Как пользоваться штангенциркулем

Из истории инструмента

Историю этого инструмента показательно рассматривать в контексте истории металлообработки и одного из направлений ее развития — токарного дела. Исторический период 15−18 веков характеризуется чередой научных открытий и практическим внедрением этих открытий во всех отраслях экономики этого периода.

Применение математического подхода в астрономии расширило горизонты морской навигации, эпоха Великих географических открытий подняла на новый уровень объем торговли и промышленного производства. Мелкотоварное производство уступило место мануфактурному, а промышленная революция 18−19 веков окончательно установила переход к массовому применению машин и индустриализации.

Хронология событий

Для наглядности можно представить хронологию этих событий, включающую ключевые точки появления штангенциркуля:

• Начало XVI века — токарные станки применяются в основном для обработки дерева, кости и мягких металлов. Привод, хотя и усовершенствованный с древних времен, по-прежнему ручной или ножной, так же, как и резец, остается в руках мастера. Вехой можно считать появление стального центра и люнета для крепления заготовки.
• К этому же периоду относится имеющая прямое отношение к штангенциркулю попытка португальского математика Педро Нуньеша создать прибор для точного измерения углов с помощью набора деленных на равные части концентрических окружностей. Целью являлась не металлообработка, а насущные проблемы навигации. До изготовления и практического применения прибора дело не дошло, но направление мысли не осталось незамеченным.
• К середине XVI века токарные станки оснастили механическим приводом от водяного колеса, что позволило приступить к обработке резанием стали. В это время в мастерских появились первые образцы современного штангенциркуля — деревянные линейки с передвижными измерительными губками и нанесенной шкалой для прямого измерения. Вернувшись к Микеланджело, отметим, что именно циркуль явился прообразом штангенциркуля — замеры деталей выполнялись ножками циркуля, а величину определяли по линейке. Очевидно, нашелся мастер, упростивший эту процедуру, совместив оба инструмента в одном и сократив измерение до одной операции.
• В 1631 году математик из Бургундии Пьер Верньер закончил начатое Нуньешем дело, доработав его мысль и адаптировав ее технически в квадранте для измерения угловых величин. Созданная им дополнительная измерительная шкала тут же широко шагнула во многие направления измерений, получив при этом названия в честь обоих ученых — «нониус» или «верньер». При этом в металлообработке в основном используют понятие нониус, верньер более распространен в приборной и радиотехнической отрасли.
• Результатом постоянного совершенствования на отрезке более ста лет стало оснащение к началу XVIII века токарного станка суппортом для жесткого крепления резца, механизмами продольной и поперечной подачи. Токаря уже имели в своем распоряжении мерительный инструмент с нониусной шкалой, позволяющей обеспечить соответствующее качество изготовления.
• К концу XVIII века появился на свет универсальный токарный станок, принцип устройства и работы которого мало в чем изменился по сегодняшний день. С этим периодом связано и появление понятий стандартизации и унификации продукции и мерительного инструмента, единой системы измерения.

Происхождение названия

К истории штангенциркуля можно добавить немного интересной информации о его названии.

В русском языке за инструментом по каким-то причинам закрепилось название с немецкими корнями — «штанга» и «циркуль». Обиходным среди специалистов для образца ШЦ-I является термин «колумбик», прижившийся с советских времен по имени компании «Колумбус», массово поставлявшей измерительную технику в нашу страну.

В Германии под названием Stangenzirkel используют инструмент, более соответствующий переводу — разметочный штанговый циркуль. Аналоги российского штангенциркуля выпускаются под названием Messchieber — раздвижной измеритель или Schieblehre — измерительная линейка.

Во многих языках название инструмента является производным от слова «калибр», что подчеркивает высокую точность измерения. В качестве примера можно привести английский calliper, испанский calibrador, итальянский calibro a corsoio (калибр кулисного камня — элемента шатунного механизма). Английский штангенциркуль имеет еще одно название — trammel, переводимый также как препятствие, трал или невод.

