完整版公差教案.docx

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完整版公差教案

第一章概述

本课程的任务是：

研究机械设计中是怎样正确合理的确定各种零部件的几何精度及相互间的配合关系，着重研究测量工具和仪器的测量原理及正确使用方法，掌握一定的测量技术，具体要求如下：

1.初步建立互换性的基本概念，熟悉有关公差配合的基本术语和定义。

2.了解多种公差标准，重点是圆柱体公差与配合，形位公差以及表面粗糙度标准。

3.基本掌握公差与配合的选择原则和方法，学会正确使用各种公差表格，并能完成重点公差的图样标注。

4.建立技术测量的基本概念，具备一定的技术测量知识，能合理、正确的选择量具、量仪并掌握其调试、测量方法。

第一节互换性

1.互换性的含义：

在机械制造业中，零件的互换性是指在同一规格的一批零、部件中，可以不经选择、修配或调整，任取一件都能装配在机器上，并能达到规定的使用性能要求。

零部件具有的这种性能称为互换性。

2.互换性分类：

完全互换法：

一批零、部件装配前不经选择，装配时也不需修配和调整，装配后即可满足预定的使用要求。

分组互换法：

制造公差适当放大，以便于加工。

在完工后，再用量仪将零件按实际尺寸大小分组，按组进行装配。

修配法：

在装配时允许用补充机械加工或钳工修刮办法来获得所需的精度。

调整法：

用移动或更换某些零件以改变其位置和尺寸的办法来达到所需的精度。

3.互换性的作用

设计方面：

可以最大限度地采用标准件、通用件和标准部件，大大简化了绘图和计算工作，缩短了设计周期，并有利于计算机辅助设计和产品的多样化。

制造方面：

有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。

使用维修方面：

减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。

第二节零件的加工误差和公差

1.机械加工误差：

指机械加工后，零件几何参数（尺寸、几何要素的形状和相互位置、轮廓的微观不平程度等）的实际值与设计理想值相符合的程度。

2.加工误差的分类：

尺寸误差

形状误差

位置误差

表面微观不平度

3.公差：

实际几何参数值允许的变动范围。

4.公差的分类：

几何量公差分为尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度指标允许值及典型零件特殊几何参数的公差等。

第三节极限与配合标准

1.标准的概念

标准是对重复性事物和概念所作的统一规定.它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础,经有关方面协商一致,由主管机构批准,以特定形式发布,作为共同遵守的准则和依据。

标准的范围极广,种类繁多,涉及到人类生活的各个方面.本课程研究的公差标准、检测器具和方法标准,大多属于国家基础标准.

2.标准的级别

标准按不同的级别颁发。

我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。

..对需要在全国范围内统一的技术要求，应当制定国家标准，代号为GB，对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求，可制定行业标准，如机械标准（JB）等；对没有国家标准和行业标准而又需要在某个范围内统一的技术要求，可制定地方标准或企业标准，它们的代号分别用DB、QB表示。

3.国际标准

国际标准通常指是由国际标准化组织（ISO,InternationalStandardizationOrganization）和国际电工委员会（IEC,InternationalElectrotechnicalCommission）制定发布的标准，我国于1978年恢复参加ISO组织后,陆续修订了自己的标准。

修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。

4.标准化

定义：

标准化是指标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等等。

标准化是以标准的形式体现的，也是一个不断循环、不断提高的过程。

意义：

标准化是组织现代化生产的重要手段，是实现专业化协作生产的必要前提，是科学管理的重要组成部分。

现代化程度越高，对标准化的要求也越高。

第四节技术测量概念

1.技术测量的概念：

就是把测出的量值与具有测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量的量值。

将测量的结果与图样的要求进行比较，就能判断零件是否合格。

2.机器制造业中的技术测量对象主要是指：

长度、角度、表面粗糙度和形位公差。

3.为保证测量的准确度，测量时应注意以下几点：

1）建立统一的计量单位单位，以确保量值传递准确。

2）拟定正确的测量方法，合理地选择测量量具。

3）正确地处理测量所获得的有关数据。

4）充分地考虑环境因素对测量精度的影响，如温度、湿度、振动灰尘等。

第二章孔、轴尺寸的极限与配合

第一节极限与配合的术语及定义

1.孔和轴

（1）孔：

指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由两平行平面或切面形成的包容面）。

（2）轴指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行平面或切面形成的被包容面）。

区别：

装配:

