許榮峰

（桂林量具刃具有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541002）

帶表卡尺是一種用途極廣的通用量具，其中0～150 mm、0～200 mm、0～300 mm這3種規(guī)格，又是應(yīng)用得最廣泛的。其工作原理，是將尺框量爪和尺身量爪兩測量面的相對移動，通過固定在尺身上的齒條傳遞給指示表，從表盤上的指針進(jìn)行讀數(shù)。在裝配過程中，發(fā)現(xiàn)示值差、針位跳動明顯。針對這個致命的產(chǎn)品品質(zhì)問題，公司組織力量做了重點(diǎn)解決。筆者主動要求負(fù)責(zé)解決這個問題，并針對這次任務(wù)做了一系列工作，謹(jǐn)闡述如下。

1 帶表卡尺簡介

帶表卡尺與普通卡尺不同，具有外形美觀、讀數(shù)誤差小、示值清晰明了和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由尺身、尺框、齒條、支承板、微動輪、連接塊、指示表、前后壓板、螺釘?shù)攘慵M成。齒條是用螺釘緊固在尺身上，如圖2所示。

圖1

圖2

（1）帶表卡尺的讀數(shù)方法。從尺框左端面的支承板所示的尺身刻線上，讀出毫米讀數(shù)，從卡尺指示表上讀出毫米小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字，兩數(shù)相加，即為被測尺寸讀數(shù)值。

（2）帶表卡尺的國家標(biāo)準(zhǔn)和公司終檢說明書的規(guī)定。詳見表1、表2所列。

表1 帶表卡尺示值要求表

表2 用3級精度專用量塊進(jìn)行檢定專用量塊的尺寸表規(guī)定

（3）針位變動性的要求。是指當(dāng)移動帶表卡尺的尺框，使兩測量爪測量面至手感接觸時，指示表的指針應(yīng)位于正上方，對尺身導(dǎo)向面的垂直度應(yīng)不大于1.5格，此時支承板正對尺身“零”刻線的距離，允許壓線不大于刻線寬度的1/2，離線不大于0.006 inch（0.15 mm）。此時，再施加2倍的移動力推動尺框，指針指示位置變化應(yīng)不大于1/4格（原要求1/2格），且推動力取消后，指針能回到原位。

2 問題的分析

工人按技術(shù)要求正常裝配，但針位變動性達(dá)不到質(zhì)檢要求。究其原因，原來的要求是施加2倍的移動力推動尺框，指針指示位置變化應(yīng)不大于1/2格，而現(xiàn)在要求不大于1/4格，致使交檢合格率降低。筆者認(rèn)為，問題的根源，主要是尺子的綜合精度以及指示表的精度達(dá)不到要求（如圖3所示）。

2.1 受力分析

（1）當(dāng)推力F=F1，F(xiàn)2＜F3時，尺子大量面正常合縫，此時，針位置為“0”狀態(tài)；

（2）當(dāng)F=F1+F2，且F2＞F3，這時F2產(chǎn)生的力矩，比F3產(chǎn)生的力矩大，彈簧片產(chǎn)生的力矩不能消除F2產(chǎn)生的力矩時，尺子大量面正常接觸，在外力F2繼續(xù)作用下，尺框?qū)l(fā)生微量順時針方向旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象反映在量面上為根縫，反映在示值上則是由于尺框右移，表上指針右偏。由于0～200 mm、0～300 mm帶卡帶微動輪，使用尺子時未必都能做到推力與正常推力F方向作用點(diǎn)一致，勢必產(chǎn)生F2的方向力，F(xiàn)2作用力的大小，是引起尺子針位變化的關(guān)鍵，而如何限制F2力的作用，便是應(yīng)該著手解決的工作重點(diǎn)。

