提高带表卡尺综合精度初探

许荣峰

（桂林量具刃具有限责任公司，广西 桂林 541002）

带表卡尺是一种用途极广的通用量具，其中0～150 mm、0～200 mm、0～300 mm这3种规格，又是应用得最广泛的。其工作原理，是将尺框量爪和尺身量爪两测量面的相对移动，通过固定在尺身上的齿条传递给指示表，从表盘上的指针进行读数。在装配过程中，发现示值差、针位跳动明显。针对这个致命的产品品质问题，公司组织力量做了重点解决。笔者主动要求负责解决这个问题，并针对这次任务做了一系列工作，谨阐述如下。

1 带表卡尺简介

带表卡尺与普通卡尺不同，具有外形美观、读数误差小、示值清晰明了和使用方便等优点。其结构如图1所示，主要由尺身、尺框、齿条、支承板、微动轮、连接块、指示表、前后压板、螺钉等零件组成。齿条是用螺钉紧固在尺身上，如图2所示。

图1

图2

（1）带表卡尺的读数方法。从尺框左端面的支承板所示的尺身刻线上，读出毫米读数，从卡尺指示表上读出毫米小数点后面的数字，两数相加，即为被测尺寸读数值。

（2）带表卡尺的国家标准和公司终检说明书的规定。详见表1、表2所列。

表1 带表卡尺示值要求表

表2 用3级精度专用量块进行检定专用量块的尺寸表规定

（3）针位变动性的要求。是指当移动带表卡尺的尺框，使两测量爪测量面至手感接触时，指示表的指针应位于正上方，对尺身导向面的垂直度应不大于1.5格，此时支承板正对尺身“零”刻线的距离，允许压线不大于刻线宽度的1/2，离线不大于0.006 inch（0.15 mm）。此时，再施加2倍的移动力推动尺框，指针指示位置变化应不大于1/4格（原要求1/2格），且推动力取消后，指针能回到原位。

2 问题的分析

工人按技术要求正常装配，但针位变动性达不到质检要求。究其原因，原来的要求是施加2倍的移动力推动尺框，指针指示位置变化应不大于1/2格，而现在要求不大于1/4格，致使交检合格率降低。笔者认为，问题的根源，主要是尺子的综合精度以及指示表的精度达不到要求（如图3所示）。

2.1 受力分析

（1）当推力F=F1，F2＜F3时，尺子大量面正常合缝，此时，针位置为“0”状态；

（2）当F=F1+F2，且F2＞F3，这时F2产生的力矩，比F3产生的力矩大，弹簧片产生的力矩不能消除F2产生的力矩时，尺子大量面正常接触，在外力F2继续作用下，尺框将会发生微量顺时针方向旋转，这种现象反映在量面上为根缝，反映在示值上则是由于尺框右移，表上指针右偏。由于0～200 mm、0～300 mm带卡带微动轮，使用尺子时未必都能做到推力与正常推力F方向作用点一致，势必产生F2的方向力，F2作用力的大小，是引起尺子针位变化的关键，而如何限制F2力的作用，便是应该着手解决的工作重点。

图3

图4

图5

2.2 解决办法

（1）对外购件弹簧片，原来料为锡青铜，改为铍青铜。工厂外购100件做试验，将原交检不合格的尺子直接换上新的弹簧片，调试后交检，合格率达50％～60％。实验证明，采用弹性大的铍青铜弹簧片，是解决针位偏问题的一个好办法。

（2）尺坯本身的综合精度。尺坯综合精度反映在装配阶段，即变现为基面的接触状态，正常状态时（如图4所示），侧面、底面垂直度≤0.02 mm。因此，在车间机加工方面，如何保证尺身、尺框基面的平行度和垂直度是关键所在。

3 技术改进措施

3.1 提高尺身两侧面平行度

（1）尺身两侧面平行度≤0.008 mm，工厂新购了MM7132精密卧轴平面磨床，针对平行度精度要求，以前精磨两侧面采用直接精磨办法，即只两道磨，现改为三道磨，即尺身上侧面先见光，以上侧面为基准磨下侧面，再以下侧面为基准磨上侧面。

