螺紋檢測方法及檢測器具適用范圍的比較

　　摘 要： 螺紋是機械制造業(yè)中很普遍，又很典型的零件，采用什么樣的檢測器具和檢測方法對螺紋的質量有著不同的意義。正確把握螺紋的檢測和檢測器具的應用，對提高生產效率，加快我國機械制造業(yè)的發(fā)展有著重大意義。
　　關鍵詞： 螺紋 檢測方法 檢測器具 適用范圍
　　
　　據業(yè)內權威人士分析，世界機械工業(yè)已進入高速發(fā)展階段，機械制造業(yè)日益受到各個國家的重視，機械行業(yè)在國家工業(yè)中所占的比重，以及對就業(yè)的貢獻都占據了重要地位。中國機械工業(yè)發(fā)展水平近10多年來明顯提升，產業(yè)結構優(yōu)化改善，科技創(chuàng)新成果豐碩，新技術、新材料、新工藝應用力度加大，綠色制造、智能制造已在相關領域起步并初顯成效，節(jié)能減排步伐加快，現代制造服務業(yè)發(fā)展迅速，中國已經從機械制造大國向機械制造強國發(fā)展。機械制造業(yè)是從事各種動力機械、起重運輸機械、農業(yè)機械、冶金礦山機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產的行業(yè)。這個行業(yè)不僅需要大批的高科技人才，而且需要大批成熟的技術工人。國家將職業(yè)教育與高等教育一起作為科教興國的兩大支柱。作為技術工人的搖籃，職業(yè)學校不但要加強對學生的職業(yè)素養(yǎng)教育、心理健康教育，而且要使學生掌握一定的文化知識，更要使學生擁有熟練的技術和科學精神。這樣才能更好地駕馭“中國制造”這艘巨輪，使它駛向理想的彼岸，使中國真正實現世界制造的強國，而不僅僅是世界工廠。
　　職業(yè)學校的學生不但應該熟練機加工的操作，而且要熟練檢測所有的零部件的尺寸和其他的技術要求是否符合設計要求。要具備這種能力，必須在實踐中不斷地學習，豐富自己的專業(yè)知識和文化知識，掌握最先進的機加工的技術和最便捷的檢測方法，方能立于不敗之地，否則就很難適應當今社會的發(fā)展。
　　一
　　螺紋配合件是機械制造業(yè)中很重要也是很常見的零件，在制造內、外螺紋時，中徑本身不可能制造得絕對準確，不可避免地會出現一定的誤差。那么我們在加工好螺紋的時候，如何來檢測呢？首先要了解螺紋的類型和影響螺紋配合的因素。
　　螺紋一般有連接螺紋：如普通螺紋（三角螺紋）；傳動螺紋：如梯形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋等。它們的作用是連接、傳遞運動和動力、定位、密封等。在配合時要可以旋得進去，連接要可靠，要有足夠的強度和準確的位移。
　　要達到上述的要求，就要知道我們應該檢測什么，達到什么要求，我們需要檢測的是螺紋的主要參數。
　?。ㄒ唬┐髲剑―，d）。
　　大徑是指與外螺紋牙頂（或內螺紋牙底）相重合的假想圓柱面的直徑。內螺紋用D表示，外螺紋用d表示，《標準》將螺紋大徑的基本尺寸定為公稱直徑，是代表螺紋尺寸的直徑。
　　（二）小徑（D1，d1）。
　　小徑是指與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑。內螺紋用D1表示，外螺紋用d1表示。
　?。ㄈ┲袕剑―2，d2）。
