерения.

Современные микрометры, микрометрические инструменты и приборы подразделяются на две группы:
- механические микрометры со штриховой отсчетной шкалой;
- электронные микрометры с цифровым отсчетом.

Согласно ИСО 3611-2010 микрометры со штриховым отсчетом называют микрометрами с аналоговой индикацией, а микрометры с цифровым отсчетом называют микрометрами с цифровой индикацией.

Механический микрометр со штриховым отсчетом

Основным элементом микрометра является микрометрическая винтовая пара. С ее помощью поступательное перемещение измерительной поверхности (торца) микрометрического винта связано с поворотом отсчетного барабана. Один оборот барабана микровинта соответствует перемещению торца микровинта на один шаг резьбы винта. В большинстве конструкций шаг резьбы винта составляет 0,5 мм , а на барабан наносят 50 или 100 делений. Таким образом, цена деления отсчета составляет 0,01 или 0,05 мм . Резьба винта шлифуется на высокоточных станках. Микрометрическая пара в приборах оформлена в виде отдельного узла – микрометрической головки.

Микрометрическая головка входит в состав микрометров различного назначения, нутромеров, глубиномеров, различных стационарных приборов в качестве измерительного узла или узла, задающего точные перемещения, и т. п.

В головке микрометрический винт перемещается совместно с барабаном относительно стебля, жестко соединенного с микрометрической гайкой. Микрометрические головки обычно имеют две шкалы (рис.1): круговую для определения дробных долей оборота и линейную для определения числа полных оборотов микрометрического винта. Линейная шкала и продольный штрих нанесены на наружной поверхности стебля (или на гильзе, одеваемой на стебель) .
Цена деления линейной шкалы равна шагу винта, при шаге 0,5 мм наносятся две части шкалы с длиной деления 1,0 мм , сдвинутые друг относительно друга на 0,5 мм . Общая длина линейной шкалы определяется диапазоном измерительного перемещения микрометрического винта (обычно 25 мм) .
Круговая шкала нанесена на скосе барабана, торец которого является указателем линейной шкалы. Указателем круговой шкалы служит продольный штрих линейной шкалы.

Диаметр барабана выбран таким, чтобы длина деления была около 1 мм . Для отсчитывания дробных долей деления круговой шкалы в некоторых случаях применяют нониус, аналогичный нониусу штангенциркуля со считыванием без параллакса. Цена деления нониуса составляет 0,001 мм . Однако применение нониуса имеет смысл только в том случае, когда отсчитываемые доли деления меньше погрешности микрометрической передачи.

Для стабилизации измерительного усилия предусмотрено специальное устройство (трещотка, или фрикцион) , закрепленное на барабане. С помощью этого устройства на измерительной поверхности микрометрического винта создается усилие, лежащее для большинства случаев применения микрометрических головок в пределах 5-10 Н .

Микрометры являются универсальными инструментами для наружных измерений. Конструкция и метрологические характеристики микрометров определены .

Микрометр имеют скобу, в которую с одной стороны установлена микрометрическая головка, а с другой пятка, Конструкция микрометров предусматривает стопорное устройство для закрепления микрометрического винта. Измерительными поверхностями у микрометров являются параллельные плоскости торцов микрометрического винта и пятки, обычно имеющие диаметр 8 мм .

Для повышения точности измерений выпускают микрометры с диапазоном измерения до 100 мм с диаметром рабочих поверхностей (стебля и пятки) уменьшают до 6,5 мм . Для повышения износостойкости измерительные поверхности микрометров изготовляют из твердого сплава.
Скобы современных высокоточных микрометров выполняют с теплоизолирующим покрытием, чтобы уменьшить погрешности, вызываемые тепловым расширением при контакте с руками.

Для установки нулевого положения микрометры с нижним пределом измерений от 25 мм комплектуют установочными мерами. Цена деление большинства механических микрометров составляет 0,01 мм .
Выпускают также микрометры с ценой деления 0,05 мм и с нониусом с ценой деления 0,001 мм . Диапазон измерений микрометров до 1500 мм .

Микрометры для измерения диаметров более 500 мм (скобы) делают сварными из труб для облегчения и снабжают теплоизолирующими накладками. Микрометры снабжаются сменными наконечниками с приращением длины 25 мм .
Следует отметить, что измерение микрометрическим инструментами больших диаметров (более 500 мм) очень неудобная операция, требующая опыта и терпения.
Результат такого измерения не надежен.

Электронный микрометр с цифровым отсчетом

Несмотря на повсеместное распространение микрометров с штриховыми шкалами и нониусом, отсчет по двум штриховым шкалам и сложение их результатов неудобен, особенно при плохом зрении и недостаточном освещении. Поэтому появление электронных микрометров с цифровым отсчетом сделало процесс измерения значительно проще и удобнее, а в некоторых случаях и точнее.

