二、常用量具

（一）常用长度测量器具

1．量块

（1）量块的形状、用途及尺寸系列：量块是没有刻度的平行端面量具，也称块规，是用特殊合金钢制成的长方体，如图2-6所示。量块具有线膨胀系数小、不易变形、耐磨性好等特点。量块经过精密加工很平很光的两个平行平面，叫做测量面。两测量面之间的距离为工作尺寸L，又称标称尺寸，该尺寸具有很高的精度。量块的标称尺寸大于或等于10mm时，其测量面尺寸为35mm×9mm；标称尺寸在10mm以下时，其测量面尺寸为30mm×9mm。

量块的测量面非常平整和光洁，用少许压力推合两块量块，使它们的测量面紧密接触，两块量块就能黏合在一起。量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可用不同尺寸的量块组合成所需的各种尺寸。

量块的应用较为广泛，除了作为量值传递的媒介以外，还用于检定和校准其他量具、量仪，相对测量时调整量具和量仪的零位，以及用于精密机床的调整、精密划线和直接测量精密零件等。

在实际生产中，量块是成套使用的，每套量块由一定数量的不同标称尺寸的量块组成，以便组合成各种尺寸，满足一定尺寸范围内的测量需求。常用成套量块的级别、尺寸系列、间隔和块数如表2-1所示。

根据标准规定，量块的制造精度为五级：00、0、1、2、（3）。其中00级最高，其余依次降低，（3）级最低。此外还规定了校准级——K级。标准还对量块的检定精度规定了六等：1,2,3,4,5,6。其中1等最高，精度依次降低，6等最低。量块按“等”使用时，所根据的是量块的实际尺寸，因而按“等”使用时可获得更高的精度效应，可用较低级别的量块进行较高精度的测量。

（2）量块的尺寸组合及使用方法：为了减少量块组合的累积误差，使用量块时，应尽量减少使用的块数，一般要求不超过4～5块。选用量块时，应根据所需组合的尺寸，从最后一位数字开始选择，每选一块应使尺寸数字的位数减少一位，依此类推，直至组合成完整的尺寸。如要组成38.935mm的尺寸，选择组合量块时，最后一位数字为0.005，因而可采用83块一套或38块一套的量块。

①若采用83块一套的量块，则有：

共选取四块，尺寸分别为：1.005mm、1.43mm、6.5mm和30mm。

②若采用38块一套的量块，则有：

共选取五块，其尺寸分别为：1.005mm、1.03mm、1.95mm和30mm。可以看出，采用83块一套的量块要好些。

量块是一种精密量具，其加工精度高，价格也较高，使用时不能碰伤和划伤其表面，特别是测量面。量块选好后，在组合前先用航空汽油或苯洗净表面的防锈油，并用鹿皮或软绸将各面擦干，然后用推压的方法将量块逐块研合。在研合时应保持动作平稳，以免测量面被量块棱角划伤。要防止腐蚀性气体侵蚀量块。不得用手接触测量面，以免影响量块的组合精度。使用后，拆开组合量块，用航空汽油或苯将其洗净擦干，并涂上防锈油，然后装在特制的木盒内。决不允许将量块结合在一起存放。

为了扩大量块的应用范围，可采用量块附件。量块附件主要有夹持器和各种量爪，如图2-7a所示。量块及其附件装配后，可测量外径、内径或作精密划线等，如图2-7b所示。

2．游标量具

（1）游标卡尺：常用游标卡尺的结构和测量指标见表2-2。

从结构图中可以看出，游标卡尺的主体是一个刻有刻度的尺身，其上有固定量爪。有刻度的部分称为尺身，沿着尺身可移动的部分称为尺框。尺框上有活动量爪，并装有游标和紧固螺钉。有的游标卡尺上为调节方便还装有微动装置。在尺身上滑动尺框，可使两量爪的距离改变，以完成不同尺寸的测量工作。游标卡尺通常用来测量内外径尺寸、孔距、壁厚、沟槽及深度等。由于游标卡尺结构简单，使用方便，因此生产中使用极为广泛。