孔为包容面,轴为被包容面。

加工:

孔由大变小,轴由小变大。

2.尺寸

（1）尺寸：

用特定单位表示长度值的数字。

在机械制造中一般常用毫米（mm）作为特定单位。

（2）基本尺寸：

设计时给定的尺寸（图2-2）。

它的数值一般应按标准长度、标准直径的数值进行圆整。

孔的基本尺寸用L表示，轴的基本尺寸用l表示。

（3）实际尺寸：

通过测量所得的尺寸。

但由于测量存在误差，所以实际尺寸并非真值。

孔的实际尺寸用La表示，轴的实际尺寸用la表示。

（4）局部实际尺寸：

一个孔或轴的任意横截面中的任一距离，即任何两相对点之间测得的尺寸。

（5）极限尺寸：

允许尺寸变化的两个界限值。

它们是以基本尺寸为基数来确定的。

界限值较大者称为最大极限尺寸，界限值较小者称为最小极限尺寸。

孔的最大极限尺寸用Lmax表示，轴最大极限尺寸用lmax表示，孔的最小极限尺寸用Lmin表示，轴的最小基本尺寸用lmin表示。

3.偏差

（1）尺寸偏差：

某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。

（2）上偏差：

孔上偏差ES=Lmax－L

轴上偏差es=lmax－l

（3）下偏差：

孔下偏差EI=Lmin-L

轴下偏差ei=lmin-l

（4）极限偏差：

上偏差和下偏差的统称。

（5）实际偏差：

实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。

讲解例1：

4.公差

（1）尺寸公差：

最大极限尺寸和最小极限尺寸之差，或上偏差与下偏差之差，称为尺寸公差（简称公差）。

是尺寸允许的变动量。

孔的公差用Th表示，轴的公差用Ts表示。

公式如下：

孔公差Th=Lmax－Lmin=ES－EI

轴公差Ts=lmax－lmin=es－ei

讲解例2

公差与极限偏差的比较

两者区别：

从数值上看：

极限偏差是代数值，正、负或零值是有意义的；而公差是允许尺寸的变动范围，是没有正负号的绝对值，也不能为零（零值意味着加工误差不存在，是不可能的）。

实际计算时由于最大极限尺寸大于最小极限尺寸，故可省略绝对值符号。

从作用上看：

极限偏差用于控制实际偏差，是判断完工零件是否合格的根据，而公差则控制一批零件实际尺寸的差异程度。

..从工艺上看：

对某一具体零件，公差大小反映加工的难易程度，即加工精度的高低，它是制定加工工艺的主要依据，而极限偏差则是调整机床决定切削工具与工件相对位置的依据。

两者联系：

公差是上、下偏差之代数差的绝对值，所以确定了两极限偏差也就确定了公差。

（2）尺寸公差带（tolerancezone）：

由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。

公差带有两个基本参数，即公差带大小与位置。

大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。

由于公差与偏差的数值相差较大，不便用同一比例表示，故采用公差带图。

（3）零线（zeroline）：

表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差，零线以上为正，以下为负。

5.配合

配合：

基本尺寸相同，相互结合的孔、轴公差带之间的关系.

根据其公带位置不同，可分为三种类型：

间隙配合、过盈配合和过渡配合。

（1）间隙配合：

孔的公差带在轴的公差带之上，具有间隙的配合（包括最小间隙为零的配合）.

