工藝設計過程中量檢具的選用和檢測方法

發布日期：(2022/2/26)   點擊次數：534

                             工藝設計過程中量檢具的選用和檢測方法

賈天社

前  言

機械制造過程中加工方法的選擇具有多樣性。加工方法確定后，檢驗工具的選擇也是個重要問題，因為檢測方法及工具的選用也具有多樣性。它不但影響產品質量，更重要的是影響工作效率，進而影響制造成本。

為了在保證質量的前提下，以盡快的速度、盡量低的成本，完成生產作業，特在此就工藝設計過程中檢驗所用工具有關問題與業內同仁一起探討和分享。

一、檢驗工具及其類別

1.概述

量具是用固定形式復現量值的計量器具。它是一種專業測量工具，如光滑塞規、螺紋塞規、外徑卡規、游標卡尺、深度尺等。量具有通用的，有特殊的，有專業的。

檢具是機械制造企業用于控制產品各種尺寸（例如孔徑、空間尺寸等）的簡捷工具，它以提高生產效率和控制產品質量為目的，適用于大批量生產的產品。檢具也是一種量具，是一種非標的量具，是專門針對某種檢測特性制作的量具。

量檢具有各種類型，可以分為標準量具、通用量具和專業量具，也可分為孔用量具、軸用量具、螺紋量具、齒輪量具等。機械制造業所用量具一般可分為量具、量規、量儀。

由于檢具也屬于量具的范疇，所以下面把量檢具統稱為量具來討論和分享。

2.量具

量具是指用來測量或檢驗零件尺寸的器具，結構比較簡單，能直接指示出

長度的單位、界限。

量具按用途可分為基準量具（如量塊、多面棱體等）、通用量具（如鑄鐵平板、鑄鐵平臺、檢驗平板、劃線平板、鉚焊平板、裝配平板、大理石平板、平臺、V型塊、量棒、卡規、卡板、塞規、環規、塞尺、鋼直尺、游標卡尺、深度尺等）、測量量具（如角尺、正弦規、萬能量角尺、圓錐量規、7：24錐度檢驗棒、角度量塊等）等。此外還有：檢測幾何形狀與相互位置的量具（鑄鐵平板、鑄鐵平臺、樣板尺等）、檢測表面光潔度的量具（光潔度樣板）、檢測螺紋的量具（三針、螺紋百分尺和螺紋塞規、螺紋環規等）、檢測齒輪的量具（公法線千分尺、齒輪跳動檢查儀、齒厚游標卡尺）和專用量具。各種形式的量具都具有一個共同點，即它們必須具有：檢測、比較、顯示標準值和被測之間的差別等三個基本功能，其它的一些功能可以滿足多樣化的需要。

3.量規

光滑圓柱極限量規、錐體量規、位置量規、專用量規（螺紋量規、軸用量

規、孔用量規、鍵和花鍵量規）等都是量規。

4.量儀

量儀是指用來測量零件或檢定量具的儀器，結構比較復雜。它是利用機械、光學、氣動、電動等原理，將長度單位放大或細分的測量器具，例如三坐標測量儀、高度測量儀、粗糙度測量儀、投影儀、氣動量儀、電感式測微儀、立式接觸干涉儀、測長儀和萬能工具顯微鏡等。量儀按用途可分為基準量儀（如激光光波比較儀、光波干涉比較儀、立式光學計等）、通用量儀（如百分表、千分表、杠桿百分表、測微儀、測長儀、光較儀等）和測量量儀（水平儀、光學分度頭、光學測角儀和光學合像水平儀等）。此外還有：

