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第5章技术测量基本知识第5章技术测量基本知识5.1概述5.2长度基准与长度量值传递系统5.3计量器具与测量方法的分类5.4测量误差的基本知识思考题与习题第5章技术测量基本知识5.1概述在机械制造业中，判断加工完成的零件是否符合设计要求，需要通过测量技术来进行。测量技术主要是研究对零件的几何量进行测量和检验的一门技术，其中零件的几何量包括长度、角度、几何形状、相互位置以及表面粗糙度等。国家标准是实现互换性的基础，测量技术是实现互换性的保证。测量技术就像机械制造业的眼睛一样，处处反映着产品质量的优劣，在生产中占据着举足轻重的地位。第5章技术测量基本知识所谓“测量”，是指确定被测对象的量值而进行的实验过程。通俗地讲，就是将一个被测量与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。这一过程必将产生一个比值，比值乘以测量单位即为被测量值。测L=q·E式中：L——被测量值；E——测量单位；q——（5-1）第5章技术测量基本知识式L=q·E被称为基本测量方程式。它说明：如果采用的测量单位E为mm，与一个被测量比较所得的比值q为50，则其被测量值也就是测量结果应为50mm。测量单位愈小，比值就越大。测量单位的选择取决于被测几何量所要求的测量精度，精度要求越高，测量单位就应选得越小。第5章技术测量基本知识分析整个测量过程可知，一个完整的测量过程包括以下四个方面的内容：(1)被测对象：主要指零件的几何量。(2)计量单位：是指国家的法定计量单位，长度的基本单位是米（m），其它常用单位有毫米（mm）和微米(μm)。(3)测量方法：是指测量时所采用的测量器具、测量原理以及检测条件的综合。第5章技术测量基本知识(4)测量精度：是指测量结果与真值的一致程度。任何测量都避免不了会产生测量误差。因此，精度和误差是两个相互对应的概念。精度高，说明测量结果更接近真值，测量误差更小；反之，精度低，说明测量结果远离真值，测量误差大。由此可知，任何测量结果都是一个表示真值的近似值。第5章技术测量基本知识“检验”是一个比“测量”含义更广泛的概念。对于金属内部质量的检验、表面裂纹的检验等，就不能用“测量”这一概念。对于零件几何量的检验，通常只是判断被测零件是否在规定的验收极限范围内，确定其是否合格，而不一定要确定其具体的量值。第5章技术测量基本知识5.2长度基准与长度量值传递系统5.2.1为了保证工业生产中长度测量的精确度，首先要建立统一、可靠的长度基准。国际单位制中的长度单位基准为米（m），机械制造中常用的长度单位为毫米（mm），精密测量时，多用微米(μm)为单位，超精密测量时，则用纳米（nm）为单位。它们之间的换算关系如下：1m=1000mm，1mm=1000μm，1μm=1000nm第5章技术测量基本知识所以在1983年的第十七届国际计量大会上审议并批准了一个米的新定义：“米等于光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内的行程长度”。新定义带有根本性变革，它建立在一个重要的基本物理常数（真空中的光速c=299792458米/秒）的基础上。c常数是一个不存在误差的精确值，用它作为米的定义，精度上不受任何条件的限制，其稳定性和复现性是原定义的100倍以上，实现了质的飞跃。第5章技术测量基本知识4.2.2使用光波长度基准，虽然可以达到足够的准确性，但却不便直接应用于生产中的量值测量。为了保证长度基准的量值能准确地传递到工业生产中去，就必须建立从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统（见图5-1）。目前，量块和线纹尺仍是实际工作中的两种实体基准，是实现光波长度基准到测量实践之间的量值传递媒介。第5章技术测量基本知识图5-1长度量值传递系统第5章技术测量基本知识4.2.3由图5-1长度量值传递系统可知，量块是机械制造中精密长度计量应用最广泛的一种实体标准，它是没有刻度的平面平行端面量具，是以两相互平行的测量面之间的距离来决定其长度的一种高精度的单值量具。量块的形状一般为矩形截面的长方体和圆形截面的圆柱体（主要应用于千分尺的校对棒）两种，常用的为长方体（见图5-2）。