圖3

圖4

圖5

2.2 解決辦法

（1）對外購件彈簧片，原來料為錫青銅，改為鈹青銅。工廠外購100件做試驗(yàn)，將原交檢不合格的尺子直接換上新的彈簧片，調(diào)試后交檢，合格率達(dá)50％～60％。實(shí)驗(yàn)證明，采用彈性大的鈹青銅彈簧片，是解決針位偏問題的一個好辦法。

（2）尺坯本身的綜合精度。尺坯綜合精度反映在裝配階段，即變現(xiàn)為基面的接觸狀態(tài)，正常狀態(tài)時（如圖4所示），側(cè)面、底面垂直度≤0.02 mm。因此，在車間機(jī)加工方面，如何保證尺身、尺框基面的平行度和垂直度是關(guān)鍵所在。

3 技術(shù)改進(jìn)措施

3.1 提高尺身兩側(cè)面平行度

（1）尺身兩側(cè)面平行度≤0.008 mm，工廠新購了MM7132精密臥軸平面磨床，針對平行度精度要求，以前精磨兩側(cè)面采用直接精磨辦法，即只兩道磨，現(xiàn)改為三道磨，即尺身上側(cè)面先見光，以上側(cè)面為基準(zhǔn)磨下側(cè)面，再以下側(cè)面為基準(zhǔn)磨上側(cè)面。

（2）增加精調(diào)直工藝。尺身配套后，在精裝配之前增加工藝，精調(diào)直尺身，目的是保證尺身、尺框基面接觸。

（3）由于尺身經(jīng)過多道工序的機(jī)加工，尺身又經(jīng)過熱處理的調(diào)質(zhì)處理，內(nèi)部有一定的內(nèi)應(yīng)力，并且本身又屬細(xì)長型結(jié)構(gòu)，更易變形。因此，在精磨之前需要進(jìn)行時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。同時，在研磨前應(yīng)采用光磨主尺下側(cè)面的工藝，磨削砂輪修整成階梯形，以增大磨削受力面，降低單位面積的磨削力，減輕磨削熱變形。

3.2 提高尺框底面和基面的垂直度

（1）加寬45°空刀。銑槽時，由于銑刀垂直度可以保證，也好控制，但在精磨槽時，由于砂輪圓角大，部分尺框基面無法清根，如圖（5）所示，造成尺身側(cè)面與尺框基面不能很好接觸，則尺坯的移動穩(wěn)定性差。加寬45°空刀可以達(dá)到清根的目的。

（2）粗裝配加強(qiáng)品質(zhì)控制。保證尺身側(cè)面與尺框基面的接觸面，大于尺身厚度的2/3，加強(qiáng)了接觸穩(wěn)定性，利于裝配時移動柔和。

3.3 其他零件或部位加工工藝的改進(jìn)

（1）尺身正面槽和齒條裝配孔加工工藝。尺身正面槽是容納齒條和深度尺的凹槽，槽內(nèi)有4個或5個齒條固定孔，通過緊固螺釘將齒條固定在尺身上。為了保證卡尺的精度要求，卡尺指示表齒輪與齒條的嚙合，必須有合適的間隙，并且要求間隙均勻。這就要求齒條相對于主尺下側(cè)面的平行性要好。齒條在尺身上的裝配基準(zhǔn)面，為尺身正面槽的上側(cè)面，故要求為尺身正面槽上側(cè)面相對于尺身下側(cè)面的平行度為0.04 mm。為了達(dá)到這一要求，在工藝上采用了在熱處理及尺身下側(cè)面精加工結(jié)束后，以主尺下側(cè)面定位，磨尺身正面槽上側(cè)面的工藝。主尺齒條裝配孔與尺身正面槽上側(cè)面的距離，要求為（1.5± 0.05）mm，以便齒條與基準(zhǔn)面能順利貼合并有調(diào)整的余地。按常規(guī)，孔的加工都安排在熱處理之前進(jìn)行，否則鉆孔有困難。按此工藝加工，雖然鉆孔沒問題了，但是后道工序的熱處理變形、尺身下側(cè)面的精加工及磨槽等工序的加工誤差累積，將使孔距遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求，以致無法進(jìn)行裝配。為此，采用硬質(zhì)合金鉆頭，在熱處理、尺身下側(cè)面精加工和尺身槽磨削等工序完成后，再進(jìn)行鉆孔加工的工藝。

