谢正义 / 安徽机电职业技术学院

0 引言

游标卡尺是机械制造业中应用十分广泛的量具，可测量内外径尺寸、长度、厚度、高度、深度以及齿厚等。游标量具按用途一般分为普通游标卡尺、高度游标卡尺、深度游标卡尺和齿厚游标卡尺等。传统的游标卡尺分度值一般有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm三类。实际使用中，由于零部件的结构多样性，有的零部件的尺寸可能需要多个分度值的卡尺测量，用户就得购置多个分度值的卡尺来完成。多把卡尺的不断切换使用，造成了工作效率的低下，测量人员也为多把卡尺的校准与维护伤透脑筋。为此，设计一种新型的游标卡尺，将企业车间常用的三种分度值集成在一把游标卡尺上，既解决了重复购买设备又解决了分度值切换的便利，提高了测量的效率。

1 传统游标卡尺

传统的游标卡尺按外形分为三用卡尺、二用卡尺、双面卡尺、单面卡尺、无视卡尺、大尺寸卡尺、带表卡尺和电子卡尺等。主要由尺身、尺框和内外量卡构成，尺身的主尺分度为毫米整数，是利用尺身分度线间距与游标分度线间距差来进行小数读数。游标卡尺的准确度不同，游标分度值也就不同。10分度、20分度和50分度游标卡尺尺身上的最小分度都是1 mm，游标尺上分别有10、20、50个小的等分度，总长分别为9 mm、19 mm和49 mm，每一分度分别为0.9 mm、0.95 mm和0.98 mm，这样就实现了分度值分别为0.1 mm、0.05 mm和0.02 mm。三种游标卡尺都得使用单独的尺身、游标等，单独制造，单独使用。传统游标卡尺的结构如图1所示。游标尺与尺身之间有一弹簧片（图中未能画出），利用弹簧片的弹力使游标尺与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉，可将游标固定在尺身上的任意位置。测量准确度靠主尺上导轨、主尺的分度误差、游标分度误差以及装配质量来保证。一般由专门的企业生产，属于通用量具。

图1 传统游标卡尺结构组成

2 多分度值游标卡尺

图2 多用游标卡尺外形

多分度值游标卡尺，通过对现有游标卡尺的结构做出改变，或者说是游标卡尺的一种新的形式，使其实现一尺多分度值的实际操作可能性，不用更换游标卡尺，对一个工件进行不同准确度测量。外形结构如图2所示。这种多用游标卡尺的结构与传统游标卡尺结构大同小异，但是在主尺和游标尺方面做了较大的改动。主尺和游标尺均做成圆柱状，分度也是直接刻在圆柱表面。其外形分解的三维图如图3所示。

图3 多用游标卡尺结构分解

多用游标卡尺在结构上显然要比传统游标卡尺复杂，零件个数也增加到了12个之多。特别是头部可拆卸和游标尺的可转动结构，就是为了解决多分度值共享的功能。游标尺和主尺均采用圆柱形，游标尺上按每隔120°均匀开了三个细长通槽，为使游标转动120°，采用导槽、弹簧、钢珠结构，配合套筒上的三个圆球形凹槽，测量人员可感觉到转动120°后的定位，非常平稳（如图4所示）。

图4（a）为该卡尺的分度游标尺三维模型，在游标尺上不同的圆周部位分别刻上分度为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm的游标分度，测量时转动此游标尺，可以实现不同分度的游标分度与主尺配合，以达到需要的测量准确度。游标尺与活动测爪是连接在一起的。使用了一个定位销和一个定位套筒使主套筒与主尺紧密接合。定位销使活动测爪与主尺的定位和同步移动。定位套筒是将主尺和主套筒之间进行连接。图5为卡尺的装配结构和实物图。

图4 游标尺及套筒

图5 多用游标卡尺装配结构与样件

3 新旧游标卡尺测量准确度对比

在制造好了几把样尺后，首先根据JJG30-2012《通用卡尺检定规程》对其检定。因受检定条件所限，仅对其示值误差进行讨论，得到的数值与传统游标卡尺的示值误差数值进行对比，如表1所示。

为了验证所设计的游标卡尺的测量可靠性，分别使用传统游标卡尺和多分度值游标卡尺，使用游标读数为0.02 mm的分度值，对一个三尺寸均合格的零件进行测量，测其深度、内径和外径尺寸，数据对比如表2所示。

表1 多分度值游标卡尺和传统游标卡尺示值误差对比

从测量结果对比可以看出，所设计制造的游标卡尺的准确度较传统游标卡尺的准确度稍差，测得的结果偏大。

表2 多分度值游标卡尺和传统游标卡实测值对比

4 结语

采用圆柱主尺和圆柱游标尺的设计方法，均匀分度，实现一把卡尺三个分度值共存，从结构上来看较之传统游标卡尺有所复杂，做出的样尺经检定和对测量结果的对比误差也较大。但是这种游标卡尺，可以实现和传统游标卡尺图样公差的测量，这就解决了测量人员为了测量不同公差要求的零件需要不断更换卡尺的烦琐操作，为企业购置和维护测量设备节省了开支。设计前仔细研究了传统卡尺的结构，分析了此设计的可行性，也考虑了市场的定位和价值，充分吸收了国内游标卡尺的设计经验。多分度值游标卡尺的测量准确度和如何保证旋转游标尺时游标尺与尺身的结合紧密性是往后需要解决的重点问题。

[1]谢正义. 机械产品几何量检测[M]. 合肥：中国科科技大学出版社,2012.

[2]刘健敏. 余红. 刘振华. 带空心针微型卡尺的研制[J]. 口腔材料器械杂志，2000(1)：60.

[3]全国几何量工程参量计量技术委员会. JJG30-2012[S]. 北京： 中国计量出版社, 2012.