12284

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ УГЛОВ ПОВОРОТА

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

PAGE 1 Лабораторная работа № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ УГЛОВ ПОВОРОТА Исследование точности углов поворота. Цель работы: Изучить методы измерения точности углов поворота определить погрешность поворотного стола. Приборы и материалы: механич...

Русский

2013-04-25

557.5 KB

22 чел.

PAGE  1

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ

УГЛОВ ПОВОРОТА


Исследование точности углов поворота.

 Цель работы: Изучить методы измерения точности углов поворота, определить погрешность поворотного стола.

 Приборы и материалы: механический поворотный стол, теодолит мод. 2Т2А.

Методы измерения точности углов поворота.

Метод 1 – с помощью автоколлиматора ([1] стр. 325) и полигона (многогранной угловой меры с равномерным угловым шагом).

Средства измерения: автоколлиматор и полигон.

Рис. 1

 

Автоколлиматор 1 устанавливают вне проверяемого рабочего органа 2 и наводят на полигон 3, который устанавливают по оси проверяемого рабочего органа. Проверяемый рабочий орган последовательно поворачивают на заданные углы, значение каждого из которых равно , где n – число граней полигона. Номинальные значения углов поворота определяют по измерительной системе станка (рабочего органа). С помощью автоколлиматора определяют фактические значения углов поворота.

Погрешность угла поворота равна наибольшей разности фактического и номинального углов поворота.

Устройство и принцип действия автоколлиматора см. [1] стр. 325, описание полигона (многогранной угловой меры с равномерным угловым шагом) см. [1] стр.53 . Измерение углов автоколлиматором см. [1] стр.434.

Метод 2 – с помощью автоколлиматора, зеркала и кругового датчика с блоком цифровой индикации.

Средства измерения: автоколлиматор, плоское зеркало, круговой датчик.

Рис. 2

На поверяемый рабочий орган 1 устанавливают круговой датчик 2, статор которого жёстко соединяют со столом, а на его роторе закрепляют зеркало 3. Круговой датчик устанавливают так, чтобы отклонение от соосности поворотного стола и ротора датчика было минимальным.

Автоколлиматор 4 устанавливают вне поверяемого органа и наводят на зеркало 3.

Проверяемый рабочий орган последовательно поворачивают на заданные углы, номинальные значения которых определяют по измерительной системе станка (рабочего органа). После каждого поворота проверяемого рабочего органа ротор кругового датчика поворачивают в обратном направлении на тот же номинальный угол, значение которого отсчитывают по цифровому табло устройства цифровой индикации 5, соединенного с круговым датчиком 2. С помощью автоколлиматора определяют разность между углами поворота проверяемого рабочего органа и кругового датчика.

Погрешность углов поворота равна наибольшей разности углов поворота проверяемого рабочего органа и кругового датчика.

Метод 3 – с помощью теодолита и коллиматора.

Средства измерения: теодолит, коллиматор.

Рис. 3

Коллиматор 1 на стойке 2 устанавливают вне проверяемого рабочего органа 3. Теодолит 4 устанавливают на проверяемый рабочий орган так, чтобы отклонение их осей от соосности было минимально возможным, и наводят на коллиматор. Проверяемый рабочий орган поворачивают на заданные углы, номинальные значения которых определяют по измерительной системе станка (рабочего органа). После каждого поворота проверяемого рабочего органа теодолит поворачивают в обратном направлении и наводят на коллиматор. По измерительной системе теодолита определяют фактические углы поворота рабочего органа.

Погрешность углов поворота равна наибольшей разности показаний измерительных систем проверяемого рабочего органа и теодолита.

Устройство и принцип действия теодолита см. в приложении 1. Устройство зрительной трубы (она применяется в теодолите), коллиматора и их совместную работу см. [1] стр.433-434.


Методика измерений.

Поворотные столы применяются при измерении деталей, в том числе угловых размеров, и поворота их на требуемый угол при обработке.