Виды штангенциркулей

Данные измеряющие инструменты различаются между собой по следующим факторам:

1. По типу конструкции устройства. Существуют механического типа с плоской шкалой, механика с круглым мерительным диском, электронные модели.
2. По численности измерительных поверхностей. Выпускаются с одной стороной и двусторонние.
3. По интервалу создания измерений в горизонтальной плоскости. Регулируемые правилами масштабы замеров бывают от 1 до 2000 мм.
4. По исполняемому функционалу. Есть варианты с глубиномером, также без его наличия.
5. По точности конечного результата. Производятся изделия 1 класса, наделённые точностью 0,05 мм и 2 класса с уровнем точности 0,1 мм.
6. По свойствам отсчитывающего механизма. Механика со сплющенной шкалой, механика с округлым циферблатом и электронного вида.

К примеру, привычный двусторонний штангенциркуль, назначение которого мерить по линии в промежутке от 0 до 150 мм, с точностью 0,1 мм, снабжённый глубиномером, станет обозначаться таким образом: ШЦ-I-0-150-0,1-II-ГОСТ 166-89.

История штангенциркуля

Деревянные штангенциркули использовались уже в начале XVII века.

Например, металлические штангенциркули 18 века с крупной шкалой делений. Первые настоящие штангенциркули с нониусом появились только в конце XVIII века в Лондоне

Самый старый из них относится к началу – середине 19 века.

Приблизительно с середины 19 века штангенциркули начали выпускать в промышленных объёмах и устанавливать на них нониус для повышения точности измерений. Штангенциркули практически не изменялись по своей сути, а отличались друг от друга только способом и временем изготовления.

Столь древний измерительный прибор, конструкция которого практически не претерпела каких-либо существенных изменений за все эти века, служит эталоном технического совершенства и заслуживает максимум почтения пред гением человеческой мысли. Вряд ли можно подсчитать, сколько экземпляров штангенциркуля находится сейчас в употреблении.

В немецком языке штангенциркулем (Stangenzirkel) называется циркуль для начертания окружностей и дуг больших радиусов. По-немецки штангенциркуль называется Messschieber или Schieblehre — соответственно, «раздвижной измеритель» или «раздвижная линейка».

Разновидность штангенциркуля, оснащённая глубиномером на профессиональном сленге называется «Колумбус» или «Колумбик». Это название произошло от «Columbus» — производителя измерительного инструмента, такой штангенциркуль массово поставлялся в СССР под этой маркой.

В авиационной промышленности такие штангенциркули назывались «Маузер», по причине того что штангенциркули повышенного качества поставлялись в СССР .

Следует отметить, что современный штангенциркуль – это лишь усовершенствованный, в соответствие с новыми технологиями,

аналог того самого первого инструмента конца восемнадцатого века.

Нониус был изобретен Португальским математиком Педру Нунишем.

В то время, он работал над изобретением навигационного прибора, однако принцип, выработанный при этом, основанный на том, что человеческий глаз точнее определяет совпадение делений на шкалах, нежели относительное положение одного деления между двумя другими, лег в основу нониуса, названного в его честь.

Современную конструкцию шкалы нониуса придумал французский математик Пьер Вернье в 1631 году, поэтому, в честь него, нониус также называют «верньер».

Интересным является тот факт, что в немецком языке словом Stangenzirkel называют циркуль, применяемый для начертания окружностей и дуг больших радиусов. По-немецки, штангенциркуль называется Messschieber («раздвижной измеритель») или Schieblehre («раздвижная рейка»).

рис. =Штангенциркуль без нониуса. Германия, XIX век.=

В СССР, на профессиональном сленге разновидности штангенциркулей, массово поставляемые под марками «Columbus» и «MAUSER», приобрели соответствующие нарицательные имена.

Таким образом, «Колумбус» или «Колумбик» — это разновидность штангенциркуля, оснащенная глубиномером, а «Маузер» — штангенциркуль повышенного качества для авиационной промышленности.

megaobuchalka.ru

Как правильно пользоваться штангенциркулем

Штангенциркуль – высокоточный инструмент, используемый для измерения наружных и внутренних линейных размеров, глубин отверстий и пазов, разметки. Свое название этот универсальный прибор получил от линейки-штанги, которая служит основой его конструкции.