量块有两个平行的测量面和四个非测量面，测量面极为光滑平整，非测量面较为粗糙一些。两测量面之间的距离L为量块的工作尺寸。第5章技术测量基本知识量块一般用铬锰钢或其他特殊合金钢制成，其线膨胀系数小，性质稳定，不易变形，且耐磨性好。量块除了作为尺寸传递的媒介，用以体现测量单位外，还广泛用来检定和校准量块、量仪；相对测量时用来调整仪器的零位；有时也可直接检验零件，同时还可用于机械行业的精密划线和精密调整等。第5章技术测量基本知识1.量块长度是指量块上测量面的任意一点到与下测量面相研合的辅助体（如平晶）平面间的垂直距离。虽然量块精度很高，但其测量面亦非理想平面，两测量面也不是绝对平行的。可见，量块长度并非处处相等。因此，规定量块的尺寸是指量块测量面上中心点的量块长度，用符号L来表示，即用量块的中心长度尺寸代表工作尺寸。量块的中心长度是指量块上测量面的中心到与此量块下测量第5章技术测量基本知识面相研合的辅助体（如平晶）表面之间的距离，如图5-3所示。量块上标出的尺寸为名义上的中心长度，称为名义尺寸（或称为标称长度），如图5-2所示。尺寸小于6mm的量块，名义尺寸刻在上测量面上；尺寸大于等于6mm的量块，名义尺寸刻在一个非测量面上，而且该表面的左右侧面分别为上测量面和下测量面。第5章技术测量基本知识图5-2量块第5章技术测量基本知识图5-3量块的中心长度第5章技术测量基本知识2.每块量块只代表一个尺寸，由于量块的测量平面十分光洁和平整，因此当表面留有一层极薄的油膜时（约0.02μm），用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触，因分子间的亲和力，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性，也称为粘合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需要的各种尺寸。第5章技术测量基本知识3.为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的，一套包含一定数量不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内。国家量块标准中规定了17种成套的量块系列，从国家标准GB6093—85中摘录的几套量块的尺寸系列如附表5-1（P126)所示。第5章技术测量基本知识量块组合方法及原则:(1）选择量块时，无论是按“级”测量还是按“等”测量，都应按照量块的名义尺寸进行选取。若为按“级”测量，则测量结果即为按“级”测量的测得值；若为按“等”测量，则可将测出的结果加上量块检定表中所列各量块的实际偏差，即为按“等”测量的测得值。(2）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位小数开始考虑，每选一块应使尺寸至少去掉一位小数。第5章技术测量基本知识(3）使量块块数尽可能少，以减少积累误差，一般不超过3~5块。(4）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。(5）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。(6）组合时，下测量面一律朝下。第5章技术测量基本知识例如：要组成28.935的尺寸，若采用83块一套的量块，参照附表3-1，其选取方法如下：以上四块量块研合后的整体尺寸为28.93593.27005.1935.28…………………第一块量块尺寸为1.0055.2643.1…………………第二块量块尺寸为1.43205.6…………………第三块量块尺寸为6.5020…………………第四块量块尺寸为20第5章技术测量基本知识4.1）按国标的规定，量块按制造精度分为6级，即00、0、1、2、3和K级。其中00级精度最高，依次降低，3级精度最低，K级为校准级。各级量块精度指标见附表5-2。量具生产企业根据各级量块的国标要求，在制造时就将量块分了“级”，并将制造尺寸标刻在量块上。使用时，就使用量块上的名义尺寸。这叫做按“级”测量。第5章技术测量基本知识2）量块按其检定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等，其中1等精度最高，依次降低，6等精度最低。