เครื่องคำนวณสามลวด

วิธีวัดเกลียวด้วยลวดสามเส้นทำงานอย่างไร?

วิธีสามลวด (three-wire method) เป็นวิธีวัดเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ของเกลียวที่แม่นยำที่สุดโดยไม่ต้องใช้เกจเกลียวเฉพาะทาง ลวดความเที่ยงตรงสูงสามเส้นที่ทราบเส้นผ่านศูนย์กลางถูกวางในร่องเกลียว — สองเส้นด้านหนึ่งและหนึ่งเส้นด้านตรงข้าม — แล้ววัดขนาดคร่อมลวด (measurement over wires, MOW) ด้วยไมโครมิเตอร์ จากนั้นคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์จาก MOW และเส้นผ่านศูนย์กลางลวด

ขนาดลวดที่ดีที่สุด (best wire size) สัมผัสด้านข้างเกลียวที่แนวเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์พอดี ให้ความไวสูงสุดต่อการแปรผันของเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ สำหรับเกลียวเมตริกและเกลียวยูนิไฟด์ 60°: ลวดที่ดีที่สุด = 0.57735 × พิตช์ การใช้ลวดที่เล็กหรือใหญ่เกินไปยังใช้งานได้ แต่จะเกิดความคลาดเคลื่อนจากมุมเกลียว (helix angle) และมุมด้านข้างเกลียวที่ต้องใช้ค่าแก้

วิธีนี้สอบกลับได้ถึงมาตรฐานความยาวปฐมภูมิ (เกจบล็อกและลวดได้รับการสอบเทียบ) และไม่ขึ้นกับการสึกหรอของเกจเกลียว เป็นวิธีอ้างอิงสำหรับสอบเทียบเกจวงแหวนและเกจปลั๊กเกลียว ตามที่กำหนดใน ASME B1.2 และ ISO 1502 ความแม่นยำระดับ ±2 μm ทำได้ด้วยเทคนิคที่ถูกต้อง

Formula: ขนาดลวดที่ดีที่สุด = P / (2 × cos(α/2)) = 0.57735 × P (สำหรับเกลียว 60°) MOW = เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ + 3 × เส้นผ่านศูนย์กลางลวด − 0.86603 × P เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ = MOW − 3W + 0.86603 × P (สำหรับมุมเกลียว 60°, W = เส้นผ่านศูนย์กลางลวด, P = พิตช์)

ตัวอย่างการคำนวณ

เกลียว M20×2.5 (มุม 60°): ลวดที่ดีที่สุด = 0.57735 × 2.5 = 1.443 mm (ใช้ลวด 1.45 mm) เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ระบุ = 18.376 mm MOW = 18.376 + 3 × 1.45 − 0.86603 × 2.5 = 18.376 + 4.35 − 2.165 = 20.561 mm MOW ที่วัดได้ = 20.555 mm → เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์จริง = 20.555 − 4.35 + 2.165 = 18.370 mm

เมื่อใดควรใช้เครื่องคำนวณนี้

• ตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ของเกลียวความเที่ยงตรงสูงระหว่างการผลิต — วิธีสามลวดเป็นเทคนิคการวัดหน้างานที่แม่นยำที่สุด
• สอบเทียบเกจวงแหวนเกลียวและเกจปลั๊กเกลียว — วิธีลวดเป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับการสอบเทียบเกจ
• วัดเกลียวพิเศษหรือเกลียวนอกมาตรฐานที่ไม่มีเกจเกลียวเชิงพาณิชย์จำหน่าย
• ทวนสอบคุณภาพเกลียวในห้องปฏิบัติการมาตรวิทยาพร้อมความไม่แน่นอนของการวัดที่สอบกลับได้

ข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

• ใช้ลวดที่ต่างจาก 'ขนาดที่ดีที่สุด' อย่างมีนัยสำคัญ — ขนาดลวดที่ไม่เหมาะสมก่อความคลาดเคลื่อนจากมุมเกลียวที่ต้องใช้ค่าแก้ที่ซับซ้อน
• ไม่วัดเส้นผ่านศูนย์กลางลวดจริงก่อนใช้ — การสมมติขนาดลวดระบุเพิ่มความไม่แน่นอนของการวัด ให้ตรวจด้วยไมโครมิเตอร์ถึง ±1 μm เสมอ
• ใช้แรงวัดมากเกินไป — แรงไมโครมิเตอร์มาตรฐาน (5-10 N) อาจกดลวดให้จมเข้าด้านข้างเกลียว โดยเฉพาะเกลียวละเอียดที่ใช้ลวดเล็ก
• ละเลยผลของอุณหภูมิ — ควรวัดที่อุณหภูมิมาตรฐาน 20°C การเบี่ยงเบน 1°C บนเกลียวเหล็กทำให้เกิดความคลาดเคลื่อน 0.1 μm ต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 mm

