《公差测量技术》一体化教材 项目3 用内径量表测量零件尺寸
项目三 用内径百分表测量零件尺寸
【知识目标】
?理解标准公差和基本偏差的含义，会查表标注尺寸的极限偏差值。
?熟悉内径表的结构、读数方法及测量方法。
【能力目标】
?能正确使用内径量表对零件进行测量。
?掌握内径量表的零位尺寸的确定及调零方法。
【项目内容】
在生产中，对于孔径的测量可采用不同的方法，具体要根据生产的批量、精度要求高低、尺寸大小及零件的结构等因素选择。除了上一项目我们学习了用内径千分尺测量零件内径的方法，使用内径百分表也是测量孔径的常用的方法。内径百分表是一种用相对测量法测量孔径的通用量仪，特别适用于测深孔及精度要求较高的内孔尺寸的测量。
【项目分析】
内径百分表由百分表和内径量表表架组成，在这里，先简要了解一下百分表的结构及读数方法。
百分表是用来测量工件的尺寸、形状位置误差以及检验机床精度等的重要量具，如图3-1所示。利用机械传动系统，将测量杆的直线位移转变为指针在圆刻度盘(表盘)上的角位移，并由刻度盘进行读数的通用测量器具，称为指示表。其中，分度值为0.01mm的称为百分表，分度值为0.001mm称为千分表。测量范围超过10mm的指示表被称为大量程指示表。
百分表的特点优点是传动比大，结构简单、使用方便等。可用于机械零件的长度尺寸、形状和位置偏差的绝对测量和相对测量，也能在某些机床或测量装置中作定位和指示用。
1)百分表的外观结构如图3-1。
(a) 百分表正面 (b) 百分表内部结构 (c) 百分表的结构图
图3-1 百分表的外观结构
2)百分表的刻度原理及读数方法
刻度原理:当测量杆向上或向下移动1mm时，通过齿轮传动系统带动大指针转一圈，小指针转一格。刻度盘在圆周上有100个等分格，当大指针转动一格时，则测量杆向上或向下移动的距离为1/100mm，即0.01mm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。
读数方法:先读小指针转过的刻度线(即毫米整数)，再读大指针转过的刻度线(即小数部分)，并乘以0.01，然后两者相加，即得到所测量的数值。
3)百分表的规格
百分表按照测量范围划分为三种规格:0,3mm、0,5mm、0,10mm。
百分表按照制造精度划分为三种规格:0级、1级、2级。
【项目知识点学习资料】
3.1 标准公差
标准公差系列是对公差值进行标准化后确定的，它以表格的形式列出，见表3-1。表中的任一数值都是标准公差。
表3-1 IT1，IT18的标准公差数值(GB,T1800.3,1998)
标准公差等级 基本尺寸
mm IT1 IT2 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 IT17 IT18 大至 µm mm 于
— 3 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 0.10 0.14 0.25 0.40 0.60 1.0 1.4 3 6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 0.75 1.2 1.8 6 10 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 0.90 1.5 2.2 10 18 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1.10 1.8 2.7 18 30 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 1.30 2.1 3.3 30 50 1.5 2.5 4 7 11 16 25 38 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 1.60 2.5 3.9 50 80 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 1.90 3.0 4.6 80 120 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 