Рисунок 1. Измерение отклонения от круглости Двухточечный метод. Сравнение фактического внутреннего и наружного диаметра с постоянным измеренным диаметром. Источник: Mahr

Рисунок 1. Измерение отклонения от круглости.
Двухточечный метод. Сравнение фактического внутреннего и наружного диаметра с постоянным измеренным диаметром. Источник: Mahr

Размер имеет значение, но лучше быть в форме.

Хотя и Джон Гудман, и Арнольд Шварценеггер имеют рост 188 см, вряд ли кто-то скажет, что у них схожая форма тела. Из этого можно сделать простое заключение: размер необязательно соответствует форме. Даже если добавить сюда прочие показатели вроде веса, длины брюк, размера обуви и головного убора, одной этой информации будет недостаточно для сравнения. Добавьте обхват талии, и вы начнете осознавать разницу, но с точки зрения производства (или моделирования) вам по-прежнему будет не хватать данных как для создания форм, так и для установления различий между ними.

На рисунке 1 показан простой пример из сферы угловых и линейных измерений. Здесь ряд двухточечных измерений диаметра отображает круглость. Хотя все замеры показывают номинальный диаметр 1,0”, за ними скрываются детали с разными положениями граней, на что указывает истинный внутренний диаметр от 0,844” и наружный диаметр до 1,155”.

Вот почему при изготовлении высокоточных деталей необходимо измерять форму. На самом деле существует множество областей, где форма заготовки гораздо важнее ее размера. Например, вал, который вставляется в отверстие, должен быть идеально круглым, но при этом величина зазора вокруг него не будет такой критичной. В связи с этим допуск размера может быть больше, чем допуск круглости.

Именно для этого была разработана система задания геометрических характеристик и допусков (GD&T). Она предоставляет методы для определения и сопоставления геометрических требований к высокоточным деталям и узлам. Допуск формы, который используется в дополнение к стандартным размерным допускам, обеспечивает доводку допуска размера для необходимой формы. Допуск формы обычно меньше, чем соответствующий допуск размера. Возьмем для примера круглый вал. Если допуск круглости превышает допуск диаметра, то этот показатель становится бесполезным. Все потому, что допуск диаметра определяет наибольшее отклонение формы, так как все элементы поверхности детали должны быть в пределах размерного допуска.

Система задания геометрических характеристик и допусков предусматривает разнообразие допусков формы, что позволяет контролировать базовую форму поверхности. К допустимым отклонениям относят круглость и прямолинейность для двухмерного контроля поверхности и цилиндричность и плоскостность для трехмерного контроля. Есть еще соответствующий допуск, применимый для биения, но он не является допуском формы, так как сочетает элементы формы и положения.

Сегодня, когда во всех отраслях требования к точности деталей становятся все жестче, особенно важно измерять форму. Но старые представления на этот счет еще сохранились. Многие из нас до сих пор представляют себе рабочего со штангенциркулем или микрометром в руке, и мнение о том, что форму можно определить путем линейного или двухмерного измерения (или даже их сочетания и повторения), не так легко опровергнуть.

Полное показание индикатора против отклонения от круглости

Чаще всего такие представления приводят к путанице между полным показанием индикатора (TIR) и отклонением от круглости. Полное показание индикатора – это разность между максимальным и минимальным показаниями циферблатного индикатора (прим. перев.). В прошлом установки вала в центрах и его вращения с приложенным индикатором было «вполне достаточно» для определения круглости. На старых чертежах еще можно увидеть рукописные пометки о максимальных показаниях, а иногда даже информацию о том, как закрепить деталь для проверки. Конструкторы в те дни пытались сделать то, что в настоящее время в более формальном и структурированном виде реализует система задания геометрических характеристик и допусков. И даже сегодня меня часто спрашивают, в чем разница между вращением детали под индикатором и контролем круглости на высокоточном кругломере. Итак, есть немало отличий.

Первое, и самое очевидное, заключается в том, что полное показание индикатора — это не тот параметр, который можно сопоставить с заданными размерами и допусками на современных чертежах. Полное показание индикатора не заменяет показатель круглости, и для них не существует коэффициента преобразования. Полное показание индикатора гораздо ближе к биению, чем к круглости. Но даже в этом случае, так как система задания геометрических характеристик и допусков используется для оформления структур данных, полное показание индикатора считается менее определенным, чем биение.

