Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Téma: Třísouřadnicový kontaktní stroj, laboratorní měření 2D a 3D, měření závitů a ozubení Obor: Nástrojař Ročník: 3. Zpracoval(a): Pavel Rožek Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010
Obsah Třísouřadnicové měřicí stroje 3 Uspořádání souřadnicových měřicích strojů 3 Měření na souřadnicovém stroji 5 Třísouřadnicový kontaktní stroj ASTER 650 CNC 5 Quadra Check 6 Dvousouřadnicové měřicí přístroje 7 Měření závitů 9 Mezní závitové kalibry 9 Měření závitů přes drátky 10 Měření ozubení, 10 Parametry ozubení 11 Měření ozubení a přístroje pro jeho kontrolu 11 Použitá literatura 13
1. TŘÍSOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ STROJE Souřadnicové měřicí stroje slouží ke komplexnímu měření součástí v nejrůznějších průmyslových oborech. Tato kategorie měřicí techniky obsahuje jak manuální souřadnicové měřicí stroje, k jejichž obsluze je potřeba pracovník, který měření provádí, tak plně CNC řízené měřicí stroje, u kterých není přítomnost pracovníka při měření nezbytně nutná. 1.1 USPOŘÁDÁNÍ SOUŘADNICOVÝCH MĚŘICÍCH STROJŮ Princip třísouřadnicového měření je na prvý pohled jednoduchý. Základním měřicím zařízením je třísouřadnicový měřicí stroj (CMM Coordinate Measuring Machine). Měřicí stroj je charakterizován třemi vzájemně kolmými osami, označenými jako x, y a z. V některých případech mohou být doplněny ještě čtvrtou, rotační osou. Jde o systém: pravoúhlých souřadnic (tři délkové souřadnice), cylindrických (válcových) souřadnic (dvě pravoúhlé souřadnice a jedna osa rotační)
Tyto osy ztělesňují prostorový souřadnicový systém, podobně jako u NC frézky. Posuvy podél jednotlivých os se měří délkovými měřicími systémy a tyto hodnoty se vedou do elektronického systému. U nejjednodušších, ručně obsluhovaných strojů se přímo indikují v číslicovém tvaru, u moderních strojů se zpracovávají podle měřicí úlohy v daném software. Souřadnicový stroj se skládá z těchto hlavních částí: vlastní měřicí stroj (základní těleso stroje, měřicí stůl, posuvové zařízení, měřicí a snímací systémy), počítač pro řízení měřicích procesů a pro zpracování výsledků měření, periferní přístroje pro vstup a výstup dat. Podle uspořádání konstrukčních prvků se souřadnicové měřicí stroje člení na: výložníkové stroje: měřicí stůl je nepohyblivý, přesnost měření je nepříznivě ovlivňována průhybem výložníku, široké uplatnění v těžkém strojírenství a v automobilovém průmyslu. Obr. 1: Výložníkový stroj Stojanové stroje: vhodné pro menší měřicí rozsahy, ze všech uvedených druhů strojů nejvíce respektují komparátorový princip, používají se pro přesná měření v nástrojářství a jemné mechanice. Obr. 2: Stojanový stroj Portálové stroje: nabízejí dvě varianty: nepohyblivý stůl s pohyblivým portálem (tato varianta se vyznačuje možností velkého zatížení stolu), nebo pohyblivý stůl s nepohyblivým portálem (tato varianta se vyznačuje velkou tuhostí konstrukce a tím i malou nejistotou [chybou] měření.)
Obr. 3: Portálový stroj mostové stroje: pro velké měřicí rozsahy, zejména v souřadnici X, např. 20 000mm x 6 000mm x 4 000mm. Obr. 4: Mostový stroj Měřicí (snímací) hlavy jsou v přímém styku s měřeným objektem. Obvykle se používají dotekové systémy (spínacího nebo měřicího typu). 1.2 MĚŘENÍ NA SOUŘADNICOVÉM MĚŘICÍM STROJI Zásadní úlohou souřadnicové měřicí techniky je získat prostřednictvím souřadnic jednotlivých měřených bodů vyčerpávající informaci o rozměrech, tvaru a vzájemné poloze snímaných tvarových prvků. Jednotlivé body kontrolovaného prvku (bod, přímka, kružnice, drážka, plocha atd.) se snímají měřicí hlavou a ze souřadnic takto sejmutých se v počítači vyhodnocují zvolené charakteristiky, např. průměry, rozteče, jejich vzájemná poloha atd. 1.2.1 TŘÍSOUŘADNICOVÝ KONTAKTNÍ STROJ ASTER 650 CNC Je měřící zařízení, které v ručním nebo CNC provedení zcela efektivně umožní měřit složité prostorové dílce skříňového nebo rotačního tvaru. Lze provádět porovnávání naměřených hodnot s mezními rozměry nebo reálně změřená data porovnávat s výkresovými daty. Naměřená data lze statisticky zpracovávat. Je tedy vhodný všude tam, kde jsou měřící úlohy tvořeny zejména 2D a 3D geometriemi a kde jako podklady slouží výkresová dokumentace.