2.20 3.5 5.4 120 180 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 0.40 0.63 1.00 1.60 2.50 4.0 6.3 180 250 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 0.46 0.72 1.15 1.85 2.90 4.6 7.2 250 315 6 8 12 16 23 32 52 81 130 210 320 0.52 0.81 1.30 2.10 3.20 5.2 8.1 315 400 7 9 13 18 25 36 57 89 140 230 360 0.57 0.89 1.40 2.30 3.60 5.7 8.9 400 500 8 10 15 20 27 40 63 97 155 250 400 0.63 0.97 1.55 2.50 4.00 6.3 9.7
1.标准公差的定义
国标《极限与配合》中，对公差带的两个要素都进行了标准化，从而得到多种多种多样大小不等、位置不同的公差带，可以满足不同的使用要求，同时又能达到简化统一、方便生产的目的。标准公差是国标规定用以确定公差带大小的任一公差。标准公差用IT表示。
2.标准公差等级
标准公差等级是用以确定尺寸精度等级的。标准公差等级共分为20级，用阿拉伯数字01、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18表示，其中01级最高，18级最低，标注是用同一字号写在标准公差代号IT之后，如7级标准公差记作IT7，读作公差等级7级。这样公差等级是从IT01,IT18共20个标准公差等级，并随着公差等级的逐渐降低，而相应的标准公差依次增大。即:
高 低
公差等级
IT01、IT0、IT1„„„„IT18
小 大
标准公差
显然，同一基本尺寸的孔和轴，其标准公差值的大小随标准公差等级的高低不同而不同，也就是说标准公差等级高，标准公差数值小;标准公差等级低，标准公差数值大。另一方面，从使用和制造两角度考虑，同一标准公差等级的孔与轴,随基本尺寸不同，应规定不同的标准公差数值。尺寸小，标准公差数值小;尺寸大，标准公差数值大。总之标准公差数值，一与标准公差等级有关，二与基本尺寸段有关。
3.标准公差数值表说明
极限与配合在基本尺寸至500mm内规定了IT01、IT0、IT1„IT18共20个标准公差等级;在基本尺寸大于500,3150mm内规定了IT1至IT18共18个标准公差等级。IT01和IT0在工业中很少用到，所以在表3-1中没有给出这两个标准公差等级的标准公差数值，如有需用者可以查GB/T1800.3—1998附录A即可。
4.基本尺寸分段
前面讲过，标准公差的数值与公差等级有关，也与基本尺寸有关，在生产中，使用的基本尺寸是很多的，每一个基本尺寸都应该对应一个公差值，这样就会形成一个庞大的公差数值表，给生产带来很多麻烦。为了减少公差数目，统一公差值，简化公差表格，特别考虑到便于应用，国标对基本尺寸进行了分段。尺寸分段后，对同一尺寸分段内的所有基本尺寸，在相同的公差等级的情况下，规定相同的标准公差值。
同一公差等级的不同尺寸段，其标准公差数值虽不相等，但是，其精确程度和加工的难易程度应理解为相等。另外，以公差值36μm为例，对于大于6,10mm尺寸段为IT9，对于大于315,400mm的尺寸段为IT6，而对大于2500,3150mm的尺寸段则为IT2。显然，依次后者比前者精度高。所以，不能单从零件的公差数值的大小来判断零件的精度高低，必须同时考虑零件基本尺寸大小的因素。
5.查标准公差表
实际工作中，标准公差用查表法确定。例如Φ30F7(此为公差带代号，最后一位数字表示标准公差等级，后述及)确定该尺寸的标准公差值。方法如下:
先从表3-1中的左端基本尺寸这一列中查到基本尺寸30mm，注意这里有两个30，我们应该用18,30里边的30mm作为行的起点。再从标准公差等级这一行中查IT7作为列的起点，行和列的交点的数值就是标准公差值。我们查到的是21μm(这里要注意单位)。所以尺寸Φ30F7的标准公差值为21μm，换算成毫米就是0.021mm。
