螺纹环规测量精度改进方法研究

吴然然

摘 要 螺纹环规作为外螺纹制件外螺纹检测的专用量具，其检测结果对产品使用情况影响很大，因此对螺纹环规检测精度要求非常高。然而，目前市场上部分螺纹环规对公差小的产品测量精度不高，导致出现误判的情况。因此，通过对螺纹环规进行分析，对提高螺纹环规的测量精度意义重大。本文以某螺纹环规为例，介绍了螺纹环规的原设计方案和使用方法，通过误差分析测试找出问题所在并提出改进意见，再次通过试验验证发现改进后的螺纹环规测量精度得到了明显提高。

关键词 螺纹环规;误差分析;测量精度;设计改进

引言

螺纹作为机械行业的一种典型结构，结构简单、用途广泛，可用于结构固定和连接、密封连接、传递运动和扭矩、承载压力等[1]。螺纹环规作为一种螺纹的测量工具，对检测外螺纹规格是否满足设计要求意义重大。由于螺纹结构的产品使用较为广泛，因此对螺纹环规的市场需求也较大。现在市面上的螺纹环规对于大公差尺寸测量结果较为准确，但对于精度较高的螺纹会出现较大误差，从而导致产品检测出现问题。为提升产品质量，在现有市场螺纹环规的基础上进行改进，对生产出高精密螺纹环规意义重大。

1螺纹环规及使用方法

1.1 原始设计方案

螺纹环规用于测量外螺纹尺寸的正确性，通端为一件，止端为一件。止端环规在外圆柱面上有凹槽。当尺寸在100毫米以上时，螺纹环规为双柄螺纹环规形式。对于该螺纹环规的原始方案是根据市面上的环规规格设计，环规整体形状呈现圆环状，外形直径为32mm，厚度为8mm，在圆盘前后面两侧各倒有45度的斜角，斜角长度为1mm，螺纹环规的周边为了加大摩擦设计为网纹，网纹的间距为0.5mm。螺纹环规的内环为9毫米直径的螺纹，该设计是为了检测外螺纹，与外螺纹配合使用，观测是否能够符合螺纹的配合要求。内环螺纹环规两侧各做了倒斜角操作，该斜角的角度为30度，倒角的目的是为了后期检测过程中外螺纹便于配合固定以及便于外螺纹从螺纹环规上取下。螺纹环规内环的内螺纹处留有一个缺孔，此缺孔的角度呈现60度，关于中心线对称，误差在正负15分，留此缺口的目的是形成了通端与止端，通端直径为8.993mm，止端直径为8.026mm。当检测过程中出现通端通，止口不通的情况时说明该外螺纹符合螺纹的设计标准。

1.2 测量方式

螺纹环规在使用过程中应注意被测螺纹公差等级、偏差代号与环规标识的公差等级、偏差代号相同（如M24*1.5-6h与M24*1.5-5g两种环规外形相同，其螺纹公差带不相同，错用后将产生批量不合格品，其中6H与5g为螺纹精度）[2]。对于螺纹环规在使用前需要对被测外螺纹表面的油污和杂质进行清理，防止油污和杂质对螺纹环规高精密器具产生腐蚀影响其后续产品的测量[3]。然后要将螺纹环规进行校正，确保螺纹环规保持在最佳状态。对于外螺纹进行校核过程中一手拿着具有外螺纹的制件，另一只手拿着螺纹环规，通过食指和拇指对螺纹环规进行转动，而被检测外螺纹制件不动，整个过程使螺紋环规在自由状态下旋合，通过螺纹全部长度从而判定该被检外螺纹制件螺纹是否合理。

2误差分析测试

螺纹环规作为一个外螺纹制件螺纹尺寸的检测量具，其检测结果对后续产品的质量影响很大。如果螺纹环规出现问题，使得检测结果不正确或出现较大误差，那么对整个产品的质量影响很大。由于现在产品都是批量生产，一件外螺纹检测出现问题就会出现一大批产品的质量问题，这对制造厂家来说是大损失，严重影响了厂家的信誉[4]。

开展精度改进项目前，接到生产线反馈，螺纹环规测量精度存在一定的误差，严重影响到产品质量，耽误了生产，为了进一步验证螺纹环规的检测精度需要对螺纹环规的使用情况进行一个全面了解，再进行相应的检测验证。

为了弄清问题来源与相关检测人员进行沟通了解，得知反馈的螺纹环规对于公差精度要求不高的外螺纹检测结果是较为准确的，而对公差精度要求较高的外螺纹误差较大。针对上述问题决定进行检测验证，验证的螺纹规格是M14×53.6×27，采用的螺纹环规就是生产线反馈的问题环规量具。

螺纹测量试验中，有效螺纹长度的尺寸要求为27mm，精度要求为正负2.5mm。试验中采用较为常用的控制变量法。为了避免其他因素对试验结果产生的影响，整个测量过程中选择同一个人作为该试验的操作员，在相同的试验环境下，用到的辅助工具、测量工具均相同，如采用同一个数显式游标卡尺，对外螺纹制件上螺纹的同一个点进行测量。同时为了验证结果采用同一批次采购的M14×1.5-4h的螺纹通规10个，对螺纹环规的正反两个面进行测量得到20个数据。测量时先将待测外螺纹制件表面清洁干净，一方面防止被测外螺纹制件上的杂质腐蚀量具，另一方面为了使得测量结果更加准确。然后校对螺纹环规的精度，确保其精度足够，最后对被测外螺纹制件的螺纹进行检测，采用了将螺纹环规在自由旋转的过程中将通规拧到了收尾处，然后再退半圈的测量方法。数据结果记录如表1。

