圓柱螺紋量規(guī)檢測(cè)方法分析

張巳東 張國(guó)良

摘要：在機(jī)械制造中常見(jiàn)螺紋量規(guī)檢測(cè)，作為控制螺紋產(chǎn)品質(zhì)量的重要依據(jù)?；诖耍疚南确治隽寺菁y量規(guī)檢測(cè)的重要性，然后詳細(xì)分析了螺紋量規(guī)檢測(cè)方法。以期使用合適方法提高檢測(cè)精度，滿足機(jī)械生產(chǎn)的實(shí)際需要。

關(guān)鍵詞：圓柱螺紋;量規(guī)檢測(cè);三針測(cè)量法

引言：螺紋量規(guī)用于檢測(cè)螺紋綜合誤差，操作方便，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中。在機(jī)械制造中針對(duì)螺紋量規(guī)檢測(cè)是判斷螺紋精度的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)螺紋單一中徑測(cè)量，評(píng)估螺紋的制造精度，代表著我國(guó)機(jī)械制造的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。因此針對(duì)螺紋量規(guī)的檢測(cè)意義重大，需要進(jìn)行針對(duì)性研究。

一、圓柱螺紋量規(guī)檢測(cè)的重要性

我國(guó)是世界前列的制造大國(guó)，尤其是機(jī)械制造行業(yè)，在我國(guó)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要位置，對(duì)于我國(guó)就業(yè)和社會(huì)的貢獻(xiàn)巨大。在機(jī)械制造行業(yè)中，螺紋制件十分常見(jiàn)，在機(jī)械制造中也發(fā)揮著重要作用，螺紋制造精準(zhǔn)度可以代表我國(guó)工業(yè)制造的水平，是決定我國(guó)制造工業(yè)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。尤其是在螺紋生產(chǎn)中，熱處理后可能造成螺紋變形，或者精磨工序時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)影響螺紋直徑和設(shè)計(jì)尺寸差異過(guò)大，造成精度降低，難以滿足客戶對(duì)于尺寸精度的要求。如今越來(lái)越多國(guó)際貿(mào)易在我國(guó)開(kāi)展，其他國(guó)家的量規(guī)也開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，造成螺紋制件明顯增多。不同國(guó)家的牙型、種類以及標(biāo)記等位置存在明顯差異，很難互換，造成生產(chǎn)檢測(cè)的難度升級(jí)，也對(duì)螺紋制造精度提出了更高的要求。目前在螺紋量規(guī)檢測(cè)上，我國(guó)仍然使用三針?lè)ㄟM(jìn)行測(cè)量，使用高效精準(zhǔn)的測(cè)量方法更有利于節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，提高檢測(cè)精度。相比于其他檢測(cè)方法，三針?lè)ň哂胸S富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，且精度良好，可以滿足螺紋量規(guī)檢測(cè)的要求。

二、圓柱螺紋量規(guī)檢測(cè)方法

（一）三針測(cè)量法

三針測(cè)量是最為常見(jiàn)一種精密測(cè)量方法，作為間接接觸測(cè)量，使用測(cè)長(zhǎng)儀進(jìn)行測(cè)量，按照螺紋螺距選擇三針?lè)湃胙啦蹆?nèi)，保證三針和螺紋中徑相切，通過(guò)計(jì)算可以獲得中徑。如下圖所示為中徑測(cè)量圖，螺紋單一中徑的計(jì)算公式為：d=M-（3d0-0.866P），牙型角為60°，其中d0為三針直徑，d為單一中徑，螺距為P。

（二）螺紋千分尺測(cè)量法

使用螺紋千分尺測(cè)量單一中徑，精度較低，在量規(guī)加工過(guò)程中較為常見(jiàn)，可以確定螺紋中徑磨削余量[1]。測(cè)量時(shí)受到角度誤差的影響，甚至誤差可以達(dá)到0.5mm左右，需要對(duì)測(cè)量過(guò)程嚴(yán)格控制，謹(jǐn)慎使用。要根據(jù)被測(cè)螺紋的螺距選擇合適的測(cè)量頭，安裝在千分尺兩側(cè)進(jìn)行測(cè)量。注意充分考慮到牙型和螺距誤差造成的影響，從而控制誤差，提高測(cè)量的精度。但由于影響因素多，控制難度高，很難有效實(shí)現(xiàn)精度的控制。

