第二节 量具
量具使用得是否合理，不但影响量具本身的精度，且直接影响零件尺寸的测量精度；如果使用不合理，可能发生质量事故，对国家造成不必要的损失。所以，必须重视量具的正确使用，对测量技术精益求精，以获得正确的测量结果，确保产品质量。
一、游标卡尺
游标卡尺是一种最常用的精密量具，具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大等特点，可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、高度、深度、角度、孔距以及齿轮的齿厚等，应用范围很广。按照测量功能不同，可以分为普通游标卡尺、深度游标卡尺和带表卡尺等，如图1-5所示；按照测量精度可以分为0.10mm、0.20mm、0.05mm、0.02mm等数种。卡尺的规格以其可以测量的最大尺寸为准，如125mm、250mm等。
图1-5 常见游标卡尺种类
（一）结构
①测量范围为0～150mm的游标卡尺，制成带有刀口形的上下量爪和带有深度尺的形式，见图1-6。
图1-6 游标卡尺的结构形式（1）
②测量范围为0～150mm和0～300mm的游标卡尺，可制成带有内外测量面的下量爪和带有刀口形的上量爪的形式，见图1-7。
图1-7 游标卡尺的结构形式（2）
③测量范围为0～200mm和0～300mm的游标卡尺，也可制成只带有内外测量面的下量爪的形式，见图1-8。而测量范围大于300mm的游标卡尺，只制成这种仅带有下量爪的形式。
图1-8 游标卡尺的结构形式（3）
游标卡尺主要由下列几部分组成。
①具有固定量爪的尺身，见图1-6。尺身上有类似钢尺一样的主尺刻度。主尺上的刻线间距为1mm。主尺的长度决定于游标卡尺的测量范围。
②具有活动量爪的尺框，见图1-7。尺框上有游标，游标卡尺的游标读数值有0.1mm，0.05mm和0.02mm三种。游标读数值，就是指使用这种游标卡尺测量零件尺寸时，卡尺上能够读出的最小数值。
③在0～125mm的游标卡尺上，还带有测量深度的深度尺，见图1-6。深度尺固定在尺框的背面，能随着尺框在尺身的导向凹槽中移动。测量深度时，应把尺身尾部的端面靠紧在零件的测量基准平面上。
④测量范围等于和大于200mm的游标卡尺，带有随尺框作微动调整的微动装置。使用时，先用固定螺钉把微动装置固定在尺身上，再转动微动螺母，活动量爪就能随同尺框作微量的前进或后退。微动装置的作用，是使游标卡尺在测量时用力均匀，便于调整测量压力，减少测量误差。
（二）读数原理和读数方法
游标卡尺的读数机构，是由主尺和游标两部分组成。当活动量爪与固定量爪贴合时，游标上的“0”刻线（简称游标零线）对准主尺上的“0”刻线，此时量爪间的距离为“0”。当尺框向右移动到某一位置时，固定量爪与活动量爪之间的距离，就是零件的测量尺寸。此时零件尺寸的整数部分，可在游标零线左边的主尺刻线上读出来，而比1mm小的小数部分，可借助游标读数机构来读出，现把三种游标卡尺的读数原理和读数方法介绍如下。
1.游标读数值为0.1mm的游标卡尺
如图1-9（a）所示，主尺刻线间距（每格）为1mm，当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，游标上的第10刻线正好指向等于主尺上的9mm，而游标上的其他刻线都不会与主尺上任何一条刻线对准。
游标每格间距=9mm÷10=0.9mm。
主尺每格间距与游标每格间距相差=1mm-0.9mm=0.1mm。
0.1mm即为此游标卡尺上游标所读出的最小数值，再也不能读出比0.1mm小的数值。
当游标向右移动0.1mm时，则游标零线后的第1根刻线与主尺刻线对准。当游标向右移动0.2mm时，则游标零线后的第2根刻线与主尺刻线对准，依此类推。若游标向右移动0.5mm，如图1-9（b）所示，则游标上的第5根刻线与主尺刻线对准。由此可知，游标向右移动不足1mm的距离，虽不能直接从主尺读出，但可以由游标的某一根刻线与主尺刻线对准时，该游标刻线的次序数乘其读数值而读出其小数值。例如，图1-9（b）的尺寸即为：5×0.1=0.5（mm）。
图1-9 游标读数原理
另有一种读数值为0.1mm的游标卡尺，如图1-10（a）所示，是将游标上的10格对准主尺的19mm，则游标每格=19mm÷10=1.9mm，使主尺2格与游标1格相差=2-1.9=0.1（mm）。这种增大游标间距的方法，其读数原理并未改变，但使游标线条清晰，更容易看准读数。
