第一章量具设计

1、第,四,篇,量具设计,主讲：陶福春,1,第四篇,量具设计,量具按其结构特点及用途，通常分为以下四类：,?,?,(1),基准量具,测量中用作标准量的量具，称为基准量具，,如基准米尺、量块、角度块、,900,角尺和线纹尺等。,?,(2),通用量具,有刻度，能量出一定范围内几何量的具体数,值的量具为通用量具。如游标卡尺、游标量角器、内外径千,分尺、机械式量仪、光学量仪、气动和电动量仪等。,?,(3),极限量规极限量规是一种没有刻度的，用来检验工件,的尺寸、形状和位置误差的专用检验工具。它不能测出工件,具体尺寸的大小，但可确定工件的几何量是否在规定公差的,极限范围内，从而判断其是否合格。如光滑极限量规

2、二位置,量规、样板量规、键槽量规、圆锥量规、螺纹量规和花键综,合量规等。,?,(4),检验夹具,检验夹具是专门为测量工件上某一参数或某,些特定多数，用来提高检验效率而设计的专用检验工具。在,大量和成批生产中用得较多。,2,第一章,量规设计,第一节,量规的分类及设计时硬考虑的问题,一、量规的分类,按使用方法可分为标准量规和极限量规两种：,（,1,）、标准量规,工作尺寸是按照工件基本尺寸制造的量规。,（,2,）、极限量规,工作尺寸是按照工件极限尺寸制造的量规。,3,量规按其使用性质可分为：,(1),工作量规：工作量规是操作者在制造工件过程中所使用的量,规。操作者应该使用新的或磨损较少的通规。,(2

3、),验收量规：验收量规是检验部门或用户代表验收工件时所使,用的量规。验收量规一般不另行制造，检验人员应该使用与,操作者相同类型且已磨损较多但未超过磨损极限的通规。这,样，由操作者自检合格的工件，检验人员验收时也一定合格,（,3,）校对量规：校对量规是检验工作量规和验收量规用的量规。,对于孔用工作量规可以很方便地使用量仪检验，不需要校对,量规。所以，只有轴用工作量规才使用校对量规。,根据同时检验工件参数的数目，量规可分为单项量规,（检验单个参数）和综合量规（检验多项参数）。例如，花,键和螺纹的通端量规就是典型的综合量规。,量规按用途又可分为：光滑塞规和卡规、高度规和深度,规、圆锥量规、同轴度量规

4、、孔位置量规、矩形花键量规、,螺纹量规、样板量规和键槽量规等,4,二、量规设计原则及设计时应考虑的几个问题,(1),量规的公差和公差带分布位置量规制造与其它机,器零件制造一样，也应该规定一定的制造公差；,此外，为了控制其在使用中的磨损量，还规定有,磨损公差,。,(2),量规设计原则：设计量规时应尽量遵守泰勒原则,（极限尺寸判断原则）的规定。即通端量规（简,称通规）应与被检工件的相配件原形相似；并能,检查到被检工件的一切尺寸参数，而止端量规,（简称止规）则应分别检查工件的各个部分。从,互换性要求的观点来看，这是最可靠的，否则就,有可能出现差错。,5,（,3,）,量规工作表面的耐磨性和抗腐蚀性,量

5、规的耐,磨性和抗腐蚀性对它的使用寿命有很大影响，设,计时毖须加以考虑。解决的方法也较多，如可减,少量规工作表面的粗糙度数值，选择抗磨性和抗,腐蚀性较好的材料（如铬钢和硬质合金等），对,几何形状简单的量规可在工作表面上镀以耐磨材,料，对几何形状复杂的量规工作表面氮化处理等。,（,4,）,量规工作尺寸的稳定性,这主要是通过选材和,热处理加以解决，特别是对于几何形状复杂的量,规，更应注意这个问题。,此外，量规设计时，在保证足够刚度的前提,下应尽量减轻其重量，同时还要使用方便，检验,效率高和制造工艺性好等。,6,第二节,光滑极限量规,一、量规的名称、代号和用途,光滑极限量规是用通端和止端检验光滑工件极

