ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 203 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8.1 ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Οι βασικοί στόχοι της Τεχνολογίας Παραγωγής είναι σε πρώτο στάδιο η μελέτη, σχεδίαση και ανάπτυξη υφισταμένων ή νέων τεχνολογιών-διαδικασιών παραγωγής προϊόντων και σε δεύτερο η παραγωγή των προϊόντων αυτών με δεδομένη μορφή, διαστάσεις, ανοχές διαστάσεων και ποιότητα επιφάνειας, από πρώτες ύλες με τις κατάλληλες μηχανικές ιδιότητες. Για την επιτυχία αυτών των στόχων είναι απαραίτητο σε διάφορες φάσεις της παραγωγικής διεργασίας ιδίως δε κατά το δεύτερο στάδιο, να ελέγχοντα οι διαστάσεις και οι ανοχές διαστάσεων του αντικειμένου. Ο έλεγχος αυτός των διαστάσεων είναι δυνατόν να γίνει είτε με μετρήσεις μηκών ή γωνιών, είτε με συγκρίσεις των διαστάσεων των παραγομένων αντικειμένων με ελεγμένα πρότυπα. Είναι λοιπόν απαραίτητο να αναφερθούμε στις συγκεκριμένες τεχνικές και στα εργαλεία και όργανα που χρησιμοποιούνται για μετρήσεις των μηχανουργικών προϊόντων. Οι διαδικασίες των μετρήσεων διαστάσεων και ανοχών αποτελούν σημαντικότατο τμήμα του ποιοτικού ελέγχου των προϊόντων με βαρύτητα τουλάχιστον ίση με την ίδια την παραγωγή, γιατί τα μηχανουργικά προϊόντα θα αγορασθούν ή θα χρησιμοποιηθούν μόνον εάν πληρούν τις σχετικές προδιαγραφές. Οι προδιαγραφές διαστάσεων στα μηχανουργικά προϊόντα πρέπει να τηρούνται με μεγάλη αυστηρότητα, γιατί προϊόντα έξω από τα όρια των ανοχών είναι άχρηστα. Η λεπτομερής μέτρηση των διαστάσεων των παραγομένων προϊόντων είναι μια πολύ κοπιαστική και δαπανηρή εργασία. Συνήθως αποφεύγεται ο έλεγχος όλων των προϊόντων αλλά ελέγχεται μόνον ένα στατιστικό δείγμα κατάλληλου πλήθους. Η αναφορά σε στατιστικές μεθόδους επεξεργασίας των αποτελεσμάτων των μετρήσεων ξεφεύγει από τα όρια του συγγράμματος και ο ενδιαφερόμενος αναγνώστης θα πρέπει να αναφερθεί σε συγγράμματα στατιστικής. Στο κεφάλαιο αυτό θα περιορισθούμε στην ανάπτυξη των οργάνων μετρήσεων διαστάσεων, γωνιών και ανοχών καθώς και των τεχνικών χρήσης τους, ώστε τα αποτελέσματα των μετρήσεων να είναι τα ακριβέστερα για τις δεδομένες συνθήκες μέτρησης. Τα γνωστικά αυτά αντικείμενα αποτελούν περιεχόμενο της επιστήμης της Μετρολογίας. Η επιστήμη αυτή έχει ως βασικό στόχο την αύξηση της ακρίβειας των μετρήσεων μέσω της αύξησης της ακρίβειας των μετρητικών οργάνων και της βελτίωσης των τεχνικών και συνθηκών μετρήσεων. Η λέξη ακρίβεια χρησιμοποιείται λοιπόν με δύο έννοιες στη Μετρολογία. Πράγματι, οι διαστάσεις ενός αντικειμένου θεωρούνται ακριβείς όταν βρίσκονται μέσα σε δεδομένα όρια, ενώ ένα όργανο είναι ακριβές όταν η ένδειξη του έχει μικρό σφάλμα συγκρινόμενη με την ένδειξη
