工艺设计过程中量检具的选用和检测方法

发布日期：(2022/2/26)   点击次数：491

                             工艺设计过程中量检具的选用和检测方法

贾天社

前  言

机械制造过程中加工方法的选择具有多样性。加工方法确定后，检验工具的选择也是个重要问题，因为检测方法及工具的选用也具有多样性。它不但影响产品质量，更重要的是影响工作效率，进而影响制造成本。

为了在保证质量的前提下，以尽快的速度、尽量低的成本，完成生产作业，特在此就工艺设计过程中检验所用工具有关问题与业内同仁一起探讨和分享。

一、检验工具及其类别

1.概述

量具是用固定形式复现量值的计量器具。它是一种专业测量工具，如光滑塞规、螺纹塞规、外径卡规、游标卡尺、深度尺等。量具有通用的，有特殊的，有专业的。

检具是机械制造企业用于控制产品各种尺寸（例如孔径、空间尺寸等）的简捷工具，它以提高生产效率和控制产品质量为目的，适用于大批量生产的产品。检具也是一种量具，是一种非标的量具，是专门针对某种检测特性制作的量具。

量检具有各种类型，可以分为标准量具、通用量具和专业量具，也可分为孔用量具、轴用量具、螺纹量具、齿轮量具等。机械制造业所用量具一般可分为量具、量规、量仪。

由于检具也属于量具的范畴，所以下面把量检具统称为量具来讨论和分享。

2.量具

量具是指用来测量或检验零件尺寸的器具，结构比较简单，能直接指示出

长度的单位、界限。

量具按用途可分为基准量具（如量块、多面棱体等）、通用量具（如铸铁平板、铸铁平台、检验平板、划线平板、铆焊平板、装配平板、大理石平板、平台、V型块、量棒、卡规、卡板、塞规、环规、塞尺、钢直尺、游标卡尺、深度尺等）、测量量具（如角尺、正弦规、万能量角尺、圆锥量规、7：24锥度检验棒、角度量块等）等。此外还有：检测几何形状与相互位置的量具（铸铁平板、铸铁平台、样板尺等）、检测表面光洁度的量具（光洁度样板）、检测螺纹的量具（三针、螺纹百分尺和螺纹塞规、螺纹环规等）、检测齿轮的量具（公法线千分尺、齿轮跳动检查仪、齿厚游标卡尺）和专用量具。各种形式的量具都具有一个共同点，即它们必须具有：检测、比较、显示标准值和被测之间的差别等三个基本功能，其它的一些功能可以满足多样化的需要。

3.量规

光滑圆柱极限量规、锥体量规、位置量规、专用量规（螺纹量规、轴用量

规、孔用量规、键和花键量规）等都是量规。

4.量仪

量仪是指用来测量零件或检定量具的仪器，结构比较复杂。它是利用机械、光学、气动、电动等原理，将长度单位放大或细分的测量器具，例如三坐标测量仪、高度测量仪、粗糙度测量仪、投影仪、气动量仪、电感式测微仪、立式接触干涉仪、测长仪和万能工具显微镜等。量仪按用途可分为基准量仪（如激光光波比较仪、光波干涉比较仪、立式光学计等）、通用量仪（如百分表、千分表、杠杆百分表、测微仪、测长仪、光较仪等）和测量量仪（水平仪、光学分度头、光学测角仪和光学合像水平仪等）。此外还有：