6、限,尺寸的量具。表,16-1,列出了各种光滑极限量规的,名称、代号和用途。,7,二、量规的结构,孔用和轴用光滑极限量规的结构形式很多，,主要的如下图所示。,8,9,三、量规尺寸公差带分布及公差,量规的制造精度比被检验工件高得多，但量规制造时,不可避免地也会产生误差，故要规定制造公差。,通规在检验时，经常要通过被检工件，其测量表面会,产生磨损，故需要留出适当磨损储量，以使通规有一定的,使用寿命。而止规由于它不应通过被检工件，因此不留磨,损储量。校对量规也不留磨损储量,1,工作量规公差带,工作量规的通规是检验工件的作用尺寸是否超过最大,实体尺寸（轴的最大极限尺寸或孔的最小极限尺寸），工,作量规中的

7、止规是检验工件的实际尺寸是否超过最小实俸,尺寸（轴的最小极限尺寸或孔的最大极限尺寸），所以各,种量规是以被检验的极限尺寸作为基本尺寸。,为保证工件尺寸能符合其规定要求，国家标准,GB1957-81,对量规公差带的大小和位置作了具体规定。,图,16-5,和图,16-6,分别为孔用工作量规公差带、轴用工作量规,及其校对量规公差带图。,10,?,量规制造公差,T,和位置要素,Z,的确定原则，主,要是从有利于工件的制造出发的。为了给工件,制造留有较大生产公差，量规制造公差,T,和位置,要素,Z,占工件公差的比例应尽量小。表,16-2,中列出,了它们的具体数值。,11,12,2,校对量规公差带,轴用通规

8、的“校通一通”量规,TT,的作用是防,止轴用通规发生变形而尺寸过小，检验时应通过被,校对的轴用通规，它的公差带从通规的下偏差算起，,向通规公差带内分布。轴用通规的“校通一损”量,规,TS,的作用是检验轴用通规是否达到磨损极限，,它的公差带从通规的磨损极限算起，向轴用通规公,差带内分布。轴用止规的“校止一通”量规,ZT,的,作用是防止止规尺寸过小，检验时应通过被校对的,轴用止规，它的公差带从止规的下偏差算起，向止,规的公差带内分布。校对量规的公差,TP,规定等于,工作量规公差的一半，即,TP=T720,13,四、量规的技术要求,?,工作量规的形状和位置误差应在量规的制造,公差带内，通常量规的形位

9、公差取为量规制造公,差的,50%,为便于制造，量规上的形位公差一般不,应小于,0.001mm,。对于校对量规,因其制造公差已,经很小，所以形位公差不再另外规定，只要在其,制造公差带内即可。,?,量规工作部分一般采用碳素工具钢,(T10A),、,合金工具钢,(CrMn,、,GCr15)20,钢渗碳或硬质合金,(YG6,、,YG8),制造。钢制量规测量面硬度应为,58,65HRC,，并经尺寸稳定性处理。手柄材料可,用,35,钢，表面需氧化处理。,14,量规测量面的表面粗糙度为,Ra0.4,0.025,，校对量规测量面的,表面粗糙度应比工作量规更小。,15,?,作业：,?,P291-4,?,计算,1

10、80H9/h9,孔用和轴用工作量规以及,轴用校对量规的工作尺寸，并绘出尺寸公,差带图。,16,第三节,直线尺寸量规,?,一、直线尺寸量规的用途、测量原理及其公差,?,这类量规根据塞规和卡规的原理设计制造，用以检验,工件的长度、宽度、高度和深度等直线尺寸。直线尺寸量,规结构简单，一般做成板状，并做有通端,(T),和止端,(Z),。,图,16-10,所示,为直线尺寸量规的测量原理。,17,?,直线尺寸量规的通端,(T),和止端,(Z),的基本尺,寸分别是工件的两个极限尺寸。由于量规的两个,工作面都有可能磨损，故量规工作尺寸有可能变,大，也有可能变小。因此，规定量规通端,(T),与止,端,(Z),的

11、制造公差和磨损公差值完全一样，并分别,对称分布在量规的基本尺寸的两侧（即双向公,差），见图,16-11,。,18,?,?,?,?,?,直线尺寸量规的制造公差、磨损公差及校对量,规的制造公差，可以根据工件基本尺寸及其制造,公差查表,16-4,得出（当工件未给出基本尺寸，而,只给出两极限尺寸时，为统一起见，规定用量规,通端基本尺寸查表）,.,一般工作量规的制造公差约为工件公差的,10%,，,即,5%,；磨损公差约为工件公差的,8%,。,量规工作面之间的平行度公差为其制造公差的,2/3,。,量规工作面的表面粗糙度为,Ra0.4,0.2,，非工,作表面粗糙度应不低于,R a3.2,。,量规材料通常采用

