[发明专利]改进的光滑极限量规设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种量具设计方法，具体地说是改进的光滑极限量规的设计方法。

背景技术

在机械制造中，工件的轴径、孔径是否符合规定的技术要求，可用通用测量器具（如卡尺）、测量仪器（如三坐标测量机）进行测量，也可以用光滑极限量规进行检验。如图1/图2中所示，光滑极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，是为方便检查产品质量而设计制作的。因其结构简单，制造容易，测量省时省力，并且可以保证工件在生产中的互换性，因此广泛应用于大批量生产中。用光滑极限量规检验零件时，只能判断零件是否在规定的检验极限范围内，而不能得出零件具体尺寸、形状和位置误差等具体数值。

制造光滑极限量规和制造其它机械零件一样，设计时规定了所必须的制造公差。国家标准GB/T 1957-2006对量规公差带的大小和位置做了具体规定。该标准中规定，量规公差采用“不超越工件极限”的分布原则，即量规的公差带完全位于被测工件的公差带之内。

图3、图4为孔和轴用工作量规尺寸公差带图。图3中，T为量规的制造公差，Z为通规公差带的中心到工件最大实体尺寸之间的距离，称为位置要素。位置要素的存在主要是为了给光滑极限量规中的通规预留一定的磨损储备，使之有一定的使用寿命。

在现行的国家标准GB/T 1957-2006的设计方法中，量规制造公差T和位置要素Z的确定原则，虽然有利于被测工件的制造，但是量规制造公差T和位置要素Z占被测工件公差的比例应仍旧较大，使部分本应该合格的产品被判废，降低了工件合格品的比例。

举例说明，对于下表1中的几个孔，根据国标GB/T 1957-2006设计的孔用光滑极限量规如表中所示。

表1  孔用光滑极限量规计算参数列表。

表1中，可以看出，按照当前我国的机械制造水平，量规制造公差T和位置要素Z所采用的公差等级较低，占被测工件公差的比例应仍旧较大。这虽然降低了量规的制造难度，但是使部分本应该合格的产品被判废，降低了工件合格品的比例。

发明内容

本发明的目的是提供可以提高合格工件比例的改进的光滑极限量具的设计方法。

本发明的技术方案是：将量规的制造精度T确定在IT2~IT4，减小量规公差带相对于工件公差带的百分比，位置要素Z决定着量规通端的使用寿命，目的是给量规通端预留一个磨损极限。在图3中，位置要素Z的最终意义就是决定着量规通端下差到被测工件最大实体尺寸之间的距离，而该距离可以用公式Z+T/2来表达。Z+T/2的取值范围为0.0016~0.002。

按照本发明设计的极限量规在不同被测工件上的应用如表2所示。

与表1相比，本发明改进的光滑极限量规设计方法，制造公差相对缩小，磨损储备适当降低，增加被测工件合格品的比例，有利于降低工件的加工成本。而且，根本不会给制造量规带来更多的加工难度，也不会增加量规的制造成本。因此，本发明的设计方法方案是可行的。

制定量规的制造公差T时，必须结合量规的使用条件和加工条件，一般来说，量规都是用合金工具钢、碳素工具钢、渗碳钢等材料制造的，测量面的硬度一般达到HRC58～65。因此选用IT2—IT4左右的制造精度是完全可以实现的，如果选用其它材料，则要结合具体的工艺特点酌情选用。

制定量规的位置要素Z时，则要考虑被测工件的材料、磨损性质、使用条件酌情选用。如果被测工件为铝制品，则量规寿命相对较长，Z就可以适当减小；如果被测工件为钢，则Z就需要适当放大。

在利用国标GB/T 1957-2006设计光滑极限量规时，一般认为被测要素是呈正态分布的。也就是说，认为绝大多数尺寸都分布在以中间值为中心的对称区域内。事实上，由于工件的实际尺寸、实际偏差、误差等都是随机量，而且不同的加工方式下，工件实际尺寸分布的特性也不一样。因此，不同的加工方式形成的实际尺寸的分布特点也不一样。

在机械零件加工过程中，比较常见的有以下两种分布规律：正态分布和直角三角形分布。利用概率和数理统计理论，分析在上述两种条件下使用本发明改进的光滑极限量规的必要性。

正态分布（normal distribution），也叫高斯分布。在技术上应用很广，许多连续随机量都遵循这个分布规律。例如，当在加工中心等自动加工机床上进行加工或用定尺寸刀具加工时，在编程过程中都是以工件中值作为编程目标的，加工出来的零件的尺寸也大多趋向于中间值。此时，工件的实际尺寸就呈正态分布。如图5所示。