Podpora výuky Strojírenské technologie pomocí modelů. Pavel Horák

Podpora výuky Strojírenské technologie pomocí modelů

Pavel Horák

Bakalářská práce 2007

ABSTRAKT V teoretické části této bakalářské práce jsou obsaženy základní poznatky z oblasti metrologie. Tato část je rozdělena do čtyř podkapitol: přesnost měření, metody měření délek, metody měření úhlů a kontrola kvality povrchu. Praktická část se zabývá výrobou modelů, které by měly podpořit výuku předmětu Strojírenská technologie. Na těchto modelech bude možno měřit: úhly sinusovým pravítkem, úhly optickým úhloměrem a drsnost povrchu. Klíčová slova: model, metrologie, přesnost měření, metody měření délek, metody měření úhlů, kontrola kvality povrchu

ABSTRACT The theoretical part of this bachelor work contains basic facts about metrology. This part is divided into four chapters: exactness of measurement, length measurement methods, angle measurement methods and control of surface quality. The practical part deals with development of models that should support education of subject Mechanical Engineering Technology. These models can be used to: angles measurement using the sine bar and/or the optical protractor, and measurement of surface roughness. Keywords: model, metrology, exactness of measurement, length measurement methods, angle measurement methods, control of surface quality

Poděkování Chtěl bych poděkovat Ing. Ondřeji Bílkovi za mé vedení při vypracování této bakalářské práce a poskytování odborných materiálů. Dále bych chtěl poděkovat Ing. Jiřímu Šálkovi za pomoc při praktické části.

OBSAH ÚVOD.................................................................................................................................... 8 I

TEORETICKÁ ČÁST ...............................................................................................9

1

PŘESNOST MĚŘENÍ ............................................................................................. 10

2

1.1

ZÁKLADNÍ POJMY .................................................................................................10

1.2

CHYBY MĚŘENÍ ....................................................................................................12

METODY MĚŘENÍ DÉLEK.................................................................................. 14

2.1 KOMPARAČNÍ MĚŘIDLA ........................................................................................14 2.1.1 Koncové měrky ............................................................................................14 2.1.2 Pevná a mezní měřidla (kalibry) ..................................................................16 2.1.2.1 Válečkové kalibry ................................................................................ 16 2.1.2.2 Třmenové kalibry................................................................................. 17 2.1.2.3 Závitové kalibry ................................................................................... 17 2.2 ABSOLUTNÍ MĚŘIDLA ...........................................................................................18 2.2.1 Měřidla pro měření délek .............................................................................18 2.2.1.1 Hloubkoměry ....................................................................................... 18 2.2.1.2 Výškoměry ........................................................................................... 18 2.2.1.3 Posuvné měřítka................................................................................... 19 2.2.1.4 Mikrometrická měřidla ........................................................................ 20 2.2.2 Měřidla s převodem mechanickým ..............................................................21 2.2.2.1 Přístroje s pákovým převodem............................................................. 22 2.2.2.2 Přístroje s pružinovým převodem ........................................................ 22 2.2.2.3 Přístroje s převodem ozubenými koly.................................................. 22 2.2.2.4 Přístroje s kombinovaným převodem .................................................. 23 3 METODY MĚŘENÍ ÚHLŮ .................................................................................... 24 3.1 PŘÍMÉ MĚŘENÍ ÚHLŮ ............................................................................................24 3.1.1 Měření kolmosti ...........................................................................................24 3.1.2 Měření úhloměry ..........................................................................................24 3.2 NEPŘÍMÉ MĚŘENÍ ÚHLŮ ........................................................................................26 3.2.1 Sinusové pravítko.........................................................................................26 3.2.2 Tangenciální pravítko...................................................................................27 4 KONTROLA KVALITY POVRCHU (DRSNOST) ............................................. 29 4.1

PROFIL NEROVNOSTI POVRCHU .............................................................................29

4.2

FILTRY PROFILU ....................................................................................................30

4.3 PARAMETRY STRUKTURY POVRCHU .....................................................................32 4.3.1 Výškové parametry.......................................................................................32 4.3.2 Délkové parametry .......................................................................................32 4.4 PRAVIDLA PRO HODNOCENÍ STRUKTURY POVRCHU ..............................................32 4.4.1 Uplatnění ,,pravidla 16 %“...........................................................................32 4.4.2 Uplatnění ,,pravidla maxima“ ......................................................................33

4.5

OZNAČOVÁNÍ STRUKTURY POVRCHU V TECHNICKÉ DOKUMENTACI......................33

4.6 MĚŘIDLA PRO MĚŘENÍ STRUKTURY POVRCHU ......................................................33 4.6.1 Měřidla dotyková .........................................................................................34 4.6.1.1 SURFTEST SJ – 310 ........................................................................... 34 4.6.1.2 Talyrond 365 ........................................................................................ 34 4.6.2 Měřidla bezdotyková....................................................................................36 II PRAKTICKÁ ČÁST ................................................................................................38 5

6

MĚŘENÍ VYROBENÝCH ÚHLŮ ......................................................................... 39 5.1

VÝROBA MODELŮ .................................................................................................39

5.2

MĚŘENÍ VYROBENÝCH ÚHLŮ SINUSOVÝM PRAVÍTKEM .........................................44

5.3

MĚŘENÍ VYROBENÝCH ÚHLŮ OPTICKÝM ÚHLOMĚREM..........................................44

5.4

POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH ÚHLŮ .........................................................................45

MĚŘENÍ DRSNOSTI .............................................................................................. 47

6.1 NÁVRH PŘÍPRAVKU PRO SURFTEST SJ – 310.....................................................47 6.1.1 Varianty řešení .............................................................................................47 6.1.2 Zhodnocení variant.......................................................................................48 6.2 MĚŘENÍ DRSNOSTI VYROBENÝCH MODELŮ ...........................................................49 6.2.1 Výsledky měření...........................................................................................49 6.2.2 Zhodnocení výsledků měření .......................................................................50 ZÁVĚR ............................................................................................................................... 51 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY.............................................................................. 52 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK ..................................................... 53 SEZNAM OBRÁZKŮ ....................................................................................................... 55 SEZNAM TABULEK........................................................................................................ 57 SEZNAM PŘÍLOH............................................................................................................ 58

UTB ve Zlíně, Fakulta technologická

8

ÚVOD Přesnost měření, měření délek, měření úhlů a kontrola kvality povrchu spadají do oblasti strojírenské technologie. Tyto pojmy mají nezastupitelné místo v běžné strojírenské výrobě a pomocí nich lze posuzovat úroveň jakosti hotových výrobků nebo polotovarů tak, aby se předcházelo výrobě neshodných kusů. V technické praxi se získávají základní naměřené hodnoty měřením. Zpracování naměřených hodnot patří mezi nejdůležitější úlohy v technické činnosti. I při velmi přesném měření se však naskytnou chyby. Ty vznikají zejména nedokonalostí lidských smyslů, nepřesností měřidla nebo podmínkami při měření. K nezastupitelným operacím ve strojírenské výrobě patří měření délek a úhlů. Rozměry součásti závisí na její funkci a účelu. Podle účelu součásti se pak musí rozměr posuzovat z hlediska přesnosti. Kontrola kvality povrchu se musí provádět podle daných předpokladů, aby se dosáhlo správných výsledků. Tato kontrola je velmi složitá a při nedodržení norem vede jen k informativním výsledkům. Cílem této bakalářské práce je podpořit předmět Strojírenská technologie. Proto se budu v praktické části zabývat výrobou modelů, na kterých si pak budou moci studenti vyzkoušet měření úhlů sinusovým pravítkem, ale i měření drsnosti drsnoměrem SURFTEST SJ – 310. Pro zmiňovaný drsnoměr mám také za úkol navrhnout (popř. vyrobit) přípravek pro měřící hlavu drsnoměru, díky němuž se měření usnadní. Poté rozhodnout zda je výhodnější přípravek vyrábět nebo zakoupit přípravek hotový.


I. TEORETICKÁ ČÁST

9


1

10

PŘESNOST MĚŘENÍ

1.1 Základní pojmy Základní pojmy z oblasti měření součástí jsou publikovány v ČSN 01 0115 (Mezinárodní slovník základních a všeobecných termínů v metrologii) a v ČSN ISO 10012-1 (Požadavky na zabezpečování měřícího zařízení). Přesnost měření: těsnost shody mezi výsledkem měření a pravou hodnotou měřené veličiny. Přesnost je kvalitativní pojem a nedá se přímo kvantifikovat. Při hodnocení jakosti konkrétního měřidla nás zajímá přesnost měřidla, která je definována pro určité konstantní podmínky (teplota, tlak, vlhkost atd.). Základní charakteristiky přesnosti měřidla Rozlišitelnost: je interpretována např. jako hodnota jednoho dílku stupnice. Poznámka: Největší dovolená chyba je zpravidla větší než rozlišitelnost, proto se při měření neodhaduje zlomek nejmenšího dílku. Největší dovolená chyba měřidla: extrémní hodnota chyby konkrétního měřidla, která je povolena normou. Největší dovolená chyba měřidla Závisí na absolutní hodnotě měřené veličiny.

