張 超 黃守義 曹盛華 / 上海市浦東新區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所

通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具*

張 超 黃守義 曹盛華 / 上海市浦東新區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所

介紹一種通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具的研發(fā)背景、構(gòu)成及工作原理，分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，并在實(shí)際應(yīng)用中得到可靠的驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝快捷、檢測(cè)直觀、方便易行，該專用檢具適用于通用卡尺內(nèi)、外尺寸示值誤差的檢定或校準(zhǔn)。

通用卡尺內(nèi)、外尺寸；專用檢具；測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

量塊是一種高準(zhǔn)確度的實(shí)物量具，通用卡尺專用量塊主要是提供幾組測(cè)量需要的外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，用于通用卡尺示值誤差的檢定或校準(zhǔn)（以下統(tǒng)稱檢定）。JJG 30-2002《通用卡尺檢定規(guī)程》中對(duì)檢定刀口內(nèi)量爪的示值誤差不設(shè)檢定項(xiàng)目，新修訂的JJG 30-2012《通用卡尺檢定規(guī)程》中提出了刀口內(nèi)量爪的示值誤差應(yīng)作檢定的要求。而原來的通用卡尺專用量塊只能作為外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，量塊如不配用量塊專用夾具就不能成為內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)現(xiàn)行規(guī)程的要求，急需有多種符合檢定規(guī)程規(guī)定的“量塊和內(nèi)測(cè)量專用檢具或相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸作為內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)”。為此，設(shè)計(jì)研制涉及通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具，以滿足通用卡尺檢定的需要。結(jié)合幾何量計(jì)量基礎(chǔ)理論和通用卡尺檢定、校準(zhǔn)的實(shí)踐，依椐JJG 30-2012的要求，自主研發(fā)的通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具，經(jīng)檢測(cè)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，日前已通過了“通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具”實(shí)用新型專利的申請(qǐng)并獲得了國家專利證書（專利號(hào)：ZL 201320161340.3），為通用卡尺內(nèi)尺寸專用檢具增加了新的成員。

1 專用檢具的構(gòu)成及工作原理

通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具是根據(jù)雙向等量螺旋夾緊扭力平衡原理，利用兩套12塊組卡尺專用量塊，將現(xiàn)有的卡尺專用量塊和測(cè)量塊等有序組合，通過在一根方形主軸上，用測(cè)量塊與兩塊一組的同尺寸卡尺專用量塊交替排列、錯(cuò)位研合后用定位螺母和鎖緊螺帽固定，形成了三組內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和三組外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，即成為同時(shí)能對(duì)通用卡尺內(nèi)量爪和外量爪的示值誤差實(shí)施檢定的通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具，詳見圖1、2。

圖1 通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具結(jié)構(gòu)組成

圖2 通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具A—A向剖視

通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具技術(shù)方案，包括方形主軸、測(cè)量塊、定位螺母、鎖緊螺帽、卡尺專用量塊；方形主軸1順序穿過四塊測(cè)量塊2，其兩端分別有定位螺母3，定位螺母3外側(cè)設(shè)有鎖緊螺帽4，方形主軸1兩側(cè)邊及四塊測(cè)量塊2之間夾有三組卡尺專用量塊5，方形主軸1中間的截面為矩形結(jié)構(gòu)，測(cè)量塊2的形狀為矩形，測(cè)量塊2中軸線的上部位開有與方形主軸1相配的方孔，方形主軸1兩側(cè)邊與測(cè)量塊2之間分別交替排列夾持卡尺專用量塊5，四塊測(cè)量塊2與三組卡尺專用量塊5錯(cuò)位研合，由兩端的定位螺母3固定后，螺帽4再鎖緊，卡尺專用量塊5夾持后的兩塊測(cè)量塊2兩端面一對(duì)相互平行測(cè)量塊內(nèi)尺寸測(cè)量面6之間的距離，形成內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)?？ǔ邔Ｓ昧繅K5置于高過測(cè)量塊2上端的量塊兩端面，是卡尺專用量塊外尺寸測(cè)量面7，為量塊原有的外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。通用卡尺內(nèi)、外尺寸示值誤差檢定用內(nèi)、外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量范圍上限在70 ～ 500 mm之間。

