第7章模具零件常用的测量工具Word下载.docx
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4）轮廓样板常常用于常规机械加工前，在复杂型面（压铸模、塑料模）上的划线，也可以用于钳工装配修调模具镶块的检验。
7.1.2模具检验常用的样形
1.样型和样架
用于大型曲面零件制造的大型覆盖件冷冲压模具的工作部分，大多由三维曲面构成，表面粗糙度及精度（特别是汽车外覆盖件的形状精度）等级要求均较高，加工时需采用样型和样架等专用检验工具配合加工。
样型实际上是一种检验的模型。
1）主模型主模型是一些复杂三维曲面冲压件设计、加工、检验的原始依据。
他可用于检验像生产汽车覆盖件的模具、夹具、以及检验断面形状的样板、立体样箱，或直接检验冲压样件等。
主模型的结构为优质木材或塑料制作制作成的覆盖件内表面形状，并以一定的基准面装配在特制的主架上，构成主模型。
在主模型上划有x、y、z三方向的坐标线，表示覆盖件在制品上的位置（如是汽车覆盖件则表示其在汽车坐标系中的位置），塑料主模型与木质主模型相比，在长期的保存和使用期间变形小、保管简单，但制造过程较复杂。
一种大型覆盖件零件，需要数套冲模冲压而成。
如汽车覆盖件，完成一个制件的加工平均不同性质的模具要四套（拉深、修边、翻边、冲孔），而这些模具的形状要符合同一主模型，所以，主模型用以进行翻制工艺模型、样板及最后检验，主模型与样板的派生关系如图7.1.1所示。
数据采集产品逆向
0mm、1mm、3mm面工艺处理制成检具
主模型数字元化模型翻边展开、工艺补充加工工艺主模型投影样板样箱
（游离模型）
样架
图7.1.1典型汽车覆盖件主模型与样板的关系
2）工艺主模型在覆盖件的主模型上补充了翻边展开线（修边线）以外的形状（工艺补充部分），同时按冲模设计的冲压方向改装基准面，即为工艺主模型。
工艺主模型的工艺补充部分上划有冲模中心线。
工艺主模型是覆盖件冲模制造中所用的各种模型和样板的母模，同时还可作凸模和压边圈仿形加工的靠模。
3）样架样架即研修模型，是检验凸模立体形面与工艺主模型的一致性的量具，还可作凹模的仿铣靠模。
其结构与工艺主模型（凸模）形状相反，尺度相等而成凹型。
材料采用变形小、强度高、易复制型面的塑料（玻璃钢）或低熔点合金。
4）投影样板和断面样板投影样板是根据所测零件有关轮廓投影到平面上的形状和尺寸制造的。
用于凸模（型芯）外轮廓和凹模（型腔）内轮廓加工时的划线、检验及修磨。
5）立体样板立体样板主要用于覆盖件控制修边模的曲面形状和尺寸。
2.检具
它一般是塑料材质，在汽车、拖拉机等领域广泛应用。
利用主模型（或数字元化的游离模型）加工出来的。
用于检测制件的制造公差、装配状态等工艺内容。
分为：
单件检具、分总成检具、总成检具，前者检测单个制件的加工状态，后二者检测各个制件之间的装配状态。
7.2模具检验的专用量具和常规量具
一般来讲，模具属于单件生产，但它涉及的零部件繁多，装配复杂，从生产实际和测量成本来讲，尽量采用常规测量工具。
7.2.1尺寸精度的常规测量工具
1.游标量具
这是最为常用的长度测量工具，他综合了卡钳和钢尺的功能。
测量时，量值的整数部分从本尺上读出，小数部分从游标尺上读出。
是利用光标原理（主尺上的刻线间距和游标尺上的线距之差）来读出小数部分。
游标量具分为游标卡尺（图7.1.1）、游标深度尺和游标高度尺。
图7.2.1游标卡尺
2．千分尺
千分尺分为机械式千分尺和电子千分尺两类。