Конструктивно электронный микрометр мало отличается от механического микрометра, но вместо штриховых шкал он снабжен инкрементным, как правило, емкостным преобразователем, небольшим электронным устройством и цифровым дисплеем.
Преобразователь аналогичен инкрементному преобразователю, применяемому в штангенциркуле. Он состоит из двух небольших дисковых пластин, на которых размещены изолированные друг от друга электроды. Один диск вращается вместе с винтом, второй неподвижен и удерживается шпонкой, расположенной вдоль винта. Оба диска перемещаются вместе с микровинтом на всю величину хода винта.

На скобе микрометра также расположен электронный микропроцессорный блок и цифровой дисплей с дискретностью показаний 0,01 или 0,001 мм . Высота цифр составляет 7-9 мм . На корпусе имеются две кнопки «вкл/выкл» и установка нуля. Установка нуля возможна как при сведенных пятках микрометра, так и любом месте диапазона измерения (например, для контроля партии одинаковых деталей) .

Некоторые модели имеют дополнительные функции, например, сортировка по размерам, кодовый выход на внешние устройства и т.д. Вся электронная система питается от небольшой литиевой батарейки, срок службы которой 1,5 года или 2000 часов.

Электронные микрометры выпускаются с диапазоном измерения до 300 мм и степенью защиты от IP40 – до IP65 по стандарту DIN EN 60529 и ГОСТ 14254-96 .

Кроме стандартных микрометров выпускают много специализированных моделей, например, для измерения толщины стенок труб со сферическими измерительными поверхностями, для измерения мягких материалов с измерительными поверхностями в форме дисков, для измерения среднего диаметра резьбы, для измерения длины общей нормали зубчатых колес с измерительными поверхностями в форме дисков, для измерения наружного диаметра многолезвийного инструмента и др.

Прогрешность при измерении микрометром

Суммарная погрешность измерения с помощью микрометра состоит из следующих составляющих:

• погрешностей микрометрической головки;
• отклонения от плоскостности и от параллельности плоских измерительных поверхностей винта и пятки (при различных углах поворота микрометрического винта и при его стопорении) . При эксплуатации микрометров отклонения от параллельности измерительных поверхностей винта и пятки приводят к различной погрешности для разных форм измеряемых деталей (плоских, цилиндрических, сферических) . Также различными будут деформации этих деталей под действием измерительного усилия;
• деформации скобы микрометра под действием измерительного усилия;
• погрешности установочных мер;
• существенной составляющей погрешности измерения микрометрами (особенно микрометрами больших размеров) является температурная погрешность, вызываемая как разностью температур измеряемой детали и микрометра, так и нагревом микрометра, а иногда и контролируемой детали, теплом рук контролера (для уменьшения последней погрешности в микрометрах для измерения размеров свыше 50 мм предусмотрены теплозащитные накладки) ;
• погрешность, возникающая у электронных микрометров из-за ошибок емкостного преобразователя.

Пределы допускаемой погрешности микрометров приведены в Таблице 1 . Указанные значения погрешностей установлены в зависимости от диапазона измерений.

Предел допускаемой погрешности микрометрической головки (при выпуске ее в качестве отдельного изделия) оговорен ГОСТ 6507-78 «Микрометры с ценой деления 0,01 мм . Технические условия» в виде предельной погрешности δ = ±4 мкм .
Правильно было бы нормировать погрешность расстояний между двумя любыми точками - амплитудную погрешность, как это предусмотрено рекомендациями ИСО 3611-1978 , так как механизм головки при установке барабана на нуль может занимать различные положения и при этом значение погрешности в каждой отдельной точке будет зависеть от положения нулевой точки.

Предельно допустимая погрешность G микрометра в любой точке диапазона измерений (25 мм) указана в Таблице 1 .

Таблица 1

– это универсальный измерительный прибор для высокоточного (с погрешностью от 2 до 50 мкм) определения линейного размера детали. Измерение может быть произведено абсолютным или относительным контактным методом с погрешностью достаточной для точной сборки узлов и станочного производства.

Устройство и применение микрометров

Как универсальный измерительный инструмент применение микрометра возможно в любой области, где необходимо определение линейных размеров с точностью от 2 мкм. Это, в первую очередь, механическая обработка деталей, точная сборка узлов и механизмов, настройка работы промышленного оборудования и мн. другое.

