1 量具的选择原则和方法
(1)从工艺方面进行选择(工艺性)
在单件、小批量生产中应选通用量具,如各种规格的游标卡尺、千分尺及百分表等。对于大批量生产的零件则应采用专用量具,如卡板、塞规和一些专用检具。
(2)依测量精度考虑(科学性)
每种量具都有它的测量不确定度(测量的极限误差),不可避免会将一部分量具的误差带入测量结果中去。为了避免“误收”或“误废”的发生, GB/T 3177—1997《光滑工件尺寸的检验》对部分量具的选择做了具体的规定,同时还规定了在车间条件下检测工件时应将验收极限尺寸向公差带内移,见图1。
(3)从经济价值选择(经济性)
在保证测量精度和测量效率的前提下,能用专用量具的,不用万能量具;能用万能量具的,不用精密仪器。
2 量具的正确使用方法与技巧
(1)量块使用分“等”、“级”
生产过程中,要使用不同精度的量具对加工的工件进行检测,而这些量具和仪器又要经常使用更精密的标准量具———量块,来校验和调整,量块除了作为标准量具外,它还可以直接或间接测量极精密的工件。因此,量块是机械工厂中最精密、最高级别的量具,也是长度尺寸传递的标准。由于量块有极高的精度,为方便制造,按偏差分为00、0、k、1、2、3共六个级;为了提高使用精度,又按测量不确定度分为1、2、3、4、5、6共六个等。按“级”使用就是按量块的公称尺寸使用;按“等”使用就是按量块检定后的实际尺寸使用。但许多生产工人甚至部分工艺技术人员并不清楚,认为量块精度那么高,使用时往往只看公称尺寸(也就是按级使用)。笔者曾遇到这样两件事,有一个厂购买一盒二手2级量块,回来后未经检定就投入使用,没几天就发现
有一块30mm的量块有问题,经检定该量块实际尺寸为29. 9783mm,偏差大到0·0217mm,对量块来说真是个天文数字。虽然该量块已退换,但造成的损失已无法挽回。另有一盒5等量块,其中一块10mm量块检定书上写着-8·4μm,但一操作者使用时并不知道按“等”进行修正,和其他量块拼在一起使用,结果就报废了一批工件。综上所述,量块的精度的确非常高,但确有“等”、“级”之分,若使用不当就要出问题。正确的方法应该是按“等”使用。如果需要按“级”使用,也应该按规程要求,检定后再使用。
(2)内径量表要用标准环规校准
1)容易出错的问题
内径量表主要用来测量内孔。由它的结构可知,内径量表由百分表和内径表杆组合而成。通常的使用方法是:将千分尺作为标准器,调整到被测孔径的尺寸,然后把内径量表的固定测头和活动测头压缩到千分尺两测量面内,前后摆动寻找指针的转折点确定好零位,再将内径量表放入工件内孔进行测量。这种方法对普通精度的孔来说问题不大,但高精度的孔,用这种方法就不正确了。现以一实例做精度分析,如某厂产品中有47、62及100等多种轴承孔,其中有一道工序为磨内孔尺寸至,公差只有0·005mm,属高精度内孔加工。操作工人与检验员均配有内径千分表进行测量,但工人与检验员的测量值经常是各不相同,互相扯皮,有时相差竟达0·01mm。其实问题就出在用千分尺校对内径量表这一环节上。
2)千分尺校对内径千分表的误差分析
现以62孔径为例进行分析。根据孔径选用50mm~75mm规格的外径千分尺,依据千分尺有关技术资料查得,该规格千分尺的测量不确定度, 0级为6μm, 1级为9μm。千分尺的校对棒, 0级为±1·5μm, 1级为±2μm。内径千分表选用50mm~100mm规格,由于内径千分表的测量不确定度,现有资料均无介绍,因此笔者根据检定规程规定的误差值分析如下。
JJG 36—1989《内径表检定规程》规定,内径千分表的示值误差Δ示为7μm,示值变动性误差Δ变为1·5μm,定位护桥的定中心误差Δ桥为2μm,相邻误差Δ邻为3·5μm。以上四项误差中Δ示=7μm指的是内径千分表的活动测头,在检定时所走全部行程范围内允许的差值。Δ邻=3·5μm指的是内径千分表检定时任意两相邻被检点之间的差值,它们都是活动测头在行程中产生的误差值,在用千分尺定位的测量系统中,测头与千分尺是一个比较测量的过程,测头的行程趋近于零,对测量系统的影响也就近似于零,因此忽略不计。Δ变=1·5μm,Δ桥=2μm这两项误差将直接影响测量精度,所以,千分尺校对内径千分表的测量不确定度,由千分尺的测量不确定度Δ确、千分尺的校对杆尺寸公差Δ校、校对杆的平行度Δ平,以及内径表的误差Δ校、Δ桥合成后得到。
若使用0级千分尺,其校对内径千分表的测量系统不确定度为
由以上计算可知,无论使用0级,还是1级千分尺来校表,其测量不确定度均大于加工孔的公差,根本无法保证被测孔的精度。
3)内径千分表正确的使用方法
对于低精度的孔,可以用千分尺来校表。但对中高精度的孔,应该用标准环规来校表。需要说明的是,环规是单一尺寸,一个环规只能校一个尺寸的内径量表,测量成本高。千分尺虽然精度不高,但测量范围大,能校各种尺寸规格的表。因此,使用中要灵活应用。对于批量大精度高的孔,量表一定要用环规校对。我厂按所需规格配制了一批2等环规,彻底解决了这一问题。
