第二章 钳工常用量具
一、测量概述
(一)量具的类型
为了确保零件和产品的质量，就必须用量具来测量。用来测量、检验零件及产品尺寸和形状的工具叫做量具。量具的种类很多，根据其用途和特点，可分为三种类型:
(1)万能量具。这类量具一般都有刻度，在测量范围内可以测量零件和产品形状及尺寸的具体数值，如游标卡尺、千分尺、百分表和万能量角器等。
(2)专用量具。这类量具不能测量出实际尺寸，只能测定零件和产品的形状及尺寸是否合格，如卡规、塞规等。
(3)标准量具。这类量具只能制成某一固定尺寸，通常用来校对和调整其他量具，也可以作为标准与被测量件进行比较，如量块。
(二)长度单位
我国的法定计量单位包括:国际单位制的基本单位;国际单位制的辅助单位;国际单位制中具有专门名称的导出单位;国家选定的非国际单位制单位;由以上单位构成的组合形式的单位;由词头和以上单位所构成的十进倍数和分数单位。
目前我国法定的长度单位名称和代号如表2-1所示。
在实际工作中，有时还会遇到英制尺寸，常用的有ft(英尺)，in(英寸)等，其换算关系为lft=12in。
英制尺寸常以英寸为单位。
为了工作方便，可将英制尺寸换算成米制尺寸。因为1in= 25.4mm，所以把英寸乘以25.4mm就可以了。
例 8in换算成米制尺寸:25.4mm×8=203.2mm。
表2-1 长度计量单位
①丝米、忽米不是法定计量单位，工厂里有时采用。
二、游标卡尺
游标卡尺是一种中等精度的量具，可以直接量出工件的外径、孔径、长度、宽度、深度和孔距等尺寸。
(一)游标卡尺的结构
图2-1所示是两种常用游标卡尺的结构形式。
如图2-1(a)所示，游标卡尺由尺身1和游标2组成，3是辅助游标。松开螺钉4和5即可推动游标在尺身上移动，通过两个量爪9可测量尺寸。需要微动调节时，可将螺钉5紧固，松开螺钉4，转动微动螺母6，通过小螺杆7使游标微动。量得尺寸后，可拧紧螺钉4使游标紧固。
游标卡尺上端有两个量爪8，可用来测量齿轮公法线长度和孔距尺寸。下端两量爪与9的内侧面可测量外径和长度;外侧面是圆弧面，可测量内孔或沟槽。
图2-1(b)所示的游标卡尺比较简单轻巧，上端两爪可测量孔径、孔距及槽宽，下端两量爪可测量外圆和长度等，还可用尺后的测深杆测量内孔和沟槽深度。
图2-1 游标卡尺
(a)可微动调节的游标卡尺 (b)带测深杆的游标卡尺
1-尺身;2-游标;3-辅助游标;4、5-紧固螺钉;6-微动螺母;7-螺杆;8、9-量爪
(二)游标卡尺的刻线原理和读法
游标卡尺按其测量精度，有1/20mm(0.05)和1/50mm(0.02)两种。
1.1/20mm游标卡尺
图2-2 1/20mm游标卡尺刻线原理
尺身上每小格是1mm，当两量爪合并时，游标上的20格刚好与尺身上的19mm对正(见图2-2)。因此，尺身与游标每格之差为:1－19/20=0.05(mm)，此差值即为1/20mm游标卡尺的测量精度。
还有一种1/20mm游标卡尺，是游标上的20格刚好与尺身上的39mm对正，尺身与游标每格之差也是0.05mm。这种放大刻度的游标卡尺线条清晰，容易看准。
用游标卡尺测量工件时，读数方法分三个步骤(见图2-3):
图2-3 1/20mm游标卡尺的读数方法
(1)读出游标上零线左面尺身的毫米整数。
(2)读出游标上哪一条刻线与尺身刻线对齐(第一条零线不算，第二条起每格算0.05mm)。
(3)把尺身和游标上的尺寸加起来即为测得尺寸。
2.1/50mm游标卡尺
尺身上每小格1mm，当两量爪合并时，游标上的50格刚好与尺身上的49mm对正(见图2-4)。尺身与游标每格之差为:1－49/50= 0.02(mm)，此差值即为1/50mm游标卡尺的测量精度。
