摘 要： 螺紋是機械制造業(yè)中很普遍，又很典型的零件，采用什么樣的檢測器具和檢測方法對螺紋的質(zhì)量有著不同的意義。正確把握螺紋的檢測和檢測器具的應(yīng)用，對提高生產(chǎn)效率，加快我國機械制造業(yè)的發(fā)展有著重大意義。
　　關(guān)鍵詞： 螺紋 檢測方法 檢測器具 適用范圍
　　
　　據(jù)業(yè)內(nèi)權(quán)威人士分析，世界機械工業(yè)已進入高速發(fā)展階段，機械制造業(yè)日益受到各個國家的重視，機械行業(yè)在國家工業(yè)中所占的比重，以及對就業(yè)的貢獻都占據(jù)了重要地位。中國機械工業(yè)發(fā)展水平近10多年來明顯提升，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善，科技創(chuàng)新成果豐碩，新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用力度加大，綠色制造、智能制造已在相關(guān)領(lǐng)域起步并初顯成效，節(jié)能減排步伐加快，現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)發(fā)展迅速，中國已經(jīng)從機械制造大國向機械制造強國發(fā)展。機械制造業(yè)是從事各種動力機械、起重運輸機械、農(nóng)業(yè)機械、冶金礦山機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設(shè)備等生產(chǎn)的行業(yè)。這個行業(yè)不僅需要大批的高科技人才，而且需要大批成熟的技術(shù)工人。國家將職業(yè)教育與高等教育一起作為科教興國的兩大支柱。作為技術(shù)工人的搖籃，職業(yè)學(xué)校不但要加強對學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)教育、心理健康教育，而且要使學(xué)生掌握一定的文化知識，更要使學(xué)生擁有熟練的技術(shù)和科學(xué)精神。這樣才能更好地駕馭“中國制造”這艘巨輪，使它駛向理想的彼岸，使中國真正實現(xiàn)世界制造的強國，而不僅僅是世界工廠。
　　職業(yè)學(xué)校的學(xué)生不但應(yīng)該熟練機加工的操作，而且要熟練檢測所有的零部件的尺寸和其他的技術(shù)要求是否符合設(shè)計要求。要具備這種能力，必須在實踐中不斷地學(xué)習(xí)，豐富自己的專業(yè)知識和文化知識，掌握最先進的機加工的技術(shù)和最便捷的檢測方法，方能立于不敗之地，否則就很難適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展。
　　一
　　螺紋配合件是機械制造業(yè)中很重要也是很常見的零件，在制造內(nèi)、外螺紋時，中徑本身不可能制造得絕對準(zhǔn)確，不可避免地會出現(xiàn)一定的誤差。那么我們在加工好螺紋的時候，如何來檢測呢？首先要了解螺紋的類型和影響螺紋配合的因素。
　　螺紋一般有連接螺紋：如普通螺紋（三角螺紋）；傳動螺紋：如梯形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋等。它們的作用是連接、傳遞運動和動力、定位、密封等。在配合時要可以旋得進去，連接要可靠，要有足夠的強度和準(zhǔn)確的位移。
　　要達到上述的要求，就要知道我們應(yīng)該檢測什么，達到什么要求，我們需要檢測的是螺紋的主要參數(shù)。
　?。ㄒ唬┐髲剑―，d）。
　　大徑是指與外螺紋牙頂（或內(nèi)螺紋牙底）相重合的假想圓柱面的直徑。內(nèi)螺紋用D表示，外螺紋用d表示，《標(biāo)準(zhǔn)》將螺紋大徑的基本尺寸定為公稱直徑，是代表螺紋尺寸的直徑。
　?。ǘ┬剑―1，d1）。
　　小徑是指與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑。內(nèi)螺紋用D1表示，外螺紋用d1表示。
　?。ㄈ┲袕剑―2，d2）。
