第六章 几何量参数检测

1 第六章几何量参数检测 主要内容 1 通用测量器具检验光滑工件 2 光滑极限量规检验工件的检验原则及公差制度 2 几何误差的评定和检测 需掌握内容 1 通用测量器具的选择 2 光滑极限量规的设计原理及方法 3 用最小条件法评定几何误差 2 第一节注出公差的尺寸检验 检验标准1 光滑工件尺寸的检验 GB T3177 1997 2 光滑极限量规 GB T1957 2006 可防止误收 保证质量要求 满足按泰勒原则验收带包容要求的工件 3 检验光滑工件 通用测量器具 光滑极限量规 可测出工件实际尺寸 不能测出工件实际尺寸只能判断工件合格与否 对工件注出公差尺寸的检验器具 通用测量器具 光滑极限量规 4 一 泰勒原则 极限尺寸判断原则 孔与轴的作用尺寸不允许超过最大实体尺寸 实际 超过最小 即 对孔 体外作用尺寸 最小极限尺寸 局部实际 大 对轴 体外作用 最大 局部实际 小 结论 孔或轴的最大实体尺寸控制其作用尺寸 小 控制其实际 5 二 误废误收概念测量误差可能产生 误废或误收 6 三 光滑工件尺寸的检验 光滑工件尺寸的检验 适用于车间用的器具 游标卡尺 千分尺 比较仪 用以检测公差等级IT6 IT18 尺寸至500mm的光滑工件 包括两个主要内容 1 根据工件的基本尺寸和尺寸公差确定验收极限2 根据工件的公差等级选择计量器具 7 游标卡尺 8 螺旋测微器又称千分尺 9 机械比较仪 10 一 安全裕度与验收极限 安全裕度A为测量中总的不确定度 用以表征测量中各误差因素综合影响的结果 以避免由于测量误差的存在 而将已超出公差带的零件误判为合格 安全裕度A由工件基本尺寸和公差等级确定 P119表6 1 11 1 内缩方式 工件的验收极限分别从工件的MMS和LMS内缩一个安全裕度A 按表6 1取值 特点 减少误收 但增加了误废 12 2 不内缩方式 工件的验收极限等于工件的MMS和LMS 即 安全裕度A 0 13 应综合考虑尺寸的功能要求及重要程度 尺寸公差等级 测量的不确定度和工艺能力 选用验收方式 1 采用包容要求的尺寸 公差等级较高的尺寸 应选用内缩方式 14 2 工艺能力指数CP 1时 验收极限可按不内缩方式 但采用包容要求时 在MMS一侧仍按内缩方式确定 15 3 当工件实际尺寸服从偏态分布时 可只对尺寸偏向一侧采用内缩方式确定验收极限 16 4 非配合和一般公差的尺寸可按不内缩方式确定验收极限 17 二 计量器具的选择 测量不确定度u计 测量不确定度允许值u1 应尽可能地接近 以便选得较为经济的计量器具 由表6 1查得计量器具的测量不确定度允许值u1 由表6 2 6 3查得车间常用计量器具的测量不确定度u计 18 计量器具不确定度u1 0 9A A为测量总的不确定度 温度 形状误差及压陷效应等因素引起的不确定度u2 0 45A 19 例 试确定工件 150h12的验收极限 并选用相应的计量器具 解 查表6 1得 IT12 0 40 安全裕度A 0 040 计量器具允许的不确定度u1 0 036 或 u1 0 9A 0 036 E 20 采用包容原则 应按内缩方式确定验收极限 则 上验收极限 dmax A 150 0 0 040 149 96 下 dmin A 150 0 4 0 040 149 64 查表6 2 选用分度值为0 020的游标卡尺 0 02 0 036 21 四 光滑极限量规 一 基本概念1 量规的作用量规是检验工件极限尺寸的一种没有刻度的专用工具 检验光滑工件的极限量规称光滑极限量规 由于结构简单 操作方便 检验效率高 并能保证互换性要求 故在批量生产中应用广泛 22 光滑极限量规 塞规 卡规或环规 通规 按MMS制造 止规 按LMS制造 塞规 T 控制孔的MMS 即最小极限尺寸Dmin Z LMS 最大 Dmax 23 卡规 T 控制轴的MMS 即最大极限尺寸dmax Z LMS 最小 dmin 不论是塞规还是卡规 如果 T 通不过工件或 Z 通过了工件 则可确定被检工件是不合格的 24 2 量规的分类 工作量规 工人操作用 制造工件时检验工件用 验收量规 检验员或用户代表验收产品用 校对量规 检验轴用工作量规用 为塞规 由于孔用量规用通用指示式测量仪测量较方便 不需校对量规 故只有轴用工作量规才使用校对量规 25 三种校对量规 校通 通TT 量规 检验轴用工作量规 通规 校止 通ZT 量规 止规 校通 损TS 量规 通规 的磨损极限 NB TT和ZT必须通过被校对量规 防止尺寸过小 TS必须通不过被校对量规 