東北石油大學(xué)機(jī)械精度設(shè)計與檢測2新

1、機(jī)械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)（互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)）實 驗 指 導(dǎo) 書東北石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化教研室2006年9月15實驗一 用立式光學(xué)計測量軸徑一、 實驗?zāi)康呐c要求1.了解立式光學(xué)計的原理和使用場合。.掌握立式光學(xué)計測量微差尺寸方法及量塊的使用。二、立式光學(xué)計的原理立式光學(xué)計是應(yīng)用光學(xué)杠桿和自準(zhǔn)直原理，以量塊作基準(zhǔn)，進(jìn)行比較測量的光學(xué)量儀。其核心部分為型的測微光管(光學(xué)計管)，光學(xué)系統(tǒng)（見圖）工作原理如下：光線由光源經(jīng)反射鏡6進(jìn)入棱鏡7，使分劃板的標(biāo)尺9得到照明，光線透過標(biāo)尺繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)棱鏡3反射，折向物鏡2，由于分劃板是放置在物鏡的焦點上，所以成為一束平行光入射到反射鏡1上，由于反射鏡

2、正好對著物鏡，因此仍按原路反射回去，且遵循自準(zhǔn)直原理，則標(biāo)尺的像亦顯圖1示在分劃板另一半面上，這就是目鏡中看到的標(biāo)尺。當(dāng)測桿移動時，頂動反射鏡，使之傾斜一個角度，目鏡中的標(biāo)尺像也隨之移動一個距離，這個距離與測桿移動距離約以1000倍放大，可以通過目鏡5進(jìn)行讀數(shù)。三、實驗所需器件 立式光學(xué)計、千分尺、量塊、被測工件（軸）、無水乙醇、脫脂棉、手套等。四、實驗內(nèi)容 1.測量軸徑 2.測量軸的直線度誤差 3.測量軸的圓度誤差五、實驗方法與步驟（參見圖2、圖3儀器外形圖） 1.接通變壓器25輸入端220V電源，投影燈23插在變壓器輸出端6V、30VA插座上，燈亮； 2.調(diào)節(jié)進(jìn)光反射鏡10，撥動提升器19

3、（撥叉），觀察目鏡投影筒24，直至出現(xiàn)較清晰的標(biāo)尺刻度和指示線；3.用千分尺粗測工件尺寸，作為組合量塊依據(jù)；4.組合量塊（）組合量塊不得超過四塊，否則為無效測量；（）組合量塊尺寸應(yīng)在粗測工件尺寸±50m之內(nèi)；（）使用量塊應(yīng)帶手套操作，量塊兩光面用酒精棉擦干凈，疊放在工作臺上。5.光學(xué)計調(diào)零（1）松開橫臂固定螺旋4，旋動橫臂升降螺圈3，使橫臂下降當(dāng)測帽20剛好接觸組合量塊時,將螺旋4固定；（2）再松開光管固定螺旋16，轉(zhuǎn)動微動手輪6作適當(dāng)升降，從目鏡內(nèi)看到分劃線后，若不清晰再旋轉(zhuǎn)目鏡13調(diào)焦，調(diào)節(jié)使分劃線零位與指示虛線重合，再將光管固定螺旋16旋緊；（3）若零位稍有移動，不必再松螺旋1

4、6，可旋動零位調(diào)節(jié)手輪14，歸零，此時撥動提升器19幾次，零位不變即可換上工件進(jìn)行比較測量。測量過程上述緊固部分不能再動，并將量塊放回盒內(nèi)；（）注意事項:1）調(diào)零前用微動凸輪托圈固定螺旋15和光管固定螺旋16，將光學(xué)計管安放在高低適中位置，同時使微動手輪6上標(biāo)記點朝上，零位調(diào)節(jié)手輪14處于中間位，以便調(diào)零時有足夠調(diào)節(jié)量；2）測量時必須使工作臺平面與測量軸垂直；3）測量時被測物與測帽間接觸面，必須使其最小，即近于點或線，因此測柱形軸時宜采用刀刃形或平面測帽。6.測量：（1）軸徑測量工件上選兩截面，每截面0°、90°各測一次。（2）直線度測量，工件上同一母線均測四個點。圖2圖3

5、（3）圓度測量，工件上選同一截面，等分45°測四個點。測量完畢，斷開220V電源。六、實驗數(shù)據(jù)與報告上述實驗過程的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在實驗數(shù)據(jù)表中（見附表1），經(jīng)數(shù)據(jù)處理形成實驗結(jié)論，并畫出直線度誤差和圓度誤差的視圖和標(biāo)注。思考題：.此次測量時量塊是按“等”使用，還是按“級”使用？它們有何不同？.了解刻度值，標(biāo)尺示值范圍，儀器測量范圍等概念。附表1 用立式光學(xué)計測量軸徑實驗數(shù)據(jù)表 年 月 日1被測試件尺寸試件號公稱直徑（mm）公差等級軸徑的極限尺寸（mm）粗測軸徑（mm）1最大最小2最大最小2.組合量塊組號量塊第一塊第二塊第三塊第四塊量塊組合尺寸（mm）1標(biāo)稱尺寸2標(biāo)稱尺寸3.測量數(shù)據(jù)及處