图2-4 1/50mm游标卡尺刻线原理一图
1/50mm游标卡尺测量时的读数方法与1/20mm游标卡尺相同(见图2-5)。
图2-5 1/50mm游标卡尺的读数方法
(三)游标卡尺的测量范围和精度
游标卡尺的规格按测量范围分为:0～125mm，0～200mm，0～300mm，0～500mm，300～800mm，400～1000mm，600～1500mm，800～2000mm等。
测量工件尺寸时，应按工件的尺寸大小和尺寸精度要求选用量具。游标卡尺只适用于中等精度(IT10～IT16)尺寸的测量和检验。不能用游标卡尺去测量铸锻件等毛坯的尺寸，因为这样容易使量具很快磨损而失去精度;也不能用游标卡尺去测量精度要求高的工件，因为游标卡尺存在一定的示值误差。由表2-2可知，1/50mm游标卡尺的示值误差为±0.02mm，因此不能测量精度较高的工件尺寸。
表2-2 游标卡尺的示值误差 mm
如果条件所限，只能用游标卡尺测量精度要求高的工件时，就必须先用量块校对卡尺，了解误差数值，在测量时要把误差考虑进去。
除了图2-1所示的普通游标卡尺外，还有游标深度尺、游标高度尺和齿轮游标卡尺等。其刻线原理和读数方法与普通游标卡尺相同。
目前已有数字显示和带有指示表的游标卡尺，如图2-6所示，在测量时，数值可直接显示出来。
图2-6 带有数字显示的游标卡尺
(a)带有数字显示装置 (b)带指示表
三、千分尺
千分尺是一种应用广泛的精密量具，其测量精确度比游标卡尺高。千分尺的形式和规格繁多，按其用途和结构可分为:外径千分尺，内径千分尺，深度千分尺，公法线千分尺，尖头千分尺，壁厚千分尺等。
(一)外径千分尺的结构和规格
常用外径千分尺的结构如图2-7所示。
图2-7 外径千分尺的结构
(a)外观图 (b)结构图
1-尺架;2-测砧;3-固定套简;4-衬套;5-螺母;6-微分筒;7-测微螺杆;
8-罩壳;9-弹簧;10-棘爪;11-棘轮;12-螺钉;13-手柄;14-隔热装置
外径千分尺的规格如按测量范围划分，在500mm以内时，每25mm为一档，如0～25mm;25～50mm等。在500mm以上至1000mm时，每100mm为一档，如500～600mm;600～700mm等。外径千分尺按制造精度可分为0级和1级两种，0级最高，1级次之。
(二)外径千分尺的读数原理及读法
1.外径千分尺的读数原理
外径千分尺是利用螺旋传动原理，将角位移变成直线位移来进行长度测量的。由外径千分尺结构可知，微分筒6与测微螺杆7连成一体，且上面刻有50条等分刻线。当微分筒6旋转一圈时，由于测微螺杆7的螺距一般为0.5mm，因此它就轴向移动0.5mm，当微分筒旋转一格时，测微螺杆轴向移动距离为0.5mm÷ 50=0.01mm。这就是千分尺的读数装置所以能读出0.01mm的原理，而0.01mm就是外径千分尺的读数值。
2.外径千分尺的读数方法
外径千分尺的读数部分是由固定套筒和微分筒组成，固定套筒上的纵刻线是微分筒读数值的基准线，而微分筒锥面的端面是固定套筒读数值的指示线。
固定套筒纵刻线的两侧各有一排均匀刻线，刻线的间距都是1mm且相互错开0.5mm，标出数字的一侧表示1mm，未标数字的一侧即为0.5mm。
用外径千分尺进行测量时，其读数步骤为以下三步:
(1)读整数:微分筒端面是读整数值的基准。读整数时，看微分筒端面左边固定套筒上露出的刻线的数值，该数值就是整数值。
