第一篇机械测量入门技术基础

１第一篇机械测量入门技术基础知识目标了解机械测量技术的相关知识，掌握机械测量的基本概念及其单位与换算关系。了解测量器具与测量方法的分类，理解测量器具主要技术性能指标；了解现代测量技术发展状况，理解测量误差分析与数据处理的基础常识；了解量具量仪选用的要求及方法，熟悉量具量仪的日常使用与维护技术；任务一了解机械测量技术的相关知识测量技术是一门具有自身专业体系、涵盖多种学科、理论性和实践性都非常强的前沿科学。而熟知测量技术方面的基础知识，则是掌握测量技能，独立完成对机械产品几何参数测量的基础。知识链接1机械测量技术的基本概念一件制造完成后的产品是否满足设计的几何精度要求，通常有以下几种判断方式。1．测量测量就是为确定量值而进行的实验过程。在测量中假设L为被测量值，E为所采用的计量单位，那么它们的比值为：q=EL这个公式的物理意义说明，在被测量值L一定的情况下，比值q的大小完全决定于所采用的计量单位E，而且是成反比关系。同时它也说明计量单位的选择决定于被测量值所要求的精确程度，这样经比较而得的被测量值为：L＝qE因此，测量是以确定被测对象的量值为目的的全部操作。在这一操作过程中，将被测对象与复现测量单位的标准量进行比较，并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果。例如用游标卡尺对一轴径的测量，就是将被测量对象（轴的直径）用特定测量方法（游标卡尺）与长度单位（毫米）相比较。若其比值为30.52，准确度为±0.03mm，则测量结果可表达为（30.52±0.03）mm。由上可知，任何一个测量过程必须有被测的对象和所采用的计量单位。２此外还有二者是怎样进行比较和比较以后它的精确程度如何的问题，即测量的方法和测量的精确度问题。这样，任何测量过程都包含：测量对象、计量单位、测量方法及测量精确度等四个要素。本章只涉及机械制造中最普遍的测量对象，即几何量的测量。测量对象：这里主要指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度以及形位误差等。由于几何量的特点是种类繁多，形状又各式各样，因此对于它们的特性，被测参数的定义，以及标准等都必须加以研究和熟悉，以便进行测量。计量单位：我国国务院于1977年5月27日颁发的《中华人民共和国计量管理条例(试行)》第三条规定中重申：“我国的基本计量制度是米制(即公制)，逐步采用国际单位制”。1984年2月27日正式公布中华人民共和国法定计量单位，确定米制为我国的基本计量制度。在长度计量中单位为米(m)，其它常用单位有毫米(mm)和微米(μm)。在角度测量中以度、分、秒为单位。测量方法：是指在进行测量时所采用的计量器具和测量条件的综合。根据被测对象的特点，如精度、大小、轻重、材质、数量等来确定所用的计量嚣具；分析研究被测参数的特点和它与其它参数的关系，确定最合适的测量方法以及测量的主客观条件(如环境、温度)等。测量的精确度(即准确度)：是指测量结果与真值的一致程度。由于任何测量过程总不可避免地会出现测量误差，误差大说明测量结果离真值远，精确度低。因此精确度和误差是两个相对的概念。由于存在测量误差，任何测量结果都是以一近似值来表示，或者说测量结果的可靠性有效值是有测量误差确定。2．测试测试是指具有试验性质的测量，也可理解为试验和测量的全过程。3．检验检验是判断被测物理量在规定范围内是否合格的过程，一般来说就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程，通常不一定要求测出具体值。几何量检验即是确定零件的实际几何参数是否在规定的极限范围内，以作出合格与否的判断。因此，检验也可理解为不要求知道具体值的测量。３4．计量为实现测量单位的统一和量值准确可靠的测量。知识链接2常用测量单位及其换算对几何量进行测量时，必须有统一的长度计量单位。测量单位是测量工作中的原始标准，各国都作了具体规定。例如，我国传统习惯沿用的长度单位为丈、尺、寸、分、厘，叫做“市制”。英国及英联邦国家采用的长度单位为码、英尺、英寸、英分，叫做“英制”。