在游标卡尺上读数时，首先要看游标零线的左边，读出主尺上尺寸的整数是多少毫米，其次是找出游标上第几根刻线与主尺刻线对准，该游标刻线的次序数乘其游标读数值，读出尺寸的小数，整数和小数相加的总值，就是被测零件尺寸的数值。
在图1-10（b）中，游标零线在2mm与3mm之间，其左边的主尺刻线是2mm，所以被测尺寸的整数部分是2mm，再观察游标刻线，这时游标上的第3根刻线与主尺刻线对准。所以，被测尺寸的小数部分为3×0.1=0.3（mm），被测尺寸即为2+0.3=2.3（mm）。
2.游标读数值为0.05mm的游标卡尺
如图1-10（c）所示，主尺每小格1mm，当两爪合并时，游标上的20格刚好等于主尺的39mm，则游标每格间距=39mm÷20=1.95mm。
主尺2格间距与游标1格间距相差=2-1.95=0.05（mm）。
0.05mm即为此种游标卡尺的最小读数值。同理，也有用游标上的20格刚好等于主尺上的19mm，其读数原理不变。在图1-10（d）中，游标零线在32mm与33mm之间，游标上的第11格刻线与主尺刻线对准。所以，被测尺寸的整数部分为32mm，小数部分为11×0.05=0.55（mm），被测尺寸为32+0.55=32.55（mm）。
3.游标读数值为0.02mm的游标卡尺
图1-10（e）所示，主尺每小格1mm，当两爪合并时，游标上的50格刚好等于主尺上的49mm，则游标每格间距=49mm÷50=0.98mm。
主尺每格间距与游标每格间距相差=1-0.98=0.02（mm）。
0.02mm即为此种游标卡尺的最小读数值。
在图1-10（f）中，游标零线在123mm与124mm之间，游标上的11格刻线与主尺刻线对准。所以，被测尺寸的整数部分为123mm，小数部分为11×0.02=0.22（mm），被测尺寸为123+0.22=123.22（mm）。
图1-10 游标零位和读数举例
我们希望直接从游标尺上读出尺寸的小数部分，而不要通过上述的换算，为此，把游标的刻线次序数乘其读数值所得的数值，标记在游标上，这样使读数就方便了。
（三）注意事项
使用游标卡尺测量零件尺寸时，必须注意下列几点。
①测量前应把卡尺揩干净，检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损，把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。这个过程称为校对游标卡尺的零位。
②移动尺框时，活动要自如，不应过松或过紧，更不能有晃动现象。用固定螺钉固定尺框时，卡尺的读数不应有所改变。在移动尺框时，不要忘记松开固定螺钉。
③当测量零件的外尺寸时，卡尺两测量面的连线应垂直于被测量表面，不能歪斜。测量时，可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置，如图1-11所示，否则，量爪若在如图所示的错误位置上，将使测量结果比实际尺寸要大；先把卡尺的活动量爪张开，使量爪能自由地卡进工件，把零件贴靠在固定量爪上，然后移动尺框，用轻微的压力使活动量爪接触零件。如卡尺带有微动装置，此时可拧紧微动装置上的固定螺钉，再转动调节螺母，使量爪接触零件并读取尺寸。决不可把卡尺的两个量爪调节到接近甚至小于所测尺寸，把卡尺强制地卡到零件上去。这样做会使量爪变形，或使测量面过早磨损，使卡尺失去应有的精度。
图1-11 测量外尺寸时正确与错误的位置
测量沟槽时，应当用量爪的平面测量刃进行测量，尽量避免用端部测量刃和刀口形量爪去测量外尺寸。而对于圆弧形沟槽尺寸，则应当用刃口形量爪进行测量，不应当用平面形测量刃进行测量。
测量沟槽宽度时，也要放正游标卡尺的位置，应使卡尺两测量刃的连线垂直于沟槽，不能歪斜，否则，量爪若在错误的位置上，也将使测量结果不准确（可能大也可能小）。
④当测量零件的内尺寸时，见图1-12，要使量爪分开的距离小于所测内尺寸，进入零件内孔后，再慢慢张开并轻轻接触零件内表面，用固定螺钉固定尺框后，轻轻取出卡尺来读数。取出量爪时，用力要均匀，并使卡尺沿着孔的中心线方向滑出，不可歪斜，免使量爪扭伤、变形和受到不必要的磨损，使尺框走动，影响测量精度。
图1-12 内孔的测量方法