　　中徑是一個假想圓柱的直徑。該圓柱的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方，假想圓柱稱為中徑圓柱。內(nèi)螺紋用D2表示，外螺紋用d2表示。
　?。ㄋ模┭佬徒铅痢⒀佬桶虢?、牙側(cè)角。
　　1.牙型角
　　是指在螺紋牙型上相鄰兩牙側(cè)間的夾角。并用α表示。
　　2.牙型半角
　　牙型角的一半。
　　3.牙側(cè)角
　　是指在螺紋牙型上牙側(cè)與螺紋軸線的垂線間夾角，并用α1、α2表示。
　　（五）牙型高度。
　　在螺紋牙型上，牙頂?shù)窖赖组g的距離。
　?。┞菥郟
　　相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。
　?。ㄆ撸?dǎo)程Ph。
　　同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離：Ph=Z·P。
　?。ò耍┞菁y升角Φ（導(dǎo)程角）。
　　在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。
　　二
　　如何判斷主要參數(shù)是否合格？具體的一是看中徑，在外螺紋和內(nèi)螺紋旋合的時候，起關(guān)鍵作用的是螺紋的中徑。對外螺紋，影響中徑的其一是螺距，其二是牙型半角，它們有誤差時候，要將外螺紋的中徑減少一個值才能旋合上，實際上就是外螺紋的中徑因為誤差的原因，實際的中徑增大了。
　　對內(nèi)螺紋，影響中徑的其一是螺距，其二是牙型半角，它們有誤差時候，要將內(nèi)螺紋的中徑增加一個值才能旋合上，實際上就是內(nèi)螺紋的中徑因為誤差的原因，實際的中徑減少了。
　　當(dāng)內(nèi)螺紋的中徑小于外螺紋的中徑時會影響旋合性，反之，若內(nèi)螺紋中徑過小，外螺紋中徑過下，則配合太松，難以使牙側(cè)良好接觸，從而影響連接可靠性。由此可見，為了保證螺紋的旋合性，應(yīng)該限制內(nèi)螺紋的最小中徑和外螺紋的最大中徑;為了保證螺紋連接的可靠性，還必須限制內(nèi)螺紋的最大中徑和外螺紋的最小中徑。
　　依據(jù)泰勒原則：外螺紋合格的判斷是：
　　內(nèi)螺紋合格的判斷是：
　　由于規(guī)定螺紋結(jié)合在大徑和小徑處不接觸，因而螺紋大、小徑誤差是不影響螺紋配合性質(zhì)的，而螺距、牙側(cè)角誤差可換算成螺紋中徑當(dāng)量值來處理，所以螺紋中徑是影響螺紋結(jié)合互換性的主要參數(shù)，必須對生產(chǎn)的螺紋進行檢測。通過檢測可以對各項誤差進行分析，找出生產(chǎn)原因，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。
　　三
　　根據(jù)使用檢測工具的不同，我們把螺紋的檢測分為三種。
　?。ㄒ唬┢胀ǖ臋z測工具。
　　1.用螺紋環(huán)（塞）規(guī)及卡板測量
　　對于一般標(biāo)準(zhǔn)螺紋，都采用螺紋環(huán)規(guī)或塞規(guī)來測量，如圖1所示。
　　在測量外螺紋時，如果螺紋“止端”環(huán)規(guī)旋不進，而“過端”環(huán)規(guī)正好旋進，則說明所加工的螺紋符合要求，反之就不合格。
　　測量內(nèi)螺紋時，采用螺紋塞規(guī)，也以相同的方法進行測量。
　　在測量一些特殊螺紋時，需自制螺紋環(huán)（塞）規(guī)，但應(yīng)保證其精度。對于直徑較大的螺紋工件，可采用螺紋牙形卡板來進行測量、檢查。在使用螺紋環(huán)規(guī)或塞規(guī)，應(yīng)注意不能用力過大或用扳手硬旋。
　　2.用螺紋千分尺測量
　　螺紋千分尺是用來測量螺紋中徑的，如圖2所示，一般用來測量三角螺紋，其結(jié)構(gòu)和使用方法與外徑千分尺相同，有兩個和螺紋牙型角相同的觸頭，一個為凹槽（圖中1），一個為圓錐體（圖中2）。有一系列的測量觸頭可供不同的牙形角和螺距選用。測量時，螺紋千分尺的兩個觸頭正好卡在螺紋的牙型面上，所得的讀數(shù)就是該螺紋中徑的實際尺寸。
　　3.用齒厚游標(biāo)卡尺測量