　　中徑是一個假想圓柱的直徑。該圓柱的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方，假想圓柱稱為中徑圓柱。內螺紋用D2表示，外螺紋用d2表示。
　?。ㄋ模┭佬徒铅?、牙型半角、牙側角。
　　1.牙型角
　　是指在螺紋牙型上相鄰兩牙側間的夾角。并用α表示。
　　2.牙型半角
　　牙型角的一半。
　　3.牙側角
　　是指在螺紋牙型上牙側與螺紋軸線的垂線間夾角，并用α1、α2表示。
　　（五）牙型高度。
　　在螺紋牙型上，牙頂到牙底間的距離。
　　（六）螺距P
　　相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。
　　（七）導程Ph。
　　同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離：Ph=Z·P。
　?。ò耍┞菁y升角Φ（導程角）。
　　在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。
　　二
　　如何判斷主要參數是否合格？具體的一是看中徑，在外螺紋和內螺紋旋合的時候，起關鍵作用的是螺紋的中徑。對外螺紋，影響中徑的其一是螺距，其二是牙型半角，它們有誤差時候，要將外螺紋的中徑減少一個值才能旋合上，實際上就是外螺紋的中徑因為誤差的原因，實際的中徑增大了。
　　對內螺紋，影響中徑的其一是螺距，其二是牙型半角，它們有誤差時候，要將內螺紋的中徑增加一個值才能旋合上，實際上就是內螺紋的中徑因為誤差的原因，實際的中徑減少了。
　　當內螺紋的中徑小于外螺紋的中徑時會影響旋合性，反之，若內螺紋中徑過小，外螺紋中徑過下，則配合太松，難以使牙側良好接觸，從而影響連接可靠性。由此可見，為了保證螺紋的旋合性，應該限制內螺紋的最小中徑和外螺紋的最大中徑;為了保證螺紋連接的可靠性，還必須限制內螺紋的最大中徑和外螺紋的最小中徑。
　　依據泰勒原則：外螺紋合格的判斷是：
　　內螺紋合格的判斷是：
　　由于規(guī)定螺紋結合在大徑和小徑處不接觸，因而螺紋大、小徑誤差是不影響螺紋配合性質的，而螺距、牙側角誤差可換算成螺紋中徑當量值來處理，所以螺紋中徑是影響螺紋結合互換性的主要參數，必須對生產的螺紋進行檢測。通過檢測可以對各項誤差進行分析，找出生產原因，從而指導生產。
　　三
　　根據使用檢測工具的不同，我們把螺紋的檢測分為三種。
　?。ㄒ唬┢胀ǖ臋z測工具。
　　1.用螺紋環(huán)（塞）規(guī)及卡板測量
　　對于一般標準螺紋，都采用螺紋環(huán)規(guī)或塞規(guī)來測量，如圖1所示。
　　在測量外螺紋時，如果螺紋“止端”環(huán)規(guī)旋不進，而“過端”環(huán)規(guī)正好旋進，則說明所加工的螺紋符合要求，反之就不合格。
　　測量內螺紋時，采用螺紋塞規(guī)，也以相同的方法進行測量。
　　在測量一些特殊螺紋時，需自制螺紋環(huán)（塞）規(guī)，但應保證其精度。對于直徑較大的螺紋工件，可采用螺紋牙形卡板來進行測量、檢查。在使用螺紋環(huán)規(guī)或塞規(guī)，應注意不能用力過大或用扳手硬旋。
　　2.用螺紋千分尺測量
　　螺紋千分尺是用來測量螺紋中徑的，如圖2所示，一般用來測量三角螺紋，其結構和使用方法與外徑千分尺相同，有兩個和螺紋牙型角相同的觸頭，一個為凹槽（圖中1），一個為圓錐體（圖中2）。有一系列的測量觸頭可供不同的牙形角和螺距選用。測量時，螺紋千分尺的兩個觸頭正好卡在螺紋的牙型面上，所得的讀數就是該螺紋中徑的實際尺寸。