各等量块精度指标见附表5-3。当新买来的量块使用了一个检定周期后（一般为一年），再继续按名义尺寸使用即按“级”使用，组合精度就会降低（由于长时间的组合、使用，量块有所磨损）。所以，就必须对量块重新进行检定，测出每块量块的实际尺寸，并按照各等量块的国家标准将其分成“等”。使用量块检定后的实际尺寸进行测量，叫做按“等”测量。第5章技术测量基本知识这样，一套量块就有了两种使用方法。按“级”使用时，所根据的是刻在量块上的名义尺寸，其制造误差忽略不计；按“等”使用时，所根据的是量块的实际尺寸，而忽略的只是检定量块实际尺寸时的测量误差，但可用较低精度的量块进行比较精密的测量。因此，按“等”测量比按“级”测量的精度高。第5章技术测量基本知识5.3测量方法与测量器具5.3.1计量器具的分类计量器具可按其测量原理、结构特点及用途分为以下五类：(1)基准量具和量仪：在测量中体现标准量的量具和量仪。例如：量块、角度量块、激光比长仪、基准米尺等。(2)通用量具和量仪：可以用来测量一定范围内的任意尺寸的零件，它有刻度，可测出具体尺寸值。按结构特点可分为以下几种：①固定刻线量具：如米尺、钢板尺、卷尺等第5章技术测量基本知识②游标量具：如三用游标卡尺（含带表游标卡尺、数显游标卡尺等）、游标深度尺、游标高度尺、齿厚游标卡尺、游标量角器等。③螺旋测微量具：如外径千分尺、内径千分尺、螺纹中径千分尺、公法线千分尺等。④机械式量仪：如百分表、内径百分表、千分表、杠杆齿轮比较仪、扭簧仪等。⑤光学量仪：如工具显微镜、光学比较仪等。第5章技术测量基本知识⑥气动量仪：是将零件尺寸的变化量通过一种装置转变成气体流量（或压力等）的变化，然后将此变化测量出来即可得到零件的被测尺寸。如浮标式、压力式、流量计式气动量具等。⑦电动量仪：是将零件尺寸的变化量通过一种装置转变成电流（或电感、电容等）的变化，然后将此变化测量出来即可得到零件的被测尺寸。如电接触式、电感式、电容式电动量仪等。第5章技术测量基本知识(3)量规：为无刻度的专用量具。它只能用来检验零件是否合格，而不能测得被测零件的具体尺寸。如：塞规、卡规、环规、螺纹塞规、螺纹环规等。(4)检验装置：是量具量仪和其它定位元件等的组合体，用来提高测量或检验效率，提高测量精度，便于实现测量自动化，在大批量生产中应用较多。第5章技术测量基本知识5.3.2度量的技术指标是指测量中应考虑的测量工具的主要性能，它是选择和使用测量工具的依据。计量器具的基本度量指标如图5-4所示。第5章技术测量基本知识图5-4计量器具的基本度量指标第5章技术测量基本知识(1)刻度间隔C：也叫刻度间距，简称刻度，它是标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。为了便于目测估读，一般刻线间距在1~2.5mm范围内。(2)分度值i：也叫刻度值、精度值，简称精度，它是指测量器具标尺上一个刻度间隔所代表的测量数值。(3)示值范围：是指测量器具标尺上全部刻度间隔所代表的测量数值。(4)量程：计量器具示值范围的上限值与下限值之差。第5章技术测量基本知识(5)测量范围：测量器具所能测量出的最大和最小的尺寸范围。一般地，将测量器具安装在表座上，它包括标尺的示值范围、表座上安装仪表的悬臂能够上下移动的最大和最小的尺寸范围。(6)灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。灵敏度说明了量仪对被测数值微小变动引起反应的敏感程度。(7)示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。第5章技术测量基本知识(8)放大比K：也叫传动比，它是指量仪指针的直线位移（或角位移）与引起这个位移的原因（即被测量尺寸变化）之比。这个比等于刻度间隔与分度值之比，即K=C/i。(9)修正值：是指为了消除和减少系统误差，用代数法加到测量结果上的数值。它的大小和示值误差的绝对值相等，而符号相反。在测量结果中加入相应的修正值后，可提高测量精度。(10)不确定度：是指在规定条件下测量时，由于测量误差的存在，被测几何量值不能肯定的程度。第5章技术测量基本知识5.3.3测量方法的分类在测量中，测量方法是根据测量对象的特点来选择和确定的，其特