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 204 ενός άλλου οργάνου που θεωρείται απόλυτα ακριβής, δηλαδή με μηδενικό ή αμελητέο σφάλμα. Η ακρίβεια λοιπόν στη Μετρολογία είναι ένα σχετικό μέγεθος, αφού και στις δύο περιπτώσεις υπάρχει μια ελευθερία και στις διαστάσεις του αντικειμένου και στην ένδειξη του οργάνου να κυμαίνονται μέσα σε δεδομένα παραδεκτά όρια σφάλματος. Γενικά, η ακρίβεια μιας μέτρησης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, π.χ. την ακρίβεια και την καταλληλότητα του οργάνου, την διαδικασία μέτρησης, την θερμοκρασία, την πείρα και την επιδεξιότητα του χειριστή, κ.α. Υπάρχουν ακόμη και τυχαίοι παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν μια μέτρηση. Αποτέλεσμα όλων αυτών των παραγόντων είναι ότι δεν μπορεί ποτέ μια μέτρηση να θεωρηθεί απόλυτα ακριβής, και στην καλύτερη περίπτωση η μέτρηση θα πρέπει να θεωρείται ότι έχει ένα σφάλμα της τάξης του σφάλματος του μετρητικού οργάνου. Υπό κανονικές συνθήκες το σφάλμα αυτό είναι ίσο με την μικρότερη υποδιαίρεση της κλίμακας του οργάνου. Η καταλληλότητα των οργάνων μέτρησης είναι το πρώτο θέμα που θα πρέπει να μας απασχολήσει σε μια μέτρηση. Για παράδειγμα, είναι απόλυτα ικανοποιητική η μετροταινία για τις ανάγκες μέτρησης ενός Πολιτικού Μηχανικού, το μέτρο για έναν επιπλοποιό και το εκατοστόμετρο για ένα σχεδιαστή. Για τις ανάγκες όμως της Τεχνολογίας Παραγωγής είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν μια μεγάλη ποικιλία μετρητικών οργάνων μεγάλης ακρίβειας και εύρους ενδείξεων, γιατί οι διαστάσεις των προϊόντων της μπορεί να κυμαίνονται από αρκετά μέτρα έως μερικά μικρά και η σχέση 1 μικρού με το 1 μέτρο είναι ίδια με τη σχέση 1 μέτρου με 1000 χιλιόμετρα. Βασικός λοιπόν κανόνας όλων των μετρήσεων στην Τεχνολογία Παραγωγής είναι να χρησιμοποιούνται όργανα μέτρησης με εύρος ενδείξεων αντίστοιχο προς τις μετρούμενες διαστάσεις. Η τήρηση του κανόνα αυτού εξασφαλίζει ότι η μέτρηση δεν θα υπερβεί την κλίμακα ενδείξεων του οργάνου. Αυτό όμως δεν αρκεί, γιατί θα πρέπει παράλληλα να εξασφαλισθούμε ότι οι διαστάσεις του αντικειμένου θα είναι μεγαλύτερες από την ελάχιστη ένδειξη του οργάνου. Η απαίτηση αυτή σχετίζεται και με την ακρίβεια της μέτρησης, γιατί θα πρέπει και η ελαχίστη απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ενδείξεων του οργάνου να είναι τουλάχιστον 10 φορές μεγαλύτερη από την μικρότερη απόσταση που θα μετρηθεί. Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ενδείξεων του οργάνου ονομάζεται διακριτική ικανότητα και για όργανα ακριβείας, είναι μεγαλύτερη από το σφάλμα του οργάνου. Κατά συνέπεια, εάν μετρούμε μήκη της τάξης του εκατοστού, το μετρητικό μας όργανο θα πρέπει να έχει ελάχιστη διακριτική ικανότητα 0.1cm=1 mm, η δε ακρίβεια του θα είναι τουλάχιστον 1mm, δηλαδή το σφάλμα του μικρότερο από 1mm. Οι συνηθισμένες περιπτώσεις μετρήσεων στην Τεχνολογία Παραγωγής έχουν ως αντικείμενο την μέτρηση συγκεκριμένων διαστάσεων του αντικειμένου, π.χ. μήκος, πλάτος, πάχος, διάμετρο, ακτίνα καμπυλότητας, γωνία, καθετότητα, επιφανειακή ποιότητα, ευθυγραμμότητα, επιπεδότητα, κυκλικότητα, σφαιρικότητα, ομοκεντρικότητα, κ.