圓柱螺紋量規檢測方法分析

張巳東 張國良

摘要：在機械制造中常見螺紋量規檢測，作為控制螺紋產品質量的重要依據。基于此，本文先分析了螺紋量規檢測的重要性，然后詳細分析了螺紋量規檢測方法。以期使用合適方法提高檢測精度，滿足機械生產的實際需要。

關鍵詞：圓柱螺紋;量規檢測;三針測量法

引言：螺紋量規用于檢測螺紋綜合誤差，操作方便，廣泛應用于機械制造中。在機械制造中針對螺紋量規檢測是判斷螺紋精度的重要指標，通過對螺紋單一中徑測量，評估螺紋的制造精度，代表著我國機械制造的生產水平和產品質量。因此針對螺紋量規的檢測意義重大，需要進行針對性研究。

一、圓柱螺紋量規檢測的重要性

我國是世界前列的制造大國，尤其是機械制造行業，在我國工業和經濟中占據重要位置，對于我國就業和社會的貢獻巨大。在機械制造行業中，螺紋制件十分常見，在機械制造中也發揮著重要作用，螺紋制造精準度可以代表我國工業制造的水平，是決定我國制造工業優勢的關鍵。尤其是在螺紋生產中，熱處理后可能造成螺紋變形，或者精磨工序時間過長，都會影響螺紋直徑和設計尺寸差異過大，造成精度降低，難以滿足客戶對于尺寸精度的要求。如今越來越多國際貿易在我國開展，其他國家的量規也開始進入我國市場，造成螺紋制件明顯增多。不同國家的牙型、種類以及標記等位置存在明顯差異，很難互換，造成生產檢測的難度升級，也對螺紋制造精度提出了更高的要求。目前在螺紋量規檢測上，我國仍然使用三針法進行測量，使用高效精準的測量方法更有利于節約生產時間，提高檢測精度。相比于其他檢測方法，三針法具有豐富的檢測經驗，操作相對簡單，且精度良好，可以滿足螺紋量規檢測的要求。

二、圓柱螺紋量規檢測方法

（一）三針測量法

三針測量是最為常見一種精密測量方法，作為間接接觸測量，使用測長儀進行測量，按照螺紋螺距選擇三針放入牙槽內，保證三針和螺紋中徑相切，通過計算可以獲得中徑。如下圖所示為中徑測量圖，螺紋單一中徑的計算公式為：d=M-（3d0-0.866P），牙型角為60°，其中d0為三針直徑，d為單一中徑，螺距為P。

（二）螺紋千分尺測量法

使用螺紋千分尺測量單一中徑，精度較低，在量規加工過程中較為常見，可以確定螺紋中徑磨削余量[1]。測量時受到角度誤差的影響，甚至誤差可以達到0.5mm左右，需要對測量過程嚴格控制，謹慎使用。要根據被測螺紋的螺距選擇合適的測量頭，安裝在千分尺兩側進行測量。注意充分考慮到牙型和螺距誤差造成的影響，從而控制誤差，提高測量的精度。但由于影響因素多，控制難度高，很難有效實現精度的控制。

（三）綜合測量儀

隨著科技的發展，近年來螺紋綜合測量儀應用于測量工作中，提高了外螺紋的檢測精度和效率顯著提高。其利用螺紋測量儀高精度軸承驅動探針和螺紋接觸掃描，使用高精度進口光柵測量記錄掃描過程，用計算機系統合成二維數據，按照螺紋參數分析計算獲得螺紋中徑。

（四）優劣勢分析

使用螺紋千分尺進行螺紋量規中徑的測量，測量的精度相對較差，受到的影響因素較多，需要謹慎使用。使用三針法測量具有較高精度，但是操作相對復雜，需要花費較長的時間進行測量。且存在螺距以及牙型角的影響，存在一定誤差。螺紋綜合測量儀進行量規的測量，能夠一次測量出螺距以及牙型角，測量精度高，效率高，時間短，更符合螺紋量規的校準，建議優先選擇綜合測量儀。但是由于設備精密，成本較高，對于經濟條件的要求高，需要有技術人員掌握操作方法，正確使用。