Определение показаний по нониусу

Для определения показаний штангенциркуля необходимо сложить значения его основной и вспомогательной шкалы.

1. Количество целых миллиметров отсчитывается по шкале штанги слева направо. Указателем служит нулевой штрих нониуса.
2. Для отсчета долей миллиметра необходимо найти тот штрих нониуса, который наиболее точно совпадает с одним из штрихов основной шкалы. После этого нужно умножить порядковый номер найденного штриха нониуса (не считая нулевого) на цену деления его шкалы.

Результат измерения равен сумме двух величин: числа целых миллиметров и долей мм. Если нулевой штрих нониуса точно совпал с одним из штрихов основной шкалы, полученный размер выражается целым числом.

На рисунке выше представлены показания штангенциркуля ШЦ-1. В первом случае они составляют: 3 + 0,3 = 3,3 мм, а во втором — 36 + 0,8 = 36,8 мм.

Нониус с ценой деления 0,05 мм

Шкала прибора с ценой деления 0,05 мм представлена ниже. Для примера приведены два различных показания. Первое составляет 6 мм + 0,45 мм = 6,45 мм, второе — 1 мм + 0,65 мм = 1,65 мм.

Аналогично первому примеру необходимо найти штрихи нониуса и штанги, которые точно совпадают друг с другом. На рисунке они выделены зеленым и черным цветом соответственно.

Устройство механического штангенциркуля

Устройство двустороннего штангенциркуля с глубиномером представлено на рисунке. Пределы измерений этого инструмента составляют 0—150 мм. С его помощью можно измерять как наружные, так и внутренние размеры, глубину отверстий с точностью до 0,05 мм.

Основные элементы

1. Штанга.
2. Рамка.
3. Губки для наружных измерений.
4. Губки для внутренних измерений.
5. Линейка глубиномера.
6. Стопорный винт для фиксации рамки.
7. Шкала нониуса. Служит для отсчета долей миллиметров.
8. Шкала штанги.

Губки для внутренних измерений 4 имеют ножевидную форму. Благодаря этому размер отверстия определяется по шкале без дополнительных вычислений. Если губки штангенциркуля ступенчатые, как в устройстве ШЦ-2, то при измерении пазов и отверстий к полученным показаниям необходимо прибавлять их суммарную толщину.

Величина отсчета по нониусу у различных моделей инструмента может отличаться. Так, например, у ШЦ-1 она составляет 0,1 мм, у ШЦ-II 0,05 или 0,1 мм, а точность приборов с величиной отсчета по нониусу 0,02 мм приближается к точности микрометров.

Точность измерений зависит от различных факторов: величины отсчета по нониусу, навыков работы, исправного состояния инструмента.

Порядок проведения измерений, проверка исправности

Перед работой проверяют техническое состояние штангенциркуля и при необходимости настраивают его. Если прибор имеет перекошенные губки, пользоваться им нельзя. Не допускаются также забоины, коррозия и царапины на рабочих поверхностях. Необходимо, чтобы торцы штанги и линейки-глубиномера при совмещенных губках совпадали. Шкала инструмента должна быть чистой, хорошо читаемой.

Измерение

• Губки штангенциркуля плотно с небольшим усилием, без зазоров и перекосов прижимают к детали. 
• Определяя величину наружного диаметра цилиндра (вала, болта и т. д.), следят за тем, чтобы плоскость рамки была перпендикулярна его оси.
• При измерении цилиндрических отверстий губки штангенциркуля располагают в диаметрально противоположных точках, которые можно найти, ориентируясь по максимальным показаниям шкалы. При этом плоскость рамки должна проходить через ось отверстия, т.е. не допускается измерение по хорде или под углом к оси.
• Чтобы измерить глубину отверстия, штангу устанавливают у его края перпендикулярно поверхности детали. Линейку глубиномера выдвигают до упора в дно при помощи подвижной рамки.
• Полученный размер фиксируют стопорным винтом и определяют показания.

