广东省江门市质量计量监督检测所 广东省江门市 529000
摘 要：圆柱螺纹量规中径的测量方法，通常有双球测量法对圆柱内、外螺纹量规的单一作用中径进行测量。本文重点对圆柱螺纹量规单一中径和作用中径检测多种方法进行探析。
关键词：圆柱螺纹量规；中径测量法；单一中径；作用中径
引言
在古代，人们利用螺纹固定战袍、压榨油料和制酒等。当今，在各种现代装备系统的设计和制造工作中，螺纹被广泛地应用于机械制造领域、航空装备产业、卫星及应用产业、轨道交通装备产业、海洋工程装备产业、智能制造装备产业等。
1 螺纹量规中径测量简述
随着精密仪器广泛使用，直径200mm以内的螺纹测量已经很成熟了。但是在直径大于200mm的大尺寸螺纹测量是螺纹量规中径测量最薄弱的环节，传统的测量仪器由于测量范围限制不能满足其校准要求。而三坐标测量机作为一种通用性强、自动化程度高、测量精度高的测量系统在先进制造技术与科学研究中有极广泛的应用。下面以三坐标测量机校准螺纹量规单一中径为研究基础，从而解决螺纹量规的无法检测的困难。三坐标测量螺纹量规在确保大尺寸螺纹量规螺纹量值溯源准确性、可靠性、统一性及互换性方面将发挥不可替代的作用。
2 坐标机测量圆柱螺纹量规中径的测量原理
本测量方法是基于坐标测量机三轴空间的最大允许误差为±（1.2+L/350）μm。根据螺纹量规的类型和规格，选择符合最佳球径原则的探针，其测球最佳直径按公式计算并以此作为选用探针的依据。
式中：d0—最佳直径（mm）；p—理论螺距（mm）；α—理论牙型角（°）；调用螺纹量规（塞规或环规）的自动测量程序。输入量规的型号、规格、编号及量规的旋向、中径、螺距等主要参数的标称值。校准探针，包含参考探针和星型探针。手动测量量规的平面和塞规外圆（或环规内圆），以量规平面为第一轴，粗建坐标系（CSY1），确定量规在测量空间内的位置。
根据三坐标测量机手动粗建坐标系（CSY1）确定的空间位置，自动运动及探针自动采样螺旋线上各点，精建坐标系（CSY2），确定量规在测量空间内精确的x、y、z三维坐标轴线的方向和坐标原点。利用Quindos软件，去除探针受力本身可以感知矢量方向的能力，实现三坐标测量机的自定心功能。应用自定心功能及DO循环语句采集+X,+Y,-X,-Y方向上四条母线的自定心点。采集的自定心点形成圆柱，以此圆柱的轴线作为z轴，建立精确的量规坐标系（CSY3），原点O是z轴与x y平面的交点.根据四条母线上的采集点，进行数据处理，得出圆柱螺纹量规的螺距，牙型角和中径值。
3 圆柱螺纹量规常用的中径测量方法
在测量螺纹中径时，常用测长仪或螺纹千分尺配合三针进行测量，通过测量得到螺纹中径实际值。而三针配合测长仪或螺纹千分尺只能测量外螺纹量规的中径值，内螺纹量规不能通过上述方法得到其中径值。通常利用钢珠也能测量中径，但是钢珠圆滑易滚动，不便在操作时应用。但经过改进，将钢珠焊在钢珠座上，钢珠座固定在千分尺测砧的定位套上。定位套的内孔与千分尺测砧的间隙约0.2mm。使用时，用千分尺测量钢珠座端面与工件外径之间的尺寸S。因此，“千分尺—钢珠”测量法可以测量内、外螺纹的中径，具有简便、正确、可靠的特点，它可以控制螺纹中径到所需要的范围，可以在加工过程中随时测量，但必须了解实际的螺纹中径值，来决定进给量，不然将出现超差的情况。如果和螺纹量规配合使用，可以进一步提高螺纹的加工精度，做到不超差。钢珠座结构简单，制造方便，一般工厂都能制造。本文重点对圆柱螺纹量规中径(单一中径和作用中径)检测的几种方法进行探析。
圆柱螺纹量规中径的测量方法分为：圆柱内螺纹量规中径测量方法和圆柱外螺纹量规中径测量方法，具体测量方法见下表：
| 圆柱螺纹量规中径的测量方法 | |
| 1 圆柱内螺纹量规中径测量方法 | (1)内螺纹千分尺: 根据被测内螺纹螺距的大小，选择合适的测量头，装在千分尺两端进行测量，此方法适用于测量大直径的内螺纹中径(单一中径)，由于受到被测螺纹牙型角误差、螺距误差以及千分尺测头角度误差等因素的影响，测量精度不高。 |
