檢驗(yàn)過程中測量溫度對量規(guī)的影響

方強(qiáng)

摘 要：量規(guī)是一種精密測量器具，它結(jié)構(gòu)簡單，操作性好、準(zhǔn)確性高。通常為具有準(zhǔn)確尺寸和形狀的實(shí)體。用量規(guī)檢驗(yàn)工件常采用通止法（利用量規(guī)的通端和止端控制工件尺寸使之不超出公差帶）。量規(guī)控制的是尺寸或規(guī)格的上下限，一般包含全部的公差帶。由于量規(guī)使用過程中要與工件多次接觸，如何保證檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，這與測量溫度的關(guān)系很大。因此，必須合理正確地使用量規(guī)。精密工件應(yīng)與量規(guī)都處在標(biāo)準(zhǔn)溫度是20℃時，才能獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

關(guān)鍵詞：量規(guī)；精確測量；溫度補(bǔ)償；泰勒原則

1 概述

ISO國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工業(yè)長度測量的標(biāo)準(zhǔn)溫度是20℃。針對工作中精密加工的零件，公差要求越來越嚴(yán)。標(biāo)準(zhǔn)件和測量裝置稍稍偏高這一溫度，測量的尺寸就會發(fā)生難以接受的變化。作為檢驗(yàn)人員，應(yīng)該時刻注意零件和測量工具的溫度變化。只有工件和測量工具都處于20℃環(huán)境溫度下，才能獲得精確的測量結(jié)果。

下面我就介紹一下采用自制的量規(guī)，測量工件時的注意事項(xiàng)。

2 量規(guī)的設(shè)計(jì)及選材

量規(guī)也稱為光滑極限量規(guī)，它分為塞規(guī)和卡規(guī)兩種。在這里就使用量規(guī)來談?wù)劀囟鹊挠绊?，量?guī)由通端量規(guī)和止端量規(guī)兩部分組成，以檢驗(yàn)孔的作用尺寸和實(shí)際尺寸是否在極限尺寸的范圍內(nèi)。光滑極限量規(guī)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，且檢驗(yàn)效率高，是加工和檢驗(yàn)時經(jīng)常使用的量具之一。

由于量規(guī)的測量面要求耐磨，在選材上我選擇的材料為碳素工具鋼（T12A），量規(guī)測量表面的硬度為HRC58～65。

根據(jù)GB1800-79的規(guī)定，及極線尺寸判斷原則（又稱泰勒原則）。泰勒原則，是指孔的作用尺寸不允許超過最大實(shí)體尺寸。即對與孔，其作用尺寸應(yīng)不小于最小極限尺寸；對于軸，則應(yīng)不大于最大極限尺寸。

在任何位置上實(shí)際尺寸不允許超過最小實(shí)體尺寸。即對于孔，其實(shí)際尺寸不應(yīng)大于最大極限尺寸；對于軸，則不應(yīng)小于最小極限尺寸。

3 量規(guī)工作尺寸的計(jì)算

假設(shè)，零件孔的尺寸為、依據(jù)GB1800—79計(jì)算出量規(guī)通端T1、止端Z1的 工作尺寸如下：

因?yàn)?，尺寸的上偏?ES=+0.052

尺寸的下偏差 EI=-0.052

查光滑極限量規(guī)的尺寸公差T和位置要素Z值表得：

量規(guī)公差：T=0.006

位置要素：Z=0.011

形狀和位置公差=T/2=0.003

所以，量規(guī)通的上、下偏差為：

通規(guī)（T1）：上偏差=EI+Z+T/2

=-0.052+0.011+0.003

=-0.038

下偏差=EI+Z-T/2

=-0.052+0.011-0.033

=-0.044

止規(guī)（Z1）：上偏差=ES

=+0.052

下偏差=ES-T

=+0.052-0.006

=+0.046

所以 T1=13.962°-0.006 Z1=14.052°-0.006

根據(jù)泰勒原則及計(jì)算出的工作尺寸，繪制出如下圖所示的極限量規(guī)。

4 溫度對測量的影響及誤差分析

量規(guī)國際上規(guī)定了測量的標(biāo)準(zhǔn)條件：溫度為20℃、測力為零。但是，由于一般物體具有熱脹冷縮的特性；所以，在不同溫度和不同測量力下所得到的測量結(jié)果也是不同的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，都要在這樣標(biāo)準(zhǔn)的條件下進(jìn)行測量是很困難的，也是不經(jīng)濟(jì)的。為了減小測量誤差，應(yīng)盡量使量規(guī)與被測量零件等溫后進(jìn)行測量，使用的力盡可能小些。

當(dāng)偏離標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行測量時，必然會帶來一定的測量誤差，對此可以進(jìn)行修正測量結(jié)果，一般可用下式來計(jì)算：

ΔL1=L[a1（t1-20）-a2（t2-20）]

或 ΔL1=L[a1（t1-t2）+（a1-a2）（t2-20）]

式中：

a1和a2——分別為工件和測量工具的材料線膨脹系數(shù)；（1/℃）

t1和t2——分別為測量時工件和測量工具的實(shí)際溫度；（℃）

L ——測量尺寸（mm）。

ΔL1——由于偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度而引起的測量誤差（mm）。

由上式可知，當(dāng)t1=t2=20℃時，則ΔL1=0。即測量時，工件和測量工具的溫度均為20℃時，即使它們的線膨脹系數(shù)不同，對測量結(jié)果也不會有影響。

當(dāng)a1=a2，但t1=t2≠20℃時，亦會有ΔL1=0。即工件和測量工具的材料線膨脹系數(shù)相同，測量時它們的實(shí)際溫度也相同，那么雖然偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度，對測量結(jié)果也不會有影響。

在實(shí)際工作中，要求t1=t2=20℃，或者a1=a2、t1=t2是不太實(shí)際的，因此，只能使工件和測量工具的線膨脹系數(shù)和測量時兩者的溫度盡量相近，若由此所引起的測量誤差對測量結(jié)果的影響甚少而可以忽略時，則可以不對測量結(jié)果進(jìn)行修正。

5 量規(guī)的使用及注意事項(xiàng)

使用量規(guī)檢測工件時，應(yīng)將工件和量具保持在標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃條件下測試。當(dāng)使用條件偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度時，要予以修正。因?yàn)槲矬w熱脹冷縮，溫度的變化（特別是溫度顯著變化時）對零件尺寸會有一定的影響。所以，國際上明確規(guī)定了一個統(tǒng)一的溫度標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃。

應(yīng)將零件和量規(guī)擦干凈，以免零件在測試過程中造成誤差。在使用過程當(dāng)中，通端T通過，而止端Z不通過，則該零件合格，否則該零件不合格。

6 小結(jié)

通過對量規(guī)的設(shè)計(jì)，不但了解了量規(guī)的計(jì)算、誤差分析和測量時溫度的影響，而且經(jīng)過檢測合格的零件，在裝配和調(diào)試過程中能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

量規(guī)操作使用方便，且在機(jī)床上也能檢驗(yàn)被加工零件的合格狀態(tài)、測量快速、準(zhǔn)確。能在加工和檢驗(yàn)過程中顯示出明顯的優(yōu)勢。通過對量規(guī)的設(shè)計(jì)，為今后的工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]公差與配合手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]公差配合與測量技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

（作者單位：中航洛陽電光設(shè)備研究所）