(2)读小数:固定套筒上的基线是读小数的基准。读小数时，看微分筒上是哪一根刻线与基线重合。如果固定套筒上的0.5mm刻线没露出来，那么微分筒上与基线重合的那根线的数目即是所求的小数。如果0.5mm刻线已露出来，那么从微分筒上读得的数还要加上0.5mm后，才是小数。
当微分筒上没有任何一根刻线与基线恰好重合时，应该进行估读到小数点第三位数。
(3)整个读数:将上面两次读数值相加，就是被测件的整个读数值。
图2-8为外径千分尺的读数方法示例。
图2-8 外径千分尺的读数方法
(a)10mm+0.25mm=10.25mm(b)10.5mm+0.26mm=10.76mm
(三)千分尺的使用与保养
1.千分尺的合理使用
只有正确合理地使用千分尺，才能保证测量的准确性，因此在使用时应注意如下几点:
(1)根据不同公差等级的工件，正确合理地选用千分尺。一般情况下，0级千分尺适用于测量IT8级公差等级以下的工件，1级千分尺适用于测量IT9级公差等级以下的工件。
(2)使用前，先用清洁纱布将千分尺擦干净，然后检查其各活动部分是否灵活可靠。在全行程内活动套管的转动要灵活，轴杆的移动要平稳。锁紧装置的作用要可靠。
(3)检查零位时应使两测量面轻轻接触，并无漏出间隙，这时微分筒上的零线应对准固定套筒上纵刻线，微分筒锥面的端面应与固定套筒零刻线相对。
(4)在测量前必须先把工件的被测量表面擦干净，以免脏物影响测量精度。
(5)测量时，要使测微螺杆轴线与工件的被测尺寸方向一致，不要倾斜。转动微分筒，当测量面将与工件表面接触时，应改为转动棘轮，直到棘轮发出“咔咔”的响声后，方能进行读数，这时最好在被测件上直接读数。如果必须取下千分尺读数时，应用锁紧装置把测微螺杆锁住再轻轻滑出千分尺。注意绝对不能在工件转动时去测量，见图2-9。
(6)测量较大工件时，有条件的可把工件放在V字形块或平板上，采用双手操作法，左手拿住尺架的隔热装置，右手用两指旋转测力装置的棘轮。
(7)测量中要注意温度的影响，防止手温或其他热源的影响。使用大规格的千分尺时，更要严格地进行等温处理。
(8)不允许测量带有研磨剂的表面和粗糙表面，更不能测量运动着的工件。
图2-9 外径千公尺测量工件
(a)转动微分筒 (b)转动棘轮测出尺寸 (c)测出工件外径
2.千分尺的维护保养
千分尺在使用中要经常注意维护保养，才能长期保持其精度，因此必须做到以下几点:
(1)测量时，不能使劲拧千分尺的微分筒。
(2)不许把千分尺当卡规用。
(3)不要拧松后盖，否则会造成零位改变，如果后盖松动，必须校对零位。
(4)不许手握千分尺的微分筒旋转晃动，以防止丝杆磨损或测量面互相撞击。
(5)不允许在千分尺的固定套筒和微分筒之间加进酒精、煤油、柴油、凡士林和普通机油等;不准把千分尺浸入上述油类和切削液里。
(6)要经常保持千分尺的清洁，使用完毕后擦干净，同时还要在两测量面上涂一层防锈油并让两测量面互相离开一些，然后放在专用盒内，并保存在干燥的地方。
(四)其他千分尺简介
1.内径千分尺
内径千分尺是用来测量内孔直径及槽宽等尺寸的，分普通内径千分尺和杠杆内径千分尺两种形式。
(1)普通内径千分尺主要适用于直接测量工件的沟槽宽度，浅孔直径，浅槽和空隙的宽度，活塞环宽度以及传动轴的配合槽宽度等。普通内径千分尺是由微分头和两个柱面形测量爪组成的，见图2-10。
图2-10 普通内径千分尺
1-固定测量爪;2-活动测量爪;3-固定套简;
4-微分筒;5-测力装置;6-紧固螺钉
普通内径千分尺的读数方法与外径千分尺相同，但测量和读数方向与外径千分尺相反。由于它测量轴线不在基准轴线的延长线上，因此，测量精度较低。普通内径千分尺的读数值为0.01mm，测量范围有5～30mm或5～25mm;25～50mm;50～75mm等多种，并都备有校对零位用的光面环规，称校对量具。
