铣刀半径测量器

葛新锋 晋景涛 李瑞华 董福彬

(许昌学院机电工程学院，河南 许昌461000)

随着加工技术的发展，机械加工精度也随之提高，准确而快速地对加工后工件进行测量显得越来越重要［1］。游标卡尺是机械制造行业中应用广泛的通用量具之一，它是利用游标原理进行读数的［2］。通常情况下，游标卡尺只能测量回转类工件的内径或者外径，而在机械加工工件的测量过程中，要求测量的尺寸往往不是回转类工件的内径或者外径，比如需要测量某一段水平距离，而被测量物体的两部分的末端不在同一平面上(如图1 所示)。目前市面上没有一种现成的仪器可以实现这样一段长度的测量，如果直接采用游标卡尺来测量这一段长度会造成测量的结果误差很大，直接影响企业的生产效率和成本。

由于普通的游标卡尺在对图1 所示的距离L 进行测量时得不到较为精确的测量结果。在实际生产中，这段长度是通过工人依靠其丰富的工作经验进行目测式调整铣刀刀杆的长度来保证的。这种通过调整铣刀刀杆长度来保证L 的大小的方法极易受工人经验的影响，从而导致在实际的机械加工过程中会出现加工出许多不合格的产品，造成资源的浪费和企业生产效益的降低。因此，针对这一情况，本文在游标卡尺的基础上设计了铣刀半径测量器，能准确、方便、快速地对图1 中长度L 进行精确的测量，而且操作简单，非常实用。

1 铣刀半径测量器的原理和结构

1.1 铣刀半径测量器的工作原理

要实现对L 精确的测量，需要对铣刀杆进行精确定位。目前实际生产中铣刀杆的结构有两种形式:实心锥台和空心锥台。不论是实心锥台还是空心锥台，要精确测量L 的值，都要确定锥台顶面圆心。对于实心锥台，用直径介于锥台两底面圆直径之间的空心圆柱套在实心锥台上，此时空心圆柱与实心锥台同轴，可以用空心圆柱的底面圆心作为实心锥台的圆心;对于空心锥台，用底面直径大于锥台小底面圆直径的圆锥插入到空心锥台中，此时圆锥与空心锥台同轴，可以用圆锥的底面圆心作为空心锥台的圆心。在测量过程中，只要能够定位实心锥台或者空心锥台的底面圆心就可以完成尺寸L 的精确测量。

1.2 铣刀半径测量器的结构

根据铣刀半径测量器的工作原理，铣刀半径测量器的总体结构如图2 所示，铣刀半径测量器定位头设计如图3 所示。

铣刀半径测量器主要结构包括:圆锥定位头、圆筒定位头、尺身、滑轨、紧固螺钉和止动螺钉。

1.2.1 圆锥形定位头

如图4 所示，圆锥形定位头用材料为含碳量较高的Cr13 型不锈钢〔相当于国标中的4Cr13 钢或高碳4Cri3 钢(含0.6%C)〕，其主要测量面的最低硬度为551HV(52.5HRC)。其总高度为80 mm，上半部分为一圆锥体，其高度为40 mm，下半部分为圆柱体部分，其直径为30 mm，高度为40 mm，两者为一个整体。

1.2.2 圆筒形定位头

如图5 所示，圆筒形定位头的材料为含碳量较高的Cr13 型不锈钢〔相当于国标中的4Cr13 钢或高碳4Cri3 钢(含0.6%C)〕，其主要测量面的最低硬度为551HV(52.5 HRC)。其总高度为80 mm，上半部分为1 外直径40 mm 内直径34 mm 的圆筒，高度为43.13 mm;下半部分为1 圆柱体，其直径为30 mm，高度为36.87 mm，两者也同为一整体。

1.2.3 尺身

如图6 所示，尺身的材料为含碳量较高的Cr13 型不锈钢〔相当于国标中的4Cr13 钢或高碳4Cri3 钢(含0.6%C)〕，其主要测量面的最低硬度为551HV(52.5 HRC)。其横断面为凹字形，总长度为400 mm，宽度为6 mm，高度为30 mm。此外，尺身上有总长为200 mm的刻度供读数使用。

