Точность в 0,01 миллиметра

Точность в 0,01 миллиметра

Если усовершенствованная масштабная линейка измеряет с точностью до 0,5 миллиметра, а обычный штангенциркуль с нониусом — до 0,1 миллиметра, го точность в 0,01 миллиметра достигается измерением с помощью микрометра. Это — измерительный инструмент, в конструкции которого используется микрометрический винт — винт с очень точно изготовленной нарезкой и очень малым шагом (расстояние между вершинами двух последовательных витков резьбы). Если гайка делает полный оборот по винту, она совершает линейное перемещение вдоль оси винта, равное его шагу; если же гайка повертывается, к примеру, только на ¹/₅₀ долю полного оборота, она продвинется по оси на ¹/₅₀ долю шага. При большой точности изготовления такого винта обеспечена и высокая точность соответствия между долей оборота гайки и линейным его перемещением. Этим и воспользовались машиностроители. Примерно в середине прошлого столетия они создали новый измерительный инструмент — микрометр, оказавшийся настолько совершенным, что его высокая точность даже опередила потребности машиностроителей того времени. {147} Этим, а также и трудностью его изготовления следует объяснить, что в течение 25 лет им почти не пользовались. Только с последней четверти прошлого века этот инструмент нашел широкое применение в измерительной технике. В значительной степени это было обусловлено теми требованиями, которые выдвигались развитием производства взаимозаменяемых деталей машин.

^{Измерение микрометром}

Как устроен и работает микрометр? На одном конце стальной жесткой скобы вмонтирована закаленная «пятка» с очень точно обработанной мерительной поверхностью. Другой конец скобы переходит в цилиндрическую втулку — ее называют «стебель» микрометра. На внутренней поверхности стебля нарезаны витки очень точной мелкой резьбы. Стебель служит гайкой для микрометрического винта, который и перемещается внутри него. Таким образом, в микрометре гайка неподвижна, а винт вращается и перемещается по прямой линии. Ненарезанная часть этого винта (в виде цилиндрического стержня) проходит сквозь стебель и может передвигаться или по направлению к неподвижной пятке или, наоборот, уходить от нее. Срез стержня также представляет собой очень точно обработанную закаленную мерительную поверхность. Другой конец винта несет на себе жестко скрепленную с ним втулку; ее называют «барабан». Эта деталь вращается вместе с микрометрическим винтом.

Измеряемую деталь помещают в скобу микрометра между мерительной пяткой и торцом подвижного стержня. Вращая барабан, передвигают стержень к измеряемой детали до соприкосновения с нею.

Один оборот винта передвигает мерительный стержень на длину шага микрометрической резьбы — на 0,5 миллиметра. Всего на винте 50 витков такой резьбы: это значит, что мерительная поверхность стержня может переместиться на 25 миллиметров от своего исходного положения (такое положение бывает или тогда, когда микрометр раскрыт на полную величину своего предела измерения — 25 миллиметров, — или, когда мерительные поверхности стержня и пятки правильно сомкнуты). Чтобы можно было видеть, на сколько оборотов винта стержень удален от пятки, поверхность стебля разделена продольной горизонтальной чертой, а по ее обеим сторонам нанесены две шкалы. Одна из них — основная — состоит из 25 делений ценою каждое {148} в 1 миллиметр; другая — из 24 таких же делений, но ее штрихи смещены относительно делений первой шкалы на 0,5 миллиметра. Получается так, что каждый штрих второй шкалы разбивает на две половины каждое деление основной шкалы. За один оборот винта стержень перемещается на длину его шага — на 0,5 миллиметра — или на половину деления основной шкалы. На этой шкале первый штрих обозначен нулем. Далее (последовательно) обозначен своим порядковым числом конечный штрих каждого пятого деления; получается ряд цифр: 0—5—10—15—25.

^{Микрометрический винт (справа) и устройство круговой шкалы (слева)}

Если представить себе полный виток резьбы микрометрического винта в развернутом виде, мы получим прямую линию; ее можно разделить на 50 равных частей. Один оборот винта — его вращение по одному витку резьбы — передвигает стержень на всю длину шага (на 0,5 миллиметра); если же повернуть винт только на 1/50 оборота или на 1/50 часть развернутой линии витка, то и перемещение стержня окажется в 50 раз меньше, оно будет равно 0,5:50 = 0,01 миллиметра.