6、理測量內(nèi)容序號讀 數(shù)（m）軸徑實際尺寸量塊組合尺寸讀數(shù)（mm）試件1試件2試件1試件2軸徑測量截面12截面12直同線一度條測母量線1234圓同度一測截量面1234軸徑實際尺寸變動范圍（mm）適用性結(jié)論（合格或不合格）試件1試件2圖示直線度誤差圖示圓度誤差實驗二 表面粗糙度試驗2.1 用光切法顯微鏡測量表面粗糙度一、實驗?zāi)康暮鸵?.建立對表面粗糙度的感性認(rèn)識；2.了解光切法顯微鏡的原理和結(jié)構(gòu)；3.熟悉用光切法顯微鏡測量表面粗糙度的方法及操作。二、光切法顯微鏡測量原理儀器是采用光切法測量被測表面的微觀不平度，其工作原理如圖（光學(xué)系統(tǒng)圖）所示：儀器外形圖 光學(xué)系統(tǒng)示意圖由光源發(fā)出的光線，經(jīng)狹縫形成

7、一條平行光帶，以45°方向投射到被測表面。由于工件表面粗糙不平，表面的波峰S點產(chǎn)生反射，波谷在S點產(chǎn)生反射，反射后在與工件成45°的另一方向，通過顯微鏡的物鏡，它們各成像在分劃板的a 和 a點。在目鏡中觀察到的即為具有與被測表面一樣的彎曲波形光帶。通過目鏡的分劃板與測微器測出a點至a點之間距離N，被測表面的微觀不平度h即為： （1）V物鏡放大倍數(shù)三、測量方法與步驟參看儀器的外形1. 估計被測工件表面粗糙度大致級別，依此選擇合適的物鏡；測量范圍（不平度平均高度值）（m）所需物鏡總放大倍數(shù)物鏡組件與工件的距離(mm)視場(mm)0.81.660×N.A.0.55*51

8、0×0.040.31.66.330×N.A.0.40*260×0.20.66.32014×N.A.0.20*120×2.51.320807×N.A.0.12*60×9.52.5 2.儀器接通電源，將被測工件安放在工作臺上，其加工紋路應(yīng)與顯微鏡光軸平面平行，即與狹縫像垂直； 3.松開緊固螺釘，轉(zhuǎn)動粗調(diào)螺母進(jìn)行粗調(diào)焦，再轉(zhuǎn)動微調(diào)手柄進(jìn)行調(diào)焦，直至光帶影像一邊緣最清晰為止，鎖緊緊固螺釘；4.松開目鏡頭座螺釘，將目鏡頭轉(zhuǎn)動，使視場中的十字坐標(biāo)線的一根平行于光帶、鎖緊螺釘。轉(zhuǎn)動測微套筒的鼓輪，將平行線移到與光帶清晰邊緣的最高點（峰頂）

9、對準(zhǔn)相切（如圖a所示），記下測微鼓上的讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動鼓輪將平行線與光帶清晰邊緣最低點對準(zhǔn)相切（如圖b所示），記下測微鼓上讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差為。圖a 圖b（）將式（2）中的N代入式（1）后得（）式中：分劃板的二次讀數(shù)差為求出不平度平均高度值 ，要求在工件不同區(qū)域測量被測輪廓的五個最高點（峰）和五個最低點（谷）之間的平均讀數(shù)差。再按式（3）計算出的h，即不平度平均高度RZ。然后按標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)值查出相應(yīng)的表面粗糙度數(shù)值。實驗過程數(shù)據(jù)記錄及計算參看附表2。四、物鏡放大倍數(shù)V的確定由于目鏡百分尺轉(zhuǎn)筒的度數(shù)與選用的物鏡組的放大倍數(shù)有關(guān)，同時物鏡放大倍數(shù)也不夠準(zhǔn)確，所以要利用儀器備有的標(biāo)準(zhǔn)刻度進(jìn)行測量。標(biāo)準(zhǔn)尺的

10、中央圓面上刻有100個格，總長1毫米，每格為0.01毫米。測量時首先將標(biāo)準(zhǔn)刻度尺放在儀器的工作臺上，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)刻度尺刻線清晰地成象在目鏡視場中，并且使其刻線和狹縫象垂直，分劃板十字線的運動方向與狹縫平行。然后將分劃板十字線交點對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)刻度尺的一端，記下目鏡百分尺第一次讀數(shù)（如圖中交叉實線位置），再把十字線交點移到標(biāo)準(zhǔn)刻度尺的另一端（圖中交叉虛線位置），記下目鏡百分尺第二次讀數(shù)。此時測微目鏡的二次讀數(shù)差與標(biāo)準(zhǔn)刻度尺選擇段刻度數(shù)之比，就是顯微鏡物鏡的放大倍數(shù)V。例如：假定標(biāo)準(zhǔn)刻度尺選擇線段為80格，即0.8毫米。在測微目鏡中對此刻線段的讀數(shù)值為6.4毫米，儀器上安裝的物鏡組為14×N.A.

