謝正義 / 安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

0 引言

游標(biāo)卡尺是機械制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的量具，可測量內(nèi)外徑尺寸、長度、厚度、高度、深度以及齒厚等。游標(biāo)量具按用途一般分為普通游標(biāo)卡尺、高度游標(biāo)卡尺、深度游標(biāo)卡尺和齒厚游標(biāo)卡尺等。傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺分度值一般有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm三類。實際使用中，由于零部件的結(jié)構(gòu)多樣性，有的零部件的尺寸可能需要多個分度值的卡尺測量，用戶就得購置多個分度值的卡尺來完成。多把卡尺的不斷切換使用，造成了工作效率的低下，測量人員也為多把卡尺的校準(zhǔn)與維護(hù)傷透腦筋。為此，設(shè)計一種新型的游標(biāo)卡尺，將企業(yè)車間常用的三種分度值集成在一把游標(biāo)卡尺上，既解決了重復(fù)購買設(shè)備又解決了分度值切換的便利，提高了測量的效率。

1 傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺

傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺按外形分為三用卡尺、二用卡尺、雙面卡尺、單面卡尺、無視卡尺、大尺寸卡尺、帶表卡尺和電子卡尺等。主要由尺身、尺框和內(nèi)外量卡構(gòu)成，尺身的主尺分度為毫米整數(shù)，是利用尺身分度線間距與游標(biāo)分度線間距差來進(jìn)行小數(shù)讀數(shù)。游標(biāo)卡尺的準(zhǔn)確度不同，游標(biāo)分度值也就不同。10分度、20分度和50分度游標(biāo)卡尺尺身上的最小分度都是1 mm，游標(biāo)尺上分別有10、20、50個小的等分度，總長分別為9 mm、19 mm和49 mm，每一分度分別為0.9 mm、0.95 mm和0.98 mm，這樣就實現(xiàn)了分度值分別為0.1 mm、0.05 mm和0.02 mm。三種游標(biāo)卡尺都得使用單獨的尺身、游標(biāo)等，單獨制造，單獨使用。傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。游標(biāo)尺與尺身之間有一彈簧片（圖中未能畫出），利用彈簧片的彈力使游標(biāo)尺與尺身靠緊。游標(biāo)上部有一緊固螺釘，可將游標(biāo)固定在尺身上的任意位置。測量準(zhǔn)確度靠主尺上導(dǎo)軌、主尺的分度誤差、游標(biāo)分度誤差以及裝配質(zhì)量來保證。一般由專門的企業(yè)生產(chǎn)，屬于通用量具。

圖1 傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)組成

2 多分度值游標(biāo)卡尺

圖2 多用游標(biāo)卡尺外形

多分度值游標(biāo)卡尺，通過對現(xiàn)有游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)做出改變，或者說是游標(biāo)卡尺的一種新的形式，使其實現(xiàn)一尺多分度值的實際操作可能性，不用更換游標(biāo)卡尺，對一個工件進(jìn)行不同準(zhǔn)確度測量。外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種多用游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)大同小異，但是在主尺和游標(biāo)尺方面做了較大的改動。主尺和游標(biāo)尺均做成圓柱狀，分度也是直接刻在圓柱表面。其外形分解的三維圖如圖3所示。

圖3 多用游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)分解

多用游標(biāo)卡尺在結(jié)構(gòu)上顯然要比傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺復(fù)雜，零件個數(shù)也增加到了12個之多。特別是頭部可拆卸和游標(biāo)尺的可轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，就是為了解決多分度值共享的功能。游標(biāo)尺和主尺均采用圓柱形，游標(biāo)尺上按每隔120°均勻開了三個細(xì)長通槽，為使游標(biāo)轉(zhuǎn)動120°，采用導(dǎo)槽、彈簧、鋼珠結(jié)構(gòu)，配合套筒上的三個圓球形凹槽，測量人員可感覺到轉(zhuǎn)動120°后的定位，非常平穩(wěn)（如圖4所示）。

圖4（a）為該卡尺的分度游標(biāo)尺三維模型，在游標(biāo)尺上不同的圓周部位分別刻上分度為0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm的游標(biāo)分度，測量時轉(zhuǎn)動此游標(biāo)尺，可以實現(xiàn)不同分度的游標(biāo)分度與主尺配合，以達(dá)到需要的測量準(zhǔn)確度。游標(biāo)尺與活動測爪是連接在一起的。使用了一個定位銷和一個定位套筒使主套筒與主尺緊密接合。定位銷使活動測爪與主尺的定位和同步移動。定位套筒是將主尺和主套筒之間進(jìn)行連接。圖5為卡尺的裝配結(jié)構(gòu)和實物圖。

圖4 游標(biāo)尺及套筒

圖5 多用游標(biāo)卡尺裝配結(jié)構(gòu)與樣件

3 新舊游標(biāo)卡尺測量準(zhǔn)確度對比

在制造好了幾把樣尺后，首先根據(jù)JJG30-2012《通用卡尺檢定規(guī)程》對其檢定。因受檢定條件所限，僅對其示值誤差進(jìn)行討論，得到的數(shù)值與傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺的示值誤差數(shù)值進(jìn)行對比，如表1所示。

為了驗證所設(shè)計的游標(biāo)卡尺的測量可靠性，分別使用傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺和多分度值游標(biāo)卡尺，使用游標(biāo)讀數(shù)為0.02 mm的分度值，對一個三尺寸均合格的零件進(jìn)行測量，測其深度、內(nèi)徑和外徑尺寸，數(shù)據(jù)對比如表2所示。

表1 多分度值游標(biāo)卡尺和傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺示值誤差對比

從測量結(jié)果對比可以看出，所設(shè)計制造的游標(biāo)卡尺的準(zhǔn)確度較傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺的準(zhǔn)確度稍差，測得的結(jié)果偏大。

表2 多分度值游標(biāo)卡尺和傳統(tǒng)游標(biāo)卡實測值對比

4 結(jié)語

采用圓柱主尺和圓柱游標(biāo)尺的設(shè)計方法，均勻分度，實現(xiàn)一把卡尺三個分度值共存，從結(jié)構(gòu)上來看較之傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺有所復(fù)雜，做出的樣尺經(jīng)檢定和對測量結(jié)果的對比誤差也較大。但是這種游標(biāo)卡尺，可以實現(xiàn)和傳統(tǒng)游標(biāo)卡尺圖樣公差的測量，這就解決了測量人員為了測量不同公差要求的零件需要不斷更換卡尺的煩瑣操作，為企業(yè)購置和維護(hù)測量設(shè)備節(jié)省了開支。設(shè)計前仔細(xì)研究了傳統(tǒng)卡尺的結(jié)構(gòu)，分析了此設(shè)計的可行性，也考慮了市場的定位和價值，充分吸收了國內(nèi)游標(biāo)卡尺的設(shè)計經(jīng)驗。多分度值游標(biāo)卡尺的測量準(zhǔn)確度和如何保證旋轉(zhuǎn)游標(biāo)尺時游標(biāo)尺與尺身的結(jié)合緊密性是往后需要解決的重點問題。

[1]謝正義. 機械產(chǎn)品幾何量檢測[M]. 合肥：中國科科技大學(xué)出版社,2012.

[2]劉健敏. 余紅. 劉振華. 帶空心針微型卡尺的研制[J]. 口腔材料器械雜志，2000(1)：60.

[3]全國幾何量工程參量計量技術(shù)委員會. JJG30-2012[S]. 北京： 中國計量出版社, 2012.