Работая со штангенциркулем, следят за плавностью хода рамки. Она должна плотно, без покачивания сидеть на штанге, при этом передвигаться без рывков умеренным усилием, которое регулируется стопорным винтом. Необходимо, чтобы при совмещенных губках нулевой штрих нониуса совпадал с нулевым штрихом штанги. В противном случае требуется переустановка нониуса, для чего ослабляют его винты крепления к рамке, совмещают штрихи и вновь закрепляют винты.

Как пользоваться штангенциркулем, точность инструмента

Измерения с точностью до 1 мм интуитивно понятны абсолютно всем и в особых разъяснениях абсолютно не нуждаются. Передвигая подвижную рамку вдоль штанги, зажимая (не сильно) губками деталь, мы отслеживаем на цифровой шкале штанги размер. Все хорошо, когда риска с «0» нониуса четко совпадает с любой из рисок основной шкалы. Это значит, что деталь имеет размер в целых миллиметрах. Но если риски шкалы и нониуса не совпадают, то большинство людей применит термин «больше» или «меньше». К примеру: чуть больше 30 мм для обывателя будет означать размер от 30 до 31 мм. Но пользование нониусом настолько просто, что имея штангенциркуль, продолжать пользоваться подобными величинами – моветон.

Шкала нониуса разбита таким образом, что наиболее точное совпадение ее риски с риской основной шкалы покажет точное значение после запятой в дробном значении размера детали.

Нужно учитывать класс точности инструмента, он обязательно пишется – чаще прямо на нониусе – чему равно одно его деление. Большинство самых распространенных штангенциркулей обладает способностью определять размер с точностью до 1/10 миллиметра, но есть приборы и до 2/100, на них написано 0,02. На принцип пользования нониусом это не влияет.

Кроме умения пользоваться нониусом, важно так же правильно пользоваться штангенциркулем во время проведения измерений, о чем детально рассказывается в следующем видео. Штангенциркули с круглой цифровой шкалой не требуют совпадения рисок, они прямо показывают на значение

Здесь важно учитывать значение деления, которое указывается на циферблате

Штангенциркули с круглой цифровой шкалой не требуют совпадения рисок, они прямо показывают на значение

Здесь важно учитывать значение деления, которое указывается на циферблате

Для этого штангеля оно составляет 0,02 мм. К плюсам такого исполнения инструмента можно отнести возможность тарирования (физической установки на «0» шкалы циферблата) при сведенных губках с фиксацией зажимным винтом – здесь он снизу циферблата. К явным же недостаткам – исключительную аккуратность в обращении. Слишком велик риск повреждения инструмента при разбивании стекла циферблата. А ведь особую бережность в обращении со штангенциркулем при проведении слесарных, токарных или фрезерных работ обеспечить практически невозможно, поэтому ШЦК все чаще снимается с производства ввиду малого спроса, хотя в домашних условиях, при бережном отношении он может многие годы служить верой и правдой.

Хотя очень недорогие (от 5,5 $) за штуку углепластиковые циферблатные штангеля все же пока удерживают этот тип инструмента на плаву.

Еще одним фактором, влияющим на уход с рынка ШЦК, стало наличие недорогих и менее прихотливых в эксплуатации ШЦЦ – цифровых или дигитальных (от digital – цифровой) штангенциркулей, в основном китайского производства.

Несколько слов о кнопках на цифровом штангенциркуле. Зеленая вверху – переключатель значений «миллиметры – дюймы». Ремарка: наличие на основной шкале (а также на подвижной рамке) верхней разметки позволяет производить измерения в дюймах, что в общем-то для нас не так уж и актуально. Левая красная кнопка снизу включает и выключает прибор. А вот правая, на наш взгляд, самая интересная кнопка, позволяющая обнулить значение в любом положении губок. Эта функция очень полезна при контроле размера большого числа однотипных деталей, когда номинальный размер выставляется изначально, фиксируется желтой кнопкой, а при замерах мы видим отклонения от него, причем в обе стороны.