1.2.4 滑轨

如图7 所示，滑轨的材料为含碳量较高的Cr13 型不锈钢〔相当于国标中的4Cr13 钢或高碳4Cri3 钢(含0.6%C)〕，其主要测量面的最低硬度为551HV(52.5HRC)。其总高度为70 mm，长度为70 mm，宽度为10 mm。其尺身以上的高度为35 mm。滑轨顶部右边为半径10 mm 的倒圆角，其延伸下的部分为半径10 mm 的倒圆角。在滑轨上有一直径为2 mm 的螺纹孔，用来锁定滑轨。

2 铣刀半径测量器的使用方法

2.1 圆锥型铣刀半径测量器测量方法

圆锥型定位头铣刀半径测量器的测量方法:使圆锥形铣刀半径测量器定位头插入到主轴铣刀杆末端的小孔内，使两者形成紧密配合，然后滑动滑轨，使其与铣刀刀尖相接触，并尽量能接触的紧密一些，以便能够减小测量过程中的误差。此时，滑轨上刻度线的某一刻度会与主尺上的某一刻度对齐，这时所重合的格数乘以最小分度值即为滑轨上的读数，再以滑轨上的零刻度线为基准在主尺上读取整毫米数，最后读取的整毫米数与滑轨上的读数之和即为此次测量的数值。

2.2 圆筒型铣刀半径测量器测量方法

圆筒型定位头铣刀半径测量器的测量方法:使铣刀半径测量器定位头套住所要测量的刀杆夹具的圆锥部分，使两者形成紧密配合，然后滑动滑轨，使其与铣刀刀尖的末端相接触，并尽可能地接触紧密一些，以便能够减小测量过程中的误差。此时，滑轨上刻度线上的某一刻度会与主尺上的某一刻度对齐，这时所重合的格数乘以最小分度值即为滑轨上的读数，再以滑轨上零刻度线为基准在主尺上读取整毫米数，最后读取的整毫米数与滑轨上的读数之和即为此次测量的数值。

上述两种不同结构定位头的铣刀半径测量器都能够精确地测量水平距离L。其原理基本相同，都是利用圆锥与圆筒配合形成的锥孔定位定心基准进行测量，在测量过程中，要注意眼睛视线与铣刀半径测量器上刻度示值在同一水平面内，防止因为俯视或仰视读数造成读数误差过大而影响测量精度。按照以上操作要求就可以精准地完成上述测量过程，并且能够得出准确的结果。

3 测量结果的实例验证

如图8 所示，在加工0082 型滑动套的铣中孔工序时，须保证加工后0082 型滑动套的中心孔的直径为φ81.8 mm，该道加工工序要求的加工误差不得超过0.08 mm，因此在加工过程中，铣刀刀杆的长度至关重要。

在开始加工时，先用圆锥型定位头铣刀半径测量器(或则圆筒型定位头铣刀半径测量器)对如图1 所示的铣刀头长度进行调节，并固定好，在此过程中记录测量器的测量记录，即L=81 +41 ×0.02 =81.82。亦即铣出的滑动套半径应该为81.82 mm。

使用游标卡尺测量0082 型滑动套的内径，测量结果为81.82 mm，即用圆锥型定位头铣刀半径测量器(或则圆筒型定位头铣刀半径测量器)来保证加工效果完全符合要求。

4 结语

铣刀半径测量器都是利用轴与孔配合实现定心定位，进而实现测量目的，这种定位基准准确，受人为因素影响较小。其读数原理与游标卡尺读数原理基本相同，有利于操作。铣刀半径测量器制造材料采用Cr13型不锈钢，硬度≥551 HV(52.5 HRC)。保证了铣刀半径测量器的强度和耐磨性以及测量精度。

［1］罗太景，吴杰.多功能游标卡尺的改进设计［J］. 煤矿机械，2012，33(2):180 -181.

［2］田红彬，吉炜寰. 背靠管式差压气体流量计［J］. 仪表技术与传感器，2013 (6):30 -34.

［3］董玉荣，王金文，李宝生. 管座结构设计研究［J］. 仪表技术与传感器，2013 (2):13 -15.

［4］李勇峰，张彦江，陈志勇，等.大量程 高精度超声测距仪设计［J］.仪表技术与传感器，2013 (4):28 -31.

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［6］李庆，甘罕，李文昭.空气离子测量系统的设计［J］. 仪表技术与传感器，2013 (3):64 -66.