《互換性與技術測量》課程實驗指導書1

1、互換性與技術測量 實驗指導書 機械設計制造及其自動化教研室編 2011.09 目錄 實驗 1 用立式光學計測量塞規(guī) 2 實驗 2用內徑百分表測量內徑 4 實驗 3 直線度誤差的測量 7 實驗 4 平行度與垂直度誤差的測量 11 實驗 5 表面粗糙度的測量 14 實驗 6 工具顯微鏡長度、角度測量 18 實驗 1 用立式光學計測量塞規(guī) 一、實驗目的 1、了解立式光學計的測量原理； 2、熟悉立式光學計測量外徑的方法； 3、加深理解計量器具與測量方法的常用術語。 二、實驗內容 1用立式光學計測量塞規(guī)； 2、由國家標準GB/T 19571981光滑極限量規(guī)查出被測塞規(guī)的尺寸公差和形 狀公差，與測量結果

2、進行比較，判斷其適用性。 三、計量器具及測量原理 立式光學計是一種精度較高而結構簡單的常用光學測量儀。其所用長度基準為量 塊，按比較測量法測量各種工件的外尺寸。 圖1為立式光學計外形圖。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作臺11 等幾部分組成。光學計是利用光學杠桿放大原理進行測量的儀器，其光學系統(tǒng)如圖2b 所示。照明光線經反射鏡I照射到刻度尺8上，再經直角棱鏡2、物鏡3,照射到反射 鏡4上。由于刻度尺8位于物鏡3的焦平面上，故從刻度尺8上發(fā)出的光線經物鏡3后 成為平行光束。若反射鏡4與物鏡3之間相互平行，則反射光線折回到焦平面， 刻度尺 的像7與刻度尺8對稱。若被測尺寸變動使測桿5推動

3、反射鏡4繞支點轉動某一角度a （圖2a），則反射光線相對于入射光線偏轉 2 a角度，從而使刻度尺像7產生位移t（圖2c）, 它代表被測尺寸的變動量。物鏡至刻度尺 8間的距離為物鏡焦距f，設b為測桿中心至 反射鏡支點間的距離，s為測桿5移動的距離，則儀器的放大比 K為 K二上二他色 $6 tana 當a很小時，仁“。6 ：m和心m，因此 K-過 b 光學計的目鏡放大倍數(shù)為12，f=200mm，b=5mm，故儀器的總放大倍數(shù)n為 窓=12K = 1212 x 2 x200 = 96O On 由此說明，當測桿移動 0.001mm時，在目鏡中可見到0.96mm的位移量。 圖1立式光學計外形圖 圖2立式

4、光學計測量原理圖 四、測量步驟 1、按被測塞規(guī)的基本尺寸組合量塊； 2、選擇測頭。測頭有球形、平面形和刀口形三種，根據被測零件表面的幾何形狀 來選擇，使測頭與被測表面盡量滿足點接觸。所以，測量平面或圓柱面工件時，選用球 形測頭；測量球面工件時，選用平面形測頭；測量小于 10mm的圓柱面工件時，選用刀 口形測頭； 3、調整儀器零位。 1）參看圖1,將所選好的量塊組的下測量面置于工作臺II的中央，并使測頭10對 準上測量面中央 2）粗調節(jié)。松開支臂緊固螺釘4,轉動調節(jié)螺母2,使支臂3緩慢下降，直到測頭 與量塊上測量面輕微接觸，并能在視場中看到刻度尺像時，將螺釘4鎖緊。 3）細調節(jié)。松開緊固螺釘8,

5、轉動調節(jié)凸輪7,直至在目鏡中觀察到刻度尺像與牲 指示線接近為止（圖3a），然后擰緊螺釘 -7y -66 = 0 令式 11x 一 7y=O 中 x=0，則 y=0;令式 11x 一 7y-66=O 中 x=O，則 y=-11;所以， 11、l2在y軸上的截距之差為11格，即l1、l2在平行于縱軸方向上的距離為ll格，由公 式f=O.01Lf（格），求得丿門一X 3K） a： I I沖、丄ni 按國家標準GB/T 11841996直線度5級公差值為25um,誤差值小于公差值， 所以被測工件直線度誤差合格 實驗4平行度與垂直度誤差的測量 一、實驗目的 1、了解平行度與垂直度誤差的測量原理及方法；

