互换性与测量技术实验指导书

实验指导书互换性与测量技术适用专业：工科本科机械工程学院实验一、轴径的测量一、实验目的1．加深对测量技术中常用术语及测量误差的认识和理解。2．了解万能工具显微镜的测量原理及结构特点，学习其使用方法。二、实验设备：万能工具显微镜：仪器主要技术指标：纵向测量范围：0～200mrn横向测量范围：0～100mm分度值：0.0005mm圆工作台：角度示值范围0～360°，分度值：3´测角目镜：角度示植范围0～360°，分度值：1´立住倾斜角度范围：土15°，分度值：10´使用附件：物镜、测角目镜、顶针架三、测量原理及计量器具说明1、仪器用途工具显微镜用于测量螺纹规，螺纹刀具，齿轮滚刀以及轮廓样板等。它分为小型、大型，万能和重型等四种形式。它们的测量精度和测量范围各不相同，但基本原理是相似的。19JC型万能工具显微镜可用影像法、轴切法或接触法按直角坐标或极坐标对机械工具和零件的长度，角度和形状进行精密测量。本实验用影像法。2、工作原理图1为万能工具显微镜的外形图，它主要由目镜5，工作台15，底座16，支座，立柱13，悬臂等部分组成。转动手轮，可使立柱绕支座左右摆动，转动9及17.18，可使工作台纵横向移动。仪器的光学系统如图2所示。由光源1发出的光束经聚光镜2、可变光阑3、滤光片4、反射镜5；聚光镜6成为平行光束，透过玻璃工作台7后，对工件进行投影。被测工件的投影轮廓经物镜组8、反射棱镜9投射到目镜11的焦平面处的米字线分划板10上。从而在目镜11观察到放大的轮廓影。另外，也可用反射光源，照亮被测工件表面，同样在目镜11中观察到放大的轮廓影。1.2.人工编码置数器；3.螺钉；4.弹簧夹；5.双向目镜；6.瞄准显微镜；7.反射照明器；8.Y向滑台；9.制动手轮；10.地脚螺钉；11.微动手轮；12.螺钉；13.压板；14.压板座；15.玻璃工作台；16.底座17.旋手18.制动手轮19.微动手轮20．纵向滑台X21.22.复零按钮23．数显箱图1图3a为仪器的目镜外形图，它由玻璃分划板，中央目镜，角度读数目镜，反射镜和手轮等组成。目镜的结构原理如图3b所示，从中央目镜可观察到被测工件的轮廓影像和分划板的米字刻米（图3C）。从角度读数目镜中，可以观察到分划板上0°—360°的度值刻线和固定游标分划板0—60、的分值刻线（图3d）。转动手轮，可使刻有米字刻线和度值刻线分划板转动，它转动的角度，可从角度读数目镜中读出。当该目镜中固定游标的零刻线与度值刻线的零位对准时，则米字刻线中间虚线A-A正好垂直于仪器工作台的纵向移动方向。图21.照明光源；2.聚光镜；3.可变光阑；4.滤光片；5.反射镜；6.14.20.聚光镜；7.玻璃工作台；8.物镜组；9.棱镜；10.米字分划板；11.目镜；12.X向读数头光源15.21.指标光栅16.22.标尺光栅17.23.光电接收元件18.Y向读数头光源图3测量时，将被测工件置于工作台上，通过瞄准显微镜米字线分划板上的刻线来对准工作台上的被测件，然后移动滑台可先后对各被测位置进行瞄准定位。在测量过程中，每进行一次瞄准后，须作一次读数（或打字），同一坐标的两次读数之差值，则为先后瞄准对应的两个被测位置时该坐标滑台的移动量，也就是被测工件尺寸的测量值。四、实验步骤1、按表1规定调整好可变光阑；2、利用定焦杆进行定焦：将定焦杆安置在顶针架上，让瞄准显微镜对定焦杆中央圆孔内的刀刃进行调焦；3、取下定焦杆换上被测件，用米字线瞄准母线Ⅰ，并作Y读数，再移动Y滑台，同样对另一母线Ⅱ进行读数，两值之差则为轴直径的测量值。为减少误差，应至少测量10组数据。4、分析实验结果，进行等精度测量结果的数据处理。思考题1.什么是分度值、刻度间距？二者与放大比的关系如何？2.测量误差按性质可分为哪三类？通过对工件的多次重复测量求得测量结果，可减少那类误差，为什么？实验二用内径千分表内径一、实验目的熟悉测量内径常用的计量器具和方法。加深对内尺寸测量特点的了解。二、实验内容用内径千分表测量内径三、测量原理及计量器具说明内径可用内径千分尺直接测量，但对深孔或公差等级较高的孔，则常用内径千分表或卧式测长仪作比较测量。国产的内径千分表，常由活动测头工作行程不同的七种规格组成一套，用以测量10—450mm的内径，特别适用测量深孔，其典型结构如图1所示。内径千分表是用它的可换测头3（测量中固定不动）和活动测头2跟被测孔壁接触进行测量的。