检测几何形状与相互位置的量仪——偏摆检查仪、圆度仪和平直度测量仪等。

检测表面光洁度的量仪——干涉显微镜、轮廓仪和光切显微镜等。

检测螺纹的量仪——螺距测量仪、丝杠测量仪等。

  检测齿轮的量仪——渐开线齿形检查仪、周节检查仪、基节仪、齿向检查仪、单面啮合检查仪等。

 量仪按其工作原理还可以分为：

  机械量仪：利用杠杆、齿轮、弹簧等作为传动放大机构，通过读数装置表现出来的一种测量仪器。

光学量仪：利用光的反射原理所构成的光学杠杆放大作用所制成的测量仪器。

 气动量仪：利用压缩空气流过零件表面时压力或空气流量变化的原理所构成的测量仪器。

 电动量仪：将长度尺寸的变化转变为电感、电容等电量变化的测量仪器。

 二、工艺设计过程中选用测量工具应考虑的问题

工艺设计过程中选用测量工具，我认为应从以下几个方面考虑：

1.产品是试制产品还是成熟产品，成熟产品批量有多大？以后发展趋势如何？这是首先考虑的问题。

如果是试制产品，就从现有测量工具中选合适的、能保证测量精度的量具，不考虑生产效率和使用是否方便等问题。如果是成熟产品，且有一定批量，以后要长期批量生产，则要视具体情况，考虑使用专用量具的可能。特别是在为了提高生产效率而进行工艺设计改进（整顿）的情况下，就要重点考虑使用专用量具的问题。

2.生产批量：生产批量大的，要考虑专用量具；没有批量，就用通用量具，尽量选用现有量具。这同上面是同一类考虑和处理的思路。

3.检测的难易程度：盛翼机械没有大型零件，主要是批量比较大的复杂零件中的难以检测要素。对于这些批量大的难以检测的要素，尽量选用专用量具。

4.检测的经济性、方便性。选用量具时，还要考虑检测的方便性和经济性。一般来说，检测仪器都属于高级测量工具，如万能工具显微镜、投影仪、三坐标测量仪等。这些检测仪器虽然检测精度高，适应面广，但使用代价高，操作难度大，检测耗费时间长，而且不能在生产现场和工序检测台上测量，使用也不方便，不适宜批量大的检测要素的测量，不应作为首选对象。

5.测量精度，适用范围。

测量工具一般都有测量精度和测量范围。例如游标卡尺，他的测量精度一般是0.02mm,测量长度有150mm、300mm、500mm、1000mm等。要根据被检零件的精度和长度（高度、深度）选用合适的卡尺。

测量工具选用的一般原则应该是：宁短勿长，宁简勿繁，宁通勿专，经济方便，满足精度。

三、机械制造过程中常用量具及其使用

1.游标卡尺：游标标卡尺是一种可以对工件长度、内径（孔）、外径（轴）以及深度进行测量的通用量具。游标卡尺由主尺和游标两部分构成，游标附在

主尺上，能够在主尺上左右滑动。主尺和游标上各有一副活动量爪，分别对内径和外径进行测量，尾部的测量杆可以对深度进行测量。读数时取主尺上读数与游标上的读数之和，最小可精确到0.02毫米，选用时主要考虑合适长度。

2.螺旋测微器（千分尺）：螺旋测微器是对工件长度进行测量的量具，它比游标卡尺更为精密，可以精确到0.01毫米，估读到0.001毫米，故也成为千分尺。螺旋测微器的测量范围很小，通常只有几个厘米。它由框架、固定套管、活动套管、测量螺杆、旋钮和微调旋钮几部分构成，螺套的螺距为0.5毫米，活动套管和螺杆连成一体，其周边等分成50个分格。螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5mm的刻线去测量，不足一圈的部分通过活动套管周边的刻线来进行测量，最终在精确测量结果的基础上估读一位小数。

3.万能角度尺：万能角度尺是在机械加工中对工件内、外角度进行测量的量具，其外角量程在0度到320度范围；内角量程在40度到130度范围。万能角度尺由主尺和游标构成，主尺刻线每格为1度，游标的刻线则是取主尺的29度，并将其等分为30格，故游标刻线每格为29/30度，读数精确度可以精确到1/30度，即2分。

4.针规：针规是在机械电子加工中，对工件孔径、孔距、内螺纹小径、弯曲槽宽及模具尺寸等进行测量的量具，也可以检查卡尺和千分尺精度。

              