（2）增加精调直工艺。尺身配套后，在精装配之前增加工艺，精调直尺身，目的是保证尺身、尺框基面接触。

（3）由于尺身经过多道工序的机加工，尺身又经过热处理的调质处理，内部有一定的内应力，并且本身又属细长型结构，更易变形。因此，在精磨之前需要进行时效处理，以消除内应力。同时，在研磨前应采用光磨主尺下侧面的工艺，磨削砂轮修整成阶梯形，以增大磨削受力面，降低单位面积的磨削力，减轻磨削热变形。

3.2 提高尺框底面和基面的垂直度

（1）加宽45°空刀。铣槽时，由于铣刀垂直度可以保证，也好控制，但在精磨槽时，由于砂轮圆角大，部分尺框基面无法清根，如图（5）所示，造成尺身侧面与尺框基面不能很好接触，则尺坯的移动稳定性差。加宽45°空刀可以达到清根的目的。

（2）粗装配加强品质控制。保证尺身侧面与尺框基面的接触面，大于尺身厚度的2/3，加强了接触稳定性，利于装配时移动柔和。

3.3 其他零件或部位加工工艺的改进

（1）尺身正面槽和齿条装配孔加工工艺。尺身正面槽是容纳齿条和深度尺的凹槽，槽内有4个或5个齿条固定孔，通过紧固螺钉将齿条固定在尺身上。为了保证卡尺的精度要求，卡尺指示表齿轮与齿条的啮合，必须有合适的间隙，并且要求间隙均匀。这就要求齿条相对于主尺下侧面的平行性要好。齿条在尺身上的装配基准面，为尺身正面槽的上侧面，故要求为尺身正面槽上侧面相对于尺身下侧面的平行度为0.04 mm。为了达到这一要求，在工艺上采用了在热处理及尺身下侧面精加工结束后，以主尺下侧面定位，磨尺身正面槽上侧面的工艺。主尺齿条装配孔与尺身正面槽上侧面的距离，要求为（1.5± 0.05）mm，以便齿条与基准面能顺利贴合并有调整的余地。按常规，孔的加工都安排在热处理之前进行，否则钻孔有困难。按此工艺加工，虽然钻孔没问题了，但是后道工序的热处理变形、尺身下侧面的精加工及磨槽等工序的加工误差累积，将使孔距远远超过设计要求，以致无法进行装配。为此，采用硬质合金钻头，在热处理、尺身下侧面精加工和尺身槽磨削等工序完成后，再进行钻孔加工的工艺。

（2）齿条的加工。齿条的相关机加工工序——原工艺第3序粗磨两侧面，第7序钻孔，第11序精磨两侧面，第17序磨齿顶面，具体尺寸如图6所示。可以看出，第7序定位基准是粗基准，尺寸难于保证，整个加工过程中的定位基准不确定，齿条上下两侧可以任意定位，加工基准不重合，必然产生加工误差。因此，要进行工艺调整，如图7所示，第4a序粗磨4个平面，第4b序精磨齿条上下两侧面，并在一段做标记，第7序钻孔，第17序磨齿顶面。

图6

图7

可以看出，第7序钻孔是以作标记的另一侧作定位基准的，齿条钻具做了相应修改，这样，第7序的定位基准是精基准，能保证设计要求。从图中可以看出，齿条上下两侧面的加工定位基准是统一的，消除了基准不重合产生的误差，保证齿条的设计要求。

（3）指示表机芯中心齿轮与指针套配合不牢靠，指针与针套铆合不牢。指示表机芯结构，为指针与指针套铆合成一体，然后将指针砸紧配合在中心齿轮1：50锥轴上，随中心齿轮一起转动。经拆卸检测，发现与指针套配合的中心齿轮1：50锥度轴，母线直线不好，锥度轴全长1.65 mm，后半部分长度0.5～0.8 mm为圆柱形，而使指针套与中心齿配合面积减少，当尺子在包装和运输过程中受到冲击时，指针相对中心齿轮转动一个角度，而产生针位变化现象。