δ = ±( A + B ⋅ L ) ≤ C

[µm]

L…hodnota měřené veličiny v mm A…konstanta zahrnující vliv náhodných chyb B…konstanta zahrnující vliv nevyloučených systematických chyb C…horní hranice chyby δ

(1)


11

Obr. 1. Geometrická interpretace vztahu [1] Nejistota měření: charakterizuje rozsah hodnot v němž leží pravá hodnota měřené veličiny. Opakovatelnost: těsnost shody mezi výsledky po sobě následujících měření téže měřené veličiny, při stejných podmínkách. Reprodukovatelnost: těsnost shody mezi výsledky měření téže veličiny provedenými za změněných podmínek měření. Pravá hodnota: hodnota, která je ve shodě s definicí dané veličiny. Měření: soubor činností, jejichž cílem je stanovit hodnotu veličiny. Postup měření: soubor specificky popsaných činností, které jsou používány při měřeních podle dané metody měření. Odlehlá hodnota: prvek množiny hodnot, který není konzistentní s ostatními prvky této množiny. Měřící zařízení: měřidla, etalony, certifikované referenční materiály, příslušenství a instrukce. Justování: operace určená k tomu aby funkční stav a správnost měřidla odpovídaly podmínkám jeho používání.


12

Kalibrace: soubor úkonů, které dávají za určených podmínek závislost mezi hodnotami indikovanými měřícím přístrojem a mezi hodnotami realizovanými referenčním etalonem. Ověření: potvrzení, že stanovené měřidlo má požadované metrologické vlastnosti. [1]

1.2 Chyby měření V praxi se žádné měření nepodaří uskutečnit bez toho aniž by vznikly chyby. Výsledek měření se vždy pohybuje v určitém tolerančním poli kolem skutečné hodnoty. Nikdy však nenastane ideální ztotožnění obou hodnot. Výsledný rozdíl mezi oběma hodnotami se nazývá chyba měření. Chyby se vyjadřují v absolutních nebo relativních hodnotách. Absolutní chyba Označuje rozdíl mezi hodnotou naměřenou a hodnotou skutečnou. ∆( x ) = xm − xs

(2)

xm…měřená hodnota xs…skutečná hodnota Relativní chyba Jde o poměrné vyjádření chyby, které se získá podělením absolutní chyby skutečnou hodnotou.

δ (x ) =

∆ (x ) xm − x x = xx xs

(3)

xm…měřená hodnota xs…skutečná hodnota Rozdělení chyb Chyby měření se podle jejich působení na výsledek rozdělují na chyby: a) systematické b) náhodné c) hrubé

Systematické: chyby, jejichž hodnota se při stejných podmínkách při měření nemění, je konstantní co do velikosti a znaménka. Systematickou chybu nemůžeme na rozdíl od chyby


13

náhodné charakterizovat opakovaným způsobem měření. Ke stanovení jejich velikosti postačí zpravidla vztah pro výpočet velikosti absolutní chyby. Náhodné: působí zcela nahodile, jsou těžko předvídatelné a nelze je vyloučit. Při opakovaném měření mění svou velikost i znaménko. Určují se z opakovaného měření s použitím statistických metod. Náhodnou chybu nejčastěji zastupuje směrodatná odchylka výběrové-

()

ho souboru s (x ) , méně často směrodatná odchylka aritmetického průměru s x

∑ (x

)

2

(4)

∑ (x − x )

2

(5)

n

s(x ) =

i =1

i

−x

n −1 n

()

sx =

i =1

i

n(n − 1)

n…počet měření

x …aritmetický průměr naměřených hodnot xi…číslo měření Obě směrodatné odchylky charakterizují, jak jsou výsledky měření rozptýlené. Hodnota směrodatné odchylky není však hodnota chyby, ale je jen hranicí kterou může nebo nemusí náhodná chyba překročit. Hrubé: měření zatížené hrubou chybou může znehodnotit celý experiment, a proto naměřené hodnoty, které se od ostatních hodnot značně liší, se vyloučí z dalšího zpracování. Výsledná chyba: je vyjádřena jako součet systematické chyb e a náhodné chyby ε. [11]

∆= e+ε

Obr. 2. Grafické vyjádření chyby měření

(6)


2

14

METODY MĚŘENÍ DÉLEK

Měření délek lze provádět dvěma základními typy měřidel: a) komparačními měřidly b) absolutními měřidly

2.1 Komparační měřidla 2.1.1

Koncové měrky Koncové měrky zavedl do měřící techniky Švéd C.E.Johansson a podle něj se pů-

vodně nazývaly (měrky Johanssonovy). Jejich velikost se udává přesnou vzdáleností koncových ploch, odtud je jejich název. Koncové měrky se vyrábí v různých soupravách tak, aby se z nich dali sestavit různé hodnoty. Materiál, z kterého se vyrábí, musí mít velmi malý koeficient roztažnosti, dlouhou trvanlivost a vysokou odolnost proti opotřebení (např. ocel 19 422, karbid wolframu, keramika). Měřící plochy jsou opracovány s vysokou přesností, drsností a rovinností.

Obr. 3. Souprava koncových měrek 906.630 (112 ks, třída přesnosti 1) [2] Jednotlivé měrky je možno spojovat tzv. nasáváním. Očištěné plochy se částečně nasunou na sebe, za stálého tlaku, s případným komíháním se vytlačí vzduch mezi nimi, až


15

začne působit přitažlivá síla molekul jednotlivých ploch (nasátí). Pak se tangenciálně posunou plochy tak, aby byly srovnány. Správně nasáté měrky drží při sobě silou až 1000 N.

Obr. 4. Postup při nasávání měrek [1]

Použití koncových měrek: − jako etalony délky − pro nastavování a ověřování měřících prostředků − na přímé ověřování délkových rozměrů

Obr. 5. Příklady použití koncových měrek [3] A, B, C – kontrola drážek, C, D – kontrola rozestupů, E – kontrola osazení, F – kontrola rybiny

UTB ve Zlíně, Fakulta technologická 2.1.2

16

Pevná a mezní měřidla (kalibry) Pevná měřidla, kalibry, měřící šablony a jiná speciální měřidla se používají v sériové

výrobě. Jejich použitím nezjistíme skutečný rozměr součásti. Tyto měřidla pouze třídí kusy na dobré, opravitelné a neopravitelné (zmetky).

Druhy kalibrů: a) netoleranční – mají pouze jeden tvar, který se porovnává s kontrolovaným kusem; b) toleranční – mají stranu ,,dobrou“ a ,,zmetkovou.“ Jestliže dobrá strana kalibru projde a zmetková neprojde, leží kontrolovaný rozměr uvnitř tolerančního pole. Kontrola rozměrů pomocí kalibrů je rychlá, spolehlivá a může ji provádět i nekvalifikovaný pracovník. Pro kontrolu vnitřních závitů je kalibr prakticky nezastupitelný. V praxi se používají tři druhy kalibrů: dílenské (pro kontrolu výrobků), porovnávací (pro kontrolu dílenských kalibrů) a přejímací (pro přejímací orgány). Označení kalibru musí obsahovat: − jmenovitý rozměr v mm − toleranční pole se stupněm lícování − mezní úchylky dobré a zmetkové strany − značku lícovací soustavy − značku výrobce

2.1.2.1 Válečkové kalibry Do průměru 30 mm mají dobrou a zmetkovou stranu vsazenou do držáku kuželovitým dříkem s kuželovitostí 1:50. Od průměru 30 do 100 mm mají válečkové kalibry místo kuželového dříku otvor, přes který jsou strany dobrá a zmetková vsazeny do držáku a zabezpečeny šroubem.

Obr. 6. Válečkový kalibr 32,5H7 [6]


17

2.1.2.2 Třmenové kalibry Používají se v sériové výrobě na měření broušených hřídelů, čepů apod. Při kontrole třmenovým kalibrem musí dobrá strana projít kontrolovaným rozměrem, zmetková strana projít nesmí. Podle tvaru třmenové kalibry rozdělujeme: oboustranné, jednostranné a nastavitelné.

Obr. 7. Jednostranný třmenový kalibr 13h8 [7]

2.1.2.3 Závitové kalibry Kontrolují střední průměr závitu, stoupání, případně i tvar závitu. Pro nenásilné našroubování dobré strany kalibru je zapotřebí vůle asi 0,01 až 0,02 mm.

Obr. 8. Závitový kalibr M30-6H [6]


18

2.2 Absolutní měřidla 2.2.1

Měřidla pro měření délek

2.2.1.1 Hloubkoměry Hloubka různých děr, dutin a vybrání se měří hloubkoměrem. Měří se tak, že se hloubkoměr položí příčnou částí na měřenou součástku, přidrží se a koncové měřidlo se vysouvá, až se konec tyčky dotkne dna otvoru. Pak se jen odečte naměřený rozměr. Na měření přesnějších hloubek se používá mikrometrický hloubkoměr, který má nej-

častěji rozsah 0 až 25 mm.

