提高帶表卡尺綜合精度初探

許榮峰

（桂林量具刃具有限責任公司，廣西 桂林 541002）

帶表卡尺是一種用途極廣的通用量具，其中0～150 mm、0～200 mm、0～300 mm這3種規格，又是應用得最廣泛的。其工作原理，是將尺框量爪和尺身量爪兩測量面的相對移動，通過固定在尺身上的齒條傳遞給指示表，從表盤上的指針進行讀數。在裝配過程中，發現示值差、針位跳動明顯。針對這個致命的產品品質問題，公司組織力量做了重點解決。筆者主動要求負責解決這個問題，并針對這次任務做了一系列工作，謹闡述如下。

1 帶表卡尺簡介

帶表卡尺與普通卡尺不同，具有外形美觀、讀數誤差小、示值清晰明了和使用方便等優點。其結構如圖1所示，主要由尺身、尺框、齒條、支承板、微動輪、連接塊、指示表、前后壓板、螺釘等零件組成。齒條是用螺釘緊固在尺身上，如圖2所示。

圖1

圖2

（1）帶表卡尺的讀數方法。從尺框左端面的支承板所示的尺身刻線上，讀出毫米讀數，從卡尺指示表上讀出毫米小數點后面的數字，兩數相加，即為被測尺寸讀數值。

（2）帶表卡尺的國家標準和公司終檢說明書的規定。詳見表1、表2所列。

表1 帶表卡尺示值要求表

表2 用3級精度專用量塊進行檢定專用量塊的尺寸表規定

（3）針位變動性的要求。是指當移動帶表卡尺的尺框，使兩測量爪測量面至手感接觸時，指示表的指針應位于正上方，對尺身導向面的垂直度應不大于1.5格，此時支承板正對尺身“零”刻線的距離，允許壓線不大于刻線寬度的1/2，離線不大于0.006 inch（0.15 mm）。此時，再施加2倍的移動力推動尺框，指針指示位置變化應不大于1/4格（原要求1/2格），且推動力取消后，指針能回到原位。

2 問題的分析

工人按技術要求正常裝配，但針位變動性達不到質檢要求。究其原因，原來的要求是施加2倍的移動力推動尺框，指針指示位置變化應不大于1/2格，而現在要求不大于1/4格，致使交檢合格率降低。筆者認為，問題的根源，主要是尺子的綜合精度以及指示表的精度達不到要求（如圖3所示）。

2.1 受力分析

（1）當推力F=F1，F2＜F3時，尺子大量面正常合縫，此時，針位置為“0”狀態；

（2）當F=F1+F2，且F2＞F3，這時F2產生的力矩，比F3產生的力矩大，彈簧片產生的力矩不能消除F2產生的力矩時，尺子大量面正常接觸，在外力F2繼續作用下，尺框將會發生微量順時針方向旋轉，這種現象反映在量面上為根縫，反映在示值上則是由于尺框右移，表上指針右偏。由于0～200 mm、0～300 mm帶卡帶微動輪，使用尺子時未必都能做到推力與正常推力F方向作用點一致，勢必產生F2的方向力，F2作用力的大小，是引起尺子針位變化的關鍵，而如何限制F2力的作用，便是應該著手解決的工作重點。

圖3

圖4

圖5

2.2 解決辦法

（1）對外購件彈簧片，原來料為錫青銅，改為鈹青銅。工廠外購100件做試驗，將原交檢不合格的尺子直接換上新的彈簧片，調試后交檢，合格率達50％～60％。實驗證明，采用彈性大的鈹青銅彈簧片，是解決針位偏問題的一個好辦法。

（2）尺坯本身的綜合精度。尺坯綜合精度反映在裝配階段，即變現為基面的接觸狀態，正常狀態時（如圖4所示），側面、底面垂直度≤0.02 mm。因此，在車間機加工方面，如何保證尺身、尺框基面的平行度和垂直度是關鍵所在。

3 技術改進措施

3.1 提高尺身兩側面平行度

（1）尺身兩側面平行度≤0.008 mm，工廠新購了MM7132精密臥軸平面磨床，針對平行度精度要求，以前精磨兩側面采用直接精磨辦法，即只兩道磨，現改為三道磨，即尺身上側面先見光，以上側面為基準磨下側面，再以下側面為基準磨上側面。

