互換性與測(cè)量技術(shù)-第六章

互換性與測(cè)量技術(shù)第6章光滑工件尺寸的檢測(cè)6.1光滑工件尺寸的檢測(cè)6.2光滑極限量規(guī)概述6.3量規(guī)公差帶6.4量規(guī)設(shè)計(jì)6.5綜合實(shí)訓(xùn)6.1光滑工件尺寸的檢測(cè)工件在測(cè)量過(guò)程中，各種因素引起的測(cè)量誤差都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。由于測(cè)量誤差的存在，驗(yàn)收工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種誤判現(xiàn)象，即誤收和誤廢。誤收是指把尺寸超出規(guī)定尺寸極限的工件判為合格；誤廢是指把處在規(guī)定尺寸極限內(nèi)的工件判為廢品。誤收會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量；誤廢會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。如圖6-1所示，用測(cè)量不確定度為±0.004mm的千分尺測(cè)量φ

mm的軸。根據(jù)規(guī)定，其上、下極限偏差分別為0和－13μm。由于受千分尺測(cè)量誤差的影響，使得其實(shí)際偏差在0～＋4μm與－17～－13μm之間的不合格工件有可能被誤收，而實(shí)際偏差在－4～0μm與－13～－9μm之間的合格工件有可能被誤廢。圖6-1誤收與誤廢可見(jiàn)，測(cè)量誤差的存在將會(huì)在實(shí)際上改變工件規(guī)定的公差帶，使之縮小或擴(kuò)大。考慮到測(cè)量誤差的影響，我們把合格工件可能的最小公差稱(chēng)為生產(chǎn)公差，合格工件可能的最大公差稱(chēng)為保證公差。生產(chǎn)公差應(yīng)能滿(mǎn)足加工的經(jīng)濟(jì)性要求，保證公差應(yīng)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的使用要求。顯然，生產(chǎn)公差越大越好，保證公差越小越好，二者之間存在矛盾。為解決這一矛盾，必須規(guī)定驗(yàn)收極限和允許的測(cè)量誤差。6.1.1驗(yàn)收極限

驗(yàn)收極限可以按照內(nèi)縮和不內(nèi)縮兩種方式之一來(lái)確定。

1．驗(yàn)收極限方式內(nèi)縮方式的驗(yàn)收極限是從規(guī)定的最大實(shí)體尺寸（MMS）和最小實(shí)體尺寸（LMS）分別向工件公差帶內(nèi)移動(dòng)一個(gè)安全裕度A來(lái)確定的，如圖6-2所示。A值應(yīng)按工件尺寸公差（T）的1/10確定。（1）內(nèi)縮方式（a）

（b）圖6-2內(nèi)縮方式的驗(yàn)收極限孔尺寸的驗(yàn)收極限：

上驗(yàn)收極限＝最小實(shí)體尺寸（LMS）－安全裕度（A）

下驗(yàn)收極限＝最大實(shí)體尺寸（MMS）＋安全裕度（A）軸尺寸的驗(yàn)收極限：

上驗(yàn)收極限＝最大實(shí)體尺寸（MMS）－安全裕度（A）

下驗(yàn)收極限＝最小實(shí)體尺寸（LMS）＋安全裕度（A）

不內(nèi)縮方式的驗(yàn)收極限等于規(guī)定的最大實(shí)體尺寸（MMS）和最小實(shí)體尺寸（LMS），即A值等于零。（2）不內(nèi)縮方式①對(duì)遵循包容要求的尺寸、公差等級(jí)較高的尺寸，其驗(yàn)收極限按內(nèi)縮方式確定。②當(dāng)工藝能力指數(shù)Cp≥1時(shí)，其驗(yàn)收極限可按不內(nèi)縮方式確定；但對(duì)遵循包容要求的尺寸，其最大實(shí)體尺寸一邊的驗(yàn)收極限仍按內(nèi)縮方式確定。③對(duì)偏態(tài)分布的尺寸，其驗(yàn)收極限可以?xún)H對(duì)尺寸偏向的一邊按內(nèi)縮方式確定。④對(duì)非配合和一般公差的尺寸，其驗(yàn)收極限按不內(nèi)縮方式確定。驗(yàn)收極限方式的選擇要結(jié)合尺寸功能要求及其重要程度、尺寸公差等級(jí)、測(cè)量不確定度和工藝能力等因素綜合考慮。

