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游標卡尺計量校準校正方法?游標卡尺誤卡原因?

作者: 時間:2020-06-22639 次瀏覽

信息摘要:

游標卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的游標兩部分構成。從背面看,游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片,利用彈簧片的彈力使游標與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘,可將游標固定在尺身上的任意位置。尺身和游標都有量爪,利用內測量爪可以測量槽的寬度和管的內徑,利用外測量爪可以測量零件的厚度和管的外徑。

游標卡尺計量校準 


1 游標卡尺的工作原理
 
游標卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的游標兩部分構成。從背面看,游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片,利用彈簧片的彈力使游標與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘,可將游標固定在尺身上的任意位置。尺身和游標都有量爪,利用內測量爪可以測量槽的寬度和管的內徑,利用外測量爪可以測量零件的厚度和管的外徑。深度尺與游標尺連在一起,可以測槽和筒的深度。主尺一般以mm為單位,而游標上則有10、20或50 個分格,根據分格的不同,游標卡尺可分為十分度游標卡尺、二十分度游標卡尺、五十分度游標卡尺等。以準確到0.1mm (十分度) 的游標卡尺為例,尺身上的最小分度是1mm,游標尺上有10 個小的等分刻度,總長9mm,每一分度為0.9mm,比主尺上的最小分度相差0.1mm。量爪并攏時尺身和游標的零刻度線對齊,它們的第一條刻度線相差0.1mm,第二條刻度線相差0.2mm,……,第10 條刻度線相差1mm,即游標的第10 條刻度線恰好與主尺的9mm 刻度線對齊,當量爪間所量物體的線度0.1mm 時,游標尺向右應移動0.1mm。這時它的第一條刻度線恰好與尺身的1mm 刻度線對齊。同樣當游標的第五條刻度線跟尺身的 5mm 刻度線對齊時,說明兩量爪之間有0.5mm 的寬度,……,依此類推。在測量大于1mm的長度時,整的毫米數要從游標“0”線與尺身相對的刻度線讀出。
 
2 游標卡尺的測量誤差來源
 
在使用過程中我們發現,使用游標卡尺進行測量總會產生或多或少的誤差,有時誤差遠遠超出游標卡尺檢定規程規定的示值允許誤差范圍,為保障測量的有效性,有必要對游標卡尺的測量誤差來源進行分析,找出減少誤差的辦法。
 
2. 1 原理誤差
 
在幾何量測量中有一個國際公認的阿貝原則,即德國的e·阿貝于19 世紀60 年代提出的關于測量工具的設計原則。他認為,在長度測量中,被測長度的尺寸線應和測量設備 ( 測量工具) 中作為標準的刻度尺重合或在同一條直線上。按此原則設計的測量工具,由導軌直線度誤差引起的測量誤差一般可以忽略不計,這樣就可以獲得精確的測量結果。像千分尺就是符合阿貝原則的測量設備,而游標卡尺測量時的尺寸線是由兩分開量爪形成,一般在量爪的中下部,與標尺刻度線有40mm 左右的距離,明顯不符合阿貝原則。而測量時不可能保證尺寸線與尺身刻度線完全平行,則實際測量的距離與標尺的讀數存在一定的誤差,假設被測對象為一內孔,長度實際值為l,而測得值為l',尺寸線與尺身刻度線形成角度為a。
 
2. 2 檢定規程規定的示值允許誤差
根據通用卡尺檢定規程的規定,不同規格的卡尺允許存在不同程度的示值誤差。
 
2. 3 零位誤差
因游標卡尺經常都是用來測量金屬零件,在長期的使用過程中可能會造成量爪磨損或游標松動,從而導致卡尺的零位變動,如果在測量過程中不注意校對零位,就會引入零位誤差。
 
2. 4 測量方法誤差
 
前面介紹游標卡尺是不符合阿貝原則的測量工具,測量過程中測量尺寸線與尺身形成的角度越大,誤差越大,所以在測量過程中要根據被測工件的形狀和被測量尺寸選擇合理的測量方法,如測量普通外尺寸時要保證卡尺測量面與工件測量面重合,測量圓形工件時為保證測量線與尺身平行,應該在測量過程中基本固定一個量爪,通過轉動或移動另一個量爪尋找到讀數轉折點,從而判斷測量線是否與尺身平行,否則會引入比較大的誤差。
 
3 游標卡尺使用注意事項
 
從游標卡尺的工作原理和誤差來源的分析來看,如要提高測量精度,保障游標卡尺的正常使用,在測量過程中應該注意以下幾個方面。
 
(1) 使用時測力要均勻且不宜過大,因為尺身與游標框之間存在間隙,測力不均很容易造成兩測量面不平行,從而使測量結果偏大或偏小;
 