α. Η μεγάλη αυτή ποικιλία των περιπτώσεων μετρήσεων γεωμετρικών στοιχείων προκαλεί την ανάγκη ύπαρξης ενός μεγάλου αριθμού ειδικευμένων οργάνων μετρήσεων. Εκτός των οργάνων αυτών τα οποία δίδουν συγκεκριμένες ενδείξεις που αντιστοιχών στις μετρούμενες διαστάσεις, υπάρχουν επίσης και όργανα τα οποία συγκρίνουν άμεσα τις διαστάσεις του αντικειμένου με τις επιθυμητές. Τα όργανα αυτά είναι απόλυτα ειδικευμένα και επιτρέπουν ταχύτερες μετρήσεις. Για παράδειγμα είναι δυνατόν να ελέγξουμε την διάμετρο ενός άξονα εάν βρίσκεται στα επιθυμητά όρια, εάν ο άξονας περνά από μία οπή με διάμετρο ίση με την μέγιστη επιθυμητή διάμετρο του άξονα και εάν δεν περνά από μία
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 205 οπή με διάμετρο ίση με την ελάχιστη επιθυμητή. Αντίστοιχα όργανα, σύγκρισης υπάρχουν και για άλλες μετρήσεις όπως π.χ. διαμέτρων οπών, σπειρωμάτων κοχλιών, οδοντώσεων, πάχους ελασμάτων, κ.α. Στις επόμενες παραγράφους θα αναφερθούμε σε ένα σημαντικό αριθμό μετρητικών οργάνων και οργάνων σύγκρισης που χρησιμοποιούνται. σήμερα για τον διαστασιολογικό έλεγχο των μηχανουργικών προϊόντων και θα περιγράψουμε τις δυνατότητες των και τον τρόπο χρήσης των. 8.2 ΚΑΝΟΝΑΣ Ο κανόνας αποτελεί το απλούστερο και πιο εύχρηστο όργανο μέτρησης μηκών και χρησιμοποιείται ευρύτατα για απλές μετρήσεις με ακρίβεια έως και 0.5mm. Εκτός από την μέτρηση μηκών, ο κανόνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τον έλεγχο της επιπεδότητας αντικειμένων. Οι κανόνες του μηχανουργείου είναι κατασκευασμένοι από ειδικά κράματα χάλυβα με μεγάλη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά και είναι βαθμονομημένου σε μετρικές μονάδες ή σε ίντσες. Στο σχήμα 248 παρουσιάζονται διάφοροι τύποι χαλύβδινων κανόνων σε mm ή inch. Σχήμα 248 Για μεγαλύτερη σταθερότητα μετρήσεων, ο κανόνας μπορεί να φέρει και στο άκρο του άγκιστρο για την προσαρμογή του στο άκρο του αντικειμένου, όπως δείχνει το σχήμα 249 Σχήμα 249 Για ειδικές μετρήσεις είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν κανόνες με ιδιαίτερα σχήματα, όπως δείχνει το σχήμα 250 που παρουσιάζει έναν κανόνα για μετρήσεις διαστάσεων σε περιορισμένους χώρους και το σχήμα 251 για μετρήσεις βάθους οπών.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 206 Βασικές προϋποθέσεις για την ακρίβεια των μετρήσεων με κανόνα είναι η παραλληλία του με το μετρούμενο μήκος και η παρατήρηση των ενδείξεων από την κάθετη διεύθυνση, για την αποφυγή σφαλμάτων παράλλαξης. (σχήμα 252) Σχήμα 252 Οι κανόνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης και για την μέτρηση των διαμέτρων αξόνων ή οπών με την χρήση διαβήτη (καλίμπρας). Για πρόχειρες μετρήσεις διαμέτρων αξόνων είναι δυνατόν να εφαρμοσθεί και η μέθοδος του σχήματος 253,