Устройство микрометра достаточно простое, в конструкцию инструмента входит всего три основных элемента:

• Рама в виде полукруга оснащенная опорной стойкой (1) для фиксации измеряемой детали.
• Ручка, оснащенная трещоткой (6), неподвижным стеблем (4) со шкалой и измерительным барабаном (5).
• Винт (2) с неподвижной гайкой (3) для измерения линейных величин.

Замер с помощью микрометра выполняется посредством перемещения винта в неподвижной гайке. По углу оборота винта и определяется перемещение и рассчитывается линейный размер. Количество полных оборотов указано на стебле, доли – по круговой шкале на барабане. Инструмент также оснащен устройством кольцевой гайкой для фиксации.

Для обеспечения точности измерений передвижение микрометрического винта не должно превышать 25 мм. Поэтому микрометры выпускаются в пределах 0–25, 25–50 мм и т. д., до 300 мм, с дальнейшим шагом 100 мм. - 300–400, 400–500 и т. д.

Принцип действия микрометров

Для примера возьмём обычные механические гладкие микрометры, получившие наиболее широкое применение. Данный инструмент позволяет производить замер абсолютным и относительным способом. При абсолютном замере измеряемая деталь размещается между опорной стойкой и передвижным винтом. Полученный размер можно определить непосредственно по шкале. При относительном измерении определяется размер рядом распложенных предметов и затем вычисляется нужный параметр.

Сам замер производится в следующей последовательности:

• Проверить точность прибора. Необходимо закрутить винт и проверить – совпадает ли нулевая отметка на шкале барабана с горизонтальным штрихом на стебле.
• Если предел измерений более 25 мм, то для проверки необходимо использовать эталонные меры.
• При несовпадении меток необходимо отрегулировать стебель специальным ключом (входит в комплект).
• Перед началом измерения винт выкручивается до размера немного более размера детали.
• Измеряемая деталь размещается между винтом и неподвижным упором.
• Винт необходимо зажать с помощью трещотки до характерного звука срабатывания – трещотка начинает проворачиваться, закрутка микровинта останавливается после 3 щелчков.
• Определяем показание по трем шкалам. Первые две расположены на стебле и одна на барабане. По штрихам в верхней части шкалы определяется количество полных миллиметров. К ним прибавляем, если возможно, половину второй шкалы, т. е. ещё 0,5 мм.
• В завершение прибавляем значение со шкалы барабана в соответствие с ценой деления шкалы, например 0,01 мм.
• Окончательный итог определяется суммированием всех трех показаний.
• Для получения максимально точного результата рекомендуется проведение нескольких замеров с расчетом среднего значения.

Типы микрометров

Для различных объектов измерения выпускаются следующие типы микрометров:

• Микрометры листовые – для замера толщины листов.
• Гладкие микрометры – для определения размера предметов с гладкой поверхностью.
• Микрометры рычажные – оснащены рычажно-зубчатой головкой для замера изделий со сложной конфигурацией.
• Трубные микрометры – для определения размеров стен труб.
• Проволочные и резьбомерные – для замера тонких изделий.
• Цифровые микрометры – оснащены электронной системой определения размера и цифровой шкалой.

Микрометры цифровые

Вместе с механическими, цифровые микрометры пользуются большой популярностью благодаря удобству и точности измерения, а также возможностям электронных приборов:

• Производить замер с точностью до 1 мкм при погрешности до 0,1 мкм.
• Встроенная калибровка.
• Удобное цифровое табло для максимально быстрого и точного получения результата.
• Выбор систем расчета.
• Вывод информации на ПК и мн. другое в зависимости от модели.

Государственные стандарты

Основной стандарт регулирующий технические условия производства инструмента – ГОСТ 6507-90

Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

УСТРОЙСТВО

И ЭКСПЛУАТАЦИЯ МИКРОМЕТРИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ

методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Методы и средства измерения и контроля», «Стандартизация, сертификация и технические измерения», «Основы взаимозаменяемости», Метрология»

для студентов машиностроительных специальностей

(для внутривузовского пользования)

Павлодар

УДК 621: 531.714(07)

ББК 34.63-5я7

У82

Рецензент:

кандидат технических наук, профессор

магистр, старший преподаватель

Составители :

У82 Устройство и эксплуатация микрометрических инструментов: методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Стандартизация, сертификация и технические измерения», «Методы и средства измерения и контроля», «Основы взаимозаменяемости», «Метрология» для студентов машиностроительных специальностей (для внутривузовского пользования)/сост. , – Павлодар, 2007. – 17с.

В методических указаниях с целью получения представления о микрометрических инструментах на основе эксплуатации и устройстве, и на конкретном примере, студентам предлагается дать заключение о годности детали с определением метрологических характеристик используемых микрометрических инструментов.