(2) 因為卡尺的游標是靠螺釘固定,比較易變動,所以要注意經常校對零位,用完后不要隨手放在振動的機床上,以免振松螺釘造成零位變動;
 
(3) 對于一些較大的需兩人測量的工件 (尤其是圓形工件) ,要注意上下左右擺動量爪尋找轉折點,轉折點的判斷可以根據卡尺的測量面與被測工件的接觸間隙和讀數的變化來確定。
 
4 游標卡尺檢定過程的注意事項
jjg 30—2002 通用卡尺檢定規程是2002 年發布的新規程,代替了jjg 30—1992 《游標卡尺檢定規程》、jjg 192—1979 《游標卡尺檢定規程》 ( 測量上限為1000 ~2000mm) 、jjg 400—1985 《帶表卡尺檢定規程》、jjg 526—1988 《數顯卡尺檢定規程》、jjg32—1987 《深度游標卡尺檢定規程》。新規程整合了五個舊規程,這就要求檢定人員在檢定過程中根據被檢量具的特點去適用新的規程,經過對比新老規程以及結合日常使用過程的經驗,本人認為在檢定過程中還有一些值得注意的事項。
 
4. 1 注意控制外量爪的合并間隙
 
在jjg 30—1992 等幾個游標卡尺的檢定項目中均有 “外量爪兩測量面的合并間隙”要求,而在新規程中只有兩測量面的平面度要求(6.3.6) ,對兩測量面的合并間隙未作任何要求,平面度只是對單個平面而言,不可能控制合并間隙,這樣一來,當兩測量面合并對好零位后,可能形成一條斜縫 ( 即量爪上端接觸,下面有縫) 也是合格的,此時只有靠示值誤差來控制此斜縫的大小,而新規程4.9 條的表7中又將0~300mm (分度值0. 02) 的示值誤差進行了擴大,舊規程中要求為±0.02mm,而新規程卻分段要求。


因此可以認為,對于一把0 ~300mm 的游標卡尺,其兩測量面合并后可以形成一條寬度為0.04mm的斜縫,這無疑大大放寬了游標卡尺的驗收標準,且很不便于使用。本來,在舊規程中仍有辦法控制該斜縫的寬度,如在jjg 30—1992 中13.2 條中要求按表12 控制外量爪受檢點里外端尺寸之差,但在新規程的6.3.12 條雖要求檢定里外端,但并未要求控制里外端的尺寸差,這樣一來,對于一把0 ~300mm 的卡尺,即使外量爪里端示值誤差為+ 0.04mm,外端示值誤差為-0.04mm,該卡尺仍屬檢定合格的量具,這顯然是不合理的。所以特此建議在檢定過程中增加兩測量合并間隙的控制要求; 修改示值誤差的規定 ( 恢復對分度值為0.02mm、測量范圍0~300mm 游標卡尺的示值誤差要求為±0.02mm) ; 增加示值誤差檢定時對外量爪里外端尺寸之差的控制要求。
 
4. 2 注意控制上量爪與尺身的垂直度
如圖中以上量爪作為測量內尺寸的游標卡尺,在檢定規程中并沒有明確要求檢測上量爪與尺身的垂直度,只是在規程的
4.5 條規定了刀口內量爪的尺寸和兩量爪的平行度,在6.3.8 條中規定了檢定刀口內量爪尺寸時要用測力為6 ~7n 的外徑千分尺沿刀口內量爪在平行于尺身方向檢定。實際上這里所說的 “在平行于尺身方向檢定”目的就是要使刀口內量爪的工作面與尺身垂直。只是 “平行于尺身”這種要求在實際操作中難以轉化為量化的指標來控制,而一旦控制不太好就會出現本文2.1 條所分析的誤差。所以建議對于這種有上、下量爪的游標卡尺最好的辦法就是上、下量爪均要進行示值誤差檢定,不管規程中是否明確有此要求。
 
5 游標卡尺修理技巧
游標卡尺是用來測量外尺寸和內尺寸、盲孔、階梯孔及槽等相關尺寸的量具,使用過程中出現的故障較多,最常見的是外量爪兩測量面的平面度和平行度不好、游框基面不平直等。
 
5. 1 游標卡尺外量爪兩測量面的平行度修理
 
游標卡尺外量爪兩測量面不平行,往往是外端有縫隙成喇叭口形狀,如果直接用研磨器研磨修復喇叭口,一是針對一些喇叭口較大的卡尺研磨起來工作量非常大,即使研磨合縫后由于磨損過大也會導致游標片無法對零位; 二是有不少卡尺在形成喇叭口過程中并不是兩測量面在測量時均勻受力、對稱受損的結果,也就是說兩測量面分別與主尺構成的兩角并不相等。像這種情況,經研磨合縫后往往會出現兩測量面雖然平行了,但兩測量面與主尺都不垂直,在今后的測量中由于測量軸線與基準軸線不平行,從而造成誤差。在長期的實際工作中,筆者摸索出了一套修理喇叭口的方法及步驟,介紹如下:
 
