第三节 内径千分尺
一、主要用途
内径千分尺适用于机械加工中测量IT10或低于IT10级工件的孔径、槽宽及两端面距等内尺寸。
二、原理及结构
1.基本原理
（1）工作原理：内径千分尺是根据螺旋副传动原理进行读数的通用内尺寸测量工具。通过螺旋传动，将被测尺寸转换为丝杆的轴向位移和微分套筒的圆周位移，从固定套筒刻度和微分套筒刻度上读取测量头和测杆测量面间的距离。
（2）刻度原理（图1-37）
刻度：①固定套筒最小刻度间隔：1格=0.5mm。
②微分套筒最小刻度间隔：1格=0.005mm。
微分套筒旋转一周，测杆轴向位移为0.5mm，即：固定套筒刻度1格。
图1-37 内径千分尺刻度原理
2.基本结构
内径千分尺主要由微分头、测量触头和各种接长杆组成。成套的内径千分尺配有调整量具，用于校对微分头零位。微分头包括测微头、锁紧装置、固定套管、微分筒、测微螺杆等结构，示值范围一般有：13mm、25mm、50mm，测量下限为50mm、75mm、100mm、150mm等，分度值为0.01mm。接长杆包括测量头、芯杆等。测量触头主要用来调整量具（卡板），如图1-38所示。
图1-38 内径千分尺基本结构
1—测量触头；2—接长杆；3—量杆；4—锁紧装置；
5—固定套管；6—微分筒；7—测微头
内径千分尺往往要接长杆使用，所以又称为接杆千分尺。内径千分尺由微分头与接长杆的不同组合得到不同的测量范围，通常是0～5000mm，最大可达10m，微分头装上接长杆组合体的示值误差与接长杆的长度有直接关系，如图1-39所示。
图1-39 微分头与接长杆基本结构
1—固定测头；2—固定套管；3—锁紧装置；4—微分筒；
5—测微螺杆；6—测微螺杆圆柱头；7—锁紧螺帽
微分头的结构原理和读数方法与外径千分尺相同。微分头的结构特点是无测力控制机构，因此由测力因素引起的测量误差会相应增大。在固定套管2的一端有螺纹，用以与接长杆连接。锁紧螺帽7将微分筒端面与测微螺杆尾部的凸缘压紧，使测微螺杆与微分筒结成一体。
3.分类
常用的内径千分尺有普通形式和杆式两种。
（1）普通内径千分尺（图1-40）又称带量爪内径千分尺，也称内测千分尺。测量孔径不大的内孔（如小于40mm）时，可用普通内径千分尺。这种千分尺与外径千分尺的不同之处在于固定套筒上的刻线方向与外径千分尺相反。这是因为当微分筒转动时，是测杆带动量爪移动。
还有一种三爪式内径千分尺（图1-41），适用于测量中小直径的精密内孔，尤其适用于测量深孔的直径。测量范围（mm）：6～8，8～10，10～12，11～14，14～17，17～20，20～25，25～30，30～35，35～40，40～50，50～60，60～70，70～80，80～90，90～100。三爪内径千分尺的零位，必须在标准孔内进行校对。
图1-40 普通内径千分尺
1—量爪；2—导向套管；3—螺母；4—盖子；5—固定螺钉；6—导向销；7—固定套管；
8—测微螺杆；9—微分螺母；10—调节螺母；11—微分筒；12—测力机构
三爪内径千分尺是利用螺旋副原理，通过旋转塔形阿基米德螺旋体或移动锥体使三个测量爪做径向位移，使其与被测内孔接触，对内孔尺寸进行读数的内径千分尺。图1-41为测量范围11～14mm的三爪内径千分尺，当顺时针旋转测力装置6时，就带动测微螺杆3旋转，并使它沿着螺纹轴套4的螺旋线方向移动，于是测微螺杆端部的方形圆锥螺纹就推动三个测量爪1作径向移动。扭簧2的弹力使测量爪紧紧地贴合在方形圆锥螺纹上，并随着测微螺杆的进退而伸缩。