目前，大多数国家(包括我国)使用“米制”，以米为基本长度单位，“米制”被国际公认，定为国际标准。我国国务院于1984年发布了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，决定在采用先进的国际单位制基础上，规定我国计量单位一律采用《中华人民共和国法定计量单位》，其中规定“米”(m)为长度的基本单位，同时使用米的十进制倍数和分数的单位。千米(km)、米(m)、毫米(mm)、微米(μm)间的换算关系如下：lmm=lO-3m；lμm=10-3mm。在超精密测量中，长度计量单位采用纳米(nm)，lnm=10-3μm。机械制造中常用的角度单位是度（°）、分（′）、秒（″）和弧度（rad）、微弧度（μrad）。用度作单位来测量角的制度叫做角度制。若将整个圆周分为360等分，则每一等分弧所对的圆心角的角度即为1度(°)；圆周一周所对之圆心角=360°(度)。度、分、秒的关系采用60进位制，即1°=60′(分)，1′=60″(秒)。用弧度做单位来测量角的制度叫做弧度制。与半径等长的弧所对的圆心角的弧度即为1弧度。圆周所对的圆心角＝2π弧度=6.2832弧度(rad)。1μrad（微弧度）＝10-6rad（弧度）。角度和弧度的换算关系为：1°=0．017453rad，或1rad＝57.295764°。在生产实际工作中，我们常会遇到英制长度单位的零件，例如管子直径以英寸作为基本单位，它与法定长度换算关系是1英寸(in)=0.0254米(m)＝25．4毫米（mm）。我国的市制长度单位是（市）里、丈、尺、（市）分，如1里＝150丈，1丈＝10尺，1尺＝10寸，1寸＝10分。我国现行法定计量单位是国际制单位，４市制单位已不使用。知识链接3测量基准和量值的传递一、测量基准测量基准是复现和保存计量单位并具有规定计量单位特性的计量器具。在几何量计量领域内，测量基准可分为长度基准和角度基准两类。1．长度基准1983年第十七届国际计量大会根据国际计量委员会的报告，批准了米的新定义：即“一米是光在真空中在1／299792458秒（s）的时间间隔内所进行的路程的长度”。(1)定义复现及保存长度计量单位并通过它传递给其他计量器具的物质称长度计量基准。长度计量基准分国家基准(主基准)、副基准和工作基准。(2)国家基准(主基准)国家基准是用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家鉴定并批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。如上述“米”的定义，推荐用激光辐射来复现它。(3)副基准副基准是通过直接或间接与国家基准对比来确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。它在全国作为复现计量单位钓地位仅次于国家基准。(4)工作基准工作基准是经与国家基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定，实际用以检定计量标H的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅在国家基准及副基准之下。设立工作基准目的是不使国家基准和副基准由于使用频繁而丧失其应有的准确度或遭受损坏。根据米的定义建立的国家基准、副基准和工作基准，一般都不能在生产中直接用于对零件进行测量。为了确保量值的合理和统一，必须按《国家计量检定系统》的规定，将具有最高计量特性的国家基准逐级进行传递，直至用于对产品进行测量的各种测量器具。５2．角度基准角度量与长度量不同。由于常用角度单位（度）是由圆周角定义的，即圆周角等于360°，而弧度与度、分、秒又有确定的换算关系，因此无需建立角度的自然基准。二、量值的传递在机械制造中，自然基准不便于普遍直接应用。为了保证测量值的统一，必须把国家基准所复现的长度计量单位量值经计量标准逐级传递到生产中的计量器具和工件上去，以保证对被测对象所测得的量值的准确和一致。为此，需要在全国范围内从技术上和组织上建立起严密的长度量值传递系统。目前，线纹尺和量块是实际工作中常用的两种实体基准。