(1) 先用刀口直角尺 ( 一般用100×63 的刀口形角尺) 分別檢驗兩測量面與主尺之間的夾角,觀察夾角的大小和測量面平面度。
(2) 分別調整兩測量面,調整的目的使任一測量面里端與外端 ( 暫不顧及中點) 的連線與主尺垂尺,參見圖2。
與主尺相連的測量面的調整,用錘擊打外三角區域,使之延伸 ( 注意: 擊打要有技巧,不能見硬傷)導致測量面外端相對里端向后偏移,用刀口角尺檢驗,以里、外端連線與主尺垂直為準。
 
與尺框相連的測量面的調整視情況分兩種:
 
① 如尺框與主尺之間配合間隙不大,拆下游標片,用什錦銼刀銼尺框前端 (即緊靠測量面的地方)與主尺下沿接觸的部位,銼的目的使尺框前端上移,達到測量面外端相對里端向前偏移,然后裝上游標片,用刀口角尺檢驗以測量面里、外端連線與主尺垂直為準。
 
② 尺框與主尺之間配合有一定的間隙,拆下游標片,用銀焊點焊尺框后端 (遠離測量面的地方) 與主尺下沿接觸的部位。目的也是要測量面外端相對里端向前偏移,然后再裝上游標片,用刀口角尺檢驗,還是以測量面里、外端連線與主尺垂直為準。
 
(3) 觀察經過調整的兩測量面合縫情況,這時如果還不合縫,則一定是中間接觸,里外端有縫隙。這是由于測量面平面度造成的,但這時里、外端的間距一定相等,就是說喇叭口一定不存在了。對這種情況只要再用研磨器研磨合縫后即可。
 
5. 2 測量面的平面度修理
 
測量面的平面度和平行度誤差直接造成示值誤差。如測量面端部磨損造成的平面度誤差,兩測量面由于修理方法不當而造成的平行度誤差,均直接反映為卡尺的示值誤差。因此,測量面修復的好壞將直接會影響到卡尺的精度。
目前卡尺測量面的修理仍普遍采用手工研磨方法,來修復兩量爪測量面的平面度。操作時,將卡尺夾在虎鉗上,左手捏緊兩量爪,施加一定壓力,右手前后進行推拉,并同時轉動研磨器。
在修研量爪測量面時,要注意以下要領和事項:
(1) 研磨壓力不應太大,量爪受壓位置應在測量面凸部。研磨中應經常調換兩量爪的上下位置,這樣不易磨偏。
(2) 研磨中隨時要用刀口形角尺檢查測量面與主尺基面的垂直性,以隨時調整研磨壓力的位置及力度。
 
① 先用直徑為15mm 左右研磨器研磨兩測量面局部接觸部位。基本磨平后,再換用直徑較大的研磨器,對于端部為窄平面的外量爪,由于窄平面磨削較快,施力方向要傾斜45°,此力可分解為水平和垂直分力,水平分力使游框基面與主尺基面緊密貼合,垂直分力使兩測量面與研磨器緊密接觸,提供研磨壓力。研磨后,可有效地使同一量爪的寬平面和窄平面同時吻合。
 
② 在研磨中,還要注意使研磨器均勻磨損,并常到研磨平板上進行修整,保證其平面度和平行度誤差不超過2μm 和4μm,為又快又好地修復游標卡尺測量面平面度打好基礎。
 
5. 3 游框基面不平直的修理
(1) 游框基面的修理。游框基面由兩個小突臺構成,其平直性用著色法檢查,即在修好的主尺基面上均勻涂上一薄層紅丹粉,裝入游框來回抽動幾次,根據游框基面上紅粉的均勻程度判斷其平直性。若不平直可用小銼刀修去基面突出部分,大致取直后,用矩形鑄鐵研磨器進行研磨。
(2) 游框、游標與主尺間隙的修理。間隙過大會引起游框擺動和顯著視差。修理方法很多,最簡單的方法是用成型墊鐵墊在游框的斜面上,在虎鉗上擠壓。擠壓時不要抽出主尺,以免過量。對活游標卡尺,也可用小銼將游標底面修得向內傾斜一些。
 
6 結論
根據對游標卡尺的工作原理和誤差來源的分析以及對jjg 30—2002 通用卡尺檢定規程的研究,特對游標卡尺的使用、檢定和維修提出以下建議或要求: 游標卡尺的使用要注意校對零位、控制測力、尋找轉折點; 檢定游標卡尺時要注意控制外量爪的合并間隙和上、下量爪的示值誤差; 在修理游標卡尺時要注意測量面的平面度、兩測量面的平行度、游框基面不平直的修理。

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