本專用檢具的安裝順序：測(cè)量塊2開有的方孔穿入方形主軸1；方形主軸1兩側(cè)邊及四個(gè)測(cè)量塊2之間夾持卡尺專用量塊5；定位螺母3的內(nèi)螺紋在方形主軸1兩端的外螺紋上可順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；利用兩塊一組同尺寸卡尺專用量塊5分成三組與帶孔測(cè)量塊2交替排列，使兩端和中間的測(cè)量塊2的測(cè)量面與三組卡尺專用量塊外尺寸測(cè)量面7錯(cuò)位1/4左右研合，用定位螺母3順時(shí)針旋轉(zhuǎn)與兩端的測(cè)量塊2鎖緊定位，鎖緊螺帽4在兩端定位螺母3外側(cè)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)恒力緊固。此時(shí)形成三個(gè)內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和三個(gè)外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

2 專用檢具的準(zhǔn)確度及檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)JJG 30-2012表9及6.3.12.1示值誤差中要求：“用3級(jí)或5等量塊測(cè)量”；JJG 146-2011《量塊檢定規(guī)程》規(guī)定，部分3級(jí)量塊測(cè)量面上任意點(diǎn)長(zhǎng)度（外尺寸）極限偏差和長(zhǎng)度變動(dòng)量見表1中的1、2。考慮到三組3級(jí)量塊與4塊測(cè)量塊組合后存在平面度、平行度、同軸度等不確定度因素，組合后生成的內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度隨之降低，設(shè)定了內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)尺寸長(zhǎng)度極限偏差是外尺寸量塊長(zhǎng)度極限偏差三倍或小于三倍，內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)度變動(dòng)量也相應(yīng)同步放寬（見表1中的3、4）。

用3級(jí)或5等量塊和測(cè)量塊等組成一套測(cè)量范圍上限150 mm通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具，其中用四個(gè)測(cè)量塊與兩塊41.2 mm、兩塊81.5 mm、兩塊121.8 mm共三組卡尺專用量塊順序交替排列，測(cè)量塊測(cè)量面與卡尺專用量塊外尺寸測(cè)量面之間實(shí)行錯(cuò)位1/4左右研合，形成了（41.2 mm、81.5 mm、121.8 mm）三個(gè)內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和三個(gè)外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。將專用檢具存放恒溫實(shí)驗(yàn)室20 ℃ 環(huán)境中進(jìn)行24 h恒溫處理，用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)其檢具上量塊夾持后生成的內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)見表2。

可以證明，內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)度極限偏差和長(zhǎng)度變動(dòng)量均未超出表1的規(guī)定, 生成的內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)已能滿足JJG 30-2012的要求。專用檢具生成的內(nèi)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度能夠達(dá)到且優(yōu)于JJG 30-2012規(guī)定的示值最大允許誤差的三分之一，故通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具是完全可以作為檢定通用卡尺的內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

表1 通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具長(zhǎng)度極限偏差和長(zhǎng)度變動(dòng)量

表2 測(cè)量范圍上限150 mm通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 應(yīng)用實(shí)例

以分度值為0.02 mm、測(cè)量范圍0 ～ 150 mm游標(biāo)卡尺內(nèi)、外尺寸的示值誤差檢定為例：用3級(jí)或5等量塊和測(cè)量塊組成一個(gè)測(cè)量范圍上限150 mm通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具（圖1），可對(duì)測(cè)量范圍0 ～ 150 mm以下通用卡尺內(nèi)、外尺寸，進(jìn)行各測(cè)量點(diǎn)示值誤差的檢定或校準(zhǔn)。

由于通用卡尺在設(shè)計(jì)上不符合阿貝原理，為控制尺框沿尺身移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的角位移，根據(jù)JJG 30-2012規(guī)定：“對(duì)每一測(cè)量點(diǎn)均應(yīng)在量爪的里端和外端兩個(gè)位置測(cè)量”，故檢定時(shí)，量爪測(cè)量面必須與量塊的端面垂直，成十字形狀態(tài)，要平行且用力不宜過大，以免卡尺量爪變形或磨損，影響測(cè)量準(zhǔn)確度。

