非標千分尺的設計及測量分析

周汶生等

摘 要：本文介紹了一種使用簡單且制造簡便的用于單一測量大量程長度的自制非標量具。從自制量具的設計目地、思路、測量手法及注意事項等方面進行了分析，并與標準量具進行比較。最后制造并校正量具，投入生產，確實達到預期目標，收到滿意效果。

關鍵詞：自制量具；標準量具；非標；設計；要求

1 背景

為了保證產品質量，機器中的每一個零件，都必須根據圖紙上規定的公差要求加以加工。僅僅依靠數控設備保證加工質量是遠遠不夠的，必須借助于有一定精度的測量工具進行測量，并統一精度。對于大量程長度及中心距的測量，使用標準外徑千分卡測量長度時，體積龐大，操作不便，成本過高。因此，需要設計一種使用簡單和制造方便的非標量具。

2 自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較及其制作過程

2.1 自制非標千分尺的設計要求

由于標準外徑千分卡量程越大體積越大、操作不便，所以自制外徑千分卡除了達到圖紙基本的精度要求，還需具備以下要求：

（1） 重量較標準尺為輕、測量時操作方便。

（2） 成本低廉，設計簡易，可適應不同長度的要求。

哈爾濱量量具廠的標準千分尺實物及設計圖如圖1所示。

2.2 自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較

自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較如表1所示。自制千分尺示意圖如圖2所示。

由表1可知，自制非標千分尺具有如下特點：

（1） 重量較標準尺輕、測量時操作方便。

（2） 成本低廉，容易設計，可適應不同長度的要求。

（3） Q235-A料較為單薄，為保證精度，維護周期相對較短。

（4） 該設計對無縫管材質的均勻要求較高，尤其尺身中部剛性有較高要求。

（5） 對制造時千分尺工藝要求高，尤其是焊接等工藝。兩側頭的同軸度亦較難保證。

2.3 自制非標千分尺設計及制作過程

2.3.1定型

先計算出所需長度（需要測量工件中心距尺寸以及孔的直徑大小），算出非標千分尺需要測量的實際尺寸。由于微分頭范圍只有0～50 mm，統計可能需要用到此測量范圍。如有兩個尺寸相差范圍只有0～50 mm，為了節約成本，可由一尺測量這兩個長度。

2.3.2量塊

量塊是由兩個相互平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其長度為計量器具的長度標準，通過對計量儀器、量具和量規等示值誤差的檢定等方式，使機械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準。

本次設計量塊作為標準件，用來校準、調整非標千分尺的零位。得到所需測量長度，選取適應數量和尺寸的標準量塊。

2.3.3選材

因為非標千分尺測量范圍一般都在1500 mm以上，所以應選取剛性好、焊接方便的材料、焊接完成后焊接應力容易釋放的材料。因此，我們選取Q235普通碳素結構鋼，兩頭也選取Q235號鋼鋼板制作，方便焊接與退火。

2.3.4焊接

由于自制非標千分尺尺身較長，我們應該考慮到在縱向方向上采取框架式的結構來確保尺身縱向的剛性。另外，在橫向上的剛性，我們只能采用減少尺身總量，減少橫向兩鋼管的距離的方法確保使千分尺尺身結構堅固。在焊接過程中，尺身上的鋼管不能采取拼接的方法，因為會嚴重影響尺身的剛性和直線度。同時，在框架焊接完成后要先對尺身鋼管框架進行退火調平調直后才焊接兩頭測量臂，焊接兩頭測量臂的同時要保證兩測量頭的同心度。

2.3.5微分頭

安裝微分頭要使用預熱裝法，將需安裝的微分頭與已留下過盈配合的支架進行安裝。然后再用螺絲將微分頭上緊。

2.3.6測砧

該尺的測砧、測頭采用球式。但由于本千分尺為了測量長度及中心距離，與工件加工面接觸，采用球式測砧和微分頭更易找到的正確測量位置。測砧通過幼牙螺紋上緊，測砧調整時幼牙螺紋旋轉一周行程較粗牙螺紋要短，使用幼牙螺紋較正時可以更容易達到精確的效果。