经过对表1数据分析可知，这10个环规在测量过程中的最大误差是0.3mm，对于同一个环规正反两面的误差也存在0.1mm，因此通过螺纹环规自由旋转拧到通规底部再退半圈的方法测量螺栓的有效长度不够精确。在这种情况下对于公差要求较大，如2.5mm以上的零件精度还是容易满足的，但是对于那些公差要求较低，精度要求较高的零件，如对于公差要求只有0.2mm的零件就有可能会因为误差，使得螺栓检测存在偏差，导致误判将零件判定为次品。

3螺纹环规设计改进

通过以上试验可知，采用通规拧到尾部后采用退半圈的方法进行测量读数时会出现对于精度要求不高的产品检测结果是满足要求的，但对于精度要求较高的产品，检测结果就不满足要求，出现误判的现象。

通过对螺纹环规进行分析，螺纹环规的外观形状尺寸已经是定好的并且根据仪器的制造标准外观形状尺寸没有参加检测尺寸的过程，因此可以说外观尺寸没有变化。于是螺纹环规的圆盘状直径32mm、圆盘的前后面尺寸的倒角45度和长度为1mm，厚度为8mm，圆盘侧面的网纹间距0.5mm，这些尺寸均不需要变动。

而在对外螺纹制件的螺纹是通过与螺纹通规的内孔也就是内螺纹进行配合的，那么这些配合尺寸就是关键尺寸，这些尺寸中的某些可能影响最终检测结果。对这些关键尺寸分析可知，关键尺寸中包含了斜面的夹角60度，夹角的公差在正负15分，螺纹的通端直径为8.993mm，螺纹的止端直径为8.026mm，螺纹的中径为8.350mm，同时正反两面在螺纹口处还有两边倒角30度。由于螺纹通端和止端的直径是根据被检测外螺纹制件的螺纹齿形、牙型确定的，因此，通端止端的直径和螺纹中径是无法改变的，并且斜面的夹角及公差也是恒定不变的，那么影响螺纹环规测量精度的尺寸只有两边倒角了。由于在进行测量时是将螺纹环规进行自由旋紧到通端的尾部，此时又退回半圈，所以这半圈对测量结果影响较大，如果不进行退回由于有倒角在无法完成定位，这就无法完成对外螺纹制件的螺纹精确测量。想要消除这半圈的误差，就要确定一个位置能够实现外螺纹与螺纹环规的定位。通过对比可以发现，将螺纹环规正反两侧的倒角去掉后，再进行外螺纹制件螺栓的测量时，将螺纹环规自由旋紧，直到旋到通端底部时由于通端与螺纹环规的边部接触，实现定位也不用再退半圈就能够实现外螺纹的测量。

通过上述分析后决定将螺纹环规处两侧的倒角去掉，其他部分与原螺纹环规的尺寸与结构保持完全相同。为进一步验证试验结果的正确性，同样选择去掉螺纹通规倒角的量具10个，确保操作人员，试验环境，其他辅具与原螺纹通规试验过程中的完全相同。同样用M14×53.6×27零件再次进行测量，用长度规测量长度时将长度拧到底再测量，测量结果如表2所示。

由表2数据分析可知，对于同一个螺纹环规，大部分A、B面的数据都是相同的，極少数环A、B面的数据不同，但数据接近相同，误差仅为0.1mm，几乎不存在误差，同时不同螺纹环规之间的误差也在0.1mm左右，与之前的最大误差0.3mm相比减少很多。

4改进效果评价

螺纹环规以前采用两侧留有倒角，由表1的实验数据可知，同一种环规A、B面的数据存在着差异较大，并且不同环规之间误差较为明显，最大误差达到了0.3mm，从而该螺纹环规对于低精度产品来说测量结果能够满足使用要求，但对高精度产品已不再适用。通过对原来螺纹环规进行分析，在其他尺寸保持一致的情况下，仅去除螺纹环规内螺纹两侧的倒角，然后再进行相同试验，结果表明对于同一个环规A、B面的数据几乎没有差别，对不同螺纹环规的数据进行对比，发现误差较小，最大误差为0.1mm，从而说明改进后的螺纹通规测量精度得到了极大的提高。

5结束语

本文以某螺纹环规改进项目为例，对螺纹环规原设计方案和使用方法进行了阐述，进一步通过误差分析确定了螺纹环规的改进方法，改进前后的试验数据对比显示，改进后的螺纹环规测量精度得到了显著提高，此研究方法具有一定的工程应用价值。

参考文献

[1] 田千四.螺纹环规测量方法的研究[J].价值工程，2013（19）：290-292.

[2] 任全，冯德强，陈峰.螺纹环规加工工艺分析[J].包头职业技术学院学报，2011（3）：25-26.

[3] 吴秋梅，张明柱.螺纹环规量化检测方法研究[J].河南科技，2019 （26）：50-52.

[4] 杨艳.螺纹环规加工工艺的改进[J].机械工程师，2013（3）：175-176.