6、2、熟悉通用量具的使用； 3、加深對位置公差的理解。 二、實驗內容 1、工件一一角座（見圖10）。圖樣上提出四個位置公差要求： 1）頂面對底面的平行度公差0.15; 2）兩孔的軸線對底面的平行度公差 0.05； 3）兩孔軸線之間的平行度公差 0.35; 4）側面對底面的垂直度公差0.20。 2、量具一一測量平板、心軸、精密直角尺、塞尺、百分表、表架、外徑游標卡尺 等。 三、實驗步驟 1、按檢測原則1（與理想要素比較原則）測量頂面對底面的平行度誤差（見圖11） 圖10角座零件圖 將被測件放在測量平板上，以平板面作模擬基準；調整百分表在支架上的高度，將 百分表測量頭與被測面接觸，使百分表指針倒轉

7、1-2圈，固定百分表，然后在整個被測 表面上沿規(guī)定的各測量線上移動百分表支架，取百分表的最大與最小讀數(shù)之差作為被測 表面的平行度誤差。 2、按檢測原則，測量兩孔軸線對底面的平行度誤差。用心軸模擬被測孔的軸線（見 圖12），以平板模擬基準，按心軸上的素線調整百分表的高度，并固定之（調整方法同步 驟1）,在距離為L,的兩個位置上測得兩個讀數(shù) M1和M2，被測軸線的平行度誤差應 為 式中 L被測軸線的長度。 圖12測量兩孔軸線對底面的平行度誤差 3、按檢測原則I測量兩孔軸線之間的平行度誤差（見圖13）。用心軸模擬兩孔軸線, 用游標卡尺在靠近孔口端面處測量尺寸口1及n2,差值（nl 口 2）即為所求平

8、行度誤差。 4、按檢測原則3（測量特征參數(shù)原則）測量側面對底面的垂直度誤差（見圖14）。用平 板模擬基準，將精密直角尺的短邊置于平板上，長邊靠在被測側面上，此時長邊即為理 想要素。用塞尺測量直角尺長邊與被測側面之間的最大間隙，測得值即為該位置的垂直 度誤差。移動直角尺，在不同位置重復上述測量，取最大誤差值為該被測面的垂直度誤 差。 平板 圖14測量側面對底面的垂直度誤差 思考題 1目前部分工廠用作圖法求解直線度誤差時，仍沿用以往的兩端點連線法，即把 誤差折線的首點和終點連成一直線作為評定標準，然后再作平行于評定標準的兩條包容 直線，從平行于縱坐標來計量兩條包容直線之間的距離作為直線度誤差值。

9、（1）以例題作圖為例，試比較按兩端點連線和最小條件評定的誤差值，何者準確？為 什么？ （2）假若誤差折線只偏向兩端點連線的一側（單凹、單凸），上述兩種評定誤差值的方 法情況又如何？ （3）同樣是最小條件評定誤差值，那么直接讀取法與計算法比較那個更準確？ 2用作圖法求解直線度誤差值時，如前所述，總是按平行于縱坐標計量，而不是 垂直于兩條平行包容直線之間的距離，原因何在 ？ 實驗5 表面粗糙度的測量 目的與要求 1、學習光切顯微鏡測量表面粗糙度的原理和方法; 2、了解微觀不平度十點高度 Rz的實際含義。 二、 測量原理 光切顯微鏡是利用光切法來測量表面粗糙度的，其原理如圖3-1所示。由光源發(fā)出的光

10、經過聚光鏡 2, 穿過狹縫3形成帶狀光束。光束再經物鏡 4以45度角射向工件5，在凹凸不平的表面上呈現(xiàn)出 曲折光帶，再以45度角反射，經物鏡6到達分劃板7上。從目鏡看到的曲折亮帶，有兩個邊界，光 帶影像邊界的曲折程度表示影像的峰谷高度h?。h?與表面凸起的實際高度 h之間的關系為 圖雙管顯微鏡工作原理圖 式中，M為物鏡6的放大倍數(shù)。 在目鏡視場里，高度 h?是沿45度方向測量的，若在目鏡測微器7的讀數(shù)值為H，則h?與 H的關系 為h?=Hcos45?將前后兩式代入可得, H cos45 2M H 2M E，則h二E H。系數(shù)E 作為目鏡測微器裝在 光切顯微鏡上使用時的分度值。E值與物鏡的放大倍

