万能量具-培训教材.pdf

1 第第一一章章游游标标类类量量具具的的检检定定 通用量具系指在机械加工过程中 车间工人和检验人员在现场应用的计量器具 主 要包括游标量具 微分类量具 指示表类量具 角度量具 平直量具和水准泡式水平仪 等机械式计量器具 通用量具的检定系统图如图 1 1 所示 利用游标尺和主尺相互配合进行测量和读数的量具 称为游标量具 主要包括 游 标卡尺 深度游标卡尺 高度游标卡尺 电子数显卡尺 圆标高度卡尺和数显测高仪等 它的结构简单 使用方便 维护保养容易 在机械加工中应用广泛 第第 一一 节节概概述述 一一 游游标标读读数数原原理理 将两根直尺相互重叠 其中一根固定不动 另一根沿着它作相对滑动 固定不动的 直尺称为主尺 沿主尺滑动的直尺称为游标尺 简称游标 设a为主尺每格的宽度 b为游标尺每格的宽度 i为游标刻度值 分度值 n为游标 的标记格数 当主尺1 n格的长度正好等于游标n格的长度时 游标尺每格的宽度b为 nanb 1 游标的分度值i为主尺每格的宽度与游标尺每格的宽度之差 即 a n bai 1 ian iab 当主尺12 n格的长度正好等于游标n格的长度时 游标尺每格的宽度为 nanb 12 游标的分度值i为主尺 2 格的宽度与游标尺 l 格的宽度之差 即 a n bai 1 2 2 图 1 1 通用器具检定系统框图 注 1 Ur 测量结果总的相对不确定度 置信限 U 测量结果总的绝对不确定度或总不确定度 置信限 m 示值误差 单位m l 被测的长度 单位m 2 除标明单位的以外 框图内量程的单位均为mm 3 没有被列入本检定系统的计量器具 只要符合规定的要求都可以使用 3 i a n iab 2 同理 当主尺1 rn格的长度正好等于游标n格的长度时 游标尺每格的宽度为 narnb 1 游标的分度值i为主尺r格的宽度与游标尺 1 格的宽度之差 即 a n brai 1 i a n irab 式中 r 游标模数 游标模数为正整数 一般取r l 或r 2 游标刻线的总长为 1 rnairannbl 游标模数越大 则游标刻线的总长越长 游标的结构越大 游标刻线数越多 则游 标分度值越小 读数精确度越高 常用的游标型式见表 1 1 表表 1 1 常常用用的的游游标标型型式式 游标分度值为 0 1mm 的游标读数原理如图 1 2 所示 其主尺每格宽度为 1mm 游标 模数r为 1 游标刻线格数为 10 则游标尺每格的宽度为 mm9 0 10 1 110 1 nanb 4 游标分度值i为 图 1 2游标读数原理 当主尺的零标记与游标的零标记对齐时 见图 1 2a 除游标尺的尾标记与主尺的标 记 9 重合外 其他标记均不与主尺标记重合 这种情况称为游标读数装置处于零位 在 游标读数装置不处于零位时 游标的第一条标记与主尺的第一条标记相距 0 1mm 它们 的第二条标记相距 0 2mm 第三条标记相距 0 3mm 第九条标记相距 0 9mm 而 它们的第十条标记相距 1mm 如图 1 2b 所示 若游标在主尺上向右滑动 0 1mm时 游 标上的第一条标记就与主尺的第一条标记重合了 此时 游标零刻线至主尺零刻线之间 的距离为 0 1mm 若第二条标记重合时 则游标零标记至主尺零标记之间的距离为 0 2mm 若第九条标记重合时 则游标零标记至主尺零标记之间的距离为 0 9mm 可见 利用游标可读出游标零标记与主尺标记之间相互错开的距离 游标刻度值除 0 1mm外 还有 0 05mm和 0 02mm 二二 游游标标量量具具的的主主要要技技术术数数据据 表 1 2 为游标量具的分度值和测量范围 表 1 3 为游标量具的示值误差 mm1 01 10 11 a n i 5 表表 1 2 游游标标量量具具的的分分度度值值和和测测量量范范围围mm 测量范围 游标读数值 游标卡尺 高度游标 卡尺 深度游标 卡尺 0 02 0 05 0 125 0 200 0 300 0 200 0 300 