CN103335579B - 精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，包括百分表、对表件、测量杆、量规下体、量规上体、弹簧、紧固螺钉，所述测量杆活动安装在量规下体内，量规下体的上部连接安装百分表的量规上体，测量杆的顶端与百分表的触头接触，在量规上体内安装有为测量杆提供弹力的弹簧，所述测量杆的下部安装有与被测锥孔配合的测量头。本发明通过安装百分表和使用对表件，能够精确测量基面距离，准确判断零件是否合格，测量方便快捷，可靠性高。

Description

精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规

技术领域

本发明涉及一种机械测量工具，具体的说是一种用于测量锥孔直径误差的量规。

背景技术

在机械加工中，锥孔的加工和测量经常遇到。锥体零件在制造过程中其圆锥直径、圆锥角度均会产生误差。圆锥直径误差、圆锥角度误差会影响锥体结合时基面距离的变化、影响锥体结合性质和结合面的多少。因此，为使锥体零件能够准确结合和互换，需对圆锥结合零件的圆锥直径与角度误差作检查。

现有技术中，多采用圆锥量规进行圆锥角度和直径误差的测量。使用圆锥量规可以检验内、外锥体工件的圆锥角度（锥度）和锥孔端面与理论基面的距离偏差，其中检验内锥体时用锥度塞规，检验外锥体时用锥度套规。由于圆锥结合时对锥度公差的精度要比直径公差的精度要求高，因此都是先进行锥度误差的检查，然后进行直径误差的检查。

对于锥度的误差，可以用着色法检查，即在沿圆锥量规表面母线方向的全长上涂三到四条极薄的红丹或蓝油，然后使圆锥量规与被测工件对研、旋转60～120°，根据圆锥量规上颜色被擦掉或被测工件上着色的情况，判断被测工件锥度的正确性。用着色法检验锥度时，要求被测工件锥体表面接触部位靠近圆锥量规的大端，内锥面和外锥面的接触长度不低于JB2280的规定（高精度：被测工件长度的85%，精密：被测工件长度的80%，普通：被测工件长度的75%）。

对于圆锥直径误差的检测，圆锥量规的使用原理是将直径误差转换为锥体工件端面与理论选取的基面的距离偏差，通过观察圆锥量规与被测工件间的基面距来判断。以如图1所示的锥度塞规为例，在锥度塞规11的测量面上有两条刻线或台阶，若被测工件的端面位于锥度塞规的两条刻线或台阶的两端面之间，则认为被测工件的基面距合格，也就是被测锥孔的直径误差合格。

现以如图2所示的工件为例，具体说明锥度塞规的结构设计：

图2是被测工件12，其设计时的标注尺寸为：锥孔大端直径为锥度1:5，锥体半角5°42′38″(5.711°)。

测量此被测工件的锥孔大端直径时，锥度塞规的直径按锥孔大端的最大直径选取为∮19.9mm，锥度塞规的圆锥测量面上的两条刻线的宽度界限范围m按如下公式计算：

其中δ_D—被测工件锥孔大端直径的公差；α—锥体半角；

则 $m=\frac{{\mathrm{\δ}}_D}{2}\×\mathrm{ctga}=(0.1/2)\×\mathrm{ctg}5.711=0.500\mathrm{mm}.$ 若被测锥孔的端面位于锥度塞规的两条刻线之间时，则可反推认为被测锥孔的直径合格。

除上述方法外，还可用标准钢球配合深度游标卡尺测量圆锥孔的直径误差。测量时是将标准钢球放到圆锥孔中，然后用游标卡尺的深度尺测量钢球顶端到被测锥孔端面之间的距离。当锥度不变时，锥孔大端直径尺寸的变化会引起锥孔端面至标准钢球中心的距离变化。采用三角函数，可计算出锥孔直径在公差范围内变化所引起的端面至标准钢球中心距离的极限变化，当游标卡尺的测量值位于此极限变化范围内时，则被测锥孔的直径误差合格，反之不合格。

如图3所示，延续使用图2为例，选用钢球直径为∮17.5mm，首先选取锥孔大端的最小直径为基准，通过计算或绘图可知钢球上端至端面的距离为2.314mm，结合上述计算的公差为0.5mm。因此，只要通过深度游标卡尺测量锥孔端面至钢球上端的距离在2.314～2.814mm范围内，则认为被测锥孔大端尺寸合格。