（2）增加精調直工藝。尺身配套后，在精裝配之前增加工藝，精調直尺身，目的是保證尺身、尺框基面接觸。

（3）由于尺身經過多道工序的機加工，尺身又經過熱處理的調質處理，內部有一定的內應力，并且本身又屬細長型結構，更易變形。因此，在精磨之前需要進行時效處理，以消除內應力。同時，在研磨前應采用光磨主尺下側面的工藝，磨削砂輪修整成階梯形，以增大磨削受力面，降低單位面積的磨削力，減輕磨削熱變形。

3.2 提高尺框底面和基面的垂直度

（1）加寬45°空刀。銑槽時，由于銑刀垂直度可以保證，也好控制，但在精磨槽時，由于砂輪圓角大，部分尺框基面無法清根，如圖（5）所示，造成尺身側面與尺框基面不能很好接觸，則尺坯的移動穩定性差。加寬45°空刀可以達到清根的目的。

（2）粗裝配加強品質控制。保證尺身側面與尺框基面的接觸面，大于尺身厚度的2/3，加強了接觸穩定性，利于裝配時移動柔和。

3.3 其他零件或部位加工工藝的改進

（1）尺身正面槽和齒條裝配孔加工工藝。尺身正面槽是容納齒條和深度尺的凹槽，槽內有4個或5個齒條固定孔，通過緊固螺釘將齒條固定在尺身上。為了保證卡尺的精度要求，卡尺指示表齒輪與齒條的嚙合，必須有合適的間隙，并且要求間隙均勻。這就要求齒條相對于主尺下側面的平行性要好。齒條在尺身上的裝配基準面，為尺身正面槽的上側面，故要求為尺身正面槽上側面相對于尺身下側面的平行度為0.04 mm。為了達到這一要求，在工藝上采用了在熱處理及尺身下側面精加工結束后，以主尺下側面定位，磨尺身正面槽上側面的工藝。主尺齒條裝配孔與尺身正面槽上側面的距離，要求為（1.5± 0.05）mm，以便齒條與基準面能順利貼合并有調整的余地。按常規，孔的加工都安排在熱處理之前進行，否則鉆孔有困難。按此工藝加工，雖然鉆孔沒問題了，但是后道工序的熱處理變形、尺身下側面的精加工及磨槽等工序的加工誤差累積，將使孔距遠遠超過設計要求，以致無法進行裝配。為此，采用硬質合金鉆頭，在熱處理、尺身下側面精加工和尺身槽磨削等工序完成后，再進行鉆孔加工的工藝。

（2）齒條的加工。齒條的相關機加工工序——原工藝第3序粗磨兩側面，第7序鉆孔，第11序精磨兩側面，第17序磨齒頂面，具體尺寸如圖6所示。可以看出，第7序定位基準是粗基準，尺寸難于保證，整個加工過程中的定位基準不確定，齒條上下兩側可以任意定位，加工基準不重合，必然產生加工誤差。因此，要進行工藝調整，如圖7所示，第4a序粗磨4個平面，第4b序精磨齒條上下兩側面，并在一段做標記，第7序鉆孔，第17序磨齒頂面。

圖6

圖7

可以看出，第7序鉆孔是以作標記的另一側作定位基準的，齒條鉆具做了相應修改，這樣，第7序的定位基準是精基準，能保證設計要求。從圖中可以看出，齒條上下兩側面的加工定位基準是統一的，消除了基準不重合產生的誤差，保證齒條的設計要求。

（3）指示表機芯中心齒輪與指針套配合不牢靠，指針與針套鉚合不牢。指示表機芯結構，為指針與指針套鉚合成一體，然后將指針砸緊配合在中心齒輪1：50錐軸上，隨中心齒輪一起轉動。經拆卸檢測，發現與指針套配合的中心齒輪1：50錐度軸，母線直線不好，錐度軸全長1.65 mm，后半部分長度0.5～0.8 mm為圓柱形，而使指針套與中心齒配合面積減少，當尺子在包裝和運輸過程中受到沖擊時，指針相對中心齒輪轉動一個角度，而產生針位變化現象。