2．驗(yàn)收極限方式的選擇6.1.2計(jì)量器具的選擇根據(jù)測(cè)量誤差理論，測(cè)量不確定度u是由計(jì)量器具的不確定度u1和測(cè)量條件引起的測(cè)量不確定度u2組成的。其中，u1是表征計(jì)量器具內(nèi)在誤差引起測(cè)得實(shí)際尺寸對(duì)真實(shí)尺寸可能分散的一個(gè)范圍；u2是表征測(cè)量過(guò)程中由溫度、壓力效應(yīng)及工件形狀誤差等因素引起測(cè)得實(shí)際尺寸對(duì)真實(shí)尺寸可能分散的一個(gè)范圍。

u1和u2均為獨(dú)立的隨機(jī)變量，因此，它們組成的測(cè)量不確定度u也是隨機(jī)變量。但u1和u2對(duì)u的影響程度不同，u1的影響較大，u2的影響較小，一般將u1和u2按照2:1的關(guān)系處理。由獨(dú)立變量合成規(guī)則，得因此，u1＝0.9u；u2＝0.45u。

1．計(jì)量器具的選擇原則選擇計(jì)量器具時(shí)，應(yīng)按照計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1來(lái)選擇。選擇時(shí)，應(yīng)使所選用的計(jì)量器具的測(cè)量不確定度數(shù)值小于或等于選定的u1值。計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1按測(cè)量不確定度u與工件公差的比值分檔：對(duì)IT6～I(xiàn)T11的分為I、II、III三檔，對(duì)IT12～I(xiàn)T18的分為I、II兩檔。測(cè)量不確定度u的I、II、III三檔值，分別為工件公差的1/10、1/6、1/4的0.9倍。計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1約為測(cè)量不確定度u的0.9倍。選用國(guó)標(biāo)GB/T3177—2009所規(guī)定的計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1時(shí)，一般情況下，優(yōu)先選用I檔，其次選用II檔、III檔。

2．計(jì)量器具測(cè)量不確定度允許值的選擇表6-2為千分尺和游標(biāo)卡尺的測(cè)量不確定度，關(guān)于比較儀、指示表等計(jì)量器具的測(cè)量不確定度，可參見(jiàn)課本表6-3和6-4。表6-2千分尺和游標(biāo)卡尺的測(cè)量不確定度6.1.3光滑工件尺寸檢測(cè)示例【例6-1】試確定檢驗(yàn)φ75js8（±0.023）

軸時(shí)的驗(yàn)收極限，選擇相應(yīng)的計(jì)量器具，并分析該軸可否使用分度值為0.01mm的外徑千分尺進(jìn)行比較法測(cè)量驗(yàn)收?！窘狻浚?）確定驗(yàn)收極限方式、安全裕度A和計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1由于φ75js8（±0.023）

軸遵循包容要求，因此，驗(yàn)收極限應(yīng)按內(nèi)縮方式確定。由國(guó)標(biāo)GB/T3177—2009可查得安全裕度A＝0.0046mm，按計(jì)量器具測(cè)量不確定度允許值優(yōu)先選用I檔的原則，確定u1＝0.0041mm。（2）計(jì)算驗(yàn)收極限上驗(yàn)收極限＝最大實(shí)體尺寸（MMS）－A

＝75＋0.023－0.0046＝75.0184（mm）下驗(yàn)收極限＝最小實(shí)體尺寸（LMS）＋A

＝75－0.023＋0.0046＝74.9816（mm）（3）選擇計(jì)量器具①根據(jù)工件的公稱(chēng)尺寸75mm，由表6-3可查得，分度值為0.005mm的比較儀，其測(cè)量不確定度u1'＝0.003mm＜u1，可滿(mǎn)足使用要求。②當(dāng)選用分度值為0.01mm的外徑千分尺時(shí)，由表6-2可知，其測(cè)量不確定度u1'＝0.005mm＞u1。顯然，用分度值為0.01mm的外徑千分尺采用絕對(duì)法測(cè)量時(shí)，不能滿(mǎn)足使用要求。當(dāng)用分度值為0.01mm的外徑千分尺采用比較法測(cè)量時(shí)，其測(cè)量不確定度u1'可減小至原來(lái)的60%，即u1'＝0.005×60%＝0.003mm＜u1，可滿(mǎn)足使用要求?！纠?-2】試確定檢驗(yàn)φ125H9（

）

孔（工藝能力指數(shù)Cp＝1.1）的驗(yàn)收極限，并選擇相應(yīng)的計(jì)量器具?！窘狻浚?）確定驗(yàn)收極限方式、安全裕度A和計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1由于φ125H9（