測(cè)量?jī)?nèi)尺寸的操作方法：專用檢具如圖1放置，專用檢具向前旋轉(zhuǎn)90°或者180°；每組卡尺專用量塊夾持后的兩塊測(cè)量塊兩端面形成的是一對(duì)相互平行的內(nèi)尺寸測(cè)量面之間的距離，就是內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，共有（41.2 mm、81.5 mm、121.8 mm）三個(gè)內(nèi)尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，即可對(duì)通用卡尺刀口內(nèi)量爪檢定測(cè)量。用左手扶持尺身左端部位，右手水平移動(dòng)尺框使兩個(gè)刀口內(nèi)量爪的測(cè)量面中部平行卡住兩端內(nèi)尺寸測(cè)量面的被測(cè)部位, 測(cè)量?jī)?nèi)尺寸時(shí)應(yīng)水平方向輕微擺動(dòng)卡尺，以找出最佳測(cè)量值，手感力度穩(wěn)定后即可讀數(shù)，要在卡尺內(nèi)量爪的里端和外端兩個(gè)位置上分別進(jìn)行緊固、松開兩種狀態(tài)下，將三個(gè)內(nèi)尺寸逐一讀數(shù)記錄。

JJG 30-2012規(guī)定：“對(duì)于測(cè)量范圍大于300 mm的卡尺，不少于均勻分布6點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況可以適當(dāng)增加測(cè)量點(diǎn)位”。故測(cè)量范圍上限500 mm的專用檢具也可配兩套專用檢具分別進(jìn)行夾持卡尺專用量塊，以縮短方形主軸長(zhǎng)度，減小系統(tǒng)誤差等。同理，只要更換不同長(zhǎng)度的方形主軸和不同規(guī)格的卡尺專用量塊，就可以分別制成：測(cè)量范圍上限70 mm、100 mm、150 mm、200 mm、300 mm、500 mm等適應(yīng)各種規(guī)格的通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具，能對(duì)通用卡尺的內(nèi)、外尺寸示值誤差進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，內(nèi)、外尺寸測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量范圍上限在70～500 mm之間。

4 結(jié)語

通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具已成功地應(yīng)用在日常的檢定工作中，實(shí)踐證明，在不增加標(biāo)準(zhǔn)量塊的情況下，即利用現(xiàn)有卡尺標(biāo)準(zhǔn)量塊，經(jīng)過專用檢具與卡尺專用量塊科學(xué)巧妙組合，可在同一檢具上實(shí)現(xiàn)對(duì)通用卡尺進(jìn)行內(nèi)、外尺寸的檢定；裝夾量塊步驟簡(jiǎn)捷、定位螺母扭力平衡效果顯著、鎖緊螺帽恒力緊定科學(xué)合理、安裝操作安全可靠、檢定使用方便易行、讀數(shù)視野開闊直觀、數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確可靠，有效保證檢校質(zhì)量，也滿足 JJG 30-2012的技術(shù)要求，已得到了可靠的驗(yàn)證，工作效率大幅提高。有了專用檢具，不再增加步距規(guī)等標(biāo)準(zhǔn)器，在一定程度上節(jié)約了費(fèi)用。專用檢具的成功研制以及實(shí)用新型專利公報(bào)的公布，必將對(duì)通用卡尺內(nèi)、外尺寸示值誤差檢定提供一種較為理想實(shí)用的、多示值的檢定內(nèi)、外測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)專用檢具，也為機(jī)械加工行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了有效的技術(shù)保障。

[1] 全國幾何量工程參量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 30-2012[S]. 北京：中國質(zhì)檢出版社，2012.

[2] 全國幾何量工程參量計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJG 146-2011[S]. 北京：中國質(zhì)檢出版社，2011.

[3] 黃守義，陶三春，張超，等.通用卡尺內(nèi)、外尺寸專用檢具：中國，ZL 201320161340.3[P]. 2013.10.21.

[4] 但渝霞. 游標(biāo)卡尺測(cè)量誤差來源分析[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2009，8：16-17+19.

[5] 尹文軍，羅城鋼. 對(duì)游標(biāo)卡尺內(nèi)量爪檢定的兩點(diǎn)建議. 工具技術(shù)，2004，5：57-58.

The special fi xture for examining and adjusting both inside and outside dimension of general calipers

Zhang Chao , Huang Shouyi, Cao Shenghua
（The Metrology and Quality Inspection Institute of Shanghai Pudong New Area）

In this essay, the research background of one special fixture for examining and adjusting both inside and outside dimension of general calipers is introduced. The theory for constitution and function of the fixture, the analysis on examination data and the reliable verification through practical applications to real cases are also presented. The fixture is uncomplicated to constitute, quick to assemble, easy to examine and convenient to operate; it is applicable to examine or adjust the deviation of both inside and outside dimension of the calipers.

inside and outside dimension of general calipers;special fixture; the standard of measurement

上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項(xiàng)目（2013-26）