Você já se perguntou como a menor medida pode afetar a qualidade de uma máquina? Este artigo mergulha no fascinante mundo da medição mecânica, revelando como a precisão das dimensões, dos ângulos e das formas garante a qualidade superior dos produtos e aumenta a eficiência da produção. Prepare-se para explorar o papel crucial que a tecnologia de medição desempenha na manufatura moderna e como ela pode aumentar a competitividade no setor.
O desenvolvimento do setor mecânico se reflete na modernização da tecnologia de medição, na capacidade de implementar o princípio da produção intercambiável e em outros aspectos relacionados às características geométricas das peças mecânicas, ajustes de tolerância e medição mecânica.
Isso reflete diretamente a qualidade do produto e a competitividade das empresas.
A medição mecânica desempenha um papel significativo na fabricação mecânica e é um fator crucial para garantir a qualidade do produto e a eficiência da produção. A importância da tecnologia de medição pode ser refletida de várias maneiras, incluindo:
Controle o processo de produção:
A tecnologia de medição fornece um método de controle para a fabricação mecânica, tornando-a mais precisa e melhorando a qualidade da fabricação mecânica.
Melhorar a qualidade do produto:
A tecnologia de medição mede com precisão a adequação dos materiais do produto e da tecnologia de fabricação, melhorando assim a qualidade do produto.
Aumentar a competitividade:
A tecnologia de medição avançada pode aumentar a eficiência da produção, reduzir os custos e aumentar a competitividade das empresas.
Realize a manufatura inteligente:
Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, a faixa de medição foi ampliada, podendo ser medidos desde nanômetros até várias centenas de metros.
Melhorar o nível do processo:
A tecnologia de medição pode verificar se as peças processadas atendem às dimensões do projeto, se a precisão da montagem atende ao valor-alvo e se garante a estabilidade e a confiabilidade do processo de produção.
Na fabricação, para garantir a qualidade do produto, assegurar a intercambialidade dos componentes, analisar a tecnologia de processamento de peças e tomar medidas preventivas para evitar a produção de resíduos, é necessário medir e inspecionar as dimensões, os ângulos, as formas geométricas e as posições relativas dos elementos geométricos, rugosidade da superfíciee outras condições técnicas dos blanks e componentes.
Medição refere-se à comparação da entidade medida com a unidade de medida padrão, determinando assim o processo experimental da entidade medida.
Inspeção só precisa determinar se a peça é qualificada sem medir valores numéricos específicos. Inspeção é o termo geral para medição e inspeção.
Medição geométrica refere-se principalmente à medição de parâmetros das dimensões e formas geométricas da superfície de vários componentes mecânicos.
Os parâmetros geométricos incluem as dimensões de comprimento, os parâmetros de ângulo, as dimensões de coordenadas (posição), a forma geométrica da superfície e os parâmetros de posição, a rugosidade da superfície etc. A medição geométrica é uma medida importante para garantir a qualidade dos produtos mecânicos e obter uma produção intercambiável.
Os objetos de medição geométrica são diversos, e diferentes objetos de medição têm diferentes quantidades medidas.
Por exemplo, as quantidades medidas de furos e eixos são principalmente diâmetros; as quantidades medidas de peças de caixa incluem comprimento, largura, altura e espaçamento entre furos, etc.; peças complexas têm quantidades medidas complexas, como erros de hélice de parafusos e cortadores de rolo.
No entanto, independentemente da forma, os parâmetros medidos podem ser fundamentalmente classificados em dois tipos: comprimento e ângulo, e as quantidades complexas podem ser consideradas como combinações de comprimento e ângulo.
O processo completo de medição deve incluir os quatro elementos a seguir:
(1) Objeto medido
Do ponto de vista das características das quantidades geométricas, os objetos de medição podem ser divididos em comprimento, ângulo, erro de forma, rugosidade da superfície, etc.
