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2023-06-25
普通计量器具的选择和检查技巧
【摘要】：当被测要素的尺寸公差和几何公差的关系采用独立原则时，实际尺寸和几何误差分别使用普通计量器具进行测量。计量器具的选择依据是测量的不确定度。选择计量器具时既应考虑工件的尺寸精度，保证所选器具测量不确定度不超过标准规定的许用测量不确定度，又应考虑测量的成本。在满足测量精度要求的情况下，尽量选用精度低的计量器具。
当被测要素的尺寸公差和几何公差的关系采用独立原则时，实际尺寸和几何误差分别使用普通计量器具进行测量。当被测要素的尺寸公差和几何公差的关系采用包容要求时，实际尺寸和几何误差的综合结果可以用极限量规检验，也可以使用普通计量器具分别对实际尺寸和几何误差进行测量，然后通过计算综合尺寸误差来判断零件的合格性。普通计量器具通常用于小批量生产，而光滑极限量规是一种无刻度计量器具，用它可以判定工件合格与否，但不能获得工件的实际尺寸和几何误差数值。
1.孔、轴实际尺寸的检查
由于测量误差的存在，任何测量都不可能测出真值，而且由于受测量条件和生产条件的限制，通常情况下在车间判断工件合格与否只按一次测量的结果为判断标准，并不对由于温度变化、计量器具误差、标准器的系统误差等造成的误差进行修正，因此，常常存在误判现象。
1）误收和误废
在实际验收过程中，由于测量误差的存在，把超出规定尺寸极限的不合格产品判断为合格产品的现象称为误收，把没有超出规定尺寸极限的合格产品判断为不合格产品的现象称为误废。误收会影响产品的质量，而误废则会造成经济损失，因此为了保证产品质量，必须规定合理的验收极限。
2）验收极限
国家标准GB/T3177—2009《产品几何技术规范（GPS） 光滑工件尺寸的检验》规定了两种验收极限方式。
（1）内缩方式。验收极限从规定的最大实体尺寸（MMS）和最小实体尺寸（LMS）分别向工件公差带内移动一个安全裕度（A）来确定，如图3-9所示。安全裕度（A）与计量器具的测量不确定允许值（u1）如表3-6所示。
图3-10 验收极限
表3-6 安全裕度（A）与计量器具的不确定允许值（u1）（单位：μm）
续表
安全裕度的计算公式为
式中：T——被测尺寸的公差。
设置安全裕度（A）的目的是了补偿测量误差的影响，减少误收率。另外，由于采用普通计量器具进行测量时是两点式测量，无法控制工件的形状误差，因此采用内缩的验收极限，可以补偿行为误差对测量验收效果的影响。
孔和轴的验收极限分别为
（2）不内缩方式。最大和最小验收极限分别等于最大实体极限和最小实体极限尺寸，即安全裕度（A）值等于零。
孔和轴的验收极限分别为
3）验收极限方式的选择
测量过程中具体选择哪种验收极限受多种因素如工件的尺寸的要求、形状要求、工艺能力等因素的影响。
对于遵守包容要求的尺寸，以及公差等级要求高的尺寸，采用内缩式验收极限。
对工艺能力系数Cp≥1，验收极限可以采用不内缩方式。
式中：c——常数；
σ——样本的标准偏差；
cσ——该工序的工艺能力。
对于遵循正态分布的工序尺寸，Cp=T/6σ。
对于遵循偏态分布的工序尺寸，验收极限可以仅对尺寸偏向的一边按内缩方式确定。
对于非配合尺寸和一般未注公差尺寸，验收极限按不内缩方式确定。
工件验收极限确定后，还需正确确定计量器具才能进行正确测量。
2.计量器具的选择
测量误差的主要来源是环境误差和工具误差。国家标准规定测量的标准温度是20℃。如果工件和计量器具的线膨胀系数一样，测量温度可以偏离20℃。计量器具的选择依据是测量的不确定度。
1）测量不确定度
由于测量误差造成被测几何量的值不能确定的程度称为测量不确定度。测量不确定度的计算公式为
式中：u1——计量器具的测量不确定度；
u2——测量条件引起的测量不确定度。
其中u1对u的影响比u2大，一般取u1/u2=2，因此，u1=0.9u，u2=0.45u。
选择计量器具时应使所选用计量器具的不确定度数值小于或等于选定的[u1]值。GB/T 3177—2009将测量不确定度u与公差T的比值τ分为3个档次。Ⅰ档，τ=1/10，即u=A=T/10；Ⅱ档，τ=1/6，即u=T/6＞A；Ⅲ档，τ=1/4，即u=T/4＞A。相应的计量器具的测量不确定度u1也按照τ分档：Ⅰ档，u1=0.09T；Ⅱ档，u1=0.15T；Ⅲ档，u1=0.225T。尺寸公差等级在IT6～IT11的工件，u1分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ档，尺寸公差等级在IT12～IT18的工件，u1分为Ⅰ、Ⅱ档。部分数值如表3-6所示。
2）计量器具的选择原则
计量器具的选择主要取决于计量器具的技术指标及经济指标。
（1）选择的计量器具应与被测工件的被测位置、尺寸大小及被测参数的特性相适应，计量器具应在测量范围上满足要求。
（2）选择计量器具时既应考虑工件的尺寸精度，保证所选器具测量不确定度不超过标准规定的许用测量不确定度，又应考虑测量的成本。在满足测量精度要求的情况下，尽量选用精度低的计量器具。一般根据按表3-7、表3-8规定的测量精度选择合适的计量器具。
表3-7 比较仪的测量不确定度
注：本表规定的数值是指测量时，使用的标准由4块1级（或4等）量块组成的数值。
表3-8 千分尺和游标卡尺的测量不确定度
注：①当采用比较测量时，千分尺的测量不确定度可小于本表规定的数值；
②当所选用的计量器具的u′1＞u1时，计算A′=u′/0.9，若A′≤15%T，允许选用该计量器具，此时按照A′确定上、下验收极限。
【例3-1】 某孔的尺寸为φ30H7（
）Ⓔ，试确定该尺寸的验收极限，并选择相应的计量器具。该孔可否使用标尺分度值为0.01mm的内径千分尺进行比较测量？
解：（1）确定验收极限。
因为孔φ30H7Ⓔ遵循包容要求，验收极限应按两边内缩方式确定。
查表3-6得：T=0.021mm，安全裕度A=2.1μm=0.0021mm，则
上验收极限=Dmin-A=30mm-0.0021mm=29.9979mm
下验收极限=Dmax+A=30.021mm+0.0021mm=30.0231mm
（2）选择计量器具。
查表3-6，优先选用Ⅰ档的计量器具测量不确定度允许值，得u1=0.0019 mm。查表3-7，选用分度值为0.002mm的比较仪，其测量不确定度[u1]=0.0018mm＜0.0019mm=u1，可以满足测量要求。
（3）判断所选仪器是否合格。
查表3-8，选用分度值为0.01mm的内径千分尺的测量不确定度
因为A′＞15%T，所以选取该量具不能满足测量要求。
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