Кстати, взаимная проверка точности всех перечисленных типов штангелей, в т.ч. и с разным классом точности измерений, показывает, что даже старые советские инструменты, при условии не убийственных условий эксплуатации, вполне справляются со своей задачей

Важно помнить: наиболее точным значением для наружных размеров будет наименьшее, а для внутренних – наибольшее. Все дело в том, что крайне сложно абсолютно точно позиционировать инструмент при замерах, а искажения дают именно эти неточности

И еще одно: винт фиксации подвижной рамки нужно держать в слегка поджатом состоянии, что предотвратит слишком большой ее люфт на основной штанге. И подводить к детали ее нужно без чрезмерных усилий, которые вынудят этот самый люфт конвертировать в искажение замера.

Виды штангенинструмента

Штангенциркули бывают разных видов, среди основных из них выделяют:

• нониусный,
• циферблатный,
• электронный.

Не все понимают, какой прибор лучше использовать, электронный или простой (механический). Современные люди отдают предпочтение электронной технике, но многие остаются верны простой и надежной конструкции.

Нониусные устройства самые простые, включают линейку-штангу со шкалой по 1 мм. Сам нониус — подвижная часть с губками, линейкой и дополнительной шкалой для подсчета десятых и сотых миллиметра.

Циферблатные устройства подобны первым, но подвижная часть оснащена механическим циферблатом со стрелкой, которая показывает нужное значение. Пользоваться таким проще, глаза не устают, а время общей работы снижается.

Электронные приборы относятся к современному типу, они оснащены дисплеем и датчиками, при помощи которых выводятся нужные значения. Достоинством считается высокая точность и простота работы. Описанные виды часто используются в быту, но есть модели с дополнительными характеристиками и отличительным предназначением:

• трубный — применяется для уточнения диаметра труб. Вместо губок устанавливается цилиндр, который вплотную прилегает к измеряемым элементам и помогает идеально определить размеры,
• протекторный — используется для определения глубины протектора на шинах, часто применяется на СТО,
• для тормозных дисков — обладает выступами на губках, при помощи которых улучшается плотность прилегания к разным деталям.

Кроме штангенциркуля, в продаже можно встретить подобные инструменты, но их суть отличается по внутреннему или внешнему замеру:

• штангенрейсмас — используется для определения разметки детали, высоты. Конструктивно включает в себя штангу с мощным основанием, по ней ездит рамка с нониусом и креплением с губкой или разметкой,
• штангенглубиномер — применяется для замера глубины, конструктивно состоит из ножек по бокам и штанги,
• штангензубомер — применяется для замера зубов шестерных механизмов и реек. Конструктивно включает в себя 2 штанги, расположенные перпендикулярно, на одной есть губки.

Изучив все особенности, можно определить лучшие механические и электронные штангенциркули для дома или производства.

ТЕХНОЛОГИЯ

§ 17. Измерение размеров деталей с помощью штангенциркуля

При изготовлении деталей из тонколистового металла и проволоки можно воспользоваться простейшими контрольно-измерительными инструментами: линейкой, слесарным угольником и др. Для измерения и контроля деталей с большей точностью применяют штангенциркули. Они предназначены для измерения наружных и внутренних размеров деталей и глубины отверстий, пазов, канавок. Штангенциркули бывают разных типов и отличаются пределами и точностью измерения.

На рисунке 63 показан штангенциркуль ШЦ-1 с пределами измерения от 0 до 125 мм и точностью — 0,1 мм. Он состоит из штанги 1, имеющей шкалу 6 с миллиметровыми делениями. По штанге перемещается подвижная рамка 4, которая может быть закреплена в нужном положении зажимным винтом 3. К рамке прикреплён глубиномер 5.