（2）游标卡尺的刻线原理和读数方法：游标卡尺的读数部分由尺身与游标组成。其原理是利用尺身刻线间距和游标刻线间距之差来进行小数读数的。通常尺身刻线间距a为1mm，尺身刻线（n-1）格的长度等于游标刻线n格长度。常用的有n=10, n=20和n =50三种，相应的游标刻线间距，分别为0.90mm、0.95mm、0.98mm三种。尺身刻线间距与游标刻线间距之差，即i=a-b为游标读数值（游标卡尺的分度值），此时i分别为0.10mm、0.05mm和0.02mm。根据这一原理，在测量时，尺框沿着尺身移动，根据被测尺寸的大小尺框停留在某一确定的位置，此时游标上的零线落在尺身的某一刻度间，游标上的某一刻线与尺身上的某一刻线对齐，由以上二点，得出被测尺寸的整数部分和小数部分，两者相加，即得测量结果。

下面将读数的方法和步骤以图2-8为例进行说明。

图2-8a上图为读数值i=0.05mm的游标卡尺的刻线图。尺身刻线间距a=1mm，游标刻线间距b=0.95mm，游标刻线格数为20格，游标刻线总长为19mm。图2-8a下图为某测量结果。游标的零线落在尺身的10～11mm之间，因而读数的整数部分为10mm。游标的第18格的刻线与尺身的一条刻线对齐，因而小数部分值为0.05mm×18 =0.9mm。所以被测量尺寸为10mm+0.9mm=10.9mm。

图2-8b上图为读数值i=0.02mm的游标卡尺的刻线图。尺身刻线间距a=1mm，游标刻线间距b=0.98mm，游标的刻线格数为50格，游标刻线总长为49mm。图2-8b下图为某测量结果。游标的零线落在尺身的20～21mm之间，因而整数部分为20mm。游标的第一格刻线与尺身的一条刻线对齐，因而小数部分值为0.02mm×1=0.02mm。所以被测尺寸为20.02mm。

为使读数更加清晰，可把游标的刻线间距分别增大为1.90mm或1.95mm，使尺身两格与游标刻线一格的间距差为0.10mm或0.05mm，此时i=γa-b，式中的γ为游标系数。图2-8c上图为γ=2, i=0.05mm的游标卡尺的刻线图，其中a=1mm, b=1.95mm，游标格数为20格，游标刻线总长39mm。图2-8c下图为某测量结果。其整数部分为8mm，小数部分为0.05mm×12=0.60mm，因而被测尺寸为8.60mm。

（3）使用游标卡尺的注意事项：测量前要将卡尺的测量面用软布擦干净，两个量爪合拢应密不透光。如漏光严重，需进行修理。量爪合拢后，游标零线应与尺身零线对齐。如对不齐，就存在零位偏差，一般不能使用，如要使用，需加校正值。游标在尺身上滑动要灵活自如，不能过松或过紧，不能晃动，以免产生测量误差。