　　齒厚游標(biāo)卡尺（如圖3）由互相垂直的高卡尺和齒厚卡尺組成，用來測量梯形螺紋中徑牙厚。測量時，將齒高卡尺讀數(shù)調(diào)整至齒頂高（梯形螺紋等于0.25﹡螺距t），隨后使齒厚卡尺和蝸桿軸線大致相交成一螺紋升角β，并做少量擺動。這時所測量的最小尺寸即為梯形螺紋中徑法向齒厚Sn，可預(yù)先用下面的公式計算出來：
　　Sn=t*cosβ
　　Sn：梯形螺紋中徑法向齒厚；t：螺紋螺距；β：螺紋升角
　　4.三針測量法
　　三針測量法是單項檢測中測量精度較高且在車間生產(chǎn)條件下使用較方便的一種方法，是檢測螺紋中徑的最佳方法。三針法測量螺紋中徑是根據(jù)被測螺紋的螺距，選擇合適的具有同樣直徑D三根量針，按圖4所示位罝放在被測螺紋的牙槽內(nèi)，夾在兩側(cè)頭之間，使量針與牙槽接觸點的軸間距離正好在基本螺距一半處，即量針與牙型角切于中徑線位置，這樣所產(chǎn)生的誤差最小。從儀器上讀得千分尺的讀數(shù)似值后，再根據(jù)螺紋的螺距t、牙型角，然后用適當(dāng)?shù)牧烤撸ㄈ缜Х殖叩龋﹣頊y量尺寸M的大小，以驗證所加工的螺紋中徑是否正確。
　　螺紋中徑的計算公式：
　　d2=M－D+t*ctgα/2
　　M：千分尺測量的數(shù)值（mm）；D：量針直徑（mm）；α/2：牙形半角；t：工件螺距（mm）
　　如果已知螺紋牙型角，可用下面簡化公式計算
　　螺紋牙型角α簡化公式
　　29°D=0.516t
　　
　　30°D=0.518t
　　40°D=0.533t
　　55°D=0.564t
　　60°D=0.577t
　　誤差分析：
　　誤差的原因及解決的方法：
　?。?）測量誤差：使用高精度的儀器測量M。
　　測力（負(fù)值系統(tǒng)誤差）、螺紋升角（正值系統(tǒng)誤差）的影響等。
　　常用公式：
　　5.雙針法
　　三針放不下時，一般螺紋直徑大于100mm或者螺紋圈數(shù)較少或者p很大，采用雙針法（如圖5）。
　　雙針法測量螺紋中徑的是：
　　6.單針法
　　用于螺紋較大的螺紋制件（多線螺紋）（如圖6）。
　　注意：（1）外徑、中徑的圓度誤差，以及它們同軸誤差的影響?？梢栽谙嗖?0度的位置上各測一次M，取二者的算術(shù)平均值。
　　（3）將螺紋外徑測量出來，因為出來是以螺紋外徑為基準(zhǔn)的。
　　適用范圍：適用于加工要求不高的場合，生產(chǎn)一線使用比較多，批量生產(chǎn)盡可能使用環(huán)規(guī)和塞規(guī)。
　?。ǘ┲?、小型儀器的檢測。
　　1.投影儀
　　一般用于小螺紋，如鐘表業(yè)常用。
　　2.在萬能測長儀上測量螺紋
　　萬能測長儀是按照阿貝原則設(shè)計制造的，其測量精度較高。在萬能測長儀上進行測量，是直接把被測件與精密玻璃尺作比較，然后利用補償式讀數(shù)顯微鏡觀察刻度尺，進行讀數(shù)。玻璃刻度尺被固定在測體上。因其在縱向軸線上，故刻度尺在縱向上的移動量完全與被測件之長度一致，而此移動量可在顯微鏡中讀出，如圖7所示?？梢詼y量外螺紋中徑測量：0—180mm，內(nèi)螺紋中徑測量：10—200mm。
　　3.激光絲杠測量儀用來測量螺旋線誤差（如圖8）
　　當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)過θ角時，與絲杠同步回轉(zhuǎn)的圓光柵產(chǎn)生相當(dāng)于轉(zhuǎn)過θ角的莫爾條紋數(shù)。螺旋線的軸向位移通過安裝在浮動支板上的測量頭和直角棱鏡由激光式長度傳感器轉(zhuǎn)換為干涉條紋數(shù)。這兩路光信號經(jīng)過放大、整形、分頻、比相后，由記錄器記錄出誤差曲線，可從中得出螺距誤差。它可以測量1米5級精度和2米6級精度的絲杠。
　　4.在萬能工具顯微鏡上測中徑
　?。?）影像法測量。測量軸線與螺紋軸線的垂直度，一般要正確安裝零件，對儀器進行調(diào)整，選光圈，將顯微鏡立柱傾斜一個角度Φ，再進行測量。
　　具體方法是螺紋左右輪廓各出來一次，以它們的算術(shù)平均值作為計算結(jié)果。同時旋轉(zhuǎn)90度再出來一次。適用于精度不高的螺紋測量。