Com base nas características das peças medidas, elas podem ser divididas em peças quadradas, peças de eixo, peças cônicas, peças de caixa, cames, chaves, roscas, engrenagens e várias ferramentas.
(2) Unidade de medição
As unidades de comprimento incluem metros (m), milímetros (mm) e micrômetros (μm), e as unidades de ângulo incluem graus (°), minutos (′), segundos (″), radianos (rad) e microradianos (μrad).
(3) Método de medição
Refere-se à soma dos métodos, Ferramentas de medição ou instrumentos e condições de medição usados para concluir a tarefa de medição.
Os métodos básicos de medição incluem medição direta e medição indireta, medição absoluta e medição relativa, medição com contato e medição sem contato, medição unilateral e medição abrangente, medição manual e medição automática, medição de processo e medição final, medição ativa e medição passiva, etc.
O método de medição correspondente deve ser selecionado da forma mais econômica com base nos requisitos do objeto medido.
(4) Precisão da medição
A precisão da medição refere-se ao grau de consistência entre o resultado da medição e o valor real do objeto medido.
Quanto maior a precisão, melhor, mas a maneira mais econômica deve ser selecionada com base nos requisitos de precisão do objeto medido.
A China adota unidades legais de medida com base no Sistema Internacional de Unidades.
1. Unidades de comprimento
No setor de fabricação mecânica, milímetros (mm) e mícrons (μm) são unidades comumente usadas. Os milímetros são as unidades de medida mais comumente usadas em medições mecânicas.
Ao usar milímetros, somente os números dimensionais precisam ser marcados nos desenhos mecânicos, e as unidades podem ser omitidas.
As principais unidades de medida de comprimento em inglês são pés (ft) e polegadas (in).
2. Unidades de ângulo plano
Na medição legal, a unidade básica do ângulo plano é o radiano (rad). Um radiano é o ângulo plano entre dois raios de um círculo que cortam na circunferência um arco de comprimento igual ao raio.
Na fabricação mecânica, os graus (°) são comumente usados como unidades de medida de ângulo plano.
1° = π/180 (rad)
| Nome e símbolo da unidade | Conversão de unidades | Nome e símbolo da unidade | Conversão de unidades |
| Comprimento m n milha milha pés em yd mil - A | 1852m 1609.344m 0.3048m 0.0254m 0.9144m 25.4×10-6m 10-10m 10-15m | (‘) (“) Tempo s min h d | （π/10800）rad （π/648000）rad 60s 3600s 86400s |
| Área m2 ha a milha2 pés2 em2 | 10000m2 100m2 2.58999×106m2 0.0929030m2 6.4516×10-4m2 | Velocidade m/s km/h m/min milha/h pés/s em/s | 0,514444m/s 0,277778m/s 0,0166667m/s 0,44704m/s 0,3048m/s 0,0254m/s |
| Volume/Capacidade m3 L,(l) pés3 em3 UKgal USgal | 10-3m3 0.0283168 m3 1.63871×10-5 m3 4,54609 dm3 3.78541 m3 | Aceleração m/s2 pés/s2 Gal Velocidade angular rad/s r/min (°)/min (°)/s | 10-2m/s2 (π/30) rad/s 0,0002rad/s 0,01745rad/s |
Classificação baseada no fato de o parâmetro medido ser ou não medido diretamente.
(1) Medição direta
A quantidade medida pode ser lida diretamente do dispositivo de leitura do instrumento de medição.
Por exemplo, usar o método da altura da corda para medir o diâmetro de um círculo, medir o diâmetro do eixo ou a abertura com o paquímetro Vernier ou o micrômetro e medir o ângulo com o transferidor.
(2) Medição indireta
A quantidade medida é obtida indiretamente (por exemplo, por cálculo) com base na quantidade medida que tem uma certa relação com ela.
Por exemplo, medir o diâmetro de um círculo medindo o comprimento da corda S e a altura da corda H para calcular o diâmetro D do círculo.
Para reduzir os erros de medição, geralmente é usada a medição direta. A medição indireta pode ser usada quando a quantidade medida não é fácil de ser medida diretamente.