Obr. 9. Mitutoyo 571-251 hloubkoměr 150 mm IP67 [4]

2.2.1.2 Výškoměry Výškoměry se používají na měření výšky součásti, osazení, výřezu a pod. Výškoměr má základní destičku, na které je připevněná nehybná tyčka s milimetrovou stupnicí. Po této tyčce se posouvá objímka, která má rameno na měření součástí položených na základní destičce a rameno na měření výšky součásti. Protože výškoměry jsou poměrně drahé, proto se často používají k měření výšky sou-

části posuvné měřítka vložené do upravených stojánků. Stojánek má nejčastěji výšku 20 mm.


19

Obr. 10. Mitutoyo 570-227 výškoměr 200mm digitální [4]

2.2.1.3 Posuvné měřítka Tyto měřidla se v praxi používají nejčastěji, protože jsou jednoduché, lehko ovladatelné a jejich přesnost je pro většinu rozměrů dostatečná. Posuvné měřítko je délkové měřidlo s rovnoběžnými rovinnými plochami na dvou čelistích. Klasické posuvné měřítko může měřit vnější rozměry, vnitřní rozměry a hloubky.

Obr. 11. Posuvné měřítko [1]


20

Rozsah měření u běžných měřítek je 0 až 150 mm, 0 až 200 mm, 0 až 300 mm. U zvláštních měřítek může být pro vnější rozměry rozsah až 1000 až 3000 mm. Přesnost posuvných měřítek je 0,1, 0,05 a 0,02 mm. Závisí na dělení nonia, tj. noniové diferenci. Dělení stupnice na nenastavitelné části měřidla je v milimetrech. Dělení stupnice nonia na posuvné části závisí na stupni přesnosti – 0,1; 0,05; 0,02 mm. Např. pro první případ je 9 mm rozdělených na noniu na 10 dílků, tj. každý dílek nonia je o 0,1 mm menší než dílek základní stupnice. Podobně vznikne nonius s dělením 1/20 (dílek nonia menší o 0,05 mm než dílek základní stupnice) a nonius s dělením 1/50 (dílek nonia menší o 0,02 mm než dílek základní stupnice). Digitální posuvné měřítka měří s přesností 0,01 mm.

Obr. 12. Princip nonia [3] Podle způsobu použití dělíme posuvné měřítka na: − dílenské (přesnost 0,1 a 0,05 mm) − kontrolní (přesnost 0,02 mm) Na posuvném měřítku se kontroluje: souběžnost čelistí, kolmost čelistí, rovinnost vodícího pravítka a přesnost základní stupnice.

2.2.1.4 Mikrometrická měřidla Patří mezi nejpoužívanější měřidla ve strojírenství. Používají se na měření vnějších a vnitřních rozměrů a na měření hloubek. Existuje jich velké množství a jsou zhruba o 1

řád přesnější než posuvné měřítka. Základní částí všech mikrometrických měřidel je mikrometrický šroub s maticí o stoupání 0,5, případně 1 mm a délce 25 mm. Pro stoupání 0,5 mm je obvod dělícího bubínku rozdělen na 50 dílků a platí: Když se pootočí dělícím bubínkem dvakrát o 360°, mikrometrický šroub se posune o 1 mm. Pro stoupání 1 mm je dělící bubínek rozdělen na 100 dílků a k posunu mikrometrického šroubu o 1 mm stačí vykonat jednu otáčku. V součastné době se však převážně používají mikrometrická měřidla se stoupáním 0,5 mm. Rozsah mikrometrických měřidel: 0 až 25, 25 až 50, 50 až 75 (mm) atd.


21

Třmenový mikrometr Měří s přesností 0,01 mm (digitální třmenový mikrometr s přesností 0,001 mm). Skládá se z tělesa mikrometru (třmenu), na kterém je měřící mechanizmus s pohyblivou

čelistí a nehybná čelist. Jeden konec třmenu má válcovou část, v které je závit a uložení pro vodící mikrometrický šroub. Na povrchu válcové části je podélně stupnice s milimetrovým dělením. K mikrometrickému šroubu je prostřednictvím rozpěrné kuželové matice připevněný bubínek, jehož obvod je rozdělený na 50 dílků.

Obr. 13. Třmenový mikrometr 0 – 25 mm [5]

Kontrola přesnosti mikrometru − přesnost nastavení bubínku − rovnoběžnost a rovinnost měřících ploch − přesnost stoupání mikrometrického šroubu

2.2.2

Měřidla s převodem mechanickým Podle druhu použitého mechanického převodu je dělíme na:

a) přístroje s pákovým převodem b) přístroje s pružinovým převodem c) přístroje s převodem ozubenými koly d) přístroje s kombinovaným převodem


22

2.2.2.1 Přístroje s pákovým převodem Princip těchto měřidel je založen na dvojramenné páce. Velké rameno přenáší ve zvětšené míře pohyb měřícího doteku na stupnici. Poměr velkého ramena L k malému ramenu l se nazývá převodovým číslem přístroje. Z poměru

a b = se dostane převod přístroje: l L p=

a l = b L

(7)

Výhodou těchto přístrojů je jednoduchá konstrukce, nízká cena, rychlé a nenáročné měření. Maximální převod těchto měřidel je 1:10 až 1:30.

Obr. 14. Pákový převod [1]

2.2.2.2 Přístroje s pružinovým převodem Jsou založeny na principu deformace pružiny. Rozměry se odměří tak, že se zjistí deformace pružiny, která nastane stlačením při měření součástky. Přístroje založené na tomto principu se jmenují mikrokátory.

2.2.2.3 Přístroje s převodem ozubenými koly Nejběžnějším představitelem této skupiny je číselníkový úchylkoměr. Lze pomocí něj měřit s přesností 0,01 mm. Princip toho měřidla je založen na převodu pohybu doteku ozubenými kolečky na ručičku. Na kruhové stupnici se odečítá hodnota úchylky.


23

Obr. 15. Číselníkový úchylkoměr [1]

2.2.2.4 Přístroje s kombinovaným převodem V sériové a hromadné výrobě se často používají měřidla s převodem pákovým a ozubeným nazývané passametry. Jsou to porovnávací měřidla, které měří s přesností 0,005 až 0,001 mm. Vyrábí se v různých velikostech s rozsahy podobnými jako mikrometry. Další měřidla, patřící do této skupiny, jsou passimetry. Mají dva nenastavitelné dotyky a jeden snímač. Dotyky mohou být nastavitelné, aby se dal zvětšit měřící rozsah přístroje. Měřící rozsah se nejčastěji mění tak, že se vymění celá hlavice přístroje. Passimetry se vyrábí od průměru 11 do 120 mm. Při výrobě přípravků se velmi osvědčil malý číselníkový pákový odchylkoměr s otočným dotykem – puppitast. Výhodou tohoto měřidla je, že ho lze natočit do různých poloh, což umožňuje měření i na těžce přístupných místech.


3

24

METODY MĚŘENÍ ÚHLŮ Úhly lze měřit přímo, např. úhloměry, úhlovými měrkami, a jinými měřidly, anebo

nepřímo, tzn. že odměříme některé rozměry a z nich pak stanovíme míru v úhlových jednotkách.

3.1 Přímé měření úhlů 3.1.1

Měření kolmosti Na měření kolmosti se nejčastěji používají nenastavitelná měřidla – úhelníky. Úhel-

níků existuje několik druhů. Podle konstrukce je dělíme na: a) ploché (používají se v běžné strojírenské výrobě) b) příložné (používají se pro kontrolu obráběcích strojů) c) nožové (používají se pro velmi přesné měření)

Obr. 16. Typy úhelníků

3.1.2

Měření úhloměry Úhlové měrky Jsou to asi 2 mm široké, kalené, přesně broušené a lapované destičky podobné kon-

covým měrkám. Soustava obsahuje měrky odstupňované tak, aby se z nich dal sestrojit libovolný úhel s přesností jedné minuty. Každá měrka obsahuje 2 nebo 4 úhly, které jsou vyrobeny s tolerancí ±10 sekund. Úhlové měrky se sestavují do pomocného držáku.


25

Plochý úhloměr V praxi často používaný na běžné měření úhlů nebo obrysování součásti. Vyrábějí se v rozsahu od 0 do 180° nebo od 0 do 360°.

Obr. 17. Plochý úhloměr [3]

Universální úhloměr Pomocí tohoto úhloměru lze odměřit libovolný úhel s přesností 5 minut. Vyrábí se s délkou pravítka 150, 200 nebo 300 mm. Jeden konec pravítka má úhel 30° a druhý 45°.

Obr. 18. Universální úhloměr digitální 150 mm [6]

Optický úhloměr Měří s přesností 5 nebo 10 minut. Skládá se z dvou navzájem otáčivých ramen. V jednom ramenu je lupa, skleněné okénko a posuvně uložené pravítko. Druhé otáčivé rameno má otáčivý kroužek, v kterém je zalisovaný skleněný kroužek s úhlovou stupnicí. Stupně jsou rozdělené na 6 dílků (1 dílek = 10 minut). Délka pravítek je 150 nebo 300 mm.