12、,T10A,或,20,钢渗碳，热处理硬,度为,58,65HRC,。为了提高量规的寿命，工作表,面也常镶焊硬质合金。量规非工作表面须经氧化,处理。,19,二、长度和宽度量规,图,16-12,为检验长度和宽度尺寸用的量,规结构,图,a,是卡规式长度量规，它根据卡规的,原理进行设计。,图,b,为刻线式长度量规，可用来检验不,太长的（一般不超过,200,）台阶尺寸。,在量规上按被检验长度的最大和最小,极限尺寸刻两条线代替通规或止规中,的一个工作表面。由于刻线本身有一,定的宽度（一般都在,0.1,以上），如,果两条刻线之间的距离太小，在检验,时就不易观察清楚。因此，这种量规,只能用来检验公差等级比较大的

13、尺寸，,图,c,为宽度量规，它根据塞规原理进行,设计，工厂中常用它检查槽的宽度。,实际上它是把孔用塞规的圆柱形工作,面变成为两个平行的平面，所检验的,槽宽尺寸就是两平行平面之间的距离。,这种量规一般都做成双头的。,20,三、高度规和深度规,高度规和深度规是用来检验工件高度尺寸和深度尺寸的极限,量规。,?,高度规和深度规的形式很多，常用的有板式和台阶式两种。,1,板式高度规和深度规,?,这种量规结构简单，量规本体一般是用厚度为,3,8,的钢板制,成的，可以做成单头的，也可以做成双头的。表,16-5,为板式高,度规和深度规的几种典型结构。,设计这种量规时须注意以下问,题：,1),确定量规工作面长度

14、及其相互位置时，应保证量规基准面,有适当的工作长度，同时还应保证量规有足够的测量位置。,?,2),量规的通端,(T),和止端,(Z),除应作出标记外，在结构上允许时,还可在通端一边作出,45,度倒角，止端一边作圆角，以示区别。,?,3),量规上的空刀槽应做出圆弧形，以防止量规热处理时在该,处产生裂纹。,?,表,16-5,板式高度规和深度规的典型示例,21,22,2,台阶式高度规和深度规,这种量规的特点是量规做有台阶,C,（其尺寸等于被测,尺寸的制造公差），一般台阶做在活动测销上，如图,16-,13,所示。但当量规结构不便于将台阶做在测销上时，也可,做在量规本体上。,?,用台阶式量规测量工件高度

15、或深度时，由于工件实际,尺寸不同，使活动测销与量规本体之间的相对位置变化。,因此判断工件是否合格，取决于台阶与台阶基面的相互位,置。如果台阶基面在台阶两平面内，工件为合格品；反之，,若超出台阶两平面，则工件为不合格品。,?,由于这种量规结构较为复杂，而且判断台阶基面是否,在台阶两平面内，是用眼睛观察或凭手感，检测精度较低。,因此，这种量规一般是用在板式高度规和深度规难以测量，,且被检工件公差不小于,0.15,的场合。,?,台阶式高度规和深度规的结构需根据工件不同情况进,行设计。图,16-14,中列出了生产中常用的几种结构。,?,23,24,设计这种量规时，除需选用合适的量规结构外，还应注意如下

16、问题：,?,1),活动测销孔的直径,D,，可根据量规结构选取，它与测销,的配合可按,H7/g6,制造。,?,2),活动测销（或量规本体）的台阶尺寸,C,应等于被测尺寸,的公差，其制造公差可按表,16-6,选取。,?,3),当量规两测量面间为一定尺寸时（如图,16-13,所示其尺,寸为,H,时），台阶基面与台阶上平面应齐平，其不平度在,制造时允许偏差,Q,，磨损时允许偏差,QS,。,Q,和,Qs,可根据,尺寸,H,和被测尺寸公差，由表,16-4,中查出。,25,第四节,位置量规,?,一、公差原则,?,检验被测要素位置误差遵守相关原则（也称包容原则或,最大实体原则）的平行度、垂直,度、同轴度、对称