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 207 που στηρίζεται στο γεγονός ότι το μέγιστο μετρούμενο ευθύγραμμο τμήμα μεταξύ δύο σημείων στην περιφέρεια ενός κύκλου είναι η διάμετρος. Η ακρίβεια μετρήσεων των κανόνων που περιγράψαμε περιορίζεται από την ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο χαραγών, δηλαδή από την διακριτική ικανότητα του. Η ελάχιστη αυτή απόστάση καθορίζεται από την διακριτική ικανότητα του ματιού και από το γεγονός ότι πολύ λεπτές χαραγές θα κινδύνευαν να φθαρούν με την χρήση του οργάνου. Για τους λόγους αυτούς οι κανόνες έχουν συνήθως ελάχιστη ένδειξη 0.5mm ή 0.01inch. Σχήμα 253 8.3 ΠΑΧΥΜΕΤΡΟ Για την αύξηση της διακριτικής ικανότητας του κανόνα χρησιμοποιείται η αρχή του βερνιέρου. Ο βερνιέρος είναι μία απλή και εύχρηστη διάταξη η οποία επιτρέπει, την αύξηση της διακριτικής ικανότητος του οργάνου κατά τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους, δηλαδή επιτρέπουν μετρήσεις με ακρίβεια 0.02mm ή 0.001 inch. Η αρχή λειτουργίας του βερνιέρου είναι απλή και χρησιμοποιεί παράλληλα προς την κλίμακα μέτρησης του κανόνα μια δεύτερη, κινητή κλίμακα με κατάλληλο αριθμό υποδιαιρέσεων, όπως δείχνει το σχήμα 254. Η δεύτερη αυτή κλίμακα ε ίναι διαιρημένη σε 10 ίσα τμήματα που αντιστοιχούν σε 9 υποδιαιρέσεις της βασικής κλίμακας. Με τον τρόπο αυτό, όταν τα δύο 0 συμπίπτουν, όπως στο σχήμα, τότε συμπίπτει και το 9 της βασικής κλίμακας με το 10 της κλίμακας του βερνιέρου. Προφανώς όταν η κλίμακα του βερνιέρου μετατοπισθεί κατά μία υποδιαίρεση, το 0 του βερνιέρου θα συμπέσει, με το 1 της βασικής κλίμακας και το 10 του βερνιέρου με το 10 της βασικής. Αποδεικνύεται εύκολα με αναλογίες ότι, εάν ο βερνιέρος μετατοπισθεί κατά ένα διάστημα μεταξύ του 0 και του 1 της βασικής κλίμακας, ή γενικότερα μεταξύ δύο τυχόντων υποδιαιρέσεων, τότε θα υπάρξει στην κλίμακα του βερνιέρου μια υποδιαίρεση μεταξύ 0 και 10 που θα βρίσκεται πλησιέστερα από όλες τις άλλες ή θα συμπίπτει με κάποια υποδιαίρεση της βασικής κλίμακας. Η υποδιαίρεση αυτή του βερνιέρου αποτελεί και το αντίστοιχο δεκαδικό ψηφίο της ένδειξης. Για παράδειγμα στο σχήμα 328β το 0 του βερνιέρου βρίσκεται μεταξύ του 2 και του 3 της βασικής και το 6 του βερνιέρου συμπίπτει με το 8 της βασικής, άρα η ένδειξη του οργάνου είναι 2.6.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 208 Σχήμα 254 Η αρχή του βερνιέρου χρησιμοποιείται κυρίως σε μία βελτιωμένη μορφή κανόνα το λεγόμενο παχύμετρο. Το όργανο αυτό μέτρησης μηκών είναι πολύ εύχρηστο και είναι το πιο διαδεδομένο μετρητικό όργανο των μηχανουργείων για συνήθεις μετρήσεις μικρής και μέσης ακρίβειας. Στο σχήμα 255 παρουσιάζεται μία συνήθης μορφή παχυμέτρου με την οποία είναι δυνατόν να μετρηθούν πάχη, εξωτερικές και εσωτερικές διάμετροι και βάθη οπών. Στο όργανο αυτό υπάρχει βερνιέρος 20 υποδιαιρέσεων στην κλίμακα των cm και 25 υποδιαιρέσεων στην κλίμακα των inch. Κατά συνέπεια, το όργανο αυτό μετρά με ακρίβεια 0.05mm και 0.001 inch αντίστοιχα. Σχήμα 255
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 209 Για να γίνει σαφέστερος ο τρόπος μέτρησης με το παχύμετρο θα πρέπει να γίνει αντιληπτό το παράδειγμα μέτρησης που παρουσιάζεται στο σχήμα 256. Στο σχήμα αυτό που αντιστοιχεί σε μετρήσεις και σε cm και σε inch, η διάσταση είναι: Σχήμα 256 α. Σε cm 1=3.000 + 0.100 + 0.045= 3.145 cm β. Σε inch 1=1.000 + 0.200+0.025+0.013=1.238 inch Εκτός από τα παχύμετρα με βερνιέρο υπάρχουν επίσης και παχύμετρα με ωρολόγιο, τα οποία είναι απλούστερα στη χρήση τους, γιατί δείχνουν άμεσα τα αντίστοιχα χιλιοστά του cm ή της inch (σχήμα 257) ή ψηφιακά παχύμετρα (σχήμα 258). Σχήμα 257