现有技术中测量锥孔直径的误差存在以下缺点：

1、使用圆锥量规检验工件的基面距离偏差时，通过目视检查被测锥体端面是否在量规的两条刻线或台阶的两端面之间，检测不精确，没有测量数值，无法准确判断零件是否合格。

2、使用标准钢球和深度游标卡尺配合测量锥孔的直径误差时，孔径在公差范围内变化所引起的锥孔端面至标准钢球中心距离的极限值。测量值在极限值以内，则被测锥孔大径尺寸合格。该方法能精确测量锥孔大径误差，但测量不方便，更换钢球直径，需要重复计算测量的极限尺寸，并且实际测量时游标卡尺的深度尺很难与钢球的顶点对正，因此所测量的端面到钢球顶点的距离实际上是不准确的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种测量方便快捷、可靠性高、精度高的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，包括百分表、对表件、测量杆、量规下体、量规上体、弹簧、紧固螺钉；所述测量杆活动安装在量规下体内，量规下体的上部连接安装百分表的量规上体，测量杆的顶端与百分表的触头接触，在量规上体内安装有为测量杆提供弹力的弹簧，所述测量杆的下部安装有与被测锥孔配合的测量头；

所述测量杆包括连接柱和紧固端，所述紧固端为直径小于连接柱直径的圆柱体结构，紧固端与连接柱的连接处设置一圈直径大于连接柱直径的凸台，凸台上方的紧固端上套接有弹簧，紧固端的顶端与百分表的触头接触；在连接柱下端连接一与连接柱同轴的测量头，所述测量头为圆柱体结构，测量头的圆柱体的直径和高度与被测锥孔的理论基面直径和基准高度相同，测量头圆柱体的上部设置一圈直径小于圆柱体直径的便于加工和安装的环槽；

所述量规下体的内部开设配装测量杆及量规上体的上大下小的三级台阶孔，最上部的台阶孔通过螺纹连接方式安装量规上体；所述测量杆安装在量规下体下面的两个台阶孔内；

所述量规上体的下部设置与量规下体上端的螺纹孔连接的螺杆，量规上体内部开设有用于安装百分表和容纳测量杆的通孔，量规上体上部一侧对应安装百分表的位置设置用于顶紧百分表的固定表柱的紧固螺钉，量规上体下部的通孔与量规下体的台阶孔的中间的孔对应，所述弹簧位于量规上体的通孔内套装在测量杆的紧固端和百分表的固定表柱之间；

所述对表件为与测量杆的测量头配合的用于调整百分表指针位置的标准件，对表件的中心加工有与被测锥孔的理论锥度相同的锥孔，对表件锥孔的大端直径为被测锥孔大端直径的的极大值或极小值，对表件的上端面与量规下体下端面配合并且与被测锥孔的端面相应。

本发明的进一步改进在于：所述测量头的下部设置与测量头连接为一体的用于减小磨损的锥面。

本发明的进一步改进在于：所述锥面的锥角比被测锥孔的锥角大2～3°，锥面的高度为2～3毫米。

本发明的进一步改进在于：所述连接柱与凸台的连接处设置退刀槽。

本发明的进一步改进在于：所述连接柱与量规下体的台阶孔为间隙配合，配合间隙为0.005～0.01mm。

本发明的进一步改进在于：所述被测工件的锥孔大端标注值为∮19.8mm～19.9mm，锥度1:5，锥体半角5°42′38″，所述测量头的理论基面直径为18mm，基准高度为9mm。

本发明的进一步改进在于：所述量规上体安装百分表的通孔内设置衬套。

本发明的进一步改进在于：所述量规上体的外表面和量规下体的外表面均刻划有便于旋紧的网状条纹。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明设计与被测工件标注锥度相同、尺寸精度高的基准件作为对表件，方便对锥位量规的初始测量基准位置进行百分表的调零，而且更换尺寸相近的对表件，可检测尺寸相近的零件。将测量头设计成分体可以更换的形式，替换性强，还可以制造一系列的不同规格对表件及测量头连接到连接柱上进行测量。将测量头设计锥面，锥角比被测锥孔的锥角大2～3°，便于加工，可以避免由于测量杆出现锐边造成端面磨损过快、影响使用时的测量精度。测量头的上部设置一圈环槽，便于加工制造和装配。测量杆安装到量规下体后，该环槽位于量规下体的阶梯孔内，连接柱处的凸台下表面位于量规下体第二级台阶的上方，测量杆能在紧固端的弹簧作用下沿台阶孔自由的上下运动。并且设置的环槽增大的测量头的长度，可以在重新修磨锥角后继续测量使用。连接柱的直径大于基面直径、小于被测工件大端直径，便于制造、安装和测量。紧固端的直径小于连接柱的直径，便于安装弹簧量规上体上部设置便于固定百分表的紧固螺钉，并在安装百分表的通孔内设衬套，有效固定百分表的位置，提高测量的准确性。