Поворотные столы классифицируют на:

  •  Столы с цифровым отсчётом. В них используется круговой датчик и вырабатываемая им измерительная информация об угловом положении после преобразования индицируется на цифровом табло.
  •  Оптические столы. Их измерительная система включает в себя круговой обычно стеклянный лимб и оптическую систему, построенную по схеме микроскопа. Принципиально их измерительная система аналогична системе теодолита, которая рассмотрена ниже
  •  Механические столы. Основой их измерительной системы является точная червячная передача.

Наиболее точными являются два первых типа.

В лабораторной работе исследуется точность механического поворотного стола, его схема приведена на рис. 4.

Рис. 4

1 – корпус;

2 – червячное колесо, жёстко связанное со столом 3;

3 – стол;

4 – червяк;

5 – круговой лимб;

6 – рукоятка;

7 – круговая шкала.

 

Работает поворотный стол следующим образом: на стол 3 устанавливается измеряемая или обрабатываемая деталь, поворот стола осуществляется вращением рукоятки 6, а угол его поворота отсчитывается по круговой шкале 7 (градусы) и по лимбу 5 (минуты).

Цена деления лимба равна:

,

где К – число заходов червяка,

Z – число зубьев червячного колеса,

n – число штрихов, нанесённых на лимбе.

У исследуемого поворотного стола погрешность угла поворота главным образом определяется точностью червячного колеса 2 и отклонением от его соосности со столом 3, а так же точностью червяка 4 и лимба 5.

Составляющие погрешности углов поворота поворотного стола, вызываемые перечисленными обстоятельствами, имеют периодический характер. Однако если от двух первых составляющие погрешности имеют период равный одному обороту стола 3, то от двух последних они имеют период равный одному обороту червяка 4.

Это позволяет применить следующую методику измерений:

  1.  Определить составляющую погрешности измерений , обусловленную неточностью червяка и лимба.

Метод измерения 2 или 3. Стол поворачивают последовательно на несколько минут (например, 10’), так, чтобы общий угол его поворота составил 1 (т.е. лимб поворачивается в общей сложности на 1 оборот) и определяют погрешности каждого из углов поворота. После чего, обрабатывая результаты измерения, устанавливают .

  1.  Определить максимальное значение составляющей погрешности измерения , обусловленной неточностью червячного колеса и отклонением от его соосности со столом.

Метод измерения 1, 2 или 3. Стол последовательно поворачивают на несколько градусов так, чтобы общий угол его поворота составил 360, и определяют погрешность каждого из углов поворота . Обрабатывая полученные результаты определяют .

  1.  Определить погрешность углов поворота поворотного стола. Её предельное значение  определяют по формуле (2).

Часто кроме предельной погрешности нормируется точность поворота стола на ряд фиксированных значений углов  (например, погрешность поворотного стола при повороте на 30, 60 и т. д.). В этом случае погрешность поворотного стола вычисляется по формуле

(3) ,

где  - максимальное значение составляющей погрешности измерения  при повороте стола на угол , определяемое путём обработки результатов измерения полученных при выполнении п.2.



Порядок выполнения лабораторной работы.

1.1. Точность поворотного стола определяется методом 3. Однако коллиматор не используется, вместо него для визирования зрительной трубы теодолита применяется удалённый репер, местонахождение которого указывает преподаватель.

Схема измерения приведена на рис. 5.

Рис. 5

1 – теодолит;

2 – поворотный стол;

3 – подвижный указатель круговой шкалы с ценой деления 1;

4 – лимб с ценой деления 1’;

5 – рукоятка;

6 – репер, на который визируется зрительная труба теодолита.

Применение репера вместо коллиматора уменьшает точность измерения, т.к. возникает дополнительная составляющая погрешности измерения, обусловленная отклонением от соосности теодолита и поворотного стола. Величину этой погрешности можно оценить по формуле ([1] стр.324):

(4).