防止 通规 超出磨损极限 26 GB规定 生产工人使用新的或磨损较少的工作量规 通规 检验部门使用与生产工人相同型式且磨损较多的工作量规 通规 用户代表使用接近工件MMS的 通规 和LMS的 止规 如果使用上述规定的量规检验工件时有争议 应按下述尺寸的量规来仲裁 T接近或等于MMS Z接近或等于LMS 27 3 量规检验的误收误废量规的制造精度应比工件高得多 但不可能绝对准确地按某一指定尺寸制造 不可能使它恰好等于被检工件的极限尺寸 而不可避免地产生误差 因此对量规须规定制造公差 确定量规的制造公差时 须考虑 检验工件的正确性 避免误收 误废问题 量规制造的经济性和使用寿命 28 4 量规尺寸公差带的布置规定 量规公差带不得超过工件的公差带 制造公差T 公差带大小 位置要素Z 公差带位置 就 T 而言 T T 2 Z T T 2 T 2 Z Tp Tp Tp 29 Z 遇到合格件时不通过工件 不会磨损 不需要磨损储量 磨损公差 T 在使用过程中会逐渐磨损 为了使其具有一定寿命 而留出的磨损储量 即规定磨损极限 30 形位误差Tf 为制造公差T的50 即Tf T 2NB 形位误差须在工作量规制造公差范围内 当T 0 002 时 Tf 0 001 31 A 孔用工作量规公差带图 Z 上偏差 ES下 ES T T 上偏差 EI Z T 2下 EI Z T 2磨损极限 EI 量规公差带不得超过工件的公差带 32 B 轴用工作量规公差带图 T 上偏差 es Z T 2下 es Z T 2磨损极限 es Z 上偏差 ei T下 ei 33 由上可知 T和Z大 对工件加工不利 T小 量规制造困难 Z小 量规使用寿命短 因此 须根据量规制造的工艺水平 合理规定公差 GB对基本尺寸至500 公差等级自IT6至IT14的孔和轴规定了量规公差T和位置要素Z 见表6 4 34 校对量规公差带校对量规的公差带完全位于被校对量规的制造公差和磨损极限内 且校对量规的尺寸公差TP等于被校对量规的制造公差T的一半 即TP T 2 说明 1 TT 通过 T 则 T 合格 作用 防止 T 尺寸过小 保证工件应有的生产公差 2 ZT 通过 Z 则 Z 合格 作用 防止 Z 尺寸过小 保证产品质量 3 TS 通不过 T 则 T 合格 未达磨损极限 作用 防止 T 超过磨损极限 保证产品质量 35 TT 上偏差 es Z T 2 TP下 es Z T 2 TS 上偏差 es下 es TP ZT 上偏差 ei TP下 ei 36 综上所述 可以得出以下结论 1 工作量规公差带位于被检工件公差带内 2 校对 被校对量规公差带内 37 验收量规公差带GB没有另行规定 但规定 1 检验员使用与生产工人相同型式且磨损较多的 T 2 用户代表使用接近工件MMS的 T 和接近LMS的 Z 仲裁原则 T 尺寸接近或等于工件的MMS Z LMS 38 由于零件存在形状误差 故有时工件尺寸虽然位于极限尺寸范围内 也有可能装配困难 更何况工件上各处的实际尺寸往往不相等 因此 在用量规检验工件时 为了正确评定工件是否合格 是否能装配 光滑极限量规应按泰勒原则设计 5 量规的形式 39 按泰勒原则设计的量规应是 T 尺寸 MMS 用于控制工件的作用尺寸 其测量面理论上应具有与孔或轴相应的完整表面 且量规长度 配合长度 即全形量规 Z 尺寸 LMS 用于控制工件的实际尺寸 其测量面理论上应点状的 即不全形量规 按两点法来检验 以避免形状误差的影响 40 在实际应用中 为了方便量规的制造与使用 量规常偏离上述原则 GB对此作了一些规定 1 检验轴的 T 用卡规代替环规 以便使用 2 检验大直径孔的 T 作成不全形塞规或杆规 以减轻重量方便使用 3 Z 用线面接触代替点接触形式 以减少磨损4 检验小直径孔的 Z 作成全形塞规 以便制造 41 GB规定 使用偏离泰勒原则的量规 应保证被测件的形状误差不致影响配合性质 因此在检验时 应在被测件的多方位上作多次检验 泰勒原则是设计极限量规的依据 由此量规检验工件时 基本上可保证工件的公差与配合要求 达到互换的目的 42 量规型式的选择 般与孔 轴的尺寸大小 公差等级 批量大小及工件刚度等有关 43 44 45 6 量规的技术要求1 量规测量面的材料 淬硬钢 硬质合金等耐磨材料 2 量规测量面的硬度对寿命有影响 硬度为HRC58 65 3 量规测量面的表面粗糙度 表6 5 与被检工件基本尺寸 公差等级 表面粗糙度等有关 46 47 7 量规工作尺寸的计算 查出被检孔 轴的标准公差和极限偏差 