本发明将零件锥孔大端直径尺寸的测量转化为基面至端面深度的测量，通过安装百分表和使用对表件，能够精确测量基面距离，准确判断零件是否合格，测量方便快捷，可靠性高。

附图说明

图1是锥度塞规的结构示意图；

图2是被测工件的主视图；

图3是用标准钢球配合深度游标卡尺测量圆锥的直径误差的示意图；

图4是本发明的结构示意图；

图5是本发明的对表件的主视图。

其中，1、对表件，2、量规下体，3、测量杆，31、测量头，32、连接柱，33、紧固端，4、弹簧，5、量规上体，6、紧固螺钉，7、衬套，8、百分表，11、锥度塞规，12、被测工件，13、标准钢球。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，如图4所示，包括对表件1、测量杆3、量规下体2、量规上体5、弹簧4、紧固螺钉6、衬套7、百分表8。所述测量杆3活动安装在量规下体2内部，所述测量杆3的下部安装有与被测锥孔配合的测量头31。量规下体2的上部连接量规上体5，量规上体5的内部安装百分表8，测量杆3的顶端与百分表8的触头接触。量规上体5内部安装弹簧4，弹簧4主要用于为测量杆3提供弹力。

所述对表件1作为基准件，主要用于配合测量头31对百分表8初始调零。对表件1是如图5所示的圆柱体结构，对表件1的中心加工锥孔，该锥孔的锥度与被测锥孔的理论锥度相同，该锥孔大端的直径为被测工件标注值的极大值或极小值。对表件1的上端面与量规下体2下端面配合，保证对表时的精确性。对表件1的上端面还与被测锥孔的端面相应。

所述测量杆3为圆柱体结构，包括同轴连接为一体的连接柱32和紧固端33。连接柱32的下部连接可以更换的测量头31，测量头31与连接柱32同轴设置，测量头31是具有基面直径和基准高度的圆柱体结构。根据被测工件的标注尺寸，理论选取一个水平的平面作为基准面，测量头31的直径为基准面处所对应的直径，即为基面直径。测量头31的基准高度为根据基面直径、锥孔大端标注的直径尺寸以及锥孔的锥度计算出来的理论高度值。为减小测量头31下端面的磨损，测量头31的下部设置成锥面，该锥面的锥角比被测锥孔的锥角大2～3°。为了便于加工和安装，测量头圆柱体的上部设置一圈直径小于圆柱体直径的环槽。连接柱32连接在测量头31的上部，连接柱32的直径大于测量头31的基面直径、小于被测工件锥孔大端的标注直径尺寸。连接柱32的上部连接紧固端33，紧固端33的直径小于连接柱32，紧固端33的下部设置一圈直径大于连接柱的凸台。凸台上方的紧固端33用于套接弹簧4。凸台的下表面（连接柱一侧）设置退刀槽。

所述量规下体2为圆柱体结构，量规下体2的中心内部开设三级台阶孔。具体的，最上部的一级台阶孔的直径最大，该级台阶孔内部设置内螺纹，通过螺纹连接方式安装量规上体5；量规下体2的下部两级台阶孔为配装测量杆的紧固端和连接柱的上大下小的阶梯孔。阶梯孔小端对应连接柱，阶梯孔小端的孔深等于连接柱的柱长，大端的孔深等于或者接近紧固端（包括凸台部分）的长度。所述阶梯孔与连接柱为间隙配合，配合间隙为0.005～0.01mm。

所述量规上体5的下部设置对应安装到量规下体2的带有外螺纹的螺杆，该螺杆对应旋入量规下体2的最上部一级的台阶孔内。量规上体5内部开设用于安装百分表8和容纳测量杆3的通孔，该通孔为如图所示的与量规下体2的台阶孔同轴的上小下大的阶梯孔。具体的量规上体上部的一级阶梯孔为安装百分表的百分表孔，百分表孔内部安装衬套7。量规上体下部的一级阶梯孔为安装弹簧4的安装孔，安装孔的直径与量规下体第二级台阶孔的尺寸相等或相近。安装好弹簧和百分表以后，测量杆3的紧固端33顶端与百分表8的触头接触；弹簧4环绕在测量杆的紧固端以及百分表的固定表柱上，弹簧4的两端分别抵住安装孔的台阶和量规下体的台阶孔最上部的第一级台阶处。所述量规上体5上部的一侧设置与通孔垂直连通的紧固孔，紧固孔与安装百分表的位置相对应，紧固孔内安装紧固螺钉6，用于顶紧百分表8的固定表柱。所述量规上体5的外表面和量规下体2的外表面均刻划有便于旋紧的网状条纹。

