| 标题 | 非标千分尺的设计及测量分析 |
| 范文 | 周汶生等 摘 要：本文介绍了一种使用简单且制造简便的用于单一测量大量程长度的自制非标量具。从自制量具的设计目地、思路、测量手法及注意事项等方面进行了分析，并与标准量具进行比较。最后制造并校正量具，投入生产，确实达到预期目标，收到满意效果。 关键词：自制量具；标准量具；非标；设计；要求 1 背景 为了保证产品质量，机器中的每一个零件，都必须根据图纸上规定的公差要求加以加工。仅仅依靠数控设备保证加工质量是远远不够的，必须借助于有一定精度的测量工具进行测量，并统一精度。对于大量程长度及中心距的测量，使用标准外径千分卡测量长度时，体积庞大，操作不便，成本过高。因此，需要设计一种使用简单和制造方便的非标量具。 2 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较及其制作过程 2.1 自制非标千分尺的设计要求 由于标准外径千分卡量程越大体积越大、操作不便，所以自制外径千分卡除了达到图纸基本的精度要求，还需具备以下要求： （1） 重量较标准尺为轻、测量时操作方便。 （2） 成本低廉，设计简易，可适应不同长度的要求。 哈尔滨量量具厂的标准千分尺实物及设计图如图1所示。 2.2 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较如表1所示。自制千分尺示意图如图2所示。 由表1可知，自制非标千分尺具有如下特点： （1） 重量较标准尺轻、测量时操作方便。 （2） 成本低廉，容易设计，可适应不同长度的要求。 （3） Q235-A料较为单薄，为保证精度，维护周期相对较短。 （4） 该设计对无缝管材质的均匀要求较高，尤其尺身中部刚性有较高要求。 （5） 对制造时千分尺工艺要求高，尤其是焊接等工艺。两侧头的同轴度亦较难保证。 2.3 自制非标千分尺设计及制作过程 2.3.1定型 先计算出所需长度（需要测量工件中心距尺寸以及孔的直径大小），算出非标千分尺需要测量的实际尺寸。由于微分头范围只有0～50 mm，统计可能需要用到此测量范围。如有两个尺寸相差范围只有0～50 mm，为了节约成本，可由一尺测量这两个长度。 2.3.2量块 量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长度标准，通过对计量仪器、量具和量规等示值误差的检定等方式，使机械加工中各种制成品的尺寸能够溯源到长度基准。 本次设计量块作为标准件，用来校准、调整非标千分尺的零位。得到所需测量长度，选取适应数量和尺寸的标准量块。 2.3.3选材 因为非标千分尺测量范围一般都在1500 mm以上，所以应选取刚性好、焊接方便的材料、焊接完成后焊接应力容易释放的材料。因此，我们选取Q235普通碳素结构钢，两头也选取Q235号钢钢板制作，方便焊接与退火。 2.3.4焊接 由于自制非标千分尺尺身较长，我们应该考虑到在纵向方向上采取框架式的结构来确保尺身纵向的刚性。另外，在横向上的刚性，我们只能采用减少尺身总量，减少横向两钢管的距离的方法确保使千分尺尺身结构坚固。在焊接过程中，尺身上的钢管不能采取拼接的方法，因为会严重影响尺身的刚性和直线度。同时，在框架焊接完成后要先对尺身钢管框架进行退火调平调直后才焊接两头测量臂，焊接两头测量臂的同时要保证两测量头的同心度。 2.3.5微分头 安装微分头要使用预热装法，将需安装的微分头与已留下过盈配合的支架进行安装。然后再用螺丝将微分头上紧。 2.3.6测砧 该尺的测砧、测头采用球式。但由于本千分尺为了测量长度及中心距离，与工件加工面接触，采用球式测砧和微分头更易找到的正确测量位置。测砧通过幼牙螺纹上紧，测砧调整时幼牙螺纹旋转一周行程较粗牙螺纹要短，使用幼牙螺纹较正时可以更容易达到精确的效果。 