26

Obr. 19. Optický úhloměr s lupou [6]

3.2 Nepřímé měření úhlů 3.2.1

Sinusové pravítko Skládá se z přesně vyrobené desky a dvou válečků, které jsou k desce připevněny.

Dovolená odchylka rozestupu válečků, tolerance válečků a rovnoběžnost všech ploch je ± 1µm. Sinusové pravítka se vyrábí s rozestupem válečků 100, 200 a 300 mm. Lze pomocí něj měřit různé úkosy, vnější i vnitřní kužele apod. Při měření se nejprve změří universálním úhloměrem úhel α. Z funkce sinus se vypo-

čítá předběžná hodnota koncových měrek H´. K této hodnotě se přidají přídavky na zmenšení chyby (vzniklé např. skládáním měrek) a zjistí se skutečná hodnota koncových měrek H. Poté se sinusové pravítko známé délky L položí jedním válečkem na rovnou kontrolní

desku a pod druhý váleček se vloží koncové měrky hodnoty H. Správná hodnota měřeného úhlu se zjistí tak, že číselníkovým úchylkoměrem posouváme po horní ploše měřené sou-

části. Jestli je úhel přesný, ručička na úchylkoměru ukazuje stále stejnou hodnotu. V opačném případě se stanoví úhel ∆α a bude platit

α ´= α ± ∆α

(8)


27

Obr. 20. Měření úhlu sinusovým pravítkem [1]

α ... měřený úhel (jmenovitá hodnota) α´… měřený úhel (vyrobená hodnota) z1, z2 … údaje úchylkoměru

3.2.2

Tangenciální pravítko Je to jednoduché pravítko, které se pokládá na dvě hodnoty koncových měrek vzdá-

lených od sebe o hodnotu L. Rozdíl délek koncových měrek k vzdálenosti koncových měrek L určuje tangens úhlu α:

tgα =

H −h L

Obr. 21. Princip měření tangentovým pravítkem

(9)


28

Protože v tomto případě má na měření vliv tvar hran koncových měrek, např. sražení nebo zaoblení, místo koncových měrek se v praxi používají dva kontrolní válečky známých průměrů, jejichž vzdálenosti se nastaví koncovými měrkami. Při výpočtu se vychází ze vztahu

tg

α 2

=

D−d D + d + 2L

Obr. 22 Měření pomocí trnů a koncových měrek

(10)


4

29

KONTROLA KVALITY POVRCHU (DRSNOST) Drsnost je souhrn nerovností povrchu s relativně malou vzdáleností, které nevyhnu-

telně vznikají při výrobě nebo jejím vlivem. Do drsnosti se nepočítají vady povrchu, tj. náhodné nepravidelné nerovnosti, které se vyskytují jen ojediněle (rysky, trhlinky, důlky apod.) a které vznikají vadami materiálu, poškozením aj. Podle převládajícího směru nerovností se drsnost posuzuje v příčném nebo podélném směru.

4.1 Profil nerovnosti povrchu Nerovnosti na povrchu představují prostorový útvar, který by bylo velmi obtížné posuzovat. Problém posuzování nerovností se řeší převedením do roviny řezu, která je kolmá k povrchu. V rovině řezu se získá profil, který je základním zdrojem informace pro posuzování struktury povrchu.

Obr. 23. Profil povrchu [8] Norma ČSN EN ISO 4287 definuje následující geometrické parametry:

P – parametr – parametr vypočítaný ze základního profilu R – parametr – parametr vypočítaný z profilu drsnosti W – parametr – parametr vypočítaný z profilu vlnitosti V novém systému je základním zdrojem informace profil.


30

Definice profilů: Profil povrchu – jako průsečnice skutečného povrchu a dané roviny. Snímaný profil – jako geometrické místo středů snímacího hrotu stanovených parametrů. Jsou od něj odvozeny všechny ostatní profily. Referenční profil – jako dráha, po které se snímač pohybuje v rovině řezu. Úplný profil – jako číslicová forma snímaného profilu vzhledem k referenčnímu profilu. Základní profil – jako úplný profil po aplikaci krátkovlnného filtru λs. Základní profil reprezentuje základnu pro číslicové zpracování profilu pomocí filtrů profilu a pro výpočet parametrů profilu. Zbytkový profil – jako základní profil získaný snímáním ideálně hladkého a rovného povrchu. Profil drsnosti – jako profil odvozený ze základního profilu potlačením dlouhovlnných složek použitím filtru profilu λc. Profil vlnitosti – jako profil odvozený postupnou aplikací filtru λf a filtru profilu λc na základní profil. [8]

4.2 Filtry profilu Filtr profilu – jako filtr rozdělující profily na dlouhovlnné a krátkovlnné složky.

λs filtr profilu – jako filtr definující rozhraní mezi drsností a kratšími složkami vln přítomnými na povrchu.

λc filtr profilu – jako filtr určující rozhraní mezi složkami drsnosti a vlnitosti. λf filtr profilu – jako filtr určující rozhraní mezi vlnitostí a delšími složkami vln přítomnými na povrchu. Fázově korigovaný filtr profilu – jako filtr profilu, který nezpůsobuje fázový posuv vedoucí k asymetrickému zkreslení profilu. [8]


31

Obr. 24. Filtry profilu Střední čáry (čáry, od kterých jsou podle ČSN EN ISO 4287 odměřovány pořadnice profilu): a) Střední čára profilu drsnosti b) Střední čára profilu vlnitosti c) Střední čára základního profilu Základní délka, lp, lr, lw – délka ve směru osy x, požitá pro rozpoznání nerovností charakterizující vyhodnocovaný profil. Základní délka pro drsnost lr a pro profil vlnitosti lw jsou

číselně rovné charakteristické vlnové délce profilového filtru λc a λf. Základní délka pro základní profil lp se rovná vyhodnocované délce. Vyhodnocovaná délka, ln – délka ve směru osy x použitá pro posouzení vyhodnocovaného profilu. Vyhodnocovaná délka může obsahovat jednu nebo více základních délek. [8]

Obr. 25. Grafické znázornění základní a vyhodnocované délky


32

4.3 Parametry struktury povrchu 4.3.1

Výškové parametry

Největší výška výstupku profilu, Pp, Rp, Wp – jako výška Zp (ve směru osy z) nejvyššího výstupku profilu v rozsahu základní délky. Největší hloubka prohlubně profilu, Pv, Rv, Wv – jako hloubka Zv nejnižší prohlubně v rozsahu základní délky. Největší výška profilu, Pz, Rz, Wz – jako součet výšky Zp nejvyššího výstupku profilu a hloubky Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu základní délky. Průměrná výška prvků profilu, Pc, Rc, Wc – jako průměrná hodnota výšek Zt prvků profilu v rozsahu základní délky. Celková výška profilu, Pt, Rt, Wt – jako součet výšky Zp nejvyššího výstupku profilu a hloubky Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu vyhodnocované délky. Průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu, Pa, Ra, Wa – jako aritmetický průměr absolutních hodnot pořadnic Z(x) v rozsahu základní délky. [8]

4.3.2

Délkové parametry

Průměrná šířka prvků profilu, PSm, RSm, WSm – jako průměrná hodnota šířek Xs prvků profilu v rozsahu základní délky.

4.4 Pravidla pro hodnocení struktury povrchu 4.4.1

Uplatnění ,,pravidla 16 %“ Pro parametry specifikované horní mezí parametru jsou povrchy považovány za při-

jatelné, jestliže hodnotu na výrobní dokumentaci přesáhne maximálně 16 % všech naměřených hodnot na vyhodnocované délce. Pro parametry specifikované dolní mezí parametru jsou povrchy považovány za přijatelné, jestliže hodnotu na výrobní dokumentaci nedosáhne maximálně 16 % všech naměřených hodnot na vyhodnocované délce.


33

Uplatnění ,,pravidla maxima“ Při požadavcích specifikovaných největší hodnotou parametru nesmí v průběhu kont-

roly žádná z naměřených hodnot překročit hodnotu uvedenou na výrobní dokumentaci. Při stanovení největší dovolené hodnoty parametru se značka parametru doplňuje indexem ,,max“ (např. Rz 1 max). [8]

4.5 Označování struktury povrchu v technické dokumentaci

Obr. 26.Označování struktury povrchu v technické výrobní dokumentaci [8]

4.6 Měřidla pro měření struktury povrchu Pro praktické zjišťování hodnot charakteristik drsnosti povrchu existuje řada metod. Obecně lze měřidla pro měření struktury povrchu rozdělit na: a) měřidla dotyková b) měřidla bezdotyková


34

Měřidla dotyková Tato metoda využívá ostrého hrotu, který se v daném směru posouvá po povrchu a

umožňuje získat informace o jeho profilu.

4.6.1.1 SURFTEST SJ – 310 Jedná se o drsnoměr od firmy Mitutoyo, který se ovládá dotykovým displejem a obsahuje zabudovanou tiskárnu.