现以图2为例，详细说明对表件和测量杆的结构设计。图2中，被测工件12的锥孔大端的标注尺寸为：锥度1:5，锥体半角5°42′38″(5.711°)。将理论测量基面选取为锥孔直径∮18mm所在的平面。

1.对表件的设计

对表件按照被测锥孔大端标注的最小直径即∮19mm制造，对表件中心锥孔的锥度为1:5，锥体半角5°42′38″(5.711°)。

2.测量杆的设计

由于测量基面选取在锥孔直径∮18mm的平面，测量头的基面直径也为∮18mm。

测量头的基准高度为端面至基面的距离数值，端面至基面的距离l按如下公式计算：

其中：D—被测工件锥孔的大端孔径；d—被测工件的基面直径；α—锥体半角；

由于测量基面选取在∮18mm的平面，依上式计算：

$l=\frac{D-d}{2}\×\mathrm{ctga}=(19.8-18)/2\×\mathrm{ctg}5.711=9.000\mathrm{mm},$ 则测量头的基准高度为9.000mm。但是由于测量头的末端设置减小磨损的锥面，设计的锥面高度约为2～3mm，加上测量头上部环槽的高度为2～3mm，则测量杆伸出件2量规下体长度比计算的端面至基面距离9mm长4～6mm，即约为13～15mm。实际加工中，测量头基面直径的公差为±0.005mm，基准高度的公差为±0.02mm。

而测量杆的测量高度除了包括端面至基面的距离数值，还包括尺寸公差引起的距离数值。

尺寸公差引起的距离按背景技术中所述的公式计算：

其中δ_D—被测量工件锥孔大端孔径的公差；α—锥体半角；

则 $m=\frac{{\mathrm{\δ}}_D}{2}\×\mathrm{ctga}=(0.1/2)\×\mathrm{ctg}5.711=0.500\mathrm{mm}.$

这样，只要端面至基面的距离在范围内，被测锥孔就在公差以内，也就是说测量杆的测量高度应该为

至于其他部件，为了便于加工制造，连接柱的直径选取为∮19mm，柱长为25mm。量规下体台阶孔对应连接柱的孔径为∮19mm，孔深为25mm，与连接柱的配合间隙为0.005～0.01mm。紧固端的直径为∮10mm，高度为15mm，凸台的直径为∮25mm。量规下体台阶孔对应紧固端的孔深为18mm，台阶孔大端的底部还设置一圈高度约为3mm、直径为24mm的退刀槽。量规上体的螺杆和通孔则根据情况适当调整设计即可。

本发明各部件的组装步骤为：将测量杆3装入量规下体2的台阶孔小端∮19mm的孔内，配合间隙0.005～0.01mm；将弹簧4安装在测量杆3上部的紧固端∮10mm的外圆上，使其定位保证弹簧在工作状态时位置不变；将量规上体5旋入量规下体2，通过弹簧4压紧测量杆3；将百分表装入衬套7内，通过紧固螺钉6固定百分表。将测量头31牢固的连接到测量杆3的连接柱上。量规组装后，用手推动测量杆3，确保测量杆3能在弹簧4的作用下能滑动自如，无阻滞现象。

本发明的测量原理为：当锥角不变时，大端锥孔直径尺寸变化，引起锥孔端面至理论选取的基面的距离变化。通过三角函数，可计算出孔径在公差范围内变化而引起的端面至基面的距离变化。这样，只要端面至基面的距离在所计算的范围内变化，则被测锥孔的直径值就在公差范围以内。

本发明的使用方法为：

1、装配：将百分表装入量规上体5及衬套7内，并将紧固螺钉6轻轻拧上。

2、校零：将对表件1放在平台上，然后将该锥位量规的量规下体2的下端面与对表件1的上端面贴合上，调整百分表的上下压量使表针指示在量程的中间位置较好；调整时量规下体2端面与对表件1端面要贴实，位置调好后，转动百分表表盘将百分表对零，拧紧紧固螺钉6。