）

孔遵循包容要求，且工藝能力指數(shù)Cp＝1.1＞1，因此，驗(yàn)收極限應(yīng)按單邊內(nèi)縮方式確定，即最大實(shí)體尺寸一邊的驗(yàn)收極限（下驗(yàn)收極限）內(nèi)縮，最小實(shí)體尺寸一邊的驗(yàn)收極限（上驗(yàn)收極限）不內(nèi)縮。由國(guó)標(biāo)GB/T3177—2009可查得安全裕度A＝0.01mm，計(jì)量器具測(cè)量不確定度允許值u1＝0.009mm。（2）計(jì)算驗(yàn)收極限上驗(yàn)收極限＝最小實(shí)體尺寸（LMS）

＝125＋0.1＝125.1（mm）下驗(yàn)收極限＝最大實(shí)體尺寸（MMS）＋A

＝125＋0.01＝125.01（mm）（3）選擇計(jì)量器具根據(jù)工件的公稱(chēng)尺寸125mm，查千分尺的測(cè)量不確定度可知，分度值為0.01mm的內(nèi)徑千分尺，其測(cè)量不確定度u1'＝0.008mm＜u1，可滿(mǎn)足使用要求?！纠?-3】試確定檢驗(yàn)φ45h8（

）軸（加工后尺寸為偏態(tài)分布，偏向其最大實(shí)體尺寸一邊）的驗(yàn)收極限，并選擇相應(yīng)的計(jì)量器具?！窘狻浚?）確定驗(yàn)收極限方式、安全裕度A和計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1由于φ45h8（

）軸為偏態(tài)分布，因此，驗(yàn)收極限應(yīng)按單邊內(nèi)縮方式確定，即尺寸偏向一邊的驗(yàn)收極限（上驗(yàn)收極限）內(nèi)縮，尺寸非偏向一邊的驗(yàn)收極限（下驗(yàn)收極限）不內(nèi)縮。由國(guó)標(biāo)GB/T3177—2009可查得安全裕度A＝0.0039mm，計(jì)量器具測(cè)量不確定度允許值u1＝0.0035mm。（2）計(jì)算驗(yàn)收極限上驗(yàn)收極限＝最大實(shí)體尺寸（MMS）－A

＝45－0.0039＝44.9961（mm）下驗(yàn)收極限＝最小實(shí)體尺寸（LMS）

＝45－0.039＝44.961（mm）（3）選擇計(jì)量器具根據(jù)工件的公稱(chēng)尺寸45mm，查比較儀的測(cè)量不確定度可知，分度值為0.005mm的比較儀，其測(cè)量不確定度u1'＝0.003mm＜u1，可滿(mǎn)足使用要求。6.2光滑極限量規(guī)概述6.2.1光滑極限量規(guī)的一般分類(lèi)1．塞規(guī)塞規(guī)是指用于孔徑檢驗(yàn)的光滑極限量規(guī)，其測(cè)量面為外圓柱面。其中，圓柱直徑為被檢孔徑下極限尺寸的塞規(guī)稱(chēng)為孔用通規(guī)；圓柱直徑為被檢孔徑上極限尺寸的塞規(guī)稱(chēng)為孔用止規(guī)，如圖6-3所示。檢驗(yàn)時(shí)，如果通規(guī)能通過(guò)被檢孔（表示被檢孔徑大于下極限尺寸），止規(guī)不能通過(guò)被檢孔（表示被檢孔徑小于上極限尺寸），說(shuō)明孔的實(shí)際尺寸在規(guī)定的極限尺寸范圍內(nèi)，則被檢孔是合格的。圖6-3塞規(guī)檢驗(yàn)時(shí)，通規(guī)能順利滑過(guò)被檢軸（表示被檢軸徑小于上極限尺寸）；止規(guī)不能滑過(guò)被檢軸（表示被檢軸徑大于下極限尺寸），說(shuō)明軸的實(shí)際尺寸在規(guī)定的極限尺寸范圍內(nèi)，被檢軸是合格的。

