游标卡尺的检定与修理
1．游标卡尺的检定
通常对于游标卡尺的检定，都应该按照国家的细则规程进行.通用的游标卡尺的检定应该注意以下问题：
1.1检定温度的确定
对于分度值为0.02mm的游标卡尺检定温度确定为20±3℃,从而减小了由温度引起的系统误差。众所周知,温度引起的长度误差在检定过程中是一个不可忽视的因素。根据公式(式中,为温度引起的长度误差,为工件的长度,为线膨胀系数,为温度偏差)可知:温度引起的长度误差与工件的长度、材料和温度有关。
因此在检定过程中,由于测件的材料是固定的,即线膨胀系数是一个已知值,若假定为=11.5×10-6℃,而测件长度随检定点的不同而不同,若设量块长度L也一定,为100mm,如果此时温度对标准温度(20℃)偏差提高2℃,则它的温度引起的长度误差可增大达2.3。显然,温度对游标卡尺检定的非常重要的.
1.2尺身和尺框构造的检定
尺身和尺框的配合应无明显晃动,更有效、间接地控制了视差以及刀口内量爪的侧面间隙。游标卡尺的视差是由游标刻线面棱边至尺身刻线面的距离而引起,由于游标棱边的厚度是一定的,如果尺身和尺框的配合间隙过大,会使游标刻线面棱边至主尺刻线面的距离不稳定,从而影响视差的可能性增大。同时也会使刀口内量爪的侧面间隙不稳定,影响其刀口内量爪的尺寸。
1.3对示值误差的检定
在游标卡尺检定中对每一受检点里端和外端两位置的尺寸之差应有具体要求.游标卡尺的结构通常不符合阿贝原则,因此,它在测量过程中存在一个阿贝误差,大小与工件离主尺的距离有关,工件离主尺距离越大,误差越大;反之就小。目前新规程对这一参数规定如下表所示,这种规定使游标卡尺的计量性能有了保证。
同时由于游标卡尺存在一个阿贝误差,如下图示,这一误差必然导致内量爪与尺身不垂直而造成的误差.
上图中,当量爪倾斜一角度测量长度为的物体时,测得值为,其测量误差可表示为:,当时,,显然由于量爪与尺身的不垂直导致测试误差是非常大的.因此游标卡尺检定中应对刀口内量爪对尺身垂直度或其示值误差的检定做严格要求.
1.4保证刀口内量爪平行度
游标卡尺刀口内量爪因为在生产中频繁的使用造成磨损,形成喇叭口.必须保证刀口内量爪的尺寸偏差的基础上,确保其平行度的要求,这样才能保证其在检修和一定磨损后的测试精度.对于游标卡尺检定时要求刀口内量爪的平行度为:使用中分度值为0.02mm的游标卡尺不大于0.01mm;分度值为0.05mm和0.1mm的游标卡尺不大于0.15mm,对新制造及修理后的卡尺不论分度值的大小均为0.01mm.
总之,游标卡尺检定时应依据具体规程进行操作,对于有些具体问题,仍可以自己进行分析和检定,以期达到最佳检定效果.
1．5阿贝误差
虽然阿贝原则在长度测量中是一个基本测量原则,但阿贝原则并非在任何长度测量中都能实现,如在测量长工件时,要遵守阿贝原则,则仪器的长度就必须大于两倍被测工件的长度,那么,给仪器的制造、安装带来很大的不利,因此在这种情况下,某些计量器具也就不一定要遵守阿贝原则,而可采取一定的措施来减少因不遵守阿贝原则而引起的误差,这种由于计量器具在结构、制造和使用上的限制,使得测量测轴线与基准轴线不重合或不在其延长线上,那就必然会导致因为计量器具在设计时不符合阿贝原则而引起误差，而这种误差我们通常称之为阿贝误差。
首先以游标卡尺为例,由于基准轴线与测量轴线不在同一轴线上,即这种测量方法不符合阿贝原则.这时,由于尺框与尺身宽度方向配合有间隙,测量时受测量力等因素的影响,引起尺框发生倾斜,从而产生了阿贝误差,如图所示:
由上图可知,产生的测量误差为,由于在实际测量中所产生的角很少,所以，此时.
