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游标卡尺计量校准校正方法?游标卡尺误卡原因?

作者: 时间:2020-06-2290 次浏览

信息摘要:

游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。从背面看,游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹簧片,利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉,可将游标固定在尺身上的任意位置。尺身和游标都有量爪,利用内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径,利用外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径。

游标卡尺计量校准 


1 游标卡尺的工作原理
 
游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。从背面看,游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹簧片,利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉,可将游标固定在尺身上的任意位置。尺身和游标都有量爪,利用内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径,利用外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径。深度尺与游标尺连在一起,可以测槽和筒的深度。主尺一般以mm为单位,而游标上则有10、20或50 个分格,根据分格的不同,游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度游标卡尺等。以准确到0.1mm (十分度) 的游标卡尺为例,尺身上的最小分度是1mm,游标尺上有10 个小的等分刻度,总长9mm,每一分度为0.9mm,比主尺上的最小分度相差0.1mm。量爪并拢时尺身和游标的零刻度线对齐,它们的第一条刻度线相差0.1mm,第二条刻度线相差0.2mm,……,第10 条刻度线相差1mm,即游标的第10 条刻度线恰好与主尺的9mm 刻度线对齐,当量爪间所量物体的线度0.1mm 时,游标尺向右应移动0.1mm。这时它的第一条刻度线恰好与尺身的1mm 刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟尺身的 5mm 刻度线对齐时,说明两量爪之间有0.5mm 的宽度,……,依此类推。在测量大于1mm的长度时,整的毫米数要从游标“0”线与尺身相对的刻度线读出。
 
2 游标卡尺的测量误差来源
 
在使用过程中我们发现,使用游标卡尺进行测量总会产生或多或少的误差,有时误差远远超出游标卡尺检定规程规定的示值允许误差范围,为保障测量的有效性,有必要对游标卡尺的测量误差来源进行分析,找出减少误差的办法。
 
2. 1 原理误差
 
在几何量测量中有一个国际公认的阿贝原则,即德国的e·阿贝于19 世纪60 年代提出的关于测量工具的设计原则。他认为,在长度测量中,被测长度的尺寸线应和测量设备 ( 测量工具) 中作为标准的刻度尺重合或在同一条直线上。按此原则设计的测量工具,由导轨直线度误差引起的测量误差一般可以忽略不计,这样就可以获得精确的测量结果。像千分尺就是符合阿贝原则的测量设备,而游标卡尺测量时的尺寸线是由两分开量爪形成,一般在量爪的中下部,与标尺刻度线有40mm 左右的距离,明显不符合阿贝原则。而测量时不可能保证尺寸线与尺身刻度线完全平行,则实际测量的距离与标尺的读数存在一定的误差,假设被测对象为一内孔,长度实际值为l,而测得值为l',尺寸线与尺身刻度线形成角度为a。
 
2. 2 检定规程规定的示值允许误差
根据通用卡尺检定规程的规定,不同规格的卡尺允许存在不同程度的示值误差。
 
2. 3 零位误差
因游标卡尺经常都是用来测量金属零件,在长期的使用过程中可能会造成量爪磨损或游标松动,从而导致卡尺的零位变动,如果在测量过程中不注意校对零位,就会引入零位误差。
 
2. 4 测量方法误差
 
前面介绍游标卡尺是不符合阿贝原则的测量工具,测量过程中测量尺寸线与尺身形成的角度越大,误差越大,所以在测量过程中要根据被测工件的形状和被测量尺寸选择合理的测量方法,如测量普通外尺寸时要保证卡尺测量面与工件测量面重合,测量圆形工件时为保证测量线与尺身平行,应该在测量过程中基本固定一个量爪,通过转动或移动另一个量爪寻找到读数转折点,从而判断测量线是否与尺身平行,否则会引入比较大的误差。
 
3 游标卡尺使用注意事项
 
从游标卡尺的工作原理和误差来源的分析来看,如要提高测量精度,保障游标卡尺的正常使用,在测量过程中应该注意以下几个方面。
 
(1) 使用时测力要均匀且不宜过大,因为尺身与游标框之间存在间隙,测力不均很容易造成两测量面不平行,从而使测量结果偏大或偏小;
 
(2) 因为卡尺的游标是靠螺钉固定,比较易变动,所以要注意经常校对零位,用完后不要随手放在振动的机床上,以免振松螺钉造成零位变动;
 