(2)杆式内径千分尺由微分头和接长杆两部分组成，其结构见图2-11所示。
图2-11 杆式内径千分尺
1-固定套筒;2-徽分筒;3-紧固手柄;4-测量面;5-接长杆
杆式内径千分尺的微分头结构原理和读数方法与外径千分尺相同，微分头可单独使用，但其测量范围小，仅可测量50～75mm范围孔径。采用接长杆便可扩大其测量范围，每套杆式内径千分尺都附有不同尺寸的接长杆，其测量范围有50～175mm;50～250mm;50～300mm;50～575mm和50～1500mm等多种。
由于杆式内径千分尺没有测力装置，测量时安放的位置又不可能毫无歪斜，尺寸接长以后还会产生一定的弯曲现象，这些都会给杆式内径千分尺增加测量误差，造成测量精度不高。为减少测量误差，应在径向截面内找到最大值，轴向截面内找到最小值。
2.深度千分尺
深度千分尺的结构如图2-12所示，它是用来测量工件中表面粗糙度值小、尺寸精度要求高的台阶，槽和不通孔深度的。其结构基本上与外径千分尺相同，不同之处是用底板代替了尺架和测砧，测量时以底板测量面作为基准面，测杆的长度可根据工件的尺寸不同进行调换。
图2-12 深度千分尺
1-测力装置;2-微分筒;3-固定套筒;4-底板;5-可换测杆
3.壁厚千分尺
壁厚千分尺的结构见图2-13，它是用来测量精密管形零件的壁厚尺寸，测量面镶有硬质合金，以提高寿命，壁厚千分尺的读数值为0.01mm。
图2-13 壁厚千分尺
4.尖头千分尺
尖头千分尺见图2-14，是用来测量普通千分尺不能测量的小沟槽的，如钻头和偶数槽丝锥的沟槽直径等。尖头千分尺读数值为0.01mm，测量范围为0～25mm。
图2-14 尖头千分尺
以上所介绍的各种千分尺，在读尺寸时都比较麻烦，目前生产的新型千分尺就比较方便，当千分尺在零件上量得尺寸时，这个尺寸就会在微分筒窗口显示出来，见图2-15。
图2-15 新型千分尺微分筒窗口
四、百分表
百分表可用来检验机床精度和测量工件的尺寸、形状和位置误差。
(一)百分表的结构
百分表结构如图2-16所示。图中1是淬硬的触头，用螺纹旋入齿杆2的下端。齿杆的上端有齿。当齿杆上升时，带动齿数为16的小齿轮3。与小齿轮3同轴装有齿数为100的大齿轮4，再由这个齿轮带动中间的齿数为10的小齿轮5。与小齿轮5同轴装有长指针6，因此长指针就随着小齿轮5一起转动。在小齿轮5的另一边装有大齿轮7，在其轴下端装有游丝，用来消除齿轮间的间隙，以保证其精度。该轴的上端装有短指针8，用来记录长指针的转数(长指针转一周时短指针转一格)。拉簧11的作用是使齿杆2能回到原位。在表盘9上刻有线条，共分100格。转动表圈10，可调整表盘刻线与长指针的相对位置。
(二)百分表的刻线原理
百分表内的齿杆和齿轮的周节是0.625mm。当齿杆上升16齿时(即上升0.625×16=10)，16齿小齿轮转1周，同时齿数为100齿的大齿轮也转1周，就带动齿数为10的小齿轮和长指针转10周，即齿杆移动1mm时，长指针转1周。由于表盘上共刻100格，所以长指针每转1格表示齿杆移动0.01mm。
图2-16 百分表的结构
1-触头;2-齿杆;3、5-小齿轮;4、7-大齿轮;
6-长指针;8-短指针;9-表盘;10-转动表盘;11-弹簧
(三)内径百分表
内径百分表可用来测量孔径和孔的形状误差，对于测量深孔极为方便。