| (2)数据处理万能测长仪: 以某公司生产的测长仪为例，在该仪器上测量内螺纹中径属于相对测量(见图1)，其标准件是由一对具有螺纹标准牙形的侧块与量块组合而成，式中:H—块规尺寸;d2—螺纹中径名义值;P—被测螺纹螺距;α/2—被测螺纹牙型半角;(a+b)—测块尺寸(已刻在测块非工作面上)。测量前应先计算两侧块之间所垫块规尺寸H:H=d2+P/2×Ctg(α/2)－(a+b)+P2/{8×［d2+P/2×Ctg(α/2)－d球/sin(α/2)］}。
图1内螺纹中径测量示意图 ①组合标准件:根据被测螺纹中径名义值用上述公式计算出块规尺寸H，算出的H值一般均为非整数，实际组合的块规仅需精确到0.1mm即可，剩下所差部分在数据处理时作为块规的修正值ΔE考虑。②计算出ΔH(所选量块组合值与H值差值，注意还需带入量块修正值)。③校对标准件:将标准件放在工作台上，将测钩钩入标准件的V形槽内，扳动工作台微倾手柄并观察读数示值，找到示值最小转折点，锁紧记下微倾手柄并记下读数L1。④测量被测螺纹环规:取下标准件，安装被测螺纹环规，使两测钩进入被测螺纹，并彼此记下读数L2。⑤被测单一中径d2=L2－L1+ΔH | |
| (3)螺纹综合测量仪:近年来，随着螺纹综合测量仪的出现，让内螺纹中径检测效率、精度得到了很大提高，它的工作原理是螺纹测量仪通过高精度气浮轴承系统驱动测针与被测螺纹接触扫描，采用进口高精度光栅测量系统记录接触扫描过程中水平和垂直方向的坐标变化记录，由计算机将二维记录数据进行合成，按螺纹参数的相关定义进行分析，计算获得螺纹的中径(作用中径)。 | |
| 2圆柱外螺纹量规中径测量方法 | (1)螺纹千分尺测量法:用螺纹千分尺测量螺纹中径(单一中径)是一种低精度的测量方法，常用在螺纹量规的加工过程中确定螺纹中径的磨削余量。螺纹千分尺的测量头由于存在一定的角度误差以及螺距和牙型半角误差的影响，故用在绝对法测量时测量误差可达(0.04～0.06)mm，需要谨慎使用。 |
| (2)三针测量法:三针测量法是常用的精密测量圆柱外螺纹中径的方法之一，它是一种间接的接触式测量。以某公司生产的测长仪为例测量时，按照被测外螺纹的螺距选取一套三针(在相关技术手册中查找)，并放入被测螺纹的牙槽内，使三针在螺纹中径位置相切，此时测量出M值，再经过计算即可测量出被测螺纹的中径(单一中径)，公式为d=M－(3d0－0.866P)，其中d为所求中径，d0为三针直径，P为螺距(取α=60°)见图2。
图2三针法测量外螺纹中径示意图 | |
| (3)螺纹综合测量仪:近年来，随着螺纹综合测量仪的出现，让外螺纹中径检测效率、精度得到了很大提高，它的工作原理是螺纹测量仪通过高精度气浮轴承系统驱动测针与被测螺纹接触扫描，采用进口高精度光栅测量系统记录接触扫描过程中水平和垂直方向的坐标变化记录，由计算机将二维记录数)据进行合成，按螺纹参数的相关定义进行分析，计算获得外螺纹中径(作用中径)。 | |
4圆柱螺纹量规中径的测量方法的分析
针对上表中圆柱内螺纹量规中径测量方法和圆柱外螺纹量规中径测量方法的特点进行分析，给出以下建议：
（1）用螺纹千分尺、内螺纹千分尺及球头千分尺测量内外螺纹量规中径(单一中径)精度较差要谨慎使用。
（2）用数据处理万能测长仪测量内外螺纹量规中径(单一中径)精度较高，但是所需时间较长，而且由于牙型半角和螺距的误差，使实测中径(单一中径)存在一定误差，比如当α/2=30°，P取标称1mm，三针选0.572mm时A=0.8500mm，如果实测α/2=29.95°，P=1.003mm，三针同样选0.572mm时，则A=0.8473mm，两者相差0.0027mm，适用于企业检测使用。
（3）螺纹综合测量仪测量内外螺纹量规中径(作用中径)由于可以一次性测出被测螺纹的牙型半角和螺距，就可以按照螺纹参数的定义进行分析计算最后得到中径实测值精度高，时间、效率高，根据JJF1345－2012《圆柱螺纹量规校准规范》，建议为首选。
（4）当量规的直径大于200mm时，可用坐标测量机，按上面(2)点进行测量，但由于测量效率不高，因此很少使用。
结束语
圆柱螺纹量规中径的测量方法是精度较高和比较复杂的测量，一定要科学严谨地进行测量，千万不能粗心大意。根据笔者校准过程中的实际情况，提出了圆柱螺纹量规中径(单一中径和作用中径)检测的几种方法，供大家探讨。
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