0 200 0 300 0 500 0 02 0 05 0 10 0 500 300 1000 0 500 0 1000 0 02 0 05 500 1500 1000 2000 表表 1 3 游游标标量量具具的的示示值值误误差差mm 分度值 分辨力 0 01 0 020 050 10 测量范围 允许误差 0 150 0 02 150 200 0 03 0 05 200 300 0 04 300 500 0 05 0 08 0 10 500 1000 0 07 0 10 0 15 1000 1500 0 10 0 15 0 20 1500 2000 0 14 0 20 0 25 第第二二节节游游标标卡卡尺尺的的检检定定 一一 游游标标卡卡尺尺的的结结构构型型式式 游标卡尺简称卡尺 按结构型式的不同 卡尺分为单面卡尺 双面卡尺和三用卡尺 等 一一 单单面面卡卡尺尺 单面卡尺的结构型式 如图 1 3 所示 单面卡尺带有内 外量爪 可以测量内尺寸和外尺寸 二二 双双面面卡卡尺尺 双面卡尺的结构型式如图 1 4 所示 双面卡尺的上量爪图 1 3 单面卡尺 为刀口形外量爪 适宜测量喉径尺寸 双面卡尺的下量爪为内外量爪 可测内 外尺寸 6 三三 三三用用卡卡尺尺 三用卡尺的结构型式如图 1 5 所示 三用卡尺的内量爪带刀口形 用于测量内尺寸 外量爪带平面和刀口形的测量面 用于测量外尺寸 尺身背面有深度尺 用于测量深度 和高度 图 1 4 双面卡尺图 1 5 三用卡尺 游标卡尺读数费时 效率不高 为了改进游标卡尺的读数 近年来出现了带表卡尺和 电子卡尺 带表卡尺的结构型式如图 1 6 所示 电子卡尺的结构型式如图 1 7 所示 图 1 7 电 子 卡 尺 1 下量爪 2 上量爪 3 游框显字机构 4 主尺 图 1 6 带表卡尺 1 量爪 2 百分表 3 毫米标尺 二二 游游标标卡卡尺尺的的误误差差来来源源 影响游标卡尺测量误差的主要因素有 1 由于结构违背阿贝原则引起的误差 2 主尺基面与固定量爪测量面垂直度引起的误差 3 读数误差 4 刻线误差 5 对零误差 6 测量面平行度和平面度误差 7 测力引起的变形误差 7 三三 游游标标卡卡尺尺的的检检定定方方法法 频繁使用会使计量器具磨损 变形甚至损坏 这就需要对计量器具进行周期检定 检定周期确定的长短应遵守以下原则 计量器具到下周期检定时 其合格率不应低 于 95 检定周期一般可定为 3 个月 4 个月或 6 个月 最长不能超过 1 年 游标卡尺应按照 JJG 30 2002 通用卡尺检定规程 进行检定 一一 游游标标卡卡尺尺检检定定注注意意事事项项 1 检定卡尺的室内温度对分度值 0 02mm 的卡尺为 20 5 2 检定前 受检卡尺和量块一同放置于检定室内的金属板或木桌上 其平衡温度的 时间不少于表 1 4 的规定 表表 1 4平平衡衡温温度度时时间间 平衡温度时间 测量上限 置于平板上置于木桌上 30012 300 5001 53 500 200024 3 卡尺两外量爪测量面夹持量块后 一定要用紧固螺钉将尺框紧固住 才能用千分 尺去测量刀口内量爪的尺寸 如果不紧固就去测量 会使尺框在千分尺测力的作用下产 生角位移 测出的结果就不准了 4 用千分尺测量刀口内量爪的尺寸时 有时只注意沿平行尺 身方向测量而忽视了其他方向的测量 由于内量爪的 刃 部有一 定的宽度 一般工艺要求不超过 0 03mm 使用磨损的刀口内量爪 宽度还会加大 就可能造成在平行尺身的方向测量不超差 而在 其他方向测量时超过规定的上偏差 用这样的卡尺测内孔时 就 会出现错误的测量结果 如图 1 8 所示 图 1 8 用内量爪测孔时的测量误差 二二 检检定定方方法法 游标卡尺的检定 除外观 各部分的相互作用外 最主要的是示值误差的检定 其 次是测量面的平面度和量爪尺寸及平行度的检定以及零值误差等 现仅介绍以下检定内 容 8 1 零零值值误误差差零值误差以 零 标记和 尾 