Лабораторная работа является составной частью общего цикла лабораторных работ предусмотренных по дисциплинам «Стандартизация, сертификация и технические измерения», «Методы и средства измерения и контроля», «Основы взаимозаменяемости», «Метрология».

УДК 621: 531.714(07)

ББК 34.63-5я7

© Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, 2007

Микрометрические инструменты находят широкое применение в машиностроении в процессе изготовления и контроля детали с точностью 0,01мм. Погрешность контроля изготовления детали во многом зависит от степени износа и метрологических показателей микрометрических инструментов. Поэтому необходимо знать и уметь производить настройку и регулировку микрометрических инструментов для точности измерений.

В лабораторной работе ставиться цель ознакомить студентов с назначением, устройством, применением, настройкой, регулировкой и разнообразием микрометрических инструментов.

В лабораторной работе студентам необходимо дать заключение о годности детали и определить метрологические показатели применяемых при измерении размеров детали микрометрических инструментов.

1 Цель и задачи лабораторной работы

1.1 Цель лабораторной работы – получить представление о микрометрических инструментах на основе их эксплуатации и устройстве и на конкретном примере, студентам предлагается дать заключение о годности детали с определением метрологических показателей, используемых микрометрических инструментов.

1.2 Задачи лабораторной работы:

Изучить настоящее методическое указание;

Используя приведенные в методическом указании формулы определить метрологические показатели микрометрических инструментов;

Для заданной детали начертить эскиз с указанием на нём размеров, подлежащих измерениям, а также расшифровать символические обозначения допусков;

Составить отчет.

2 Основные положения

К микрометрическим измерительным инструментам относятся: микрометры для наружных измерений; микрометры для внутренних измерений – штихмассы и микрометрические глубиномеры. У всех этих инструментов в качестве измерителя служит микрометрическая головка.

Микрометрические головки наиболее распространенных конструкций показаны на рисунке 1. У всех головок правый конец стебля 2 заканчивается разрезной втулкой с внутренней цилиндрической и наружной конической резьбой. Во внутреннюю резьбу стебля ввинчивается микровинт 4, левая гладкая часть которого входит в такое же гладкое отверстие в стебле, чем и обеспечивается точное направление микровинта. Микровинт имеет слева измерительную плоскость, а справа – фасонный цилиндрический или конический хвостовик 5, на который надевается барабан 5, соединяемый с микровинтом установочным колпачком 7 или коническим разрезным кольцом 9, закрепляемым по движной гайкой 10. На скошенной кромке барабана по всей ее окружности нанесены деления. Установочный колпачок выполнен за одно целое с трещоточным устройством 15. При вращении головки 13 крутящий момент передается микровинту, но как только измерительное усилие на конце микровинта превысит усилие, которое может обеспечить сила сопротивления пружины, так сейчас же зуб 12 начнет проскальзывать относительно зубчатой дорожки головки 13, и она будет вращаться вхолостую. На наружную коническую резьбу стебля навинчивается коническая гайка 6, с помощью которой можно стягивать внутреннюю резьбу втулки и тем самым регулировать возникающий в процессе износа резьбы осевой люфт микровинта относительно гайки.

1 - скоба; 2 - стебель; 3 - втулка; 4 - микровинт; 5 - барабан; 6 - регу­лировочная гайка; 7 - соединительный колпачок; 8 - хвостовик; 9 - кони­ческое разрезное кольцо; 10 - поджимная гайка; 11 - пружина трещоточного устройства; 12 - зуб трещоточного устройства; 13 - головка трещоточного устройства; 14 - винт; 15 - трещоточное устройство; 16 - рычаг стопора; 17 - ось стопора; 18 - кольцо стопора; 19 - пружинящее разрезное кольцо.

Рисунок 1 – Микрометрические головки

Стопорное устройство микрометрической головки, представленной на рисунке 1, а, выполнено в виде эксцентрической оси 17, соединенной с рычагом 16. Если поворачивать рычаг влево до отказа, то микровинт будет прижиматься к корпусу стебля. На рисунке 1, б, стопорное устройство выполнено в виде кольца 18, которое навинчивается на левый конец разрезной конической втулки. В микрометрической головке, показанной на рисунке 1,в, крепление барабана 5 к микровинту осуществляется путем поджатия заплечиков барабана к цилиндрическому хвостовику микровинта 8 через разрезную коническую шайбу 9 с помощью гайки 10. Наружное кольцо 18 стопорного приспособления вставлено в корпус скобы. Если поворачивать это кольцо по часовой стрелке, то его косой срез будет прижимать ролик к пружинящему хвостовику, отчего внутреннее разрезное кольцо 19 сожмется и застопорит микровинт.

