量规是根据与被测件的配合间隙、透光程度或者能否通过被测件等来判断被测长度是否合格的长度测量工具。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。
量规按检测对象分为光滑圆柱极限量规、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。
按照工作用途,量规又分为以下三种:
1)工作量规,是在生产中使用的量规,通规用代号T表示,止规用代号Z表示。通常使用新的或者磨损较少的量规作为工作量规。
2)验收量规,是检验部门(检验科)或用户验收产品(零件)时使用的量规。
3)校对量规,是用于校对工作的量规。轴用量规在制造或使用过程中常会发生碰撞变形,且通规经常通过零件易磨损,所以要定期校对。孔用量规虽也需定期校对,但它能很方便地用通用量仪检测,故不规定专用的校对量规。
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,如图4-21所示。
2)光隙法,是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0.5μm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,用刀口形角尺和平板检验垂直度(图4-22)等。
图4-21 极限量规
a)光滑圆柱塞规 b)螺纹塞规 c)螺纹环规 d)卡规
3)着色法,是在米制量规工作表面上薄薄地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不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的直线度等。
4)指示表法,是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误差。例如,用平板和百分表等测量尺形工件的直线度误差,用正弦规、平板和测微仪测量角度等。
图4-22 用光隙法检验垂直度
卡规属于光滑极限量规的一种,是没有刻度的定尺寸专用量规,用于检验轴径及长方形、多边形等的外尺寸。卡规的上极限尺寸一端叫作通端,下极限尺寸一端叫作止端。检验工件时,只有通规能通过工件而止规通不过才表示工件合格,否则不合格,如图4-23所示。
图4-23 卡规的检验方法
检验工件轴径的量规按标准来推荐不同的型式,尺寸小于100mm时,通规应为全形环规;尺寸大于100mm时,通规可为不全形卡规。止规型式均为卡规。
下面利用双头卡规说明卡规的工作原理。图4-24所示是一种双头卡规,其工作表面是平面。卡规的一端为通规,它的开挡尺寸等于被检验轴的上极限尺寸;另一端为止规,其开挡尺寸是被检验轴的下极限尺寸。
检验工件时,如通规能够通过,表示轴径小于上极限尺寸;反之,表示轴径大于下极限尺寸。
图4-24 卡规的工作原理
常见卡规的结构型式有单头卡规(图4-25a)和双头卡规(图4-25b),前者的使用范围为1~80mm,后者的使用范围为3~10mm。
图4-25 卡规的结构型式
a)单头卡规 b)双头卡规
1)当被测件的轴线呈水平状态时,对于公称尺寸小于100mm、质量小于100g的卡规,只允许稍加压力(外加压力和卡规本身质量的总和不应超过100g)。也就是说其测量力是卡规质量的一部分,测量时应尽量减少卡规本身的一部分质量。为减少这部分质量所需施加的力,应标注在卡规上;对于公称尺寸大于100mm、质量超过100g的卡规,不加任何压力,测量力等于卡规的质量,应该轻轻地握着卡规,使卡规的通端用它本身的质量在工件上滑过,止端只能和被测轴的一面接触而不滑过。
检验时,如果被测轴通过卡规的“通”端,而通不过卡规的“止”端,说明该轴尺寸合格;如果被测轴通不过卡规的“通”端,则说明轴的尺寸不合格;如果卡规的“通”端和“止”端都能从轴上通过,说明该轴的直径太小。
2)当被测件的轴线呈垂直状态时,卡规无论规格大小,用手操作时,都不需施加很大的力。为控制形状误差,要在同一径向截面内不少于4个位置上检验,要求每个位置都合格才算合格。
3)应当端正地拿着卡规,并垂直于被测工件的轴线进行测量。测量时卡规的测量面要平行于被测工件的轴线,不得歪斜。
4)使用卡规时,应该手握绝热护板,防止手上的热量传到卡规上。
塞规是一种量具,常用的有圆孔塞规和螺纹塞规。圆孔塞规可做成最大实体尺寸和最小实体尺寸两种。
圆孔塞规做成圆柱形状,两端分别为通端和止端,用来检查孔的直径。
螺纹塞规是测量内螺纹尺寸正确性的工具,可分为粗牙普通螺纹塞规、细牙普通螺纹塞规和管螺纹塞规三种。