针规常用于检查位置，测量孔的尺寸，检查两孔距，也可以当作通止规及测量孔的深度来使用。由于针规是使用国际先进的激光检测仪检测工件，广泛适用于电子板、线路板、模具、精密机械制造等各种高精尖的技术领域，因此也被视为是孔的标准化检测的必备检具。鉴于针规的广泛应用，在此重点作以介绍。

根据材料，针规的规格有:钨钢针钢,陶瓷针规,带手柄针规；根据尺寸单位有公制针规,英制针规。

针规使用前注意除去防锈油、灰尘、附着物，确认有无缺损、磨耗、生锈。使用时不要同时取出许多支，易混。使用针规时应戴纱手套或胶指套才可拿取,

防止手汗腐蚀针规。每次使用针规前需检查其是否仍在有效校正期内。

针规使用时,左手拿被测零件,右手拿针规,对准零件圆孔位置垂直轻轻插入, 不要强拧、强压。使用时切忌用力猛插,防止损坏针规及测量数据不准确。

不可测量到水或有腐蚀性的零件,以防针规被腐蚀生锈而不能使用。

选择针规时,根据图纸上被测零件孔径大小,在直径范围内首先选择规格最小的针规。如孔径为Ø3.00+0.005mm,应该先用2.950的针规试，2.950的针规可入则依次选择较大的针规测试；如2.950的针规不可入，则选择较小的针规测试。

读针规的数据时,按照针规表面标有的数值读出即可。用针规测量的数应该是一个范围值, 即可入的做到值和不可入的最小值。如孔径为Ø3±0.05mm，

用2.950的针规测试可入,而用2.975的针规不可入,那么此孔的直径为2.950-2.975mm,作业记录为2.950(可入)-2.975(不可入)。另外,此孔如用比3.050大的针规可入或比2.950小的不可入,则此孔为不合格。

针规用完后应放入有防锈油的小瓶内，妥善保管。要定期擦上防锈油,防止氧化生锈。

5.杠杆百分表：

杠杆百分表是一种量程很小的量具，其测量范围不超过1毫米，分度值为0.01毫米。这种量具采用对称刻度的表盘，体积小、精度，适用于对工件形位误差、实际尺寸以及小孔、凹槽、孔距、坐标尺寸等进行测量。杠杆百分表在使用时应注意使测量运动方向与测头中心线垂直，以免产生误差。

6.量规（量环、量规）：

量规是一种结构简单的长度测量工具，通常是一些具有准确尺寸和形状的实体，如圆锥体、圆柱体、块体、平板、尺和螺纹件等。但是量规不能指示量值，只能根据与被测工件的配合间隙、透光程度、着色程度或者能否通过被测件等条件来判断被测长度是否合格。量规控制的是尺寸或规格的上下限,一般包含全部的公差带。常用的量规有量块、角度量块、多面棱体、正弦规、直尺、平尺、平板、塞尺、平晶和极限量规等 。鉴于量规应用广泛，特作重点介绍。

         

A．   量规的分类：量规按用途分为三类：

（1）工作量规：在零件的制造过程中，生产工人检验用的量规。工作量规有通规（用代号“T”表示）和止规（用代号“Z”表示）。通规的尺寸等于被检零件的最大实体尺寸MMS，止规的尺寸等于被检零件的最小实体尺寸LMS。

（2）验收量规：检验部门或用户代表在验收产品时所用的量规。验收量规也有通规和止规。

（3）校对量规：检验工作量规和验收量规用的量规。

检验轴用量规通规的校对量规，称为 “校通”---“通“量规，用代号“TT”表示；检验轴用量规止规的校对量规，称为 “校止”---“通“量规，用代号“ZT”表示。检验轴用量规通规磨损极限的校对量规称为“校通---损”量规，用代号“TS”表示。

                