机械式千分尺是利用精密螺纹副原理测长的掌上型通用长度测量工具。
精密螺杆在螺母中每转动一圈﹐即沿轴线移动一个螺距。
因此可用螺杆转动的角度来表示移动的距离。
测量时，转动的整圈数从固定套管上的刻度读出﹐小数部分从微分筒圆周上的50个等分刻度读出。
精密螺杆的螺距常采用0.5毫米，转动微分筒上的一个刻度，相当于精密螺杆移动0.01毫米，这就是千分尺的分度值。
采用高精度螺杆并利用游标或其它细分读数机构时，可以制成分度值为0.001毫米的千分尺。
数显千分尺也称作电子千分尺，它的原理和机械式千分尺一样，只是在测量系统中应用了光栅测长技术和集成电路等，测量结果用数字显示出来。
千分尺的品种很多，如图7.2.2。
改变千分尺测量面形状和尺架等就可以制成不同用途的千分尺﹐例如有用于测量内径﹑螺纹中径﹑齿轮公法线或深度等的千分尺。
图7..2.3所示为外径千分尺结构。
以上两种测量方法都是直接测量。
图7.2.2各种千分尺图7.2.3千分尺的结构图
3.测微仪（比较仪）
测微仪是利用相对法进行测量，图7.2.4所示为机械式比较仪。
测量时，先用量块研合组成与被测基本尺寸相等的量块组，再用此量块组使测微仪指针对零，然后换上被测工件，测微仪指针指示的即为被测尺寸的偏差值。
比较仪量程小、测量精度高，适用于精密测量。
主要用于高精度的圆柱形、球形等零件的测量。
图7.2.4比较仪的外形图图7.2.5各种极限量规
按测微仪所采用的放大原理的不同，分为机械式比较仪、光学比较仪和电学比较仪3种。
4.量规
量规是一种没有刻度的专用检验工具，它的制造精度很高，量规的测量值是确定的，不可调。
也就是说，某一量规只能测零件某一尺寸特征，用量规检验零件时，可判断零件是否在规定的检验极限范围内，而不能得出零件的尺寸、形状和位置误差的具体数值。
但它的结构简单、使用方便、可靠、检验效率高。
测量孔径、轴径的量规称为光滑极限量规；
检验孔径的量规为塞规；
检验轴径的量规为卡规或环规，如图7.2.5所示。
测量高度、深度及长度尺寸的量规分别称为高度量规、深度量规及长度量规，统称为直线尺寸量规。
量规的一端按被检验零件的最小实体尺寸制造称为止规，标记为Z0；
量规的另一端按被检验零件的最大尺寸制造称为通规，标记为T0
。
直线尺寸量规只控制被检工件的极限尺寸，通常用于检验精度较低的一般尺寸或粗加工尺寸。
测量时采用目测比较、接触感觉及缝隙透光等方法判断被测零件尺寸是否合格。
带表式直线尺寸量规用读数装置（如百分表等）指针摆动的摆动范围确定被测零件尺寸是否合格。
5.塞尺
由一组具有不同厚度级差的不锈钢制造的薄钢片组成的量规。
塞尺用于测量间隙尺寸。
在检验被测尺寸是否合格时，可以用通止法判断，也可由检验者根据塞尺与被测表面配合的松紧程度来判断。
塞尺一般最薄的为0.02毫米；
最厚的为3毫米。
图7.2.6为塞尺的示意图。
图7.2.6塞尺图7.2.7成套量块
6.量块
对于一些精密模具在制造过程中测量，测量设备往往不能到达标称的精度要求时，需要专用检定测量设备，量块就是经常用到的检定设备。
它的两平行平面间具有准确尺寸、横截面为矩形或方形，也称块规。
两平行平面称为测量面。
测量面表面粗糙度很低，Ra≦0.016微米，因此具有良好的研合性。
一量块与另一量块的测量面相互推合后，彼此间能紧密粘合。
利用这种特性可把不同尺寸的量块组合在一起使用、例如91块的成套量块能组成2～100毫米间﹑单位为微米的任何尺寸。