Точность отсчета всех микрометрических головок 0,01мм.

Микрометры для наружных измерений. Любой микрометр имеет скобу 1 (рисунок 2), на левом конце которой запрессована жесткая пятка 2 или, если пределы измерения больше 300мм, сменные удлиненные пятки (рисунок 3). Установку пяток ведут с помощью калибра. На правом конце скобы смонтирована микрометрическая головка 6 (рисунок 2), состоящая из стебля 5, барабана и подвижной пятки 4, связанной с микровинтом. Барабан соединен с установочным колпачком 7 и трещоточным устройством 8. Для фиксирования полученного при измерении размера микровинт стопорится рычажком тормозного приспособления 9.

При измерении объект вводят между пятками микрометра и, вращая барабан за головку трещоточного устройства 5, подводят подвижную пятку 4 до соприкосновения с ним. После того как головка трещоточного устройства начнет проворачиваться, отсчитывают показания. Микрометры имеют пределы измерения от 0 до 600мм с интервалом через 25мм (до 300мм) и с интервалом 100мм (после 300мм).

Перед измерениями микрометр необходимо проверить на совпадение нулевых штрихов на стебле и барабане. Если нулевые штрихи не совпадают, то микрометр иеобходимо настроить. Настройку микрометра ведут в следующем порядке.

Поворачивают стопорный рычаг 16 (рисунок 1,а) или стопорное кольцо 18 (рисунок 1,б и в) и освобождают (расстопоривают) микровинт.

1 - скоба; 2 - жесткая пят­ка; 3 - калибр (концевая мера) для установки микро­метра на нуль; 4 - под­вижная пятка (микровинт); 5 - стебель; 6 - микромет­рическая головка; 7 - уста­новочный колпачок; 8 - трещоточное устройство; 9 - тормозное приспособле­ние.

Рисунок 2 – Микрометр для наружных измерений

Рисунок 3 – Крепление пяток

Создают зазор в 1мм между пятками 2 и 4 (рисунок 2) или если между пятками вставлена концевая мера 3 (рисунок 2), между торцом концевой меры и пяткой 4.

Вращают барабан за головку трещоточного устройства 5, доводя пятки 2 и 4 до соприкосновения. Момент соприкосновения обнаруживается по характерному звуку трещоточного устройства. В этом положении проверяют совпадение нулевого штриха на барабане с нулевым штрихом на стебле 5. Если нулевые штрихи совпадают, микрометр готов к работе, если же нет, то необходима его настройка. В этом случае проводят следующие операции.

С помощью рычага тормозного приспособления 9 (рисунок 2) или кольца 18 (рисунок 1) стопорят микровинт.

В этом положении отъединяют барабан 6 (рисунок 2) от микровинта пятки 4. Для этого, придерживая барабан левой рукой, правой рукой ослабляют соединительный колпачок 7. В результате этого барабан может свободно вращаться вокруг стебля и его можно установить на нуль.

Установив барабан на нуль, осторожно завертывают (наживляют) соединительный колпачок 7.

Освободив стопор и отъединив измерительные пятки друг от друга или от установочного калибра, закрепляют соединительный колпачок окончательно. После этого еще раз повторяют первые три операции для проверки установки.

Микрометрические нутромеры (штихмассы) применяют для измерений диаметров отверстий или внутренних размеров более 50мм. Микрометрический нутромер состоит из головки (рисунок 4, а) и удлинителей (рисунок 4, б). В головку входят собственно микрометрический винт 5, стебель 3 с нарезным левым концом, на который навинчиваются удлинители или предохранительная гайка 2, сферические наконечники 1 и 10, которые соприкасаются со стенками измеряемого объекта, стопорный винт 4, барабан 7 и установочный колпачок 9. Наименыпий размер микрометрического нутромера будет тогда, когда нулевое деление шкалы барабана 7 совпадает с начальным штрихом продольной шкалы на стебле 3.

В большинстве нутромеров наименьший размер – 75мм и более. Наибольший же размер зависит от числа удлинителей, соединенных с головкой, и их размеров. Для уменьшения погрешности при измерениях необходимо использовать не более 3 – 4 удлинителей. Чтобы соединить удлинитель с микрометрической головкой, необходимо отвернуть предохранительную гайку 2, а вместо нее навернуть правый конец удлинителя. При навертывании измерительный наконечник 1, нажимая на правый конец удлинирисунок 4, б), заставляет выйти наружу его левый измерительный конец. При развинчивании головки стальной стержень (штихмасс) под воздействием пружины 12 снова скрывается в металлическую трубку 14. На свободный конец удлинителя с резьбой может быть навинчен другой удлинитель и т. д. На свободный конец последнего удлинителя навинчивают предохранительную гайку.