Проблема в том, что полное показание индикатора — это измерение не одного, а сразу нескольких параметров. Взгляните на простой вал (рис. 2). Он установлен в центрах станка и вращается под индикатором на оси, образованной их крайними точками. Что если эти точки не являются истинным центром детали? Что если на токарном станке возникает вибрация с частотой в один оборот вала? В таком случае инструмент будет вибрировать, и в результате центр детали будет смещен. Полное показание индикатора также будет включать эту погрешность во вращении вокруг линии, которая не является истинной осью вала. В результате мы получим значение, отличное от истинной круглости. Круглость на самом деле следует замерять вращением детали вокруг своей оси, а не оси, определенной другими поверхностями и смещенной относительно центра.

Рисунок 2. Измерение отклонения от круглости Деталь между центрами.

Рисунок 2. Измерение отклонения от круглости.
Деталь между центрами.

Полное показание индикатора против биения

Базой отсчета для вала никак не должны быть центры станка. Часто они используются для производства валов, но не имеют ничего общего с функцией конечной детали. В готовом вале может быть пара поверхностей, которые устанавливаются в подшипники, позволяющие ему вращаться. Эти опорные шейки — функционально важные поверхности для вращения. Поэтому многие люди предложили бы установить деталь опорными шейками на призмы и начать вращение, хотя это тоже неправильный метод измерения круглости. Здесь полное показание индикатора будет аналогично измерению биения с использованием опорных шеек в качестве базы отсчета.

Но даже этот вариант не настолько точен, как измерение биения. Как можно видеть на рисунках 3A и 3B, при использовании призм полные показания индикатора оказываются заниженными для деталей с четным числом граней (иногда даже до 0!) и завышенными для деталей с нечетным количеством граней (до трех раз). Очевидно, что этот метод имеет определенные недостатки в качестве альтернативы измерению биения и абсолютно неэффективен при измерении круглости.

Биение против отклонения от круглости

Аналогичным образом, биение иногда путают с отклонением от круглости. Я обычно говорю, что биение — это отклонение от круглости плюс имеющаяся погрешность центрирования. Если бы я установил индикатор на валу, изображенном на рисунке 2, и вращал вал в центрах, я бы увидел погрешность в полном показании индикатора, связанную с круглостью детали. Но помимо этого я бы также заметил продолжительное медленное колебание или дрожание, возникающее при каждом обороте в связи с несовпадением осей центров и измеряемой поверхности.

Рисунок 3A. Измерение отклонения от круглости на призмах – четное число граней.

Рисунок 3A. Измерение отклонения от круглости на призмах – четное число граней. Источник: Mahr

Рисунок 3B. Измерение отклонения от круглости на призмах – нечетное число граней. Источник: Mahr

Рисунок 3B. Измерение отклонения от круглости на призмах – нечетное число граней. Источник: Mahr

Это дрожание учитывается при измерении биения, так же как и при измерении отклонения от круглости. Осознав это, можно сразу предположить, что значение биения должно всегда превышать значение круглости. И действительно, это обычно так, но существуют исключения. Отклонение от круглости означает отклонение от правильного круга, поэтому если бы у меня на детали была вмятина, расположенная прямо противоположно направлению отклонения центров, я мог бы получить показатель биения, который был бы меньше значения круглости. Хотя это маловероятная ситуация, она вполне может случиться и привести к неправильным выводам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ну а теперь подведем черту (или закруглимся!): чтобы измерить большую часть допусков формы, нужно позаботиться об измерении только формы без погрешностей положения, которые смазывают картину. После прочтения статьи может сложиться впечатление, что если для измерения вы используете полное показание индикатора, то вы придерживаетесь устаревших методов. Это не так, поскольку в определенных условиях измерение круглости может оказаться менее эффективным, чем полное показание индикатора. Поэтому если форма важна для вас, а зачастую так и есть, убедитесь, что вы применяете соответствующий способ измерения.

Источник материала: перевод статьи
FORM 101,

Mahr

Автор: Пат Ньюгент (Pat Nugent),
вице-президент по
метрологическим системам Mahr Federal Inc. 



Понравилась статья? Поделитесь: