謝正義 / 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

0 引言

游標(biāo)卡尺是機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的量具，可測(cè)量?jī)?nèi)外徑尺寸、長(zhǎng)度、厚度、高度、深度以及齒厚等。游標(biāo)量具按用途一般分為普通游標(biāo)卡尺、高度游標(biāo)卡尺、深度游標(biāo)卡尺和齒厚游標(biāo)卡尺等。傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺分度值一般有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm三類。實(shí)際使用中，由于零部件的結(jié)構(gòu)多樣性，有的零部件的尺寸可能需要多個(gè)分度值的卡尺測(cè)量，用戶就得購(gòu)置多個(gè)分度值的卡尺來(lái)完成。多把卡尺的不斷切換使用，造成了工作效率的低下，測(cè)量人員也為多把卡尺的校準(zhǔn)與維護(hù)傷透腦筋。為此，設(shè)計(jì)一種新型的游標(biāo)卡尺，將企業(yè)車間常用的三種分度值集成在一把游標(biāo)卡尺上，既解決了重復(fù)購(gòu)買設(shè)備又解決了分度值切換的便利，提高了測(cè)量的效率。

1 傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺

傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺按外形分為三用卡尺、二用卡尺、雙面卡尺、單面卡尺、無(wú)視卡尺、大尺寸卡尺、帶表卡尺和電子卡尺等。主要由尺身、尺框和內(nèi)外量卡構(gòu)成，尺身的主尺分度為毫米整數(shù)，是利用尺身分度線間距與游標(biāo)分度線間距差來(lái)進(jìn)行小數(shù)讀數(shù)。游標(biāo)卡尺的準(zhǔn)確度不同，游標(biāo)分度值也就不同。10分度、20分度和50分度游標(biāo)卡尺尺身上的最小分度都是1 mm，游標(biāo)尺上分別有10、20、50個(gè)小的等分度，總長(zhǎng)分別為9 mm、19 mm和49 mm，每一分度分別為0.9 mm、0.95 mm和0.98 mm，這樣就實(shí)現(xiàn)了分度值分別為0.1 mm、0.05 mm和0.02 mm。三種游標(biāo)卡尺都得使用單獨(dú)的尺身、游標(biāo)等，單獨(dú)制造，單獨(dú)使用。傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。游標(biāo)尺與尺身之間有一彈簧片（圖中未能畫出），利用彈簧片的彈力使游標(biāo)尺與尺身靠緊。游標(biāo)上部有一緊固螺釘，可將游標(biāo)固定在尺身上的任意位置。測(cè)量準(zhǔn)確度靠主尺上導(dǎo)軌、主尺的分度誤差、游標(biāo)分度誤差以及裝配質(zhì)量來(lái)保證。一般由專門的企業(yè)生產(chǎn)，屬于通用量具。

圖1 傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)組成

2 多分度值游標(biāo)卡尺

圖2 多用游標(biāo)卡尺外形

多分度值游標(biāo)卡尺，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)做出改變，或者說(shuō)是游標(biāo)卡尺的一種新的形式，使其實(shí)現(xiàn)一尺多分度值的實(shí)際操作可能性，不用更換游標(biāo)卡尺，對(duì)一個(gè)工件進(jìn)行不同準(zhǔn)確度測(cè)量。外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種多用游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)大同小異，但是在主尺和游標(biāo)尺方面做了較大的改動(dòng)。主尺和游標(biāo)尺均做成圓柱狀，分度也是直接刻在圓柱表面。其外形分解的三維圖如圖3所示。

圖3 多用游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)分解

多用游標(biāo)卡尺在結(jié)構(gòu)上顯然要比傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺復(fù)雜，零件個(gè)數(shù)也增加到了12個(gè)之多。特別是頭部可拆卸和游標(biāo)尺的可轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，就是為了解決多分度值共享的功能。游標(biāo)尺和主尺均采用圓柱形，游標(biāo)尺上按每隔120°均勻開(kāi)了三個(gè)細(xì)長(zhǎng)通槽，為使游標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)120°，采用導(dǎo)槽、彈簧、鋼珠結(jié)構(gòu)，配合套筒上的三個(gè)圓球形凹槽，測(cè)量人員可感覺(jué)到轉(zhuǎn)動(dòng)120°后的定位，非常平穩(wěn)（如圖4所示）。