下面以单头全形塞规(图4-26)说明其工作原理。塞规的工作表面为圆柱形,一端为通规,其尺寸等于被检验孔的下极限尺寸;另一端为止规,其尺寸等于被检验孔的上极限尺寸。
与卡规的工作原理相仿,塞规也是通过通规和止规把被测孔的尺寸控制在允许的公差范围内。
图4-26 塞规的工作原理
常见塞规的结构型式,除单头全形塞规之外,生产中常用的还有锥柄圆柱塞规(图4-27a),其使用范围是1~50mm;单头非全形塞规(图4-27b),其使用范围是80~180mm;片形塞规(图4-27c),其使用范围是18~315mm;以及测量大孔径的球端杆规(图4-27d),其使用范围是315~500mm等。
图4-27 常见的塞规形式
a)锥柄圆柱塞规 b)单头非全形塞规 c)片形塞规 d)球端杆规
用全形塞规检验垂直位置的被测孔时,应从上面检验。用手拿住塞规的柄部,凭塞规本身的质量,让通规滑进孔中。对于水平位置的被测孔,要顺着孔的轴线,把通规轻轻地送入孔中。通规顺利地进入被测孔为合格(不允许用力把塞规往孔里推或边旋转边往里推)。
当用不全形塞规检验孔径时,应在两个轴向平面通过工件;用片形塞规检验工件时,至少要在孔的两个垂直的直径方向上检验。只有达到上述要求,并能使通规顺利地进入孔径时,才认为通规检验合格。
用塞规的止规检验工件时,只有将止规的倒角部分放在孔口边缘上,而工作表面塞不进去,才表示止规检验合格。如果是通孔,还须从孔的两端进行检验。
用塞规检验工件时,必须将通规和止规联合使用,并且分别检验合格时,才可认为被测工件合格。
螺纹量规又称螺纹通止规,通常用来检验判定螺纹的尺寸是否正确,可分为粗牙普通螺纹量规、细牙普通螺纹量规和管螺纹量规三种。由于螺纹尺寸由螺纹直径与螺距组成,所以通常在选用螺纹量规时要知道检验的螺纹规格。
螺纹量规分为螺纹塞规(图4-28a)和螺纹环规(图4-28b)。
螺纹塞规用于测量内螺纹尺寸,螺纹环规用于测量外螺纹尺寸,通端(T)和止端(Z)各一件。止端环规在外圆柱面上有凹槽。当尺寸在100mm以上时,螺纹环规制成双柄螺纹环规型式。
图4-28 螺纹量规
a)螺纹塞规 b)螺纹环规
1)选择螺纹量规时,应选择与被测螺纹相匹配的规格。
2)使用前,先清理干净螺纹量规和被测螺纹表面的油污、杂质等。
3)使用时,使螺纹量规的通端/止端与被测螺纹对正后,用大拇指与食指转动螺纹量规或被测零件,使其在自由状态下旋转。通常情况下(无被测零件的螺纹的图示说明时),螺纹量规(通端)的通规可以在被测螺纹的任意位置转动,通过全部螺纹长度则判定为合格,否则为不合格;在螺纹量规(止端)的止规与被测螺纹对正后,旋入螺纹长度在两个螺距之内止住为合格,不可强行用力通过,否则判为不合格(有被测零件的图示说明时,应按照图示说明做判定)。
4)检验工件时旋转螺纹量规不能用力拧,用三只手指自然顺畅地旋转,止住即可,螺纹量规退出工件最后一圈时也要自然退出,不能用力拔出螺纹量规,否则会影响产品检验结果的误差,并造成螺纹量规的损坏。
5)使用完毕后,及时清理干净螺纹量规的通端(止端)的表面附着物,并将其存放在工具柜的量具盒内。
成组塞尺是由一组具有不同厚度级差的薄钢片组成的量具(图4-29),用于测量间隙尺寸。
成组塞尺一般用不锈钢制造,最薄的为0.02mm,最厚的为1.00mm,在0.02~0.1mm间,各钢片厚度级差一般为0.01mm;自0.15~1.0mm间,各钢片的厚度级差一般为0.05mm。最外层是保护板。
图4-29 成组塞尺
成组塞尺的片数、塞尺长度及组装顺序见表4-8。
表 4-8 成组塞尺的片数 、 塞尺长度及组装顺序
1)先将要测量工件的表面清理干净,不能有油污或其他杂质,必要时用磨石清理。
2)形成间隙的两工件必须相对固定,以免因松动导致间隙变化而影响测量效果。
3)根据目测的间隙大小,选择适当规格的塞尺逐个塞入。
4)当间隙较大或希望测量出更小的尺寸范围时,单片塞尺已无法满足测量要求,可以使用数片塞尺叠加(若能满足使用间隙要求时,应避免使用此法,以免造成累积误差)。
例如:当塞尺的最大规格为0.5mm,间隙尺寸大约在0.65mm时,就需要使用0.5mm与0.15mm叠加测量。
5)使用时应该注意:①根据接合面的间隙情况选用塞尺片数,片数越少越好;②测量时不能用力太大,以免塞尺弯曲或折断;③使用塞尺时不能戴手套,并保持手的干净、干燥;④不用弯折、生锈或有灰尘和油污的塞尺,以免影响测量的准确度;⑤不能测量温度较高的工件。
正弦规(图4-30)是根据正弦函数原理,利用量块垫其一端,使之倾斜一定角度的检验定位工具。正弦规工作面的下方固定有两个直径相等且互相平行的圆柱体,它的公切面与上工作面平行。两个圆柱体的中心距要求很准确,两圆柱的轴线距离一般有100mm和200mm两种。