仪器盒内有几个长短不同的可换测头，使用时可按被测尺寸的大小来选择。测量时，活动测头2受到一定的压力，向内推动镶在等臂直角杠杆1上的钢球4，使杠杆1绕支轴6回转，并通过长接杆5推动千分表的测杆而进行读数。在活动测头的两侧，有对称的定位板8。装上测头2后，与定位板连成一个整体。定位板在弹簧9的作用下，对称地压在靠在被测孔壁上，以保证测头的轴线处于被测孔的直径截面内。图1图4图2图3四、测量步骤1、按被测孔的基本尺寸组合量块。换上相应的可换测头并拧入仪器的相应螺孔内。2、将选用的量块组和专用侧块（图2中的1和2）一起放入量块夹内夹紧（图2），以便仪器对零位，在大批量生产中，也常按照与测孔径基本尺寸相同的标准环的实际尺寸对准仪器的零位。3、将仪器对好零位，用手拿着隔热手柄（图1中的7），另一只手的食指和中指轻轻压按定位板，将活动测头压靠在侧块上（或标准环内）使活动测头内缩，以保证放入可换测头时不与侧块（或标准环内壁）摩擦而避免磨损。然后，松开定位板和活动测头，使可换测头与侧块接触，就可在垂直和水平两个方向上摆动内径千分表找最小值。反复摆动几次，并相应地旋转表盘，使千分表的零刻度正好对准示值变化的最小值。零位对好后，用手指轻压定位板使活动测头内缩，当可换测头脱离接触时，缓缓地将内径千分表从侧块（或标准环）内取出。4、进行测量，将内径千分表插入被测孔中，沿被测孔的轴线方向测几个截面，每个截面要在相互垂直的两个部位上各测一次。测量时轻轻摆动内径千分表（图3），记下示值变化的最小值。根据测量结果和被测孔的公差要求，判断被测孔是否合格。思考题用内径千分尺与内径千分表测量孔的直径时，各属何种测量方法？实验三直线度误差的测量一、实验目的1.掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。2.加深对直线度误差定义的理解。二、实验内容用合象水平仪或框式水平仪测量直线度误差。三、测量原理及计量器具说明机床、仪器导轨或其他窄而长的平面，为了控制其直线度误差，常在给定平面（垂直平面、水平平面）内进行检测。常用的计量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等。使用这类器具的共同特点是测定微小角度变化。由于被测表面存在着直线度误差，计量器具置于不同的被测部位上，其倾斜角度就要发生相应的变化。如果节距（相邻两测点的距离）一经确定，这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。通过对逐个节距的测量，得出变化的角度，用作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差。由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（±10mm/m）、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点，故在检测工作中得到了广泛的采用。合象水平仪的结构如图1a、d所示，它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。使用时将合象水平仪放于桥板（图2）上相对不动，再将桥板放于被测表面上。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置，气泡边缘通过合象棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图1c所示。此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置，则图1c中两影象的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图1b）。测微螺杆移动量s导致水准器的转角α（图1d）与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系，即：h＝0.01Lα（μm）式中0.01——合象水平仪的分度值（mm／m）L——桥板节距（mm）α——角度读数值（用格数来计数）图1图2如此逐点测量，就可得到相应的值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加以叙述。