3、测量：使用校零后的百分表测量，将量规下体2的下端面贴合在被测工件大端的顶面上，注意不得倾斜，此时即可读数。读百分表指针显示值时，指针顺时针转，则深度尺寸减小，即实测尺寸为校零时对表件深度9mm减去格数乘每格数值0.01mm；反之逆时针旋转，则深度尺寸增大，即实测尺寸为校零时对表件深度9mm加上格数乘每格数值0.01mm。读数时注意百分表小表针的位置，防止读数误差。

因对表件1按被测零件锥孔大端的最小直径制造，所以百分表校零后，零点为被测工件的锥孔深度最小值，深度公差为0.5mm。即百分表指针在零点和逆时针转0.5mm以内，零件大端直径合格。

当然，本实施例只是选取任意一个被测工件作为实施例，并且对表件选取标注尺寸的极小值加工制造，在实际应用中可以把对表件的尺寸按照被测锥孔直径的极大值制造，或者制造出一系列不同规格的标准锥孔的对表件以及若干个测量头31从而更换到连接柱32上，并根据实际情况具体调整设计，都可以实现本发明的目的，能够对不同的锥孔大端直径尺寸进行精确测量，在此不再赘述。但是据此原理做出的相应调整，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：包括百分表（8）、对表件（1）、测量杆（3）、量规下体（2）、量规上体（5）、弹簧（4）、紧固螺钉（6）；所述测量杆（3）活动安装在量规下体（2）内，量规下体（2）的上部连接安装百分表（8）的量规上体（5），测量杆（3）的顶端与百分表（8）的触头接触，在量规上体（5）内安装有为测量杆（3）提供弹力的弹簧（4），所述测量杆（3）的下部安装有与被测锥孔配合的测量头（31）；

所述测量杆（3）包括连接柱（32）和紧固端（33），所述紧固端（33）为直径小于连接柱直径的圆柱体结构，紧固端（33）与连接柱（32）的连接处设置一圈直径大于连接柱（32）直径的凸台，凸台上方的紧固端（33）上套接有弹簧（4），紧固端（33）的顶端与百分表（8）的触头接触；在连接柱（32）下端连接一与连接柱（32）同轴的测量头（31），所述测量头（31）为圆柱体结构，测量头（31）的圆柱体的直径和高度与被测锥孔的理论基面直径和基准高度相同，测量头（31）圆柱体的上部设置一圈直径小于圆柱体直径的便于加工和安装的环槽；

所述量规下体（2）的内部开设配装测量杆（3）及量规上体（5）的上大下小的三级台阶孔，最上部的台阶孔通过螺纹连接方式安装量规上体（5）；所述测量杆（3）安装在量规下体（2）下面的两个台阶孔内；

所述量规上体（5）的下部设置与量规下体上端的螺纹孔连接的螺杆，量规上体（5）内部开设有用于安装百分表（8）和容纳测量杆（3）的通孔，量规上体上部一侧对应安装百分表（8）的位置设置用于顶紧百分表（8）固定表柱的紧固螺钉（6），量规上体下部的通孔与量规下体的台阶孔的中间的孔对应，所述弹簧（4）位于量规上体（5）的通孔内套装在测量杆（3）的紧固端（33）和百分表（8）固定表柱之间；

所述对表件（1）为与测量杆（3）的测量头（31）配合的用于调整百分表（8）指针位置的标准件，对表件（1）的中心加工有与被测锥孔的理论锥度相同的锥孔，对表件锥孔的大端直径为被测锥孔大端直径的的极大值或极小值，对表件（1）的上端面与量规下体（2）下端面配合并且与被测锥孔的端面相应。

2.根据权利要求1所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述测量头（31）的下部设置与测量头连接为一体的用于减小磨损的锥面。

3.根据权利要求2所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述锥面的锥角比被测锥孔的锥角大2～3°，锥面的高度为2～3毫米。

4.根据权利要求2所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述连接柱（32）与凸台的连接处设置退刀槽。

5.根据权利要求1～4任一项所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述连接柱（32）与量规下体（2）的台阶孔为间隙配合，配合间隙为0.005～0.01mm。

6.根据权利要求5所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述被测工件的锥孔大端标注值为∮19.8mm～19.9mm，锥度1:5，锥体半角5°42′38″，所述测量头（31）的理论基面直径为18mm，基准高度为9mm。

7.根据权利要求1～4任一项所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述量规上体（5）安装百分表（8）的通孔内设置衬套（7）。

8.根据权利要求1～4任一项所述的精确测量锥孔大端直径误差的锥位量规，其特征在于：所述量规上体（5）的外表面和量规下体（2）的外表面均刻划有便于旋紧的网状条纹。