量块用轴承钢制造，最薄的一般为0.5毫米，最厚的为1000毫米。
块是长度测量系统中的标准仪器，用于检定低一等的量块、千分尺、卡尺、比较仪和一些光学测量仪等，也常和比较仪一起利用相对法测量工件尺寸。
量块和量块附件在一起可以组成不同尺寸用以检验一些内、外尺寸，例如孔径、孔距等，配以划线爪还可进行钳工划线等工作。
7.2.2形位误差的测量工具
测量形位误差的常用仪器有水平仪、平板、测量指示表及万能表架等，也可用工具显微镜、三坐标测量机、投影仪等测量仪器。
1.水平仪
水平仪利用重力现象测量微小角度。
除了用于测量机床或其它设备导轨的直线度和工件平面的平面度外﹐也常用在安装机床或其它设备时检验其水平和垂直位置的正确与否。
水平仪主要分为水平泡式水平仪和电子水平仪两类。
水平泡式水平仪又分为钳工水平仪﹑框式水平仪﹑合像水平仪等，如图7.2.8。
水平泡是一个内壁磨成一定曲率半径的玻璃管。
管内装有粘滞系数较小的酒精、乙醚等液体，但留有一个气泡。
它随玻璃管倾斜而移动，从玻璃管上的刻度可以读出倾斜的角度。
钳工水平仪的底面是测量面，它仅能测量被测面相对于水平面的角度偏差。
框式水平仪有两个相互垂直的测量面，因此可以在水平和垂直两个位置上测量。
合像水平仪是利用光学双像重合的方法来提高读数精度。
图7.2.8水平泡式水平仪图7.2.9电感式电子水平仪工作原理
电子水平仪如图7.2.9所示9，当测量面处于水平位置时﹐磁芯处于绕阻的中间位置﹐使电桥保持平衡。
当测量面与水平面倾斜
角时，悬有磁芯的细丝由于重力作用仍保持与水平面垂直，磁芯不处于绕阻的中间位置，电桥失去平衡而输出电感量，由指示电表指示出倾斜角
的数值。
并以数字显示或打印出误差值。
2.指示表
常用的指示表有钟表式百分表（分度值0.01mm）、钟表式千分表（分度值0.001～0.005mm）杠杆百分表（分度值0.01mm）和杠杆千分表（分度值0.002mm）等类型。
指示表是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用工具。
它常用于零件形状和位置误差以及小位移的长度测量。
改变测头形状并配以相应的支架﹐可制成百分表的变形品种,例如厚度百分表﹑深度百分表和内径百分表等。
使用打表测量，通常以平板表面模拟基准。
在进行垂直度及斜度测量时，还常通过方箱或导柱将基准面进行转换，使被测面（线）转至与测量基准平行，用测平行度方法测量。
测量时，应在整个测量面上打表，取打表读数的最大表动量为定向误差值。
7.2.3角度和锥度的测量用具
在角度和锥度的测量中，属于直接测量的测量工具有角度样板、锥度量规、万能量角器、测角仪、光学分度头、投影仪等。
用于间接测量的测量工具有正弦尺、钢球、圆柱、平板以及千分尺、指示表和万能工具显微镜等。
万能工具显微镜，可用于测量精度要求较高的角度和锥度。
1.角度样板和锥度量块
1）角度样板角度样板常用于检验螺纹车刀、成型刀具及零件上斜面或倒角等，如图7.2.10。
角度样板是用于检验外锥体，是根据被测角度的两个极限尺寸制成的，因此有通端和止端之分。
检验工件角度时，若工件在通端样板中，光隙从角顶到角底逐渐增大；
在止端样板中，光隙从角顶到角底逐渐减小，则表明角度在规定的两极限尺寸之间，被测角度合格。
图7.2.10角度样板示意图图7.2.11角度量块
2）锥度量块能在两个具有研合性的平面间形成准确角度的量规。
利用角度量块附件把不同角度的量块组成需要的角度，常用于检定角度样板和万能角度尺等，也可用于直接测量精密模具零件的角度。
