检验过程中测量温度对量规的影响

方强

摘 要：量规是一种精密测量器具，它结构简单，操作性好、准确性高。通常为具有准确尺寸和形状的实体。用量规检验工件常采用通止法（利用量规的通端和止端控制工件尺寸使之不超出公差带）。量规控制的是尺寸或规格的上下限，一般包含全部的公差带。由于量规使用过程中要与工件多次接触，如何保证检验结果的可靠性，这与测量温度的关系很大。因此，必须合理正确地使用量规。精密工件应与量规都处在标准温度是20℃时，才能获得准确的测量结果。

关键词：量规；精确测量；温度补偿；泰勒原则

1 概述

ISO国际标准规定，工业长度测量的标准温度是20℃。针对工作中精密加工的零件，公差要求越来越严。标准件和测量装置稍稍偏高这一温度，测量的尺寸就会发生难以接受的变化。作为检验人员，应该时刻注意零件和测量工具的温度变化。只有工件和测量工具都处于20℃环境温度下，才能获得精确的测量结果。

下面我就介绍一下采用自制的量规，测量工件时的注意事项。

2 量规的设计及选材

量规也称为光滑极限量规，它分为塞规和卡规两种。在这里就使用量规来谈谈温度的影响，量规由通端量规和止端量规两部分组成，以检验孔的作用尺寸和实际尺寸是否在极限尺寸的范围内。光滑极限量规结构简单、使用方便，且检验效率高，是加工和检验时经常使用的量具之一。

由于量规的测量面要求耐磨，在选材上我选择的材料为碳素工具钢（T12A），量规测量表面的硬度为HRC58～65。

根据GB1800-79的规定，及极线尺寸判断原则（又称泰勒原则）。泰勒原则，是指孔的作用尺寸不允许超过最大实体尺寸。即对与孔，其作用尺寸应不小于最小极限尺寸；对于轴，则应不大于最大极限尺寸。

在任何位置上实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。即對于孔，其实际尺寸不应大于最大极限尺寸；对于轴，则不应小于最小极限尺寸。

3 量规工作尺寸的计算

假设，零件孔的尺寸为、依据GB1800—79计算出量规通端T1、止端Z1的 工作尺寸如下：

因为，尺寸的上偏差 ES=+0.052

尺寸的下偏差 EI=-0.052

查光滑极限量规的尺寸公差T和位置要素Z值表得：

量规公差：T=0.006

位置要素：Z=0.011

形状和位置公差=T/2=0.003

所以，量规通的上、下偏差为：

通规（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

止规（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

根据泰勒原则及计算出的工作尺寸，绘制出如下图所示的极限量规。

4 温度对测量的影响及误差分析

量规国际上规定了测量的标准条件：温度为20℃、测力为零。但是，由于一般物体具有热胀冷缩的特性；所以，在不同温度和不同测量力下所得到的测量结果也是不同的。因此，在实际应用中，都要在这样标准的条件下进行测量是很困难的，也是不经济的。为了减小测量误差，应尽量使量规与被测量零件等温后进行测量，使用的力尽可能小些。

当偏离标准条件下进行测量时，必然会带来一定的测量误差，对此可以进行修正测量结果，一般可用下式来计算：

ΔL1=L[a1（t1-20）-a2（t2-20）]

或 ΔL1=L[a1（t1-t2）+（a1-a2）（t2-20）]

式中：

a1和a2——分别为工件和测量工具的材料线膨胀系数；（1/℃）

t1和t2——分别为测量时工件和测量工具的实际温度；（℃）

L ——测量尺寸（mm）。

ΔL1——由于偏离标准温度而引起的测量误差（mm）。

由上式可知，当t1=t2=20℃时，则ΔL1=0。即测量时，工件和测量工具的温度均为20℃时，即使它们的线膨胀系数不同，对测量结果也不会有影响。

当a1=a2，但t1=t2≠20℃时，亦会有ΔL1=0。即工件和测量工具的材料线膨胀系数相同，测量时它们的实际温度也相同，那么虽然偏离标准温度，对测量结果也不会有影响。

在实际工作中，要求t1=t2=20℃，或者a1=a2、t1=t2是不太实际的，因此，只能使工件和测量工具的线膨胀系数和测量时两者的温度尽量相近，若由此所引起的测量误差对测量结果的影响甚少而可以忽略时，则可以不对测量结果进行修正。

5 量规的使用及注意事项

使用量规检测工件时，应将工件和量具保持在标准温度20℃条件下测试。当使用条件偏离标准温度时，要予以修正。因为物体热胀冷缩，温度的变化（特别是温度显著变化时）对零件尺寸会有一定的影响。所以，国际上明确规定了一个统一的温度标准，即标准温度20℃。

应将零件和量规擦干净，以免零件在测试过程中造成误差。在使用过程当中，通端T通过，而止端Z不通过，则该零件合格，否则该零件不合格。

6 小结

通过对量规的设计，不但了解了量规的计算、误差分析和测量时温度的影响，而且经过检测合格的零件，在装配和调试过程中能完全满足设计要求。

量规操作使用方便，且在机床上也能检验被加工零件的合格状态、测量快速、准确。能在加工和检验过程中显示出明显的优势。通过对量规的设计，为今后的工作积累了宝贵经验。

参考文献

[1]公差与配合手册[M].机械工业出版社，2009.

[2]公差配合与测量技术[M].机械工业出版社，2010.

（作者单位：中航洛阳电光设备研究所）