正弦规一般用于测量小于45°的角度,在测量小于30°的角度时,精确度可达3″~5″。
图4-30 正弦规的外形和结构
正弦规常有宽型和窄型两种,其规格见表4-9。
表 4-9 正弦规的规格
1)工作面不得有严重影响外观和使用性能的裂痕、划痕、夹渣等缺陷。
2)主体工作面、圆柱工作面、挡板工作面硬度应分别不小于664HV、712HV、478HV。
3)主体工作面、圆柱工作面、挡板工作面的表面粗糙度 Ra 值应分别不大于0.08μm、0.04μm、1.25μm。
4)各零件均应去磁,主体和圆柱必须进行稳定性处理。
5)应能装置成0°~80°范围内的任意角度,其结构刚性和各零件强度应能适应磨削工作条件,各零件应易于拆卸和修理。
6)圆柱应采用螺钉可靠地固定在主体上,且不得引起圆柱和主体变形;紧固后的螺钉不得露出圆柱表面。主体上固定圆柱的螺孔不得露出工作面。
下面以应用正弦规测量圆锥塞规的圆锥角来说明正弦规的使用方法。
图4-31中,用正弦规测量零件的角度时,先把正弦规放在精密平台上,被测零件(如圆锥塞规)放在正弦规的工作平面上,被测零件的定位面平靠在正弦规的挡板上(如圆锥塞规的前端面靠在正弦规的前挡板上)。在正弦规的一个圆柱下面垫入量块,用百分表检查零件全长的高度,调整量块尺寸,使百分表在零件全长上的读数相同。此时,就可应用直角三角形的正弦公式算出零件的角度。
图4-31 正弦规的使用
正弦公式:
sin2 α = H/L H = L sin2 α
式中 2 α ——圆锥的锥角(°);
H ——量块的高度(mm);
L ——正弦规两圆柱的中心距(mm)。
例如,当正弦规两圆柱的中心距 L =200mm,量块高度 H =10.06mm时,才使百分表在圆锥塞规的全长上读数相等,则此时圆锥塞规的锥角计算如下:
sin2 α = H/L =10.06 / 200=0.0503
查正弦函数表得2 α =2°53′,即为圆锥塞规的实际锥角。
圆锥(锥度)量规是以内、外圈相配合的实体,实现检验相应圆锥配合工件的圆锥角和圆锥直径的量具。圆锥量规分为塞规(检验锥孔)和套规(检验外锥体)两种,广泛用于机械加工行业中。
圆锥量规的锥形表面制造很精密。根据使用要求,标准圆锥量规(塞规)分为1等、2等;检验工作环规用的校对规(塞规)和检验工件锥度公差等级AT3~AT8的工作量规(塞规和环规),均分为1级、2级、3级。
圆锥量规的型式有莫氏圆锥量规及米制圆锥量规(分为A型和B型,B型仅用来检验工件的圆锥尺寸)、7∶24工具圆锥量规(分为A型和C型)和钻夹圆锥量规。
圆锥塞规和套规上各有一个台阶形的缺口(或刻上两条环形刻线),如被测锥体端面正好处于缺口处或两刻线之间,且两锥体表面接触均匀,则表示该锥体大小和形状均合格,反之不合格,如图4-32所示。
图4-32 圆锥量规的使用方法
用圆锥量规检验工件圆锥角时,先在外锥面上沿母线方向均匀涂3~4条极薄的红丹粉或细铅笔线条,再将内、外锥体轻轻贴合,并相对转动约90°(图4-33)。然后将内、外锥体分离,观察外锥面上涂的颜色或铅笔线条是否被均匀磨去。如磨去痕迹均匀,则表示该圆锥角制造精确;反之,则表示该圆锥角制造误差较大。
圆锥角检验完毕后,再检验被测锥体的尺寸。将内、外圆锥轻轻贴合后,如果被测锥体的端面正好处于圆锥量规的缺口处或两条刻线之间,则表示该锥体尺寸合格(图4-32)。
图4-33 圆锥量规检验工件的方法
如图4-32所示,用圆锥塞规检验锥孔时,如被测锥孔的端面不但露出圆锥塞规的表面1,且还超出表面2,则表示该锥孔尺寸偏大(不合格);反之,被测锥孔端面未露出圆锥塞规的表面1,则表示锥孔尺寸偏小(也不合格)。
用圆锥套规检验工件时,如套规上的两条刻线都进入工件,则表示被测锥体太小;反之,如两条刻线都不能进入工件,则表示被测锥体太大。这两种情况都表示被测工件不合格。
1)不要把两个量规的工作表面配合(如塞规和环规套)在一起保存,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需使用时,擦干净后再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)量规是精密量具,不要随意拆卸、调整和修理,以免降低精度。
4)量规不论是否经常使用,都要定期进行检查(一般检查周期为6~12个月),看是否有损伤、锈蚀或变形。若发现量规开始生锈,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,量规放置的地方要适当,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。