图7.2.11为两种角度量块。
2.正弦尺
正弦尺是锥度测量常用量具，如图7.2.11。
利用正弦定义测量角度和锥度等的量规，也称正弦尺。
它主要由一钢制长方体和固定在其两端的两个相同直径的钢圆柱体组成。
两圆柱的轴心线距离L一般为100㎜或200㎜。
按sin
＝H/L计算被测角度的公称角度，式中H为量块组尺寸。
根据测微仪在两端的示值之差可求得被测角度的误差。
正弦规常用于测量小于45°
的角度。
图7.2.11利用正弦尺测量圆锥量规
7.2.4表面粗糙度测量工具
为了提高模具加工的成形质量和成形极限，需要对模具零件工作表面加工后的表面质量严格控制，特别是产品成型面要求可达Ra（0.2～0.8）μm,而对于非成形面，如压边面、流道、安装面等也较高的表面粗糙度要求。
表面粗糙度的测量常用以下一些工具。
1.表面粗糙度样块
表面粗糙度样块是用比较法检查零件表面粗糙度的一种测量工具，在生产中得到广泛的应用。
机械加工后，车、铣、刨、镗工件的表面粗糙度可达Ra（0.8～6.3）μm；
经磨削后的表面粗糙度为Ra（0.1～0.8）μm；
研磨后工件的表面粗糙度可达Ra（0.012～0.1）μm。
表面粗糙度样块一般用于粗糙度较大的工件表面的近似评定。
用表面粗糙度样块确定零件表面粗糙度，是将被测零件表面与表面粗糙度样块进行比较，从而做出判断。
应用时需注意：
1）表面粗糙度样块的加工纹理方向及材料应可能与被测零件相同，否则易发生错误的判断。
2）比较法多为目测，常用于评定低和中等粗糙度值，也可借助于放大镜Ra（0.4～1.6）μm级用）、显微镜或专用的粗糙度比较显微镜进行比较（Ra0
.4μm以下）。
用表面粗糙度样板比较法测量简便易行，是实际生产中的主要测量手段。
缺点是精度较差，只能作定性分析比较，评定可靠性受检验人员经验影响。
2.双管显微镜（光切显微镜）（图7.2.12）
双管显微镜是根据光切法原理测量表面粗糙度的仪器，一般按Rz（也可按Rmax）评定Rz（50～1.6）μm级的表面粗糙度。
测量范围决定于物镜的倍率，对大型模具零件与内表面的粗糙度，可采用印模法复制被测表面模型，再用双管显微镜进行测量。
图7..2.12光切显微镜
1-底座；
2-工作台紧固螺丝；
3、20-工作台纵横百分尺；
4-工作台；
5-V形块；
6-观察管；
7-目镜测微计；
8-紧固螺钉；
9-物镜工作距离调节手轮；
10-镜管支架；
11-支臂；
12-立柱；
13-支臂锁紧手柄；
14-支臂升、降螺母；
15-照明管；
16-物镜焦距调节环；
17-光线投射位置调节螺钉；
18、19-可换物镜
（1）原理
利用光切法测表面粗糙度的原理如图7.2.13c）所示。
光源1发出的光，通过狭缝形成一条扁平的带状光束，以45°
左右的角度投射到被测表面上，调整仪器可使此投射光束自被测表面反射后进入斜置45°
的观察光管，于是从目镜中可看到一条凹凸不平的亮带（A向视图中未打点的部分）。
此亮带即工件表面上被照亮了的狭长部分的放大轮廓。
测量出此亮带的高度H（图c）即可求出被测表面上的实际不平度高度h。
1-双标线;
2-刻度筒;
3-可动分划板;
4-固定分划板
a）目镜千分尺b光切图c光路图
图7.2.13光切原理图
（2）使用方法步骤
1）选取一对合适的物镜分别安装在两镜管的下端（对双管固定成一整体的仪器，则将物镜板插装在镜管体壳的下方）。
2）接通光源。