17、度和位置,度的量规，简称位置量规。位置量规是一种综合量规。,?,在同一被测要素上既有尺寸公差要求又有形位公差要求，,它们两者之间就可能发生联,系。公差原则是处理尺寸公差和,形位公差关系的规定，它分为独立原则和相关原则。,?,1,独立原则,(IP),?,独立原则是指给出的尺寸公差和形位公差各自独立，彼,此无关，分别满足要求的公差原,则。采用独立原则时，不在,图上加注任何符号。,?,必须指出，当被测要素的位置公差采用独立原则标注时，,不能用位置量规检验，应当采,用专门的检验夹具或通用的测,26,量工具进行检验。,?,2,相关原则,?,就是图样上给定的形位公差与尺寸公差相互有关,的公差原则，也即尺寸

18、值有富余时可补偿给形位值的,原则。根据被测要素所应遵守的边界不同，相关原则,又可分为包容原则和最大实体原则两种。,?,(1),包容原则,(EP),包容原则就是以最大实体尺寸作,为边界值，当被测要素上各点,的实际尺寸已达到此,边界时，否则此要素不得再有任何形状误差，而只有,当实际尺寸偏离最大实体尺寸时，其偏离值允许补偿,给形位误差。,采用包容原则时，工件按泰勒原则检验，即可用,全形通端量规代表最大实体边界，另用两点式止端量,规代表最小实体尺寸。这种检验不仅控制了实际尺寸，,而且也控制了形状误差。,27,?,(2),最大实体原则,(MMP),?,被测要素采用最大实体原则时，表示图样上注出的形位,公

19、差是在被测要素处于最大实体状态时给定的，当被测要素,偏离最大实体状态时，允许增大形位公差值。,按最大实体原则给出形位公差时，必须在公差框格中形,位公差值后面加注符号,最大实体原则的特点是，因为尺寸公差可使形位公差增,大，故按最大实体原则判断的合格件，其实际表面可以越出,最大实体边界，到达另一极限边界。,?,对于按最大实体原则标注形位公差的被测要素，工件的,检验分两步：先用两点法测量实际尺寸，按极限尺寸验收；,合格后再用位置量规检验形位公差，量规通过被测工件，才,算它合格。,?,最大实体原则主要用于保证装配互换性的工件，如螺栓,连接的法兰盘中孔的位置度、螺栓杆部和头部的同轴度等。,因为此时能充分

20、利用图样上给出的公差，提高工件的合格率，,28,故有显著的经济效益。,二、位置量规的设计计算,?,1,术语、定义与一般规定,?,位置量规是用来检验工件关联被测要素的实际轮廓是否超越规定,边界（实效边界或最大实体边界）的量规。边界的方向由基准确定，,位置由基准和理论正确尺寸确定。,由于位置量规是用来模拟理想边界的，因此它是全形量规。若它,能自由通过被测要素的实体，就表明该实体未超越规定边界，工件为,合格品，但它不能测出被测要素的实际尺寸和形位误差的大小。,?,?,?,位置量规工作部位是位置量规测量部位、定位部位和导向部位三,者的统称。,位置量规的测量部位（或是其相应的测量元件）是用于检验工件,被

21、测要素的部位，定位部位（或是其定位元件）是用于模拟体现工件,基准的部位。因此，它们必须保持与工件图样上相应的几何关系。,位置量规的导向部位是便于工件定位或测量所设置的引导部位。,29,?,根据位置量规的结构，其测量部位,和定位部位各有两种类型：,?,(1),固定式：不带导向部位的测量部位或定位部位称为固定,式类型，如图,16-18b,所示中的测量销,I,和定位销,均为固,定式。,30,(2),活动式：具有导向部分的测量部位或定位部位称,为活动式类型。如图,16-19,所示，,31,根据检验的需要，位置量规可分为同时,检验和分别检验两种方式。,?,所谓同时检验是指用同一位置量规检验被测,要素的位