2．環(huán)規(guī)環(huán)規(guī)是指用于軸徑檢驗(yàn)的光滑極限量規(guī)，其測(cè)量面為內(nèi)圓環(huán)面。其中，圓環(huán)直徑為被檢軸徑上極限尺寸的環(huán)規(guī)稱(chēng)為軸用通規(guī)；圓環(huán)直徑為被檢軸徑下極限尺寸的環(huán)規(guī)稱(chēng)為軸用止規(guī)，如圖6-4所示。圖6-4環(huán)規(guī)因此，用光滑極限量規(guī)檢驗(yàn)工件，如果通規(guī)能通過(guò)，而止規(guī)不能通過(guò)，就表示被檢工件合格，否則不合格。6.2.2光滑極限量規(guī)按用途分類(lèi)按用途分工作量規(guī)驗(yàn)收量規(guī)校對(duì)量規(guī)是指在加工工件時(shí)，工人用來(lái)檢驗(yàn)工件的量規(guī)，通規(guī)和止規(guī)分別用代號(hào)“T”和“Z”表示是指檢驗(yàn)部門(mén)或用戶(hù)代表驗(yàn)收產(chǎn)品時(shí)使用的量規(guī)是指用來(lái)檢驗(yàn)軸用量規(guī)在制造時(shí)是否符合尺寸公差，在使用中是否已經(jīng)達(dá)到磨損極限時(shí)所用的量規(guī)。孔用量規(guī)用指示式計(jì)量器具測(cè)量很方便，故不需要校對(duì)量規(guī)“校通—通”塞規(guī)（代號(hào)TT）“校止—通”塞規(guī)（代號(hào)ZT）“校通—損”塞規(guī)（代號(hào)TS）防止軸用通規(guī)尺寸過(guò)小。檢驗(yàn)時(shí)，該校對(duì)塞規(guī)應(yīng)能通過(guò)軸用通規(guī)，否則該軸用通規(guī)不合格防止軸用止規(guī)尺寸過(guò)小。檢驗(yàn)時(shí)，該校對(duì)塞規(guī)應(yīng)能通過(guò)軸用止規(guī)，否則該軸用止規(guī)不合格防止軸用通規(guī)超出磨損極限。檢驗(yàn)時(shí)，該校對(duì)塞規(guī)應(yīng)該通不過(guò)軸用通規(guī)，否則該軸用通規(guī)已達(dá)到或超過(guò)磨損極限，不應(yīng)再使用6.3量規(guī)公差帶由于通規(guī)在使用過(guò)程中經(jīng)常通過(guò)工件，會(huì)逐漸磨損，因此，為保證通規(guī)具有一定的使用壽命，應(yīng)留出適當(dāng)?shù)哪p儲(chǔ)量，同時(shí)規(guī)定磨損極限。而止規(guī)不經(jīng)常通過(guò)工件，磨損很少，故不需留磨損儲(chǔ)量。校對(duì)量規(guī)也不需留磨損儲(chǔ)量。如圖6-5所示為量規(guī)的公差帶分布圖。圖中，T為量規(guī)尺寸公差，Z為公差帶位置要素（即通規(guī)尺寸公差帶中心到工件最大實(shí)體尺寸之間的距離），TP為校對(duì)量規(guī)尺寸公差。圖6-5量規(guī)的公差帶6.3.1工作量規(guī)的公差帶工作量規(guī)的公差帶不得超越工件的公差帶。其中，通規(guī)的尺寸公差帶對(duì)稱(chēng)于Z值，其磨損極限與工件的最大實(shí)體尺寸重合；止規(guī)的尺寸公差帶從工件的最小實(shí)體尺寸起，向工件的公差帶內(nèi)分布。表6-5工作量規(guī)的尺寸公差T和位置要素Z值（摘自GB/T1957—2006）此外，量規(guī)的幾何誤差應(yīng)在其尺寸公差帶內(nèi)，其公差為量規(guī)尺寸公差的50%。當(dāng)量規(guī)尺寸公差小于或等于0.002mm時(shí)，其幾何公差為0.001mm。6.3.2校對(duì)量規(guī)的公差帶校對(duì)量規(guī)尺寸公差TP為被校對(duì)軸用工作量規(guī)尺寸公差T的1/2，校對(duì)量規(guī)尺寸公差中包含有形狀誤差。校對(duì)量規(guī)的公差帶分布規(guī)定如下：①校通－通（TT）：公差帶為從軸用通規(guī)的下極限偏差起向其公差帶內(nèi)分布。②校止－通（ZT）：公差帶為從軸用止規(guī)的下極限偏差起向其公差帶內(nèi)分布。③校通－損（TS）：公差帶為從軸用通規(guī)的磨損極限起向其公差帶內(nèi)分布。6.4量規(guī)設(shè)計(jì)6.4.1量規(guī)的設(shè)計(jì)原則量規(guī)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合泰勒原則（又稱(chēng)極限尺寸判斷原則），即遵循包容要求的單一要素（孔或軸）的體外作用尺寸（Dfe或dfe）不允許超出最大實(shí)體尺寸（MMS），在任何位置上的實(shí)際尺寸（Da或da）不允許超出最小實(shí)體尺寸（LMS）。符合泰勒原則的量規(guī)如下。①通規(guī)的測(cè)量面應(yīng)是與孔或軸形狀相對(duì)應(yīng)的完整表面（通常稱(chēng)為全形量規(guī)），其尺寸等于工件的最大實(shí)體尺寸，且長(zhǎng)度等于配合長(zhǎng)度。②止規(guī)的測(cè)量面應(yīng)是點(diǎn)狀的，兩測(cè)量面之間的尺寸等于工件的最小實(shí)體尺寸。6.4.2量規(guī)工作尺寸的計(jì)算量規(guī)工作尺寸的計(jì)算步驟如下。①查出工件的上、下極限偏差。②查出工作量規(guī)的尺寸公差T和位置要素Z值，并確定校對(duì)量規(guī)的尺寸公差。③畫(huà)出工件和量規(guī)的公差帶圖，并計(jì)算量規(guī)的工作尺寸或極限偏差。6.4.3量規(guī)型式的選擇符合泰勒原則的量規(guī)，如在某些場(chǎng)合下應(yīng)用不方便或有困難時(shí)，可在保證被檢驗(yàn)工件的形狀誤差不致影響配合性質(zhì)的條件下，使用偏離泰勒原則的量規(guī)。