内径百分表的结构如图2-17所示。在测量头端部有可换触头1和量杆2。测量内孔时，孔壁使量杆2向左移动而推动摆块3，摆块3使杆4向上，推动百分表触头6，使百分表指针转动而指出读数。测量完毕时，在弹簧5的作用下，量杆回到原位。
图2-17 内径百分表
1-触头;2-量杆;3-摆块;4-杆;5-弹簧
通过更换可换触头1，可改变内径百分表的测量范围。内径百分表的测量范围有6～10mm，10～18mm，18～35mm，35～50mm，50～100mm，100～160mm，160～250mm等。
内径百分表的示值误差较大，一般为±0.015mm。
五、万能游标量角器
万能游标量角器是用来测量工件内外角度的量具，按游标的测量精度分为2'和5'两种、
其示值误差分别为±2'和±5'。测量范围是0°～320°。现在仅介绍测量精度为2'的万能游标量角器的结构、刻线原理和读数方法。
(一)万能游标量角器的结构
如图2-18所示，万能游标量角器由刻有角度刻线的尺身1和固定在扇形板2上的游标3组成，扇形板可以在尺身上回转移动，形成与游标卡尺相似的结构。直角尺5可用支架固定在扇形板2上，直尺6用支架固定在直角尺5上。如果拆下直角尺5，也可将直尺6固定在扇形板上。
图2-18 万能游标量角器
1-尺身;2-扇形板;3-游标;4-卡块;5-直角尺;6-直尺
(二)万能游标量角器的刻线原理及读数方法
尺身刻线每格1°，游标刻线是将尺身上29°所占的弧长等分为30格，即每格所对的角度为
因此游标1格与尺身1格相差
即万能游标量角器的测量精度为2'。
万能游标量角器的读数方法和游标卡尺相似，先从尺身上读出游标零线前的整度数，再从游标上读出角度“'”的数值，两者相加就是被测的角度数值。
(三)万能游标量角器的测量范围
由于直尺和直角尺可以移动和拆换，因此万能游标量角器可以测量0°～320°的任何角度，如图2-19所示。
图2-19 万能游标量角器的测量范围
六、量 块
量块是机械制造业中长度尺寸的标准。量块可以对量具和量仪进行检验校正，也可用于精密划线和精密机床的调整，附件与量块并用时，还可以测量某些精度要求较高的工件尺寸。
量块(见图2-20)是用不易变形的耐磨材料(如铬锰钢)制成的长方形六面体，它有两个工作面和四个非工作面。工作面是一对相互平行而且平面度误差极小的平面，又叫测量面。
量块具有较高的研合性，由于测量面的平面度误差极小，用比较小的压力，把两个量块的测量面相互推合后，就可牢固地贴合在一起。因此可以把不同基本尺寸的量块组合成量块组，得到需要的尺寸。
图2-20 量块
量块一般做成一套，装在特制的木盒内，有42块一套和87块一套等几种，它的基本尺寸见表2-3。为了减少常用量块的磨损，每套中都备有若干块保护量块，在使用时，可放在量块组的两端，以保护其他量块。
为了工作方便，减少累积误差，选用量块时，应尽可能采用最少的块数。用87块一套的量块，一般不要超过四块;用42块一套的量块，一般不超过五块。在计算时，选取第一块应根据组合尺寸的最后一位数字选取，以后各块依此类推。例如，所要的尺寸为48.245mm，从87块一套的盒中选取:
即选用1.005mm，1.24mm，6mm，40mm共四块。
表2-3 成套量块
利用量块附件和量块调整尺寸，测量外径、内径和高度的使用方法见图2-21，为了保持量块的精度，延长其使用寿命，一般不允许用量块直接测量工件。
图2-21 量块附件使用方法
七、塞 尺
塞尺(又叫厚薄规，见图2-22)是用来检验两个结合面之间间隙大小的片状量规。
图2-22 塞尺
