Зигмунд Перля - О станках и калибрах
Новые средства точности
Но и на этом не остановилось развитие измерительной техники, особенно в нашей стране. Там, на крайнем западе Европы и в США капиталист-хозяин прикидывает, выгодно или невыгодно лично ему улучшить измерительную технику на своем предприятии. А наши машиностроители, наращивая темпы производства, озабочены тем, чтобы уже в процессе изготовления достигалась необходимая степень точности, чтобы на конечных участках была обеспечена самая надежная проверка готового изделия. Поэтому они требуют и получают от отечественной науки и техники все новые и новые средства точнейших измерений.
В столице нашей Родины успешно работает научное учреждение станкостроительной промышленности — «Научно-исследовательское бюро взаимозаменяемости». Оно чутко прислушивается к нуждам советского машиностроения и следит за тем, чтобы точность измерения не отставала от точности обработки. Пусть еще больше возрастут скорости резания, еще больше увеличится производительность автоматических линий станков, еще более разительны будут при этом требования к точности изготовления — и все же измерительные устройства должны «успевать ловить» малейшие отклонения от чертежа, точно определять их величину и с неумолимой строгостью отправлять в брак те изделия, размеры которых вышли за пределы допусков.
«Враг» точности — мерительная поверхность инструмента или прибора. В процессе измерения она изнашивается. {158} Приходится тщательно следить за тем, чтобы в какой-то момент инструмент или прибор не начал пропускать брак.
Но ведь как будто не существует неизнашивающихся поверхностей. Можно лишь уменьшить, замедлить процесс их износа, изготовив конечную часть мерительного стержня из наиболее твердого материала (алмаза или сверхтвердого сплава). Так обычно и поступают, если необходимо обеспечить длительную и надежную работу измерительного устройства.
Но оказалось, что можно вовсе устранить вредное влияние износа мерительной поверхности. Советские машиностроители создали прибор, в котором мерительная поверхность заменена... воздушной струей.
Все измерительные приборы обязательно располагают; пожалуй, самой главной своей частью — той, которая «ощупывает» измеряемые детали. Ее и называют иногда «щупом». Таким прибором невозможно измерять какой-нибудь размер во время работы детали или деталей, например, вала во время его вращения. Ведь движение детали через щуп будет в какой-то мере передаваться измерительному прибору, сотрясать его, результат измерения получится искаженным. Особенно недопустимо такое искажение, когда измеряется очень малая величина, выраженная всего лишь единичными микронами — самое ничтожное искажение превысит величину допускаемой неточности. Поэтому и в таких случаях лучше отказаться от прибора со щупом и воспользоваться той же воздушной струей. Вот почему машиностроители создали своего рода «воздушный микрометр».
Мы уже знаем, что в нашей стране для небольших машин с особо быстро вращающимися валами созданы «воздушные» подшипники — вал вращается в воздухе, между ним и стенками подшипника — тончайшая воздушная прослойка, зазор, своего рода воздушная «смазка». Толщина воздушной прослойки меняется во время работы вала и колеблется в пределах между 3 и 15 микронами. Допустим, что нам надо измерить эту толщину в тот момент, когда она достигла наименьшей величины — 3 микрона. Возможная ошибка, неточность измерения должна быть меньше одной десятой части этой величины, меньше 0,3 микрона. Вот с какой точностью должен работать воздушный микрометр при измерении зазора между валом и подшипником. {159}
Еще не так давно, когда хотели изобразить разительно малую длину, сравнивали ее с толщиной человеческого волоса. Это сравнение потеряло всякую убедительность. Ведь величина зазора в нашем подшипнике почти в 20 раз меньше толщины человеческого волоса, а величина допускаемой при измерении неточности — в 200 раз.
Как устроен воздушный микрометр?
Схема работы микрометра с воздушным поплавком: 1 — подвод воздуха; 2 — воздушный поплавок; 3 — конический сосуд; 4 — шкала
Представьте себе стеклянный сосуд в виде усеченного конуса.
Сосуд расширяется кверху. Снизу через систему регулирующих устройств подводится воздух под определенным и постоянным давлением. В сосуде струя воздуха расширяется и теряет давление — оно тем меньше, чем выше и больше каждое сечение конического сосуда. Внутри сосуда может перемещаться своего рода воздушный поплавок — он напоминает парашют: струя подведенного воздуха «дует» под его купол и заставляет «плавать» на каком-то определенном уровне без касания к стенкам сосуда.