如果我们检定一把测量范围为150mm,分度值为0.02mm的游标卡尺时,量块名义尺寸为80mm,当基准轴线与测量轴线之间的距离为S=50mm,尺框与尺身的倾斜角为弧度,那么在测量时所产生的误差为:
由国家计量检定规程可知,测量范围为150mm,分度值为0.02mm的游标卡尺的示值误差
为0.02mm,那么,由检定结果可知这把游标卡尺的示值误差严重超出了检定规程要求,由此可见,这个误差是不能够忽略不计的。反之,如果我们用同样的量块去检定一把符合阿贝原则的计量器具时,以千分尺测量工件为例,由于基准轴线与测量轴线在同一直线上,即符合阿贝原则。这时,由于丝杆与螺母的配合有间隙及测头测量面的平行性等因素影响,引起千分尺刻度轴线与测量轴线产生倾斜从而产生测量误差,如下图所示：
由图可知：
这个误差称为二次方误差，这时如果被检千分尺的测量范围为75mm~100mm,而测量时引起的倾角仍然为时,那么,所引起的测量误差为；
由国家计量检定规程可知,这把(0级)千分尺的示值误差为2,这样,被检千分尺的示值误差远远小于检定规程所要求的示值误差。由此可知,后者所引起的二次方误差,比前者所引起的一次方误差要小得多，那么在使用游标卡尺时应使被测工件尽量靠近尺身,使尺框不产生倾斜,以免引起较大的测量误差。
2．游标卡尺的修理
游标卡尺由于长期使用和操作者的使用不当，必会造成使用误差，需要及时修理和检定。游标卡尺的修理涉及的方面是相当广泛的,本论分别从以下几方面进行了阐述:
2.1外观修理
首先要把需修理的游标卡尺全部拆开,放在汽油中浸泡并清洗干净,用油石或细锉去除毛刺、压伤痕或大的划痕,然后用金相砂布打磨刻线面,应尽量少打磨,若必须打磨时,要确保打磨后的表面纹路均匀一致.
在打磨主尺和游标刻线面时,纹路应尽量和刻线方向一致,避免断线和倒棱造成读数误差.同时在尺面进行打磨时,不应将尺面打磨太光亮.
2.2主尺修理
主尺弯曲、主尺厚度不均匀、主尺基面平直性、主尺基面与另一边平行性是影响游框在主尺上移动灵活、滑动平稳的主要原因.
对于主尺弯曲的修理时,对未经淬火的主尺,放在木板和平铁上,用硬木榔头或紫铜锤调直,或用虎钳利用三点法校正;对经过淬火并硬度较高的主尺应先在电炉加热后再进行调直.
主尺的基面是指主尺与游标直接接触的一面.长期使用的卡尺,主尺基面产生局部磨损,一般出现中间凸两端凹的现象.修理主尺时既要注意平直性,又要考虑刻线与主尺基面的垂直性,主尺平直性可用刀口尺检查,大卡尺用着色法检查.仅靠修理卡尺基面凸出部分,来达到基面平直性是不理想的,而应修靠近量爪测量面的根部,达到基面的平直性.
主尺基面修好后,即可用油石修另一边,使基面与该边平行性偏差不超过0.01mm,用0级或1级千分尺检查.
2.3卡尺活动部分的修理
当主尺修理好,而游框滑动不灵活,有卡死或松动情况,可能是游框工作面磨损,也可能是微动螺丝弯曲和弹簧大小不均匀造成.
由于使用中的磨损或修理不当,致使游框、游标和主尺之间的间隙增大,从而引起了游框的摆动.其常用修理方法有:
(1)冲击法:用冲子冲击游框底面使其变形,达到消除间隙的目的;
(2)挤压法:虎钳挤压法,整个卡尺放在虎钳上挤压.即用冲子冲游框两边,使游框内有一定凸出达到消除间隙的目的.
2.4游标卡尺固紧螺钉修理
游标卡尺在使用过程中，往往容易丢掉固紧螺钉，为了防止出现此种情况，可采用“铆”的办法，但采用此法时使用日久，仍有失落现象，反而把尺框上的螺孔损坏，造成滑牙现象。可以改为把固紧螺钉的丝扣部分在小车床上车掉，并钻一个小孔，另外再车一个小螺钉，把尺框螺孔底部用凿子凿一个小坑，将车好的螺钉从尺框螺孔底部由内向外旋出，再把改形后的螺钉头紧配在螺钉上即可以了。
另外,在游标卡尺上安装一些微动装置,包括螺杆、螺母、微动游框和紧固螺钉等零件,调修时这些零件可以直接更换.螺钉易脱落丢失,把螺钉底部胀大这样螺钉不易旋下来,这样也不失为一种好的修理方式.
