加工精度检测量具优化方案

为了保证零件的加工精度，在加工过程中要对工件进行测量；加工完的零件是否符合设计图纸要求，也要进行检验。这些测量和检验所用的工具称为量具。

1.测量器具

测量器具是指能直接或间接测出被测对象量值的测量装置，是量具、量规等测量仪器和计量装置的总称。

2.量具、量仪、计量装置

1）通常将没有传递放大信号的游标卡尺、千分尺、直角尺、高度尺、塞规、环规等测量器具称为量具。

2）把具有能将被测量的量值转换成为可以直接观察的指示值或等效信息的比较仪、测长仪、投影仪等测量器具的称为量仪。

3）计量装置是指为确定被测量量值所必需的计量器具和辅助设备的总称，它能够测量同一工件上较多的几何参数和形状比较复杂的工件，有助于实现检测自动化和半自动化。

3.常用量具介绍

由于测量和检验的要求不同，所用的量具也不尽相同。量具的种类很多，常用的有金属直角尺、游标卡尺、外径千分尺、百分表、卡规与塞规、刀口形直尺和塞尺等。

图5-3　宽座直角尺

1—测量面；2—长边；3，5—基面；4—短边

（1）金属直角尺

主要用于工件直角的检验和划线。常用的形式有圆柱直角尺、三角形直角尺、刀口形直角尺、矩形直角尺、平面形直角尺、宽座直角尺等几种。常用的宽座直角尺如图5-3所示，精度等级有0级、1级和2级三种，0级精度一般用于精密量具的检验；1级精度用于精密工件的检验；2级精度用于一般工件的检验。角尺的规格用长边（L）×短边（B）表示，从60×40到1 600×1 000共15种规格。

（2）游标卡尺

游标卡尺是直接测量工件的内径、外径、宽度、长度及深度等的中等精度量具，其精度有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm三种，图5-4所示为精度为0.02 mm的游标卡尺。

图5-4　游标卡尺

1—内量爪；2—尺框；3—紧固螺钉；4—游标；5—尺身；6—深度尺；7—外量爪

图5-5　游标卡尺读数

读数原理：游标卡尺是利用尺身的刻线间距与游标的刻线间距差来进行分度的。以精度为0.02 mm的游标卡尺为例，尺身刻线间距为1 mm；而游标将49 mm均分为50个刻度，即每小格长度为0.98 mm；尺身与游标之差为0.02 mm，表明该游标卡尺精度为0.02 mm。如图5-5所示，首先读出游标零线左边的尺身上最大整数值，图中为22 mm；再读出游标零线右边游标上与尺身对准的刻度线数，图中为15，乘以卡尺精度值0.02 mm，等于0.30 mm；最后将整数与小数相加即得到所测尺寸22.30 mm。实际测量时，为方便使用者读数，游标上标示的刻度值已经乘2，故只需计算小格数值即可。

其他游标量具还有专门用来测量深度尺寸的深度游标尺和测量高度尺寸的高度游标尺，如图5-6所示。高度游标尺除可用来测量零件的高度尺寸外，还可以用来精密划线。

图5-6　测量深度、高度的游标尺

（a）深度游标尺；（b）高度游标尺

（3）外径千分尺

1）工作原理。

千分尺是一种测量精度比游标卡尺更高的量具，一般测量精度为0.01 mm。外径千分尺如图5-7所示，它应用了螺旋副传动原理，借助测微螺杆与测微螺母的精密配合将测微螺杆的旋转运动变为直线位移，然后从固定套管和微分套筒（相当于游标卡尺的尺身和游标）组成的读数机构上读出尺寸。