3.2 基本偏差
1.基本偏差的定义
为了满足不同配合性质的需要，在国标《极限与配合》中，对孔、轴公差带的位置予以标准化。基本偏差就是用于确定公差带的位置的，一般情况下取靠近零线的那个偏差作为基
本偏差。如图3-2，也就是:公差带在零线上方，取下偏差作为基本偏差;公差带在零线下方，取上偏差作为基本偏差;公差带横跨零线的，任取一个偏差作为基本偏差。标准中规定
图3-2 公差带的大小与位置
了孔、轴各28种公差带的位置，分别用不同的拉丁字母表示。这些拉丁字母我们叫它基本偏差代号，大写的字母代表孔的基本偏差，小写的字母代表轴的基本偏差。在26个拉丁字母中，除去易与其它代号混淆I、L、O、Q、W(i、l、o、q、w)的5个字母外，采用21个，再加上用双字母:CD、EF、FG、ZA、ZB、ZC、JS(cd、ef、fg、za、zb、zc、js)表示的7个，共有28个代号，表示28种公差带的位置。孔轴基本偏差代号见表3-2。
表3-2 孔轴基本偏差代号
A B C D E F G H J K M N P R S T U V X Y Z 孔 ZA ZB ZC CD EF、FG JS
a b c d e f g h j k m n p r s t u v x y z 轴 cd js za zb zc ef、fg
各基本偏差所确定的公差带位置，见基本偏差系列图3-3
图3-3 基本偏差系列图
从基本偏差系列图可知，轴的基本偏差从a到h为上偏差(es)，且是负值，其绝对值依次减小;从j到zc为下偏差(ei)，且是正值，其绝对值依次增大。
孔的基本偏差从A到H为下偏差(E1)，且是正值，其绝对值依次减小，从J到ZC为上偏差(ES)，且是负值，其绝对值依次增大;其中H和h的基本偏差为零。
JS和js对称于零线，没有基本偏差，其上，下偏差分别为+IT/2和-IT/2。
基本偏差系列图只表示了公差带的各种位置，所以只画出属于基本偏差的一端，另一端则是开口的，即公差带的另一端取决于标准公差(IT)的大小。
2.基本偏差表
在国标《极限与配合》中，对孔、轴的基本偏差值也作了规定。轴的基本偏差数值是以基孔制为基础，依据各种配合的要求，从生产实践的经验中和有关的统计分析的结果中整理出一系列公式而计算出来的。孔的基本偏差数值是从轴的基本偏差数值换算过来的，其数值应保证用同一字母表示孔和轴的基本偏差所组成的公差带，按基孔制形成的配合与按基轴制形成的配合的形状相同。我们在生产实际中，孔和轴的基本偏差不必用公式计算，直接查表3-4和3-5即可。
1) 孔、轴公差带代号
孔、轴公差带代号是由基本偏差代号和公差等级代号组成，并要求用同一字号书写。例如:
根据给定的孔、轴公差带代号和基本尺寸，就可以从标准公差数值表和基本偏差数值表中，查出标准公差值和基本偏差值，在设计零件时进行选用。
2) 查基本偏差表
已知孔、轴的公差带，用查表法确定孔或轴的基本偏差的步骤如下:
第一步 根据基本偏差代号是大写或小写，决定是查孔还是轴的基本偏差表。
第二步 在表中的横行找到该代号并查出该代号基本偏差是上偏差还是下偏差。
第三步 以该代号为竖列，以基本尺寸所在的尺寸分段为横行，其相交处即为基本偏差值。偏差值有"+""-""0"之分，"+""-"号一定连要同偏差数值带上。需要特别注意查孔的基本偏差时，若是小于或等于8级的K、M、N或小于、等于7级P,ZC，其所需的?值，从尾表栏按公差带等级和基本尺寸所在的尺寸段竖横相交处查取。同时，注意表注对几个特殊公差带数值的规定。
注意:孔的公差代号是大写字母，轴的公差代号是小写字母。
例1.查表确定Φ50f6、Φ50F6的基本偏差。
解:
按上述步骤，查表3-3，查得Φ50f6基本偏差es=-25μm=-0.025mm
查表3-4，查得Φ50F6的基本偏差EI=+25μm =+0.025mm
例2.查表确定Φ25j7、Φ25J7的基本偏差。
解:
查表3-3，查得Φ25j7基本偏差ei=-8μm=-0.008mm
查表3-4，查得Φ25J7的基本偏差ES=+12μm =+0.012mm
例3.查表确定Φ70m6、Φ70M6的基本偏差。
解:
查表3-3，查得Φ70m6基本偏差ei=+11μm=+0.011mm