2.3.7安装后注意事项 尺身安装完成后，根据实际运用情况，要对非标千分尺做出相应的检验规程。同时，要进行校对后，才能正常使用。 3 自制非标千分尺的测量及校正调零手法分析 由于本尺属于自制量具为正方结构，所以非标千分尺的使用手法直接影响校正精度及使用精度。 3.1 不同方位对自制非标千分尺的测量手法 为了更好分析尺身的刚性变形对校对造成误差的影响，本文采取六个方位进行校对测量。 （1） 左平放测量 左平方测量即测量微分头在左侧，尺子平放在工作台上，操作者手拿量块对尺子进行校对。 （2） 右平放测量 右平放测量即测量微分头在右侧，尺子平放在工作台上，操作者手拿量块对尺子进行校对。 （3） 左竖立测量 左竖立测量即测量微分头在左侧，操作者手拿尺子竖起校对量块。 （4） 右竖立测量 右竖立测量即测量微分头在右侧，操作者手拿尺子竖起校对量块。 （5） 左抬尺测量 左抬尺测量即测量微分头在左侧，操作者手拿尺子平抬尺子校对量块。 （6） 右抬尺测量 右抬尺测量即测量微分头在右侧，操作者手拿尺子平抬尺子校对量块。 其测量数据结果如表2、3所示。 由表2可知，测量范围为1630 mm～1680 mm的外径千分尺，由于本身焊接过程中有拼接现象，尺身强度不够，因此，造成在校对过程中数据不稳定的现象。 由表3可知，测量范围为1420 mm～1470 mm的外径千分尺没有出现拼接现象，所以尺身稳定，校对数据在合格的范围内。因此，当尺子所测量范围越大，尺身平放时的刚性就越差，在平放使用尺子时误差就越大。而竖立使用尺子时由于尺身的方形结构，因此，刚性好，测量误差小。 3.2 校正较零 首先，要调整室温以及尺温为20 ℃，使用专业隔热工具去微调微分头，竖放自制千分尺，通过平台放入标准量块；然后，将微分头调至零线，通过微调测砧校正量块；其次，微松开微分头调至+0.05 mm，在标准室温内放置2 h以上。等微分头及尺身充分形变，再用微分头进行校零即可。这样能使尺身充分变形，消去温度对微分头及尺身的影响，完成校正。 4 结论 通过自制非标千分尺的使用，对于零件之间不配合的现象大大降低，目前基本没有发现因尺寸不匹配无法安装等问题。大大提高产品质量，确保了机器中的每一个零件，都能根据图纸上规定的公差要求进行制造。且其具有精度统一；重量较标准尺轻、测量时操作方便；大大减小了投入成本等优点，为以后的生产提供了便利。 参考文献 [1] 李新勇.机械制造检测技术手册，北京：机械工业出版社2012.1. [2] 李云.机械制造工艺及设备设计指导手册，北京：机械工业出版社2004.6 摘 要：本文介绍了一种使用简单且制造简便的用于单一测量大量程长度的自制非标量具。从自制量具的设计目地、思路、测量手法及注意事项等方面进行了分析，并与标准量具进行比较。最后制造并校正量具，投入生产，确实达到预期目标，收到满意效果。 关键词：自制量具；标准量具；非标；设计；要求 1 背景 为了保证产品质量，机器中的每一个零件，都必须根据图纸上规定的公差要求加以加工。仅仅依靠数控设备保证加工质量是远远不够的，必须借助于有一定精度的测量工具进行测量，并统一精度。对于大量程长度及中心距的测量，使用标准外径千分卡测量长度时，体积庞大，操作不便，成本过高。因此，需要设计一种使用简单和制造方便的非标量具。 2 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较及其制作过程 2.1 自制非标千分尺的设计要求 由于标准外径千分卡量程越大体积越大、操作不便，所以自制外径千分卡除了达到图纸基本的精度要求，还需具备以下要求： （1） 重量较标准尺为轻、测量时操作方便。 （2） 成本低廉，设计简易，可适应不同长度的要求。 哈尔滨量量具厂的标准千分尺实物及设计图如图1所示。 2.2 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较如表1所示。