塞尺有两个平行的测量平面，其长度制成50mm，100mm或200mm，由若干片叠合在夹板里。厚度为0.02～0.1mm组的，中间每片相隔0.01mm;厚度为0.1～1mm组的，中间每片相隔0.05mm。
使用塞尺时，根据间隙的大小，可用一片或数片重叠在一起插入间隙内。例如用0.3mm的塞尺可以插入工件的间隙，而0.35mm的塞尺插不进去时，说明工件的间隙在0.3～0.35mm之间。
塞尺的片有的很薄，容易弯曲和折断，测量时不能用力太大，还应注意不能测量温度较高的工件。用完后要擦拭干净，及时合到夹板中去。
八、90°角尺
1.90°角尺的结构形式和制造精度
90°角尺，主要用于对有关平面间垂直度误差的检验。
90°角尺按形式不同可分为圆柱角尺、宽座角尺和刀口角尺，见图2-23。其中宽座角尺结构简单，使用方便，可以测量工件的内、外角，在生产中应用较广泛。
图2-23 90°直角尺的结构形式
(a)圆柱角尺 (b)刀口角尺 (c)宽度角尺
1-测量面;2-基面;3-长边;4-短边;5-侧面
90°角尺的制造精度分为00，0，1和2级四个级别。其中00级精度最高，2级精度最低。00级精度的90°角尺，仅用来测量和检验高精度工件;0级和1级精度的90°角尺用来测量和检验精密工件;2级精度的90°角尺用来测量和检验一般工件。
2.90°角尺的使用与维护
合理的使用和正确的保养能提高90°角尺的检验精度和延长其使用寿命。
(1)使用90°角尺前，应根据被测件的尺寸和精度要求，选择90°角尺的规格和精度等级，并应检查工作面和边缘是否有碰伤、毛刺等明显缺隙，擦净角尺的工作面和被测工件的表面。
(2)测量时，先将角尺的短边放在辅助基准表面(或平板)上，再将90°角尺的长边轻轻地靠在被测工件表面，不要碰撞。观察90°角尺与被测表面之间的间隙大小和出现间隙的部位。根据透光间隙的大小和出现间隙的部位判断被测部位的垂直度误差值。在观察时，一般有五种情况出现:无光、中间部位有少光、两端有少光、上端有光、下端有光，第一种情况说明被测面不仅平面度符合要求，而且与基准面垂直;第二、三种情况说明垂直度符合要求，但平面度达不到要求、后两种情况说明有垂直度误差。
(3)在实际生产中，也可用塞尺和量块分别在90°角尺的长边接近顶端处测量。这时，塞尺片或量块组尺寸的最大差值即为工件垂直度的线值误差。
(4)在使用90°角尺时应注意:长边测量面和短边测量面是工作面，所以只能用这两个面去测量，而不允许用长边和短边的侧面，以及侧棱去测量;90°角尺的使用精度与检测时所用的平板精度有关，使用时应注意合理选用平板。
(5)使用完毕后，应将90°角尺擦洗干净，涂油保养。
九、量具的维护和保养
为了保持量具的精度，延长其使用寿命，对量具的维护保养必须十分注意。为此，应做到以下几点:
(1)测量前应将量具的测量面和工件被测量面擦净，以免脏物影响测量精度和加快量具磨损。
(2)量具在使用过程中，不要和工具、刀具放在一起:以免碰坏量具。
(3)机床开动时不要用量具测量工件，否则会加快量具磨损，而且容易发生事故。
(4)温度对量具精度影响很大，因此量具不应放在热源(电护、暖气片等)附近，以免受热变形。
(5)量具用完后，应及时擦净、涂油，放在专用盒中，保存在干燥处，以免生锈。
(6)精密量具应实行定期鉴定和保养，发现精密量具有不正常现象时，应及时送交计量室检修。
复习思考题
1.试说明游标卡尺的刻线原理和读法。
2.试说明外径千分尺的读数原理及读法。
3.试说明百分表的刻线原理。
4.试说明万能游标量角器的刻线原理及读数方法。
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