图5-7　外径千分尺

1—尺架；2—测砧；3—测微螺杆；4—螺纹轴套；5—固定套管；6—微分套筒；7—调节螺母；8—弹簧套；9—垫片；10—测力棘轮；11—锁紧器；12—隔热装置

用千分尺测量零件的尺寸，就是把被测零件置于千分尺的两个测砧面之间，所以两测砧面之间的距离就是零件的测量尺寸。当测微螺杆在螺纹轴套中旋转时，由于螺旋线的作用，测量螺杆有轴向移动，使两测砧面之间的距离发生变化。如测微螺杆按顺时针方向旋转一周，两测砧面之间的距离就缩小一个螺距。同理，若按逆时针方向旋转一周，则两砧面的距离就增大一个螺距。常用千分尺测微螺杆的螺距为0.5 mm。因此，当测微螺杆顺时针旋转一周时，两测砧面之间的距离就缩小0.5 mm。当测微螺杆顺时针旋转不到一周时，缩小的距离就小于一个螺距，它的具体数值可从与测微螺杆结成一体的微分筒的圆周刻度上读出。微分筒的圆周上刻有50个等分线，当微分筒转一周时，测微螺杆就推进或后退0.5 mm，微分筒转过它本身圆周刻度的一小格时，两测砧面之间转动的距离为：0.5/50=0.01（mm）。

由此可知：千分尺上的螺旋读数机构可以正确读出0.01 mm，也就是千分尺的读数精度为0.01 mm。

2）读数方法。

外径千分尺的读数值由三部分组成：1 mm的整数部分、0.5 mm部分和小于0.5 mm的小数部分。

①先读1 mm的整数部分和0.5 mm部分。固定套管表面纵刻线以下为1 mm刻度，纵刻线以上为0.5 mm刻度。如图5-8所示，微分筒端面左边固定套管上露出的刻度，就是被测工件尺寸的1 mm和0.5 mm部分读数，图示读数应为7 mm。

图5-8　千分尺读数

②读小于0.5 mm的小数部分。固定套筒上的纵刻线是微分筒读数的指示线，读数时，从固定套管纵刻线所对正微分筒上的刻线，读出被测工件小于0.5 mm的小数部分，图5-8中读数应为0.400 mm，小数点后第三位数值可用估读法确定。

③相加得测量值。将1 mm的整数部分、0.5 mm部分和小于0.5 mm的小数部分相加起来，即为被测工件的测量值。图5-8中千分尺测量值应为7.400 mm。

（4）百分表

百分表是一种精度较高的量具，读数准确度为0.01 mm，主要用于测量零件的形状误差和位置误差，如平行度、圆跳动的测量以及工件的精密找正。

图5-9　百分表及其传动系统

1—测杆；2，3，4，6—齿轮；5—指针；7—毫米指针

百分表工作原理：借助齿轮、齿条的传动，将测杆微小的直线位移转变为指针的角位移，从而使指针在表盘上指示出相应的示值。其传动系统如图5-9所示，当测杆沿其轴向移动时，测杆上的齿条和齿轮2啮合，与齿轮2同轴的齿轮3和齿轮4啮合，齿轮4的轴上装有指针，所以当测杆移动时，大指针也随之移动。与齿轮4啮合的齿轮6的齿数是齿轮4的10倍，所以中心齿轮4转一圈（测杆位移1 mm），齿轮6转1/10圈。毫米指针安装在齿轮6的同轴上，小表圈上刻有每格为1mm的刻线，这样毫米指针转动一格为1 mm，恰好等于指针转动两周。在齿轮6的轴上装了游丝，是为了使传动系统中的齿条与齿轮、齿轮与齿轮在正反方向运动时都能保证单面啮合，以克服百分表的回程误差。百分表的测力是靠拉簧控制的。百分表的分度值为0.01 mm，常用百分表的测量范围为0～3 mm、0～5 mm和0～10 mm。

（5）万能角度尺

1）工作原理。

图5-10　万能角度尺

1—主尺；2—直角尺；3—游标；4—基尺；5—制动器；6—扇形板；7—卡块；8—直尺

万能角度尺也叫万能量角器，是用来测量零件角度的，其基尺与主尺连成一体采用游标读数，可测任意角度，如图5-10所示。扇形板带动游标可以沿主尺移动，直角尺可用卡块紧固在扇形板上，可移动的直尺又可用卡块固定在角尺上。测量时应先校对万能角度尺的零位。其零位是当直角尺与直尺均装上，且直角尺的底边及基尺均与直尺无间隙接触时，主尺与游标的“0”线对齐。校零后的万能角度尺可根据工件所测角度的大致范围组合基尺、直角尺、直尺的相互位置，以测量0°～320°外角及40°～130°内角。

