Приборы для точных измерений

Чтобы сделать хорошую машину

Прежде чем создать любую машину, нужно сделать ее составные части — валы, втулки, кольца и т. д. А чтобы машина была во всех отношениях хорошая, соответственными качествами должны отличаться и ее детали. Уже давно производство машин перестало быть кустарным промыслом — человек поставил его на твердую научную и техническую основу. Но если прежний кустарь, делая нехитрую машину, мог без особого труда исправить все свои огрехи при ее сборке, то в современном производстве такой возможности нет — на исправление огромного количества деталей при сборке конструкций не хватит ни времени, ни сил человека, каким умельцем бы он ни был. Поэтому, чтобы сборка проходила быстро, легко, без пригонки, чтобы будущая машина надежно работала длительное время, детали должны быть изготовлены с высокой степенью точности. Это значит, что их размеры, форма, качество поверхности и другие характеристики должны быть предельно близки к запроектированным значениям. Что нужно понимать под словом «близки» и почему нельзя получать детали с абсолютно правильными характеристиками? Суть дела здесь вот в чем.

Основная масса деталей изготовляется сейчас на металлообрабатывающих станках. Обрабатывают эти детали режущие инструменты — резцы, сверла, фрезы, шлифовальные круги и т. д. Каждый станок состоит из множества механизмов со своими неточностями исполнения отдельных элементов, зазорами и т. д. Из-за этого размеры партий обработанных на разных станках деталей никогда не будут одинаковыми. Нежесткость механизмов станка приводит к искажению формы деталей. Так, вместо цилиндра может получиться конус, а в сечении цилиндрического валика вместо круга — эллипс и т. д. Кроме того, режущие инструменты оставляют на поверхности обрабатываемой детали следы в виде бороздок, отчего поверхность получается неровной или, как говорят, шероховатой.

Зная все эти «слабости» станков, технологи не требуют от них изготовления абсолютно точных деталей, а назначают предельные нормы — допуск — отличия полученных характеристик деталей от номинальных. Если эти отличия превысят норму, деталь, заняв свое место в машине, будет плохо работать, передавать меньшую мощность, подвергаться коррозии и быстро выходить из строя. Детали с такими характеристиками — брак. Нужно вовремя обнаружить их. И здесь решающее слово за измерительными приборами.

Приборы для точных измерений

Точность измерений растет поистине с космической скоростью. Только за последние 50 лет она возросла в несколько десятков раз! Но такие успехи пришли не сразу. Это и понятно — ведь изделия, которые человек производил раньше, не требовали той точности изготовления, с которой ему сейчас приходится сталкиваться буквально на каждом шагу.

В наши дни детали машин измеряются с точностью до долей микрона. Если учесть, что 1 мк равен 0,001 мм, а минимальное расстояние между двумя точками, при котором человек различает их раздельно, чуть меньше 0,1 мм, то станет понятно, что добраться до этого невидимки микрона можно только с помощью очень совершенных приборов. Делают это они каждый по-своему, но все оснащены устройством, которое помогает человеку рассмотреть невидимку. Устройство это называется преобразователем. Оно изменяет измеряемую величину так, чтобы ее было удобно отсчитать по шкале прибора. Микрону или его доле соответствуют один-два миллиметра на шкале прибора, т. е. наши невидимки становятся хорошо различимыми невооруженным глазом.

Величины отклонения размеров и характеристик деталей от заданных бывают различными, поэтому различны и преобразователи. Здесь и механические, и оптические, и электрические, и пневматические преобразователи, а также комбинированные — оптико-механические, фотоэлектрические, электропневматические и т. д.

Может возникнуть законный вопрос: зачем такое разнообразие приборов и нельзя ли создать прибор, годный для всех измерений? Нет, нельзя. Если бы даже и удалось найти абсолютно универсальную схему прибора, способную решать все измерительные задачи, то она оказалась бы настолько сложной, что создание подобного прибора было бы не только невыгодно, но и неосуществимо.  Во-первых, необходимо проверять разные характеристики деталей; во-вторых, разные параметры деталей разрешается обрабатывать с различной точностью — например, диаметр кольца подшипника выполняется с точностью до нескольких микронов, в то время как его высота — в пределах 200—300 мк; в-третьих, поверхности деталей машин образуют различные по сложности фигуры — цилиндры, конусы, кольца, винты и т. д.; в-четвертых, габариты деталей тоже имеют большое значение — нельзя же одним прибором контролировать сверхтонкую проволоку толщиной не более 5 —10 мк и огромное колесо турбины диаметром в несколько метров.

Подробно рассказать обо всех типах приборов просто невозможно. Поэтому остановимся лишь на нескольких наиболее характерных представителях точных и надежных помощников машиностроителей и покажем, как они измеряют разные характеристики деталей простых и сложных, маленьких и больших.