（4）中心齿锥轴表面粗糙，组织不够细密，与指针配合时，有效面积减少，也会引起指针位置变化。指针套锥度孔尺寸精度不好，有的表面喷漆，指针油漆进入指针套孔内，指针套长度尺寸不够，都将使指针与中心齿轮轴配合面积减少，当带表卡尺受到震动或冲击时，易产生指针位置变化，甚至出现指针脱落现象。从指示表上拆卸指针时，手感指针与中心齿轮轴配合不紧，很容易将指针取下来，当加大指针安装砸紧力，重新装指针时，拆卸指针仍很容易不费力，但换上指针装配，则无上述现象出现。

（5）装配指示表时，上游丝预紧力方向不对。指示表机芯游丝力作用，为克服齿轮传动系统中的摩擦力。无论齿轮正向或反向转动，始终保持齿轮单面啮合，消除齿轮配合间隙等因素产生的空行程，对带表卡尺示值精度的影响。机芯的游丝为螺旋扭力弹簧，机芯与齿条传动柔和，使游丝的作用力减少，克服不了齿轮传动系统中的摩擦力，容易引起指针位置变化，特别是当带表卡尺受到冲击时，由于游丝作用力小，难于保证齿轮传动单面啮合，齿轮传动产生空行程现象，这些都将引起带表卡尺针位变化。这类指针位置变化尺子的特点是，即使指针与中心齿轮轴配合很紧，也会发生指针位置变化，当向前移动尺框，稍加力使尺框右端面与尺身压板相碰时出现针位变化，当向前移动尺框，使尺框大爪量面与尺身大爪量面相碰时，指针往复位方向移动，如此来回撞击，指针在某一小范围内变化。

（6）采用双向防振功能。尺框往前移动撞击尺身外爪量面时，机芯有缓冲功能，使齿轮免于受冲击。反之，当尺框往后移动撞击后压板时，机芯也有缓冲功能，避免了齿轮在冲击力的作用下，相对齿条转动角度，而引起指针位置变化。

（7）安装机芯的3个沉头螺钉松动。如果紧固机芯的螺钉未拧紧，当尺子受到撞击后，造成机芯位移，产生指针位置变化。

（8）尺框相对尺身宽度方向摆动大，尺身与尺框宽度方向的配合间隙较大。其原因是尺身宽度比工艺要求小0.3～0.5 mm，加上尺框槽偏大，弹簧片调整螺钉尺寸偏短，螺丝刀难于下到直径较小的螺孔中调整螺钉，使配合间隙无法调整。当尺框运动受到阻力时，引起尺框倾斜，由于指示表是固定在尺框上的，这时机芯轮也随尺框倾斜，使齿轮相对齿条转动一个角度，啮合不在原来位置上，而造成指针位置变化。

（9）安装指示表在尺框上的螺钉松动。安装指示表在尺框上的3颗M2螺钉拧紧，并发现有滑牙现象，当带表卡尺受到冲击时，产生机芯位移，齿轮与齿条啮合位置改变，而产生指针位置变化。

4 整改方案的实施及效果

经过试验分析，并立即与指示表制造厂家沟通联系，反馈有关品质信息，并实施整改措施：

（1）建议改进指示表机芯结构，使其具有双向防振功能。

（2）指示表圆轴承板的3个沉头螺钉应拧紧，沉头划窝要规整，孔角度与螺钉头角度一致，保证接触良好，建议加大沉头螺钉的头部尺寸，使螺钉头接触面积增大，加强紧固作用，以防带表卡尺受振动后螺钉松动。

（3）控制尺框相对尺身宽度方向的摆动量，提高相关零件的加工质量。

（4）拧紧各部位紧固螺钉，无滑牙现象，加强装配工人的责任心教育。

经过整改及实施以后，带表卡尺的装配品质得到了显著提高，一次交检合格率达到了95％以上，提高了生产效率。

4 结束语

通过针对带表卡尺综合精度的品质分析，找出问题，并根据问题制定相应措施，经过落实，取得了良好的效果。

[1]计量测试技术手册编委.计量测试技术手册第二卷[K].北京：中国计量出版社，1997.

[2]杨靖岳，周明家，邵萌梅.自测直仪[M].北京：机械工业出版社，1982.

[3]Q/GLR07-2004，桂林量具刃具有限责任公司企业标准[S].