4)用标准环规校对内径千分表的误差分析
标准环规的精度分别为1、2、3三“等”,每个环规都刻有直径的实际尺寸。JJG 894—1995《标准环规检定规程》规定,用3等环规校对内径量表。
仍以62mm环规为例, 3等环规与精度有关的指标是尺寸公差Δ1=±6μm,检定三等环规的不确定度Δ2=±1·4μm,圆度Δ3=0·4μm,锥度Δ4=±1μm,直径变动量Δ5=±0·6μm,在环规使用中是按等使用,所以环规的尺寸公差Δ1可以不计。内径千分表本身的四项误差由前面的分析可知,除了已不计的Δ示、Δ临外,定位护桥的定中心误差也应不计,因为环规是三点定圆原理的具体应用,所以定位护桥的定中心误差Δ桥就被消除了。因此,就只剩下一个示值变动性误差Δ变了。
将以上环规和内径千分表的误差合成后,得到3等标准环规校对内径千分表的测量不确定度:
以上分析是根据内径量表检定规程规定的,用3等环规校对内径千分表的不确定度。按我厂实际配制的2等环规来计算测量不确定度为:
通过分析计算可知2Δ2环=1·81×2=3·62μm,小于公差5μm。完全符合在高精度测量中允许测量不确定度为被测件公差二分之一的规定。
(3)杠杆表使用时应注意测杆的位置
杠杆表测量范围很小(杠杆千分表0·2mm,杠杆百分表0·8mm),主要以比较测量方式来测量零部件的形状和位置公差。由于杠杆表采用正弦不等臂杠杆机构和圆周等分刻度,所以存在着机构原理误差。由图2可知,测量时当测头由01旋转到02时,测头的弧位移为aθ,直线位移是asinθ,他们之间的差值就是原理误差,其表达式为:
由图2可知,当θ很小时或趋近于零时ΔS原理也近似为零,这就是说测量工件时尽量使θ越小越好,但在实际生产中人们对杠杆表的原理误差不甚了解,认为怎样用都可以,因此在使用时经常使表的测杆与工件形成一个θ,如图3所示。
这对精度不高的测量问题不大,但在高精度测量中应设法尽量做到测头轴线与测量线垂直,如图4所示。
如果无法做到垂直状态,将产生原理误差,此误差可以通过测量值乘以sinβ或cosθ进行修正,求出被测量的实际值即:
举一实例说明如下,如图5所示测量万能工具显微镜顶尖的跳动,万能工具显微镜检定规程允许的跳动量为5μm。正确的测量方法是测头在Ⅰ位置时的测量值反映跳动的实际值,如果将测头置于Ⅱ位置时跳动不超差就不必修正,如果超差应进行修正或将测头搬至Ⅰ位置重测。设Ⅱ位置的θ为45°,S测为6μm,显然属于超差,由计算可知实际跳动量是合格的。
(4)百分表的使用有比较测量与绝对测量的区别
1)容易出错的地方
百分表有0~3mm、0~5mm、0~10mm、0~30mm的几种规格,它能对工件进行比较测量和绝对测量。做比较测量时一般测量值都很小,因此测量误差也很小,但在做绝对测量时一定要注意,否则会产生很大的误差。例如,某外协单位给我厂加工一批8级齿条,齿条的齿距为6·28mm,公差为±0·02mm,累积误差为0·15mm。加工方法是在铣床安装一个0~10mm的百分表,以百分表的行程6·28mm定位铣齿,铣一个齿摇一个齿距、压一次百分表,依此类推加工完毕。
GB/T 100095—2001《渐开线圆柱齿轮》规定在齿条上取不超过50个齿距的任意一段来确定累积误差。对该批齿条进行检测的结果是累积误差达到0·8mm,是公差的4倍,整批齿条全部报废。
2)精度分析
本例中百分表每次的行程为一个齿距6·28mm,属绝对测量。现分析如下:JJG 34—1996《指示表(百分表和千分表)检定规程》规定有0级、1级两种, 0级的示值误差Δ示=0·014mm,回程误差Δ回=0·003mm,示值变动性Δ变=0·003mm,测杆受径向力对示值的影响Δ径=0·003mm。在安装
百分表时测杆不可能垂直定位面,但倾角不会很大,故Δ径对示值的影响可忽略不计,前三项将直接对测量结果产生影响,故0级百分表的测量不确定度为
在该齿条的加工过程中设齿距n个,百分表也要压缩n次。按国标规定取50个齿距进行累积误差测量,以0级百分表计算齿条的累积误差为: 0·0146×50=0·73mm。以1级百分表计算为0·021×50=1·05mm。与计算结果相比齿条累积误差为0·8mm也不奇怪。解决的办法就是如何正确使用百分表。
3)正确的使用方法
遇到用百分表做绝对测量时,尤其是本例中重复使用的情况下,一定要对百分表进行检定,确定其在6·28mm行程范围的示值误差是多少,再对齿距进行修正。其次,在安装百分表时,使测杆尽量在垂直面内和水平面内都垂直表头接触的定位面上。
由于千分表只有1mm的行程无法进行绝对测量,故另一种使用千分表定位的方法是,将6·28mm量块组与千分表联合定位进行比较测量,将会大大提高测量精度。
(陕西工业职业技术学院校办工厂□田俊成 张瑾纲 贺卫珍)