(1)在技术上，长度量值传递系统一是由自然基准过渡到国家基准米尺、工作基准米尺再传递到工程技术中应用的各种刻线线纹尺至工件尺寸；另一系统是由自然基准过渡到基准组量块，再传递到工作量块及各种计量器具至工件尺寸。(2)在组织上，长度量值传递系统是由国家计量局、各地区计量中心，省、市计量机构一直到各企业的计量机构所组成的计量网，负责其管辖范围内的计量工作和量值传递工作。任务二机械测量的常用量具和仪器知识链接1测量方法与测量器具的分类一、量具与量仪的分类量具是指用来测量或检验零件尺寸的器具，结构比较简单。这种器具能直接指示出长度的：单位、界限。例如量块、角尺、卡尺、千分尺等。量仪是指用来测量零件或检定量具的仪器，结构比较复杂。它是利用机械、光学、气动、电动等原理，将长度单位放大或细分的测具，例如气动量仪、电感式测微仪、立式接触干涉仪、测长仪和万能工具显微镜等。量器量仪可以按计量学的观点进行分类，也可以按器具本身的结构、用途和特点进行分类。按用途、特点，量具、量仪一般可分为：1.标准量具与量仪６量具——这种量具只有某一个固定尺寸，通常是用来校对和调整其它计量器具或作为标准用来与被测工件进行比较。如量块、直角尺、各种曲线样板及标准量规等。量仪——激光光波比较仪、光波干涉比较仪、立式光学计等。2．极限量规是一种没有刻度的专用检验工具，用这种工具不能得出被检验工件的具体尺寸，但能确定被检验工件是否合格。3．检验夹具也是一种专用的检验工具，当配合各种比较仪时，能用来检查更多和更复杂的参数。4．通用量具与量仪量具——卡规、塞规、环规、塞尺、钢直尺、游标卡尺、千分尺、杠杆千分尺、半径样板、深度尺、高度尺等。量仪——百分表、杠杆百分表、测微仪、测长仪、大型工具显微镜、万能工具显微镜、投影仪、光学比较仪等。量仪按其工作原理还可以分为如下五类：(1)机械量仪机械量仪是利用杠杆、齿轮、弹簧等作为传动放大结构，通过读数装置表现出来的一种测量仪器，例如百分表、千分表、扭簧测微仪、杠杆齿轮式测微仪等。(2)光学量仪光学量仪是利用光的反射原理所构成的光学杠杆放大作用所制成的测量仪器，例如光学比较仪、测长仪、工具显微镜、投影仪等。(3)气动量仪气动量仪是利用压缩空气流过零件表面时压力或空气流量变化的原理所构成的测量仪器，例如水柱式气动量仪、水银式气动量仪、浮标式气动量仪、膜片式气动量仪和波纹管式气动量仪[等。(4)电动量仪电动量仪是将长度尺寸的变化转变为电感、电容等电学量变化的测量仪器，例如电感式比较[仪等。７(5)光栅式量仪如光栅测量仪、光栅式分度头等。5.测角量具与量仪量具——角尺、正弦规、万能角度尺、圆锥量规、正切尺、角度量块和锥度样板等。量仪——水平仪、光学分度头(盘)、光学测角仪、光学倾斜仪和光学合像水平仪等。6.检测集合形状与相互位置的量具与量仪量具——平晶、平台、样板平尺等。量仪——偏摆检查仪、圆度仪和平直度测量仪等。7．检测表面粗糙度的量具与量仪量具——表面粗糙度样板。量仪——干涉显微镜、轮廓仪(电感式、压电式)和光切显微镜等。8．检测螺纹的量具与量仪量具——螺纹千分尺和螺纹量规(螺纹规、螺纹环规)等。量仪——螺距测量仪、丝杠测量仪等。9．检测齿轮的量具与量仪量具——公法线千分尺、齿厚游标卡尺等。量仪——渐开线齿形检查仪、周节检查仪、基节仪、单面啮合检查仪、双面啮合检查仪、滚刀检查仪、导程检查仪和齿向检查仪等。各种形式的量具量仪都具有一个共同点，即它们必须具有：检测、比较、显示标准值和被测值之间的差别等三个基本功能。它们其他的一些功能可以满足多样化的需要。二、测量方法在长度测量中，测量方法是根据被测对象的特点来选择和确定的。被测对象的特点主要是指它的精度要求、几何形状、尺寸大小、材料性质以及数量等。测量方法主要有以下几种：1．直接测量无需对被测量与其它实测量进行一定函数关系的辅助计算，直接得到被８测量值的测量。直接测量又可分为绝对测量与相对(比较)测量。若由仪器刻度尺上读出被测参数的整个量值，这种测量方法称为绝对测量，例如用游标尺、千分尺测量零件的直径。若由仪器刻度尺指示的值只是被测参数对标准量的偏差，这种测量方法称为相对(比较)测量。由于标准量是已知的。因此被测参数的整个量值等于仪