Сверху от сосуда отходит трубка, которая через последующую систему регуляторов подводит воздух к измерительной головке и сквозь нее до выходного отверстия — сопла.
Предположим, нам надо проверить размер изделия в 5 миллиметров; верхний допуск — плюс 5 микронов, а нижний — минус 10 микронов. Из притертых мерительных плиток составляется сначала размер 5,005 миллиметра. Блок этих плиток подводится под измерительную головку таким образом, чтобы остался малый зазор определенной величины (например, в 1 миллиметр).
Теперь начинается подача воздуха от компрессора, и открывается отверстие выходного сопла. Расход воздуха через это сопло и зазор уменьшают величину давления воздуха в коническом сосуде и поплавок устанавливается на каком-то другом определенном уровне. Рядом с {160} коническим сосудом, параллельно его оси, расположена измерительная шкала и можно отметить то ее деление, на котором поплавок «замер».
После этого набор плиток убирается; составляется другой набор размером в 4,990 миллиметра и подводится под измерительную головку. Теперь зазор между срезом сопла и верхней поверхностью набора плиток увеличился на 10 микронов — значит, и скорость истечения воздуха из сопла увеличилась, а поэтому еще раз изменится давление в коническом сосуде; оно уменьшится, поплавок опустится еще ниже и «замрет» на другом уровне, а на шкале отметится соответствующее деление.
Получилось так, что на шкале отмечены пределы допусков измеряемой величины. Осталось убрать второй набор плиток и вместо него ввести под измерительную головку проверяемую деталь. Зазор между соплом и ее верхней поверхностью изменится в какую-то сторону — уменьшится или увеличится — и поплавок немедленно «почувствует» это, он переместится по оси конического сосуда и «замрет» на новом уровне. Если соответствующее деление измерительной шкалы окажется между двумя ранее отмеченными ее штрихами,— все в порядке, деталь правильно изготовлена; если же поплавок «подскочит» выше верхней отметки или «нырнет» ниже другой отметки, деталь неправильно изготовлена: в первом случае она «полнее» и ее еще можно «довести» до правильного размера, а во втором — она «запорота» и пойдет в брак.
Машиностроители научились сопоставлять величину перемещения поплавка по шкале с размерами измеряемых деталей (такое сопоставление называется «градуировкой» шкалы). Благодаря этому шкала воздушного микрометра не только показывает, насколько правильно, по допускам, изготовлена деталь, но и дает ее прямой размер. И, самое главное, этот размер указывается с удивительной точностью.
Вспомните, как работают рычажные и рычажно-оптические измерительные приборы. Они так устроены, что ничтожное изменение размера проверяемой детали вызывает в 50, 100, 200, 500 и даже в 1000 раз большее передвижение стрелки указателя по измерительной шкале. Поэтому легко отсчитываются изменения размеров даже в 0,5 микрона. Существуют и такие рычажно-оптические {161} приборы, в которых перемещение указателя в 16 000 раз больше величины изменения размера проверяемой детали Это значит, что можно отсчитывать изменение размера с точностью до 0,000025 миллиметра (до 1/40 доли микрона, или до 25 миллимикронов).
Воздушный микрометр с окрашенным водяным столбиком (вместо воздушного поплавка): 1 — головка с выходным отверстием для воздушной струи; 2 — универсальная стойка; 3 — душный микрометр и проверяемый предмет; 4 — столик для проверяемых деталей; 5 — шкала; 6 — трубка с водяным столбиком
Воздушный микрометр отличается тем, что его поплавок также перемещается по шкале на расстояние, в 10—12 тысяч раз большее, чем величина, на которую изменился зазор между срезом сопла измерительной головки и поверхностью проверяемой детали. Поэтому и этот прибор измеряет с такой же точностью.
Бывают и такие воз душные микрометры, в устройстве которых поплавок заменен подкрашенной водой в тонкой трубке. Эта трубка соединена с сосудом, в котором меняется давление подаваемого воздуха; уровень воды — в зависимости от этого давления — понижается или повышается. Рядом с трубкой — градуированная шкала. Величина перемещения уровня воды в трубке отмечается делениями шкалы. Именно такой воздушный микрометр и применяется, когда необходимо измерить величину той тончайшей воздушной прослойки, которая служит «смазкой» в подшипнике машины, о которой шла речь. {162}
