互換性與測量技術(shù)實驗指導(dǎo)書3

1、互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書機械制造教研室注意事項一、學(xué)生在上課前應(yīng)認真閱讀實驗指導(dǎo)書和實驗裝置、儀器設(shè)備的介紹，了解實驗?zāi)康摹y量方法、測量步驟和測量結(jié)果的處理。二、學(xué)生應(yīng)按規(guī)定的時間來做實驗。進實驗室后按要求簽到。如有特殊情況必須辦理請假手續(xù)，并盡快利用空閑時間來補做實驗。三、學(xué)生在做實驗過程中應(yīng)保持良好的環(huán)境，愛護室內(nèi)公共衛(wèi)生，遵守實驗室相關(guān)規(guī)定。四、在開始實驗時，應(yīng)嚴格遵守操作規(guī)程，聽實驗指導(dǎo)老師講解全過程后，方可開展實驗，使用儀器和器具。填寫實驗記錄要認真仔細，獨立完成每項實驗的全部測量過程。五、在實驗教學(xué)過程中，如發(fā)生事故，應(yīng)停止實驗，及時通報，經(jīng)實驗指導(dǎo)老師查明原因，排除故障后

2、，再恢復(fù)實驗的正常進行。六、實驗完畢，應(yīng)將使用過的量具、儀器、附件和工件的金屬表面擦洗干凈，歸還原處，主動清理實驗現(xiàn)場后，經(jīng)指導(dǎo)老師認可同意，方可離開實驗室。七、實驗報告應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)，交給實驗指導(dǎo)老師批閱。八、實驗室為開放性的實驗室，與實驗指導(dǎo)老師預(yù)約后，可以利用空閑時間開設(shè)不作要求的實驗，熟悉儀器設(shè)備的使用和操作，加深基本概念的理解，提高檢測動手能力。實驗一 光滑工件軸頸尺寸的測量一、實驗?zāi)康?熟悉使用外徑千分尺測量軸頸尺寸誤差的方法和特點。認真體會“局部實際尺寸（實際誤差）”概念。 二、設(shè)備與器材 外徑千分尺個和實驗用軸1個。三、實驗原理與方法 1.機械外徑千分尺的簡介：千分尺是比游標(biāo)

3、卡尺更精密的長度測量儀器。常見的機械千分尺如下圖所示。它的量程為25mm，分度值是0.01mm，由固定的尺架、測砧、測微螺桿、固定套管、微分筒、測力裝置和鎖緊裝置等組成。2.外徑千分尺刻度及分度值說明：（1）固定套管上的水平線上、下各有一列間距為1mm的刻度線，上刻度線在下側(cè)兩相鄰刻度線中間。（2）微分筒上的刻度線是將圓周分為50等分的水平線，它是做旋轉(zhuǎn)運動的。（3）根據(jù)螺旋運動原理，當(dāng)微分筒旋轉(zhuǎn)一周時，測微螺桿前進或后退一個螺距0.5mm。即，當(dāng)微分筒旋轉(zhuǎn)一個分度后，它轉(zhuǎn)過了1/50周，這時螺桿沿軸線移動了，因此利用千分尺可以準(zhǔn)確讀出0.01mm的數(shù)值。3.外徑千分尺的零位校準(zhǔn)（1）零位是否

4、校準(zhǔn)。方法：步驟一：松開鎖緊裝置，清除油污；步驟二：確認測砧與測微螺桿間接觸面清洗干凈。（2）微分套筒的端面是否與固定套筒零線重合。重合的標(biāo)志：微分套筒的端面與固定套筒零線重合，同時可動刻度與固定刻度水平橫線重合不重合的處理方法：先旋轉(zhuǎn)旋鈕，至螺桿快接近測砧時，旋轉(zhuǎn)測力裝置，當(dāng)螺桿剛與測砧接觸時會聽到咔咔聲，停止轉(zhuǎn)動確認是否重合。如仍不重合，送去處理。4.外徑千分尺的測量方法步驟一：將被測物擦干凈，千分尺使用時輕拿輕放；步驟二：松開千分尺鎖緊裝置，校準(zhǔn)零位，轉(zhuǎn)動旋鈕， 使測砧和測微螺桿之間的距離略大于被測物體；步驟三：一只手拿千分尺的尺架，將待測物置于測砧與測微螺桿的端面之間，另一只手轉(zhuǎn)動旋鈕