2.3.7安裝后注意事項

尺身安裝完成后，根據實際運用情況，要對非標千分尺做出相應的檢驗規程。同時，要進行校對后，才能正常使用。

3 自制非標千分尺的測量及校正調零手法分析

由于本尺屬于自制量具為正方結構，所以非標千分尺的使用手法直接影響校正精度及使用精度。

3.1 不同方位對自制非標千分尺的測量手法

為了更好分析尺身的剛性變形對校對造成誤差的影響，本文采取六個方位進行校對測量。

（1） 左平放測量

左平方測量即測量微分頭在左側，尺子平放在工作臺上，操作者手拿量塊對尺子進行校對。

（2） 右平放測量

右平放測量即測量微分頭在右側，尺子平放在工作臺上，操作者手拿量塊對尺子進行校對。

（3） 左豎立測量

左豎立測量即測量微分頭在左側，操作者手拿尺子豎起校對量塊。

（4） 右豎立測量

右豎立測量即測量微分頭在右側，操作者手拿尺子豎起校對量塊。

（5） 左抬尺測量

左抬尺測量即測量微分頭在左側，操作者手拿尺子平抬尺子校對量塊。

（6） 右抬尺測量

右抬尺測量即測量微分頭在右側，操作者手拿尺子平抬尺子校對量塊。

其測量數據結果如表2、3所示。

由表2可知，測量范圍為1630 mm～1680 mm的外徑千分尺，由于本身焊接過程中有拼接現象，尺身強度不夠，因此，造成在校對過程中數據不穩定的現象。

由表3可知，測量范圍為1420 mm～1470 mm的外徑千分尺沒有出現拼接現象，所以尺身穩定，校對數據在合格的范圍內。因此，當尺子所測量范圍越大，尺身平放時的剛性就越差，在平放使用尺子時誤差就越大。而豎立使用尺子時由于尺身的方形結構，因此，剛性好，測量誤差小。

3.2 校正較零

首先，要調整室溫以及尺溫為20 ℃，使用專業隔熱工具去微調微分頭，豎放自制千分尺，通過平臺放入標準量塊；然后，將微分頭調至零線，通過微調測砧校正量塊；其次，微松開微分頭調至+0.05 mm，在標準室溫內放置2 h以上。等微分頭及尺身充分形變，再用微分頭進行校零即可。這樣能使尺身充分變形，消去溫度對微分頭及尺身的影響，完成校正。

4 結論

通過自制非標千分尺的使用，對于零件之間不配合的現象大大降低，目前基本沒有發現因尺寸不匹配無法安裝等問題。大大提高產品質量，確保了機器中的每一個零件，都能根據圖紙上規定的公差要求進行制造。且其具有精度統一；重量較標準尺輕、測量時操作方便；大大減小了投入成本等優點，為以后的生產提供了便利。

參考文獻

[1] 李新勇.機械制造檢測技術手冊，北京：機械工業出版社2012.1.

[2] 李云.機械制造工藝及設備設計指導手冊，北京：機械工業出版社2004.6

摘 要：本文介紹了一種使用簡單且制造簡便的用于單一測量大量程長度的自制非標量具。從自制量具的設計目地、思路、測量手法及注意事項等方面進行了分析，并與標準量具進行比較。最后制造并校正量具，投入生產，確實達到預期目標，收到滿意效果。

關鍵詞：自制量具；標準量具；非標；設計；要求

1 背景

為了保證產品質量，機器中的每一個零件，都必須根據圖紙上規定的公差要求加以加工。僅僅依靠數控設備保證加工質量是遠遠不夠的，必須借助于有一定精度的測量工具進行測量，并統一精度。對于大量程長度及中心距的測量，使用標準外徑千分卡測量長度時，體積龐大，操作不便，成本過高。因此，需要設計一種使用簡單和制造方便的非標量具。