标记的重合度表示 应不超过表 1 5 所示的 规定 移动尺框使两测量面接触 有微动装置的需要使用微动装置 分别在尺框紧固和松 开的情况下用目力观察 必要时 用工具显微镜检定 表表 1 5零零值值误误差差mm 分度值 零 标记重合度 尾 标记重合度 0 02 0 010 0 05 0 005 0 020 0 10 0 010 0 030 2 示示值值误误差差用 3 级或五等量块检定 对于测量范围在 300mm 内的卡尺 不少于均 匀分布 3 点 其受检点为 101 30mm 201 60 mm 291 90mm 或 101 20mm 201 50mm 291 80mm 对于测量范围大于 300mm 的卡尺 不少于均匀分布 6 点 如 0 500 mm 的卡尺 其受检点为 80mm 161 30mm 240mm 321 60mm 400mm 491 90mm 或 80mm 161 20mm 240mm 321 50mm 400mm 491 80mm 根据实际使用情况可适当增加受检点 检定时 每一受检点应在量爪的里端和外端进行 检定 量块工作面的长边和卡尺测量面长边应垂直 如图 1 9 所示 图 1 9 检定点应在内外端两处 对于深度卡尺 检定时按受 检尺寸依次将两组同一尺寸的量 块平行放置在 1 级平板上 使基准 面的长边和量块工作面的长边方 向垂直接触 再移动尺身 使其测 量和平板接触 检定时 量块应分 别置于基准面的里端和外端两位 置检定 如图 1 10 所示 检定应图 1 10 在螺钉紧固和松开两种状态下进行 无论尺框紧固与否 卡尺测量面和基准面与量块表 面接触应能正常滑动 各点示值误差以该点读数值与量块尺寸之差来确定 刀口外量爪 示值误差的检定方法同上 检定时 量块应处于刀口外量爪的中间位置 对于带有深度测量杆的卡尺 深度测量杆检定时 用两块尺寸为 20mm 的量块置于 9 1 级平板上 使尺身端面与量块接触 伸出测量杆测量面与平板接触 然后在尺身上读数 其示值误差应不超过卡尺 1 个分度值 分辩力 三三 不不确确定定度度分分析析 游标卡尺示值误差的测量不确定度 1 测测量量方方法法 依依据据 JJG30 2002 游游标标卡卡尺尺检检定定规规程程 游标卡尺的示值误差是用量 块进行校准 校准点的分布 对尺寸范围在 300mm 的卡尺 不少于三点 即 101 3mm 201 6mm 291 9mm 或 101 2mm 201 5mm 291 8mm 下面对测量范围 0 300 mm 分 度值 0 02mm 的卡尺 291 8mm 点示值误差的不确定度进行分析 标准量块用 3 级量块 2 数数学学模模型型 bbbcccbc tLtLLLe 式中 Lc 卡尺的示值 标准条件下 单位为 mm Lb 量块的长度 标准条件下 单位为 mm bc 分别为卡尺和量块的热膨胀系数 bc tt 和 分别为卡尺和量块偏离参考温度 20 的数值 单位为 3 方方差差和和传传播播系系数数 令 bca bct tt 舍弃高阶微分量 取 bc LLL bc tabc LtLLLe 于是 2 4 2 4 2 3 2 3 2 2 2 2 2 1 2 1 22 ucucucuceuuc 式中 1 1 c Lec 1 2 b Lec tLec a 3 Lec t 4 4321 uuuu分别表示 abc LL 和 t 的不确定度 2 4 2 2 3 2 2 2 2 1 2 uLutLuueuu 2 c 4 计计算算分分量量标标准准不不确确定定 10 1 卡尺读数的对线误差估算的不确定度分量 1 u 对于 0 02mm分度值的卡尺 对线 误差为mm01 0 估计相对不确定度为 25 依公式 2 1 2 1 ii xuxu 1 2 25 100 2 8 该对线误差为三角分布 故有 m1 4mm0041 06 01 0 1 u 2 校准用 3 级量块的偏差引起的不确定度量 2 u 校准用的 3 级量块的测量偏差控制 在m4 均匀分。