где e – эксцентриситет – расстояние между осью поворотного стола и оптической осью зрительной трубы теодолита (отклонением от соосности лимба теодолита и оси стола пренебрегаем т.к. <<e);

L – расстояние от оси поворотного стола до удаленного репера;

φ – измеряемый угол поворота стола.

При использовании коллиматора , т.к. коллиматор строит изображение репера (марки) в бесконечности, т.е. .


1.2 Теодолит 2Т2А со зрительной трубой предназначен для измерения горизонтальных и вертикальных углов при визировании на отражаемой поверхности. Устройство теодолита приведено на рис. 6 и рис. 7.

Рис. 6

1 – боковая крышка;

2 – рукоятка микрометра;

3, 6 – закрепительные винты кругового типа;

4, 7 – наводящие винты;

5 – крышка;

8 – гайка;

9 – юстировочный винт уровня 10;

10 – уровень при алидаде горизонтального круга;

11 – установочный винт уровня при алидаде вертикального круга;

12 – горизонтальна пробка;

13 – пробка;

14 – коллимационный визир.

1.3 Принцип измерения угла теодолитом заключается в проецировании сторон угла (направлений) на горизонтальную  круговую шкалу (лимб), центр которой совмещен с вершиной угла, в прочтении показаний лимб с помощью отсчетного устройства и вычислении значения угла как разности двух направлений.

Основной несущей деталью является колонка 1, в которой смонтированы отсчетное устройство, зрительная труба для визирования на цели, вертикальная ось, оптический центрир для установки центра лимба над вершиной измеряемого угла, органы управления и другие вспомогательные устройства.

Рис. 7

1 – колонка;

2 – ручка;

3 – клиновое кольцо;

4 – зрительная труба;

5 – винт;

6 – коллиматорный визир;

7 – призма-лупа;

8 – окно;

9 – зеркало;

10 – кремальера;

11 – рукоятка;

12 – колпачок;

13 – корпус окуляра;

14 – окуляр зрительной трубы;

15 – штекерное гнездо;

16 – боковая крышка;

17 – рукоятка;

18 – корпус низка;

19 – закрепительный винт;

20 – пружина трегера;

21 – подъемный винт;

22 – поставка;

23 – окуляр центрира;

24 – иллюминатор круга-искателя;

25 – крышка;

26 – окуляр микроскопа; 27 – рукоятка-переключатель.

2. Выполнение измерений.

  1.  Вращая за рукоятку 5 (рис 5), установите стол в нулевое положение, т.е. в положение при котором указатель лимба 4 находится против ''0'' деления и указатель 3 находится против ''0'' деления (если не получается то сместите указатель 3).

Внимание: В дальнейшем  направление вращения поворотного стола  должно совпадать с направлением вращения при выполнении настоящего пункта. Реверс не допускается.

  1.  Вращая окуляр 14 зрительной трубы 4 (рис 7) добейтесь резкого изображения сетки (пунктирная линия), наблюдая через окуляр.
  2.  Поворачивая зеркало 9 (рис. 7) обеспечьте освещенность лимбов теодолита (они наблюдаются через окуляр микроскопа 26).
  3.  Поверните закрепительный винт куркового типа (рис 6), фиксирующий зрительную трубу.
  4.  Поворачивая ручку переключатель 27 (рис 7) «включите» горизонтальную углоизмерительную систему теодолита.
  5.  Установите зрительную трубу горизонтально и зафиксируйте её положение, повернув закрепительный винт куркового типа 3 (рис 6).
  6.  Отверните винт 19 (рис.7) , повернув его на 1-2 оборота, и поверните закрепительный винт куркового типа 6 , фиксирующий колонку 1.
  7.  Поворачивая колонку 1 (рис.7) относительно корпуса низка 18 установите ее на «нуль», пользуясь грубой шкалой, наблюдаемой в иллюминатор 24. Зафиксируйте колонку 1, повернув закрепительный винт куркового типа 6 (рис.6).
  8.  Грубое наведение зрительной трубы на удалённый репер 6 (рис. 5) – поворачивая колонку теодолита совместите перекрестье, наблюдаемое через коллимационный визир 14 (рис.6) с удалённым репером (при пользовании визиром глаз должен быть на расстоянии ~30 мм от него) и затем зафиксируйте корпус 18 винтом 19.

