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GTM GRUPO TECNOLOGÍA MECÁNICA – PROCESOS DE FABRICACIÒN Instrumentos para Mediciones Lineales Clasificación de instrumentos 1. En base al principio de funcionamiento y sistema de amplificación, se clasifican en: Mecánicos, Ópticos, Neumáticos, Electrónicos y Ultrasónicos. Los distintos principios de funcionamiento los veremos aplicados a los instrumentos que se estudian y se utilizan en el transcurso del presente curso. 2. De acuerdo al
  GRUPO TECNOLOGÍA MECÁNICA  –   PROCESOS DE FABRICACIÒN INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES LINEALES Página 1 de 13 GTM Instrumentos para Mediciones Lineales Clasificación de instrumentos 1.   En base al principio de funcionamiento y sistema de amplificación, se clasifican en: Mecánicos, Ópticos, Neumáticos, Electrónicos y Ultrasónicos. Los distintos principios de funcionamiento los veremos aplicados a los instrumentos que se estudian y se utilizan en el transcurso del presente curso. 2. De acuerdo al valor de la lectura, pueden ser: a)   De medida directa  b)   De medida por comparación c)   De inspección a) Instrumentos de medida directa Son instrumentos que permiten por lectura directa, la determinación de una medida de la pieza. La  precisión de esa medición dependerá, como es lógico, de las cualidades del instrumento y de una serie de factores que participan en la operación de medir. Se utilizan desde los procedimientos más simples hasta instrumentos y máquinas de concepción complicada. De los instrumentos que permiten medir cotas lineales, describiremos, sintéticamente algunos de ellos, comenzando con los de menor precisión. Más adelante se estudiarán los instrumentos de lectura directa que permiten medir otras magnitudes como ángulos, roscas, engranajes, etc. Regla milimetrada Son de fleje, o barra de acero, sobre las que se graba una graduación cuyo comienzo se confunde con el extremo de la izquierda. Las longitudes normales son: 0,20  –   0,50  –   1 y 2 metros. Se graban en milímetros de un lado y en  pulgadas del otro. La medición puede realizarse al extremo (sobre el trazo) , o entre dos trazos por diferencias de lecturas. La fracción de 0,1 a 0,3 mm puede ser apreciada a ojo. Se los usa como instrumentos de lectura directa, pero son muy útiles para fijación de alturas en gramiles de trazado o usos análogos. En algunas máquinas de medir (por coordenadas, etc ) existen reglas patrón de acero o cristal de alta precisión. Las reglas milimetradas se dividen en: I)   De muy alta precisión o patrones II)   De comprobación o de inspección III)   De taller o de uso común Las precisiones de fabricación, se expresan según la fórmula:   (a + b  . L)  m, donde: a es una constante,  b un coeficiente y L la longitud de la regla en milímetros, y según el tipo de regla valen: Para el tipo I: :   (5 + 5  . . 10 -3 L)  m, Para el tipo II :   (10 + 10  . . 10 -3 L)  m, Para el tipo III: desde   (20 + 20  . . 10 -3 L)  m hasta   (50 + 50  . . 10 -3 L)  GRUPO TECNOLOGÍA MECÁNICA  –   PROCESOS DE FABRICACIÒN INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES LINEALES Página 2 de 13 GTM Si L = 100 mm corresponde una precisión de 5,5  m , 11  m y de 22 a 55  m para las reglas tipo I, II y III, respectivamente.  