檢測幾何形狀與相互位置的量儀——偏擺檢查儀、圓度儀和平直度測量儀等。

檢測表面光潔度的量儀——干涉顯微鏡、輪廓儀和光切顯微鏡等。

檢測螺紋的量儀——螺距測量儀、絲杠測量儀等。

  檢測齒輪的量儀——漸開線齒形檢查儀、周節檢查儀、基節儀、齒向檢查儀、單面嚙合檢查儀等。

 量儀按其工作原理還可以分為：

  機械量儀：利用杠桿、齒輪、彈簧等作為傳動放大機構，通過讀數裝置表現出來的一種測量儀器。

光學量儀：利用光的反射原理所構成的光學杠桿放大作用所制成的測量儀器。

 氣動量儀：利用壓縮空氣流過零件表面時壓力或空氣流量變化的原理所構成的測量儀器。

 電動量儀：將長度尺寸的變化轉變為電感、電容等電量變化的測量儀器。

 二、工藝設計過程中選用測量工具應考慮的問題

工藝設計過程中選用測量工具，我認為應從以下幾個方面考慮：

1.產品是試制產品還是成熟產品，成熟產品批量有多大？以后發展趨勢如何？這是首先考慮的問題。

如果是試制產品，就從現有測量工具中選合適的、能保證測量精度的量具，不考慮生產效率和使用是否方便等問題。如果是成熟產品，且有一定批量，以后要長期批量生產，則要視具體情況，考慮使用專用量具的可能。特別是在為了提高生產效率而進行工藝設計改進（整頓）的情況下，就要重點考慮使用專用量具的問題。

2.生產批量：生產批量大的，要考慮專用量具；沒有批量，就用通用量具，盡量選用現有量具。這同上面是同一類考慮和處理的思路。

3.檢測的難易程度：盛翼機械沒有大型零件，主要是批量比較大的復雜零件中的難以檢測要素。對于這些批量大的難以檢測的要素，盡量選用專用量具。

4.檢測的經濟性、方便性。選用量具時，還要考慮檢測的方便性和經濟性。一般來說，檢測儀器都屬于高級測量工具，如萬能工具顯微鏡、投影儀、三坐標測量儀等。這些檢測儀器雖然檢測精度高，適應面廣，但使用代價高，操作難度大，檢測耗費時間長，而且不能在生產現場和工序檢測臺上測量，使用也不方便，不適宜批量大的檢測要素的測量，不應作為首選對象。

5.測量精度，適用范圍。

測量工具一般都有測量精度和測量范圍。例如游標卡尺，他的測量精度一般是0.02mm,測量長度有150mm、300mm、500mm、1000mm等。要根據被檢零件的精度和長度（高度、深度）選用合適的卡尺。

測量工具選用的一般原則應該是：寧短勿長，寧簡勿繁，寧通勿專，經濟方便，滿足精度。

三、機械制造過程中常用量具及其使用

1.游標卡尺：游標標卡尺是一種可以對工件長度、內徑（孔）、外徑（軸）以及深度進行測量的通用量具。游標卡尺由主尺和游標兩部分構成，游標附在

主尺上，能夠在主尺上左右滑動。主尺和游標上各有一副活動量爪，分別對內徑和外徑進行測量，尾部的測量桿可以對深度進行測量。讀數時取主尺上讀數與游標上的讀數之和，最小可精確到0.02毫米，選用時主要考慮合適長度。

2.螺旋測微器（千分尺）：螺旋測微器是對工件長度進行測量的量具，它比游標卡尺更為精密，可以精確到0.01毫米，估讀到0.001毫米，故也成為千分尺。螺旋測微器的測量范圍很小，通常只有幾個厘米。它由框架、固定套管、活動套管、測量螺桿、旋鈕和微調旋鈕幾部分構成，螺套的螺距為0.5毫米，活動套管和螺桿連成一體，其周邊等分成50個分格。螺桿轉動的整圈數由固定套管上間隔0.5mm的刻線去測量，不足一圈的部分通過活動套管周邊的刻線來進行測量，最終在精確測量結果的基礎上估讀一位小數。

3.萬能角度尺：萬能角度尺是在機械加工中對工件內、外角度進行測量的量具，其外角量程在0度到320度范圍；內角量程在40度到130度范圍。萬能角度尺由主尺和游標構成，主尺刻線每格為1度，游標的刻線則是取主尺的29度，并將其等分為30格，故游標刻線每格為29/30度，讀數精確度可以精確到1/30度，即2分。

4.針規：針規是在機械電子加工中，對工件孔徑、孔距、內螺紋小徑、彎曲槽寬及模具尺寸等進行測量的量具，也可以檢查卡尺和千分尺精度。

              