2）读数方法

万能角度尺的读数机构如图5-10所示，其是由刻有基本角度刻线的主尺1和固定在扇形板6上的游标3组成的。扇形板可在主尺上回转移动（由制动器5），形成了和游标卡尺相似的游标读数机构。

万能角度尺主尺上的刻度线每格为1°，由于游标上刻有30格，所占的总角度为29°，因此，两者每格刻线的度数差是(www.xing528.com)

即万能角度尺的精度为2′。

万能角度尺的读数方法和游标卡尺相同，先读出游标零线前的角度是几度，再从游标上读出角度“分”的数值，两者相加就是被测零件的角度数值。

（6）卡规与塞规

在成批、大量生产中，常用具有固定尺寸的量具来检验工件，这种量具叫作量规。工件图纸上的尺寸是保证有互换性的极限尺寸。测量工件尺寸的量规通常制成两个极限尺寸，即最大极限尺寸和最小极限尺寸。测量光滑的孔或轴用的量规叫光滑量规。光滑量规根据用于测量内外尺寸的不同，分卡规和塞规两种。

1）卡规。

图5-11　卡规

测量时，如果卡规的通端能通过工件，而止端不能通过工件，则表示工件合格；如果卡规的通端能通过工件，而止端也能通过工件，则表示工件尺寸太小，已成废品；如果通端和止端都不能通过工件，则表示工件尺寸太大，不合格，必须返工。

2）塞规。

图5-12　塞规

塞规是用来测量工件的孔、槽等内尺寸的。它的最小极限尺寸一端叫作通端，最大极限尺寸一端叫作止端，常用的塞规形式如图5-12所示。塞规的两头各有一个圆柱体，长圆柱体一端为通端，短圆柱体一端为止端。检查工件时，合格的工件应当能通过通端而不能通过止端。

（7）刀口形直尺

刀口形直尺是用光隙法或涂色法检测直线度和平面度的测量器具，如图5-13所示。若平面不平，则刀口尺与平面之间有缝隙，可根据光隙判断误差状况，也可用塞尺测量缝隙大小。

图5-13　刀口形直尺及其应用

（8）塞尺

图5-14　塞尺

塞尺又称厚薄规或间隙片，主要用来检验机床特别紧固面和紧固面、活塞与气缸、活塞环槽和活塞环、十字头滑板和导板、进排气阀顶端和摇臂、齿轮啮合间隙等两个接合面之间的间隙大小。塞尺由许多层厚薄不一的薄钢片组成，如图5-14所示，即按照塞尺的组别制成一把一把的塞尺，每把塞尺中的每个薄钢片具有两个平行的测量平面，且都有厚度标记，以供组合使用。

测量时，根据接合面间隙的大小，用一片或数片重叠在一起塞进间隙内。例如用0.03 mm的一片能插入间隙，而0.04 mm的一片不能插入间隙，这说明间隙在0.03～0.04 mm之间，所以塞尺也是一种界限量规。测量时选用的尺片数越少越好，且必须先擦净尺面和工件，插入时用力不能太大，以免折弯尺面。

（9）卡钳

卡钳是一种间接量具，使用时需与钢直尺或者其他刻线量具配合。卡钳有外卡钳和内卡钳之分，外卡钳测量外表面，内卡钳测量内表面，如图5-15所示。

图5-15　卡钳

要正确使用卡钳，过松、过紧或测偏均会造成较大的测量误差。卡钳的使用方法如图5-16所示。

图5-16　卡钳的使用方法

（a）用外卡钳测量的方法；（b）用内卡钳测量的方法

4.量具的保养

量具的精度会直接影响到检测的可靠性，因此，必须加强量具的保养，需做到以下几点。

（1）量具在使用前、后必须用棉纱擦干净。

（2）不能用精密量具测量毛坯或运动着的工件。

（3）测量时不能用力过猛，不能测量温度过高的物体。

（4）不能将量具与工具混放、乱放，不能将量具当工具使用。

（5）不能用脏油清洗量具，不能给量具注脏油。

（6）量具用完后必须擦洗干净，涂防锈油并放入专用的量具盒内。