5、，當(dāng)螺桿要接近物體時，改旋測力裝置直至聽到咔咔聲后再輕輕轉(zhuǎn)動0.5-1圈；步驟四：旋緊鎖緊裝置（防止移動千分尺時螺桿轉(zhuǎn)動），即可讀數(shù)。5.外徑千分尺的讀數(shù)（1）先以微分筒的端面為準(zhǔn)線。讀出固定套管下刻度線的分度值；（2）再以固定套管上的水平衡線作為讀書準(zhǔn)線，讀出可動刻度上的分度值，讀數(shù)時應(yīng)估讀到最小度的十分之一，即0.001mm；（3）如微分筒的端面與固定刻度的下刻度線之間無上刻度線，測量結(jié)果即為下刻度線的數(shù)值加可動刻度的值；（4）如微分筒的端面與下刻度線之間有一條上刻度線，測量結(jié)果應(yīng)為下刻度線的數(shù)值加上0.5mm，再加上可動上刻度的數(shù)值。6.外徑千分尺零誤差的判定校準(zhǔn)好的千分尺，當(dāng)測微螺桿與

6、測砧接觸后，可動刻度尺的零線與固定刻度上的水平橫線應(yīng)該是對齊的，如下圖-所示；如果沒有對齊，測量時就會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差零誤差。如無法消除零誤差，則應(yīng)考慮它們對讀數(shù)的影響。（1）可動刻度的零線在水平線上方，且第x條刻度線與橫線對齊，即說明測量時的讀數(shù)要比真實值小x/100mm，這種零誤差叫做負零誤差，如圖-所示。（2）可動刻度的零線在水平線下方，且第y條刻度線與橫線對齊，則說明測量時的讀數(shù)要比真實值小y/100mm，這種誤差叫正零誤差，如圖-所示。對于存在零誤差的千分尺，測量結(jié)果應(yīng)等于讀數(shù)減去零誤差，即：物體直徑=固定刻度讀數(shù)+可動刻度讀數(shù)-零誤差。四、實驗步驟與注意事項1.在測量前，必須校對其零位

7、，也即通常所稱的對零位。對于測量范圍025毫米的千分尺，校對零位時應(yīng)使兩測量面接角；對于測量范圍大于25毫米時，應(yīng)在兩測量面間安放尺寸為其測量下限的對量棒后進行測量。 調(diào)整零位，必須使微分筒上的棱邊與固定套管上的“0”線垂合，同時要使微分筒上零線對準(zhǔn)固定套管上的縱刻線。2.使用時應(yīng)該用手握住隔熱裝置，否則會增加測量誤差。一般情況下，應(yīng)注意外徑千分尺和被測工作具有相同的溫度。3.千分尺兩測量面將與工件接觸時，要使用測力裝置，不要直接轉(zhuǎn)動微分筒。4.千分尺測量軸的中心線要與工作被測長度方向相一致，不要歪斜。5.千分尺測量面與被測工作相接觸時，要考慮工作表面幾何形狀。6.在測量被加工的工件時，工件要