查表2 1 2 3 2 4 查出工作量规的制造公差T和位置要素Z查表6 4 确定工作量规的形状公差T形和校对量规的制造公差TP T形 TP T 2 当T 0 002时 T形 0 001 48 计算各种量规的极限偏差或工作尺寸 参照量规公差带图来确定计算公式 画出量规公差带图 49 选择量规形式 画出工作图 确定形状公差 表面粗糙度等 50 第二节几何误差的评定和检测 一 几何误差及其评定1 几何误差定义及规定 几何误差 被测实际要素对理想要素的变动量 最小条件 评定几何误差的基本原则 最小条件 被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小 即包容被测实际要素的两理想要素所形成的包容区域为最小 51 2 几何误差的评定原则 最小条件由于符合最小条件的理想要素是唯一的 所以按此评定的形状误差值也将是唯一的 形状误差 其误差值用最小包容区域的宽度f或直径 f表示 定向或定位误差 其误差值用定向或定位最小包容区域的宽度f或直径 f表示 跳动 仪表在给定方向上最大与最小的读数差表示 52 轮廓要素 线 面轮廓度除外 最小条件 就是理想要素处于实体之外 且与被测实际要素相接触 并使被测实际要素对理想要素的最大变动量为最小 53 54 中心要素 最小条件 就是理想要素应穿过被测实际中心要素 并使被测实际中心要素对理想要素的最大变动量为最小 55 56 形状误差值 最小包容区域的宽度或直径表示 最小包容区域 包容被测实际要素且具有最小宽度或直径的区域 57 理想要素 平面度误差值 58 理想要素 59 位置误差的评定 定向误差定向误差 被测实际要素对一具有确定方向的理想要素的变动量 方向由基准确定 定向误差值 定向最小包容区域的宽度或直径 60 定向最小包容区域 按理想要素方向来包容被测实际要素 且具有最小宽度或直径的区域 NB 定向 的位置由基准确定 方向是固定的 所以定向误差包含形状误差 故T形 T向 61 定位误差定位误差 被测实际要素对一具有确定位置的理想要素的变动量 位置由基准和理论正确尺寸确定 定位误差值 定位最小包容区域的宽度或直径 62 定位最小包容区域 按理想要素定位来包容被测实际要素 且具有最小宽度或直径的区域 NB 定位 的位置由基准和理论正确尺寸确定 位置是固定的 所以定位误差包含定向误差 故T向 T位 63 最小条件的判别法 对于平面内直线 两平行直线包容实际直线时 要形成高 低相间的三点接触 64 最小条件的判别法 对平面度误差的评定 两平行平面作包容区 则要求实际表面至少有三或四点与平行平面接触 且形成左图所示的形式之一 峰 谷 三角形准则 交叉准则 直线准则 65 66 NB 最小区域的形状与形状公差带相同 其大小 方向及位置随实际要素而定 最小区域法 按最小包容区域评定形位误差的方法 直线度误差评定法 最小区域法 两端点连线法 近似法 67 NB 最小区域 定向最小区域和定位最小区域的差异 最小区域方向 位置可随被测实际要素的状态变动 定向最小区域的方向是固定的 由基准确定 而其位置一般可随被测实际要素的状态变动 定位最小区域 除个别情况外 其位置是固定不变的 由基准和理论正确尺寸确定 定位误差包含定向误差 定向误差包含形状误差 设计时 T形 T向 T位 68 测量有限点获得被测要素 适合于直线 平面 圆 圆柱 曲线 曲面等轮廓要素 3 被测要素的体现 模拟法体现被测要素 用心轴来模拟轴线 用定位块来模拟对称中心平面 以体现被测中心要素 常用于检测同轴度 对称度 位置度 平行度 垂直度等定位 定向误差 69 二 几何误差的检测 表6 8 与理想要素比较原则 将被测要素与理想要素相比较 量值由直接法或间接法获得 70 71 测量坐标值原则 测量被测实际要素的坐标值 经数据处理获得几何误差值 72 测量特征参数原则 测量被测实际要素具有代表性的参数表示几何误差值 73 74 测量跳动原则 被测实际要素绕基准轴线回转过程中 沿给定方向的变动量 75 76 77 控制实效边界原则 检验被测实际要素是否超过实效边界 以判断被测实际要素合格与否 78 79 常用实物体来体现 1 理想要素的体现 2 基准的建立和体现 由实际基准要素建立基准时 应以实际基准要素的理想要素为基准 且该理想要素符合最小条件 直线 刀口尺 平尺 光束平面 平晶 精密平台 80 实际检测中 获取基准要素的方法 模拟法 采用足够精确形状的表面体现基准平面 基准轴线 基准点 81 直接法 将基准实际要素直接