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 210 8.4. ΜΙΚΡΟΜΕΤΡΟ Σχήμα 258 Όπως είδαμε τα παχύμετρα έχουν την δυνατότητα να μετρούν με την βοήθεια βερνιέρου διαστάσεις με ακρίβεια μέχρι και 0.05mm=0.005 cm=0.00005m ή 0.001 inch. Για μετρήσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια είναι απαραίτητο να μεταχειρισθούμε ακριβέστερα όργανα τα λεγόμενα μικρόμετρα. Τα όργανα αυτά μεταχειρίζονται μικρομετρικούς κοχλίες και βερνιέρους για να μετρήσουν διαστάσεις μέχρι 0.01mm=0.00001m=10μ, ή 0.0001 inch. Τα μικρόμετρα δηλαδή δεν έχουν την δυνατότητα μετρήσεων 1μ αλλά 10μ. Σχήμα 259 Μικρόμετρα υπάρχουν διαφόρων τύπων ανάλογα με τα είδη των διαστάσεων που θα μετρήσουν. Στο σχήμα 259 παρουσιάζεται η βασική μορφή μικρομέτρου, το οποίο αποτελείται βασικά από ένα τεμάχιο σχήματος U στο οποίο υπάρχει μια επαφή σταθερή (η αριστερή) και μιά κινητή (η δεξιά) η οποία κινείται με την βοήθεια μικρομετρικού κοχλία. Διαβαθμίσεις σε mm υπάρχουν στο οριζόντιο σταθερό στέλεχος, και σε 0.01mm στο περιστρεφόμενο τμήμα του που δρα ως βερνιέρος. Το εικονιζόμενο μικρόμετρο μετρά διαστάσεις από 0 έως 25mm με ακρίβεια 0.01mm. Η ακρίβεια αυτή προκύπτει γιατί μία περιστροφή του βερνιέρου που είναι χωρισμένος σε 50 υποδιαιρέσεις αντιστοιχεί σε 0. 5mm μετακίνηση της κινητής επαφής.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 211 12 mm Σχήμα 260 Στο σχήμα 260 παρουσιάζεται μία ένδειξη μέτρησης με μικρόμετρο. Η ένδειξη αυτή είναι 12.32mm Η μέτρηση με την βοήθεια του μικρομέτρου γίνεται φέροντας το προς μέτρηση αντικείμενο μεταξύ των δύο επαφών του μικρομέτρου. Βασικό μειονέκτημα του μικρομέτρου είναι ο περιορισμός που υπάρχει στη μέγιστη διάσταση μέτρησης που καθορίζεται από την μέγιστη δυνατή απόσταση μεταξύ των δύο επαφών. Για διάφορες λοιπόν διαστάσεις είναι πιθανώς απαραίτητο να μεταχειριζόμεθα περισσότερα από ένα με κατάλληλες κλίμακες διαστάσεων. Σχήμα 261 Επίσης, ανάλογα με την συγκεκριμένη μορφή του αντικειμένου στο σημείο που θα μετρήσουμε είναι πιθανόν να χρειασθούμε και διαφορετικό σχήμα επαφών. Στο σχήμα 261 παρουσιάζεται μία μέτρηση σε μία σχισμή με αντίστοιχο σχήμα επαφών μικρομέτρου υπό μορφή λεπίδας. Στο σχήμα 262 παρουσιάζεται ένα μικρόμετρο για μετρήσεις σπειρωμάτων.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 212 Σχήμα 262 Στο σχήμα 263 παρουσιάζεται ένα μικρόμετρο για μετρήσεις οδοντωτών τροχών. Σχήμα 263 Στο σχήμα 264 παρουσιάζεται, ένα μικρόμετρο κατάλληλο για μετρήσεις διαμέτρων σε αντικείμενα με μονό αριθμό αξονικά συμμετρικών διαμορφώσεων, π. χ. κοπτικών με τρεις έλικες. Σχήμα 264