图1-41 三爪内径千分尺
1—测量爪；2—扭簧；3—测微螺杆；4—螺纹轴套；5—微分筒；6—测力装置
三爪内径千分尺的方形圆锥螺纹的径向螺距为0.25mm。即当测力装置顺时针旋转一周时测量爪1就向外移动（半径方向）0.25mm，三个测量爪组成的圆周直径就要增加0.5mm。即微分筒旋转一周时，测量直径增大0.5mm，而微分筒的圆周上刻着100个等分格，所以它的读数值为0.5mm÷100=0.005mm。
（2）杆式内径千分尺（图1-42）又分为单杆式（管状）、管接式和换杆式三种。
①单杆式内径千分尺利用螺旋副原理，对主体两端球形测量面间分隔的距离进行读数，且其中一端球形测量面可调，它是不可接拆的，测量范围为50～300mm，如图1-42（a）所示。
②管接式内径千分尺是可接拆的，测量范围为50～150mm，如图1-42（b）所示。
③换杆式内径千分尺是可接拆的，测量范围为100～5000mm，它有多种长度规格，可根据工件孔的尺寸选用不同规格的接长杆，并装到千分尺上，如图1-42（c）所示。
图1-42 杆式内径千分尺
1—测微头；2、3—接长杆
（3）根据读数方式，内径千分尺还可以分为机械内径千分尺、表式内径千分尺、电子数显式内径千分尺。
①机械内径千分尺，如图1-40、图1-41所示。
②表式内径千分尺，是利用螺旋副原理，测量两球形测量面间分隔距离并由指示表读数的千分尺，如图1-43所示。
图1-43 表式内径千分尺
③电子数显式内径千分尺，利用电子测量、数字显示原理，通过液晶显示屏直接将测量数据显式出来，读数方便快捷，如图1-44所示。
图1-44 电子数显式内径千分尺
三、使用方法
1.校准
内径千分尺在使用前，一般需要进行检查，如有误差，必须加以校正，其方法步骤如下：
（1）转动活动套管，使其圆锥面上的“0”线与刻有基线的固定套管“50”刻线对齐，然后用25～50mm（或50～75mm）的外径千分尺测量其长度，检查内径千分尺本身最小长度是否等于50mm。
（2）当内径千分尺本身长度小于50mm时，可用专用扳手将固定套管的测量头拧松一些，然后再用外径千分尺检查，直至准确无误（有些内径千分尺也可以调整活动套管的测量头）。
（3）当内径千分尺安装加长量杆后，也可以用类似上述的方法进行检查、校正。
2.测量使用步骤
（1）使用前用棉丝将千分尺及标准规擦净，并用标准规校正零位。
（2）测量时，根据被测孔径，需要连接接长杆时，尽可能选用最少量的接长杆来组成所需要的尺寸，减少累计误差，同时要将尺寸最大的接杆与其测微头连接，依次顺接到测量触头，以减少连接后的轴线弯曲。连接完后反复检查连接杆是否完全拧紧。
（3）测量时应看测微头固定和松开时的变化量。
（4）用内径千分尺测量孔径时，先将千分尺调整到比被测尺寸略小一些，把千分尺放进被测孔内，左手拿住固定测头，将测头轻轻压在被测孔壁上不动，右手慢慢转动微分筒，同时使活动测头在孔的径向截面内摆动，找出最大值，如图1-45（a）中尺寸a，在孔的轴向截面内摆动，找出最小值，如图1-45（b）中尺寸b。此调整需重复进行几次，然后拧紧锁紧装置，从被测工件的孔中取出内径千分尺进行读数。径向最大值A、轴向最小值B即是被测孔径（图1-45）。
图1-45 最大最小值示意
在径向截面内没有找到最大值时，测量结果的直径要小于实际直径，在轴向截面内没找到最小值时，测出结果的直径要大于实际直径。