50 делений окружности одного витка резьбы нанесены в виде шкалы на скосе барабана. Каждый из штрихов этой шкалы может быть совмещен с продольной линией на стебле микрометра. После этого поворот барабана на одно деление собственной шкалы передвинет стержень на 0,01 миллиметра. Теперь можно приступить к отсчету показаний микрометра. {149}

С продольной линией на стебле совпал один из штрихов круговой шкалы барабана. Начинаем с чтения показания шкалы на стебле: срез барабана как бы отсек определенную часть шкалы. Допустим, что ближайшее к срезу число на основной шкале «10»; затем на ней же видно еще два целых деления. Значит, уже ясно, что данный размер содержит 10 + 2 = 12 миллиметров. После 12-го деления, еще ближе к срезу барабана, едва виден штрих второй шкалы — значит, надо прибавить еще 0,5 миллиметра.

На глаз могло бы показаться, что это и есть точное показание микрометра — линия среза барабана как будто совпадает с линией штриха второй шкалы на стебле. Но... круговая шкала барабана во-время подсказывает станочнику, что глаза его обманывают. (Ведь тот штрих круговой шкалы, который отмечен нулем, не совпал с продольной линией на стебле. На сколько? На одно деление! Вот, если мы повернули бы барабан по часовой стрелке на это одно деление, тогда получилось бы полное совпадение линии среза барабана со штрихом второй шкалы. При этом отсеченный участок шкалы на стебле уменьшился бы на длину, соответствующую вращению микрометрического винта на 1/50 его оборота — на 0,01 миллиметра. Тогда и можно было бы считать, что результат измерения — 12,5 миллиметра. И во всех случаях, когда нулевой штрих круговой шкалы совпадает с продольной линией на стебле, результат измерения выражается или целым числом миллиметров или целым числом с половиной.

Но в нашем случае это не так: налицо несовпадение на одно деление, а это значит, что к величине 12 + 0,5 миллиметра следует прибавить еще 0,01 миллиметра; получится конечный результат: 12 + 0,5 + 0,01 = 12,51 миллиметра.

Бывают случаи, когда нужно измерить микрометром деталь, размер которой больше 25 миллиметров. Кроме того, приходится измерять иногда две и больше деталей в совмещенном виде, а их общий размер больше 25 или даже 50 миллиметров. Во всех таких случаях применяются микрометры с большим пределом измерения. Если деталь больше 25, но меньше 50 миллиметров, применяется микрометр с расстоянием в 50 миллиметров между пяткой и исходным положением стержня. Если деталь больше 50, но меньше 75 миллиметров {150} соответствующее расстояние равняется 75 миллиметрам. Могут, конечно, применяться микрометры и с большими пределами измерения. Но во всех случаях остаются только 50 витков резьбы с шагом в 0,5 миллиметра, и стержень выдвигается по направлению к пятке лишь на 25 миллиметров. Получается так: в обыкновенном малом микрометре мерительная поверхность стержня перемещается от 0 до 25 миллиметров; в микрометре с пределом измерения до 50 миллиметров и больше — га клее от 0 до 25, но к результату добавляется то чисто миллиметров, на какое величина предела измерения больше 25.

В устройстве современных микрометров предусмотрена на конце рукоятки стопорная гайка — небольшая накатанная деталь с пружинным и зубчатым механизмами внутри. Эту деталь называют «трещоткой». Вращая барабан, доводят мерительный стержень до наибольшего приближения к поверхности измеряемого предмета, но без контакта с нею; затем прекращают вращение барабана и начинают вращать трещотку, которая продвигает стержень ровно настолько, чтобы произошло правильное касание с измеряемым предметом. Как только усилие прижима стержня к этому предмету достигнет допускаемой величины, трещотка, сколько бы ее ни вращали, не продвинет дальше винта — она будет вращаться вхолостую.

Для того чтобы можно было закрепить мерительный стержень в каком-либо одном положении, служит особая деталь микрометра — зажимное кольцо.

Бывают микрометры для измерения ширины пазов или диаметра внутренних размеров деталей, для измерения глубины отверстий и пазов. Но устройство и способы применения всех разновидностей этого инструмента в основном очень схожи. С помощью микрометра можно «уловить» даже 0,001 миллиметра.

Но в цеховой обстановке для отдельных измерений такая точность редко может понадобиться; кроме того, для такой точности существуют другие, более совершенные, измерительные средства — приборы, о которых речь будет впереди. Поэтому микрометр был и остается основным инструментом для измерения с точностью до 0,01 миллиметра.

{151}