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 213 Στο σχήμα 265 παρουσιάζεται ένα μικρόμετρο για μέτρηση εσωτερικών διαμέτρων. Σχήμα 265 Τέλος, στο σχήμα 266 παρουσιάζεται ένα μικρόμετρο για την μέτρηση του βάθους οπών. Σχήμα 266 Οι μετρήσεις με μικρόμετρα γενικά απαιτούν μεγαλύτερη προσοχή από τις μέτρησεις με παχύμετρα, γιατί η ακρίβεια των οργάνων αυτών είναι μεγαλύτερη κατά συνέπεια επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες, όπως η θερμική διαστολή, ή η πίεση με την οποία πιέζει ο μικρομετρικός κοχλίας τις επαφές στο υπό μέτρηση αντικείμενο. Για την εξάλειψη του προβλήματος αυτού η σύσφιξη του κοχλία αυτού γίνεται με ειδικό μηχανισμό που επιτρέπει την εξάσκηση περιορισμένης μόνον πίεσης.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 214 8.5. ΟΡΓΑΝΑ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ Ως όργανα σύγκρισης μπορούν να θεωρηθούν όλα τα όργανα με τα οποία είναι δυνατή η σύγκριση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών ή διαστάσεων ενός αντικειμένου με πρότυπα μεγάλης ακρίβειας. Τα όργανα αυτά όπως και τα όργανα μέτρησης κατασκευάζονται με διάφορες τάξης ακρίβειας μετρήσεων ανάλογα με την ακρίβεια κατασκευής των προτύπων. Χαμηλής ακρίβειας όργανο για την σύγκριση μηκών είναι το απλό διαστημόμετρο (κουμπάσο ή καλίμπρα), με το οποίο είναι δυνατή η μεταφορά μιας μέτρησης από το αντικείμενο σε ένα κανόνα. Την διαδικασία της μέτρησης αυτής παρουσιάζουν τα σχήματα 267 και 268 στην περίπτωση μέτρησης εξωτερικής διαμέτρου. Σχήμα 267 Σχήμα 268 Για μετρήσεις εσωτερικών διαμέτρων μεγαλύτερης ακρίβεια χρησιμοποιούνται και τηλεσκοπικά διαστημόμετρα με τα οποία είναι δυνατή η μεταφορά διαστάσεων από το αντικείμενο σε μικρόμετρο, όπως δείχνουν και τα σχήματα 269, 270. Γενικά πάντως, επειδή η σύγκριση απαιτεί ουσιαστικά δύο μετρήσεις, τα αποτελέσματα της περιέχουν την επίδραση δύο σφαλμάτων. Κατά συνέπεια, όταν είναι δυνατή η άμεση μέτρηση μίας διάστασης με όργανα δεδομένης ακρίβειας, η διαδικασία αυτή θα πρέπει να προτιμάται από την σύγκριση με χρήση οργάνων ίσης ακρίβειας.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 215 Σχήμα 269 Σχήμα 270 Στα απλά όργανα σύγκρισης μπορεί επίσης να καταταγεί και η γωνία και το μοιρογνωμόνιο με τα οποία είναι δυνατόν να ελεγχθούν η καθετότητα δύο επίπεδων ή γενικότερα η δίεδρος γωνία μεταξύ δύο επιπέδων. Στο σχήμα 271 παρουσιάζεται ένα σύνθετο όργανο με γωνία, κανόνα και μοιρογνωμόνιο. Όργανα του τύπου αυτού είναι σε ευρεία χρήση σε μηχανουργεία. Σχήμα 271
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 216 Ιδιαίτερα εύχρηστα όργανα μέτρησης ικανοποιητικής ακρίβεια για την πλειοψηφία των συνήθων εφαρμογών είναι και τα ελάσματα προτύπου πάχους (feeler), με τα οποία είναι δυνατή η συγκριτική μέτρηση διακένων. (σχήμα 272) Σχήμα 272 Με την μέθοδο της σύγκρισης είναι επίσης δυνατός ο προσδιορισμός των ακτινών καμπυλότητας μικρών εσωτερικών ή εξωτερικών τόξων επιφανειών με την χρήση προτύπων κυρτών (σχήμα 273) ή κοίλων τόξων (σχήμα 274) από κατάλληλα κομμένα χαλύβδινα ελάσματα. Σχήμα 273
