不用三針的“三針測量”方法

劉興富/廣州威而信精密儀器有限公司

0 引言

螺紋中徑的測量，一般是采用三針間接測量或在工具顯微鏡上用影像法（干涉法或接觸法）直接測量。但是，三針測量實際上測量的是螺紋的單一中徑，而不是螺紋的中徑，三針在中徑實際測量中，不能嚴格按照國家標準的定義，測量出螺紋牙型溝槽和凸起寬度相等地方的直徑；在工具顯微鏡上測量螺紋中徑的方法，也不符合國家標準中徑、單一中徑的定義。

不用三針也可對螺紋中徑進行三針測量的問題，也許會認為是根本不可能。但是，不用三針的三針測量方法的確是可以實現的。本文方法根據國標定義，不進行計算，只需描出影屏上的牙型牙側直線（放大圖），螺紋中徑和單一中徑可以直接從放大圖上量出，是工廠螺紋加工中精確、簡易、快捷實用的測量方法。

螺紋中徑、單一中徑的定義（GB/T 14791—1993《螺紋 術語》）：

中徑——一個假想圓柱母線通過牙型上溝槽寬度和凸起寬度相等的地方（圖1a）；

單一中徑——一個假想圓柱母線通過牙型上溝槽寬度等于基本螺距一半的地方（圖1b）。

1 方法

1）在投影儀（或工具顯微鏡）上安裝頂針座，調整兩頂針連線與工作臺移動方向一致后，將被測螺紋裝在兩頂針之間并鎖緊。

2）選擇適當的放大倍數，調整光圈、焦距等，使螺紋的牙型放大影像清晰地顯示在投影屏上（圖2）。

3）將圖2投影屏描圖紙上的牙型影像，用透明三角尺、鉛筆準確地描出牙側直線部分和畫出兩側牙型中線附近平行于螺紋軸線的基線（鉛筆線越細越好，以能看清為準）。

4）取下投影屏上描繪出的牙型牙側直線放大圖，將其放在制圖板上進行幾何作圖：

在畫出的基線上，標出兩側基線與相鄰牙側的交點A、B、C和A1、B1、C1；確定AB（A1B1）和BC（B1C1）的中點E（E1）和F（F1），再作EF（E1F1）的垂直平分線（中徑定義直線），中徑定義直線與牙側直線交于點D（D1），D（D1）被稱為中徑定義點（圖3）。

圖1 螺中徑和單一中徑

圖2 投影屏上的螺紋牙型放大圖像

圖3 中徑定義點（軸線另一側未畫出）

5）過點D（D1）作牙側直線的垂線，垂線與溝槽中線交于點O，OD（OD1）就是被測螺紋中徑的最適當三針的放大半徑（圖4）。

式中：d′ —三針直徑；

PS=OD/M*—螺紋螺距的實際值；

α/2 —螺紋牙型半角；

M*—放大倍數。

圖4 測量中徑時的虛擬三針（軸線另一側未畫出）

6）從溝槽兩牙側的交點H（H1），移至點K（K1）[距離OK（O1K1）]；過點K（K1）作平行于螺紋軸線的直線，直線與牙側的交點G（G1），就是單一中徑定義點；過點G（G1）作牙側直線的垂線，垂線與溝槽中線交于點O1，O1G（O1G1）就是被測螺紋單一中徑的最適當三針的放大半徑（圖5）。

圖5 測量單一中徑時的虛擬三針（軸線另一側未畫出）

式中：d—三針直徑；

P=O1G/M*—被測螺紋基本螺距；

α/2—螺紋牙型半角；

M*——放大倍數。

7）被測螺紋的中徑，可以從放大圖上直接測量出來，[即d2=圖上測量值（DD1）除以放大倍數（M*）](圖6a)。和中徑一樣，被測螺紋的單一中徑，也可以從放大圖上直接測量出來，[即d2單一=圖上測量值(GG1)除以放大倍數（M*）]（圖6b）。

圖6 獲得螺紋的中徑和單一中徑

2 測量、描影、作圖實例

測量普通非標螺紋M16×2（d2=14.7240-0.1），在投影儀上選擇放大倍數M=20X進行測量、描影、作圖。

從圖7a和圖7b的投影放大圖上量出PS=42.00 mm，YD=319.87 mm，YD1=25.45 mm；YG=319.82 mm，YG1=25.72 mm：

測量中徑時的三針直徑 (三針系列中無此規格，本文方法卻不受限制! )

圖7 測量、描影、作圖

測量單一中徑時的三針直徑 （和一般方法一樣，但本文方法是取三針的理論正確值，無制造誤差！）

3 結束語

1）在放大圖上量取螺紋中徑和單一中徑的尺寸時，筆者推薦用0.02 mm的游標卡尺。

2）投影作圖方法的準確性，除測量儀器的誤差外，尚取決于螺紋制件牙型本身的加工精度、放大牙型影像和牙型側邊描繪質量、以及幾何作圖的技巧和準確度。

3）誤差分析表明：螺紋的螺距偏差、牙型半角偏差對螺紋中徑測量沒有影響。

4）本文方法可以滿足普通螺紋工作量規、精密螺紋制件中徑測量的精度要求。