Внимание: В дальнейшем винт 19 поворачивать нельзя.

  1.  Вращая кремальеру 10 (рис.7) добейтесь резкого изображения удалённого репера, рассматриваемого через окуляр 14.
  2.  Предварительное наведение зрительной трубы на удалённый репер – поверните закрепительный винт куркового типа 6 (рис.6) и, поворачивая колонку 1 (рис.7), совместите пунктирное перекрестие с удалённым репером, наблюдаемым через окуляр 14. Зафиксируйте колонку 1, повернув закрепительный винт куркового типа 6 (рис.6).

Внимание: В случае возникновения трудностей предварительно совместите удалённый репер с перекрестием, наблюдаемым через визир 14(рис.6).

  1.  Окончательное наведение зрительной трубы на удалённый репер – поворачивая наводящий винт 7 (рис.6) совместите пунктирное перекрестие с удалённым репером, наблюдаемым через окуляр 14 (рис.7).
  2.  Определите угловую координату теодолита – отсчитайте показания с горизонтального лимба.

Вид поля зрения отсчетного микроскопа (его окуляр 26 на рис.7) показан на рис.8.

Рис. 8

В центральном окне поля находятся изображения диаметрально противоположных штрихов лимба, разграниченные разделительной линией, в верхнем окне – цифры градусов и шкала из 6 цифр (от 0 до 5), указывающих десятки минут, в правом окне – шкала микрометра. Левый ряд цифр шкалы микрометра соответствует единицам минут, правый ряд цифр – десяткам секунд, а каждое деление шкалы – одной секунде.

Для получения отсчёта тщательно совместите рукояткой микрометра 2 (рис.6) средние линии верхнего и нижнего изображений бифилярных штрихов лимба горизонтального круга лимба. После этого запишите показания шкал. Если в верхнем окне видны два градусных числа, то рабочим является число, находящееся в пределах цифровой шкалы десятков минут. Цифра шкалы, расположенная под серединой числа градусов, показывает количество десятков минут. К ним прибавьте единицы минут (левый ряд цифр), десятки секунд (правый ряд цифр) и единицы секунд со шкалами микрометра .

На рис.8 показание лимба горизонтального круга равно .

  1.  Для уменьшения субъективной погрешности (погрешности, зависящей от оператора) – «пристреляйтесь». Для этого:

– несколько раз выполните пункты 2.12 и 2.13, предварительно каждый раз поворачивая наводящий винт 7 (рис.6);

– добейтесь того, чтобы расхождения результатов трёх последних измерений не превышало  и запишите в табл.1 (приложение 2) последний результат.

Внимание: Любые смещения корпуса 1 (рис.4) поворотного стола в дальнейшем не допускаются.

  1.  Определение составляющей погрешности измерения , обусловленной неточностью червяка и лимба:

– вращая рукоятку 5 (рис.5), поверните последовательно стол на угол , пользуясь его измерительной системой;

– в каждом из указанных положений стола определите действительный угол его поворота  с помощью теодолита (выполните п.2.13, 2.14, 2.15);

– результаты измерений запишите в графу 3 табл. 1 (приложение 2);

– постройте график зависимости  и по нему определите погрешность  (приложение 2).

  1.  Определение составляющей погрешности измерения , обусловленной неточностью червячного колеса и отклонением от его соосности со столом:

– выполните пункты 2.1, 2.11, 2.12,  2.13;

Внимание: любые смещения корпуса 1 (рис.4) поворотного стола в дальнейшем недопустимы.