B．量规的使用：

（1）用量规检验工件通常有通止法、着色法、光隙法和指示表法。

①通止法：利用量规的通端和止端来控制工件尺寸，使之不超出公差带。如测量孔径时，若光滑塞规的通端通过而止端不通过，则孔径是合格的。利用通止法检验的量规也称极限量规, 常见的极限量规还有螺纹塞规、螺纹环规和卡规等。

②着色法：在量规工作表面上薄薄涂上一层适当的颜料（如普鲁士蓝或红丹粉），然后用量规表面与被测表面研合。被测表面的着色面积大小和分布均

匀程度表示其误差。例如用圆锥量规检验机床主轴锥孔和用平尺检验机床导轨直线度等。

③光隙法：使被测表面与量规的测量面接触，后面放光源或采用自然光。当间隙小至一定程度时，由于光学衍射现象使透光成为有色光,间隙至0.5微米时还能看到透光。根据透光的颜色可判断间隙大小。间隙大小和不均匀程度即表示被测尺寸、形状或位置误差的大小，例如，用直尺检验直线度,用角尺和平板检验垂直度等。

④指示表法：利用量规的准确几何形状与被测几何形状比较，以百分表或测微仪等指示被测几何形状误差。例如用平板和百分表等测量尺形工件的。

（2）量规的正确操作方法为：“轻”“正”“冷”“全”四个字。

轻：就是使用量规时要轻拿轻放,稳妥可靠;不能随意丢掷;不要与

工件碰撞,工件放稳后再来检验;检验时要轻卡轻塞,不可硬卡硬塞。

正：就是用量规检验时,位置必须放正,不能歪斜,否则检验结果不会可靠.

冷：就是当被检工件与量规温度一致时才能进行检验,而不能把刚加工完还发热的工件进行检验;精密工件应与量规进行等温.

全：就是用量规检验工件要全面,才能得到正确可靠的检验结果,塞规通端要在孔的整个长度上检验,而且还要在2或3个轴向平面内检验;塞规止端要尽可能在孔的两端进行检验.卡规的通端和止端,都应沿轴和围绕轴不少于4个位置上进行检验。

（3）使用光滑极限量规检验工件,如判定有争议时,应该使用下述尺寸的量

规检验：

通端应等于或接近工件的最大实体尺寸（即孔的最小极限尺寸,轴的最大极限尺寸）;止端应等于或接近工件的最小实体尺寸（即孔的最大极限尺寸,轴的最小极限尺寸）.

（4）使用注意事项

量规是一种精密测量器具,使用量规过程中要与工件多次接触,如何保持量规的精度,提高检验结果的可靠性,这与操作者的关系很大,因此必须合理正确地使用量规。

使用前,要认真地进行检查.先要核对图纸,看这个量规是不是与要求的检验尺寸和公差相符,以免发生差错,造成大批废品.同时要检查量规有没有检定合格的标记或其他证明.还要检查量规的工作表面上是否有锈斑,划痕和毛刺等缺陷,因为这些缺陷容易引起被检验工件表面质量下降,特别是公差等级和表面粗糙度较高的有色金属工件更为突出.还要检查量规测头与手柄联结是否牢固可靠.最后还要检查工件的被检验部位（特别是内孔）,是否有毛刺,凸起,划伤等缺陷。  

使用前,要用清洁的细棉纱或软布,把量规的工作表面擦干净,允许在工作表面上涂一层薄油,以减少磨损。使用前,要辨别哪是通端,哪是止端,不要搞错.

若塞规卡在工件孔内时,不能用普通铁锤敲打,扳手扭转或用力摔砸,否则会使塞规工作表面受到损伤.这时要用木,铜,铝锤或钳工拆卸工具（如拔子或推压器）,还要在塞规的端面上垫一块木片或铜片加以保护,然后用力拔或推出来.必要时,可以把工件的外表面稍微加热后,在把塞规拔出来.