Slouží pro manuální nebo automatickou kontrolu malých a středně velkých dílů. Konstrukce a materiál použitý pro stavbu těchto strojů umožňuje vysokou přesnost, pracovní rychlost, stabilitu, spolehlivost. Měřící systém se skládá z fotoelektrické stupnice a elektronické snímací hlavy (bezkontaktní a neopotřebitelný měřící systém pracující pomocí elektromagnetického vlnění). Citlivost (přesnost) měření = 0,001mm. Verze je automatická s osovým posuvem pomocí motorů řízený CNC a joy-stickem v manuálním režimu a samokontrolou. Tento měřící stroj je softwarem, jehož základem je univerzální měřicí a vyhodnocovací program QC 5000. 1.2.2 QUADRA CHECK 5000 Je populární měřící program o otevřenou architekturou, která umožňuje připojení k desítkám typů optických i kontaktních měřících přístrojů. Nejdůležitější charakteristikou je intuitivní uživatelské rozhraní a velmi jednoduché a srozumitelné dialogy. Samozřejmostí je tvorba protokolu a to jak v podobě tabulky, tak v podobě grafického znázornění měřeného dílce. QC 5000 nabízí vícenásobný pohled dílce, to je možnost čtyř nezávislých pohledů (3D modeling, XY, YZ, ZX). Srozumitelná grafika zahrnuje 4 grafické znázornění dílu: 3D,XZ, YZ, ZX. Každý pohled zahrnuje plné zoomovací a rotační funkce.
1.3 DVOUSOUŘADNICOVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE Měřicí mikroskopy a profilprojektory jsou dvousouřadnicové optické měřicí přístroje, které pracují v soustavě rovinných souřadnic, realizovaných: - posuvy měřicího stolku ve dvou osách (systém pravoúhlých souřadnic) - posuvem v jedné délkové souřadnici a otáčením měřicího stolku nebo kruhové matnice (systém polárních souřadnic). U těchto přístrojů se rozeznávají dva druhy zobrazení:
- v průchozím světle (diaprojekce), při kterém se měřený předmět osvětluje zdola a pozoruje se jeho stínový obraz (profil), - V odraženém světle (epiprojekce), při kterém se měřený předmět osvětluje silným světelným zdrojem shora a pozoruje se jeho povrch. Oba způsoby se mohou v jistých případech kombinovat. Měřicí mikroskopy Objektiv měřicího mikroskopu vytváří reálný, obrácený zvětšený obraz měřeného předmětu. Takto vytvořený obraz se pozoruje okulárem. Ploché měřené součásti se upínají na měřicí stolek, který je obvykle otočný, rotační součásti se vkládají do přídavného hrotového přístroje nebo se kladou na prizmatické podložky. Jako odměřovací systémy se u nejjednodušších dílenských mikroskopů používají mikrometrické hlavice, u náročnějších univerzálních mikroskopů elektronické odměřovací systémy. Soudobé univerzální měřicí mikroskopy jsou vybaveny počítačem, který pomocí vhodného softwaru vyhodnocuje měřené hodnoty. Výsledky se mohou tisknout v přídavné tiskárně. Měřicí mikroskopy se používají především v metrologických střediscích a nářaďovnách při měření vnějších závitů, např. mezních závitových kalibrů nebo různých tvarových součástí a kuželů. Konvenční měřicí mikroskopy se mohou modernizovat, např. nahrazením mikrometrických hlavic lineárním odměřovacím systémem nebo doplněním o vyhodnocovací počítačový systém. Obr. 5: Digitální mikroskop KESTREL
2 MĚŘENÍ ZÁVITŮ Závit je určen jmenovitým profilem v osovém řezu závitu. Hlavními pěti určujícími veličinami závitu jsou tyto parametry: Obr. 6: Profil metrického závitu Parametr Označení u závitu šroubu Označení u závitu matice velký průměr d D střední průměr d2 D2 malý průměr d1 D1 rozteč P P vrcholový úhel & & Z uvedených parametrů jsou pro kontrolu závitu důležité zejména tyto parametry: střední průměr závitu stoupání, respektive rozteč závitu vrcholový úhel závitu 2.1 MEZNÍ ZÁVITOVÉ KALIBRY V běžné dílenské praxi se při kontrole závitů nejčastěji používají mezní závitové kalibry. Mezní kalibry pro kontrolu závitu matice - mezní závitové trny Mezní kalibry pro kontrolu závitu šroubu - mezní závitové třmenové kalibry - mezní pevné závitové kroužky - mezní stavitelné závitové kroužky
