Точность концевых мер длины

Большое разнообразие в применении мер вызывает необхо­димость в мерах различной точности, поэтому введено их деление на классы (в зависимости от точности изготовления и области применения).

Класс точности концевых мер определяется точностью их из­готовления: величиной отклонения срединной длины мер от но­минального размера, отклонения их от плоскопараллельности и качеством притираемости.

Технические требования, форма и размеры концевых мер,
их комплектования в наборы, классификация их по точности и пра-
вила поверки и калибровки установлены ГОСТ 9038—90, международным стандартом ISO 3650:1998, а также Европейским стандартом EN ISO 3650:1998.

Особенностью стандарта ISO 3650:1998 является:

- введение новой системы классов точности КМД (в частности отмена класса 00), - введение требований, касающихся погрешности измерений при декларировании соответствия согласно ISO 14253-1:1998, т.е. касающихся предельно заданного допуска.

- пересмотр некоторых определений и обозначений в соответсвии с применяемыми в настоящее время рекомендациями (рис.2.2).

Стандартом ISO 3650:1998 установлено четыре класса точности (допуска) КМД:

- КМДкласса точности2 обычно используют как «Рабочие эталоны» в измерительных лабораториях для установки приборов и инструментов при относительных измерениях и их калибровки, а также для настройки контрольных приспособлений и станков.

- КМД класса точности1в основном используют как «Рабочие эталоны» в измерительных лабораториях и контрольных пунктах для калибровки приборов и инструментов и для точных измерений;

- КМД класса точности0 используют в качестве «Исходного эталона» (Образцового средства) в калибровочных и измерительных лабораториях в термоконстантных помещениях для поверки и калибровки КМД, приборов, инструментов и калибров и для выполнения очень точных измерений;

- КМД класса точностиК используют в качестве «Исходного эталона» (Образцового средства) в калибровочных и измерительных лабораториях государственных метрологических институтов и сертифицированных центров для поверки и калибровки КМД, эталонов длины, приборов, инструментов и калибров. КМД класса точности К являются самым точным эталоном.

Под размером плоскопараллельной концевой меры длины (рис.2.1.2) понимается ее срединная длина ℓ_с, которая определяется длиной перпендикуляра, опущенного из середины одной из измеритель­ных поверхностей меры на противоположную измерительную поверхность.

Длина плоскопараллельной концевой меры в данной точке определяется длиной перпендикуляра, опущенного из данной точки на противоположную измерительную поверхность.

Наибольшая по абсолютной величине положительная или отрицательная разность между длиной меры в любой точке и срединной ее длиной ℓ_с определяет предельное отклонение длины t_v (плоскопараллельность меры), причем зона шириной 0,5-2,0 мм вдоль краев измерительной поверхности во внимание не принимается.

Рис 2.1.2 Размеры КМД

Номинальная длина ℓ_n, срединная длина ℓ_с

В табл. 2.1.1 указаны предельные отклонения длины ℓ_nв любом месте номинального размера в зависимости от класса точности согласно ISO 3650:1998.

Рабочие (измерительные) поверхности притирают (полируют) и на кромках выполняют скругленные фаски, Это обеспечивает притираемость мер при прикладывании или надвигании одной концевой меры на другую.

Таблица 2.1.1

В табл. 2.1.2 указаны допуски плоскостности t_f мер в зависимости от класса точности согласно ISO 3650:1998.

Таблица 2.1.2

Концевые меры длины комплектуются в наборы, обеспечивающие возможность получения блока (соединения) концевых мер любого (в пределах определенного диапазона) размера до третьего десятичного знака.

Блок концевых мер образуется путем притирания концевых мер друг к другу.