3）把被测件放在工作台上，若被测件不位于物镜的正下方，则调整工作台，转动支臂11进行对准。
4）调整手轮9，使显微镜徐缓下降，直至在被测表面上能看到扁平的绿色光带为止。
光带方向要与表面的加工痕迹垂直。
5）调整调节环16和调节螺钉17，使在目镜视场中央出现最窄最清晰的亮带。
6）测量。
转动目镜测微器，使目镜中十字线的水平线平行于光带轮廓的中线（估计方向），然后转动目镜测微器上的刻度套筒，使十字线的水平线分别在亮带最清晰的一边（另一边欠清晰）的基本长度l范围内，找5个最高峰点和5个最低谷点并与之相切。
读数时要注意视场内毫米刻度的变化情况。
7）计算
（7.2.1）
式中N为物镜放大倍率。
3．电动轮廓仪
电动轮廓仪（又称表面粗糙度检查仪或侧面仪）是利用针描法来测量表面粗糙度。
使用原理是将特殊的触针的针尖沿被测表面以等速读缓慢地滑行，工件表面的微观不平度使针尖上下移动，其移动量通过传感器等装置，并将信号加以放大和计算处理或记录下来。
轮廓仪按其传感器的工作原理分为电感式及压电式。
电感式轮廓仪测量精度高，带有记录装置；
压电式轮廓仪结构简单、紧凑、精度较低，一般做成直读式而不带记录装置。
图7.2.14电动轮廓仪工作原理图
图7.2.15是电感式轮廓仪实物图，一般是由传感器、驱动器、指示表、记录器、工作台等主要部件组成。
传感器端部装有金刚石触针，触针尖端曲率半径很小。
测量时，将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，驱动箱以一定的速度拖动传感器。
由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针在被测表面滑行时将产生移动，这种机械的上下移动引起传感器内电量的变化，经电子装置将这一微弱电量的变化放大，并记录得到截面放大图。
或者把信号通过适当的环节进行滤波和积分计算，由电表直接读出Ra值。
仪器还配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。
电动轮廓仪测量迅速方便，测值精度高。
图7.2.15电动轮廓仪的实物
7.3工具显微镜
万能工具显微镜是长度计量部门最常见的光学仪器之一。
可用于测量工件长度、角度、分度及形状和位置误差。
测量可按直角坐标，也可按极坐标进行。
可测量柱形、块形零件、螺纹、齿轮、锥体及曲线样板，也可测量切削刀具等。
是制造业中不可缺少的计量仪器。
7.3.1万能工具显微镜的组成及原理
1.万能工具显微镜的结构
a）工具显微镜实物b）局部放大图
图7.3.1万能工具显微镜
1-纵向微动手轮；
2、14-纵向滑台；
3-纵向读数显微镜；
4-光圈调节环；
5-横向读数显微镜；
6-立柱；
7、18-主显微镜；
8-立柱倾斜调节柄；
9、16-横向滑台；
10-顶尖座；
11-工作台；
12-底座；
13-横向微动手轮；
15、17-刻度线
万能工具显微镜有多种附件，利用这些附件可以扩大其使用范围。
最常用的附件有:
螺纹目镜、双象目镜、灵敏杠杆、测量刀、光学分度台、光学分度头及调焦棒等。
按工具显微镜的工作台的大小和可移动的距离、测量精度的高低以及测量范围的宽窄，一般分为小型，大型和万能型及重型。
它们的测量精度和测量范围不同，但基本结构、测量方法大致相同，图7.3.1为万能工具显微镜实物。
底座12上有互像垂直的纵、横向导轨。
纵向滑台2、14；
横向滑台9、16可彼此独立地沿纵、横向粗动、微动和锁紧。