（5）内径千分尺测量时支承位置要正确。接长后的大尺寸内径尺重力变形，涉及直线度、平行度、垂直度等形位误差。其刚度的大小，具体可反映在“自然挠度”上。理论和实验结果表明由工件截面形状所决定的刚度对支承后的重力变形影响很大。如不同截面形状的内径尺其长度L虽相同，当支承在（2/9）L处时，都能使内径尺的实测值误差符合要求。但支承点稍有不同，其直线度变化值就较大。所以在国家标准中将支承位置移到最大支承距离位置时的直线度变化值称为“自然挠度”。为保证刚性，在我国国家标准中规定了内径尺的支承点要在（2/9）L处和在离端面200mm处，即测量时变化量最小。并将内径尺每转90°检测一次，其示值误差均不应超过要求。
对于大型内径千分尺，要合理选择支承点的数目和位置。对于1250～2500mm内径千分尺用两个支承点，分别支承在距离端面为全长的0.21L处，如图1-46（a）所示；对于2500～6000mm内径千分尺用3个支承点，其中一点支承在中间，其他两点分别位于距离端面为全长的0.1L处，如图1-46（b）所示。
图1-46 支撑点的选择示意
支承方法一般是用手扶。最好是用可调式V形支架，将支承点调至同一高度位置。测量大尺寸时，应由两人进行，一个人将固定测头紧贴孔径面的一端，活动测量头的一端应由一较熟练的工人进行操作。
（6）测量力的控制：内径千分尺无控制测量力机构，所以全凭手感控制测量力。测量时，两测量面与被测工件表面接触要轻，接触力不应超过内径千分尺本身重量引起的摩擦力，测量力要保持均匀。内径千分尺接长时，拧紧力必须适度，不要过大或过小。
3.测量实例
（1）杆式内径千分尺测量孔径，如图1-47、图1-48所示。
图1-47 杆式内径千分尺测量内孔径1
图1-48 杆式内径千分尺测量内孔径2
（2）内测千分尺测量内尺寸，仅能按量爪测量面的长度测量孔的端部直径，如图1-49所示。
图1-49 内测千分尺测量内尺寸
（3）内径千分尺测量的错误位置，如图1-50所示。
图1-50 内径千分尺测量的错误位置
4.读数方法
以微分套筒的基准线为基准读取左边固定套筒毫米数和半毫米数，即为固定套筒刻度值；再以固定套筒基准线读取微分套筒刻度线上与基准线对齐的刻度，即为微分套筒刻度值，将固定套筒刻度值与微分套筒刻度值相加，即为测量值，如图1-51所示。
图1-51 读数方法示例
5.误差分析
内径千分尺直接测量误差包括受力变形误差、温度误差和一般测量所具有的示值误差，读数瞄准误差、接触误差和测长机的对零误差。影响内径千分尺测量误差的主要因素为受力变形误差、温度误差。
五、维护保养与注意事项
1.测量时必须注意温度的影响，在测量过程中避免测量过程时间过长和用手大面积接触内径千分尺。尤其是大尺寸测量时要特别注意。
2.由于内径千分尺没有测力装置，要掌握好测力的大小。要刚好接触到被测表面，避免旋转力过大损坏千分尺或造成很大误差。
3.用内径千分尺测量孔径时，被测表面必须擦拭干净，同时每一截面至少要在相互垂直的两个方向上进行，深孔要适当增加截面数量。
4.为了提高测量精度，应考虑内径千分尺修正量的使用。
5.正确读数，要正视量具读数装置，不能斜视。
6.避免高温和阳光直接辐射，经常维护，应防磁、防锈、非计量人员严禁拆卸或调整量具。
7.对于较大尺寸测量，测量时应在全长尺寸两端的0.21L处安装支承，这样可以使千分尺的变形量最小，以减小测量误差。
8.测量完成后，内径千分尺应垫平放置或垂直吊挂，以免尺体变形。不可斜靠或两端搁置中间悬空。工作完毕用汽油擦干净放入盒中。
9.应按规定定期送计量部门进行检定，合格方可使用。