2.5游标卡尺测量面修理
在使用卡尺时，内、外测量爪的端部往往会磨损，修理时，外加作用力会使测爪变形。游标卡尺测量面的倾斜,是产生示值误差的主要原因之一.由于检定规程没有对量爪测量面的倾斜度提出要求,在检修中也不易检查和发现,所以往往被忽视.量爪测量面的倾斜是指:测量面对主尺基面(纵向)的垂直度和测量面对主尺刻度面(横向)的垂直度.当测量面倾斜(纵向或横向)时,都将产生示值误差.当倾斜严重时,将使示值误差超出规定值无法修理而报废.在卡尺修理时,当单面挤压固定量爪以获得研磨余量时,常常导致过大的不垂直度,如果在检定时出现连续的示值误差超差时,且都为正值时则应首先考虑的是由于不垂直度引起的.此时必须对量爪测量面的垂直度进行检查,其方法是:当游标卡尺两测量面的平行度认为合格后,将游柜卸下,把主尺刻线面紧贴方箱固定置于平板上,用千分表调整主尺基面与平板平行,然后锁紧固紧螺钉,使被检卡尺牢牢固定在方箱上,再将方箱旋转,通过千分表在平板上的移动来检查测量面在纵、横方向上的垂直度,若垂直度超差时,则应修理.通常可以采用如下改进后的修理方法:
(1).修研活动尺框与主尺的定位槽，使内、外径活动量爪同时向固定量爪的基面倾斜靠扰;
(2).分别修研内、外量爪，使其测量面之间平滑，无卡滞，相互平行;
(3).副尺稍作调整，使其与尺框定位槽平行，并作零线校准。在调整过程中，对主尺固定测量爪磨损也会进行补偿。
2.6修理示值调整零位
当卡尺平面性修好后,进行零位调整.首先松开游标刻度片,游标调整对零.如测量面磨损严重或多次修磨后,无法调整对准零位,可用什锦锉将游标刻度片的圆孔锉成长圆孔以便调节,或在游框上改进基孔位置调整.
2.7游标卡尺内量爪修理
卡尺量爪测量面的倾斜,系指量爪测量面与主尺的基面或与主尺的尺面不垂直.它是引起卡尺示值误差严重超标的主要原因之一.卡尺量爪测量面与主尺的基面或与主尺的尺面不垂直的原因是主要是来自于制造时夹具误差(新制)或修理时研磨器运动方向掌握不好(使用中)而发生.
对于圆柱形内量爪,要求倒圆半径不得大于两量爪厚度的一半,否则产生负误差.对于此种误差的修理,圆柱形内量爪可用镀铬法或焊接法恢复10mm.修磨用专用工具、油石,磨损后取整小数即卡尺分度值的整数倍,后标注卡尺的修正值.
对于刀口形内量爪修理,存在问题主要是两量爪相摩擦,用挤压和敲击法消除.所谓量爪折断,就是指少部分折断可用砂轮打磨修齐.量爪折断较长或全部折断可将两量爪磨去修成单面量爪使用.
2.8卡尺测深尺修理
卡尺测深部分产生误差的原因有:①主尺测深基面不平;②主尺测深基面与主尺基面不垂直;③主尺测深基面与测深尺端面不在同一平面内;④测深尺弯曲;⑤测深尺在主尺槽中摆动;⑥测深尺与游框固定不牢，发生窜动等。
修理时一般先矫正测深尺弯曲，再修测深尺与主尺上的长槽和游框内的小槽的配合。前者要求配合间隙很小，后者要求不松动。安装测深尺时，要将尺杆弯头锤成燕尾形，再在游框装尺杆槽的一侧用冲子冲一下，使槽口略向内斜，然后放入测深尺用冲子在两一侧边冲紧。为防止冲挤时测深尺跳出，可用弹簧片将尺杆衬紧。最后将卡尺对零并固紧游框，用油石或锉刀同时修磨主尺测深基面和测深尺基面;修磨时注意与主尺基面的垂直度.
2.9常见示值误差修理时的具体实例分析
2．9．1示值误差的修理
检定示值误差时，内、外量爪各受检点示值超差，而且有正有负。
分析其具体原因:
这种现象多出现在300mn。游标卡尺上，由于材质较软，经过较长时间专业性生产使用后，使主尺基面形成曲线而造成示值有正有负，如图2所示。