　　（2）軸切法（如圖9）。采用斜刃的測量刀魚螺紋牙傾斜面靠緊。對準(zhǔn)測量刀上的刻線進行測量。要求螺紋的表面質(zhì)量高，測量比較麻煩，對刀后要歸零位。
　?。?）圓球接觸法（如圖10）。測量方法與三線法相同。用目鏡中米字虛線測量值N。光圈依據(jù)最佳球徑選擇、沒有測量力的影響，適用于梯形螺紋。
　?。?）干涉法（如圖11）。微小孔徑照明，產(chǎn)生一系列干涉條紋，瞄準(zhǔn)干涉條紋進行測量，結(jié)果需要修正與輪廓邊緣的間距值：
　　其比影像法的瞄準(zhǔn)精度高。
　　（5）測鉤法（如圖12）。
　　用帶有標(biāo)準(zhǔn)螺紋的牙型（55°、60°）的專用測塊和量塊組成的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。來調(diào)整零位然后來測量測量值，測量值就是相對中經(jīng)的偏差值。使用臥式測長儀和臥式光學(xué)比較儀。
　　5.印模法
　　印模法是利用一些無流動性和彈性的塑料材料，貼合在被測表面上，將被測表面的輪廓復(fù)制成模，然后測量印模，從而評定被測表面的粗糙度。
　　6.用鋼球測量內(nèi)螺紋的牙型半角
　　用不同直徑的鋼球測量內(nèi)螺紋的牙型半角
　　適用范圍：少量生產(chǎn)可以在一線使用，一般都是在專檢使用比較多，適合中等精度的檢測。
　?。ㄈ┐笮偷臋z測設(shè)備檢測。
　　1.二坐標(biāo)掃描測量儀
　　接近“泰勒原則”的掃描測量方法，一次性完成螺紋量規(guī)所有參數(shù)（作用中徑、單一中徑、大徑、小徑、螺距、螺距累積誤差、牙型角、牙型半角、錐度，以及牙型輪廓偏差，等等）的測量、合格性判斷。
　　以荷蘭IAC螺紋綜合掃描測量機（如圖14）為例，它突破性、歷史性地解決了螺紋測量、檢驗難題。
　　它的原理是采用T型雙向掃描探針、高精度光柵系統(tǒng)（分辨率0.01μm）、配以高精度氣浮導(dǎo)軌和專用測量軟件（包括自控測力、速度、各向傾斜修正、內(nèi)置校準(zhǔn)，等等），使儀器沿一定的軸線長度（接近螺紋的旋合長度）自動掃描連接成線并測量回轉(zhuǎn)體的軸向截面輪廓尺寸，實現(xiàn)對被測件的全面、真實（按定義）測量與合格性評定（如表1）。測量原理符合最新國際圓柱螺紋規(guī)測試規(guī)范VDI/DE/DGQ2618-4.9標(biāo)準(zhǔn)要求。IAC螺紋綜合掃描測量機為全自動測量，兩分鐘即可完成所有被測參數(shù)的掃描測量，并顯示所有測量結(jié)果。其獲得專利的雙標(biāo)尺設(shè)計、校準(zhǔn)件校準(zhǔn)模式、高精度的安裝夾具（帶證書）、專用測量軟件及全面的螺紋標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（用戶可以自行建立標(biāo)準(zhǔn)庫），方便、準(zhǔn)確地解決了長期以來螺紋檢測的難題。它摒棄了五軸工作臺和附件，并且保證了掃描以足夠高的精度在回轉(zhuǎn)體的軸向截面內(nèi)進行，消除了被測件安裝時多向傾斜對測量精度的影響。
　　IAC螺紋綜合掃描測量機是一臺高精度、設(shè)計獨特、操作簡便的適用儀器，已被世界各國（包括中國）的計量、校準(zhǔn)機構(gòu)及相關(guān)工廠首選為回轉(zhuǎn)體［光滑量規(guī)、各型螺紋（圓柱、圓錐）量規(guī)］檢測專用設(shè)備。
　　MSXP系列螺紋掃描測量儀采用先進的測量理念和技術(shù)、操作簡單方便快捷，應(yīng)用范圍廣泛，可滿足各種圓柱螺紋塞規(guī)、圓柱螺紋環(huán)規(guī)、錐螺紋塞規(guī)、錐螺紋環(huán)規(guī)、光面環(huán)規(guī)、光面塞規(guī)等各種量規(guī)的所有參數(shù)的測量，具有極高的測量不確定度，是實驗室進行此類參數(shù)檢測首選的測量儀器，也可滿足工業(yè)生產(chǎn)中各類內(nèi)外徑光面量規(guī)、螺紋量規(guī)的參數(shù)測量。同時由于其測量快速、準(zhǔn)確可靠，也是全世界很多螺紋量規(guī)制造商用于生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制的理想的測量儀器。