圖4（a）為該卡尺的分度游標(biāo)尺三維模型，在游標(biāo)尺上不同的圓周部位分別刻上分度為0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm的游標(biāo)分度，測(cè)量時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)此游標(biāo)尺，可以實(shí)現(xiàn)不同分度的游標(biāo)分度與主尺配合，以達(dá)到需要的測(cè)量準(zhǔn)確度。游標(biāo)尺與活動(dòng)測(cè)爪是連接在一起的。使用了一個(gè)定位銷和一個(gè)定位套筒使主套筒與主尺緊密接合。定位銷使活動(dòng)測(cè)爪與主尺的定位和同步移動(dòng)。定位套筒是將主尺和主套筒之間進(jìn)行連接。圖5為卡尺的裝配結(jié)構(gòu)和實(shí)物圖。

圖4 游標(biāo)尺及套筒

圖5 多用游標(biāo)卡尺裝配結(jié)構(gòu)與樣件

3 新舊游標(biāo)卡尺測(cè)量準(zhǔn)確度對(duì)比

在制造好了幾把樣尺后，首先根據(jù)JJG30-2012《通用卡尺檢定規(guī)程》對(duì)其檢定。因受檢定條件所限，僅對(duì)其示值誤差進(jìn)行討論，得到的數(shù)值與傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺的示值誤差數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的游標(biāo)卡尺的測(cè)量可靠性，分別使用傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺和多分度值游標(biāo)卡尺，使用游標(biāo)讀數(shù)為0.02 mm的分度值，對(duì)一個(gè)三尺寸均合格的零件進(jìn)行測(cè)量，測(cè)其深度、內(nèi)徑和外徑尺寸，數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表1 多分度值游標(biāo)卡尺和傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺示值誤差對(duì)比

從測(cè)量結(jié)果對(duì)比可以看出，所設(shè)計(jì)制造的游標(biāo)卡尺的準(zhǔn)確度較傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺的準(zhǔn)確度稍差，測(cè)得的結(jié)果偏大。

表2 多分度值游標(biāo)卡尺和傳統(tǒng)游標(biāo)卡實(shí)測(cè)值對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

采用圓柱主尺和圓柱游標(biāo)尺的設(shè)計(jì)方法，均勻分度，實(shí)現(xiàn)一把卡尺三個(gè)分度值共存，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看較之傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺有所復(fù)雜，做出的樣尺經(jīng)檢定和對(duì)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比誤差也較大。但是這種游標(biāo)卡尺，可以實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺圖樣公差的測(cè)量，這就解決了測(cè)量人員為了測(cè)量不同公差要求的零件需要不斷更換卡尺的煩瑣操作，為企業(yè)購(gòu)置和維護(hù)測(cè)量設(shè)備節(jié)省了開(kāi)支。設(shè)計(jì)前仔細(xì)研究了傳統(tǒng)卡尺的結(jié)構(gòu)，分析了此設(shè)計(jì)的可行性，也考慮了市場(chǎng)的定位和價(jià)值，充分吸收了國(guó)內(nèi)游標(biāo)卡尺的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。多分度值游標(biāo)卡尺的測(cè)量準(zhǔn)確度和如何保證旋轉(zhuǎn)游標(biāo)尺時(shí)游標(biāo)尺與尺身的結(jié)合緊密性是往后需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

[1]謝正義. 機(jī)械產(chǎn)品幾何量檢測(cè)[M]. 合肥：中國(guó)科科技大學(xué)出版社,2012.

[2]劉健敏. 余紅. 劉振華. 帶空心針微型卡尺的研制[J]. 口腔材料器械雜志，2000(1)：60.

[3]全國(guó)幾何量工程參量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG30-2012[S]. 北京： 中國(guó)計(jì)量出版社, 2012.