8、在靜態(tài)下測量，不要在工件轉(zhuǎn)動或加工時測量，否則易使測量面磨損，測桿扭彎，甚至折斷。7.按被測尺寸調(diào)節(jié)外徑千分尺時，要慢慢地轉(zhuǎn)動微分筒或測力裝置，不要握住微分筒揮動或搖轉(zhuǎn)尺架，以致使精密測微螺桿變形。五、主要儀器設(shè)備及耗材1.外徑千分尺2.軸試件3.無水乙醇、棉紗六、思考題1.檢測軸頸有幾種方法（舉三個例子）？2.簡述用外徑千分尺測量軸頸的步驟？3.測量結(jié)果的數(shù)據(jù)中包含幾種誤差，簡述各種誤差的處理方法？實驗器材：儀器名稱刻度值（mm）示值范圍（mm） 測量范圍（mm）零件名稱零件基本尺寸及極限偏差實驗數(shù)據(jù)序號測量值殘余誤差=123456789101. 計算單次測量的標(biāo)準(zhǔn)差估計值（mm）：2. 計

9、算測量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差估計值（mm）：3.計算測量列的極限誤差4.確定測量結(jié)果（mm）：實驗二 齒輪的公法線長度變動量及公法線平均長度偏差的測量公法線長度變動量是指齒輪一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，實際公法線長度的最大值與最小值之差。公法線平均長度偏差是指齒輪一周范圍內(nèi)，公法線長度的平均值與公稱值之差，本實驗采用公法線千分尺來測量齒輪的公法線長度。一、實驗?zāi)康?. 掌握測量齒輪公法線千分尺的方法。2. 加深對齒輪公法線平均長度偏差和公法線變動量的理解。二、實驗內(nèi)容用公法線千分尺測量齒輪的公法線長度變動量及公法線平均長度偏差。三、計量器具及測量原理說明公法線千分尺的外形如圖1所示，它的結(jié)構(gòu)、使用和讀數(shù)方法同普

10、通的千分尺一樣，僅量砧制成蝶形，以使蝶形量砧能伸進齒間進行測量。公法線千分尺可測量模數(shù)在0.5mm以上外嚙合圓柱齒輪的公法線長度，主要用來直接測量直齒、斜齒圓柱齒輪和變位直齒、斜齒圓柱齒輪的公法線長度，公法線長度變動量以及公法線平均長度偏差。亦可用于測量工件特殊部位的尺寸，如筋、鍵、翅、成形刀具的刃、弦齒等的厚度。 其實用方法如下：1.根據(jù)被測齒輪的公法線長度，選擇測量范圍合適的公法線千分尺。2.使用前清凈測量面和測微螺桿，檢查相互作用是否良好。3.公法線千分尺的調(diào)零方法：如零位存在不超過0.02mm的微小誤差，應(yīng)使用產(chǎn)品盒中配套的扳子調(diào)整，將單爪端插入固定套管的小孔內(nèi)，轉(zhuǎn)動固定套管

11、，即可調(diào)零。如零位誤差較大，用扳子單爪端旋松測力裝置，持小錘輕震微分筒尾端，使其與測微螺桿脫開，轉(zhuǎn)動微分筒對零后，再用扳子單爪端旋緊測力裝置。4.測量時先固定測砧與齒輪外廓的被測面接觸（如圖2），在緩慢進給測微螺桿，使活動測砧的側(cè)兩面與齒輪的另一被測量面接觸，將要接觸時，通過轉(zhuǎn)動測力裝置漸進量面，聽見“咔咔”聲，感覺測力裝置里打滑空轉(zhuǎn)，表明測力裝置卸荷有效，量面已接觸上，即可讀數(shù)。圖25.讀取數(shù)值。因微分筒每轉(zhuǎn)動兩圈測微螺桿移動1mm，故在微分筒棱邊離開整數(shù)刻度后的第一圈內(nèi)，可用固定套管的整數(shù)加微分筒的讀數(shù)直接讀取測量值；當(dāng)微分筒在第一圈與第二圈之間時，應(yīng)能看到固定套管上整數(shù)刻度上面的半毫米刻