自制千分尺示意图如图2所示。 由表1可知，自制非标千分尺具有如下特点： （1） 重量较标准尺轻、测量时操作方便。 （2） 成本低廉，容易设计，可适应不同长度的要求。 （3） Q235-A料较为单薄，为保证精度，维护周期相对较短。 （4） 该设计对无缝管材质的均匀要求较高，尤其尺身中部刚性有较高要求。 （5） 对制造时千分尺工艺要求高，尤其是焊接等工艺。两侧头的同轴度亦较难保证。 2.3 自制非标千分尺设计及制作过程 2.3.1定型 先计算出所需长度（需要测量工件中心距尺寸以及孔的直径大小），算出非标千分尺需要测量的实际尺寸。由于微分头范围只有0～50 mm，统计可能需要用到此测量范围。如有两个尺寸相差范围只有0～50 mm，为了节约成本，可由一尺测量这两个长度。 2.3.2量块 量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长度标准，通过对计量仪器、量具和量规等示值误差的检定等方式，使机械加工中各种制成品的尺寸能够溯源到长度基准。 本次设计量块作为标准件，用来校准、调整非标千分尺的零位。得到所需测量长度，选取适应数量和尺寸的标准量块。 2.3.3选材 因为非标千分尺测量范围一般都在1500 mm以上，所以应选取刚性好、焊接方便的材料、焊接完成后焊接应力容易释放的材料。因此，我们选取Q235普通碳素结构钢，两头也选取Q235号钢钢板制作，方便焊接与退火。 2.3.4焊接 由于自制非标千分尺尺身较长，我们应该考虑到在纵向方向上采取框架式的结构来确保尺身纵向的刚性。另外，在横向上的刚性，我们只能采用减少尺身总量，减少横向两钢管的距离的方法确保使千分尺尺身结构坚固。在焊接过程中，尺身上的钢管不能采取拼接的方法，因为会严重影响尺身的刚性和直线度。同时，在框架焊接完成后要先对尺身钢管框架进行退火调平调直后才焊接两头测量臂，焊接两头测量臂的同时要保证两测量头的同心度。 2.3.5微分头 安装微分头要使用预热装法，将需安装的微分头与已留下过盈配合的支架进行安装。然后再用螺丝将微分头上紧。 2.3.6测砧 该尺的测砧、测头采用球式。但由于本千分尺为了测量长度及中心距离，与工件加工面接触，采用球式测砧和微分头更易找到的正确测量位置。测砧通过幼牙螺纹上紧，测砧调整时幼牙螺纹旋转一周行程较粗牙螺纹要短，使用幼牙螺纹较正时可以更容易达到精确的效果。 2.3.7安装后注意事项 尺身安装完成后，根据实际运用情况，要对非标千分尺做出相应的检验规程。同时，要进行校对后，才能正常使用。 3 自制非标千分尺的测量及校正调零手法分析 由于本尺属于自制量具为正方结构，所以非标千分尺的使用手法直接影响校正精度及使用精度。 3.1 不同方位对自制非标千分尺的测量手法 为了更好分析尺身的刚性变形对校对造成误差的影响，本文采取六个方位进行校对测量。 （1） 左平放测量 左平方测量即测量微分头在左侧，尺子平放在工作台上，操作者手拿量块对尺子进行校对。 （2） 右平放测量 右平放测量即测量微分头在右侧，尺子平放在工作台上，操作者手拿量块对尺子进行校对。 （3） 左竖立测量 左竖立测量即测量微分头在左侧，操作者手拿尺子竖起校对量块。 （4） 右竖立测量 右竖立测量即测量微分头在右侧，操作者手拿尺子竖起校对量块。 （5） 左抬尺测量 左抬尺测量即测量微分头在左侧，操作者手拿尺子平抬尺子校对量块。 （6） 右抬尺测量 右抬尺测量即测量微分头在右侧，操作者手拿尺子平抬尺子校对量块。 其测量数据结果如表2、3所示。 由表2可知，测量范围为1630 mm～1680 mm的外径千分尺，由于本身焊接过程中有拼接现象，尺身强度不够，因此，造成在校对过程中数据不稳定的现象。 由表3可知，测量范围为1420 mm～1470 mm的外径千分尺没有出现拼接现象，所以尺身稳定，校对数据在合格的范围内。