2. Classificação baseada no fato de o valor exibido representar toda a quantidade medida
(1) Medição absoluta
O valor real da quantidade medida pode ser lido diretamente no instrumento de medição.
Ao usar o método de medição absoluta, a faixa de medição do instrumento de medição deve exceder o tamanho da quantidade medida.
(2) Medição relativa (medição comparativa)
Somente o desvio da quantidade medida em relação à quantidade padrão pode ser obtido diretamente. Sua faixa de medição é muito estreita.
Por exemplo, usando um bloco de calibre como referência, medindo dimensões de comprimento em uma máquina de medição óptica.
Em geral, a precisão da medição relativa é maior do que a da medição absoluta.
3. Classificação baseada no fato de a cabeça de medição entrar em contato com a superfície medida durante a medição
(1) Medição de contato
Durante a medição, o cabeçote de medição do instrumento de medição entra em contato direto com a superfície medida, e há uma força de medição mecânica, como na medição de dimensões com um micrômetro.
(2) Medição sem contato
Durante a medição, o cabeçote de medição do instrumento de medição não entra em contato direto com a superfície medida, mas entra em contato com a peça de trabalho por meio de outros meios (como luz, ar etc.), como na medição da rugosidade da superfície com um perfilômetro óptico.
A medição por contato pode causar deformação elástica das partes relevantes da superfície medida e do instrumento de medição, afetando assim a precisão da medição, enquanto a medição sem contato não tem esse efeito.
4. Classificação baseada no número de parâmetros medidos em uma única medição
(1) Medição de um único item
Cada parâmetro da parte medida é medido separadamente.
(2) Medição abrangente
Ele mede o índice abrangente que reflete os parâmetros relacionados da peça.
A medição abrangente geralmente tem maior eficiência e é mais confiável para garantir a intercambialidade das peças.
É frequentemente usada para a inspeção de peças acabadas. A medição de item único pode determinar os erros de cada parâmetro separadamente e é geralmente usada para análise de processos, inspeção de processos e medição de parâmetros específicos.
Erro de processamento
Durante o processo de produção de peças usinadas, é difícil atingir o estado ideal do tamanho dimensional, da forma, da microgeometria (rugosidade da superfície) e da posição relativa das peças, devido à influência de vários fatores, como a limitação da precisão da máquina-ferramenta, erros no ângulo de retificação da ferramenta e pouca rigidez do sistema de processo.
Nenhum método de usinagem pode produzir peças que sejam absolutamente precisas. Mesmo um lote de peças usinadas pode apresentar diferenças devido a vários fatores.
Mesmo sob as mesmas condições de processamento, as dimensões do mesmo lote de peças de trabalho também são diferentes.
Para atender a um determinado requisito de precisão, os erros devem ser controlados dentro de uma faixa específica. Para atender aos requisitos de intercambialidade e tornar os parâmetros geométricos das peças com as mesmas especificações próximos uns dos outros, os erros de processamento também devem ser controlados.
A manifestação de erros de processamento geralmente assume várias formas:
(1) Erro dimensional: O erro no tamanho da superfície da própria peça (como o erro de diâmetro de uma superfície cilíndrica) e o erro no tamanho da superfície entre as peças (como a distância entre os furos).
(2) Erro de forma: O grau em que a superfície real da peça se desvia da superfície ideal em termos de forma, como o erro de cilindricidade de uma superfície cilíndrica, o erro de planicidade de um plano, etc.
(3) Erro de posicionamento: O grau em que a posição real de uma superfície, eixo ou plano de simetria se desvia da posição ideal, como o erro de paralelismo e o erro de simetria. perpendicularidade erro entre duas superfícies.
(4) Qualidade da superfície: A rugosidade microscópica com pequenos intervalos e minúsculos picos e vales deixados na superfície de uma peça de trabalho após o processamento.