12、度，這時，整毫米數(shù)加0.5mm；再加微分筒的讀數(shù)即為公法線長度測量值（如圖3）公法線長度是指與兩異名齒廓相切的兩平行平面之間的距離（如圖2），該兩切點的連線切于基圓，因而選擇適當(dāng)?shù)目琮X數(shù)則可使公法線長度在齒高中部測得。四、實驗步驟1.計算公法線長度W和跨齒數(shù)n。公法線長度公稱值W為式中 m模數(shù)； 壓力角，inv=tan-； x變?yōu)橄禂?shù)； z齒數(shù)； n跨齒數(shù)。當(dāng)=200 ，x=0時 （取整數(shù)）2.按確定的跨齒數(shù)，使兩測砧分別與齒輪的非同名的齒廓接觸，測量實際的公法線長度。3.計算和式中、測得公法線實際長度的最大值和最小值。4.判斷被測零件的合格性。5.填寫實驗報告五、公法線千分尺的使用注意事項：

13、1.公法線千分尺的測砧為圓盤狀，測量面的平面度、平行度和表面潔度要求較高，使用或清洗時應(yīng)特別注意。測量時，使用測力裝置，則可避免由于測力過大或不均而使圓盤變形，增大測量誤差。2.測量時不要使公法線千分尺測量面在其邊緣0.5毫米處與齒面接觸，盡可能接觸在里面一些，因為測量面0.5毫米允許有塌邊，同時由于測力影響。如在邊緣接觸，測量面變形就較大，都易使測量誤差增大。3.測量公法線長度時，若用量塊為標(biāo)準(zhǔn)以比較法測量，則可提高測量精度。六、主要儀器設(shè)備及耗材1.公法線千分尺2.齒輪、平板3.無水乙醇、棉紗七、思考題1.測量齒輪的公法線長度有哪些常用的計量器具？2.公法線長度變動量和公法線平均長度偏差有

14、何區(qū)別和聯(lián)系？3.側(cè)隙的評定指標(biāo)中，公法線平均長度偏差比齒厚偏差優(yōu)越之處何在？4.公法線長度變動，與那些指標(biāo)結(jié)合，能評定齒輪的什么運動精度？實驗數(shù)據(jù)：被測齒輪模數(shù)m齒數(shù)Z壓力角跨齒數(shù)n公差標(biāo)注編號公法線長度變動公差公法線平均長度的上偏差公法線平均長度的下偏差計量器具名稱測量范圍分度值測量記錄齒序?qū)崪y讀數(shù)齒序?qū)崪y讀數(shù)齒序?qū)崪y讀數(shù)齒序?qū)崪y讀數(shù)110192821120293122130413223151423326152433716253481726359182736公法線平均長度公法線平均長度偏差公法線長度變動量合格性判斷實驗三 表面粗糙度的測量表面粗糙度是指加工表面所具有的較小間距和微小峰谷不平

15、度，屬于微觀幾何形狀誤差，其常用的測量方法有粗糙度樣塊比較法、光切法、干涉法、針描法及印模法等。一、實驗?zāi)康?.了解表面粗糙度的常用測量方法。2.了解光切顯微鏡測量的工作原理。3.熟悉用光切法測量表面粗糙度的操作方法，加深對評定參數(shù)和的理解。4.掌握測量結(jié)果的計算和數(shù)據(jù)處理。二、實驗內(nèi)容用雙管顯微鏡測量秒面粗糙度的評定參數(shù)和值。三、計量器具及測量原理微觀不平度十點平均高度是在取樣長度內(nèi)，從平行與輪廓中線m的任意一條線算起，被測輪廓的五個最高點（峰）和五個最低點（谷）之間的平均距離如圖1。即圖1光切顯微鏡以光切法測量和觀察機械制造中的零件加工表面的幾何形狀；在不破壞表面的條件下，測出截面輪廓微觀

