檢驗過程中測量溫度對量規的影響

方強

摘 要：量規是一種精密測量器具，它結構簡單，操作性好、準確性高。通常為具有準確尺寸和形狀的實體。用量規檢驗工件常采用通止法（利用量規的通端和止端控制工件尺寸使之不超出公差帶）。量規控制的是尺寸或規格的上下限，一般包含全部的公差帶。由于量規使用過程中要與工件多次接觸，如何保證檢驗結果的可靠性，這與測量溫度的關系很大。因此，必須合理正確地使用量規。精密工件應與量規都處在標準溫度是20℃時，才能獲得準確的測量結果。

關鍵詞：量規；精確測量；溫度補償；泰勒原則

1 概述

ISO國際標準規定，工業長度測量的標準溫度是20℃。針對工作中精密加工的零件，公差要求越來越嚴。標準件和測量裝置稍稍偏高這一溫度，測量的尺寸就會發生難以接受的變化。作為檢驗人員，應該時刻注意零件和測量工具的溫度變化。只有工件和測量工具都處于20℃環境溫度下，才能獲得精確的測量結果。

下面我就介紹一下采用自制的量規，測量工件時的注意事項。

2 量規的設計及選材

量規也稱為光滑極限量規，它分為塞規和卡規兩種。在這里就使用量規來談談溫度的影響，量規由通端量規和止端量規兩部分組成，以檢驗孔的作用尺寸和實際尺寸是否在極限尺寸的范圍內。光滑極限量規結構簡單、使用方便，且檢驗效率高，是加工和檢驗時經常使用的量具之一。

由于量規的測量面要求耐磨，在選材上我選擇的材料為碳素工具鋼（T12A），量規測量表面的硬度為HRC58～65。

根據GB1800-79的規定，及極線尺寸判斷原則（又稱泰勒原則）。泰勒原則，是指孔的作用尺寸不允許超過最大實體尺寸。即對與孔，其作用尺寸應不小于最小極限尺寸；對于軸，則應不大于最大極限尺寸。

在任何位置上實際尺寸不允許超過最小實體尺寸。即對于孔，其實際尺寸不應大于最大極限尺寸；對于軸，則不應小于最小極限尺寸。

3 量規工作尺寸的計算

假設，零件孔的尺寸為、依據GB1800—79計算出量規通端T1、止端Z1的 工作尺寸如下：

因為，尺寸的上偏差 ES=+0.052

尺寸的下偏差 EI=-0.052

查光滑極限量規的尺寸公差T和位置要素Z值表得：

量規公差：T=0.006

位置要素：Z=0.011

形狀和位置公差=T/2=0.003

所以，量規通的上、下偏差為：

通規（T1）：上偏差=EI+Z+T/2

=-0.052+0.011+0.003

=-0.038

下偏差=EI+Z-T/2

=-0.052+0.011-0.033

=-0.044

止規（Z1）：上偏差=ES

=+0.052

下偏差=ES-T

=+0.052-0.006

=+0.046

所以 T1=13.962°-0.006 Z1=14.052°-0.006

根據泰勒原則及計算出的工作尺寸，繪制出如下圖所示的極限量規。

4 溫度對測量的影響及誤差分析

量規國際上規定了測量的標準條件：溫度為20℃、測力為零。但是，由于一般物體具有熱脹冷縮的特性；所以，在不同溫度和不同測量力下所得到的測量結果也是不同的。因此，在實際應用中，都要在這樣標準的條件下進行測量是很困難的，也是不經濟的。為了減小測量誤差，應盡量使量規與被測量零件等溫后進行測量，使用的力盡可能小些。

當偏離標準條件下進行測量時，必然會帶來一定的測量誤差，對此可以進行修正測量結果，一般可用下式來計算：

ΔL1=L[a1（t1-20）-a2（t2-20）]

或 ΔL1=L[a1（t1-t2）+（a1-a2）（t2-20）]

式中：

a1和a2——分別為工件和測量工具的材料線膨脹系數；（1/℃）

t1和t2——分別為測量時工件和測量工具的實際溫度；（℃）

L ——測量尺寸（mm）。

ΔL1——由于偏離標準溫度而引起的測量誤差（mm）。

由上式可知，當t1=t2=20℃時，則ΔL1=0。即測量時，工件和測量工具的溫度均為20℃時，即使它們的線膨脹系數不同，對測量結果也不會有影響。

當a1=a2，但t1=t2≠20℃時，亦會有ΔL1=0。即工件和測量工具的材料線膨脹系數相同，測量時它們的實際溫度也相同，那么雖然偏離標準溫度，對測量結果也不會有影響。

在實際工作中，要求t1=t2=20℃，或者a1=a2、t1=t2是不太實際的，因此，只能使工件和測量工具的線膨脹系數和測量時兩者的溫度盡量相近，若由此所引起的測量誤差對測量結果的影響甚少而可以忽略時，則可以不對測量結果進行修正。

5 量規的使用及注意事項

使用量規檢測工件時，應將工件和量具保持在標準溫度20℃條件下測試。當使用條件偏離標準溫度時，要予以修正。因為物體熱脹冷縮，溫度的變化（特別是溫度顯著變化時）對零件尺寸會有一定的影響。所以，國際上明確規定了一個統一的溫度標準，即標準溫度20℃。

應將零件和量規擦干凈，以免零件在測試過程中造成誤差。在使用過程當中，通端T通過，而止端Z不通過，則該零件合格，否則該零件不合格。

6 小結

通過對量規的設計，不但了解了量規的計算、誤差分析和測量時溫度的影響，而且經過檢測合格的零件，在裝配和調試過程中能完全滿足設計要求。

量規操作使用方便，且在機床上也能檢驗被加工零件的合格狀態、測量快速、準確。能在加工和檢驗過程中顯示出明顯的優勢。通過對量規的設計，為今后的工作積累了寶貴經驗。

參考文獻

[1]公差與配合手冊[M].機械工業出版社，2009.

[2]公差配合與測量技術[M].機械工業出版社，2010.

（作者單位：中航洛陽電光設備研究所）