（2）齒條的加工。齒條的相關(guān)機(jī)加工工序——原工藝第3序粗磨兩側(cè)面，第7序鉆孔，第11序精磨兩側(cè)面，第17序磨齒頂面，具體尺寸如圖6所示?？梢钥闯?，第7序定位基準(zhǔn)是粗基準(zhǔn)，尺寸難于保證，整個加工過程中的定位基準(zhǔn)不確定，齒條上下兩側(cè)可以任意定位，加工基準(zhǔn)不重合，必然產(chǎn)生加工誤差。因此，要進(jìn)行工藝調(diào)整，如圖7所示，第4a序粗磨4個平面，第4b序精磨齒條上下兩側(cè)面，并在一段做標(biāo)記，第7序鉆孔，第17序磨齒頂面。

圖6

圖7

可以看出，第7序鉆孔是以作標(biāo)記的另一側(cè)作定位基準(zhǔn)的，齒條鉆具做了相應(yīng)修改，這樣，第7序的定位基準(zhǔn)是精基準(zhǔn)，能保證設(shè)計(jì)要求。從圖中可以看出，齒條上下兩側(cè)面的加工定位基準(zhǔn)是統(tǒng)一的，消除了基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的誤差，保證齒條的設(shè)計(jì)要求。

（3）指示表機(jī)芯中心齒輪與指針套配合不牢靠，指針與針套鉚合不牢。指示表機(jī)芯結(jié)構(gòu)，為指針與指針套鉚合成一體，然后將指針砸緊配合在中心齒輪1：50錐軸上，隨中心齒輪一起轉(zhuǎn)動。經(jīng)拆卸檢測，發(fā)現(xiàn)與指針套配合的中心齒輪1：50錐度軸，母線直線不好，錐度軸全長1.65 mm，后半部分長度0.5～0.8 mm為圓柱形，而使指針套與中心齒配合面積減少，當(dāng)尺子在包裝和運(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊時，指針相對中心齒輪轉(zhuǎn)動一個角度，而產(chǎn)生針位變化現(xiàn)象。

（4）中心齒錐軸表面粗糙，組織不夠細(xì)密，與指針配合時，有效面積減少，也會引起指針位置變化。指針套錐度孔尺寸精度不好，有的表面噴漆，指針油漆進(jìn)入指針套孔內(nèi)，指針套長度尺寸不夠，都將使指針與中心齒輪軸配合面積減少，當(dāng)帶表卡尺受到震動或沖擊時，易產(chǎn)生指針位置變化，甚至出現(xiàn)指針脫落現(xiàn)象。從指示表上拆卸指針時，手感指針與中心齒輪軸配合不緊，很容易將指針取下來，當(dāng)加大指針安裝砸緊力，重新裝指針時，拆卸指針仍很容易不費(fèi)力，但換上指針裝配，則無上述現(xiàn)象出現(xiàn)。

（5）裝配指示表時，上游絲預(yù)緊力方向不對。指示表機(jī)芯游絲力作用，為克服齒輪傳動系統(tǒng)中的摩擦力。無論齒輪正向或反向轉(zhuǎn)動，始終保持齒輪單面嚙合，消除齒輪配合間隙等因素產(chǎn)生的空行程，對帶表卡尺示值精度的影響。機(jī)芯的游絲為螺旋扭力彈簧，機(jī)芯與齒條傳動柔和，使游絲的作用力減少，克服不了齒輪傳動系統(tǒng)中的摩擦力，容易引起指針位置變化，特別是當(dāng)帶表卡尺受到?jīng)_擊時，由于游絲作用力小，難于保證齒輪傳動單面嚙合，齒輪傳動產(chǎn)生空行程現(xiàn)象，這些都將引起帶表卡尺針位變化。這類指針位置變化尺子的特點(diǎn)是，即使指針與中心齒輪軸配合很緊，也會發(fā)生指針位置變化，當(dāng)向前移動尺框，稍加力使尺框右端面與尺身壓板相碰時出現(xiàn)針位變化，當(dāng)向前移動尺框，使尺框大爪量面與尺身大爪量面相碰時，指針往復(fù)位方向移動，如此來回撞擊，指針在某一小范圍內(nèi)變化。