　　測量傳感器系統(tǒng)采用最佳校準(zhǔn)，經(jīng)過校準(zhǔn)T型測針中每一個測尖的實際輪廓形狀都被多方向自動記錄，存儲于儀器內(nèi)部。在量規(guī)或工件的掃描測量過程中，每秒數(shù)千點的高分辨率兩維輪廓點儲存在計算機的內(nèi)存中，第一輪廓線掃描完畢后，測力自動換向，傳感器對第二輪廓線進行掃描。掃描所得的每個輪廓點對應(yīng)一個二維坐標(biāo)值，其分辨率為0.01μm，它們被存儲下來用做數(shù)據(jù)處理。掃描完成，計算機立刻顯示各種參數(shù)。超精加工的儀器導(dǎo)軌基準(zhǔn)軸構(gòu)成了兩維空間軸系，測量面精確地定位在被測螺紋軸向剖面上，雙測尖的T型測頭在被測螺紋軸向剖面的上、下輪廓表面連續(xù)地掃描。在IACLIB的數(shù)據(jù)庫中，存儲著上萬種螺紋和光面量規(guī)的公差極限值，計量工作者可借助于電腦對測量結(jié)果進行非常詳細(xì)的鑒定和評估。MSXP型螺紋掃描測量儀卓越的精度來源于IAC新型專利技術(shù)。MSXP型螺紋掃描測量儀的制造符合所有ISO9000的要求。儀器進行初始化和校正后，可進行被測量規(guī)的校準(zhǔn)測量。所有的測量輪廓都可轉(zhuǎn)化成DXF格式，通過AUTOCAD系統(tǒng)做進一步的評估和分析。
　　2.三坐標(biāo)測量儀
　　它除去x，y坐標(biāo)外還有z向坐標(biāo)可以測量。可以測量內(nèi)外螺紋。
　　3.新型螺紋精密測量分析設(shè)備
　　螺紋連接是緊固連接的基本形式，是機械制造中最普通也很典型的零件，螺紋加工的好壞對于緊固件連接質(zhì)量具有重要意義。一直以來，螺紋檢測都是每一項參數(shù)都要進行獨立測量，采用的方法、工具和設(shè)備都不一樣，對于螺紋各項指標(biāo)的定量檢驗就顯得非常不經(jīng)濟，常規(guī)的螺紋檢驗也只能進行大徑測量以及量規(guī)的極限檢驗，螺紋檢驗缺乏一種簡便的測量方法。
　　自2007年開始，國家標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心承擔(dān)的“新型螺紋精密測量分析設(shè)備”項目的研制工作，在承擔(dān)這個任務(wù)后，為提高緊固件螺紋質(zhì)量控制水平，突破目前螺紋檢驗手段的局限性，我們嘗試采用全新的檢測思路，獲國家質(zhì)檢總局和浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局認(rèn)可立項，并且于2010年完成樣機開發(fā)。該樣機可一次性獲得螺紋各項參數(shù)，檢測效率高，測量精度好。有別于傳統(tǒng)量規(guī)檢驗的是，采用“新型螺紋精密測量分析設(shè)備”檢測，在發(fā)現(xiàn)次品螺紋的同時，可借助單項檢驗進行原因排查，直接反映出問題所在。這解決了緊固件加工過程中螺紋質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)。該設(shè)備可應(yīng)用于緊固件產(chǎn)品螺紋的批量檢測、在線檢測和質(zhì)量分析，對于提高緊固件螺紋加工質(zhì)量意義重大。該項目通過了國家質(zhì)檢總局科技司組織的技術(shù)鑒定，認(rèn)定其技術(shù)水平達到國內(nèi)領(lǐng)先，并取得國家專利，現(xiàn)正在進行批量生產(chǎn)中，有利于我國機械制造的發(fā)展。
　　適用范圍：適用高精度的檢測，可以在一線檢測，也可以作為專檢。
　　通過螺紋檢測器具對螺紋的檢測，可以看出檢測器具不同，檢測的精度是不一樣的，在我國走向機械制造強國的道路上，我們應(yīng)該不斷地改進檢測器具，節(jié)約時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
　　
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