最大间隙Xmax=Lmax－lmin=ES－ei

最小间隙Xmin=Lmin－lmax=EI－es

间隙配合公差Tf=Xmax－Xmin=Th-Ts

平均间隙Xa=（Xmax+Xmin）/2

讲解例3：

讲解例4：

（2）过盈配合：

孔的公差带在轴的公差带之下，具有过盈的配合（包括最小过盈为零的配合）

最大过盈Ymax=Lmin－lmax=EI－es

最小间隙Ymin=Lmax－lmin=ES－ei

过盈配合公差Tf=Ymin－Ymax=Th+Ts

平均过盈Ya=（Ymax+Ymin）/2

讲解例5：

讲解例6：

讲解例7：

（3）过渡配合:

孔和轴的公差带相互交叠，随着孔、轴实际尺寸的变化可能得到间隙或过盈的配合。

最大间隙Xmax=Lmax－lmin=ES－ei（正值）

最大过盈Ymax=Lmin－lmax=EI－es（负值）

在过渡配合中，没有最小间隙和最小过盈。

过渡配合公差：

过渡配合公差是间隙公差和过盈配合公差的合成，公差比较复杂，其值等于最大间隙与最大过盈代数差的绝对值，也用Tf表示。

Tf=｜Xmax－Ymax｜=Th+Ts

平均值计算：

当｜Xmax｜>｜Ymax｜时，Xa=（Xmax+Ymax）/2（正）

当｜Xmax｜<｜Ymax｜时，Xa=（Xmax+Ymax）/2（负）

讲解例8：

讲解例9：

讲解例10：

讲解例11

讲解例12

（4）三种配合性质的特点：

-----间隙配合：

1）除零间隙外，孔的实际尺寸永远大于轴的实际尺寸。

2）孔、轴配合时存在间隙，允许孔轴之间有相对转动。

3）孔的公差带在轴的公差带上方。

-----过盈配合

1）除零过盈外，孔的实际尺寸永远小于轴的实际尺寸。

2）孔、轴配合时存在过盈，不允许孔轴之间有相对转动。

3）孔的公差带在轴的公差带下方。

-----过渡配合：

1）孔的实际尺寸可能大于或小于轴的实际尺寸，只不过相差很小。

2）孔、轴配合时可能存在间隙，也可能存在过盈。

3）孔的公差带和轴的公差带相互交叠。

（5）配合公差带图

画法与尺寸公差带图相似。

（6）配合性质的判断

EI≥es时为间隙配合

Ei≥ES时为过盈配合

讲解例13：

第二节标准公差系列

在国标《极限与配合》中指出：

公差带的大小和位置两个要素构成的，其中大小要素是由标准公差来确定；而位置要素由基本偏差来确定的。

一、标准公差

1.标准公差的定义

2.标准公差的等级

根据公差等级不同，国标规定标准公差分为20个等级，即IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18。

从IT01到IT18，等级依次降低，而相应的标准公差值依次增大。

3.标准公差数值表的说明

表2-1说明

二、尺寸分段

在国标中，基本尺寸500mm的分为13段，即：

≤3、＞3~6、＞6~10、＞10~18、＞18~30、＞30~50、＞50~80、＞80~120、＞120~180、＞180~250、＞250~315、＞315~400、＞400~500。

三、教会学生如何熟练查表2-1

第三节基本偏差系列

一、基本偏差

基本偏差：

确定零件公差带相对于零线位置的极限偏差。

它是公差带位置标准化的唯一指标。

除JS和js外，均指靠近零线的偏差。

与公差等级无关。

二、基本偏差代号

用拉丁字母表示。

大写表示孔，小写表示轴。

在26个字母中除去易与其它混淆的I、L、O、Q、W，再加上七个用两个字母表示的代号（CD、EF、FG、JS、ZA、ZB、ZC），共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差。