1 – сферические наконечник 9 – установочный колпачок

2 – предохранительная гайка 10 – сферические наконечник

3 – стебель 11 – буртик

4 – стопорный винт 12 – пружина

5 – микровинт 13 – предохранительная головка

6 – регулировочная гайка 14 – предохранительная трубка

7 – барабан 15 – удлинитель

8 – разрезное кольцо

Рисунок 4 – Микрометрический нутромер

В процессе измерений нутромер вводят в отверстие и один конец его упирают в поверхность измеряемого объекта, а другой, вращая барабан, приводят в соприкосновение с противоположной поверхностью. Покачивая нутромер сначала в осевом, а потом в диаметральном направлениях, находят наименьший и наибольший размеры. Зафиксировав размер с помощью стопора и вынув нутромер из отверстия, производят отсчет. При использовании удлинителей необходимо навертывать их на головку, начиная с больших размеров, так как другая последовательность установки удлинителей приводит к увеличению погрешности измерений.

Нулевую установку головки нутромера проверяют концевыми мерами или специальной скобой, приложенной к нутромеру.

Проверку и настройку штихмасса ведут в следующем порядке.

Вводят в скобу микрометрическую головку с надетой на нее предохранительной гайкой 2.

Отстопорив микровинт 4 и придерживая левой рукой микрометрическую головку в скобе, правой рукой поворачивают барабан 7 до тех пор, пока наконечники 1 и 10 не соприкоснутся с боко-выми стенками скобы. В этом положении стопорят микровинт.

Вынимают микрометрическую головку и, придерживая левой рукой барабан 7, правой рукой ослабляют колпачок 9. В этом положении барабан легко поворачивается вокруг стебля 3 и может быть установлен так, чтобы его нулевой штрих совпадал с нулевым штрихом стебля.

Легко затягивают колпачок 9, отстопоривают его и затягивают окончательно. Головка настроена и готова к работе.

Микрометрический глубиномер (рисунок 5) служит для измерения глубины отверстий, уступов, выточек и т. д. У глубиномеров со стеблем соединена не скоба, как у микрометров, а основание (траверса) 1. Кроме того, в отличие от микрометров нуль основной шкалы микрометрической головки глубиномеров расположен не слева, а справа. В остальном головка глубиномера сходна с головкой микрометра. В нижнем конце микровинта сделано отверстие 10, в которое может быть введен цилиндрический стержень 11 необходимой длины. Длина стержня зависит от измеряемого размера. На конце каждого цилиндрического стержня имеется пружинящее устройство, обеспечивающее достаточную связь стержня с микровинтом. Сменные стержни могут быть четырех размеров: 0-25; 25-50; 50-75; 75-100мм.

Проверку и настройку микрометрического глубиномера ведут в следующем порядке.

Вывертывают барабан 5 микрометрической головки настолько, чтобы конец измерительного стержня скрылся в отверстии траверсы.

Устанавливают траверсу на поверочную плиту и, прижимая ее левой рукой, вращают правой рукой головку трещоточного устройства 8 до появления щелчков. В этом положении микровинт 3 фиксируют с помощью стопорного винта 9.

Придерживая левой рукой барабан 5, ослабляют правой рукой колпачок 7. В этом положении барабан легко поворачивается вокруг стебля и может быть установлен так, что его нулевой штрих совпадет с нулевым штрихом стебля.

Завертывают колпачок 7 и расстопоривают микровинт. Прибор готов к работе.

1 – основание (траверса)

2 – стебель

3 – микровинт

4 – регулировочная гайка

5 – барабан

6 – хвостовик винта

7 – установочный колпачок

8 – трещоточное устройство

9 – стопорный винт

10 – отверстие для установки стержня

11 – стержни

Рисунок 5 – Микрометрический глубиномер

3 Порядок выполнения работы

Исходными данными при проведении измерений микрометрическими инструментами служат размеры, каждый из которых предназначен только для использования какого-либо одного прибора.

3.1 Изучить конструкцию, регулирование и настройку микрометрических инструментов.

3.2 Дать эскиз детали, указав на нем заданные размеры.

3.3 Расшифровать символические обозначения допусков по всем заданным размерам.

3.4 Определить для всех инструментов следующие метрологические показатели:

а) пределы измерения;

б) цену деления на стебле микрометрической головки в мм;

в) цену деления на барабане в мм. Цену деления на барабане находят по формуле

e=t/n (1)

где t – шаг резьбы микровинта

п – число делений на барабане;

г) возможную предельную погрешность Δlim инструмента в пределах его использования (см. приложение A).

3.5 Проверить и настроить все инструменты.