22、置公差与其基准要素本身形位公差和,（或）尺寸公差的方法。如图,16-18,所示，如果同,轴度量规的定位销既用来模拟体现基准孔，又用,来代替光滑极限量规的通规，检验基准孔实体是,否超越最大边界，则这时的检验就是同时检验。,所谓分别检验是指用不同位置量规分别检验,被测要素的位置公差与其基准要素本身的形,位公,差和（或）尺寸公差的方法。,32,?,设计位置量规时，除了结构设计以外，,更重要的是确定量规工作部位的形状和尺寸。,所以，,GB8069-87,中作出了以下规定：,?,1),当工件被测要素和（或）基准要素为中心要素时，位置量,规测量部位和（或）定位部位的尺寸、形状、方向和位置应,与工件上相应被

23、测要素或基准要素的实效边界或最大实体,边界的尺寸、形状、方向和位置相同。,?,2),当工件基准要素为轮廓要素（主要指平面）时，位置量,规定位部位的尺寸、形状、方向和位置应与工件上相应基准,要素的尺寸、理想形状、方向和位置相同。,?,3,）当导向部位兼作测量部位或定位部位（即无台阶式）,时，其尺寸、形状、方向和位置按测量部位或定位部位确,定。当导向部位仅起导向作用,即台阶式），其尺寸、形状,由设计者按量规结构要求确定，其方向和位置按所引导的测,量部位或定位部位确定。,33,2,位置量规工作部位尺寸的确定,?,(1),测量部位尺寸和公差带,位置量规测量部位模拟被测要素,的理想边界，为了满足被测件的

24、功能要求，量规测量部位的,尺寸公差带及允许磨损量应全部配置在被测要素的理想边,界之内，但验收产品时存在把合格品误判为废品的可能性。,反之，若把该尺寸公差带及允许,磨损量配置在被测要素理,想边界之外，则验收产品时存在把废品误判为合格品的可能,性。此外，量规测量部位和定位部位的位置误差以及它们与,光滑导向孔（或光滑导向销）之间的间隙遵守最大实体隙等,因素也会影响检验结果。,?,为了消除上述一些因素对检验结果的影响，以保证被测,件的质量，位置量规测量部位尺寸应吝当以被测要素理想边,界尺寸为基础，加上（对被测内表面）或减去（对被测外,表面）一个测量部位的基本偏差,FM,的数值。同时考虑到经,34,济性

25、，尺寸公差带应配置于测量部位的体内，见图,16,20,。,35,(2),定位部位的尺寸和公差带,?,位置量规的平面定位部分没有厚度尺寸，故必需考虑,其尺寸公差带。而量规的圆柱面和两平行平面的定位部位,用于模拟被测件基准要素的理想边界，其定位部位的尺寸,应等于该理想边上界的边界尺寸。,对于同时检验方式的位置量规，其定位部位也是基,准要素的测量部位，因此其定位部位尺寸公差带的配置在,原理上和方法上均与其测量部位相同。也就是说，量规定,位部位尺寸应当以基准要素理想边界尺寸为基础，加上,（对基准内表面）或减去（对基准外表面）一个定位部位,基本偏差,FP,的数值，并且尺寸公差带应配置于定位部位,体，如图

26、,16-21,所示。,36,?,37,?,对于分别检验,方式的位置量规，,其定位部位的尺寸,公差带及允许损量,配置于基准要素理,想边界之外（图,16-22,），使得凡,是按照工件图样上,给定的尺寸公差和,形位公差测量或检,验合格的实际基淮,要素，量规定位部,位都能够通过该实,际基准要素。,38,(3),导向部位的尺寸和公差带,?,位置量规导向部分中光滑导向销和光滑导向孔之一是,该量规的测量部位或导向部位。为了便于光滑导向销插入,光滑导向孔，它们的配合应具有一定最小间,Cmin,的间隙,配合。此时导向部位的尺寸可由图,16-23,关系中确定。,以光滑导向孔兼作测量部分或定位部分（无台阶式）,时，

27、光滑导向销的尺寸,(,见图,16-23a),当导向销兼作测量部分（如图,16-19,中活动式测量销,）或定位部分（即无台阶式）时，光滑导向孔的尺寸,（见图,16 -23b,）,当导向孔仅起导向作用（台阶式），光滑导向销的尺,寸（见图,16-23c,）,当导向销仅起导向作用（台阶式），光滑导向孔的尺,寸（见图,16-23d,）,?,?,?,?,39,(4),位置量规基本偏差和公差的数值,?,GB 8069,87,规定的位置量规基本偏差,FM,和,FP,的数值以及工作部位的尺寸公差值和位置公差,值分别见表,16-8,、表,16-9,和表,16-10,，皆按工件被,测要素或基准要素的综合公差,Tt,