测量时，应使量爪轻轻接触零件的被测表面，保持合适的测量力，量爪位置要摆正，不能歪斜。

读数时，视线应与尺身表面垂直，避免产生视觉误差。

（4）游标卡尺的维护保养。

①不准把卡尺的两个量爪当扳手或划线工具使用，不准用卡尺代替卡钳、卡板等在被测件上推拉，以免磨损卡尺，影响测量精度。

②带深度尺的游标卡尺，用完后应将量爪合拢，否则较细的深度尺露在外边，容易变形，甚至折断。

③测量结束时，要把卡尺平放，特别是大尺寸卡尺，否则易引起尺身弯曲变形。

④卡尺使用完毕，要擦净并上油，放置在专用盒内，防止弄脏或生锈。

⑤不可用砂布或普通磨料来擦除刻度尺表面及量爪测量面上的锈迹和污物。

⑥游标卡尺受损后，不允许用锤子、挫刀等工具自行修理，应交专门修理部门修理，并经检定合格后才能使用。

（5）其他类型的游标量具。

①游标深度尺，主要用于测量孔、槽的深度和阶台的高度，见图2-9。

②游标高度尺，主要用于测量工件的高度尺寸或进行划线，见图2-10。

③游标齿厚尺，结构上是由两把互相垂直的游标卡尺组成，用于测量直齿、斜齿圆柱齿轮的固定弦齿厚，见图2-11。有的卡尺上还装有百分表或数显装置，成为带表卡尺或数显卡尺，见图2-12和图2-13。由于这两种卡尺采用了新的更准确的读数装置，因而减小了测量误差，提高了测量的准确性。

3．螺旋测微量具

1）外径千分尺

（1）外径千分尺的结构：外径千分尺由尺架、测微装置、测力装置和锁紧装置等组成，如图2-14所示。

图中测微螺杆由固定套管用螺钉固定在螺纹轴套上，并与尺架紧密结合成一体。测微螺杆的一端为测量杆，它的中部外螺纹与螺纹轴套上的内螺纹精密配合，并可通过螺母调节配合间隙；另一端的外圆锥与接头的内圆锥相配，并通过顶端的内螺纹与测力装置连接。当此螺纹旋紧时，测力装置通过垫片紧压接头，而接头上开有轴向槽，能沿着测微螺杆上的外圆锥胀大，使微分筒与测微螺杆和测力装置结合在一起。当旋转测力装置时，就带动测微螺杆和微分筒一起旋转，并沿精密螺纹的轴线方向移动，使两个测量面之间的距离发生变化。

千分尺测微螺杆的移动量一般为25mm，少数大型千分尺也有制成50mm的。

（2）外径千分尺的读数原理和读数方法：在千分尺的固定套管上刻有轴向中线，作为微分筒读数的基准线。在中线的两侧，刻有两排刻线，每排刻线间距为1mm，上下两排相互错开0.5mm。测微螺杆的螺距为0.5mm，微分筒的外圆周上刻有50等分的刻度。当微分筒转一周时，螺杆轴向移动0.5mm。如微分筒只转动一格时，则螺杆的轴向移动为0.5/50 =0.01mm，因而0.01mm就是千分尺的分度值。

读数时，从微分筒的边缘向左看固定套管上距微分筒边缘最近的刻线，从固定套管中线上侧的刻度读出整数，从中线下侧的刻度读出0.5mm的小数，再从微分筒上找到与固定套管中线对齐的刻线，将此刻线数乘以0.01mm就是小于0.5mm的小数部分的读数，最后把以上几部分相加即为测量值。如读出图2-15中外径千分尺所示读数时，从图2-15a中可以看出，距微分筒最近的刻线为中线下侧的刻线，表示0.5mm的小数，中线上侧距微分筒最近的为7mm的刻线，表示整数，微分筒上的35的刻线对准中线，所以外径千分尺的读数为7mm+0.5mm+0.01mm×35=7.85mm。

从图2-15b中可以看出，距微分筒最近的刻线为5mm的刻线，而微分筒上数值为27的刻线对准中线，所以外径千分尺的读数为5mm+0.01mm×27=5.27mm。

（3）外径千分尺的使用方法：测量之前，转动千分尺的测力装置上的棘轮，使两个测量面合拢，检查测量面间是否密合，同时观察微分筒上的零线与固定套管的中线是否对齐，如有零位偏差，应进行调整。调整的方法是：先使砧座与测微螺杆的测量面合拢，然后利用锁紧装置将测微螺杆锁紧，松开固定套管的紧固螺钉，再用专用扳手插入固定套管的小孔，转动固定套管使其中线对准微分筒刻度的零线，然后拧紧紧固螺钉。如果零位偏差是由于微分筒的轴向位置相差较远所致，可将测力装置上的螺母松开，使压紧接头放松，轴向移动微分筒，使其左端与固定套管上的零刻度线对齐，并使微分筒上的零刻度线与固定套管上的中线对齐，然后旋紧螺母，压紧接头，使微分筒和测微螺杆结合成一体，再松开测微螺杆的锁紧装置。