Esses vários tipos de erros estão presentes simultaneamente, entre os quais o erro dimensional é o mais básico. A precisão de uma peça refere-se ao grau de conformidade entre os valores reais e ideais dos parâmetros geométricos.
Quanto menor for a diferença entre os valores reais e ideais dos parâmetros geométricos, ou seja, quanto menor for o erro, maior será a precisão da usinagem.
Portanto, a precisão de uma peça é expressa pelo tamanho do erro. Pode-se observar que os conceitos de "precisão" e "erro" são apenas pontos focais diferentes ao avaliar os parâmetros geométricos de uma peça, mas essencialmente os mesmos.
Erro de medição
A diferença entre o valor real medido e o valor real da quantidade geométrica medida é chamada de erro de medição. O erro de medição é expresso em erro absoluto ou erro relativo.
Erro absoluto: O erro absoluto δ é a diferença entre o valor real medido da quantidade medida e o valor real, que é:
em que X é o valor real medido (valor medido) e X0 é o valor real ou o valor real acordado.
Erro relativo:
O erro relativo é a razão entre o valor absoluto do erro absoluto e o valor real da quantidade geométrica medida. Como o valor real da quantidade geométrica medida não pode ser obtido, o valor medido da quantidade geométrica medida é frequentemente usado em vez do valor real para estimativa, ou seja:
Há vários fatores que contribuem para o erro de medição, incluindo:
1. Erro das ferramentas de medição:
O erro das ferramentas de medição refere-se ao erro inerente à própria ferramenta de medição, incluindo erros no projeto, na fabricação e no uso da ferramenta de medição.
2. Erro de método:
O erro de método é o erro causado pelo método de medição imperfeito (incluindo fórmulas de cálculo imprecisas, seleção inadequada do método de medição, instalação e posicionamento imprecisos da peça de trabalho etc.), que pode causar erros de medição.
Por exemplo, na medição por contato, a força de medição do cabeçote de medição pode causar a deformação da peça medida e do dispositivo de medição, resultando em erros de medição.
3. Erro ambiental:
O erro ambiental refere-se ao erro causado pelo fato de o ambiente não atender às condições de medição padrão durante a medição, o que pode causar erros de medição.
Por exemplo, temperatura, umidade, pressão do ar, iluminação (causando paralaxe), vibração, campos eletromagnéticos etc. que não atendem aos padrões podem causar erros de medição, entre os quais a influência da temperatura é particularmente proeminente.
Por exemplo, ao medir o comprimento, a temperatura padrão do ambiente prescrito é de 20°C, mas na medição real, a temperatura da peça medida e da ferramenta de medição produzirá desvios da temperatura padrão, e o coeficiente de expansão linear do material da peça medida e da ferramenta de medição é diferente, o que produzirá alguns erros de medição.
Portanto, a temperatura ambiente deve ser razoavelmente controlada de acordo com os requisitos de precisão da medição para reduzir a influência da temperatura na precisão da medição.
4. Erro humano:
Erro humano refere-se aos erros causados por fatores humanos, que podem resultar em erros de medição.
Por exemplo, o uso incorreto dos instrumentos de medição, o alinhamento impreciso da medição, o erro de leitura ou de estimativa da pessoa que faz a medição, etc., podem causar erros de medição.
Classificação do erro de medição:
1. Erro sistemático:
(1) Erro sistemático constante:
Um erro sistemático constante é um erro de medição cujo valor absoluto e sinal permanecem inalterados quando a mesma quantidade é medida várias vezes sob determinadas condições de medição.
Por exemplo, o erro do bloco padrão usado para ajustar o instrumento tem a mesma influência nos resultados de medição de cada medição. Esse tipo de erro pode ser eliminado dos resultados da medição com o uso de um método de correção.
(2) Erro sistemático variável:
O valor absoluto e o sinal do erro durante o processo de medição mudam de acordo com uma determinada regra.