3.6 Произвести измерения всех заданных размеров с учетом возможностей инструмента. Измеренный размер записать с учетом предельной погрешности

Dвоз=Dпр±ΔΣ(изм) (2)

где Dвоз – возможный размер с учетом погрешности измерения

Dпр – размер, установленный по показаниям прибора

ΔΣ(изм) – предельная погрешность прибора для полученного размера.

3.7 Дать заключение о годности изделия (укладывается ли полученный размер в допуске).

4.1 Цель работы

4.2 Эскиз детали с указанием на нём размеров, подлежащих измерениям и символическая расшифровка обозначений допусков

4.3 Метрологические показатели, применяемых микрометрических инструментов

4.4 Заключение о годности детали

5 Меры безопасности

5.1 Запрещается производить действия, которые могут привести к травмам, бесцельное вращение винтов, нониусов и т. д.

5.2 Осторожно прикасаться к острым краям детали, в случае пореза обратиться к преподавателю.

Контрольные вопросы

1 Разновидности, устройство и назначение микрометрических инструментов

2 Метрологические показатели микрометрических инструментов

3 Регулирование и настройка микрометрических инструментов

4 Предельная погрешность микрометрических инструментов

5 По указанию преподавателя расшифровать символическое обозначение допусков

Литература

1 , Полещенко по взаимозаменяемости, стандартизации и техническим измерениям. М.: Колос, 1977. – 224с.

2 и др. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения: Учебник - 5-е изд., М.: Машиностроение, 19с.

3 Допуски и посадки. Справочник в 2-х томах. /Под редакцией, 6-е изд. - Л.: Машиностроение, 19с.

Приложение А

(справочное)

Предельные погрешности средств измерения линейных величин (±Δlim)

Наименвание измерительного средства

контакта

Интервалы размеров, мм

Цена деления, мм

Микрометры рычажные находятся на руках

находятся в стойке

Значение, Δlim, мкм

Глубиномеры микрометрические при абсолютном методе

при относит. методе

Перемещение стержня

Средства установки

Класс шерохов. пов. детали

Интервалы размеров, мм

Значение, Δlim, мкм

Нутромер микрометрический с ценой деления 0,01мм

по установочной мере

Введение……………………………………………………. Цели и задачи лабораторной работы……………………… Цель лабораторной работы………………………………… Задачи лабораторной работы……………………………… Основные положения……………………………………….. Порядок проведения работы……………………………….. Меры безопасности…………………………………………. Контрольные вопросы……………………………………… Литература…………………………………………………… Приложение А……………………………………………….. УТВЕРЖДАЮ Проректор по УР ПГУ им. С. Торайгырова (личная подпись) «____»____________2007г. Составители: старший преподаватель __________ старший преподаватель __________ Кафедра машиностроения и стандартизации Утверждено на заседании кафедры «____»______2007г. Протокол №_____ Заведующий кафедрой _________________ Одобрено методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта «____»_________2007г. Протокол №_____ Председатель МС _____________________ СОГЛАСОВАНО Декан факультета _____________ «___»_______2007г. Нормоконтролер ОМК _________ «___»______2007г. ОДОБРЕНО ОПиМО Начальник ОПиМО _____________ «___»______2007г. Рецензия на методическое указание к лабораторной работе «Устройство и эксплуатация микрометрических инструментов» по дисциплинам «Метрология», «Основы взаимозаменяемости», «Стандартизация, сертификация и технические измерения», «Методы и средства измерения и контроля». В методическом указании представлены устройства, назначение и применение микрометрических инструментов – микрометров, микрометрического глубиномера и микрометрических нутромеров, а также их регулирование и настройка. По каждому описанному инструменту представлены рисунки с пояснительным текстом. По приведённым теоретическим положениям студент приобретает навыки чтения чертежа детали, правильного выбора методов измерения и применения измерительных инструментов. Методические указания разработаны в соответствии с общими требованиями к оформлению и изданию в научно-издательском центре ПГУ им. С. Торайгырова согласно МИ ПГУ 4.02.1-05. Методическое указание разработано в помощь студентам для полного и наглядного освоения лекционного материала на практике. Учитывая практическую значимость данной лабораторной работы «Устройство и эксплуатация микрометрических инструментов» для студентов машиностроительных специальностей рекомендовать к изданию в НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова. Магистр, старший преподаватель Рецензия на методические указания к лабораторной работе «Устройство и эксплуатация микрометрических инструментов» по дисциплинам «Метрология», «Основы взаимозаменяемости», «Стандартизация, сертификация и технические измерения», «Методы и средства измерения и контроля». Методические указания составлены с целью получения представления о микрометрических инструментах. В процессе выполнения лабораторной работы на конкретной детали студентам предлагается дать заключение о годности детали с определением метрологических показателей используемых микрометрических инструментов. При заключении о годности детали, учитывается предельная погрешность микрометрических инструментов, что дает полную картину при измерении размеров детали. Лабораторная работа предусмотрена для дальнейшего освоения теоретического материала по дисциплинам «Стандартизация, сертификация и технические измерения», «Методы и средства измерения и контроля», «Основы взаимозаменяемости», «Метрология». Учитывая практическую значимость данной лабораторной работы «Устройство и эксплуатация микрометрических инструментов» для студентов машиностроительных специальностей, рекомендовать к изданию в НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова. Кандидат технических наук, профессор