Charakteristika SJ – 310 Výhodný poměr cena – výkon, přehledný displej, zobrazení pouze zvolených parametrů, možnost měření vzhůru nohama, zdvih snímače 350 µm, posuv 12,5 mm, integrovaná tiskárna, možnost výdeje dat na externí PC, ovládací dotykový systém, možnost uložení až pěti naměřených dat.

Obr. 27. SJ – 310 [9] Mezi další drsnoměry od firmy Mitutoyo patří: SURFTEST SJ – 210, SURFTEST SJ – 401, SURFTEST SJ – 402, SURFTEST SJ – 210, SURFTEST SV – 2000, SURFTEST SV – 3100 aj.

4.6.1.2 Talyrond 365 Jedná se o novinku v měřící technice, kterou představila firma Taylor Hobson. Dosud se musela kruhovitost a struktura povrchu měřit samostatným přístrojem. Přístroj Talyrond 365 umožňuje využít pro obě metrologické metody jediný měřící systém.


35

Charakteristika a přednosti TR 365 Vysoká přesnost nastavení polohy vřetena, vysoká přesnost nastavení polohy horizontálního ramena a sloupu, velká hustota záznamu dat pro kruhovitost (až 18 000 bodů), velká hustota dat pro přímost (až 200 000 bodů), měřící hlava Talymin 5 s rozlišením až 1,2 nm, rozlišení měření na rameni a sloupu 0,25 µm, možnosti mapování válcového povrchu pro detailní analýzu jeho vlastností.

Obr. 28. Talyrond 365 [10]

Talymin 5 Nová víceúčelová měřící hlava Talymin 5 má široký rozsah měření pro hodnocení tvarových úchylek a je mimořádně citlivá pro zaznamenání a posuzování textury a drsnosti. Talymin 5 měří s rozlišením 1,2 nm, což nedosahuje celá řada specializovaných profilometrů. Dále lze měřit s rozlišením 30 nm nebo 6 nm. Nastavitelná měřící síla je v rozsahu 0 až 15 g a výběr snímacích hrotů s poloměrem R5µm, R10µm nebo kulového tvaru hrotu zajiš-

ťující flexibilitu měření různých typů součástí a materiálů. Za těchto podmínek je TR 365 připraven provádět lineární a obvodová měření na vnějším i vnitřním povrchu, čelních plochách, drážkách apod.


36

Obr. 29. Talymin 5 [10]

Měření struktury povrchu Struktura povrchu je na rotačně symetrických součástech měřena buď na obvodu nebo ve směru osy součásti. Při měření v obou směrech může TR 365 získat až 200 000 bodů. To umožňuje získat data s roztečí až 25 µm. Pro kontrolu struktury povrchu je využíváno snímací raménko s diamantovým hrotem 5 µm upnutým v měřící hlavě Talymin 5. Jemný tlak snímacího hrotu je vhodný pro monitorování povrchu. Talyrond s rozsáhlým programovým vybavením je připraven na měření a hodnocení struktury povrchu parametry základního profilu (P), drsnosti povrchu (R) a vlnitosti povrchu (W). [10]

4.6.2

Měřidla bezdotyková Pro velmi jemně obrobené povrchy se používá metoda interferenční a přístroje se na-

zývají interferenční mikroskopy. Jejich zjednodušené schéma je na obr.30.

Obr. 30. Schéma interferenčního mikroskopu [12]


37

Paprsek jde ze zdroje světla na poloprůchodné zrcadlo vytvořené ve skleněném hranolu, kde se rozděluje na dva dílčí paprsky. Jeden paprsek S1 jde na pvrch měřené součásti a zpět, druhý dílčí paprsek S2 jde na odrazné zrcadlo, kde se odráží zpět. Oba dílčí paprsky se spojují v dělící ploše S a vrací se do okuláru mikroskopu. [12]


II. PRAKTICKÁ ČÁST

38


5

39

MĚŘENÍ VYROBENÝCH ÚHLŮ

5.1 Výroba modelů Z dodaného polotovaru, čtvercové tyče oceli 11 600, se mělo vyrobit 14 modelů s odstupňovanými úhly. Zkosené hrany měly být původně umístěny proti sobě a měly mít stejný úhel zkosení. Po obrobení první strany však bylo velmi obtížné model upnout tak, aby mohla být protilehlá strana obrobena pod stejným úhlem. Po vyrobení by mohly mít úhly mezi sebou značné odchylky.

Obr. 31. Původní model Nový návrh tvaru modelu byl nakonec stanoven tak, že se obě zkosení vyrobí na stejné straně a úhly zkosení na modelu se budou lišit. Předejde se tak obtížnému upínání a účel podpory výuky Strojírenské technologie se tím zvýší, protože studenti budou moci měření provádět na dvou odlišných úhlech zkosení.

Obr. 32. Nový tvar modelu


40

Tab. 1. Postup výroby modelů

Č. operace 1

Popis práce Ojehlení

Podmínky

ostrých -

Stroj -

Nástroj Ruční pilník

hran

2

Broušení čel

nk= 2 500 ot/min BRH 20.03 F vo= 12 m/min h= 0,02 mm

Brusný kotouč Ø250 x 20

UTB ve Zlíně, Fakulta technologická 4

41

Frézování (na čisto) nn= 230 ot/min

Universální

zkosených hran

frézka FHV-50 Ø50 mm

h= 0,5 mm

Válcová

PD f= 30 m/min

5

Ražení čísel

-

-

Razník

fréza


42

Frézování spodních Viz příloha II

Universální

ploch

frézka FHV-50 Ø32 mm

Válcová

fréza

PD

7

Ojehlení hran

ostrých

ELKO B 150

Brusný kotouč Ø140 x 20


9

43

Broušení sražených nk= 300 ot/min

Metalografická P 400

hran

bruska

Broušení ploch

horních Viz příloha II

Viz příloha II

Viz příloha II


44

5.2 Měření vyrobených úhlů sinusovým pravítkem Po dokončení výroby modelů bylo nutné všechny vyrobené úhly zkosení změřit a zjistit tak, jaké jsou odchylky od původně vyráběných úhlů. Měření na každém zkosení bylo provedeno 5krát a poté byl vytvořen aritmetický průměr, čímž se dostala konečná hodnota vyrobeného úhlu. V tab. 2. jsou uvedeny vypočítané hodnoty úhlů α, β, hodnoty z celého měření jsou zaznamenány v příloze III. Tab. 2. Hodnoty vyrobených úhlů měřené sinusovým pravítkem

model č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

α 19°49´ 21°32´ 22°48´ 23°17´ 24°36´ 25°32´ 26°51´ 27°29´ 27°59´ 29°31´ 30°38´ 31°25´ 32°48´ 33°32´

β 19°34´ 18°15´ 16°51´ 16°8´ 14°47´ 14°21´ 13°9´ 12°4´ 11°27´ 10°23´ 8°58´ 8°13´ 6°31´ 6°7´

Příklad výpočtu pro model č.7, úhel α:

α´= 26° ∆α = arcsin

b−a 0,242 − (−0,056) 0,298 = arcsin = arcsin = 0,854° = 51´ k 20 20

α= α´+ ∆α= 26°+51´= 26°51´ Hodnoty a, b, k, α´ viz příloha III.

5.3 Měření vyrobených úhlů optickým úhloměrem Protože měření úhlů na sinusovém pravítku je nepřímá metoda měření, bylo pro ově-

ření správnosti provedeno také měření úhlů optickým úhloměrem Mitutoyo. Tento úhloměr měří s přesností 5 minut.


45

Měření bylo provedeno na každém z úhlu opět 5krát a poté vypočten aritmetický průměr. Tab. 3. Hodnoty vyrobených úhlů měřené optickým úhloměrem α měření č. model č.1 model č.2 model č.3 model č.4 model č.5 model č.6 model č.7 model č.8 model č.9 model č.10 model č.11 model č.12 model č.13 model č.14

1 19°45´ 21°15´ 22°35´ 23°15´ 24°45´ 25°40´ 26°35´ 27°05´ 28°00´ 29°40´ 30°30´ 31°30´ 32°50´ 33°20´

2 19°50´ 21°25´ 22°45´ 23°15´ 24°30´ 25°35´ 26°40´ 27°05´ 28°00´ 29°35´ 30°35´ 31°25´ 32°45´ 33°20´

3 19°45´ 21°15´ 22°40´ 23°15´ 24°30´ 25°40´ 26°40´ 27°15´ 28°00´ 29°40´ 30°30´ 31°25´ 32°50´ 33°30´

měření č. model č.1 model č.2 model č.3 model č.4 model č.5 model č.6 model č.7 model č.8 model č.9 model č.10 model č.11 model č.12 model č.13 model č.14

1 19°20´ 18°00´ 17°00´ 16°05´ 14°45´ 14°30´ 13°15´ 12°10´ 11°20´ 10°10´ 8°50´ 7°50´ 6°40´ 5°55´

2 19°30´ 18°05´ 16°55´ 16°10´ 14°55´ 14°15´ 13°10´ 12°05´ 11°25´ 10°15´ 8°45´ 7°55´ 6°45´ 6°00´