Рис. 63. Штангенциркуль ШЦ-1: 1 — штанга; 2 — губки для внутренних измерений: 3 — зажимный винт для фиксации рамки; 4 — подвижная рамка; 5 — глубиномер; 6 — шкала штанги; 7 — нониус; 8 — губки для наружных измерений; 9 — измеряемые детали

Нижние губки 8 служат для измерения наружных размеров, верхние 2 — для измерения внутренних размеров. Глубиномером измеряют глубину пазов и отверстий.

Каким же образом удаётся измерять десятые доли миллиметра, если шкала штангенциркуля имеет миллиметровые деления? Для этой цели служит вспомогательная шкала, называемая нониусом 7. Длина нониуса 19 мм. Нониус поделён на 10 равных частей, следовательно, цена каждого деления равна 1,9 мм.

При сомкнутых губках нулевые штрихи шкалы штанги и нониуса совпадают (рис. 64), а десятый штрих нониуса совмещается с девятнадцатым штрихом миллиметровой шкалы.

Рис. 64. Шкала штанги и нониус

Обратите внимание на то, что первый штрих нониуса не доходит до второго штриха шкалы штанги ровно на 0,1 мм (2 — 1,9 = 0,1). Это и позволяет производить замеры с точностью до 0,1 мм

При измерении штангенциркулем целое число миллиметров отсчитывают по миллиметровой шкале штанги до нулевого штриха нониуса. Десятые доли миллиметра — по шкале нониуса от нулевой отметки до того штриха нониуса, который совпадает с каким-либо штрихом миллиметровой шкалы (рис. 65).

Рис. 65. Примеры измерения штангенциркулем. Положение шкалы штанги и нониуса при измерении размерон: а — 0,4 мм; 6 — 6,9 мм; в — 34,3 мм

Помните! Штангенциркуль — это дорогостоящий измерительный инструмент, требующий бережного обращения.

Правила обращения со штангенциркулем

Перед началом работы протереть штангенциркуль чистой тканью, удалив смазку и пыль

Нельзя очищать инструмент шлифовальной шкуркой или ножом.

Нельзя класть инструмент на нагревательные приборы.

Измерять можно только чистые детали без задиров, заусенцев, царапин.

Губки штангенциркуля имеют острые концы, поэтому при измерении нужно соблюдать осторожность.

Не допускать перекоса губок штангенциркуля. Фиксировать их положение зажимным винтом.

При чтении показаний на измерительных шкалах держать штангенциркуль прямо перед глазами.

На предприятиях штангенциркуль является одним из основных измерительных инструментов. Им пользуются рабочие различных специальностей и контролёры станочных и слесарных работ. В настоящее время всё чаще применяют штангенциркули с цифровыми индикаторами (на батарейках), позволяющие измерять детали с точностью до 0,01 мм.

Знакомимся с профессиями

Контролёр отдела технического контроля (ОТК) — специалист, который на предприятии отвечает за качество выпускаемых деталей. Он следит за тем. чтобы изготовленные детали в точности соответствовали чертежам. Это очень ответственная работа, так как если в изделие попадёт бракованная деталь, не соответствующая чертежу, то изделие быстро выйдет из строя. Контролёры ОТК должны знать правила настройки и регулирования контрольно-измерительных инструментов и приборов, методы проверки качества поверхностей, правила приёмки деталей и т. д.

Лабораторно-практическая работа № 17

Измерение размеров деталей штангенциркулем

1. Выполните в рабочей тетради эскиз выданного учителем ступенчатого валика (рис. 66).

2. Измерьте каждый размер валика штангенциркулем и запишите результаты в миллиметрах в таблицу.

1. Проставьте полученные размеры на эскизе, выполненном в рабочей тетради.

Рис. 66. Эскиз детали «ступенчатый валик» (к пп. 1-3)

Проверяем свои знания

1. Из каких основных частей состоит штангенциркуль?

2. Сколько измерительных шкал имеет штангенциркуль?

3. Какие измерения можно выполнять с помощью штангенциркуля?

4. Во сколько раз точность измерения штангенциркулем превышает точность измерения линейкой?

5. Как по штангенциркулю производят отсчёт целых и десятых долей миллиметра?