（4）中心齒錐軸表面粗糙，組織不夠細密，與指針配合時，有效面積減少，也會引起指針位置變化。指針套錐度孔尺寸精度不好，有的表面噴漆，指針油漆進入指針套孔內，指針套長度尺寸不夠，都將使指針與中心齒輪軸配合面積減少，當帶表卡尺受到震動或沖擊時，易產生指針位置變化，甚至出現指針脫落現象。從指示表上拆卸指針時，手感指針與中心齒輪軸配合不緊，很容易將指針取下來，當加大指針安裝砸緊力，重新裝指針時，拆卸指針仍很容易不費力，但換上指針裝配，則無上述現象出現。

（5）裝配指示表時，上游絲預緊力方向不對。指示表機芯游絲力作用，為克服齒輪傳動系統中的摩擦力。無論齒輪正向或反向轉動，始終保持齒輪單面嚙合，消除齒輪配合間隙等因素產生的空行程，對帶表卡尺示值精度的影響。機芯的游絲為螺旋扭力彈簧，機芯與齒條傳動柔和，使游絲的作用力減少，克服不了齒輪傳動系統中的摩擦力，容易引起指針位置變化，特別是當帶表卡尺受到沖擊時，由于游絲作用力小，難于保證齒輪傳動單面嚙合，齒輪傳動產生空行程現象，這些都將引起帶表卡尺針位變化。這類指針位置變化尺子的特點是，即使指針與中心齒輪軸配合很緊，也會發生指針位置變化，當向前移動尺框，稍加力使尺框右端面與尺身壓板相碰時出現針位變化，當向前移動尺框，使尺框大爪量面與尺身大爪量面相碰時，指針往復位方向移動，如此來回撞擊，指針在某一小范圍內變化。

（6）采用雙向防振功能。尺框往前移動撞擊尺身外爪量面時，機芯有緩沖功能，使齒輪免于受沖擊。反之，當尺框往后移動撞擊后壓板時，機芯也有緩沖功能，避免了齒輪在沖擊力的作用下，相對齒條轉動角度，而引起指針位置變化。

（7）安裝機芯的3個沉頭螺釘松動。如果緊固機芯的螺釘未擰緊，當尺子受到撞擊后，造成機芯位移，產生指針位置變化。

（8）尺框相對尺身寬度方向擺動大，尺身與尺框寬度方向的配合間隙較大。其原因是尺身寬度比工藝要求小0.3～0.5 mm，加上尺框槽偏大，彈簧片調整螺釘尺寸偏短，螺絲刀難于下到直徑較小的螺孔中調整螺釘，使配合間隙無法調整。當尺框運動受到阻力時，引起尺框傾斜，由于指示表是固定在尺框上的，這時機芯輪也隨尺框傾斜，使齒輪相對齒條轉動一個角度，嚙合不在原來位置上，而造成指針位置變化。

（9）安裝指示表在尺框上的螺釘松動。安裝指示表在尺框上的3顆M2螺釘擰緊，并發現有滑牙現象，當帶表卡尺受到沖擊時，產生機芯位移，齒輪與齒條嚙合位置改變，而產生指針位置變化。

4 整改方案的實施及效果

經過試驗分析，并立即與指示表制造廠家溝通聯系，反饋有關品質信息，并實施整改措施：

（1）建議改進指示表機芯結構，使其具有雙向防振功能。

（2）指示表圓軸承板的3個沉頭螺釘應擰緊，沉頭劃窩要規整，孔角度與螺釘頭角度一致，保證接觸良好，建議加大沉頭螺釘的頭部尺寸，使螺釘頭接觸面積增大，加強緊固作用，以防帶表卡尺受振動后螺釘松動。

（3）控制尺框相對尺身寬度方向的擺動量，提高相關零件的加工質量。

（4）擰緊各部位緊固螺釘，無滑牙現象，加強裝配工人的責任心教育。

經過整改及實施以后，帶表卡尺的裝配品質得到了顯著提高，一次交檢合格率達到了95％以上，提高了生產效率。

4 結束語

通過針對帶表卡尺綜合精度的品質分析，找出問題，并根據問題制定相應措施，經過落實，取得了良好的效果。

[1]計量測試技術手冊編委.計量測試技術手冊第二卷[K].北京：中國計量出版社，1997.

[2]楊靖岳，周明家，邵萌梅.自測直儀[M].北京：機械工業出版社，1982.

[3]Q/GLR07-2004，桂林量具刃具有限責任公司企業標準[S].