三、三針測量法在圓柱螺紋量規檢測中的應用

（一）測量原理

使用三針法測量主要利用專用量儀或量距進行測量，設備集合了電子技術、機械、光學等技術，具有精度高、效率高的優勢，是一種強大的三維測量設備。該測量設備的應用大幅提高了檢測的效率，測量結果更加準確。根據探頭和工作臺情況安裝探針。首先需要安裝大探針裝配為Z型，采集端面以及圓元素建立坐標系。在坐標系內，使用三角函數公式進行坐標值以及長度的計算。并通過設備掃描功能測量牙側面各個點的坐標數值，使用最小二乘法進行擬合為3D線，使用三針法測量，利用對稱功能可以獲得真實的中經線，將中經線擬合為圓柱，進行量規中經值的測量。

（二）檢測方法

安裝探針，對被測量規進行清洗，固定安裝在工作臺上，若測量機為固定探頭，無法旋轉工作臺，可以裝配Z型探針，使用小直徑探針裝配成十字型，對X、Y兩個截面進行測量。從螺紋第一牙一直測量至最后一牙，測量3牙以上。建立坐標系使用量規端面和內圓建立坐標系，由于螺紋量規是回轉體，螺紋牙型差異較大，需要進行自動化測量，確定起始點十分關鍵。找到最小x數值，移動Z軸至螺距一半。在牙頂點建立坐標系，進行牙面和坐標的長度，并對結果進行處理。

在牙型對稱援助螺紋母線上，上牙和下牙側面的測量長度在一點相交，使用坐標機進行定位，在牙頂任意位置進行測量，順沿Z軸向下移動至中徑的一半。自定心測量緩慢滑入牙槽，直到接觸點均勻受力，采集點元素。根據在X軸上自定心和圓心的差，可以利用三角函數進行計算，得到定點到牙頂距離。

計算中徑，通過對母線上所有側面點元素進行掃描，將其擬合成上牙、下牙側面直線，圓柱和直線夾角為牙側角，將牙側面直線做對稱，對稱線和側面直線相交，使用交點擬合3D線，這條線就是中徑線，將中徑線擬合為圓柱，圓柱直徑作為螺紋中徑[2]。中徑為螺紋軸向的橫截面內牙上溝槽和寬度相等的圓柱直徑，如果中徑溝槽和凸起寬度不相同，不能使用對稱線的方法進行中徑的計算。計算螺距，經過對中徑的計算，在同一母線上，所有上牙側面直線和中徑線相連接，交點的Z坐標相減，可以獲得螺距值。

（三）確定三針直徑

根據公式d0=P/（2cosα/2）可以計算得到最佳三針直徑，避免牙型誤差影響到檢定結果準確性，探針和牙側面接觸點位于中徑上。測量中，由于螺紋量規具有較多規格以及種類，每一量規對應一個三針很難實現。三針直徑可能存在偏差，難以保證最佳三針。當三針和牙型面外側相切時，可以得到外跨距測量尺寸的最大，螺紋中徑和外跨距尺寸可以為最佳三針直徑得到的跨距值。當三針正好放入螺紋牙槽中，外跨距尺寸和螺距相近，螺紋中徑是三針最小直徑。測量方法并未考慮螺紋升角對于測量數據的影響，計算的三針直徑相對較大，三針的直徑變化和牙型半角、測量精度都有直接關系，因此最后還需要根據螺距對半角誤差的規定計算出直徑范圍。

結論：綜上所述，在機械制造中使用三針測量法進行螺紋量規檢測，配合牙側面掃描能夠提高檢測進度，保證測量數據準確。同時可以擴大測量的范圍，滿足多個種類的螺紋量規需要，尤其是特殊牙型螺紋，使用三針法同樣可以測量。三針法操作簡便，節約大量檢測時間，也提高了生產效率。檢測成本適中，不會增加螺紋產品的生產成本，使用這一方法即可完成所有參數的檢測，無需使用大型設備或材料，節約人力資源，具有較高應用價值，更有利于機械制造的發展。

參考文獻：

[1]李文娟，肖俊倉，梁勇.關于圓柱螺紋量規檢測方法探究[J].工業計量，2020，30（05）：84-86.

[2]馬琳.接觸掃描法測量圓柱螺紋量規中徑的測量不確定度評定[J].計量與測試技術，2020，47（03）：111-114.