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 217 Σχήμα 274 Αντίστοιχη είναι και η μέθοδος σύγκρισης σπειρωμάτων με την βοήθεια χαλύβδινων ελασμάτων που έχουν κόψεις με μορφές προτύπων σπειρωμάτων (σχήμα 275). Σχήμα 275 Για λεπτομερέστερο έλεγχο των σπειρωμάτων ή άλλων μικρών λεπτομερειών είναι επίσης δυνατή η χρήση οπτικών συγκριτών με τους οποίους είναι δυνατή η σύγκριση κατασκευαστικών λεπτομερειών υπό μεγέθυνση με πρότυπες. Το σχήμα 276 παρουσιάζει την διαδικασία σύγκρισης σπειρώματος σε οπτικό συγκριτή (σχήμα 277). Με την χρησιμοποίηση οπτικών διατάξεων είναι δυνατή η επίτευξη μεγάλων μεγεθύνσεων. Οπτικές διατάξεις χρησιμοποιούνται και σε άλλα μετρητικά όργανα μεγάλης ακρίβειας. Σχήμα 276
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 218 Σχήμα 277 Βασικό όργανο σε πολλές συσκευές σύγκρισης μεγάλης ακρίβειας είναι και το μετρητικό ρολόϊ. Το όργανο αυτό με την βοήθεια μηχανικών διατάξεων μοχλών και οδοντωτών τροχών μετατρέπει την μεταφορική κίνηση ενός ωστηρίου σε περιστροφική ενός δείκτη. Το εύρος μετρήσεων του οργάνου αυτού κυμαίνεται συνήθως από 2 έως 50mm και από 0.003 έως 2.000 inch. Η διακριτική ικανότητα των οργάνων κυμαίνεται από 0.002 έως 0.01mm, ή 0.00005 έως 0.001 inch. Στο σχήμα 278 παρουσιάζεται η διάταξη ενός μετρητικού ρολογιού με την βάση του. Συνήθως τα μετρητικά ρολόγια τοποθετούνται με την βάση τους επάνω σε τράπεζες ακρίβειας με επίπεδη επιφάνεια, και με την βοήθεια προτύπων πλακιδίων δεδομένου πάχους καθορίζεται με ακρίβεια το ύψος του ωστηρίου από την επιφάνεια της τράπεζας. Το ύψος αυτό αποτελεί το επίπεδο αναφοράς του οργάνου ως προς το οποίο θα μετρηθούν αποκλίσεις των διαστάσεων των μετρουμένων αντικείμενων. Τα μετρητικά πρότυπα πλακίδια ή πλακίδια Johanson είναι πλακίδια από ειδικό χρωμιονικελιούχο χάλυβα τα οποία έχουν κατασκευασθεί με εξαιρετικά επιμελημένες συνθήκες, ώστε να παρουσιάζουν ιδιαίτερα μεγάλη ακρίβεια πάχους. Τα πλακίδια αυτά προσφέρονται σε διάφορα πάχη και ακρίβειες διαστάσεων. Τα πλακίδια ανωτάτης ακρίβειας ΑΑ παρουσιάζουν σφάλμα 0.05+L/1000μ όπου L το μήκος του πλακιδίου σε mm. Υπάρχουν επίσης πλακίδια σε διαστάσεις inch. Στο σχήμα 279 παρουσιάζεται μία συλλογή προτύπων πλακιδίων. Τα πλακίδια αυτά τοποθετούνται σε σειρά κατά πάχος ώστε να προκύψει η επιθυμητή διάσταση του συνολικού πάχους. Τα πρότυπα πλακίδια έχουν τόσο υψηλή ακρίβεια διαστάσεων και μικρές ανοχές ώστε η σελίδα του βιβλίου αυτού είναι περίπου 750 φορές μεγαλύτερη από το μέγεθος της ανοχής τους! Επίσης, η ποιότητα; επιφάνειας είναι τόσο επιμελημένη ώστε για τη διατήρηση υψηλής ακρίβειας μετρήσεων είναι απαραίτητο να αφαιρείται ο αέρας μεταξύ των πλακιδίων με την διαδικασία του σχήματος 280. Ο χειρισμός των προτύπων πλακιδίων πρέπει, να γίνεται μόνον με χαρτί ώστε να αποφεύγεται και η επικάθιση ελαίων και η θέρμανση και διαστολή τους από την θερμότητα του σώματος. Τα πλακίδια πρέπει να καθαρίζονται πάντοτε προ της χρήσης και να ελέγχονται κατά καιρούς για επιφανειακή φθορά ή παραμόρφωση. Ο έλεγχος της επιφάνειας των προτύπων πλακιδίων γίνεται με οπτικές μεθόδους συμβολής μονοχρωματικού φωτός μέσω οπτικά επιπέδων πλακών χαλαζία (σχήμα 281).