28、选取。,?,对于同时检验方式的位置量规，其测量部分基,本偏差,FM,和定位部位基本偏差,FP,的数值分剔按,工件被测要素和基准要素的综合公差,Tt,、基准类,型（工件基准要素的几何特征）、量规结构类型,从表,16-8,选取,40,?,?,?,?,?,对于分别检验方式的位置量规，其测量部位基本偏差,FM,的数值按工件被测要素的综合公差,Tt,、基准类型和量,规结构类型从表,16-9,选取。而其定位部位基本偏差,Fp =O.,位置量规工作部位尺寸的制造公差和允许磨损量，以,及它们位置公差的数值可从表,16,10,中选取。量规工作,部位的位置公差一般采用独立原则。,位置量规工作部位的中心要素（圆柱面

29、或两平行平,面），其形状公差与尺寸公差应遵守包容原则。当量规定,位面为平面时，其平面度公差由设计者按量规精度在,GB1184-80,附表,1,中,4,7,级内选定，一般可取为量规测量,部位位置公差,tM,的,1/3,1/2 .,位置量规非工作部位未注公差尺寸的公差等级一般为,IT14,，孔公差带采用,H14,，轴公差带采用,h14,，长度公差,带用,Js14,或,js140,未注形位公差按,GB1184-80,的,B,级选取。,位置量规工作表面粗糙度值,R a0 .2,，非工作部位,R,a3 .2,。,41,第五节,样板量规,?,一、,板量规的分类及用途,?,样板量规通常简称为样板，它是用来检

30、验工件外形轮,廓的量规。样板的种类较多，常用的分类方法如下：,?,样板按其检验形式可分为间隙式和叠合式两种。,(1),间隙式样板其工作表面与工件被检轮廓形状相反。检验时，,将样板的工作表面对着工件被检轮廓，由二者的间隙部位,和大小未判断工件轮廓的正确性。判断间隙大小可用肉眼,观察，也可用塞尺检验。,(2),叠合式样板,它的工作表面与工件被检轮廓形状相同。检,验时，将工件与样板叠合在一起，对准基面，然后比较工,件轮廓与样板工作表面轮廓的差别来判断工件轮廓的正确,性。这种样板一般是用在工件被检验轮廓较复杂的场合，,42,但它的检验精度较低。,?,?,?,?,?,?,样板按其工作面基本尺寸的选择方法

31、可分为标,准样板和极限样板：,(1),标准样板：标准样板选择工件被检轮廓的基本,尺寸为其工作面基本尺寸。,(2),极限样板：极限样板选择工件被检轮廓的极限,尺寸（被检轮廓的最大实体尺寸或最小实体尺寸）,为其工作面基本尺寸。这种样板用在工件被检轮廓,要求较高的场合。,样板按其用途又可分为工作样板和校对样板,（又称校验样板）,：,(1),工作样板：工作样板是工人在制造工件时用来,检验工件的样板。,(2),校对样板：校对样板是检验工作样板用的样板，,用以判断工作样板的磨损程度。,43,二、,样板的公差,?,样板的制,造公差和磨损,公差无论是极,限样板或是标,准样板都按对,称分布，如图,16-32,所

32、示,44,?,工作样板工作表面的主要尺寸：圆弧和角度,的制造公差取被检工件公差的,10%,，化为双向公,差即为,5%.,但当工件廓形精度要求较高时（如成,形刀具的廓形），样板廓形尺寸的公差可取为工,件廓形公差的,1/2,1/3.,为便于制造，廓形尺寸公,差一般不得小于,0.01,0.005mm,，角度公差,不得小于,130,。,工作样板工作表面的非主要尺寸（如某些圆,角半径）的制造公差按工件公差,20 %,来选取，化,为双向公差即为,10%,。,45,?,?,工作祥板工作表面的磨损公差取工件公差的,8,%,，其偏差方向按样板使用时磨损方向而定。对,于叠合式样板，不规定其磨损公差。,校对样板的工作表面与被校对的工作样板工,作表面尺寸相同，但形状相反