16、平面度和溝槽寬度的實際尺寸；此外，還可測量表面上個別位置的加工痕跡和破損。雙管顯微鏡能測量1-80的表面粗糙度的值，但只能對外表面進行測定；如需對內(nèi)表面進行測定，而又不破壞被測零件時，則可用一塊膠體把被測表面模印下來的膠體的表面。光切顯微鏡的外形如圖2所示?；?上裝有立柱5，顯微鏡的主體通過橫臂2和立柱聯(lián)接，轉(zhuǎn)動手輪4將橫臂沿立柱上下移動，此時顯微鏡進行粗調(diào)焦，并用旋手1將橫臂固定在立柱上。顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)壓縮在封閉的橫臂內(nèi)。橫臂上裝有可替換的物鏡組8、測微目鏡13等。微調(diào)手輪3用于顯微鏡的精細調(diào)焦。儀器的坐標(biāo)工作臺7利用螺旋測微器對工件進行底座測量與調(diào)整。對平的工件可直接放在工作臺上進行測

17、量；對于圓柱形的工件，可放在儀器工作臺的V形塊上進行測量。圖2  雙管顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)如圖3所示。雙管顯微鏡有兩個光管，一為照明管，另一個為觀察管，二者互成。由光源發(fā)出的一束光線經(jīng)過聚光鏡、狹縫、物鏡以方向投射到被測工件的表面上。調(diào)整儀器使反射光束進入與透射光束垂直的觀察管內(nèi)，經(jīng)物鏡成像在目鏡的分劃板上，通過目鏡可觀察到凸凹不平的光帶（見圖3b），若被測表面凸凹不平，光帶彎曲。設(shè)北側(cè)表面的微觀不平度高度為h，則光帶的彎曲高度，而在目鏡中看到的放大的光帶影像的高度為，則 （公式1）式中K觀察管的放大倍數(shù)。 1.測微鼓輪 2.活動分劃板 3.固定分劃板圖3 光切原理圖 圖4 雙

18、管顯微鏡的讀數(shù)目鏡光帶影像的彎曲高度用測微目鏡頭測量，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖5，下層的固定分劃板3上的刻線尺刻有9條等距刻線，分別標(biāo)著0、1、2、3、4、5、6、7、8等9個數(shù)字，上層的活動分劃板2上刻有一對雙紋刻線和互相垂直的十字線，前者的中心線通過后者的交點，且該中心線與后者任意一條直線間呈角，當(dāng)轉(zhuǎn)動測微鼓輪1利用螺桿移動分劃板2時，位移的大小從鼓輪1上讀出。當(dāng)鼓輪1旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)（100格）時，雙紋刻線和十字線交點便相對于固定分劃板3上量的刻線尺移動一個刻度間距。為了測量和計算的方便，活動分劃板2上的十字線與其移動方向成角如圖4（a）所示。鼓輪1轉(zhuǎn)動的格數(shù)H與光帶影像的彎曲高度之間的關(guān)系為 （公式2）

19、由式1和式2得到被測表面的高度h與鼓輪1讀數(shù)格數(shù)H之間的關(guān)系如下：式中i=1/2K，表示使用不同放大倍數(shù)的物鏡時鼓輪1的分度值。它由量儀的說明書給定或從表1查出，實際應(yīng)用時通常用量儀附帶的標(biāo)準(zhǔn)刻線尺來校訂。表1 物鏡放大倍數(shù)K與可調(diào)值的關(guān)系物鏡放大倍數(shù)量儀的總放大倍數(shù)物鏡組件與工件的距離/mm分度值i（/格）目鏡視場直徑/mm可測范圍Rz/7609.51.262.520-80141202.50.631.36.3-20302600.20.2940.61.6-6.3605100.040.1450.30.8-1.6四、測量步驟1.微觀不平度十點高度的測量（1）根據(jù)被測表面的粗糙度要求，按照實驗表1選