2 自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較及其制作過程

2.1 自制非標千分尺的設計要求

由于標準外徑千分卡量程越大體積越大、操作不便，所以自制外徑千分卡除了達到圖紙基本的精度要求，還需具備以下要求：

（1） 重量較標準尺為輕、測量時操作方便。

（2） 成本低廉，設計簡易，可適應不同長度的要求。

哈爾濱量量具廠的標準千分尺實物及設計圖如圖1所示。

2.2 自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較

自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較如表1所示。自制千分尺示意圖如圖2所示。

由表1可知，自制非標千分尺具有如下特點：

（1） 重量較標準尺輕、測量時操作方便。

（2） 成本低廉，容易設計，可適應不同長度的要求。

（3） Q235-A料較為單薄，為保證精度，維護周期相對較短。

（4） 該設計對無縫管材質的均勻要求較高，尤其尺身中部剛性有較高要求。

（5） 對制造時千分尺工藝要求高，尤其是焊接等工藝。兩側頭的同軸度亦較難保證。

2.3 自制非標千分尺設計及制作過程

2.3.1定型

先計算出所需長度（需要測量工件中心距尺寸以及孔的直徑大小），算出非標千分尺需要測量的實際尺寸。由于微分頭范圍只有0～50 mm，統計可能需要用到此測量范圍。如有兩個尺寸相差范圍只有0～50 mm，為了節約成本，可由一尺測量這兩個長度。

2.3.2量塊

量塊是由兩個相互平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其長度為計量器具的長度標準，通過對計量儀器、量具和量規等示值誤差的檢定等方式，使機械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準。

本次設計量塊作為標準件，用來校準、調整非標千分尺的零位。得到所需測量長度，選取適應數量和尺寸的標準量塊。

2.3.3選材

因為非標千分尺測量范圍一般都在1500 mm以上，所以應選取剛性好、焊接方便的材料、焊接完成后焊接應力容易釋放的材料。因此，我們選取Q235普通碳素結構鋼，兩頭也選取Q235號鋼鋼板制作，方便焊接與退火。

2.3.4焊接

由于自制非標千分尺尺身較長，我們應該考慮到在縱向方向上采取框架式的結構來確保尺身縱向的剛性。另外，在橫向上的剛性，我們只能采用減少尺身總量，減少橫向兩鋼管的距離的方法確保使千分尺尺身結構堅固。在焊接過程中，尺身上的鋼管不能采取拼接的方法，因為會嚴重影響尺身的剛性和直線度。同時，在框架焊接完成后要先對尺身鋼管框架進行退火調平調直后才焊接兩頭測量臂，焊接兩頭測量臂的同時要保證兩測量頭的同心度。

2.3.5微分頭

安裝微分頭要使用預熱裝法，將需安裝的微分頭與已留下過盈配合的支架進行安裝。然后再用螺絲將微分頭上緊。

2.3.6測砧

該尺的測砧、測頭采用球式。但由于本千分尺為了測量長度及中心距離，與工件加工面接觸，采用球式測砧和微分頭更易找到的正確測量位置。測砧通過幼牙螺紋上緊，測砧調整時幼牙螺紋旋轉一周行程較粗牙螺紋要短，使用幼牙螺紋較正時可以更容易達到精確的效果。

2.3.7安裝后注意事項

尺身安裝完成后，根據實際運用情況，要對非標千分尺做出相應的檢驗規程。同時，要進行校對后，才能正常使用。

3 自制非標千分尺的測量及校正調零手法分析

由于本尺屬于自制量具為正方結構，所以非標千分尺的使用手法直接影響校正精度及使用精度。

3.1 不同方位對自制非標千分尺的測量手法

為了更好分析尺身的剛性變形對校對造成誤差的影響，本文采取六個方位進行校對測量。

（1） 左平放測量

左平方測量即測量微分頭在左側，尺子平放在工作臺上，操作者手拿量塊對尺子進行校對。

（2） 右平放測量

右平放測量即測量微分頭在右側，尺子平放在工作臺上，操作者手拿量塊對尺子進行校對。

（3） 左豎立測量

左豎立測量即測量微分頭在左側，操作者手拿尺子豎起校對量塊。

（4） 右豎立測量

右豎立測量即測量微分頭在右側，操作者手拿尺子豎起校對量塊。

（5） 左抬尺測量

左抬尺測量即測量微分頭在左側，操作者手拿尺子平抬尺子校對量塊。

（6） 右抬尺測量

右抬尺測量即測量微分頭在右側，操作者手拿尺子平抬尺子校對量塊。

其測量數據結果如表2、3所示。

由表2可知，測量范圍為1630 mm～1680 mm的外徑千分尺，由于本身焊接過程中有拼接現象，尺身強度不夠，因此，造成在校對過程中數據不穩定的現象。

由表3可知，測量范圍為1420 mm～1470 mm的外徑千分尺沒有出現拼接現象，所以尺身穩定，校對數據在合格的范圍內。因此，當尺子所測量范圍越大，尺身平放時的剛性就越差，在平放使用尺子時誤差就越大。而豎立使用尺子時由于尺身的方形結構，因此，剛性好，測量誤差小。