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 219 Σχήμα 278 Σχήμα 279 Σχήμα 280
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 220 Σχήμα 281 Τα πρότυπα πλακίδια χρησιμοποιούνται συνήθως σε ένα μηχανουργείο για τον περιοδικό έλεγχο όλων των άλλων μετρητικών οργάνων ευρείας χρήσης και σχεδόν ποτέ για την απευθείας μέτρηση διαστάσεων αντικειμένων. 8.6. ΜΕΤΡΗΤΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΕΙΔΙΚΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ Εκτός από τα παραπάνω γενικής χρήσης μετρητικά όργανα τα οποία πρέπει να υπάρχουν σε όλα τα μηχανουργεία, υπάρχουν επίσης και μετρητικά όργανα για ειδικές εφαρμογές που εξασφαλίζουν μεγαλύτερη ταχύτητα ή ευκολία μετρήσεων διαστάσεων ορισμένων αντικειμένων. Επίσης υπάρχουν και όργανα μετρήσεων ιδιαίτερα υψηλής ακρίβειας για τον έλεγχο της ακρίβειας των κοινών μετρητικών οργάνων υψηλής ακρίβειας. Τα όργανα αυτά επιτρέπουν να ελεγχθούν διαστάσεις με ακρίβεια 1μ. Στο σχήμα 282 παρουσιάζεται ένα υπερμικρόμετρο του χρησιμοποιείται για τον έλεγχο εξαρτημάτων, εργαλείων και οργάνων. Η διακριτική ικανότητα του οργάνου 0.00002 inch ή 0.5μ. Σχήμα 282 Ιδιαίτερη ακρίβεια παρουσιάζουν επίσης και οι ψηφιακές μηχανές μέτρησης συντεταγμένων κατά δύο ή τρεις άξονες. Οι μηχανές αυτές είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για τον ακριβή προσδιορισμό των αποστάσεων μεταξύ διαφόρων σημείων ενός αντικειμένου. Η διακριτική ικανότητα των μηχανών
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 221 αυτών είναι συνήθως 0.0001 inch, ή 2μ. Στο σχήμα 283 παρουσιάζεται μία μηχανή τριών αξόνων. Σχήμα 283 Στα ειδικά όργανα μετρήσεων ανήκουν επίσης και τα όργανα μέτρησης επιφανειακής ποιότητος. Η επιφανειακή ποιότητα μίας επεξεργασμένης επιφάνειας μπορεί να βρεθεί με ικανοποιητική ακρίβεια για τις συνήθεις εφαρμογές με απλή σύγκριση με πρότυπα επεξεργασμένες επιφάνειες με διάφορα είδη εργαλειομηχανών. Στο σχήμα 284 παρουσιάζετε μία πρότυπη πλάκα με δείγματα κατεργασιών τόρνου, φρέζας, λείανσης, βελτίωσης κ.λ.π. Σχήμα 284 Η ποιότητα της επιφάνειας μπορεί όμως και να μετρηθεί άμεσα με την βοήθεια ηλεκτρονικών μετρητών επιφανειακών ανωμαλιών. Τα όργανα αυτά έχουν διακριτική ικανότητα μέχρι και 0.000001 inch. Στο σχήμα 285 παρουσιάζεται ένας ηλεκτρονικός μετρητής ποιότητος επιφανείας. Τα όργανα αυτά βαθμονομούνται πριν από κάθε χρήση με την βοήθεια προτύπων πλακιδίων μηχανουργικών κατεργασιών.
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 222 Σχήμα 285 Για τον έλεγχο μορφής και διαστάσεων αντικειμένων και κοπτικών εργαλείων χρησιμοποιούνται, επίσης και μικροσκόπια συνδεδεμένα με ψηφιακά συστήματα ενδείξεων των μετακινήσεων του οπτικού άξονα του μικροσκοπίου κατά τις δύο οριζόντιες διευθύνσεις. Τα όργανα αυτά έχουν διακριτική ικανότητα 0.0001 inch. Στο σχήμα 286 παρουσιάζεται ένα μικροσκόπιο κοπτικών εργαλείων. Με τα όργανα που αναφέρθησαν δεν εξαντλείται η μεγάλη ποικιλία μετρητικών οργάνων που χρησιμοποιείται σήμερα για τον έλεγχο της τεχνολογίας παραγωγής. Για παράδειγμα, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός ειδικευμένων οργάνων και εργαλείων που χρησιμοποιείται αποκλειστικά και. μόνον με τον έλεγχο των διαμέτρων οπών και αξόνων, ή με την κυλινδρικότητά τους. Η κάλυψη όμως όλων των περιπτώσεων αυτών θα επέκτεινε υπερβολικά την ύλη του συγγράμματος για τις απαιτήσεις του Μηχανικού Παραγωγής και Δίοικησης. Σχήμα 286
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι 223 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Kalpakjian, S., Manufacturing Processes for Engineering Materials, Butterworth, London, ISBN 0-201-11690-1, 1984 Bralla, J.G., Handbook of Product Design for Manufacture, 2 nd ed., McGraw Hill, NY, ISBN 0-07- 007139-x, 1998 Dieter, G. E., Engineering Design. A materials and Processing approach, McGraw-Hill, 2 nd ed., ISBN 0-07-100829-2, 1991. DeGarmo, E.P., Black, J. T., Kohser, R.A., Materials and Processes in Manufacturing, Macmillan, USA, ISBN 0-471-29769-0 Farag, M.M., Selection Materials and Manufacturing Processes for Engineering Design, Prentice Hall, ISBN-13-575192-6, UK., 1989 Ashby, M. F., Materials Selection in Mechanical Design, 2 nd ed., Butterworth Heinemann, Oxford, ISBN 0-7506-4357-9, 1999 Lesko, J., Materials and Manufacturing Guide, John Wiley, NY, ISBN 0-471-29769-0,1999