3 19°20´ 18°05´ 16°55´ 16°05´ 14°45´ 14°20´ 13°15´ 12°10´ 11°15´ 10°20´ 8°55´ 7°55´ 6°35´ 5°55´

4 19°50´ 21°15´ 22°40´ 23°10´ 24°40´ 25°45´ 26°35´ 27°10´ 28°05´ 29°35´ 30°30´ 31°30´ 32°50´ 33°20´

5 19°50´ 21°15´ 22°35´ 23°15´ 24°35´ 25°40´ 26°40´ 27°05´ 28°00´ 29°40´ 30°30´ 31°30´ 32°55´ 33°25´

arit.Ø 19°48´ 21°17´ 22°39´ 23°14´ 24°36´ 25°40´ 26°38´ 27°08´ 28°01´ 29°38´ 30°31´ 31°28´ 32°50´ 33°23´

β 4 19°25´ 18°00´ 16°55´ 16°05´ 14°45´ 14°30´ 13°15´ 12°05´ 11°20´ 10°10´ 8°50´ 7°50´ 6°45´ 6°05´

5 arit.Ø 19°20´ 19°23´ 18°00´ 18°02´ 17°00´ 16°57´ 16°00´ 16°05´ 14°40´ 14°46´ 14°25´ 14°24´ 13°10´ 13°13´ 12°10´ 12°08´ 11°20´ 11°20´ 10°05´ 10°12´ 8°55´ 8°51´ 8°00´ 7°54´ 6°40´ 6°41´ 5°55´ 5°58´

5.4 Porovnání naměřených úhlů Po porovnání naměřených úhlů na sinusovém pravítku a optickým úhloměrem je zřejmé, že se úhly v některých případech liší až o 19 minut. Z hlediska metod měření je určitě přesnější měření na sinusovém pravítku, proto jsou tyto hodnoty bližší skutečným vyrobeným úhlům. Přehled naměřených úhlů na sinusovém pravítku a optickým úhloměrem je znázorněn v tab.4.


46

Tab. 4. Přehled naměřených úhlů dle metody měření model č.1 model č.2 model č.3 model č.4 model č.5 model č.6 model č.7 model č.8 model č.9 model č.10 model č.11 model č.12 model č.13 model č.14

α0

αsin

20° 21° 22° 23° 24° 25° 26° 27° 28° 29° 30° 31° 32° 33°

19°49´ 21°32´ 22°48´ 23°17´ 24°36´ 25°32´ 26°51´ 27°29´ 27°59´ 29°31´ 30°38´ 31°25´ 32°48´ 33°32´

αopt 19°48´ 21°17´ 22°39´ 23°14´ 24°36´ 25°40´ 26°38´ 27°08´ 28°01´ 29°38´ 30°31´ 31°28´ 32°50´ 33°23´

α0 … vyráběný úhel α0 αsin … vyrobený úhel α měřený sinusovým pravítkem αopt … vyrobený úhel α měřený optickým úhloměrem β0 … vyráběný úhel β0 βsin … vyrobený úhel β měřený sinusovým pravítkem βopt … vyrobený úhel β měřený optickým úhloměrem

β0

βsin

βopt

19° 18° 17° 16° 15° 14° 13° 12° 11° 10° 9° 8° 7° 6°

19°34´ 18°15´ 16°51´ 16°8´ 14°47´ 14°21´ 13°9´ 12°4´ 11°27´ 10°23´ 8°58´ 8°13´ 6°31´ 6°7´

19°23´ 18°02´ 16°57´ 16°05´ 14°46´ 14°24´ 13°13´ 12°08´ 11°20´ 10°12´ 8°51´ 7°54´ 6°41´ 5°58´


6

47

MĚŘENÍ DRSNOSTI

6.1 Návrh přípravku pro SURFTEST SJ – 310 Pro měření s měřící hlavou drsnoměru SURFTEST SJ – 310 bylo zapotřebí navrhnout a vyrobit přípravek tak, aby bylo měření usnadněno. Poté spočítat náklady na výrobu a srovnat s cenou, za kterou by mohl být od dodavatele poskytnut hotový stojánek.

6.1.1

Varianty řešení Pro konstrukci přípravku na měření drsnosti byly navrženy tři varianty řešení. Aby

bylo pořízení přípravku co nejlevnější, jsou všechny varianty řešené jako nadstavba na již zakoupený magnetický stojánek.

Varianta A U první varianty je v podnosu vyvrtána průchozí díra stejného průměru a hřídel v podnosu uložen s vůlí. Pohyb hřídele je zajištěn pojistnými kroužky. Na spodní straně podnosu je stavěcí šroub, kterým se reguluje úhel natočení podnosu.

Obr. 33. Návrh přípravku – varianta A

Varianta B Druhá z variant spojuje hřídel s podnosem pomocí šroubu. V podnosu je vytvořeno zahloubení, které po vytvoření šroubového spoje zamezí pohybu hřídele. Možnost natáčení podnosu opět umožňuje stavěcí šroub na spodní straně podnosu.


48

Obr. 34. Návrh přípravku – varianta B

Varianta C – adaptér pro magnetický stojánek od Mitutoyo Třetí variantou je zakoupení adaptéru pro magnetický stojánek od firmy Mitutoyo přibližně za 700 kč.

Obr. 35. Adaptér od Mitutoyo

6.1.2

Zhodnocení variant Varianta A je oproti variantě B konstrukčně jednodušší zejména kvůli menšímu

množství výrobních operací. Odpadá zde tvorba zahloubení v podnosu a řezání závitu v hřídeli. Nevýhodou této varianty by mohl být estetický vzhled a také nedostatečné zajiš-

ťování natočeného podnosu, které je řešeno pomocí stavěcího šroubu. U varianty B lze úhel natočení zajistit dvěma šrouby. Nevýhodou varianty A i B je malé rozmezí úhlů ve kterých může být podnos natočen (hrozí překlopení hlavy drsnoměru). Naopak výhoda těchto variant spočívá ve velmi nízkých pořizovacích nákladech.


49

Po porovnání adaptéru od Mitutoyo s variantami A a B se dospělo k názoru, že se adaptér zakoupí. Jeho velkou výhodou je universálnost použití, ale také jednoduchá a lehká konstrukce. Nevýhodou je pořizovací cena.

6.2 Měření drsnosti vyrobených modelů Při měření drsnosti bylo provedeno na horní a spodní straně vyrobených modelů. Každá strana byla měřena 5krát a poté byl vypočten aritmetický průměr a směrodatná odchylka. Záznam všech naměřených hodnot z měření drsnosti je uveden v příloze IV.

6.2.1

Výsledky měření Tab. 5. Hodnoty naměřených drsností mod.č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Ra, Rz [µm] Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz

spodní strana arit.Ø sm.odch. 2,38 0,52 12,08 2,42 3,50 0,33 17,28 1,61 3,13 0,40 16,83 1,33 3,28 0,28 18,60 1,17 4,20 0,63 20,97 2,85 3,19 0,13 16,45 1,26 3,68 0,62 18,79 3,23 2,60 0,16 14,31 0,65 4,02 0,42 18,56 2,51 2,85 0,27 17,37 2,88 3,00 0,46 16,45 1,22 3,57 0,36 17,86 1,00 3,50 0,47 18,00 3,79 2,91 0,42 16,22 2,17

Ra … střední aritmetická úchylka posuzovaného profilu Rz … největší výška profilu

horní strana arit.Ø sm.odch. 0,07 0,01 0,58 0,14 0,11 0,01 0,85 0,12 0,53 0,07 3,29 0,44 0,59 0,04 3,51 0,18 0,05 0,00 0,55 0,15 0,13 0,06 0,88 0,32 0,46 0,03 2,85 0,11 0,64 0,06 3,91 0,54 0,52 0,05 3,26 0,39 0,10 0,03 0,72 0,20 0,74 0,13 4,01 0,51 0,17 0,08 1,37 0,52 0,54 0,03 3,31 0,41 0,14 0,04 1,01 0,50


50

Zhodnocení výsledků měření Hodnoty naměřených Ra a Rz se lišili dle podmínek obrábění (viz příloha II). U fré-

zování spodní plochy však byly rozdíly při různých podmínkách obrábění minimální, což mohl způsobit otupený nástroj. Přehled dosahovaných drsností při jednotlivých metodách obrábění je graficky znázorněn v příloze V.