– запишите результат измерения в графу табл. 2 (приложение 3);

– вращая рукоятку 5 (рис. 5) поверните последовательно стол на угол , пользуясь его измерительной системой.

– в каждом из указанных положений стола определите действительный угол его поворота, пользуясь теодолитом (выполните пункты 2.11, 2.12 и 2.13);

– результаты измерений запишите в графу 3 таблицы 2 (приложение 3);

– постройте график зависимости   (см. пример в приложении 3).

  1.  Определите предельную погрешность поворотного стола:

– пользуясь графиком  определите максимальное значение составляющей погрешности измерения  (см. пример в приложении);

– пользуясь формулой (2) определите предельную погрешность.

  1.  Определите максимальную погрешность стола при его повороте на угол .

– пользуясь графиком  определите максимальное значение составляющей погрешности измерения , при повороте стола на  (см. пример в приложении 3);

– пользуясь формулой (3) определите погрешность .


Отчёт по лабораторной работе.

Должен содержать отображение каждого выполненного пункта с необходимым обоснованием, а так же ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

  1.  Зрительная труба, коллиматор и автоколлиматор, их принципиальные оптические схемы, назначение и принцип действия ([1] стр. 434; [3] стр. 284)
  2.  Принцип действия и принципиальная схема теодолита.
  3.  Обоснуйте, почему несовпадение геометрического центра полигона и оси вращения рабочего органа (метод измерения 1) не влияет на точность измерения ([1] стр. 434; [3] стр. 264-265)
  4.  Какие изменения (линейные и угловые) взаимного расположения коллиматора и рабочего органа (метод измерения 3) влияют на точность измерения и почему?
  5.  Почему влияние на точность измерения (метод 2) эксцентриситета между осью кругового датчика и рабочего органа незначительно или равно нулю?
  6.  Методы и схемы измерения, точности углов поворота.

Литература.

  1.  А.Г.Иванов Измерительные приборы в машиностроении. Москва. 1981год.
  2.  ГОСТ 22267-76 Станки металлорежущие. Схемы и способы измерения геометрических параметров.
  3.  Н.Н.Марков, Г.М.Ганевский. Конструкция, расчёт и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. Москва. 1993год.


Приложение 1

Устройство теодолита.

Оптическая схема современных теодолитов, в том числе теодолита 2Т2А, сложная, поэтому они не рассматриваются. Однако принципиально схемы этих и ранее применявшихся теодолитов не отличают между собой. Схема последнего приведена на рис.9. На этой схеме показана только горизонтальная углоизмерительная система, позволяющая производить измерения угла . Вертикальная углоизмерительная система, которой оборудованы теодолиты, и позволяющая измерять углы  (угол поворота зрительной трубы 2 вокруг оси 0) не показана.

 Кроме того, на рис. 9 не показаны стопорные устройства, обеспечивающие фиксацию элементов 1, 2 и 8 относительно 8, 1 и 7 соответственно.

1 – колонка;

2 – зрительная труба;

3 и 4 – микроскопы;

5 – круговой стеклянный лимб;

6 – регулировочные винты;

7 – поставка;

8 – корпус низка;

9 – репер (предмет на который визируется зрительная труба).

Теодолит состоит из следующих основных узлов:

  1.  Зрительной трубы 2, которая может поворачиваться вокруг горизонтальной оси 0 и служит для визирования на предмет 9, для чего она снабжена маркой (сеткой). Визирование осуществляется путём совмещения этой марки с изображением предмета 9, наблюдаемым через окуляр зрительной трубы.
  2.  Колонки 1, в которой закреплена ось, вокруг которой вращается зрительная труба, и два микроскопа 3 и 4. Колонка может вращаться вокруг вертикальной оси.
  3.  Лимба 5, закреплённого на корпусе 8 и имеющего интервал деления (цену деления) .
  4.  Подставки 7 с регулировочными винтами 6, служащими для нивелировки теодолита.