針規常用于檢查位置，測量孔的尺寸，檢查兩孔距，也可以當作通止規及測量孔的深度來使用。由于針規是使用國際先進的激光檢測儀檢測工件，廣泛適用于電子板、線路板、模具、精密機械制造等各種高精尖的技術領域，因此也被視為是孔的標準化檢測的必備檢具。鑒于針規的廣泛應用，在此重點作以介紹。

根據材料，針規的規格有:鎢鋼針鋼,陶瓷針規,帶手柄針規；根據尺寸單位有公制針規,英制針規。

針規使用前注意除去防銹油、灰塵、附著物，確認有無缺損、磨耗、生銹。使用時不要同時取出許多支，易混。使用針規時應戴紗手套或膠指套才可拿取,

防止手汗腐蝕針規。每次使用針規前需檢查其是否仍在有效校正期內。

針規使用時,左手拿被測零件,右手拿針規,對準零件圓孔位置垂直輕輕插入, 不要強擰、強壓。使用時切忌用力猛插,防止損壞針規及測量數據不準確。

不可測量到水或有腐蝕性的零件,以防針規被腐蝕生銹而不能使用。

選擇針規時,根據圖紙上被測零件孔徑大小,在直徑范圍內首先選擇規格最小的針規。如孔徑為?3.00+0.005mm,應該先用2.950的針規試，2.950的針規可入則依次選擇較大的針規測試；如2.950的針規不可入，則選擇較小的針規測試。

讀針規的數據時,按照針規表面標有的數值讀出即可。用針規測量的數應該是一個范圍值, 即可入的做到值和不可入的最小值。如孔徑為?3±0.05mm，

用2.950的針規測試可入,而用2.975的針規不可入,那么此孔的直徑為2.950-2.975mm,作業記錄為2.950(可入)-2.975(不可入)。另外,此孔如用比3.050大的針規可入或比2.950小的不可入,則此孔為不合格。

針規用完后應放入有防銹油的小瓶內，妥善保管。要定期擦上防銹油,防止氧化生銹。

5.杠桿百分表：

杠桿百分表是一種量程很小的量具，其測量范圍不超過1毫米，分度值為0.01毫米。這種量具采用對稱刻度的表盤，體積小、精度，適用于對工件形位誤差、實際尺寸以及小孔、凹槽、孔距、坐標尺寸等進行測量。杠桿百分表在使用時應注意使測量運動方向與測頭中心線垂直，以免產生誤差。

6.量規（量環、量規）：

量規是一種結構簡單的長度測量工具，通常是一些具有準確尺寸和形狀的實體，如圓錐體、圓柱體、塊體、平板、尺和螺紋件等。但是量規不能指示量值，只能根據與被測工件的配合間隙、透光程度、著色程度或者能否通過被測件等條件來判斷被測長度是否合格。量規控制的是尺寸或規格的上下限,一般包含全部的公差帶。常用的量規有量塊、角度量塊、多面棱體、正弦規、直尺、平尺、平板、塞尺、平晶和極限量規等 。鑒于量規應用廣泛，特作重點介紹。

         

A．   量規的分類：量規按用途分為三類：

（1）工作量規：在零件的制造過程中，生產工人檢驗用的量規。工作量規有通規（用代號“T”表示）和止規（用代號“Z”表示）。通規的尺寸等于被檢零件的最大實體尺寸MMS，止規的尺寸等于被檢零件的最小實體尺寸LMS。

（2）驗收量規：檢驗部門或用戶代表在驗收產品時所用的量規。驗收量規也有通規和止規。

（3）校對量規：檢驗工作量規和驗收量規用的量規。

檢驗軸用量規通規的校對量規，稱為 “校通”---“通“量規，用代號“TT”表示；檢驗軸用量規止規的校對量規，稱為 “校止”---“通“量規，用代號“ZT”表示。檢驗軸用量規通規磨損極限的校對量規稱為“校通---損”量規，用代號“TS”表示。

                