　　3.用齒厚游標卡尺測量
　　齒厚游標卡尺（如圖3）由互相垂直的高卡尺和齒厚卡尺組成，用來測量梯形螺紋中徑牙厚。測量時，將齒高卡尺讀數調整至齒頂高（梯形螺紋等于0.25﹡螺距t），隨后使齒厚卡尺和蝸桿軸線大致相交成一螺紋升角β，并做少量擺動。這時所測量的最小尺寸即為梯形螺紋中徑法向齒厚Sn，可預先用下面的公式計算出來：
　　Sn=t*cosβ
　　Sn：梯形螺紋中徑法向齒厚；t：螺紋螺距；β：螺紋升角
　　4.三針測量法
　　三針測量法是單項檢測中測量精度較高且在車間生產條件下使用較方便的一種方法，是檢測螺紋中徑的最佳方法。三針法測量螺紋中徑是根據被測螺紋的螺距，選擇合適的具有同樣直徑D三根量針，按圖4所示位罝放在被測螺紋的牙槽內，夾在兩側頭之間，使量針與牙槽接觸點的軸間距離正好在基本螺距一半處，即量針與牙型角切于中徑線位置，這樣所產生的誤差最小。從儀器上讀得千分尺的讀數似值后，再根據螺紋的螺距t、牙型角，然后用適當的量具（如千分尺等）來測量尺寸M的大小，以驗證所加工的螺紋中徑是否正確。
　　螺紋中徑的計算公式：
　　d2=M－D+t*ctgα/2
　　M：千分尺測量的數值（mm）；D：量針直徑（mm）；α/2：牙形半角；t：工件螺距（mm）
　　如果已知螺紋牙型角，可用下面簡化公式計算
　　螺紋牙型角α簡化公式
　　29°D=0.516t
　　
　　30°D=0.518t
　　40°D=0.533t
　　55°D=0.564t
　　60°D=0.577t
　　誤差分析：
　　誤差的原因及解決的方法：
　?。?）測量誤差：使用高精度的儀器測量M。
　　測力（負值系統(tǒng)誤差）、螺紋升角（正值系統(tǒng)誤差）的影響等。
　　常用公式：
　　5.雙針法
　　三針放不下時，一般螺紋直徑大于100mm或者螺紋圈數較少或者p很大，采用雙針法（如圖5）。
　　雙針法測量螺紋中徑的是：
　　6.單針法
　　用于螺紋較大的螺紋制件（多線螺紋）（如圖6）。
　　注意：（1）外徑、中徑的圓度誤差，以及它們同軸誤差的影響?？梢栽谙嗖?0度的位置上各測一次M，取二者的算術平均值。
　?。?）將螺紋外徑測量出來，因為出來是以螺紋外徑為基準的。
　　適用范圍：適用于加工要求不高的場合，生產一線使用比較多，批量生產盡可能使用環(huán)規(guī)和塞規(guī)。
　?。ǘ┲?、小型儀器的檢測。
　　1.投影儀
　　一般用于小螺紋，如鐘表業(yè)常用。
　　2.在萬能測長儀上測量螺紋
　　萬能測長儀是按照阿貝原則設計制造的，其測量精度較高。在萬能測長儀上進行測量，是直接把被測件與精密玻璃尺作比較，然后利用補償式讀數顯微鏡觀察刻度尺，進行讀數。玻璃刻度尺被固定在測體上。因其在縱向軸線上，故刻度尺在縱向上的移動量完全與被測件之長度一致，而此移動量可在顯微鏡中讀出，如圖7所示。可以測量外螺紋中徑測量：0—180mm，內螺紋中徑測量：10—200mm。
　　3.激光絲杠測量儀用來測量螺旋線誤差（如圖8）
　　當絲杠轉過θ角時，與絲杠同步回轉的圓光柵產生相當于轉過θ角的莫爾條紋數。螺旋線的軸向位移通過安裝在浮動支板上的測量頭和直角棱鏡由激光式長度傳感器轉換為干涉條紋數。這兩路光信號經過放大、整形、分頻、比相后，由記錄器記錄出誤差曲線，可從中得出螺距誤差。它可以測量1米5級精度和2米6級精度的絲杠。