当机床上装夹的工件还在运转时,不能用量规去检验。

不要用量规去检验表面粗糙和不清洁的工件。

量规的通端要通过每一个合格的工件,其测量面经常磨损,因此,量规需要定期检定.对工作量规,当塞规通端接近或超过其最小极限,卡规（环规）的通端接近或超过其最大极限尺寸时,工件量规要改为验收量规来使用.当验收量规接近或超过磨损限时,应立即报废,停止使用。

C.量规的保存：

①不要把两个量规的工作表面配合在一起保存（如塞规和环规套在一起），否则两个工作表面会相互胶合，加外力分 开时会受到不必要的损伤。

②量规使用完毕，要用清洁的棉纱或软布擦干净，放在专用木盒内，然后收存到工具柜里；片形量规也可以挂在工具柜里。如果天气潮湿或隔一段时间才能使用时，擦干净后在涂上一层无酸凡士林或防锈油。保管量规的地方必须干燥。

③量规要定期检查，一般检查周期为6-12个月。

④不论是经常使用的量规还是不经常使用的量规，都要定期进行外部检查，看有没有损伤、锈蚀或变形。假如，发现量规开始生锈，应及时放进汽油内浸泡一段时间，再取出仔细擦干净，并涂上防锈油。 

⑤使用期间，要把量规放在适当的地方，如工具柜的台面上或机床不动部分的木垫板上，不要放在机床刀架上或机床导轨上，以免造成损坏。

D．两种常用量规

螺纹量规通规：模拟被测螺纹的最大实体牙型,检验被测螺纹的作用中径是

否超过其最大实体牙型的中径,并同时检验底径实际尺寸是否超过其最大实体尺寸。

检验方法:普通螺纹是多参数要素,有两类检测方法:综合检验和单项检验。

综合检验就是用量规对影响螺纹互换性的几何参数偏差的综合结果进行检验.其中包括:使用普通螺纹量规和止规分别对被测螺纹的作用中径（含底径）和单一中径进行检验;使用光滑极限量规对被测螺纹的实际顶径进行检验.如果被测螺纹能够与螺纹通规旋合通过,且与螺纹止规不完全旋合通过（螺纹止规只允许与被测螺纹两段旋合,旋合量不得超过两个螺距）,就表明被测螺纹的作用中径没有超过其最大实体牙型的中径,且单一中径没有超出其最小实体牙型的中径,那么就可以保证旋合性和连接强度,则被测螺纹中径合格，否则不合格。螺纹中径就是螺纹的公称直径,即一般所说的螺纹“M**”里的*代表的数值,它是一个介于大径（外螺纹为牙顶的直径,内螺纹为牙底直径）和小径（同大径含义相反）之间的一个直径。最大实体牙型,就是螺纹的牙型, 制造出来能达到的最大实体,即实际加工制造出来的比理论设计时,在误差范围能且在体积上能达到的最大值的状态。轴类零件（外螺纹）的最大实体尺寸体直径上,就是轴的直径大于设计尺寸;孔内零件（内螺纹）的最大实体尺寸体直径上,就是孔的直径小于设计尺寸.

锥度塞规：主要用于检验产品的大径,锥度和接触率,属于专用综合检具。锥度塞规可分为尺寸塞规和涂色塞规两种。

锥度塞规涂色检验方法： 检验内锥孔,首先要有锥度塞规,也就是一个标准的外圆锥度量规。将红丹或蓝油均匀涂抹2-4条线在塞规上,然后将塞规插入

内锥孔对研转动60°∽120°，抽出锥度塞规看表面涂料的擦拭痕迹,来判断

内圆锥的好坏,接触面积越多, 锥度越好,反之则不好。

一般用标准量规检验锥度接触要在75%以上，而且靠近大端。涂色法只能用于精加工表面的检验。

7.塞尺：塞尺又称测微片或厚薄规，这是一种用于检验间隙的量器。其横截面为直角三角形，在斜边上标有刻度，利用锐角的正弦函数关系，将短边的长度直接表示在斜边上，这样就可以直接读出被测缝的尺寸了。