查表3-4，查得Φ70M6的基本偏差ES=(-11+?)μm， 这是由于6级
?8级，故查?8级栏。从尾栏按公差等级6级和尺寸大于50-80mm竖横相交处
查得?=6μm，故ES=(-11+6)μm=-5μm=-0.005mm
例4.查表确定Φ100r7、Φ100R7的基本偏差
解:
查表3-3，查得Φ100r7基本偏差ei=+51μm=+0.051mm。
查表3-4，查得Φ100R7的基本偏差ES=(-51+?)μm。 -51μm是在公差等级>7级栏查得，由于本例R7是7 级，属于?7栏，故应增加一个?。从尾栏查得?=13μm，所以ES=(-51+13)μm=-38μm=-0.038mm。
3) 另一极限偏差的计算
一个公差带，有基本偏差代号确定其中一个极限偏差后，另一极限偏差可由基本偏差和标准公差按下述公式计算:
当基本偏差为下偏差时，按相加规律，即 对孔:ES=EI+IT对轴:es=ei+IT
当基本偏差为上偏差时，按相减规律，即 对孔:EI=ES-IT对轴:ei= es-IT
例5.计算Φ70m6和Φ25J7的另一极限偏差
解:
由例3 Φ70m6的基本偏差ei=+11μm=+0.011mm
由例2 Φ25J7的基本偏差ES=+12μm =+0.012mm
查标准公差值表3-1，Φ70m6的公差值IT6=19μm=0.019mm
Φ25J7的公差值IT7=21μm=0.021mm
根据相加规律，Φ70m6的另一极限偏差为
es=ei+IT=(+0.11+0.019)mm=+0.030mm
根据相减规律，Φ25J7的另一极限偏差:
EI=ES-IT=(+0.012-0.021)mm=-0.009mm
【项目实施】
1.内径量表结构与工作原理
1)结构:内径量表是用来测量精度要求较高的孔径尺寸。它由指示表和带有杠杆传动机构的表架组成。指标表用百分表的称为内径百分表，用千分表的称为内径千分表。内径百分表结构见下图3-4。
2)工作原理:内径量表是利用活动测头移动的距离(被测尺寸)与指示表的示值相等的原理读数的。通过表架测量头的直线位移转化成推动指示表测量杆的等量位移，使指示表指针的回转，指示被测孔径的尺寸偏差值，从而得到测量结果。内径量表的活动测量压力由测量架内的弹簧控制，并保证其测量压力一致。
每个内径量表都有一成套可换测头，不同大小的表架和不同长度的可换测头可改变其测范围。
图3-4 内径百分表的外观结构
2.内径百分表的使用方法
1)安装百分表
按图所示，把百分表插入量表直管轴孔中,轻压接触量杆内的活动测杆，压缩百分表，使小指针指在0~1的位置上，旋紧锁紧螺母。
2)选择安装可换测头
根据被测零件孔径的基本尺寸选择相应的可换测头装入量杆的头部，然后用专用板手旋紧调整螺母，固定可换测头。
注意:更换后，要调整可换测头与活动测头之间的长度须大于被测尺寸的0.5-1mm左右，以保证活动测头能在孔径极限尺寸范围内自由运动。
3)校对内径百分表零位
内径百分表是使用微差比较测量法的测量器具，因此，在使用前必须使用其它的测量长度的量具，用其它量具精确固定刻度在被测孔径的基本尺寸后，将内径量表的两测头放入量具内，此时，调整百分表表盘，使指针指示在百分表刻度线的零位上，这样，百分表的零刻线对应的就是被测孔径的基本尺寸。然后，在实际测量零件孔径时，就可根据百分表指针的以零点为中心的左右摆动指示，即可读出孔径的实际尺寸。
用外径千分尺校对零位的方法:将外径千分尺刻度高到被测基本尺寸并锁紧固定，然后把将内径百分表的两测头放在外径千分尺的两测砧之间校对零位。如图3-5所示。
图3-5 校对内径百分表零位
4)测量零件孔径
内径百分表调整好零位后，手握表杆，先将内径百分表定位护桥端压入被测孔中，再将可换测头放入。然后将内径百分表微微左右摆动，找正直径位置。注意读出指针指示的最小数值，即为该孔径的实际偏差，如图3-6方法找正直径位置。
图3-6 找正直径位置
注意:百分表指针逆时针方向离开零位(即在零刻线的左方)，说明孔径尺寸大于基本尺寸，读数值为正。反之，百分表指针最小指示值顺时针方向离开零位(即在零刻线的左方)，说明孔径尺寸小于基本尺寸，读数值为负。
【自测与练习】