B．量規的使用：

（1）用量規檢驗工件通常有通止法、著色法、光隙法和指示表法。

①通止法：利用量規的通端和止端來控制工件尺寸，使之不超出公差帶。如測量孔徑時，若光滑塞規的通端通過而止端不通過，則孔徑是合格的。利用通止法檢驗的量規也稱極限量規, 常見的極限量規還有螺紋塞規、螺紋環規和卡規等。

②著色法：在量規工作表面上薄薄涂上一層適當的顏料（如普魯士藍或紅丹粉），然后用量規表面與被測表面研合。被測表面的著色面積大小和分布均

勻程度表示其誤差。例如用圓錐量規檢驗機床主軸錐孔和用平尺檢驗機床導軌直線度等。

③光隙法：使被測表面與量規的測量面接觸，后面放光源或采用自然光。當間隙小至一定程度時，由于光學衍射現象使透光成為有色光,間隙至0.5微米時還能看到透光。根據透光的顏色可判斷間隙大小。間隙大小和不均勻程度即表示被測尺寸、形狀或位置誤差的大小，例如，用直尺檢驗直線度,用角尺和平板檢驗垂直度等。

④指示表法：利用量規的準確幾何形狀與被測幾何形狀比較，以百分表或測微儀等指示被測幾何形狀誤差。例如用平板和百分表等測量尺形工件的。

（2）量規的正確操作方法為：“輕”“正”“冷”“全”四個字。

輕：就是使用量規時要輕拿輕放,穩妥可靠;不能隨意丟擲;不要與

工件碰撞,工件放穩后再來檢驗;檢驗時要輕卡輕塞,不可硬卡硬塞。

正：就是用量規檢驗時,位置必須放正,不能歪斜,否則檢驗結果不會可靠.

冷：就是當被檢工件與量規溫度一致時才能進行檢驗,而不能把剛加工完還發熱的工件進行檢驗;精密工件應與量規進行等溫.

全：就是用量規檢驗工件要全面,才能得到正確可靠的檢驗結果,塞規通端要在孔的整個長度上檢驗,而且還要在2或3個軸向平面內檢驗;塞規止端要盡可能在孔的兩端進行檢驗.卡規的通端和止端,都應沿軸和圍繞軸不少于4個位置上進行檢驗。

（3）使用光滑極限量規檢驗工件,如判定有爭議時,應該使用下述尺寸的量

規檢驗：

通端應等于或接近工件的最大實體尺寸（即孔的最小極限尺寸,軸的最大極限尺寸）;止端應等于或接近工件的最小實體尺寸（即孔的最大極限尺寸,軸的最小極限尺寸）.

（4）使用注意事項

量規是一種精密測量器具,使用量規過程中要與工件多次接觸,如何保持量規的精度,提高檢驗結果的可靠性,這與操作者的關系很大,因此必須合理正確地使用量規。

使用前,要認真地進行檢查.先要核對圖紙,看這個量規是不是與要求的檢驗尺寸和公差相符,以免發生差錯,造成大批廢品.同時要檢查量規有沒有檢定合格的標記或其他證明.還要檢查量規的工作表面上是否有銹斑,劃痕和毛刺等缺陷,因為這些缺陷容易引起被檢驗工件表面質量下降,特別是公差等級和表面粗糙度較高的有色金屬工件更為突出.還要檢查量規測頭與手柄聯結是否牢固可靠.最后還要檢查工件的被檢驗部位（特別是內孔）,是否有毛刺,凸起,劃傷等缺陷。  

使用前,要用清潔的細棉紗或軟布,把量規的工作表面擦干凈,允許在工作表面上涂一層薄油,以減少磨損。使用前,要辨別哪是通端,哪是止端,不要搞錯.

若塞規卡在工件孔內時,不能用普通鐵錘敲打,扳手扭轉或用力摔砸,否則會使塞規工作表面受到損傷.這時要用木,銅,鋁錘或鉗工拆卸工具（如拔子或推壓器）,還要在塞規的端面上墊一塊木片或銅片加以保護,然后用力拔或推出來.必要時,可以把工件的外表面稍微加熱后,在把塞規拔出來.