　　4.在萬能工具顯微鏡上測中徑
　?。?）影像法測量。測量軸線與螺紋軸線的垂直度，一般要正確安裝零件，對儀器進行調整，選光圈，將顯微鏡立柱傾斜一個角度Φ，再進行測量。
　　具體方法是螺紋左右輪廓各出來一次，以它們的算術平均值作為計算結果。同時旋轉90度再出來一次。適用于精度不高的螺紋測量。
　?。?）軸切法（如圖9）。采用斜刃的測量刀魚螺紋牙傾斜面靠緊。對準測量刀上的刻線進行測量。要求螺紋的表面質量高，測量比較麻煩，對刀后要歸零位。
　?。?）圓球接觸法（如圖10）。測量方法與三線法相同。用目鏡中米字虛線測量值N。光圈依據最佳球徑選擇、沒有測量力的影響，適用于梯形螺紋。
　?。?）干涉法（如圖11）。微小孔徑照明，產生一系列干涉條紋，瞄準干涉條紋進行測量，結果需要修正與輪廓邊緣的間距值：
　　其比影像法的瞄準精度高。
　?。?）測鉤法（如圖12）。
　　用帶有標準螺紋的牙型（55°、60°）的專用測塊和量塊組成的標準尺寸。來調整零位然后來測量測量值，測量值就是相對中經的偏差值。使用臥式測長儀和臥式光學比較儀。
　　5.印模法
　　印模法是利用一些無流動性和彈性的塑料材料，貼合在被測表面上，將被測表面的輪廓復制成模，然后測量印模，從而評定被測表面的粗糙度。
　　6.用鋼球測量內螺紋的牙型半角
　　用不同直徑的鋼球測量內螺紋的牙型半角
　　適用范圍：少量生產可以在一線使用，一般都是在專檢使用比較多，適合中等精度的檢測。
　?。ㄈ┐笮偷臋z測設備檢測。
　　1.二坐標掃描測量儀
　　接近“泰勒原則”的掃描測量方法，一次性完成螺紋量規(guī)所有參數（作用中徑、單一中徑、大徑、小徑、螺距、螺距累積誤差、牙型角、牙型半角、錐度，以及牙型輪廓偏差，等等）的測量、合格性判斷。
　　以荷蘭IAC螺紋綜合掃描測量機（如圖14）為例，它突破性、歷史性地解決了螺紋測量、檢驗難題。
　　它的原理是采用T型雙向掃描探針、高精度光柵系統(tǒng)（分辨率0.01μm）、配以高精度氣浮導軌和專用測量軟件（包括自控測力、速度、各向傾斜修正、內置校準，等等），使儀器沿一定的軸線長度（接近螺紋的旋合長度）自動掃描連接成線并測量回轉體的軸向截面輪廓尺寸，實現對被測件的全面、真實（按定義）測量與合格性評定（如表1）。測量原理符合最新國際圓柱螺紋規(guī)測試規(guī)范VDI/DE/DGQ2618-4.9標準要求。IAC螺紋綜合掃描測量機為全自動測量，兩分鐘即可完成所有被測參數的掃描測量，并顯示所有測量結果。其獲得專利的雙標尺設計、校準件校準模式、高精度的安裝夾具（帶證書）、專用測量軟件及全面的螺紋標準數據庫（用戶可以自行建立標準庫），方便、準確地解決了長期以來螺紋檢測的難題。它摒棄了五軸工作臺和附件，并且保證了掃描以足夠高的精度在回轉體的軸向截面內進行，消除了被測件安裝時多向傾斜對測量精度的影響。
　　IAC螺紋綜合掃描測量機是一臺高精度、設計獨特、操作簡便的適用儀器，已被世界各國（包括中國）的計量、校準機構及相關工廠首選為回轉體［光滑量規(guī)、各型螺紋（圓柱、圓錐）量規(guī)］檢測專用設備。
　　MSXP系列螺紋掃描測量儀采用先進的測量理念和技術、操作簡單方便快捷，應用范圍廣泛，可滿足各種圓柱螺紋塞規(guī)、圓柱螺紋環(huán)規(guī)、錐螺紋塞規(guī)、錐螺紋環(huán)規(guī)、光面環(huán)規(guī)、光面塞規(guī)等各種量規(guī)的所有參數的測量，具有極高的測量不確定度，是實驗室進行此類參數檢測首選的測量儀器，也可滿足工業(yè)生產中各類內外徑光面量規(guī)、螺紋量規(guī)的參數測量。同時由于其測量快速、準確可靠，也是全世界很多螺紋量規(guī)制造商用于生產過程中質量控制的理想的測量儀器。