1.查基本偏差表确定Φ30c11、Φ50f8、Φ96h6、Φ80m8、Φ130S7的基本偏差。
查到的是上代表的是基本偏差值基本尺寸 基本偏差代号 偏差或下偏孔或轴 mm 差
Φ30c11 Φ50f8 Φ96h6 Φ80m8 Φ130S7
2.利用查表和计算的方法，确定Φ30J7、Φ30js6、Φ160U6、Φ35F8、Φ55h7、Φ100N7的上下偏差。
标准公标准公基本偏基本偏差另一极限尺寸标注基本尺寸 差等级 差值mm 差代号 值mm 偏差值mm mm Φ30J7 Φ30js6 Φ160U6
Φ35F8 Φ55h7 Φ100N7
3.简述内径百分表的安装及使用方法。
【项目工作页】
1.咨询
项目任务
使用内径百分表完成对轴套的测量
被测零件:轴套,如图3-7所示零件图
图3-7 轴套零件图
(1)内径百分表测量零件前必须校对零位的目的是什么,
(2)内径百分表校对零位时，外径千分尺应调至被测内孔的 尺寸。
(3)使用内径百分表测量零件内孔尺寸时，百分表指针顺时针方向离开零位，说明被测孔径尺寸 (大于或小于)基本尺寸，读数值为 (正、负)偏差值。若百分表指针逆时针方向离开零位，说明被测孔径尺寸 (大于或小于)基本尺寸。读数值为 (正、负)偏差值。
2.决策
选择内径百分表的可换测头的型号:
千分尺校对内径百分表零位时用的尺寸是:
3.计划
填写项目实施计划表。
实施步骤 内容 进度 负责人 完成情况 1 2 3 4 5 6 7 8
9
4.实施
(1)测量器具:内径百分表、游标卡尺、千分尺、轴套零件等。
(2)测量原理: 首先根据被测孔径尺寸更换内径量表合适范围的可换测头，再用千分尺按零件内孔的公称尺寸校准内径百分表的零位()，然后将内径百分表的活动量头和定位护桥轻轻压入孔径中，将内径表头在孔轴向截面内摆动，同时读书出指示的最小值，即为该测量点孔径的实际偏差。
(3)测量步骤:
?选择合适型号百分表及外径千分尺。
?安装百分表、选择安装合适的可换测头。
?用千分尺校对内径百分表的零位。
?观测指针偏转方向及指示值，读出内径尺寸。
(4)测量记录
用内径百分表测量孔径报告
内径1 内径2 测量人 尺寸要求 校零测量结果 尺寸要求 校零位测量结果
位用用尺寸 上偏下偏偏差孔径 上偏下偏偏差孔径
尺寸 差 差 值 尺寸 差 差 值 尺寸
平均值 平均值 零件判 定结果
(5)数据分析:
相对测量误差的影响因素主要有哪些,如何更好减少测量误差,
5.检查
遇到的问题或故障 解决方案 效果 结论及收获 解决人员
评价 6.
自我评价与互评成绩表
自我评价(权重20%)
技能点 百分表的内径百分内径百分内径百分 测量方法
使用 表的安装 表的校零 表的使用 4分
4分 4分 4分 4分
分数 项目自评总分
收获与总结
改进意见
小组互评(权重30%)
技能点 内径百分内径百分内径百分测量方法 新知识应用
表的安装 表的校零 表的使用 5分 10分
5分 5分 5分
分数 项目互评总分
评价意见
教师评价(权重50%)
技能点 内径百分内径百分测量方法 新知识应用 本项目小组
表的校零 表的使用 10分 10分 整体完成情
10分 10分 况 10分
分数 教师评价总分
项目总分
项目总评
小组项目互评表(本组不填)
组号 内径百分表内径百分表内径百分表测量方法 新知识应用
的安装 的校零 的使用 5分 10分
5分 5分 5分
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8 建议或收获 注:建议或收获填写对该组出现问题的分析与建议，以及通过该组观看的成果展示，自己学到了哪些知识或方法。
评分标准
评分总评分标准 配分 扣分 得分 内容 分
新知20 标准公差及基本偏差概念 5 识点 公差等级选择 5
公差代号含义 5
查表计算偏差 5 读数25 百分表的测量原理及读数方法 10 方法 内径百分表的读数方法 15 测量30 内径百分表的校零方法 10 方法 内径百分表的使用 10
内径百分表的测量步骤 10 测量25 校零用尺寸 10 结果 轴套测量尺寸 10
测量数据分析 5
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