NOTA: Las características constructivas de estos instrumentos pueden verse en la bibliografía de referencia. Pie de Rey o Calibre con sistema Limbo-Vernier Consisten en una regla rígida graduada en mm (Figura 1) o en pulgadas y fracción, cuya longitud es variable de 200 mm hasta 3 m. Una mandíbula es fija, de una sola  pieza con la regla , deslizándose sobre esta última un cursor con la mandíbula móvil y graduación distinta, de acuerdo con el sistema Limbo-Vernier. La posición del cero de la graduación del cursor indica los mm enteros de la longitud medida, y el excedente se obtiene por la coincidencia de dos rayas, una del limbo y otra del vernier de acuerdo a la forma de graduación de este último (Figuras 1). Si a una división del limbo la llamamos s  y a una del vernier s’  obtenida de dividir (n-1)  divisiones del vernier y al primero en  n  partes (Figura 2), tendremos:    :´1  dondeden sn s       luego yn sn snn s s   1´   n sn sn sn s n sn s s s s     ´   vernier del divisiones N  bodel división Menor  n s s s A ºlim´    donde: A : aproximación del instrumento Las incertidumbres las fija la norma DIN 862. Por ejemplo: m L I el  A    )2075(1,0    Las causas de error en la medición debidas al instrumento son:    Falta de paralelismo en las mandíbulas    Falta de perpendicularidad entre las mandíbulas y la regla.    Los ceros del nonio o vernier y del limbo no coinciden a mandíbulas cerradas    Errores de división en las escalas.    Mala fijación de la corredera (juego o aprieto excesivo)    Desgaste en las puntas, que es el error más frecuente. Factor personales influyen también en la medición. Podemos apuntar los siguientes defectos:    Posición incorrecta del calibre con respecto a la pieza. Figura 2 Figura 1  GRUPO TECNOLOGÍA MECÁNICA  –   PROCESOS DE FABRICACIÒN INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES LINEALES Página 3 de 13 GTM    Presión inadecuada. La fuerza debe ser del orden de los 0,5 Kg.    Falsa lectura por error de paralaje o error provocado por el brillo Micrómetro En los micrómetros (Figura 3), la medición es independiente de los errores de guía debido a que en la longitud medida, la varilla de contacto y la escala de medición, se hallan una tras otra sobre una misma alineación. Los micrómetros hallan aplicación principalmente en la fabricación de piezas sueltas como en la construcción de máquinas especiales, utilajes, etc. mientras que en la fabricación en masa se emplean preferentemente calibres de tolerancias fijos. El micrómetro no puede emplearse universalmente, puesto que su forma de arco impide con frecuencia la medición de determinadas piezas. En la medición se hace girar el tambor hasta que el husillo toca casi la pieza y luego se sigue girando el mecanismo de trinquete hasta que el movimiento se hace audible, en ese momento se realiza la lectura. El trinquete no representa la solución definitiva en lo que hace a la eliminación total del elemento subjetivo (tacto). Los defectos estriban en que debido al rozamiento tanto el resorte como el trinquete se hallan sometidos a variación en la medición. Además debido a la calidad de la superficie de la pieza, la medición queda fuertemente influenciada por el atornillado. La velocidad de medición es distinta para cada individuo, de forma tal que muchos prescinden de emplear el mecanismo de trinquete y utilizan el tambor de medición según su tacto. Aquí se ve nuevamente la necesidad de ejercitar la fuerza de medición, es decir el tacto, hasta para poder manejar este sencillo y práctico instrumento de medición. Se comprenderá mejor esto si se tiene en cuenta que la relación del camino recorrido por el punto en que se apoya el dedo que mueve el tornillo (Ct) con el del recorrido por la punta de contacto (Ch), es igual a la relación entre la fuerza que ejerce la punta (Fh) y la que hace el dedo (Fd). Ct / Ch = Fh / Fd En un micrómetro corriente de la Casa Starrett, el paso vale 0,5 mm, el tambor tiene 50 divisiones y la distancia entre divisiones es de 0,8 mm. La relación de recorridos será entonces: 0,8 /0,01 = 80.   