纵向滑台2上装有纵向玻璃刻线尺和安放工件的玻璃工作台10，玻璃刻线尺的移动量，即被测工件移动量，可由固定在底座上的纵向读数显微镜3读出。
横向滑台9、16上装有横向刻线尺和立柱6，立柱的悬臂上装有瞄准用的主显微镜7、18。
主显微镜在横向的移动可通过横向刻线尺15、17及固定在底座上另一横向读数显微镜4读出。
被测工件放在工作台上或装在两顶针之间，由玻璃工作台下面射出一平行光束照明。
主显微镜可沿立柱升降以调整焦距，因而可由此显微镜看到被测工件的轮廓影像。
根据测量螺纹或特殊工件的需要，可使工件倾斜一定的角度，使主显微镜的轴线与被测截面相垂直，便于精确观测，其倾斜角度可以从刻度筒上读出。
图7.3.2工具显微镜的光学系统7.3.3接触瞄准系统
1-光源；
2-滤色片；
3-可变光阑；
4-反射镜；
5-聚光镜；
1-光源；
2-带双刻线分划板；
3-透镜；
6-工作台玻璃板；
7-物镜组；
8-正象棱镜；
9-保护玻璃；
4-反转镜；
5-放大物镜；
10-刻度盘；
11-米字线分划板；
12-目镜组；
13-测角读数显微镜6-主显微镜米字线分划板
主显微镜用于瞄准工件，其上部可装目镜头及投影器。
目镜头的种类包括：
测量角度、螺纹及坐标的测角目镜；
测螺纹和测圆弧的轮廓目镜；
测孔间距或对称图形的间距的双像目镜头等。
投影器可将工件影像投影在影屏上，用相对法测量，或利用工作台的移动、转动及读数显微镜测工件的尺寸。
万能工具显微镜的纵向导轨中部工作滑台可分为平工作台或圆工作台。
平工作台上有玻璃台板和T形槽，可用螺钉和压板夹紧工件；
圆工作台用于分度测量或极坐标测量。
（1）工具显微镜的瞄准机构
工具显微镜的瞄准机构用于测量时瞄准工件。
各种工具显微镜的瞄准机构常用的是显微目镜，万能工具显微镜还可采用光学接触器。
工具显微镜的目镜由玻璃分划板、中央目镜、角度读数目镜、反射镜和手轮组成。
从中央目镜可观察到分划板上的米字刻线和被测工件的轮廓影像；
从角度读数目镜中，可观察到分划板上360°
的度值刻线和固定游标的分划板0～60’的分值刻线。
转动手轮，可使米字线和度值刻线的分划板转动，其转过的角度，可在角度目镜中读出，其光学系统如图7.3.2。
万能工具显微镜还配备有以接触方式瞄准工件的光学接触器。
光学接触器可固定在主显微镜的3倍物镜上，接触器的触头与工件接触，照明光源照亮固定的、带有双刻线的分划板，双刻线影像经触头上方的反射镜、主显微镜的物镜放大成像在米字线分划板上，原理如图7.3.3所示。
当测头的位置改变时，从目镜中可读出双刻线像的位移。
光学接触器用于测量孔径、槽宽，以及端面长度、直线度、平行度等。
光学接触器的测量范围为5～200mm，可测孔的最大深度（孔径大于5mm时）约为15mm。
（2）工具显微镜纵、横向读数装置
在工具显微镜上，工作台纵、横向移动距离的读数装置常用类似千分尺的测微螺旋机构，分度值为0.01mm或0.005mm。
万能工具显微镜则一般采用阿基米得螺旋显微镜，分度值为1μm。
目前，各种类型的工具显微镜的读数装置广泛采用微电脑数显仪。
图7.3.4阿基米得螺旋线显微镜的读数图7.3.5影像法的视场示意图
阿基米得螺旋显微镜的读书方法：
在显微镜读数镜头中可看到三种刻度：
一种是毫米玻璃刻线尺上的刻度，其间距代表1mm；
一种是目镜视野中间隔为0.1m
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