因此，当尺子所测量范围越大，尺身平放时的刚性就越差，在平放使用尺子时误差就越大。而竖立使用尺子时由于尺身的方形结构，因此，刚性好，测量误差小。 3.2 校正较零 首先，要调整室温以及尺温为20 ℃，使用专业隔热工具去微调微分头，竖放自制千分尺，通过平台放入标准量块；然后，将微分头调至零线，通过微调测砧校正量块；其次，微松开微分头调至+0.05 mm，在标准室温内放置2 h以上。等微分头及尺身充分形变，再用微分头进行校零即可。这样能使尺身充分变形，消去温度对微分头及尺身的影响，完成校正。 4 结论 通过自制非标千分尺的使用，对于零件之间不配合的现象大大降低，目前基本没有发现因尺寸不匹配无法安装等问题。大大提高产品质量，确保了机器中的每一个零件，都能根据图纸上规定的公差要求进行制造。且其具有精度统一；重量较标准尺轻、测量时操作方便；大大减小了投入成本等优点，为以后的生产提供了便利。 参考文献 [1] 李新勇.机械制造检测技术手册，北京：机械工业出版社2012.1. [2] 李云.机械制造工艺及设备设计指导手册，北京：机械工业出版社2004.6 摘 要：本文介绍了一种使用简单且制造简便的用于单一测量大量程长度的自制非标量具。从自制量具的设计目地、思路、测量手法及注意事项等方面进行了分析，并与标准量具进行比较。最后制造并校正量具，投入生产，确实达到预期目标，收到满意效果。 关键词：自制量具；标准量具；非标；设计；要求 1 背景 为了保证产品质量，机器中的每一个零件，都必须根据图纸上规定的公差要求加以加工。仅仅依靠数控设备保证加工质量是远远不够的，必须借助于有一定精度的测量工具进行测量，并统一精度。对于大量程长度及中心距的测量，使用标准外径千分卡测量长度时，体积庞大，操作不便，成本过高。因此，需要设计一种使用简单和制造方便的非标量具。 2 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较及其制作过程 2.1 自制非标千分尺的设计要求 由于标准外径千分卡量程越大体积越大、操作不便，所以自制外径千分卡除了达到图纸基本的精度要求，还需具备以下要求： （1） 重量较标准尺为轻、测量时操作方便。 （2） 成本低廉，设计简易，可适应不同长度的要求。 哈尔滨量量具厂的标准千分尺实物及设计图如图1所示。 2.2 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较 自制非标千分尺与标准千分尺的特点比较如表1所示。自制千分尺示意图如图2所示。 由表1可知，自制非标千分尺具有如下特点： （1） 重量较标准尺轻、测量时操作方便。 （2） 成本低廉，容易设计，可适应不同长度的要求。 （3） Q235-A料较为单薄，为保证精度，维护周期相对较短。 （4） 该设计对无缝管材质的均匀要求较高，尤其尺身中部刚性有较高要求。 （5） 对制造时千分尺工艺要求高，尤其是焊接等工艺。两侧头的同轴度亦较难保证。 2.3 自制非标千分尺设计及制作过程 2.3.1定型 先计算出所需长度（需要测量工件中心距尺寸以及孔的直径大小），算出非标千分尺需要测量的实际尺寸。由于微分头范围只有0～50 mm，统计可能需要用到此测量范围。如有两个尺寸相差范围只有0～50 mm，为了节约成本，可由一尺测量这两个长度。 2.3.2量块 量块是由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的高精度量具，其长度为计量器具的长度标准，通过对计量仪器、量具和量规等示值误差的检定等方式，使机械加工中各种制成品的尺寸能够溯源到长度基准。 本次设计量块作为标准件，用来校准、调整非标千分尺的零位。得到所需测量长度，选取适应数量和尺寸的标准量块。 