卡尺两测量刃应在孔的直径上，不能偏歪。图1-13所示为带有刀口形量爪和带有圆柱面形量爪的游标卡尺在测量内孔时正确的和错误的位置。当量爪在错误位置时，其测量结果，将比实际孔径D要小。
图1-13 测量内孔时正确与错误的位置
⑤用下量爪的外测量面测量内尺寸时，在读取测量结果时，一定要把量爪的厚度加上去。即游标卡尺上的读数，加上量爪的厚度，才是被测零件的内尺寸。测量范围在500mm以下的游标卡尺，量爪厚度一般为10mm。但当量爪磨损和修理后，量爪厚度就要小于10mm，读数时这个修正值也要考虑进去。
⑥用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。如果测量压力过大，不但会使量爪弯曲或磨损，且量爪在压力作用下产生弹性变形，使测量的尺寸不准确（外尺寸小于实际尺寸，内尺寸大于实际尺寸）。在游标卡尺上读数时，应把卡尺水平拿着，朝着亮光的方向，使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线的歪斜造成读数误差。
⑦为了获得正确的测量结果，可以多测量几次。即在零件的同一截面上的不同方向进行测量。对于较长零件，则应当在全长的各个部位进行测量，以便获得一个比较正确的测量结果。
（四）应用举例
1.用游标卡尺测量T形槽的宽度
用游标卡尺测量T形槽的宽度，如图1-14所示。测量时将量爪外缘端面的小平面，贴在零件凹槽的平面上，用固定螺钉把微动装置固定，转动调节螺母，使量爪的外测量面轻轻地与T形槽表面接触，并放正两量爪的位置（可以轻轻地摆动一个量爪，找到槽宽的垂直位置），读出游标卡尺的读数（图1-14中用A表示）。但由于它是用量爪的外测量面测量内尺寸的，卡尺上所读出的读数A是量爪内测量面之间的距离，因此必须加上两个量爪的厚度b，才是T形槽的宽度。所以，T形槽的宽度L=A+b。
图1-14 测量T形槽的宽度
2.用游标卡尺测量孔中心线与侧平面之间的距离
用游标卡尺测量孔中心线与侧平面之间的距离L时，先要用游标卡尺测量出孔的直径D，再用刃口形量爪测量孔的壁面与零件侧面之间的最短距离，如图1-15所示。
图1-15 测量孔中心线与侧平面之间的距离
此时，卡尺应垂直于侧平面，且要找到它的最小尺寸，读出卡尺的读数A，则孔中心线与侧平面之间的距离为：
3.用游标卡尺测量两孔的中心距
用游标卡尺测量两孔的中心距有以下两种方法。一种是先用游标卡尺分别量出两孔的内径D1和D2，再量出两孔内表面之间的最大距离A，如图1-16所示，则两孔的中心距
图1-16 测量两孔的中心距
另一种测量方法，也是先分别量出两孔的内径D1和D2，然后用刀口形量爪量出两孔内表面之间的最小距离B，则两孔的中心距
二、螺旋测微器
螺旋测微器又称千分尺、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。它的一部分加工成螺距为0.5mm的螺纹，当它在固定套筒的螺套中转动时，将前进或后退，活动套筒和螺杆连成一体，其周边等分成50个分格。螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5mm的刻线去测量，不足一圈的部分由活动套管周边的刻线去测量，最终测量结果需要估读一位小数。
（一）螺旋测微器工作原理
螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此，沿轴线方向移动的微小距离，就能用圆周上的读数表示出来。
螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或后退0.5/50=0.01mm。可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺。
（二）使用方法
①使用前应先检查零点（见图1-17）：缓缓转动微调旋钮D'，使测微螺杆F和测砧A接触，到棘轮发出声音为止，此时可动尺（活动套筒）上的零刻线应当和固定套筒上的基准线（长横线）对正，否则有零误差。
图1-17 螺旋测微器
②左手持尺架C，右手转动旋钮D，使测微螺杆F与测砧A间距稍大于被测物，放入被测物，转动微调旋钮D'到夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮G使测杆固定后读数。
（三）螺旋测微器的读数方法