51

ZÁVĚR Cílem v první části této bakalářské práce bylo seznámení se základními pojmy z oblasti jakosti a metrologie. Druhá část se věnuje podpoře výuky Strojírenské technologie pomocí vyrobených modelů. V teoretické části jsou nejprve popsány chyby, které při měření vznikají, jejich rozdělení a eliminace. Dále se zde objevuje základní rozdělení měření délek, tedy že měření délek lze měřit buď: Měřidly absolutními (hloubkoměry, výškoměry, posuvné měřítka, mikrometry) nebo komparačními (koncové měrky, kalibry). U jednotlivých druhů měřidel je vždy také popsán princip měření. Další část se věnuje měření úhlů. Dovídáme se zde, že úhly jde měřit přímo (úhelníky) nebo nepřímo (sinusové pravítko, tangenciální pravítko). Poslední část teoretické části se zabývá měřením drsnosti povrchu. Jsou zde definovány měřidla pro měření struktury povrchu, jejich rozdělení a princip použití. V praktické části této bakalářské práce bylo úkolem podpořit výuku Strojírenské technologie. Rozhodlo se, že se výuka podpoří v oblasti měření úhlu a měření drsnosti. Na tuto žádost byly vyrobeny modely z nichž každý obsahuje dvě zkosení s různými úhly. Tyto úhly budou moci studenti měřit buď přímo (optickým úhloměrem) nebo nepřímo (sinusovým pravítkem). Dále jsou na modelech vyrobeny na horní a spodní ploše různé drsnosti povrchu. Drsnosti obrobených ploch se budou měřit drsnoměrem SURFTEST SJ – 310. V praktické časti bylo ještě za úkol navrhnout a popřípadě vyrobit stojánek pro drsnoměr SURFTEST SJ – 310 a porovnat, zda je výhodnější stojánek vyrábět nebo zakoupit hotový. Došlo se k závěru, že se stojánek zakoupí. Hlavním důvodem zakoupení stojánku od firmy Mitutoyo je universálnost použití.


52

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] PERNIKÁŘ,J.: Technická měření, skriptum VUT, 2002 [2] WHP Technik s.r.o [online], [cit.2006-12-02], Dostupné z: . [3] VYSLOUŽIL,Z. – ZELKO,J.: Meranie v strojárstve, Slovenské vydavatel´stvo technické literatúry, 1962 [4] Nářadí-24.cz [online], poslední revize 4. 12. 2006 [cit.2006-12-04], Dostupné z:

[5] Michovský Tools [online], [cit.2006-12-07], Dostupné z: [6] M&B

Calibr

s.r.o.

[online],

[cit.2006-12-04],

Dostupné

z:

[7] M&V

–

E-SHOP

[online].

c2004-2007,

[cit.2006-12-07],

Dostupné z:

[8] PERNIKÁŘ,J. – TYKAL,M. – VAČKÁŘ,J.: Jakost a metrologie, AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, s.r.o. Brno, 2001 [9] MITUTOYO Česko s.r.o. [online]. c2003-2006, [cit.2006-12-06], Dostupné z: [10] Kvalita a Geometrické specifikace produktů [online]. c2005, [cit.2006-12-05] Dostupné z: [11] VDOLEČEK,F.: Technická měření, skriptum VUT, 2002 [12] METROLOGIE

[online],

[cit.2006-12-07],

Dostupné

z:


53

SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK L

hodnota měřené veličiny [mm]

A

konstanta zahrnující vliv náhodných chyb [µm]

B

konstanta zahrnující vliv nevyloučených systematických chyb [µm]

C

horní hranice chyby δ [µm]

xm

měřená hodnota [mm]

xs

skutečná hodnota [mm]

n

počet měření [-]

x

aritmetický průměr naměřených hodnot [mm]

xi

číslo měření [-]

α

měřený úhel (jmenovitá hodnota) [°]

α´

měřený úhel (vyrobená hodnota) [°]

z 1, z 2

údaje úchylkoměru [mm]

nk

otáčky kotouče [ot/min]

vo

rychlost obrobku [m/min]

h

přísuv [mm]

nn

otáčky nástroje [ot/min]

f

posuv [mm/min]

α0

vyráběný úhel α0

αsin

vyrobený úhel α měřený sinusovým pravítkem

αop

vyrobený úhel α měřený optickým úhloměrem [°]

β0

vyráběný úhel β0

βsin

vyrobený úhel β měřený sinusovým pravítkem

[°]

βopt

vyrobený úhel β měřený optickým úhloměrem

[°]

Ra

střední aritmetická úchylka posuzovaného profilu [µm]

[°] [°]

[°]

UTB ve Zlíně, Fakulta technologická Rz

největší výška profilu [µm]

54


55

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1. Geometrická interpretace vztahu [1] ...................................................................... 11 Obr. 2. Grafické vyjádření chyby měření............................................................................. 13 Obr. 3. Souprava koncových měrek..................................................................................... 14 Obr. 4. Postup při nasávání měrek [1] ................................................................................. 15 Obr. 5. Příklady použití koncových měrek [3]..................................................................... 15 Obr. 6. Válečkový kalibr 32,5H7 [6] ................................................................................... 16 Obr. 7. Jednostranný třmenový kalibr 13h8 [7] ................................................................... 17 Obr. 8. Závitový kalibr M30-6H [6] .................................................................................... 17 Obr. 9. Mitutoyo 571-251 hloubkoměr 150 mm IP67 [4] ................................................... 18 Obr. 10. Mitutoyo 570-227 výškoměr 200mm digitální [4] ................................................ 19 Obr. 11. Posuvné měřítko [1]............................................................................................... 19 Obr. 12. Princip nonia [3] .................................................................................................... 20 Obr. 13. Třmenový mikrometr 0 – 25 mm [5]..................................................................... 21 Obr. 14. Pákový převod [1].................................................................................................. 22 Obr. 15. Číselníkový úchylkoměr [1] .................................................................................. 23 Obr. 16. Typy úhelníků ........................................................................................................ 24 Obr. 17. Plochý úhloměr [3] ................................................................................................ 25 Obr. 18. Universální úhloměr digitální 150 mm [6] ............................................................ 25 Obr. 19. Optický úhloměr s lupou [6].................................................................................. 26 Obr. 20. Měření úhlu sinusovým pravítkem [1] .................................................................. 27 Obr. 21. Princip měření tangentovým pravítkem................................................................. 27 Obr. 22 Měření pomocí trnů a koncových měrek ................................................................ 28 Obr. 23. Profil povrchu [8] .................................................................................................. 29 Obr. 24. Filtry profilu........................................................................................................... 31 Obr. 25. Grafické znázornění základní a vyhodnocované délky.......................................... 31 Obr. 26.Označování struktury povrchu v technické výrobní dokumentaci [8].................... 33 Obr. 27. SJ – 310 [9]............................................................................................................ 34 Obr. 28. Talyrond 365 [10] .................................................................................................. 35 Obr. 29. Talymin 5 [10] ....................................................................................................... 36 Obr. 30. Schéma interferenčního mikroskopu [12] ............................................................. 36 Obr. 31. Původní model...................................................................................................... 39


56

Obr. 32. Nový tvar modelu .................................................................................................. 39 Obr. 33. Návrh přípravku – varianta A ................................................................................ 47 Obr. 34. Návrh přípravku – varianta B ................................................................................ 48 Obr. 35. Adaptér od Mitutoyo.............................................................................................. 48


57

SEZNAM TABULEK Tab. 1. Postup výroby modelů ............................................................................................. 40 Tab. 2. Hodnoty vyrobených úhlů měřené sinusovým pravítkem ....................................... 44 Tab. 3. Hodnoty vyrobených úhlů měřené optickým úhloměrem........................................ 45 Tab. 4. Přehled naměřených úhlů dle metody měření.......................................................... 46 Tab. 5. Hodnoty naměřených drsností ................................................................................. 49


SEZNAM PŘÍLOH PŘÍLOHA P I: VÝROBNÍ VÝKRES MODELŮ PŘÍLOHA P II: PODMÍNKY OBRÁBĚNÍ PŘI VÝROBĚ MODELŮ PŘÍLOHA P III: HODNOTY Z MĚŘENÍ SINUSOVÝM PRAVÍTKEM PŘÍLOHA P IV: ZÁZNAM HODNOT Z MĚŘENÍ DRSNOSTI PŘÍLOHA P V: DOSAŽENÉ DRSNOSTI DLE METODY OBRÁBĚNÍ

58

PŘÍLOHA P I: VÝROBNÍ VÝKRES MODELŮ

PŘÍLOHA P II: PODMÍNKY OBRÁBĚNÍ PŘI VÝROBĚ MODELŮ č.modelu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

č.modelu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

frézování nn [ot/min] h [mm] 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15 230 0,15

f [mm/min] 24 100 185 285 100 185 24 285 185 100 285 185 24 285

broušení vo [m/min] h [mm] nk [ot/min] stroj 300 metal.bruska 300 metal.bruska BRH 20.03 F 7 0,003 2500 BRH 20.03 F 18 0,02 2500 300 metal.bruska 300 metal.bruska BRH 20.03 F 7 0,003 2500 BRH 20.03 F 18 0,02 2500 BRH 20.03 F 7 0,003 2500 300 metal.bruska BRH 20.03 F 18 0,02 2500 300 metal.bruska BRH 20.03 F 7 0,003 2500 300 metal.bruska

nástroj P 2500 P 400 Brusný kotouč Ø250x20 Brusný kotouč Ø250x20 P 2500 P 400 Brusný kotouč Ø250x20 Brusný kotouč Ø250x20 Brusný kotouč Ø250x20 P 400 Brusný kotouč Ø250x20 P 2500 Brusný kotouč Ø250x20 P 400

mod. č.7

mod. č.6

mod. č.5

mod. č.4

mod. č.3

mod. č.2

mod. č.1

PŘÍLOHA P III: HODNOTY Z MĚŘENÍ SINUSOVÝM PRAVÍTKEM

[mm] a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d

1 0,22 0,16 0,02 0,09 0,01 0,21 0,03 0,06 0,10 0,39 0,05 0,03 0,33 0,44 0,09 0,11 0,02 0,20 0,10 0,07 0,10 0,28 0,00 0,05 0,04 0,17 0,16 0,18