　　測量傳感器系統(tǒng)采用最佳校準，經過校準T型測針中每一個測尖的實際輪廓形狀都被多方向自動記錄，存儲于儀器內部。在量規(guī)或工件的掃描測量過程中，每秒數千點的高分辨率兩維輪廓點儲存在計算機的內存中，第一輪廓線掃描完畢后，測力自動換向，傳感器對第二輪廓線進行掃描。掃描所得的每個輪廓點對應一個二維坐標值，其分辨率為0.01μm，它們被存儲下來用做數據處理。掃描完成，計算機立刻顯示各種參數。超精加工的儀器導軌基準軸構成了兩維空間軸系，測量面精確地定位在被測螺紋軸向剖面上，雙測尖的T型測頭在被測螺紋軸向剖面的上、下輪廓表面連續(xù)地掃描。在IACLIB的數據庫中，存儲著上萬種螺紋和光面量規(guī)的公差極限值，計量工作者可借助于電腦對測量結果進行非常詳細的鑒定和評估。MSXP型螺紋掃描測量儀卓越的精度來源于IAC新型專利技術。MSXP型螺紋掃描測量儀的制造符合所有ISO9000的要求。儀器進行初始化和校正后，可進行被測量規(guī)的校準測量。所有的測量輪廓都可轉化成DXF格式，通過AUTOCAD系統(tǒng)做進一步的評估和分析。
　　2.三坐標測量儀
　　它除去x，y坐標外還有z向坐標可以測量?？梢詼y量內外螺紋。
　　3.新型螺紋精密測量分析設備
　　螺紋連接是緊固連接的基本形式，是機械制造中最普通也很典型的零件，螺紋加工的好壞對于緊固件連接質量具有重要意義。一直以來，螺紋檢測都是每一項參數都要進行獨立測量，采用的方法、工具和設備都不一樣，對于螺紋各項指標的定量檢驗就顯得非常不經濟，常規(guī)的螺紋檢驗也只能進行大徑測量以及量規(guī)的極限檢驗，螺紋檢驗缺乏一種簡便的測量方法。
　　自2007年開始，國家標準件產品質量監(jiān)督檢驗中心承擔的“新型螺紋精密測量分析設備”項目的研制工作，在承擔這個任務后，為提高緊固件螺紋質量控制水平，突破目前螺紋檢驗手段的局限性，我們嘗試采用全新的檢測思路，獲國家質檢總局和浙江省質量技術監(jiān)督局認可立項，并且于2010年完成樣機開發(fā)。該樣機可一次性獲得螺紋各項參數，檢測效率高，測量精度好。有別于傳統(tǒng)量規(guī)檢驗的是，采用“新型螺紋精密測量分析設備”檢測，在發(fā)現次品螺紋的同時，可借助單項檢驗進行原因排查，直接反映出問題所在。這解決了緊固件加工過程中螺紋質量控制的薄弱環(huán)節(jié)。該設備可應用于緊固件產品螺紋的批量檢測、在線檢測和質量分析，對于提高緊固件螺紋加工質量意義重大。該項目通過了國家質檢總局科技司組織的技術鑒定，認定其技術水平達到國內領先，并取得國家專利，現正在進行批量生產中，有利于我國機械制造的發(fā)展。
　　適用范圍：適用高精度的檢測，可以在一線檢測，也可以作為專檢。
　　通過螺紋檢測器具對螺紋的檢測，可以看出檢測器具不同，檢測的精度是不一樣的，在我國走向機械制造強國的道路上，我們應該不斷地改進檢測器具，節(jié)約時間，提高產品質量。
　　
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