Измерения теодолитом выполняются следующим образом:

Зрительная труба визируется на предмет 9, угловую координату которого требуется измерить. Затем с помощью микроскопов 3 и 4, оптически взаимодействующих с лимбом 5, отсчитываются две угловых координаты. За угловую координату предмета 9 принимается среднее арифметическое показаний микроскопов 3 и 4, за счёт чего исключается погрешность измерения, обусловленная эксцентриситетом лимба относительно оси теодолита.

Зрительная труба снабжена фокусирующим устройством (на схеме оно не показано), позволяющим наблюдать предметы 9, находящиеся на разных расстояниях от теодолита.

В современных теодолитах оптические системы микроскопов 3 и 4 объединены, что позволяет через окуляр одновременно наблюдать штрихи противоположных сторон лимба 5. Кроме того, они снабжены дополнительным оптическим устройством (микрометром), позволяющим непосредственно отсчитать угловую координату, равную полу сумме  показаний микроскопов 4 и 3.


Приложение 2

Таблица 1

№ п/п (i)

Угол поворота стола, мин.

Угловая координата, отсчитанная по теодолиту,

град, мин, сек.

 

мин, сек

мин, сек

1

2

3

4

5

1

0

0

0

2

3

4

5

6

7

Примечание: В графе 4 надо указать действительные значения углов поворота стола  в его системе координат. Эти углы измерены теодолитом, но в системе координат теодолита (графа 3). Значения углов  можно определить по формуле , но при этом надо учитывать следующее. Измерительная система теодолита абсолютная, но диапазон её показаний равен 360. Из-за этого начало отсчёта не совпадает с началом системы координат теодолита ( , например, ), то при измерении угла, например, равного 360 по измерительной системе теодолита будет отсчитан угол равный не 361, а 1.

График зависимости

(пример)


Приложение 3

Таблица 2

№ п/п (i)

Угол поворота стола, град.

Угловая координата , отсчитанная по теодолиту ,

град, мин, сек.

 

мин, сек

мин, сек

1

2

3

4

5

1

0

2

45

3

90

4

135

5

180

6

225

7

270

8

315

9

360

При заполнении графы 4 руководствуйтесь примечанием к таблице 1 (приложение 2).

Пример графика


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35527. Международные и региональные (Европейские) организации по стандартизации. Их задачи, статус, приоритетные направления. Маркировка продукции в ЕЭС, отвечающей требованиям Директив 22.23 KB
  Взаимозаменяемость- это свойство независимо изготовленных деталей занимать свое место в сборочной единице без дополнительной или ручной обработки при сборке, обеспечивая при этом нормальную работу сборочного узла, другими словами это возможность сборки и замены при ремонте деталей и сборочных единиц другими независимо изготовленными экземплярами без подгонки при выполнении технических условий, и при достижении заданных показателей машины.
35528. Особенности подтверждения соответствия в Таможенном союзе. Правовые и регламентирующие документы. Понятие. Цели. Принципы. Формы. Знаки соответствия 320.9 KB
  Декларация о соответствии Таможенного союза, как и Сертификат соответствия Таможенного союза является документом юридической силы, удостоверяющим соответствие выпускаемой в обращение продукции требованиям нормативных документов Таможенного союза
35535. Интеллектуальные информационные системы (ИИС) 2.29 MB
  Автоматизация процесса информационного поиска основывается на формализации представления смыслового содержания информационного запроса и документов в виде соответственно поискового предписания ПП и поисковых образов документов ПОД. В процессе проведения информационного поиска в ДИПС определяется степень соответствия содержания документов и запроса пользователя путем сопоставления ПОД и ПП. Поэтому подсистема ввода и регистрации документов решает следующие основные задачи: создание электронных копий бумажных документов; подключение...