11、數(shù)M有關，一般 它已由儀器說明書給定。 、測量儀器 光切顯微鏡 田1圖二 1、基座，2、立柱，3、橫臂，4、手輪，5、橫臂緊固螺絲，6、微調手輪，7、手柄，8、 照明燈，9、插座，10、攝影裝置，11、測微目鏡，12、物鏡組，13、快門線，14、百 分尺，15、工作臺緊固螺絲，16、殼體，17、V型塊，18、座標工作臺。 19、測微目鏡緊固螺絲，20、攝影選擇旋鈕，21、對焦輔助旋鈕 四、測量步驟 1、按工作粗糙度的估計值，選擇適當放大倍數(shù)的物鏡并裝在儀器上； 2、將被測工作置于工作臺上； 3、通過變壓器接通電源； 4、調整儀器，其步驟如下： (1) 松開橫臂緊固螺絲5， 轉動橫臂3及手輪4，

12、 使鏡頭對準被測量表面上方， 然后鎖 緊橫臂緊固螺絲5; (2) 調節(jié)微調手輪6,上下移動殼體16,使目鏡視場中出現(xiàn)切削痕紋； (3) 轉動工作臺，使加工痕紋與投射在工作表面上的光帶垂直，然后交錯調整微調手輪 6、對焦輔助旋鈕2 1，直到獲得最清晰光帶為止； (4) 松開測微目鏡緊固螺絲19，轉動目鏡，使目鏡中的十字線的水平線與光帶大致平 行。 5、轉動目鏡測微計，使十字線的水平線分別與光帶上邊緣的五個峰頂和五個谷底相切。 (fl)(b) 3七甘鏡視場的圖像 5)瞄峰頂*(昉一瞄谷底 從目鏡測微計上分別讀取各峰、谷的讀數(shù)h1,h2,.h10，按下式算出微對不平度十點高度Rz,即 L(h1 +h

13、3+h5+h7+h9) (h2 + h4 + h6 + h8+h10) Rz 二 E 5 式中，hi的單位為格數(shù)。 6、于零件各部分的粗糙度不一定均勻一致，為了充分反映表面粗糙度的特性，必須在一 定長度范圍內的不同部位進行測量并取其平均值。 7、按表面粗糙度國家標準，確定工件表面粗糙度是否符合要求。 數(shù)據表格：光切顯微鏡測量表面粗糙度 儀器型號及規(guī)格： 儀器測量范圍： 被測零件要求表面粗糙度Rz= 所選用的物鏡放大倍數(shù)： M=; E=。 測量結果 讀數(shù)(格) 實測Rz (m) 五個峰點 五個谷點 h 1 h 2 Z h峰-送h谷 Rz = E= 5 h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h

14、8 h 9 h 10 X h峰 遲h谷 適用性結論： 思考題 1 . 為什么只測量光帶一邊的最高點（峰）和最低點（谷） 2 測量表面粗糙度還有哪些方法？其應用范圍如何？ ？ C?如何確定? 3 用光切顯微鏡測量表面粗糙度為什么要確定分度值 實驗6工具顯微鏡長度、角度測量 一. 目的與要求 1、學習工具顯微鏡測量的原理和方法； 2、工具顯微鏡的使用及操作。 3、掌握工具顯微鏡測量。 二. 設備與器材 JX14B工具顯微鏡一臺，被測物品若干。 三作用與原理 （一）儀器特點 1、主顯微鏡配有多種目鏡和物鏡，視場寬，成像清晰。 2、采用光電數(shù)顯技術，精密光柵尺作為測量元件，測量長度以數(shù)字顯示，直觀，方