20、擇合適物鏡組，分別安裝在投射光管和觀察光管的下端。（2）接通電源。（3）擦凈被測工件，把它安裝在工作臺上，并使被測表面的切削痕跡的方向與光帶垂直，當(dāng)測量圓柱形工件時，應(yīng)將工件置于V形塊上。（4）粗調(diào)節(jié)。參見實驗圖2，用手托住支臂2，松開鎖緊螺釘3，緩慢旋轉(zhuǎn)支臂調(diào)節(jié)螺母6，使橫臂5沿立柱2上下移動（注意鏡頭與被測表面之間必須留有微量間隙），直到目鏡中觀察到綠色光帶和表面輪廓不平度的影像（如圖3b），轉(zhuǎn)動工作臺11，使光帶與被測表面的加工痕跡垂直，然后將螺釘3、9固緊。要注意防止物鏡與工件表面相碰，以免損壞物鏡組。（5）細調(diào)節(jié)。從目鏡16觀察光帶。緩慢而往復(fù)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪4進行微調(diào)，使目鏡視場中央出

21、現(xiàn)最窄且有一邊緣較清晰的光帶。（6）調(diào)整視場。松開螺釘17，轉(zhuǎn)動目鏡頭16，使視場中十字線中的水平線與光帶總的方向平行，然后鎖緊螺釘17，使目鏡頭16位置固定。（7）在一個取樣長度范圍內(nèi)測量，計算。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1031-1995選取取樣長度和評定長度。轉(zhuǎn)動目鏡被測鼓輪15，在一個取樣長度范圍內(nèi)，使十字線的水平線分別與5個最大的輪廓峰和5個最低的輪廓谷深相切（見圖5），從目鏡測微鼓輪15上分別讀出5個最高點至基準(zhǔn)線A的距離h1、h2、h3、h4、h5和5個最低點至基準(zhǔn)線A的距離h6、h7、h8、h9、h10（切忌在取樣長度內(nèi)任意活按任意順序找5個峰、5個谷，而必須找出5個最高峰和5個最低谷

22、）。微觀不平度十點高度按下式計算式中hi的單位為格，分度值i的數(shù)值由表1查出，其單位為/格。圖5 5個最高點至基準(zhǔn)線A的距離和5個最低點至基準(zhǔn)線A的距離（8）評定長度ln范圍內(nèi)測量，計算的平均值。 由于被測表面的各部分表面粗糙度不一定均勻一致，為了充分反映整個表面的表面粗糙度的特性，取評定長度范圍內(nèi)的幾個值的均值作為測量結(jié)果。其計算式為Rz（平均）=2.單峰平均間距s的測量用測微目鏡中的垂直線對準(zhǔn)光帶輪廓的第一個峰，從工作臺的縱向移動千分尺上，讀取第一個讀數(shù)S1?？v向移動工作臺，在取樣長度范圍內(nèi)，用垂直線對準(zhǔn)光帶輪廓的第n個峰，從縱向千分尺上讀出第n個單峰的讀數(shù)Sn，單峰平均間距按照下式計算根

23、據(jù)上述計算結(jié)果判斷被測表面粗糙度值和s的值的適用性。五、主要儀器設(shè)備及耗材1.光切顯微鏡2.試件3.無水乙醇、棉紗、鏡頭紙六、思考題1.測量表面粗糙度還有那些方法？其應(yīng)用范圍如何？2.光切法測量中的“格值”是何含義？實驗中的物鏡放大倍數(shù)和鼓輪實際分度值各是多少？3.微觀不平度十點高度Rz和輪廓算數(shù)平均偏差Ra含義是什么？雙管顯微鏡能測量Ra么？實驗數(shù)據(jù)：儀器名 稱測量范圍/物鏡放大倍數(shù)鼓輪分度值i（）測量工件微觀不平度十點高度的允許值 測量序號 讀數(shù)測量位置12345測量結(jié)果：合格性結(jié)論及理由：實驗四 圓度與平行度誤差的測量一、實驗?zāi)康?.了解圓度與平行度誤差的測量原理及方法。2.熟悉通用量具的使用。3.加深對圓度和平行度公差的理解。二、實驗內(nèi)容1.兩點法測量工件的圓度誤差。2.采用“與理想要