    8. R规： R规是一种专用量具，它不能指示数值，只能把零件的R值与R规所代表的R值进行比对，来判断是否符合要求。

9.三坐标测量仪：三坐标测量仪又称为三坐标测量机或三坐标量床，这是一种在六面体空间内，测量工件的几何形状、长度及圆周分度等参数的量具。它可以定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器”，可以在三个相互垂直的导轨上移动，通过接触或非接触的方式传递讯号，经数据处理器或计算机等计算出工件的各点的坐标。三坐标测量仪可以用于测量工件的尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

10.（铸铁）检验平板、（铸铁）检验平台、圆检棒、钢制工型小平尺、等高块、V型块等，对于机械制造企业来说，都是检验经常用到的必不可少的检验工具。有了这些工具，有些检验方法实施起来就很方便了。

四、形状和位置公差检测规定

  形状和位置公差的测量，在GB1958—80《形状和位置公差检测规定》中都有规定，这个在此就不做赘述。请大家抽时间认真学习一下GB1958—80《形状和位置公差检测规定》这个标准，会有很大益处和收获的。需要补充说明的是，该标准对每一种形状和位置公差，都规定了若干种测量方法，需要结合实际，选用其中一种简便有效可行的方法投入到生产实际中去发挥作用，即解决了要素测量问题，还要使资金投入最少，这才是高超的工艺科技人才。

五、 几种检测方法及其所用量检具

下面分享几种形位公差的测量方法和所用检验工具，主要目的是给出测量这类形位公差的一种思路，具体工作中按照这种思路举一反三的思考，去解决实际中的具体问题。

1.直线度测量（图1和图2）

图1实例是利用平尺或者刀口尺，配合使用塞尺（厚薄规）测量直线度误差的示意图。将平尺或刀口尺与被测素线直接接触，并使两者之间最大间隙为最小，此时的最大间隙即为该条被测素线的直线度误差。按这种方法测量若干条素线，取其中最大的误差值作为被测零件的直线度误差。

             

图1.用平尺（或刀口尺）和塞尺测直线度           图2.   用综合量规测量直线度

图2是利用综合量规测量直线度的示意图。综合量规的直径等于被测零件的实效尺寸，而且综合量规必须通过被测零件。

2.平面度的测量

图3.平面度的测量

图3所示平面度的测量，是将被测零件支承在平板上，调整被测表面最远三点，使其与平板等高；按一定的布点测量被测表面，同时记录读数；一般可用指示器最大与最小读数的差值近视的作为平面度误差（盛翼机械都是小零件，完全可以如此）。对于大型零件的面积较大的零件，可以根据所记录的数据，用计算法（或图解法）按最小条件计算平面度误差。

3.轴线Ⅱ对轴线Ⅰ的垂直度（附图4）

附图4. 轴线Ⅱ对基准轴线Ⅰ的垂直度

4.斜面B对基准面A的平行度（附图5）

     

附图5  斜面B对基准面A的平行度         附图6  端面对孔的垂直度

5. 端面A对B孔的垂直度（附图6）

6. A面对B孔的垂直度（7）

  

   

附图7  A面对B孔的垂直度

六、 几种常用专用量具及其设计使用

在球赛下注（中国）有限公司官网公司产品制造过程中，槽宽的测量、两槽间距离的测量、深度和高度的测量、角度的测量、圆弧的测量、梯形螺纹的测量等经常会遇到。这些测量有的用通用量具可以容易解决，有的是难以用通用量具测量的，必须用三坐标测量仪或高度仪测量，从而使生产不方便或提高制造成本，生产效率低下。若能用简单的专用量具测量，则方便生产，大大的提高效率，降低成本。

本文以附件形式，介绍一些专用量具的设计、使用场合及其测量方法，供有兴趣者参考。该附件将另文编写，需要者可申请使用。