11、0.20時，物鏡的放大倍數(shù):五、思考題1.評定表面粗糙度的參數(shù)有哪些？ 間有什么區(qū)別？附表2：用光切法（雙管）顯微鏡測量表面粗糙度實驗數(shù)據(jù)表 年 月 日1.估計被測工件表面粗糙度為2.選定所需物鏡組為：3.確定物鏡的放大倍數(shù)V4.光切法顯微鏡的測量范圍為_m到_m5.測量記錄數(shù)據(jù)與計算取樣序號n峰頂讀數(shù)A(格)谷底讀數(shù)B(格）峰谷高度(格)平均高度(格)（m）12345請按標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)值標(biāo)注出被測工件表面粗糙度測量結(jié)果： 2.2 用于涉顯微鏡測量表面粗糙度一、實驗?zāi)康呐c要求1. 了解干涉法的測量原理2. 熟悉儀器的使用方法與測量范圍二、工作原理6J型干涉顯微鏡光路系統(tǒng)圖、外形圖如下：干涉顯微鏡是

12、干涉儀和顯微鏡的組合，將被測件和標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡面相比較，用光波波長作為尺子來衡量工件表面的微觀不平深度，用顯微鏡進(jìn)行高倍放大后再進(jìn)行觀察和測量。其測量范圍為0.020.8m。儀器的光路原理是：光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2，濾色片3，光欄4落在組合棱鏡5上，棱鏡組合處斜面將光線分成兩束（又稱分光鏡）：一束按原方向射到物鏡9到反射鏡S1（標(biāo)準(zhǔn)鏡面），被S1 反射又回到棱鏡上，再由5折射經(jīng)物鏡10到反射鏡11，由11反射進(jìn)入目鏡。另一束光線由棱鏡5折射轉(zhuǎn)向物鏡6，再射到被測量零件表面S2上，由零件表面反射回來，經(jīng)棱鏡5，物鏡10，射到反射鏡11，由反射鏡11也進(jìn)入目鏡。由于兩束光到達(dá)目鏡的路程不同，必定有

13、一個光程差，人為地控制使其光程差為 則產(chǎn)生干涉條紋。因工件表面的微觀不平度，使干涉條紋呈彎曲狀，用目鏡百分尺測出干涉帶的相對彎曲度，即可確定表面的微觀不平度即表面粗糙度。三、 測量方法1. 將被測表面放在工作臺上，打開燈源預(yù)熱15分鐘，使溫度均衡；2. 選定濾色片，選擇原則是目測時用白光，要求測量精度高時用綠色光，照相時用橙色光；3. 轉(zhuǎn)動手柄3，使遮光器移入光路，遮斷通向S1平面反射鏡的光路；4. 轉(zhuǎn)動滾花手輪2，使工作臺上下移動，將物鏡與被測表面對焦，直至見到清晰的加工刀痕為止；轉(zhuǎn)動手柄打開通向S1的光路，可見到干涉條紋。如果干涉條紋模糊不清。則再細(xì)調(diào)滾花手輪，若看不到干涉條紋，需細(xì)調(diào)參考鏡S1； 轉(zhuǎn)動工作臺使干涉條紋與加工紋路垂直，轉(zhuǎn)動手輪使干涉條紋寬度為毫米左右，便可進(jìn)行測量。如果被測工件表面加工得很精密，那么可以得到?jīng)]有彎曲的直接干涉條紋。用目測估讀法測得不平度平均高度值。具體方法如下圖：轉(zhuǎn)動目鏡千分尺，使視場中的十字交叉線的一根與干涉條紋平行，并選擇其中一條較清晰的干涉帶五個最高峰的平均線N1，記下第一讀數(shù)；下移平行線至同一干涉帶五個最低點的平均線N2，記下第二次讀數(shù)。再將平行線移至與之相鄰的干涉帶五個最高峰的平均線N3，記下第三次讀數(shù)。此時帶寬:相鄰兩干涉帶的間距:則：單色光的波長。用白光時=0.54m實驗數(shù)據(jù)記錄及計算結(jié)果和標(biāo)