(3) 对于一些较大的需两人测量的工件 (尤其是圆形工件) ,要注意上下左右摆动量爪寻找转折点,转折点的判断可以根据卡尺的测量面与被测工件的接触间隙和读数的变化来确定。
 
4 游标卡尺检定过程的注意事项
jjg 30—2002 通用卡尺检定规程是2002 年发布的新规程,代替了jjg 30—1992 《游标卡尺检定规程》、jjg 192—1979 《游标卡尺检定规程》 ( 测量上限为1000 ~2000mm) 、jjg 400—1985 《带表卡尺检定规程》、jjg 526—1988 《数显卡尺检定规程》、jjg32—1987 《深度游标卡尺检定规程》。新规程整合了五个旧规程,这就要求检定人员在检定过程中根据被检量具的特点去适用新的规程,经过对比新老规程以及结合日常使用过程的经验,本人认为在检定过程中还有一些值得注意的事项。
 
4. 1 注意控制外量爪的合并间隙
 
在jjg 30—1992 等几个游标卡尺的检定项目中均有 “外量爪两测量面的合并间隙”要求,而在新规程中只有两测量面的平面度要求(6.3.6) ,对两测量面的合并间隙未作任何要求,平面度只是对单个平面而言,不可能控制合并间隙,这样一来,当两测量面合并对好零位后,可能形成一条斜缝 ( 即量爪上端接触,下面有缝) 也是合格的,此时只有靠示值误差来控制此斜缝的大小,而新规程4.9 条的表7中又将0~300mm (分度值0. 02) 的示值误差进行了扩大,旧规程中要求为±0.02mm,而新规程却分段要求。


因此可以认为,对于一把0 ~300mm 的游标卡尺,其两测量面合并后可以形成一条宽度为0.04mm的斜缝,这无疑大大放宽了游标卡尺的验收标准,且很不便于使用。本来,在旧规程中仍有办法控制该斜缝的宽度,如在jjg 30—1992 中13.2 条中要求按表12 控制外量爪受检点里外端尺寸之差,但在新规程的6.3.12 条虽要求检定里外端,但并未要求控制里外端的尺寸差,这样一来,对于一把0 ~300mm 的卡尺,即使外量爪里端示值误差为+ 0.04mm,外端示值误差为-0.04mm,该卡尺仍属检定合格的量具,这显然是不合理的。所以特此建议在检定过程中增加两测量合并间隙的控制要求; 修改示值误差的规定 ( 恢复对分度值为0.02mm、测量范围0~300mm 游标卡尺的示值误差要求为±0.02mm) ; 增加示值误差检定时对外量爪里外端尺寸之差的控制要求。
 
4. 2 注意控制上量爪与尺身的垂直度
如图中以上量爪作为测量内尺寸的游标卡尺,在检定规程中并没有明确要求检测上量爪与尺身的垂直度,只是在规程的
4.5 条规定了刀口内量爪的尺寸和两量爪的平行度,在6.3.8 条中规定了检定刀口内量爪尺寸时要用测力为6 ~7n 的外径千分尺沿刀口内量爪在平行于尺身方向检定。实际上这里所说的 “在平行于尺身方向检定”目的就是要使刀口内量爪的工作面与尺身垂直。只是 “平行于尺身”这种要求在实际操作中难以转化为量化的指标来控制,而一旦控制不太好就会出现本文2.1 条所分析的误差。所以建议对于这种有上、下量爪的游标卡尺最好的办法就是上、下量爪均要进行示值误差检定,不管规程中是否明确有此要求。
 
5 游标卡尺修理技巧
游标卡尺是用来测量外尺寸和内尺寸、盲孔、阶梯孔及槽等相关尺寸的量具,使用过程中出现的故障较多,最常见的是外量爪两测量面的平面度和平行度不好、游框基面不平直等。
 
5. 1 游标卡尺外量爪两测量面的平行度修理
 
游标卡尺外量爪两测量面不平行,往往是外端有缝隙成喇叭口形状,如果直接用研磨器研磨修复喇叭口,一是针对一些喇叭口较大的卡尺研磨起来工作量非常大,即使研磨合缝后由于磨损过大也会导致游标片无法对零位; 二是有不少卡尺在形成喇叭口过程中并不是两测量面在测量时均匀受力、对称受损的结果,也就是说两测量面分别与主尺构成的两角并不相等。像这种情况,经研磨合缝后往往会出现两测量面虽然平行了,但两测量面与主尺都不垂直,在今后的测量中由于测量轴线与基准轴线不平行,从而造成误差。在长期的实际工作中,笔者摸索出了一套修理喇叭口的方法及步骤,介绍如下:
 