15、便。 3、主顯微鏡可左右偏擺，適用于螺旋狀零件的測量。 4、透、反射照明，內、外輪廓均可測量。 5、附件多，使用面廣。 （二）、用途： JX14B數(shù)字式大型工具顯微鏡是機器制造工廠、科學研究機關及高等院校的計量部門或車間檢查站 廣泛使用的一種多用途計量儀器，該儀器采用光柵尺作為長度測量傳感器。長度值采用數(shù)字顯示， 具有較高的測量精度和操作效率。 儀器的用途十分廣泛，其典型測量對象有： 1、測量各種成型零件如樣板、樣板車刀、沖模和凸輪的形狀。 2、測量外螺紋（螺紋塞規(guī)、絲杠和蝸桿等）的中徑、大徑、小徑、螺距、牙型半角。 3、測量齒輪滾刀的導程、齒形和牙型角。 4、測量鉆?；蚩装迳峡椎奈恢枚?，鍵槽

16、的對稱度等形位誤差，儀器帶有光學定位器、 頂針架、雙象目鏡、輪廓目鏡等多種附件?？墒鼓眯膽值赝瓿筛鞣N復雜的測量工作。 工作原理： JX11B如圖所示: 10,光標方問調節(jié)鈿 鳩零 Y清零 2, Y問微調旋鈕 Y向鎖緊 仁鏡筒上下升降粗調 &熊筒上下升降微調 f 主軸傾斜調節(jié)鈕 11.測量臺 1/X向微調旋鈕 3. X向鎖緊 JX11B數(shù)字式萬能工具顯微鏡，儀器工作原理與同類型萬工顯相同.只是在縱、橫向 讀數(shù)上應用了計量光柵莫爾條紋技術， 實現(xiàn)了數(shù)字顯示。計量光柵通常是由一系列被等 寬透明的間隙所分開的不透明刻線所組成。它的特征指標是光柵常數(shù)3 （又稱間距、節(jié) 距）是指兩相鄰刻線的距離，表征

17、的數(shù)值是每毫米刻線數(shù)的倒數(shù)。計量光柵是利用光柵 對產生的莫爾條紋來測量長度或角度的。 光柵常數(shù)為3的兩塊光柵，面對面地靠在一起，相互傾斜微小角度9,在光柵夾的 補角（180。9的角平線上，就能看到另一粗條紋，這些條紋通常稱為莫爾條紋 （moire fringe）莫爾條紋間的距離 W=3/ 9（9的單位為弧度，3的單位為毫米）當二塊 光柵選定時，3隨9的增加而減少，隨9的減少而增加，由上式可知，莫爾條紋間距3 被放大了 1/ 9倍光柵常數(shù)。 如圖所示，當二塊光柵中的的任一塊沿 X方向移動時，莫爾條紋就沿 丫軸移動， 對某一定點來說，光的強弱明暗發(fā)生周期性變化，也就是相當于產生了一個代表位移量 的

18、光信號，每當光柵相間間移了一個 3莫爾條紋就移動了一個 W即條紋明暗變化了一 個周期。3和W是相對應的，所以測出了莫爾條紋移動的數(shù)目，就能測量出光柵相互 間移動的距離。如果用光敏二極管接收其變化記號，并經電子計數(shù)器記錄條紋移過的數(shù) 目（即莫爾條紋明暗變化的次數(shù)）即可獲得光柵的移動量。通常，指示光柵是固定不動 的，標尺光柵裝置在縱向、橫向的滑臺上，因此，光柵的移動量就是縱向、橫向滑臺的 移動量，從而完成工件長度的精密測量。 從光源1射出的光線經聚光鏡2而形成了平行光通過指示光柵 3和標尺光柵4后產 生莫爾條紋再經四分透鏡5成象于光敏二極管6上，光敏二極管的輸出記號進行細分運 算放大電路7計數(shù)脈沖形成電路8,經換向門控方向控制9輸入十進可逆計數(shù)器10,由 數(shù)字管理顯示讀數(shù)。JX11B使用100條/mm光柵，每移動0.01mm時，莫爾條紋明暗變 化一次，即一個周期，將這個周期進行100細分，即可獲得100個脈沖記號就相當規(guī)模 于0.01/100=0.0001mm的光柵位移，從而取得 0.1卩山的最小顯示值。 10.光標方向調節(jié)鈿 2, Y向微調旋鈕 匸鏡筒上下升降粗調 &鏡筒上下升降微調 9.主軸傾斜