當機床上裝夾的工件還在運轉時,不能用量規去檢驗。

不要用量規去檢驗表面粗糙和不清潔的工件。

量規的通端要通過每一個合格的工件,其測量面經常磨損,因此,量規需要定期檢定.對工作量規,當塞規通端接近或超過其最小極限,卡規（環規）的通端接近或超過其最大極限尺寸時,工件量規要改為驗收量規來使用.當驗收量規接近或超過磨損限時,應立即報廢,停止使用。

C.量規的保存：

①不要把兩個量規的工作表面配合在一起保存（如塞規和環規套在一起），否則兩個工作表面會相互膠合，加外力分 開時會受到不必要的損傷。

②量規使用完畢，要用清潔的棉紗或軟布擦干凈，放在專用木盒內，然后收存到工具柜里；片形量規也可以掛在工具柜里。如果天氣潮濕或隔一段時間才能使用時，擦干凈后在涂上一層無酸凡士林或防銹油。保管量規的地方必須干燥。

③量規要定期檢查，一般檢查周期為6-12個月。

④不論是經常使用的量規還是不經常使用的量規，都要定期進行外部檢查，看有沒有損傷、銹蝕或變形。假如，發現量規開始生銹，應及時放進汽油內浸泡一段時間，再取出仔細擦干凈，并涂上防銹油。 

⑤使用期間，要把量規放在適當的地方，如工具柜的臺面上或機床不動部分的木墊板上，不要放在機床刀架上或機床導軌上，以免造成損壞。

D．兩種常用量規

螺紋量規通規：模擬被測螺紋的最大實體牙型,檢驗被測螺紋的作用中徑是

否超過其最大實體牙型的中徑,并同時檢驗底徑實際尺寸是否超過其最大實體尺寸。

檢驗方法:普通螺紋是多參數要素,有兩類檢測方法:綜合檢驗和單項檢驗。

綜合檢驗就是用量規對影響螺紋互換性的幾何參數偏差的綜合結果進行檢驗.其中包括:使用普通螺紋量規和止規分別對被測螺紋的作用中徑（含底徑）和單一中徑進行檢驗;使用光滑極限量規對被測螺紋的實際頂徑進行檢驗.如果被測螺紋能夠與螺紋通規旋合通過,且與螺紋止規不完全旋合通過（螺紋止規只允許與被測螺紋兩段旋合,旋合量不得超過兩個螺距）,就表明被測螺紋的作用中徑沒有超過其最大實體牙型的中徑,且單一中徑沒有超出其最小實體牙型的中徑,那么就可以保證旋合性和連接強度,則被測螺紋中徑合格，否則不合格。螺紋中徑就是螺紋的公稱直徑,即一般所說的螺紋“M**”里的*代表的數值,它是一個介于大徑（外螺紋為牙頂的直徑,內螺紋為牙底直徑）和小徑（同大徑含義相反）之間的一個直徑。最大實體牙型,就是螺紋的牙型, 制造出來能達到的最大實體,即實際加工制造出來的比理論設計時,在誤差范圍能且在體積上能達到的最大值的狀態。軸類零件（外螺紋）的最大實體尺寸體直徑上,就是軸的直徑大于設計尺寸;孔內零件（內螺紋）的最大實體尺寸體直徑上,就是孔的直徑小于設計尺寸.

錐度塞規：主要用于檢驗產品的大徑,錐度和接觸率,屬于專用綜合檢具。錐度塞規可分為尺寸塞規和涂色塞規兩種。

錐度塞規涂色檢驗方法： 檢驗內錐孔,首先要有錐度塞規,也就是一個標準的外圓錐度量規。將紅丹或藍油均勻涂抹2-4條線在塞規上,然后將塞規插入

內錐孔對研轉動60°∽120°，抽出錐度塞規看表面涂料的擦拭痕跡,來判斷

內圓錐的好壞,接觸面積越多, 錐度越好,反之則不好。

一般用標準量規檢驗錐度接觸要在75%以上，而且靠近大端。涂色法只能用于精加工表面的檢驗。

7.塞尺：塞尺又稱測微片或厚薄規，這是一種用于檢驗間隙的量器。其橫截面為直角三角形，在斜邊上標有刻度，利用銳角的正弦函數關系，將短邊的長度直接表示在斜邊上，這樣就可以直接讀出被測縫的尺寸了。