2.3.3选材 因为非标千分尺测量范围一般都在1500 mm以上，所以应选取刚性好、焊接方便的材料、焊接完成后焊接应力容易释放的材料。因此，我们选取Q235普通碳素结构钢，两头也选取Q235号钢钢板制作，方便焊接与退火。 2.3.4焊接 由于自制非标千分尺尺身较长，我们应该考虑到在纵向方向上采取框架式的结构来确保尺身纵向的刚性。另外，在横向上的刚性，我们只能采用减少尺身总量，减少横向两钢管的距离的方法确保使千分尺尺身结构坚固。在焊接过程中，尺身上的钢管不能采取拼接的方法，因为会严重影响尺身的刚性和直线度。同时，在框架焊接完成后要先对尺身钢管框架进行退火调平调直后才焊接两头测量臂，焊接两头测量臂的同时要保证两测量头的同心度。 2.3.5微分头 安装微分头要使用预热装法，将需安装的微分头与已留下过盈配合的支架进行安装。然后再用螺丝将微分头上紧。 2.3.6测砧 该尺的测砧、测头采用球式。但由于本千分尺为了测量长度及中心距离，与工件加工面接触，采用球式测砧和微分头更易找到的正确测量位置。测砧通过幼牙螺纹上紧，测砧调整时幼牙螺纹旋转一周行程较粗牙螺纹要短，使用幼牙螺纹较正时可以更容易达到精确的效果。 2.3.7安装后注意事项 尺身安装完成后，根据实际运用情况，要对非标千分尺做出相应的检验规程。同时，要进行校对后，才能正常使用。 3 自制非标千分尺的测量及校正调零手法分析 由于本尺属于自制量具为正方结构，所以非标千分尺的使用手法直接影响校正精度及使用精度。 3.1 不同方位对自制非标千分尺的测量手法 为了更好分析尺身的刚性变形对校对造成误差的影响，本文采取六个方位进行校对测量。 （1） 左平放测量 左平方测量即测量微分头在左侧，尺子平放在工作台上，操作者手拿量块对尺子进行校对。 （2） 右平放测量 右平放测量即测量微分头在右侧，尺子平放在工作台上，操作者手拿量块对尺子进行校对。 （3） 左竖立测量 左竖立测量即测量微分头在左侧，操作者手拿尺子竖起校对量块。 （4） 右竖立测量 右竖立测量即测量微分头在右侧，操作者手拿尺子竖起校对量块。 （5） 左抬尺测量 左抬尺测量即测量微分头在左侧，操作者手拿尺子平抬尺子校对量块。 （6） 右抬尺测量 右抬尺测量即测量微分头在右侧，操作者手拿尺子平抬尺子校对量块。 其测量数据结果如表2、3所示。 由表2可知，测量范围为1630 mm～1680 mm的外径千分尺，由于本身焊接过程中有拼接现象，尺身强度不够，因此，造成在校对过程中数据不稳定的现象。 由表3可知，测量范围为1420 mm～1470 mm的外径千分尺没有出现拼接现象，所以尺身稳定，校对数据在合格的范围内。因此，当尺子所测量范围越大，尺身平放时的刚性就越差，在平放使用尺子时误差就越大。而竖立使用尺子时由于尺身的方形结构，因此，刚性好，测量误差小。 3.2 校正较零 首先，要调整室温以及尺温为20 ℃，使用专业隔热工具去微调微分头，竖放自制千分尺，通过平台放入标准量块；然后，将微分头调至零线，通过微调测砧校正量块；其次，微松开微分头调至+0.05 mm，在标准室温内放置2 h以上。等微分头及尺身充分形变，再用微分头进行校零即可。这样能使尺身充分变形，消去温度对微分头及尺身的影响，完成校正。 4 结论 通过自制非标千分尺的使用，对于零件之间不配合的现象大大降低，目前基本没有发现因尺寸不匹配无法安装等问题。大大提高产品质量，确保了机器中的每一个零件，都能根据图纸上规定的公差要求进行制造。且其具有精度统一；重量较标准尺轻、测量时操作方便；大大减小了投入成本等优点，为以后的生产提供了便利。 参考文献 [1] 李新勇.机械制造检测技术手册，北京：机械工业出版社2012.1. [2] 李云.机械制造工艺及设备设计指导手册，北京：机械工业出版社2004.6 |
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