Por exemplo, o erro de indicação causado pela instalação excêntrica do mostrador de um indicador é uma variação periódica que segue uma lei senoidal, e esse erro de medição pode ser eliminado pelo método de compensação.
2. Erro aleatório:
O erro aleatório é um erro de medição que muda aleatoriamente, com mudanças imprevisíveis no valor absoluto e no sinal ao medir a mesma quantidade sob determinadas condições de medição várias vezes.
O erro aleatório é causado principalmente por fatores acidentais ou incertos durante o processo de medição e é causado por muitos fatores temporários e incontroláveis.
Entretanto, quando são realizadas medições repetidas, os erros seguem leis estatísticas.
Portanto, a teoria da probabilidade e os princípios estatísticos são frequentemente usados para lidar com isso.
Em medições práticas, para reduzir erros aleatórios, a mesma quantidade pode ser medida várias vezes, e a média aritmética pode ser considerada como o resultado da medição.
3. Erro grosseiro:
O erro bruto refere-se a um erro de medição que excede o erro de medição esperado sob determinadas condições de medição, o que causa distorção significativa no resultado da medição. O valor medido que contém erros brutos é chamado de outlier.
As causas dos erros grosseiros podem ser subjetivas ou objetivas. As razões subjetivas incluem erros de leitura causados por negligência da pessoa que faz a medição, e as razões objetivas incluem erros de medição causados por vibrações externas repentinas.
Como os erros grosseiros distorcem significativamente os resultados da medição, eles devem ser eliminados de acordo com os critérios de identificação de erros grosseiros ao processar dados de medição.
Deve-se ressaltar que a divisão de erros sistemáticos e aleatórios não é absoluta, e eles podem ser transformados um no outro sob certas condições.
Na medição, é necessário realizar observações sérias, cuidadosas e meticulosas e remover erros grosseiros de uma série de dados de medição. Na análise de erros, são analisados principalmente os erros sistemáticos e os erros aleatórios.
Embora os erros aleatórios não possam ser corrigidos ou eliminados, seu tamanho e padrões podem ser estimados usando a teoria da probabilidade e métodos estatísticos, e devem ser feitos esforços para reduzir seu impacto.
Os erros grosseiros têm um valor relativamente grande e devem ser evitados o máximo possível nas medições.
Se já tiverem ocorrido erros graves, eles devem ser eliminados de acordo com os critérios de identificação de erros graves. O critério comumente usado é o "critério 3σ", também conhecido como regra dos três sigmas.
Para garantir a intercambialidade das peças, as tolerâncias são usadas para controlar os erros.
A tolerância deve ser projetada de acordo com as normas padrão, e os erros que inevitavelmente ocorrem na usinagem devem ser controlados para garantir que as peças acabadas estejam dentro da faixa de tolerância especificada para intercambialidade.
Dentro da premissa de satisfação dos requisitos funcionais, o valor da tolerância deve ser definido como o maior possível para obter o melhor benefício econômico.
Assim, os erros surgem durante o processo de fabricação, enquanto as tolerâncias são determinadas pelos projetistas. Se o erro de uma peça estiver dentro da faixa de tolerância, ela é uma peça qualificada. Entretanto, se o erro exceder a faixa de tolerância, será uma peça não conforme.
A seleção do número de dígitos em um resultado medido é um problema comum encontrado durante o processo de medição.
O número de dígitos significativos no resultado medido não deve ser muito grande, o que pode fazer com que as pessoas acreditem erroneamente que a precisão da medição é alta.
Ao mesmo tempo, não deve ser muito pequeno, o que pode causar perda de precisão. Portanto, o número de dígitos significativos do resultado da medição deve ser determinado corretamente, com base no tamanho do erro de medição.
Por exemplo, ao medir o comprimento de um objeto com uma régua de aço com um valor de divisão de 1 mm, e o comprimento é de 123,4 mm, onde 123 mm é lido diretamente da régua de aço e é preciso.