测量时先用手转动千分尺的微分筒，待测微螺杆的测量面接近工件被测表面时，再转动测力装置上的棘轮，使测微螺杆的测量面接触工件表面，听到2～3声“咔咔”声后即停止转动，此时已得到合适的测量力，可读取数值。不可用手猛力转动微分筒，以免使测量力过大而影响测量精度，严重时还会损坏螺纹传动副。

使用时，千分尺的测微螺杆的轴线应垂直零件被测表面，读数时最好不从工件上取下千分尺，如需取下读数时，应先锁紧测微螺杆，然后再轻轻取下，以防止尺寸变动产生测量误差。读数要细心，看清刻度，特别要注意分清整数部分和0.5mm的刻线。

（4）外径千分尺的特点：外径千分尺使用方便，读数准确，其测量精度比游标卡尺高，在生产中使用广泛；但千分尺的螺纹传动间隙和传动副的磨损会影响测量精度，因此主要用于测量中等精度的零件。常用的外径千分尺的测量范围有0～25mm、25～50mm、50～75mm等多种，最大的可达2500～3000mm。

千分尺的制造精度主要由它的示值误差（主要取决于螺纹精度和刻线精度）和测量面的平行度误差决定。制造精度可分为0级和1级两种，0级精度较高。

（5）外径千分尺的维护保养。

①不能用千分尺测量零件的粗糙表面，更不能用千分尺测量正在旋转的零件。

②千分尺要轻拿轻放，不要摔碰。如受到撞击，应立即进行检查，必要时送计量部门检修。

③千分尺应保持清洁。测量完毕，用软布或棉纱等擦干净，放入盒中。长期不用的应涂防锈油。要注意勿使两个测量面贴合在一起，以免锈蚀。

④大型千分尺应平放在盒中，以免变形。

⑤不允许用砂布和金刚砂擦拭测微螺杆上的污锈。

⑥不能在千分尺的微分筒和固定套管之间加酒精、煤油、柴油、凡士林和普通机油等；不允许把千分尺浸泡在上述油类及酒精中。如发现上述物质浸入，要用汽油洗净，再涂以特种轻质润滑油。

2）其他类型千分尺简介

其他类型的千分尺的读数原理与读数方法与外径千分尺相同，只是由于用途不同，在外形和结构上有所差异。

（1）内径千分尺：内径千分尺如图2-16a所示，它用来测量50mm以上的内尺寸，其读数范围为50～63mm。为了扩大其测量范围，内径千分尺附有成套接长杆（图2-16b），连接时去掉保护螺帽，把接长杆右端与内径千分尺左端旋合，可以连接多个接长杆，直到满足需要为止。

（2）深度千分尺：深度千分尺如图2-17所示，其主要结构与外径千分尺相似，只是多了一个基座而没有尺架。深度千分尺主要用于测量孔和沟槽的深度及两平面间的距离。在测微螺杆的下面连接着可换测量杆，测量杆有四种尺寸，测量范围分别为：0～25mm、25～50mm、50～75mm和75～100mm。

（3）螺纹千分尺：螺纹千分尺如图2-18所示，主要用于测量螺纹的中径尺寸，其结构与外径千分尺基本相同，只是砧座与测量头的形状有所不同，其附有各种不同规格的测量头，每一对测量头用于一定的螺距范围，测量时可根据螺距选用相应的测量头。测量时，V形测量头与螺纹牙型的凸起部分相吻合，锥形测量头与螺纹牙型沟槽部分相吻合，从固定套管和微分筒上可读出螺纹的中径尺寸。

（二）常用角度测量器具

1．万能角度尺

万能角度尺是用来测量工件内外角度的量具。按其游标读数值（即分度值）可分为2＇和5＇两种；按其尺身的形状不同可分为圆形和扇形两种。以下仅介绍读数值为2＇的扇形万能角度尺的结构、刻线原理、读数方法和测量范围。