其中JS和js相对于零线完全对称。

三、基本偏差表

对于轴：

a～h的基本偏差为上偏差es，其绝对值依次减小，j～zc的基本偏差为下偏差ei，其绝对值依次增大。

对于孔：

A～H的基本偏差为下偏差EI，其绝对值依次减小，J～ZC的基本偏差为上偏差ES，其绝对值依次增大。

H为基准孔，基本偏差为下偏差，值为零；h为基准轴，基本偏差为上偏差，值为零。

孔的基本偏差：

基本尺寸≤500mm时，孔的基本偏差是从偏差从轴的基本偏差换算而来。

换算规则为：

通用规则：

用同一字母表示的孔、轴基本偏差的绝对值相等，符号相反。

即：

ES=-eiEI=-es应用：

A～H，IT＞IT8的K、M、N和IT＞IT7的P～ZC。

特殊规则：

用同一字母表示孔、轴基本偏差时，孔基本偏差和轴的基本偏差符号相反，而绝对值相差一个Δ值。

即：

ES=-ei+Δ应用：

IT≤IT8的K、M、N和IT≤IT7的P～ZC。

尺寸偏差的基本计算国标列出的孔、轴基本偏差数值见表2-7和表2-8。

其另一偏差根据孔、轴的基本偏差和标准公差按以下关系计算：

EI=ES-ITES=EI+ITei=es-ITes=ei+IT

尺寸偏差计算举例：

确定.25H7/p6，.25P7/h6孔与轴的极限偏差。

解：

查表2-4得IT6=13μmIT7=21μm

查表2-7，轴的基本偏差为下偏差，ei=+22μm，轴的上偏差es=ei+IT6=35μm

基准孔H7的下偏差为0，则轴的上偏差为ES=+21μm

第四节公差带代号

一、孔轴的公差带组成

公差带的代号由基本偏差代号与公差等级代号组成，如H7、h6、M8、d9等等。

在图样上标注尺寸公差时，可以标注极限偏差，也可以标注尺寸公差带代号Φ50H7、Φ50f6，或者两者都标注。

二、孔、轴公差带中另一极限偏差的确定

讲解例14

讲解例15

三、配合公差带代号

标准规定，配合代号由相互配合的孔和轴的公差带以分数的形式组成，孔的公差带为分子，轴的公差带为分母。

例如：

Φ40H8/f7，Φ80K7/h6。

基准孔和基准轴与各种非基准件配合时，得到各种不同性质的配合，如：

A～H和a～h与基准件配合，形成间隙配合；J～N和j～n与基准件配合，基本上形成过渡配合，P～ZC和p～zc与基准件配合，基本上形成过盈配合。

四、标注方法

1.孔、轴公差带的标注

三种方法示例，如图2-16

标注时的注意事项（6点）

2.配合代号的标注

第五节基准制

1.基孔制

基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。

基孔制配合中的孔为基准孔，是配合的基准件。

如图1-8（a）所示。

标准规定:

基准孔的基本偏差为下偏差EI，数值为零，即EI=0，上偏差为正值，其公差带偏置在零线上侧。

基准孔的代号为H。

2.基轴制

基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。

基轴制配合中的轴为基准轴，是配合的基准件。

如图1-8（b）所示。

标准规定:

基准轴的基本偏差为上偏差es，数值为零，即es=0，下偏差为负值，其公差带偏置在零线下侧。

基准轴的代号为h。

第六节极限与配合代号的识别

一、概述

1.公差带代号的识别主要内容：

1）识别是孔还是轴

2）属于什么配合性质

2.配合代号的识别

主要内容：

相互配合公差带的位置关系

二、极限与配合代号的意义

如表：

2-5内容

三、配合性质的识别

识别是间隙配合、过渡配合还是过盈配合

四、配合等级

五、基准件的配合

基孔制孔的代号为H。

基轴制轴的代号为h。

第七节极限与配合应用简介

一、配合制的选择

如何选择配合及原因：

在进行配合制选择时，应从零件的结构、工艺性和经济性等几方面综合分析，从而合理地确定配合制。

1.一般情况下优先选用基孔制

优先选用基孔制，这主要是从工艺性和经济性来考虑的。

为了减少定值刀具、量具的规格和数量，利于生产，提高经济性，应优先选用基孔制。

2.在下列情况下，应选用基轴制

（1）当在机械制造中采用具有一定公差等级的冷拉钢材，其外径不经切削加工即能满足使用要求，此时就应选择基轴制，再按配合要求选用适当的孔公差带加工孔就可以了。

（2）由于结构上的特点，宜采用基轴制。

发动机的活塞销轴与连杆铜套孔和活塞孔之间的配合，根据工作要求，活塞销轴与活塞孔应为过渡配合，而活塞销与连杆之间由于有相对运动应为间隙配合。

若采用基孔制配合。

3.与标准件配合时，应以标准件为基准件来确定配合制。

标准件通常由专业工厂大量生产，在制造时其配合部位的配合制已确定。

所以与其配合的轴和孔一定要服从标准件既定的配合制。

4.在特殊需要时可采用非配合制配合

非配合制配合是指由不包含基本偏差H和h的任一孔、轴公差带组成的配合。

轴承座孔同时与滚动轴承外径和端盖的配合。

二、公差等级的选择

选择公差等级的基本原则:

在满足零件使用要求的前提下，尽量选取较低的公差等级。

1.联系工艺

A:

在按使用要求确定了配合公差Tf后，由于Tf=Th+Ts，这里Th与Ts的公差分配可按工艺等价性考虑。

孔和轴的工艺等价性是指孔和轴加工难易程度应相同。

B:

为了使组成配合的孔、轴工艺等价，轴、孔的公差等级应相差一级选用，在间隙和过渡配合中孔的标准公差≤IT8，过盈配合中孔的标准公差≤IT7时，可确定轴的公差等级比孔高一级，如H7.f6、H7.p6，低精度的孔和轴可采用同级配合，如H8.s8。

2.联系配合

对过渡配合或过盈配合，一般不允许其间隙或过盈的变动太大，因此公差等级不能太低，孔可选标准公差≤IT8，轴可选标准公差≤IT7。

间隙配合可不受此限制。

3.联系零部件的相关精度要求

齿轮孔与轴配合的公差等级应决定于齿轮的精度等级，滚动轴承与轴颈和外壳孔配合的公差等级与滚动轴承的精度有关。

三、配合的选择

明确了孔、轴配合的使用要求，根据使用要求确定允许的间隙或过盈的变化范围，并由此选定孔和轴的公差带确定配合，从而满足零件的使用要求，使机器能正常工作。

一般选用配合的方法有三种，即计算法、试验法、类比法。

计算法是根据一定的理论和公式，计算出所需的间隙或过盈，根据计算结果，对照国标选择合适的配合。

试验法是对选定的配合进行多次试验，根据试验结果，找到最合理的间隙或过盈，从而确定配合的一种方法。

类比法是参考现有同类机器或类似结构中经生产实践验证过的配合情况，与所设计零件的使用要求相比较，经修正后确定配合的一种方法。

1.各种配合的特征及应用举例

选择配合的主要依据是使用要求和工作条件。

在选择配合时，还要综合考虑以下一些因素。

（1）孔和轴的定心精度相互配合的孔、轴定心精度要求高时，不宜用间隙配合，多用过渡配合。

过盈配合也能保证定心精度。

（2）受载荷情况若载荷较大，对过盈配合过盈量要增大，对过渡配合要选用过盈概率大的过渡配合。

（3）拆装情况经常拆装的孔和轴的配合比不经常拆装的配合要松些。

有时零件虽然不经常拆装，但受结构限制装配困难的配合，也要选松一些的配合。

（4）配合件的材料当配合件中有一件是铜或铝等塑性材料时，因它们容易变形，选择配合时可适当增大过盈或减小间隙。

（5）装配变形对于一些薄壁套筒的装配，还要考虑到装配变形的问题。

（6）工作温度当工作温度与装配温度相差较大时，选择配合时要考虑到热变形的影响。

（7）生产类型在大批量生产时，加工后的尺寸通常按正态分布。

当工作条件变化时，可参考表1-16对配合的间隙或过盈的大小进行调整。

第八节未注公差的线性和角度尺寸的公差

一、未注公差

线性尺寸的一般公差的含义:

指在车间一般加工条件下、机床设备一般加工能力可保证的公差。

它代表经济加工精度。

主要用于较低精度的非配合尺寸，可不检验。

能简化制图，节省图样设计时间。

有关国标规定:

GB/T1804国家标准规定了线性尺寸一般公差（未注公差）的规范。

线性尺寸的一般公差规定了四个公差等级：

精密级（f）、中等级（m）、和粗糙级（c）和最粗级（v）。

二、一般公差线性尺寸的未注公差

表示方法:

在图样上标注线性尺寸的一般公差，只需要在图样或技术文件中用国标号和公差等级代号标注即可。

例如按产品精密程度和车间普通加工经济精度选用标准中规定的m（中等）级时，可表示为：

GB/T1804－m这表明图样上凡是未注公差的线性尺寸（包括倒圆半径尺寸及倒角尺寸）均按m（中等）级加工和验收。

三、一般公差的表示方法

第三章技术测量基础

第一节测量基础知识

1.测量

是指为确定被测量值而进行的一组操作过程。

其实质是将被测的量L与具有计量单位的标准量E进行比较，从而确定比值q的过程，即q=L/E

测量过程包括以下四个要素:

（1）测量对象主要指几何量，包括长度、角度、表面形状和位置误差、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种参数等。

（2）计量单位长度单位为米（m），在机械制造中常用单位为毫米（mm）、微米（μm）;角度单位是弧度（rad），实用中常以度（°）、分（′）、秒（″）为单位。

（3）测量方法是指在进行测量时所采用的测量器具、测量原理和测量条件的总和。

（4）测量精度是指测量结果与真值的一致程度。

2.检验

是指为确定被测量是否达到预期要求所进行的测量，从而判断是否合格，不一定得出具体的量值。

3.长度单位

4.测量工具的分类

计量器具包括量具和量仪两大类。

可按用途、结构和工作原理分类。

1.按用途分类

（1）标准计量器具是指测量时体现标准量的测量器具。

（2）通用计量器具指通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸（或其他几何量），并能获得具体读数值的计量器具。

（3）专用计量器具是指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。

按结构和工作原理分类

（1）机械式计量器具是指通过机械结构实现对被测量的感应、传递和放大的计量器具。

（2）光学式计量器具是指用光学方法实现对被测量的转换和放大的计量器具。

（3）气动式计量器具是指靠压缩空气通过气动系统的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的计量器具。

（4）电动式计量器具是指将被测量通过传感器转变为电量，再经变换而获得读数的计量器具。

（5）光电式计量器具是指利用光学方法放大或瞄准，通过光电组件再转换为电量进行检测，以实现几何量的测量的计量器具。

第二节常用长度量具

一、钢直尺

二、卡钳

分为内卡钳和外卡钳

三、游标类量具

A.原理:

游标类量具是利用游标读数原理制成的一种常用量具，它具有结构简单、使用方便、测量范围大等特点。

B.读数范围:

游标量具的读数值有0.1mm、0.05mm、0.02mm三种。

C.举例:

在游标读数值为0.05mm的游标卡尺上，游标零线的位置在尺身刻线“14”与“15”之间，且游标上第8根刻线与尺身刻线对准，则被测尺寸为14mm+8×0.05mm=14.4mm。

D.分类:

常用的游标量具有游标卡尺、深度游标尺、高度游标尺，它们的读数原理相同，所不同的主要是测量面的位置不同。

为了读数方便，有的游标卡尺上装有测微表头，是通过机械传动装置，将两测量爪相对移动转变为指示表的回转运动，并借助尺身刻度和指示表，对两测量爪相对移动所分隔的距离进行读数。

电子数显卡尺，它具有非接触性电容式测量系统，由液晶显示器显示。

电子数显卡尺测量方便可靠。

四、螺旋测微类量具

A.原理:

是利用螺旋副运动原理进行测量和读数的一种测微量具。

B.分类:

1）外径千分尺

2）内径千分尺

3）深度千分尺

4）公法线千分尺

5）螺纹千分尺

6）壁厚千分尺

7）杠杆千分尺

8）内测千分尺