O último dígito, 0,4 mm, é estimado pelo olho humano e não é confiável ou é questionável. Os dados medidos devem ser expressos dessa forma, com o último dígito sendo o dígito questionável e o erro ocorrendo nesse dígito.
Quando o número de dígitos significativos é determinado, o princípio para determinar o último dígito significativo é o seguinte:
(1) Se o primeiro algarismo significativo após o último algarismo significativo for maior que 5, adicione 1 ao último algarismo significativo e, se for menor que 5, desconsidere-o.
(2) Quando o primeiro dígito após o último algarismo significativo for 5, o último algarismo significativo deverá ser ajustado para um número par (adicione 1 quando o último algarismo significativo for ímpar e mantenha-o igual quando for par).
Por exemplo, se os números significativos forem reservados para a terceira casa decimal, os números significativos serão os seguintes:
3,14159 - números significativos 3,142
(3) Nas operações de adição e subtração, o número de casas decimais a serem reservadas deve ser o menor número de casas decimais entre todos os números, por exemplo:
60.43 + 12.317 + 5.022 - 77.769 ≈ 77.77
(4) Nas operações de multiplicação e divisão, o número de algarismos significativos deve ser o menor, por exemplo:
2352 × 0.211 = 496.272 ≈ 496
0.0222 × 34.5 × 2.01= 1.539459 ≈ 1.54.
(5) O número de algarismos nas operações logarítmicas deve ser igual ao número de dígitos efetivos no número real.
(6) Nas operações de exponenciação, o número de dígitos significativos no expoente deve ser o mesmo que o número de dígitos significativos na base.
(7) Nas operações de raiz quadrada, o número de dígitos significativos deve ser o mesmo que o número de dígitos significativos no radicando.
(8) Quando constantes matemáticas, como π e 2, estiverem envolvidas na operação, determine seus dígitos significativos de acordo com o método acima. Para garantir a precisão do resultado final da operação, essas constantes podem ser adequadamente selecionadas por 1-2 dígitos.
(9) Para os valores que representam a precisão da medição, como erros de limite de medição e desvios padrão, devem ser considerados apenas um ou dois algarismos significativos, e o último dígito deve ser consistente com o último dígito do resultado da medição correspondente.
Por exemplo,
34,0234 ± 0,00021 deve ser escrito como 34,0234 ± 0,0002.
A medição de comprimento é um aspecto crucial dos sistemas de medição mecânica. Há vários métodos de medição de comprimento, incluindo:
Força e torque são parâmetros críticos em sistemas mecânicos. Alguns métodos comuns para medi-los são:
A medição de pressão é essencial em aplicações de mecânica de fluidos. Alguns métodos padrão para medir a pressão são:
A temperatura é um parâmetro fundamental em sistemas mecânicos, afetando propriedades do material e desempenho. Os métodos comuns de medição de temperatura incluem:
A medição de fluxo é necessária para aplicações de mecânica de fluidos, por exemplo, em sistemas de tubulação ou controle de processos. Algumas técnicas de medição de fluxo são:
Esses métodos representam uma seleção das técnicas comuns usadas para medição mecânica, fornecendo uma base para a compreensão das complexidades e da importância de medições precisas em aplicações modernas de engenharia.
Várias ferramentas essenciais para medições de engenharia incluem fitas métricas, calibradores vernier, micrômetros, relógios comparadores, esquadros de engenharia, transferidores e termopares. Esses instrumentos juntos oferecem uma maneira confiável de medir várias quantidades mecânicas com precisão.
A medição desempenha um papel fundamental na engenharia, pois permite que os engenheiros:
O Sistema Internacional de Unidades (SI) é o sistema mais amplamente usado para medir quantidades mecânicas. Algumas unidades padrão incluem:
Na engenharia mecânica, vários tipos de medição são comumente usados, como medições lineares, angulares e de temperatura. Outros tipos de medição importantes incluem força, pressão, fluxo de fluido e vibração. Essas medições são essenciais para projetar, fabricar e manter sistemas e componentes mecânicos.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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