(1) 先用刀口直角尺 ( 一般用100×63 的刀口形角尺) 分别检验两测量面与主尺之间的夹角,观察夹角的大小和测量面平面度。
(2) 分别调整两测量面,调整的目的使任一测量面里端与外端 ( 暂不顾及中点) 的连线与主尺垂尺,参见图2。
与主尺相连的测量面的调整,用锤击打外三角区域,使之延伸 ( 注意: 击打要有技巧,不能见硬伤)导致测量面外端相对里端向后偏移,用刀口角尺检验,以里、外端连线与主尺垂直为准。
 
与尺框相连的测量面的调整视情况分两种:
 
① 如尺框与主尺之间配合间隙不大,拆下游标片,用什锦锉刀锉尺框前端 (即紧靠测量面的地方)与主尺下沿接触的部位,锉的目的使尺框前端上移,达到测量面外端相对里端向前偏移,然后装上游标片,用刀口角尺检验以测量面里、外端连线与主尺垂直为准。
 
② 尺框与主尺之间配合有一定的间隙,拆下游标片,用银焊点焊尺框后端 (远离测量面的地方) 与主尺下沿接触的部位。目的也是要测量面外端相对里端向前偏移,然后再装上游标片,用刀口角尺检验,还是以测量面里、外端连线与主尺垂直为准。
 
(3) 观察经过调整的两测量面合缝情况,这时如果还不合缝,则一定是中间接触,里外端有缝隙。这是由于测量面平面度造成的,但这时里、外端的间距一定相等,就是说喇叭口一定不存在了。对这种情况只要再用研磨器研磨合缝后即可。
 
5. 2 测量面的平面度修理
 
测量面的平面度和平行度误差直接造成示值误差。如测量面端部磨损造成的平面度误差,两测量面由于修理方法不当而造成的平行度误差,均直接反映为卡尺的示值误差。因此,测量面修复的好坏将直接会影响到卡尺的精度。
目前卡尺测量面的修理仍普遍采用手工研磨方法,来修复两量爪测量面的平面度。操作时,将卡尺夹在虎钳上,左手捏紧两量爪,施加一定压力,右手前后进行推拉,并同时转动研磨器。
在修研量爪测量面时,要注意以下要领和事项:
(1) 研磨压力不应太大,量爪受压位置应在测量面凸部。研磨中应经常调换两量爪的上下位置,这样不易磨偏。
(2) 研磨中随时要用刀口形角尺检查测量面与主尺基面的垂直性,以随时调整研磨压力的位置及力度。
 
① 先用直径为15mm 左右研磨器研磨两测量面局部接触部位。基本磨平后,再换用直径较大的研磨器,对于端部为窄平面的外量爪,由于窄平面磨削较快,施力方向要倾斜45°,此力可分解为水平和垂直分力,水平分力使游框基面与主尺基面紧密贴合,垂直分力使两测量面与研磨器紧密接触,提供研磨压力。研磨后,可有效地使同一量爪的宽平面和窄平面同时吻合。
 
② 在研磨中,还要注意使研磨器均匀磨损,并常到研磨平板上进行修整,保证其平面度和平行度误差不超过2μm 和4μm,为又快又好地修复游标卡尺测量面平面度打好基础。
 
5. 3 游框基面不平直的修理
(1) 游框基面的修理。游框基面由两个小突台构成,其平直性用着色法检查,即在修好的主尺基面上均匀涂上一薄层红丹粉,装入游框来回抽动几次,根据游框基面上红粉的均匀程度判断其平直性。若不平直可用小锉刀修去基面突出部分,大致取直后,用矩形铸铁研磨器进行研磨。
(2) 游框、游标与主尺间隙的修理。间隙过大会引起游框摆动和显著视差。修理方法很多,最简单的方法是用成型垫铁垫在游框的斜面上,在虎钳上挤压。挤压时不要抽出主尺,以免过量。对活游标卡尺,也可用小锉将游标底面修得向内倾斜一些。
 
6 结论
根据对游标卡尺的工作原理和误差来源的分析以及对jjg 30—2002 通用卡尺检定规程的研究,特对游标卡尺的使用、检定和维修提出以下建议或要求: 游标卡尺的使用要注意校对零位、控制测力、寻找转折点; 检定游标卡尺时要注意控制外量爪的合并间隙和上、下量爪的示值误差; 在修理游标卡尺时要注意测量面的平面度、两测量面的平行度、游框基面不平直的修理。

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