（三）綜合測(cè)量?jī)x

隨著科技的發(fā)展，近年來(lái)螺紋綜合測(cè)量?jī)x應(yīng)用于測(cè)量工作中，提高了外螺紋的檢測(cè)精度和效率顯著提高。其利用螺紋測(cè)量?jī)x高精度軸承驅(qū)動(dòng)探針和螺紋接觸掃描，使用高精度進(jìn)口光柵測(cè)量記錄掃描過(guò)程，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)合成二維數(shù)據(jù)，按照螺紋參數(shù)分析計(jì)算獲得螺紋中徑。

（四）優(yōu)劣勢(shì)分析

使用螺紋千分尺進(jìn)行螺紋量規(guī)中徑的測(cè)量，測(cè)量的精度相對(duì)較差，受到的影響因素較多，需要謹(jǐn)慎使用。使用三針?lè)y(cè)量具有較高精度，但是操作相對(duì)復(fù)雜，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。且存在螺距以及牙型角的影響，存在一定誤差。螺紋綜合測(cè)量?jī)x進(jìn)行量規(guī)的測(cè)量，能夠一次測(cè)量出螺距以及牙型角，測(cè)量精度高，效率高，時(shí)間短，更符合螺紋量規(guī)的校準(zhǔn)，建議優(yōu)先選擇綜合測(cè)量?jī)x。但是由于設(shè)備精密，成本較高，對(duì)于經(jīng)濟(jì)條件的要求高，需要有技術(shù)人員掌握操作方法，正確使用。

三、三針測(cè)量法在圓柱螺紋量規(guī)檢測(cè)中的應(yīng)用

（一）測(cè)量原理

使用三針?lè)y(cè)量主要利用專用量?jī)x或量距進(jìn)行測(cè)量，設(shè)備集合了電子技術(shù)、機(jī)械、光學(xué)等技術(shù)，具有精度高、效率高的優(yōu)勢(shì)，是一種強(qiáng)大的三維測(cè)量設(shè)備。該測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用大幅提高了檢測(cè)的效率，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。根據(jù)探頭和工作臺(tái)情況安裝探針。首先需要安裝大探針裝配為Z型，采集端面以及圓元素建立坐標(biāo)系。在坐標(biāo)系內(nèi)，使用三角函數(shù)公式進(jìn)行坐標(biāo)值以及長(zhǎng)度的計(jì)算。并通過(guò)設(shè)備掃描功能測(cè)量牙側(cè)面各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值，使用最小二乘法進(jìn)行擬合為3D線，使用三針?lè)y(cè)量，利用對(duì)稱功能可以獲得真實(shí)的中經(jīng)線，將中經(jīng)線擬合為圓柱，進(jìn)行量規(guī)中經(jīng)值的測(cè)量。

（二）檢測(cè)方法

安裝探針，對(duì)被測(cè)量規(guī)進(jìn)行清洗，固定安裝在工作臺(tái)上，若測(cè)量機(jī)為固定探頭，無(wú)法旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可以裝配Z型探針，使用小直徑探針裝配成十字型，對(duì)X、Y兩個(gè)截面進(jìn)行測(cè)量。從螺紋第一牙一直測(cè)量至最后一牙，測(cè)量3牙以上。建立坐標(biāo)系使用量規(guī)端面和內(nèi)圓建立坐標(biāo)系，由于螺紋量規(guī)是回轉(zhuǎn)體，螺紋牙型差異較大，需要進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，確定起始點(diǎn)十分關(guān)鍵。找到最小x數(shù)值，移動(dòng)Z軸至螺距一半。在牙頂點(diǎn)建立坐標(biāo)系，進(jìn)行牙面和坐標(biāo)的長(zhǎng)度，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。