①先读固定刻度。
②再读半刻度，若半刻度线已露出，记作0.5mm；若半刻度线未露出，记作0.0mm。
③再读可动刻度（注意估读），记作n×0.01mm。
④最终读数结果为固定刻度+半刻度+可动刻度。
（四）螺旋测微器的注意事项
①测量时，注意要在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器。
②在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
③读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”。
④当测砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。
（五）螺旋测微器的正确使用和保养
①检查零位线是否准确。
②测量时需把工件被测量面擦干净。
③工件较大时应放在V形铁或平板上测量。
④测量前将测量杆和砧座擦干净。
⑤拧活动套筒时需用棘轮装置。
⑥不要拧松后盖，以免造成零位线改变。
⑦不要在固定套筒和活动套筒间加入普通机油。
⑧用后擦净上油，放入专用盒内，置于干燥处。
三、螺纹千分尺
螺纹千分尺是机械制造中常用的微分量具的一种，又称为插头千分尺。微分量具是机械制造中常用的精密量具，其是利用精密螺旋副进行测量，而从微分筒和固定套管上的刻度进行读数的一种机械式量具。精密螺旋副的螺距为0.5mm。由于测微螺杆的精度受到制造工艺的限制，其移动量通常为25mm。
（一）螺纹千分尺结构及原理
螺纹千分尺的结构及原理和外径千分尺相似，所不同的是螺纹千分尺的测砧可以调节，其测砧和测微螺杆的端部各有一个小孔，可以分别安装V形槽和圆锥形的可换测头。螺纹千分尺还附有一套可换测头和零位调整规，以适应不同螺距和中径测量的需要。螺纹千分尺结构如图1-18所示，常见的测头如图1-19所示。
图1-18 螺纹千分尺结构
1—尺架；2—调节螺母；3—V形测头；4—锥形测头；5—测微螺杆；6—锁紧装置；7—固定套管；8—微分筒；9—测力装置；10—校对量规
图1-19 螺纹千分尺测头
（二）测量步骤
1.用三针测量螺纹单一中径
三针法测量螺纹单一中径见图1-20。
图1-20 三针法测量螺纹单一中径
①根据被测量螺纹的螺距P及半角α/2选择合适的钢针直径：
。
②将三针放在被测螺纹的牙槽内，使千分尺的两测量面与三针接触。
③轻轻晃动被测螺纹，检查它与三针是否紧密接触，然后读取读数M。
④在不同截面多次测量，得到各截面M值。
⑤根据公式d2单一=M-3do+0.866P，计算出各处的单一中径d2单一。
⑥根据所得值d2单一，在公差带中找出其位置来，并根据泰勒原则看是否合格。
2.用大型工具显微镜测量螺距误差及半角误差
（1）测量螺距误差 首先调整仪器，调整方法如下。
①装上附件顶尖架，使两顶尖的轴心线尽可能与纵向导轨方向一致。
②调焦，将定焦杆用顶尖顶紧，移动纵、横向滑板，使定焦杆上的刀口在视场中出现，转动粗调焦手轮并微调，使刀口的像清晰而无像差为止。
③根据螺纹升角及升角的方向调整立柱的倾斜角度。
根据以上方法调整好仪器之后，即可进行测量。测量步骤如下。
①安装工件，转动纵、横工作台手柄，让工件上一边的牙型出现在视场中。
②旋转目镜分度盘手轮，使米字镜头中的中心虚线与螺纹的牙廓一侧（如左侧）相切合（用压半线法）。在纵向读数器上记下第一次读数。
③转动纵向手轮，使工作台纵向移动，并使目镜中同一虚线与工件另一牙型的同名侧牙廓相重合（记下跨过了几个螺牙），在纵向读数器上记下第二次读数。
④用同样的方法测出上面被测两牙型的另一侧面的两个读数。
⑤根据所测读数值，由公式：
Pn左=|左侧第一次读数-左侧第二次读数|
Pn右=|右侧第一次读数-右侧第二次读数|
进行计算，并由公式
计算出螺距误差对作用中径的影响。
（2）牙型半角误差的测量 牙型半角误差测量时，仪器调整与上相同，测量步骤如下。
①在调整好仪器之后，让米字线的中心虚线与牙型轮廓的左、右边缘相靠。从角度目镜中分别读出角度值，记作
、
。
②将立柱向相反方向倾斜一个螺升角，纵向手轮不动，横向移动，使螺纹另一边的牙型出现在视场中。
③用中心虚线分别与牙型槽两边的牙廓相靠，从角度目镜中读得两个角度值，记作
、
。
④数据处理。根据牙型半角对作用中径影响的四种情况的公式进行计算。