（1）万能角度尺的结构：如图2-19所示，万能角度尺由尺身、角尺、游标、制动器、扇形板、基尺、直尺、夹块、捏手、小齿轮和扇形齿轮等组成。游标固定在扇形板上，基尺和尺身连成一体。扇形板可以与尺身作相对回转运动，形成和游标卡尺相似的读数机构。角尺用夹块固定在扇形板上，直尺又用夹块固定在角尺上。根据所测角度的需要，也可拆下角尺，将直尺直接固定在扇形板上。制动器可将扇形板和尺身锁紧，便于读数。

测量时，可转动万能角度尺背面的捏手，通过小齿轮转动扇形齿轮，使尺身相对扇形板产生转动，从而改变基尺与角尺或直尺间的夹角，满足各种不同情况下，测量的需要。

（2）万能角度尺的刻线原理及读数。万能角度尺的尺身刻线每格为1°，游标刻线将对应于尺身上29°的弧长等分为30格，如图2-20a所示，即游标上每格所对应的角度为，因此尺身1格与游标上1格相差，即万能角度尺的读数值（分度值）为2＇。

万能角度尺的读数方法和游标卡尺相似，即先从尺身上读出游标零刻度线指示的整度数。再判断游标上的第几格的刻线与尺身上的刻线对齐，就能确定角度“分”的数值，然后将两者相加，就是被测角度的数。

在图2-20b中，游标上的零刻度线落在尺身上69°～70°之间，因而该被测角度的“度”的数值为69°；游标上第21格的刻线与尺身上的某一刻度线对齐，因而被测角度的“分”的数值为2＇×21=42＇。所以被测角度的数值为69°42＇。利用同样的方法，可以得出图2-20c中的被测角度的数值为34°8＇。

（3）万能角度尺的测量范围：由于角尺和直尺可以移动和拆换，因而万能角度尺可以测量0°～320°间的任何大小的角度，如图2-21所示。

图2-21a图为测量0°～50°角时的情况，被测工件放在基尺和直尺的测量面之间，此时按尺身上的第一排刻度读数。

图2-21b图为测量50°～140°角时的情况，此时应将角尺取下来，将直尺直接装在扇形板的夹块上，利用基尺和直尺的测量面进行测量，按尺身上的第二排刻度表示的数值读数。

图2-21c图为测量140°～230°角时的情况，此时应将直尺和角尺上固定直尺的夹块取下，调整角尺的位置，使角尺的直角顶点与基尺的尖端对齐，然后把角尺的短边和基尺的测量面靠在被测工件的被测量面上进行测量，按尺身上第三排刻度所示的数值读数。

图2-21d图为测量230°～320°角时的情况，此时将角尺、直尺和夹块全部取下，直接用基尺和扇形板的测量面对被测工件进行测量，按尺身上第四排刻度所示的数值读数。万能角度尺的维护、保养方法与游标卡尺的维护、保养基本相同。

2．正弦规

（1）正弦规的工作原理和使用方法。正弦规的结构简单，主要由主体工作平板和两个直径相同的圆柱组成，如图2-22所示。为了便于被检工件在平板表面上定位和定向，所以装有侧挡板和后挡板。

正弦规两个圆柱中心距精度很高，中心距100mm的极限偏差为±0.003mm或±0.002mm，同时工作平面的平面度精度，以及两个圆柱的形状精度和它们之间的相互位置精度都很高。因此，可以作精密测量用。