在牙型對(duì)稱援助螺紋母線上，上牙和下牙側(cè)面的測(cè)量長(zhǎng)度在一點(diǎn)相交，使用坐標(biāo)機(jī)進(jìn)行定位，在牙頂任意位置進(jìn)行測(cè)量，順沿Z軸向下移動(dòng)至中徑的一半。自定心測(cè)量緩慢滑入牙槽，直到接觸點(diǎn)均勻受力，采集點(diǎn)元素。根據(jù)在X軸上自定心和圓心的差，可以利用三角函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到定點(diǎn)到牙頂距離。

計(jì)算中徑，通過(guò)對(duì)母線上所有側(cè)面點(diǎn)元素進(jìn)行掃描，將其擬合成上牙、下牙側(cè)面直線，圓柱和直線夾角為牙側(cè)角，將牙側(cè)面直線做對(duì)稱，對(duì)稱線和側(cè)面直線相交，使用交點(diǎn)擬合3D線，這條線就是中徑線，將中徑線擬合為圓柱，圓柱直徑作為螺紋中徑[2]。中徑為螺紋軸向的橫截面內(nèi)牙上溝槽和寬度相等的圓柱直徑，如果中徑溝槽和凸起寬度不相同，不能使用對(duì)稱線的方法進(jìn)行中徑的計(jì)算。計(jì)算螺距，經(jīng)過(guò)對(duì)中徑的計(jì)算，在同一母線上，所有上牙側(cè)面直線和中徑線相連接，交點(diǎn)的Z坐標(biāo)相減，可以獲得螺距值。

（三）確定三針直徑

根據(jù)公式d0=P/（2cosα/2）可以計(jì)算得到最佳三針直徑，避免牙型誤差影響到檢定結(jié)果準(zhǔn)確性，探針和牙側(cè)面接觸點(diǎn)位于中徑上。測(cè)量中，由于螺紋量規(guī)具有較多規(guī)格以及種類，每一量規(guī)對(duì)應(yīng)一個(gè)三針很難實(shí)現(xiàn)。三針直徑可能存在偏差，難以保證最佳三針。當(dāng)三針和牙型面外側(cè)相切時(shí)，可以得到外跨距測(cè)量尺寸的最大，螺紋中徑和外跨距尺寸可以為最佳三針直徑得到的跨距值。當(dāng)三針正好放入螺紋牙槽中，外跨距尺寸和螺距相近，螺紋中徑是三針最小直徑。測(cè)量方法并未考慮螺紋升角對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，計(jì)算的三針直徑相對(duì)較大，三針的直徑變化和牙型半角、測(cè)量精度都有直接關(guān)系，因此最后還需要根據(jù)螺距對(duì)半角誤差的規(guī)定計(jì)算出直徑范圍。

結(jié)論：綜上所述，在機(jī)械制造中使用三針測(cè)量法進(jìn)行螺紋量規(guī)檢測(cè)，配合牙側(cè)面掃描能夠提高檢測(cè)進(jìn)度，保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。同時(shí)可以擴(kuò)大測(cè)量的范圍，滿足多個(gè)種類的螺紋量規(guī)需要，尤其是特殊牙型螺紋，使用三針?lè)ㄍ瑯涌梢詼y(cè)量。三針?lè)ú僮骱?jiǎn)便，節(jié)約大量檢測(cè)時(shí)間，也提高了生產(chǎn)效率。檢測(cè)成本適中，不會(huì)增加螺紋產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使用這一方法即可完成所有參數(shù)的檢測(cè)，無(wú)需使用大型設(shè)備或材料，節(jié)約人力資源，具有較高應(yīng)用價(jià)值，更有利于機(jī)械制造的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文娟，肖俊倉(cāng)，梁勇.關(guān)于圓柱螺紋量規(guī)檢測(cè)方法探究[J].工業(yè)計(jì)量，2020，30（05）：84-86.

[2]馬琳.接觸掃描法測(cè)量圓柱螺紋量規(guī)中徑的測(cè)量不確定度評(píng)定[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2020，47（03）：111-114.