3.2 校正較零

首先，要調整室溫以及尺溫為20 ℃，使用專業隔熱工具去微調微分頭，豎放自制千分尺，通過平臺放入標準量塊；然后，將微分頭調至零線，通過微調測砧校正量塊；其次，微松開微分頭調至+0.05 mm，在標準室溫內放置2 h以上。等微分頭及尺身充分形變，再用微分頭進行校零即可。這樣能使尺身充分變形，消去溫度對微分頭及尺身的影響，完成校正。

4 結論

通過自制非標千分尺的使用，對于零件之間不配合的現象大大降低，目前基本沒有發現因尺寸不匹配無法安裝等問題。大大提高產品質量，確保了機器中的每一個零件，都能根據圖紙上規定的公差要求進行制造。且其具有精度統一；重量較標準尺輕、測量時操作方便；大大減小了投入成本等優點，為以后的生產提供了便利。

參考文獻

[1] 李新勇.機械制造檢測技術手冊，北京：機械工業出版社2012.1.

[2] 李云.機械制造工藝及設備設計指導手冊，北京：機械工業出版社2004.6

摘 要：本文介紹了一種使用簡單且制造簡便的用于單一測量大量程長度的自制非標量具。從自制量具的設計目地、思路、測量手法及注意事項等方面進行了分析，并與標準量具進行比較。最后制造并校正量具，投入生產，確實達到預期目標，收到滿意效果。

關鍵詞：自制量具；標準量具；非標；設計；要求

1 背景

為了保證產品質量，機器中的每一個零件，都必須根據圖紙上規定的公差要求加以加工。僅僅依靠數控設備保證加工質量是遠遠不夠的，必須借助于有一定精度的測量工具進行測量，并統一精度。對于大量程長度及中心距的測量，使用標準外徑千分卡測量長度時，體積龐大，操作不便，成本過高。因此，需要設計一種使用簡單和制造方便的非標量具。

2 自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較及其制作過程

2.1 自制非標千分尺的設計要求

由于標準外徑千分卡量程越大體積越大、操作不便，所以自制外徑千分卡除了達到圖紙基本的精度要求，還需具備以下要求：

（1） 重量較標準尺為輕、測量時操作方便。

（2） 成本低廉，設計簡易，可適應不同長度的要求。

哈爾濱量量具廠的標準千分尺實物及設計圖如圖1所示。

2.2 自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較

自制非標千分尺與標準千分尺的特點比較如表1所示。自制千分尺示意圖如圖2所示。

由表1可知，自制非標千分尺具有如下特點：

（1） 重量較標準尺輕、測量時操作方便。

（2） 成本低廉，容易設計，可適應不同長度的要求。

（3） Q235-A料較為單薄，為保證精度，維護周期相對較短。

（4） 該設計對無縫管材質的均勻要求較高，尤其尺身中部剛性有較高要求。

（5） 對制造時千分尺工藝要求高，尤其是焊接等工藝。兩側頭的同軸度亦較難保證。

2.3 自制非標千分尺設計及制作過程

2.3.1定型

先計算出所需長度（需要測量工件中心距尺寸以及孔的直徑大小），算出非標千分尺需要測量的實際尺寸。由于微分頭范圍只有0～50 mm，統計可能需要用到此測量范圍。如有兩個尺寸相差范圍只有0～50 mm，為了節約成本，可由一尺測量這兩個長度。

2.3.2量塊

量塊是由兩個相互平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其長度為計量器具的長度標準，通過對計量儀器、量具和量規等示值誤差的檢定等方式，使機械加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準。

本次設計量塊作為標準件，用來校準、調整非標千分尺的零位。得到所需測量長度，選取適應數量和尺寸的標準量塊。

2.3.3選材

因為非標千分尺測量范圍一般都在1500 mm以上，所以應選取剛性好、焊接方便的材料、焊接完成后焊接應力容易釋放的材料。因此，我們選取Q235普通碳素結構鋼，兩頭也選取Q235號鋼鋼板制作，方便焊接與退火。