使用时，将正弦规放在平板上，一圆柱与平板接触，而另一圆柱下垫量块组，使正弦规的工作平面与平板间形成一角度。从图2-23可以看出：

式中：α——正弦规放置的角度；

h——量块组尺寸；

L——正弦规两圆柱的中心距。

图2-23是用正弦规检测圆锥塞规的示意图。用正弦规检测圆锥塞规时，首先根据被检测的圆锥塞规的基本圆锥角，由h=L sin α算出量块组尺寸并组合量块，然后将量块组放在平板上与正弦规一圆柱接触，此时正弦规主体工作平面相对于平板倾斜α角。放上圆锥塞规后，用千分表分别测量被测圆锥上a、b两点。a、b两点读数之差n与a、b两点距离l（可用直尺量得）之比即为锥度偏差Δc，并考虑正负号，即

式中：n、l的单位均取毫米（mm）。

锥度偏差乘以弧度对秒的换算系数后，即可求得圆锥角偏差，即

Δα=2Δc×105

式中：Δα的单位为（″）。

用此法也可测量其他精密零件的角度。

（2）正弦规的结构形式和基本尺寸。正弦规的结构形式分为窄型和宽型两类，每一类型又按其主体工作平面长度尺寸分为两类，正弦规常用的精度等级为0级和1级，其中0级精度为高。正弦规的基本尺寸如表2-3所示。

3．水平仪

（1）水平仪的用途：水平仪是测量被测平面相对水平面的微小倾角的一种计量器具，常用来检测工件表面或设备安装的水平情况。还可以检测导轨、平尺、平板等的直线度和平面度误差，以及测量两工作面的平行度和工作面相对于水平面的垂直度误差等，磨工常用它校正砂轮平衡架的水平。

（2）水平仪的分类。

①条式水平仪：条式水平仪的外形如图2-24所示。它由主体、盖板、水准器和调零装置组成。在测量面上刻有V形槽，以便放在圆柱形的被测表面上测量。图a中的水平仪的调零装置在一端，而图b中的调零装置在水平仪的上表面，因而使用更为方便。条式水平仪工作面的长度有200mm和300mm两种。

②框式水平仪：框式水平仪的外形如图2-25所示。它由横水准器、主体把手、主水准器、盖板和调零装置组成。它与条式水平仪的不同之处在于：条式水平仪的主体为一条形，而框式水平仪的主体为一框形。框式水平仪除有安装水准器的下测量面外，还有一个与下测量面垂直的侧测量面，因此框式水平仪不仅能测量工件的水平表面，还可用它的侧测量面与工件的被测表面相靠，检测其对水平面的垂直度。框式水平仪的框架规格有150mm×150mm、200mm×200mm、250mm×250mm和300mm×300mm等几种，其中200mm×200mm最为常用。

③合像水平仪：合像水平仪主要由水准器、放大杠杆、测微螺杆和光学合像棱镜等组成，如图2-26a、图2-26b所示。

合像水平仪的水准器安装在杠杆架的底板上，它的位置可用微动旋钮通过测微螺杆与杠杆系统进行调整。水准器内的气泡，经三个不同位置的棱镜反射至观察窗放大观察（分成两半合像）。当水准器不在水平位置时，气泡A、B两半不对齐，当水准器在水平位置时，气泡A、B两半就对齐，如图2-26c所示。

使用读数值为0.01mm/1000mm的光学合像水平仪时，先将水平仪放在工件被测表面上，此时气泡A、B一般不对齐，用于转动微分盘的旋钮，直到两半气泡完全对齐为止。此时表示水准器平行水平面，而被测表面相对水平面的倾斜程度就等于水平仪底面对水准器的倾斜程度，这个数值可从水平仪的读数装置中读出。读数时，先从刻度窗口读出毫米数，此1格表示1000mm长度上的高度差为1mm，再看微分盘刻度上的格数，每1格表示1000mm长度上的高度差为0.01mm，将两者相加就得所需的数值。例如窗口刻度中的示值为1mm，微分盘刻度的格数是16格，其读数就是1.16mm，即在1000mm长度上的高度差为1.16mm。

如果工件的长度不是1000mm，而是1mm，则在1mm长度上的高度差为：

1000mm长度上的高度差×

合像水平仪主要用于精密机械制造中，其最大特点是使用范围广，测量精度较高，读数方便、准确。