    8. R規： R規是一種專用量具，它不能指示數值，只能把零件的R值與R規所代表的R值進行比對，來判斷是否符合要求。

9.三坐標測量儀：三坐標測量儀又稱為三坐標測量機或三坐標量床，這是一種在六面體空間內，測量工件的幾何形狀、長度及圓周分度等參數的量具。它可以定義為“一種具有可作三個方向移動的探測器”，可以在三個相互垂直的導軌上移動，通過接觸或非接觸的方式傳遞訊號，經數據處理器或計算機等計算出工件的各點的坐標。三坐標測量儀可以用于測量工件的尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度等。

10.（鑄鐵）檢驗平板、（鑄鐵）檢驗平臺、圓檢棒、鋼制工型小平尺、等高塊、V型塊等，對于機械制造企業來說，都是檢驗經常用到的必不可少的檢驗工具。有了這些工具，有些檢驗方法實施起來就很方便了。

四、形狀和位置公差檢測規定

  形狀和位置公差的測量，在GB1958—80《形狀和位置公差檢測規定》中都有規定，這個在此就不做贅述。請大家抽時間認真學習一下GB1958—80《形狀和位置公差檢測規定》這個標準，會有很大益處和收獲的。需要補充說明的是，該標準對每一種形狀和位置公差，都規定了若干種測量方法，需要結合實際，選用其中一種簡便有效可行的方法投入到生產實際中去發揮作用，即解決了要素測量問題，還要使資金投入最少，這才是高超的工藝科技人才。

五、 幾種檢測方法及其所用量檢具

下面分享幾種形位公差的測量方法和所用檢驗工具，主要目的是給出測量這類形位公差的一種思路，具體工作中按照這種思路舉一反三的思考，去解決實際中的具體問題。

1.直線度測量（圖1和圖2）

圖1實例是利用平尺或者刀口尺，配合使用塞尺（厚薄規）測量直線度誤差的示意圖。將平尺或刀口尺與被測素線直接接觸，并使兩者之間最大間隙為最小，此時的最大間隙即為該條被測素線的直線度誤差。按這種方法測量若干條素線，取其中最大的誤差值作為被測零件的直線度誤差。

             

圖1.用平尺（或刀口尺）和塞尺測直線度           圖2.   用綜合量規測量直線度

圖2是利用綜合量規測量直線度的示意圖。綜合量規的直徑等于被測零件的實效尺寸，而且綜合量規必須通過被測零件。

2.平面度的測量

圖3.平面度的測量

圖3所示平面度的測量，是將被測零件支承在平板上，調整被測表面最遠三點，使其與平板等高；按一定的布點測量被測表面，同時記錄讀數；一般可用指示器最大與最小讀數的差值近視的作為平面度誤差（盛翼機械都是小零件，完全可以如此）。對于大型零件的面積較大的零件，可以根據所記錄的數據，用計算法（或圖解法）按最小條件計算平面度誤差。

3.軸線Ⅱ對軸線Ⅰ的垂直度（附圖4）

附圖4. 軸線Ⅱ對基準軸線Ⅰ的垂直度

4.斜面B對基準面A的平行度（附圖5）

     

附圖5  斜面B對基準面A的平行度         附圖6  端面對孔的垂直度

5. 端面A對B孔的垂直度（附圖6）

6. A面對B孔的垂直度（7）

  

   

附圖7  A面對B孔的垂直度

六、 幾種常用專用量具及其設計使用

在咸陽盛翼機械制造股份有限公司公司產品制造過程中，槽寬的測量、兩槽間距離的測量、深度和高度的測量、角度的測量、圓弧的測量、梯形螺紋的測量等經常會遇到。這些測量有的用通用量具可以容易解決，有的是難以用通用量具測量的，必須用三坐標測量儀或高度儀測量，從而使生產不方便或提高制造成本，生產效率低下。若能用簡單的專用量具測量，則方便生產，大大的提高效率，降低成本。

本文以附件形式，介紹一些專用量具的設計、使用場合及其測量方法，供有興趣者參考。該附件將另文編寫，需要者可申請使用。