2.3.4焊接

由于自制非標千分尺尺身較長，我們應該考慮到在縱向方向上采取框架式的結構來確保尺身縱向的剛性。另外，在橫向上的剛性，我們只能采用減少尺身總量，減少橫向兩鋼管的距離的方法確保使千分尺尺身結構堅固。在焊接過程中，尺身上的鋼管不能采取拼接的方法，因為會嚴重影響尺身的剛性和直線度。同時，在框架焊接完成后要先對尺身鋼管框架進行退火調平調直后才焊接兩頭測量臂，焊接兩頭測量臂的同時要保證兩測量頭的同心度。

2.3.5微分頭

安裝微分頭要使用預熱裝法，將需安裝的微分頭與已留下過盈配合的支架進行安裝。然后再用螺絲將微分頭上緊。

2.3.6測砧

該尺的測砧、測頭采用球式。但由于本千分尺為了測量長度及中心距離，與工件加工面接觸，采用球式測砧和微分頭更易找到的正確測量位置。測砧通過幼牙螺紋上緊，測砧調整時幼牙螺紋旋轉一周行程較粗牙螺紋要短，使用幼牙螺紋較正時可以更容易達到精確的效果。

2.3.7安裝后注意事項

尺身安裝完成后，根據實際運用情況，要對非標千分尺做出相應的檢驗規程。同時，要進行校對后，才能正常使用。

3 自制非標千分尺的測量及校正調零手法分析

由于本尺屬于自制量具為正方結構，所以非標千分尺的使用手法直接影響校正精度及使用精度。

3.1 不同方位對自制非標千分尺的測量手法

為了更好分析尺身的剛性變形對校對造成誤差的影響，本文采取六個方位進行校對測量。

（1） 左平放測量

左平方測量即測量微分頭在左側，尺子平放在工作臺上，操作者手拿量塊對尺子進行校對。

（2） 右平放測量

右平放測量即測量微分頭在右側，尺子平放在工作臺上，操作者手拿量塊對尺子進行校對。

（3） 左豎立測量

左豎立測量即測量微分頭在左側，操作者手拿尺子豎起校對量塊。

（4） 右豎立測量

右豎立測量即測量微分頭在右側，操作者手拿尺子豎起校對量塊。

（5） 左抬尺測量

左抬尺測量即測量微分頭在左側，操作者手拿尺子平抬尺子校對量塊。

（6） 右抬尺測量

右抬尺測量即測量微分頭在右側，操作者手拿尺子平抬尺子校對量塊。

其測量數據結果如表2、3所示。

由表2可知，測量范圍為1630 mm～1680 mm的外徑千分尺，由于本身焊接過程中有拼接現象，尺身強度不夠，因此，造成在校對過程中數據不穩定的現象。

由表3可知，測量范圍為1420 mm～1470 mm的外徑千分尺沒有出現拼接現象，所以尺身穩定，校對數據在合格的范圍內。因此，當尺子所測量范圍越大，尺身平放時的剛性就越差，在平放使用尺子時誤差就越大。而豎立使用尺子時由于尺身的方形結構，因此，剛性好，測量誤差小。

3.2 校正較零

首先，要調整室溫以及尺溫為20 ℃，使用專業隔熱工具去微調微分頭，豎放自制千分尺，通過平臺放入標準量塊；然后，將微分頭調至零線，通過微調測砧校正量塊；其次，微松開微分頭調至+0.05 mm，在標準室溫內放置2 h以上。等微分頭及尺身充分形變，再用微分頭進行校零即可。這樣能使尺身充分變形，消去溫度對微分頭及尺身的影響，完成校正。

4 結論

通過自制非標千分尺的使用，對于零件之間不配合的現象大大降低，目前基本沒有發現因尺寸不匹配無法安裝等問題。大大提高產品質量，確保了機器中的每一個零件，都能根據圖紙上規定的公差要求進行制造。且其具有精度統一；重量較標準尺輕、測量時操作方便；大大減小了投入成本等優點，為以后的生產提供了便利。

參考文獻

[1] 李新勇.機械制造檢測技術手冊，北京：機械工業出版社2012.1.

[2] 李云.機械制造工藝及設備設計指導手冊，北京：機械工業出版社2004.6