Es decir que la fuerza ejercida para hacer girar el tambor quedará multiplicada por 80 en la punta de contacto. Suponiendo que la fuerza ejercida por el dedo sea solamente de 100gr. se obtendrá despreciando el rozamiento, una fuerza de 8 kg en la punta de contacto. Fh = Ct / Ch x Fd = 0.8/0.001 x 0.1( kg ) = 8 kg Dado que en este caso, el diámetro de la punta es de 7 mm. la presión esférica que esta última ejerce sobre el objeto valdrá: 8 / 0.38 = 21 Kg. / cm² Figura 3  GRUPO TECNOLOGÍA MECÁNICA  –   PROCESOS DE FABRICACIÒN INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES LINEALES Página 4 de 13 GTM Este ejemplo muestra claramente la precaución con que hay que proceder en las mediciones hechas con auxilio del micrómetro. Por otra parte, el ejercicio puede afinar tanto el sentido del tacto que la discordancia de diferentes mediciones practicadas por un operario experimentado está muy por debajo del valor de una división. Un operador ejercitado, conforme lo demuestran los resultados de numerosas experiencias realizadas, mide con exactitud casi tres veces mayor, usando instrumentos sin trinquete. Ello explica el hecho de que en ciertos talleres que disponen de un cuerpo numeroso de operarios hábiles, no se quiera sustituir la medición micrométrica por el empleo de calibres de tolerancia, fundándose en que el operario ha de conocer también la cantidad en que ha de diferir la medida tomada de la que la pieza que se trabaja ha de tener en realidad.. Además, los micrómetros resultan más económico que los calibres fijos. En cambio, la medición con micrómetro exige indudablemente un tiempo mayor que el que se invierte con calibres fijos. Sobre este tema volveremos mas adelante. Aunque operarios entrenados realizan mediciones con una apreciación (subjetiva) mas fina que 0,01 mm., deben fijarse límites a este procedimiento puesto que por regla general, es riesgoso estimar fracciones de división cuando la imprecisión es cercana al valor de media división. Pueden estimarse valores menores debido a la gran separación de las divisiones, pero en el fondo es erróneo confiar demasiado en la  precisión de medición del micrómetro a base del tacto, puesto que después de un uso prolongado y quizás un mal empleo, pierden notablemente su exactitud. Por esto, es mejor redondear los resultados de la medición en la forma corriente. Como se verá la suma de los errores del micrómetro confirma ente criterio. Por lo general, los micrómetros con campos de medición de 0 a 300 mm se construyen con una capacidad de medición de 25 mm. También se construyen  juegos de micrómetros con campos de medición de 25 a 50, 50 a 75, (0 a 1¨, 1¨ a 2¨ , 2¨ a 3¨, etc). Si el punto de medición se puede alcanzar con un micrómetro, su empleo  puede recomendarse hasta medidas de 7 metros o mas. Para la medición de diámetros o longitudes tan grandes, se suspende el micrómetro y en esa  posición se regula con calibres y bloques patrón, porque los arcos puestos en esa posición, por lo general, se cierran algo debido a su propio peso. Después de medir la pieza, se vuelve a controlar el reglaje del micrómetro  para poner de manifiesto las oscilaciones casuales de temperatura o las modificaciones de reglaje debidas a cualquier influencia subjetiva. Micrómetros para interiores y de profundidades Los micrómetros de interiores (Figura 4) tienen la lectura de 0,01 mm, al igual que algunos de los precedentes. El campo de medición es por lo general de 50 a 75 mm, pero pueden emplear varillas complementarias de 25, 50, 75, 100, 150, 200, hasta 400 mm. La medición de comparación  puede realizarse mediante un juego de bloques patrón sobre soporte, o mediante un micrómetro de exteriores. La Figura 5 muestra un micrómetro de profundidades. En la Figura 6  puede verse un micrómetro de mordazas para interiores, muy útil para medir el diámetro de pequeños agujeros. Precisión de lecturas y de medición En los micrómetros comunes la división menor es de 0,01 (10  m). En los graduados en pulgadas, la división menor es de 0,001”, pudiéndose en algunos leer 0,0001” mediante vernier.   Figura 4 Figura 5 Figura 6
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