วิธีตีความผลลัพธ์

• เปรียบเทียบค่าที่อ่านจากไมโครมิเตอร์กับค่าวัดคร่อมลวดที่คำนวณได้ — สำหรับเกลียว 60° ความต่างแปลงเป็นค่าเบี่ยงเบนเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์แบบหนึ่งต่อหนึ่ง
• เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ที่คำนวณเป็นค่าพื้นฐาน (ค่าระบุ) — เกลียวนอกที่ผลิตจริงต่ำกว่าค่าพื้นฐานตามค่าเผื่อของชั้นคุณภาพ (6g, 2A) จึงตัดสินการตรวจรับตามขีดจำกัดของชั้น ไม่ใช่ค่าพื้นฐาน
• ใช้ลวดที่ใกล้ขนาดลวดที่เหมาะที่สุด (best wire) ให้มากที่สุด — ยิ่งห่างจากขนาดที่เหมาะ ความคลาดเคลื่อนของเฮลิกซ์และมุมข้างเกลียวที่ไม่ได้แก้ในผลลัพธ์ยิ่งใหญ่ขึ้น
• ความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางลวดถ่ายเข้าผลวัดราวสามเท่าสำหรับเกลียว 60° (M มีพจน์ 3W) — วัดเส้นผ่านศูนย์กลางลวดจริงให้ได้ ±1 μm ก่อนใช้
• ตรวจว่ามุมเกลียวที่เลือกตรงกับฟอร์มเกลียว (60° เมตริก/UN, 55° Whitworth, 29° Acme) — มุมผิดเลื่อนทั้งขนาดลวดที่เหมาะที่สุดและค่าคงที่เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์

มาตรฐานและเอกสารอ้างอิง

• ASME B1.2 — เกจและการใช้เกจสำหรับเกลียวสกรูยูนิไฟด์ระบบนิ้ว
• ISO 1502 — เกลียวสกรูเมตริก ISO ใช้งานทั่วไป — เกจและการใช้เกจ
• ASME B1.16M — เกจและการใช้เกจสำหรับเกลียวสกรูเมตริก M
• NPL Good Practice Guide No. 108 — การวัดเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์เกลียวด้วยวิธี 3 ลวด

คำถามที่พบบ่อย

ควรใช้ลวดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่าใดหากไม่มีขนาด 'best size'?

ลวดเส้นผ่านศูนย์กลางใดก็ได้ระหว่างค่าต่ำสุด (สัมผัสที่โคนเกลียว) กับค่าสูงสุด (สัมผัสเหนือเส้นพิตช์) สามารถใช้ได้ แต่ความแม่นยำจะลดลงเมื่อห่างจากขนาด best size ช่วงที่ยอมรับได้สำหรับเกลียว 60° คือประมาณ 0.505P ถึง 0.577P การใช้ลวดที่ไม่ใช่ best size ต้องใช้ค่าแก้สำหรับผลของมุมเฮลิกซ์ ให้วัดเส้นผ่านศูนย์กลางลวดด้วยไมโครมิเตอร์ที่ ±1 μm ก่อนใช้เสมอ

จะคำนึงถึงความคลาดเคลื่อนของมุมเกลียวในการวัดด้วยลวดได้อย่างไร?

สูตรมาตรฐานตั้งสมมุติฐานว่ามุมเกลียวเป็น 60° พอดี หากมุมเกลียวจริงเบี่ยงเบน (พบบ่อยในเกลียวที่สึกหรอหรือเจียระไนไม่ดี) ต้องใช้ค่าแก้: ΔM = W × (1/cos(α₁/2) − 1/cos(30°)) โดย α₁ คือครึ่งมุมจริง สำหรับครึ่งมุมที่คลาดเคลื่อน 0.5° กับลวด 1.45 mm: ΔM ≈ 0.002 mm สำหรับงานความเที่ยงตรงสูง ให้วัดผิวข้างเกลียวทั้งสองด้านแยกกันด้วยโปรไฟล์โปรเจกเตอร์หรือ CMM