（6）采用雙向防振功能。尺框往前移動撞擊尺身外爪量面時，機(jī)芯有緩沖功能，使齒輪免于受沖擊。反之，當(dāng)尺框往后移動撞擊后壓板時，機(jī)芯也有緩沖功能，避免了齒輪在沖擊力的作用下，相對齒條轉(zhuǎn)動角度，而引起指針位置變化。

（7）安裝機(jī)芯的3個沉頭螺釘松動。如果緊固機(jī)芯的螺釘未擰緊，當(dāng)尺子受到撞擊后，造成機(jī)芯位移，產(chǎn)生指針位置變化。

（8）尺框相對尺身寬度方向擺動大，尺身與尺框?qū)挾确较虻呐浜祥g隙較大。其原因是尺身寬度比工藝要求小0.3～0.5 mm，加上尺框槽偏大，彈簧片調(diào)整螺釘尺寸偏短，螺絲刀難于下到直徑較小的螺孔中調(diào)整螺釘，使配合間隙無法調(diào)整。當(dāng)尺框運(yùn)動受到阻力時，引起尺框傾斜，由于指示表是固定在尺框上的，這時機(jī)芯輪也隨尺框傾斜，使齒輪相對齒條轉(zhuǎn)動一個角度，嚙合不在原來位置上，而造成指針位置變化。

（9）安裝指示表在尺框上的螺釘松動。安裝指示表在尺框上的3顆M2螺釘擰緊，并發(fā)現(xiàn)有滑牙現(xiàn)象，當(dāng)帶表卡尺受到?jīng)_擊時，產(chǎn)生機(jī)芯位移，齒輪與齒條嚙合位置改變，而產(chǎn)生指針位置變化。

4 整改方案的實(shí)施及效果

經(jīng)過試驗(yàn)分析，并立即與指示表制造廠家溝通聯(lián)系，反饋有關(guān)品質(zhì)信息，并實(shí)施整改措施：

（1）建議改進(jìn)指示表機(jī)芯結(jié)構(gòu)，使其具有雙向防振功能。

（2）指示表圓軸承板的3個沉頭螺釘應(yīng)擰緊，沉頭劃窩要規(guī)整，孔角度與螺釘頭角度一致，保證接觸良好，建議加大沉頭螺釘?shù)念^部尺寸，使螺釘頭接觸面積增大，加強(qiáng)緊固作用，以防帶表卡尺受振動后螺釘松動。

（3）控制尺框相對尺身寬度方向的擺動量，提高相關(guān)零件的加工質(zhì)量。

（4）擰緊各部位緊固螺釘，無滑牙現(xiàn)象，加強(qiáng)裝配工人的責(zé)任心教育。

經(jīng)過整改及實(shí)施以后，帶表卡尺的裝配品質(zhì)得到了顯著提高，一次交檢合格率達(dá)到了95％以上，提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

通過針對帶表卡尺綜合精度的品質(zhì)分析，找出問題，并根據(jù)問題制定相應(yīng)措施，經(jīng)過落實(shí)，取得了良好的效果。

[1]計(jì)量測試技術(shù)手冊編委.計(jì)量測試技術(shù)手冊第二卷[K].北京：中國計(jì)量出版社，1997.

[2]楊靖岳，周明家，邵萌梅.自測直儀[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[3]Q/GLR07-2004，桂林量具刃具有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].