四、实验步骤1.量出被测表面总长，确定相邻两点之间的距离（节距），按节距L调整桥板（图2）的两圆柱中心距。2.将合象水平仪放于桥板上，然后将桥板依次放在各节距的位置。每放一个节距后，要旋转微分筒9合象，使放大镜中出现如图1b所示的情况，此时即可进行读数。先在放大镜11处读数，它是反映螺杆10的旋转圈数；微分筒9（标有＋、－旋转方向）的读数则是螺杆10旋转一圈（100格）的细分读数；如此顺测（从首点至终点）、回测（由终点至首点）各一次。回测时桥板不能调头，各测点两次读数的平均值作为该点的测量数据。必须注意，如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应检查原因并加以消除后重测。3.为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差(见后面的例题)。4.根据各测点的相对差，在坐标纸上取点。作图时不要漏掉首点（零点），同时后一测点的坐标位置是以前一点为基准，根据相邻差数取点的。然后连接各点，得出误差折线。5.用两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（最低）点想切，在两切点之间，应有一个最低（最高）点与另一条平行直线想切。这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。从平行于坐标方向画出这两条平行直线间的距离，此距离就是被测表面的直线度误差值f（格）。将误差值f（格）按下式折算成线性值f（微米），并按国家标准GB1184—80评定被测表面直线度的公差等级。f（微米）＝0.01Lf（格）例：用合象水平仪测量一窄长平面的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm／m，选用的桥板节距L＝200mm，测量直线度记录数据见附表。若被测平面直线度的公差等级为5级，试用作图法评定该平面的直线度误差是否合格？按国家标准GB1184—1996，直线度5级公差为25μm。误差值小于公差值，所以被测工件直线度误差合格。附表测点序号i012345678仪器读数ia（格）顺测—298300290301302306299296回测—296298288299300306297296平均—297299289300301306298296相对差（格）△ia＝ia－a00＋2－8＋3＋4＋9＋1－1注：1）表列读数，百分数是从图1的11处读得，十位数是从图1的9处读得。2）a值可取任意数，但要有利于相对差数字的简化，本例取a＝297格。f＝0.01×200×11＝22μm思考题1.目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把误差折线的首点（零点）和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包容直线，从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。1）以例题作图为例，试比较按两端点连线和按最小条件评定的误差值，何者合理？为什么？2）假若误差折线只偏向两端点连线的一侧（单凸、单凹），上述两种评定误差值的方法的情况如何？2.用作图法求解直线度误差值时，如前所述，总是按平行于纵坐标计量，而不是垂直于两条平行包容直线之间距离，原因何在？实验四平面度误差的测量一、实验目的1.了解平面度误差的测量原理及千分表的使用方法。2.掌握平面度误差的评定方法及数据处理。二、实验内容用千分表测量平面度误差。三、测量原理平面度公差用以限制平面的形状误差。其公差带是距离为公差值的两平行平面之间的区域。并规定，理想形状的位置应符合最小条件，常见的平面度测量方法有用指示表测量、用光学平晶测量平面度、用水平仪测量平面度及用自准仪和反射镜测量平面度误差，用各种不同的方法测得的平面度测值，应进行数据处理，然后按一定的评定准则处理结果。对角线法是通过被测表面的一条对角线作另一条对角线的平行平面，该平面即为基准平面。偏离此平面的最大值和最小值的绝对值之和为平面度误差。四、实验步骤检测:工具：平板、带千分表的测量架等。检测时，将被测零件放