如圖6-6所示，孔用量規(guī)的常用型式主要包括全形塞規(guī)、不全形塞規(guī)、片狀塞規(guī)和球端桿規(guī)等；如圖6-7所示，軸用量規(guī)的常用型式主要包括環(huán)規(guī)和卡規(guī)等。圖6-6孔用量規(guī)圖6-7軸用量規(guī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的量規(guī)型式應(yīng)用尺寸范圍如表6-6所示，可供選擇時(shí)參考。表6-6推薦的量規(guī)型式應(yīng)用尺寸范圍6.4.4量規(guī)技術(shù)要求量規(guī)的技術(shù)要求主要包括以下幾個(gè)方面。①量規(guī)的測(cè)量面不應(yīng)有銹跡、毛刺、黑斑和劃痕等明顯影響外觀和使用質(zhì)量的缺陷，其他表面也不應(yīng)有銹蝕和裂紋。②塞規(guī)的測(cè)頭與手柄的連接應(yīng)牢固可靠，在使用過(guò)程中不應(yīng)松動(dòng)。③量規(guī)宜采用合金工具鋼、碳素工具鋼、滲碳鋼及其他耐磨材料制造。④鋼制量規(guī)測(cè)量面的硬度不應(yīng)小于700HV（或60HRC）。⑤量規(guī)測(cè)量面的表面粗糙度Ra值不應(yīng)大于表6-7的規(guī)定。⑥量規(guī)應(yīng)經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性處理。表6-7量規(guī)測(cè)量面的表面粗糙度6.5.1實(shí)訓(xùn)過(guò)程1．查出孔與軸的極限偏差由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1800.1—2009可查出孔與軸的上、下極限偏差如下?？祝篍S＝＋0.033mm，EI＝0；軸：es＝－0.02mm，ei＝－0.041mm。6.5綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)φ25H8/f7孔與軸的量規(guī)2．查出工作量規(guī)的尺寸公差T和位置要素Z值由國(guó)標(biāo)GB/T1957—2006查出工作量規(guī)的尺寸公差T和位置要素Z值，并確定校對(duì)量規(guī)的尺寸公差?？子昧恳?guī)：

T＝0.0034mm，Z＝0.005mm，T/2＝0.0017mm軸用量規(guī)：

T＝0.0024mm，Z＝0.0034mm，T/2＝0.0012mm校對(duì)量規(guī)的尺寸公差：

TP＝T/2＝0.0012mm3．計(jì)算量規(guī)的極限偏差①通規(guī)（T）上極限偏差＝EI＋Z＋T/2

＝0＋0.005＋0.0017

＝＋0.0067（mm）下極限偏差＝EI＋Z－T/2

＝0＋0.005－0.0017

＝＋0.0033（mm）磨損極限＝EI＝0②止規(guī)（Z）上極限偏差＝ES＝＋0.033mm下極限偏差＝ES－T＝0.033－0.0034

＝＋0.0296（mm）（1）φ25H8孔用量規(guī)圖6-8所示為工件和量規(guī)的公差帶圖。圖6-8工件和量規(guī)的公差帶圖（2）φ25f7軸用量規(guī)①通規(guī)（T）上極限偏差＝es－Z＋T/2

＝－0.02－0.0034＋0.0012＝－0.0222（mm）下極限偏差＝es－Z－T/2

＝－0.02－0.0034－0.0012＝－0.0246（mm）磨損極限＝es＝－0.02mm②止規(guī)（Z）上極限偏差＝ei＋T＝－0.041＋0.0024＝－0