Притираемостью концевых мер называется их способность сцепляться между собой или с плоскими кварцевы­ми и стеклянными пластинами при надвигании или прикладывании одной меры на другую, или меры на пластину. Явление притираемости объясняется молекулярным притяжением в при­сутствии тончайших слоев смазки. Пленка или капли смазки, толщина ко­торой приблизительно равна 0,02 мкм, остается в микропорах концевых мер при обычно применяемых методах их притирки и вытекающие на поверхность в результате разрежения, возникающего в процессе притирки [3, 5]. При промывке рабочих поверхностей мер спиртом их притираемость может ухудшиться. Лучше промывать меры в специальном очистителе, не содержащем кислоты. Полное удаление смазки ведет к значительному (в десятки раз) уменьшению силы сцепления концевых мер. В качестве защитной смазки также лучше применять масло, не содержащее кислоты.

После того как меры притерлись друг к другу, сила, которую необходимо приложить для их сдвига превышает 30 Н.

Для обеспечения притираемости измерительные поверхности КМД должны быть тщательно обработаны и иметь высокую плоскостность – при притирке к стеклянной пластине должны отсутствовать интерференционные полосы. Это означает, что неплоскостность рабочей поверхности меры менее 0,1 мкм. Шероховатость рабочей поверхности мер не должна превышать R_а ≤ 0,063 мкм.

При составлении блока мер следует учитывать, что адгезийное взаимодействие между мерами при притирке приводит к деформации мер, некоторому изменению их плоскостности и размера. При этом деформация меры увеличивается с увеличением длины меры, а притирка к одной мере двух мер (с двух сторон) вызывает удвоенную деформацию этой меры. С учетом этого, а также с учетом удобства в эксплуатации бло­ки следует собирать из минимального числа мер, а при собира­нии блоков из нескольких мер для высокоточных измерений сле­дует меру большей длины устанавливать с краю. При притирке мер длиной до 3 мм из-за наличия у них отклонений от плоскост­ности в свободном состоянии могут возникать дополнительные погрешности блока мер. Погрешности блоков КМД с учетом отклонений длин мер при изготовлении или с учетом погрешно­стей аттестации мер, а также погрешностей от притирки при со­ставлении блока приведены в качественной экспериментальной работе [3].

Размер блока отличается от размеравходящих в него КМД не менее 0,1—0,05 мкм для каждого промежуточного слоя.

Для точных измерений, особенно в случае длительного пользования блоком одного раз­мера, целесообразно производить аттестацию размера блока в со­бранном виде. При эксплуатации следует учитывать, что проч­ность соединения мер в блоке падает с уменьшением температуры, а также с течением времени.

Для расширения эксплуатационных возможностей КМД пре­дусмотрены наборы принадлежностей к ним (ГОСТ 4119—76). В комплекты принадлежностей входят державки (струбцины) и боковики различных размеров и формы. Это позволяет осуществлять с помощью КМД измерения как на­ружных, так и внутренних размеров, калибровку координатно-измерительных машин (рис. 2.1.3), высотомеров и т.п., а также прове­дение

Рис.2.1.3 Набор из пяти КМД для калибровки КИМ

разметки. Следует помнить, что при стягивании мер в струбцинах или стяжками возникают деформации и возмо­жен некоторый перекос боковиков. Например, деформация блока мер длиной 100 мм при минимальном нормируемом усилии сжатия (350 Н) равна 0,7 мкм.

Меры выпускаются наборами. Чем больше КМД в наборе, тем легче получить любой размер при использовании меньшего числа мер, чем это возможно при малых наборах. Поэтому большие наборы обеспечивают более высокую точность (меньше накопленная погрешность мер, входящих в блок).

Кроме наборов, выполненных из одного материала, выпускают наборы мер из разных материалов. Например, в набор из стальных мер включают несколько твердосплавных или керамических мер с наиболее часто употребляемыми размерами (т.е. больше изнашиваемых).

Наборы выпускают с разной градацией размеров, например, наборы с градацией размеров 0,001 мм или наборы больших мер с градацией размеров 25—100 мм.

Из всех возможных вариантов составления блока следует выбирать тот, при котором заданный размер составляется из наименьшего числа мер и, следовательно, обеспечивается наименьшая погрешность размера блока.