2.2 MĚŘENÍ ZÁVITŮ PŘES DRÁTKY Nejrozšířenější metodou je měření třmenovým mikrometrem nebo pasametrem pomocí měřicích drátků. Měřicí drátky se používají i při měření na univerzálním délkoměru. Svou přesností je tato metoda vhodná i pro kalibraci mezních závitových trnů. Měřicí drátky jsou přesné ocelové válečky normalizovaných průměrů. V soupravě měřicích drátků je 27 sad, odstupňovaných od Ø 0,17 do Ø 6,35 mm. V každé sadě jsou tři měřicí drátky téhož průměru. Při měření se zvolí příslušný průměr drátků podle stoupání kontrolovaného závitu. Při měření se dva drátky téhož průměru vloží do sousedních mezer závitu ze strany pevného doteku měřicího přístroje, třetí měřicí drátek ze sady se vloží do protilehlé závitové mezery. Rozměr přes drátky Md2 se stanoví podle vzorce M d2 = d 2 + 2 x Obr. 7: Měření závitu měřicími drátky 3 MĚŘENÍ OZUBENÍ Obr. 8: Čelní ozubená kola s přímými zuby
3.1 PARAMETRY OZUBENÍ Základní normou, stanovující přesnost ozubení je ČSN 01 4682. Ta se týká lícování pro čelní evolventní ozubená kola a soukolí s vnějším a vnitřním ozubením s přímými, šikmými a šípovými zuby. Lícování ozubených kol je obsaženo v normě ČSN ISO 1328-1. Obr. 9: Čelní ozubená kola s přímými zuby 3.1.1 MĚŘENÍ OZUBENÍ A PŘÍSTROJE PRO JEHO KONTROLU Měření ozubených kol patří k nejsložitějším měřením geometrických veličin v průmyslové praxi. Vyžaduje často speciální měřicí techniku i odborné znalosti kontrolora a to jak z hlediska teorie ozubení, tak i příslušných měřicích metod. (zde jsou uvedeny jenom měření pomocí běžně dostupných dílenských měřidel) Ke stanovení boční vůle slouží měření rozměru přes zuby, měření tloušťky zubu. Obě metody se realizují snadno dílenským měřidly. Tloušťka zubu se měří zuboměrem. Jeho měřicí princip je jednoduchý: na zuboměru se nastaví výška zubu, ve které se má tloušťka zubu měřit. Jde o aplikaci posuvky, resp. její doplnění o možnost měřit tloušťku zubu v konstantní výšce. Protože základnou pro měření je v tomto případě hlava zubu, o kterou se měřidlo při měření opírá, může být výsledek měření ovlivněn případnou úchylkou hlavové kružnice od její jmenovité hodnoty.
Obr. 10: Posuvné měřítko na měření tloušťky zubů- zuboměr Nepřímé měření tloušťky zubu pomocí rozměru přes zuby je jednoduchá a často velmi používaná metoda. Měří se speciálním mikrometrem na ozubená kola, tzv. talířkovým mikrometrem, jehož měřicí plochy mají tvar talířků. Měří se na několika místech obvodu kola, z měřených hodnot se vypočte aritmetický průměr. Počet zubů, přes které se měří, závisí na celkovém počtu zubů kola a na záběrové kružnici ozubení. počet zubů je volen tak, aby se měřicí plochy mikrometru dotýkaly boků zubu přibližně na roztečné kružnici kola. Obr. 11: Měření rozměru M přes několik zubů Kontrola obvodového házení ozubení Nejjednodušší způsob kontroly je ten, že měřené kolo nasuneme na kontrolní trn, který upneme do hrotového přístroje a jednotlivé zuby (zubové mezery) měříme postupně buď pomocí válečku a číselníkového úchylkoměru, nebo pomocí úchylkoměru, jehož vyměnitelný dotyk je přímo opatřen kuličkou. Průměry válečků nebo kuliček volíme tak, aby dosedali do zubní mezery pokud možno na roztečném průměru kola.
Válečkem nebo kuličkou kontrolujeme buď ve všech zubových mezerách, nebo v sériové výrobě měříme ozubené kolo alespoň na čtyřech místech obvodu navzájem pootočených o 90. Obr. 12: Místa, kde se kontroluje házení ozubených kol po soustružení Obr. 13: Kontrola obvodového házení ozubení pomocí válečků a úchylkoměru POUŽITÁ LITERATURA 1. ČENĚK NENÁHLO: MĚŘENÍ VYBRANÝCH GEOMETRICKÝCH VELIČIN, ČMS PRAHA 2005 2. JOSEF DILLINGER A KOLEKTIV: MODERNÍ STROJÍRENSTVÍ PRO ŠKOLU A PRAXI, EUROPA SOBOTÁLES 3. Zdeňek Vysloužil: STROJNICKÁ MĚŘENÍ 1, ROZMĚROVÁ MĚŘENÍ, ZPS 1965 4. Internet: www.merici-pristroje.cz www.mitutoyo-czech.cz