číslo měření 2 3 4 0,19 0,20 0,21 0,15 0,13 0,12 0,04 0,05 0,07 0,11 0,12 0,14 0,00 0,02 0,04 0,19 0,19 0,18 0,06 0,09 0,12 0,09 0,12 0,15 0,11 0,08 0,10 0,38 0,40 0,39 0,03 0,01 -0,01 0,01 -0,01 -0,03 0,31 0,27 0,25 0,40 0,38 0,35 0,11 0,13 0,15 0,13 0,15 0,17 0,04 0,06 0,08 0,22 0,24 0,26 0,07 0,04 0,01 0,04 0,01 -0,02 0,08 0,06 0,06 0,28 0,27 0,26 0,02 0,04 0,06 0,07 0,09 0,11 0,01 -0,05 -0,11 0,18 0,22 0,29 0,18 0,20 0,22 0,20 0,22 0,24

5 0,19 0,14 0,09 0,16 0,02 0,20 0,15 0,18 0,09 0,39 -0,03 -0,05 0,23 0,31 0,17 0,19 0,10 0,28 -0,02 -0,05 0,08 0,28 0,08 0,13 -0,17 0,35 0,24 0,26

k [mm] l [mm] 19

α´ 20

β´

19

7 21

19

18

7 22

21

17

8 23

19,5

16

9 24

17

15

8 25

21

14

8 26

20 8

13

mod. č.8 mod. č.9 mod. č.10 mod. č.11 mod. č.12 mod. č.13 mod. č.14

a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d a b c d

0,10 0,37 0,05 0,06 0,10 -0,02 0,01 0,08 -0,02 0,24 0,10 0,16 0,08 0,30 0,09 0,09 0,21 0,35 0,12 0,15 0,19 0,13 0,10 0,04 0,01 0,20 0,15 0,17

0,14 0,35 0,06 0,07 0,07 0,00 0,03 0,10 0,04 0,23 0,12 0,18 0,10 0,32 0,10 0,09 0,24 0,38 0,14 0,16 0,18 0,11 0,13 0,07 0,03 0,22 0,16 0,18

0,16 0,33 0,07 0,08 0,04 0,03 0,05 0,12 0,01 0,21 0,14 0,20 0,12 0,34 0,11 0,11 0,27 0,41 0,16 0,18 0,15 0,08 0,16 0,10 0,05 0,24 0,17 0,18

0,17 0,31 0,08 0,09 0,02 0,07 0,07 0,14 0,06 0,20 0,16 0,22 0,14 0,36 0,12 0,11 0,30 0,44 0,18 0,21 0,13 0,04 0,19 0,13 0,07 0,26 0,18 0,20

0,19 0,28 0,09 0,10 -0,02 0,09 0,09 0,16 0,03 0,19 0,18 0,24 0,16 0,38 0,13 0,13 0,33 0,47 0,20 0,23 0,09 0,01 0,22 0,16 0,09 0,28 0,19 0,21

27

21

12

8 28

20,5

11

9 29

21

10

9 30

20

9

8 31

19

8

7 33

22

7

7 33

20,5 8,5

6

PŘÍLOHA P IV: ZÁZNAM HODNOT Z MĚŘENÍ DRSNOSTI Drsnosti na spodní straně modelů: mod.č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Ra, Rz [µm] měř.1 měř.2 Ra 2,40 2,70 Rz 12,45 13,95 Ra 3,54 3,57 Rz 16,74 18,33 Ra 2,76 2,95 Rz 16,86 14,90 Ra 3,71 3,46 Rz 19,39 18,19 Ra 3,30 4,87 Rz 16,43 23,07 Ra 2,99 3,19 Rz 15,70 15,83 Ra 4,44 2,79 Rz 21,67 13,87 Ra 2,46 2,49 Rz 13,82 14,24 Ra 3,87 4,04 Rz 18,49 17,67 Ra 3,02 2,82 Rz 18,88 17,18 Ra 2,68 2,45 Rz 15,27 15,75 Ra 3,41 4,21 Rz 19,11 18,90 Ra 3,83 2,63 Rz 18,26 10,75 Ra 2,39 2,83 Rz 13,27 15,08

měř.3 1,48 8,32 3,97 18,06 3,50 17,59 3,27 20,46 4,03 22,25 3,15 16,46 3,72 22,32 2,47 13,46 3,34 16,38 2,93 16,37 2,94 16,63 3,50 17,48 4,00 21,28 3,67 19,74

měř.4 3,05 15,12 2,94 14,37 3,71 18,80 2,97 17,71 4,94 24,14 3,21 15,41 3,20 16,30 2,68 14,81 4,21 16,88 2,35 12,83 3,79 18,72 3,59 17,37 3,44 20,73 2,74 17,22

měř.5 2,26 10,58 3,48 18,88 2,72 16,02 2,98 17,27 3,84 18,97 3,41 18,87 4,25 19,77 2,88 15,24 4,63 23,36 3,14 21,57 3,15 15,88 3,12 16,44 3,59 18,97 2,91 15,79

λc 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

arit.Ø 2,38 12,08 3,50 17,28 3,13 16,83 3,28 18,60 4,20 20,97 3,19 16,45 3,68 18,79 2,60 14,31 4,02 18,56 2,85 17,37 3,00 16,45 3,57 17,86 3,50 18,00 2,91 16,22

sm.odch. 0,52 2,42 0,33 1,61 0,40 1,33 0,28 1,17 0,63 2,85 0,13 1,26 0,62 3,23 0,16 0,65 0,42 2,51 0,27 2,88 0,46 1,22 0,36 1,00 0,47 3,79 0,42 2,17

Drsnosti na horní straně modelů: mod.č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Ra, Rz [µm] Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz

měř.1 měř.2 měř.3 měř.4 měř.5 0,08 0,08 0,07 0,05 0,05 0,82 0,60 0,57 0,53 0,38 0,13 0,11 0,09 0,13 0,11 0,92 0,81 0,85 1,01 0,64 0,41 0,63 0,58 0,51 0,50 2,81 3,51 4,05 3,02 3,07 0,59 0,54 0,64 0,56 0,63 3,25 3,36 3,55 3,66 3,74 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,42 0,81 0,41 0,63 0,50 0,25 0,10 0,10 0,09 0,09 1,51 0,67 0,84 0,73 0,66 0,48 0,51 0,46 0,43 0,42 2,94 2,95 2,90 2,83 2,65 0,61 0,59 0,66 0,60 0,76 3,52 3,40 4,87 4,15 3,61 0,46 0,59 0,55 0,56 0,46 2,61 3,49 3,64 3,57 3,01 0,11 0,08 0,07 0,14 0,12 0,76 0,75 0,61 0,44 1,06 0,88 0,79 0,85 0,51 0,68 4,03 4,39 4,22 4,40 3,03 0,18 0,14 0,33 0,11 0,10 1,56 1,22 2,29 0,88 0,91 0,52 0,53 0,57 0,58 0,49 2,84 3,40 3,47 3,95 2,88 0,16 0,09 0,18 0,09 0,18 0,45 1,06 1,35 1,72 0,46

λc 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25

arit.Ø 0,07 0,58 0,11 0,85 0,53 3,29 0,59 3,51 0,05 0,55 0,13 0,88 0,46 2,85 0,64 3,91 0,52 3,26 0,10 0,72 0,74 4,01 0,17 1,37 0,54 3,31 0,14 1,01

sm.odch. 0,01 0,14 0,01 0,12 0,07 0,44 0,04 0,18 0,00 0,15 0,06 0,32 0,03 0,11 0,06 0,54 0,05 0,39 0,03 0,20 0,13 0,51 0,08 0,52 0,03 0,41 0,04 0,50

PŘÍLOHA P V: DOSAŽENÉ DRSNOSTI DLE METODY OBRÁBĚNÍ

1 – broušení na metalografické brusce (podmínky: nk= 300 ot/min; nástroj: P 2500) 2 – broušení na metalografické brusce (podmínky: nk= 300 ot/min; nástroj: P 400) 3 – broušení na BRH 20.03 F (podmínky: vo= 7 m/min, h= 0,003 mm; nástroj: brusný kotouč Ø250x20) 4 – broušení na BRH 20.03 F (podmínky: vo= 18 m/min, h= 0,02 mm; nástroj: brusný kotouč Ø250x20) 5 – frézování na FHV-50 PD (podmínky: nn= 230 ot/min, h= 0,15 mm, f= 100 mm/ot; nástroj: válcová fréza Ø50 mm)

Podpora výuky Strojírenské technologie pomocí modelů. Pavel Horák

Recommend Documents