Микрометрические инструменты. .

Для точного измерения наружных и внутренних диаметров, толщин и глубин применяются микрометрические инструменты. К ним относятся: микрометры различных конструкций и назначения, микрометрические нутромеры и микрометрические глубиномеры. Все типы микрометрических инструментов работают по принципу использования взаимного перемещения винта и гайки. Наибольшее распространение имеют микрометры. Они выпускаются следующих типов: микрометры гладкие обыкновенные, микрометры с плоскими вставками, микрометры рычажные, микрометры резьбовые. Все микрометрические инструменты имеют точность отсчета 0,01 мм.

Микрометры гладкие предназначены для измерения наружных размеров и длин гладких деталей. Согласно стандарту микрометры выпускаются со следующими пределами измерений: 0—25, 25—50, 50—75, 75—100 и далее через 25 мм до 275—300 мм, а затем 300—400, 400—500 и 500—600 мм.

У всех микрометров максимальное перемещение микрометрического винта составляет 25 мм, что способствует сохранению необходимой точности. При более длинных винтах точность была бы ниже вследствие накопления ошибок при изготовлении винта. У трех последних типов микрометров с разницей в пределах измерения в 100 мм ход винта также равен 25 мм, а увеличение пределов измерений достигается за счет применения сменных пяток.

Рис. 18.

Микрометр (рис. 18) состоит из скобы 1, в которую запрессованы с одной стороны неподвижная пятка 2, с другой — стебель 5. Стебель имеет внутри нарезку, в которую ввинчивается микрометрический винт 3. Винт неподвижно скреплен с барабаном 6, к торцу которого привернут корпус трещотки 7. При вращении трещотки вращается барабан и микрометрический винт. Трещотка служит для обеспечения постоянной величины зажатия измеряемых деталей и, следовательно, точности измерения. Закрепление винта в определенном положении производится стопором 4.

На стебле вдоль его оси нанесена черта, по обе стороны которой расположена шкала, где с одной стороны указаны целые миллиметры, с Другой стороны — полумиллиметры. На конической части барабана нанесена круговая шкала, имеющая 50 делений. Шаг микрометрического винта равен 0,5 мм, т. е. за один оборот винт перемещается на 0,5 мм, а при повороте на одно деление барабана продольное перемещен ние составит 0,5: 50 = 0,01 мм. Отсчет размеров производится по шкале на стебле (целые миллиметры и полумиллиметры) и пошкале на барабане (сотые доли миллиметра). Считаются те деления на стебле, которые находятся слева от скошенного края барабана, и то деление на барабане, которое совпадает с продольной чертой на стебле.

Перед проведением замеров проверяют нулевые положения микрометра. Для этого при помощи трещотки перемещают микрометрический винт до соприкосновения его с неподвижной пяткой при пределах измерения 0—25 мм или с установочной мерой при других пределах измерения. Размер установочной меры должен быть равен нижнему пределу измерения микрометра. При этом у исправного микрометра должны совпадать нулевой штрих барабана с продольной чертой стебля, а кромка барабана — с нулевым штрихом шкалы стебля.

Микрометрический нутромер (штихмасс) применяется для измерений внутренних размеров отверстий, пазов, скоб. Он выпускается с пределами измерений 50—75, 75—175, 75—600, 150— 1250, 860—2500, 1520—4000 мм. Увеличение предела измерений производится за счет применения удлинителей. Микрометрический нутромер состоит из микрометрической головки с измерительными наконечниками и комплекта удлинителей. Нутромер отличается от микрометра отсутствием скобы и трещотки, а также некоторыми конструктивными особенностями. Микрометрический глубиномер используется для точного измерения глубины отверстий, пазов, канавок, выточек. Он выпускается с пределами измерений 0—25, 0—50, 0—100 мм. Точность отсчета 0,01 мм. Максимальный ход микрометрического винта 25 мм. Расширение пределов измерений достигается применением сменных стержней.