《公差配合与测量技术实验指导书》安徽机电职业技术学院吴学农主编精品.docx
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《公差配合与测量技术实验指导书》安徽机电职业技术学院吴学农主编精品
公差配合与测量实验指导书》
吴学农主编
安徽机电职业技术学院
实验一用内径百分表测量孔径
一、实验目的
1.了解内径百分表的结构及原理。
2.掌握用内径百分表测量孔径的方法。
二、量仪简介和测量原理
内径百分表是测量孔径的通用量仪，用具有确定内尺寸的标准环规或用装在量块夹子中的量块组成的确定尺寸作为基准，采用相对测量法测量内径，特别适宜测量深孔。
内径百分表由钟表型指示表（如图1-1）和杠杆系统组成，内径百分表的结构如图1-2所示。
图1-1钟表型百分表
1—测杆；2—游丝；3—弹簧
如图1-1，用钟表型百分表测量时，具有齿条的测杆1作直线运动，带动与该齿条啮合的小齿轮Z2转动，从而使与小齿轮Z2固定在同一根轴上的大齿轮Z3及短指针转动。
大齿轮Z3又带动小齿轮Z1及固定在同一根轴上的长指针转动。
这样，测杆的微量直线位移经齿轮传动放大为长指针的角位移，由分度盘指示出来。
当测量杆1直线移动0.01mm时，长指针在刻度盘上相应转动一格。
为了消除齿轮传动中齿侧间隙引起的空程误差，在百分表内装有游丝2。
由游丝产生的扭力矩作用在与小齿轮Z1啮合的齿轮Z4上，以保证齿轮无论正转和反转都在同向的齿面啮合。
在百分表内还装有弹簧3，它用来控制测量力。
图1-2内径百分表结构
1—可换（固定）测量头；2—等臂直角杠杆；3—活动测头；4—挺杆；5—隔热手柄；6—定心板；7、8—弹簧；9—指示表（百分表）
用内径百分表测量时，活动测头3和固定测头1（也称可换测量头）分别与被测孔孔壁接触。
活动测头3向内移动时，其位移经等臂直角杠杆2，推动挺杆4向上移动，使弹簧8压缩，并推动指示表9的测杆，使它的指针回转。
该弹簧的反作用力使活动测头3对孔壁产生测量力。
在活动测头的两侧有定心板6，它在两只弹簧7的作用下始终对称地与孔壁接触。
定心板6与孔壁的两个接触点的连线与被测孔的直径线互相垂直，使两个测头位于该孔的直径方向上（如图1-6a）。
量仪附有一组长短不同的固定测头，可根据被测孔直径大小来选择使用。
本实验所用内径百分表的主要技术性能指标如下：
图1—3被测零件图
四.实验步骤
1.根据被测孔径的基本尺寸选用相应的可换测量头和校对零位时使用的外径千分尺。
2.洗净擦洁可换测量头、活动测量头、定位装置（定心板）以及所用的外径千尺和被测件的测量面。
3.将百分表和可换测量头装在量杆上。
4.调整内径百分表的零位：
先将外径千分尺调至被测零件的基本尺寸，然后锁紧外径千分尺微分螺杆。
以外径千分尺两量砧之间的距离为基准，将内径百分表对零。
将内径指示表的两测头放入外径千分尺两量砧之
间，与两量砧接触。
为了使内径百分表的两测头轴线与两量砧平面相垂直，需拿住表杆中部，微微摆动内径指示表，找出长指针的转折点，并转动表盘，使长指针对准“0”刻线该（转折点），此时零位已调好。
（转动百分表上的刻度盘，使长指针正好对准零位，并反复对几次，同时记住百分表短指针所指的数字（毫米）。
）（如图1-4）。
图1-4调整零位
5.按要求的六个位置（三个截面，两个方向如图1-5）分别进行孔径测量，将内径百分表两测量头插入被测孔内，微微摆动指示表，并按指示表的最小示值（表转折点）读数,即实际偏差。
（如图1—5、1-6）
图1-5测量孔的内径
图1-6
6.根据被测孔的尺寸公差要求，判别被测孔是否合格，作出适用性结论
即判断零件是否合格）
7.整理量仪并涂上防锈油。
实验报告
1.测量记录（注意：
这里填写的内容是实际偏差）：
（单位mm）
横截面
1
2
3
方位
Ⅰ
Ⅱ
2.适用性结论：
（单位mm）
零件的允差
实际测得的偏差
被测零件是否合格
上偏差
+0.025
最大
下偏差
0
最小
3.画出其尺寸公差带图：
4.回答下列问题：
（1）该测量方法属于绝对测量法还是比较测量法？
（2）为何要在摆动内径百分表时对零和读数，长指针转折点是最小
值还是最大值？
图2-1
实验目的
1、学习数字式立式光学计的结构及其使用方法。
2、掌握量块的使用和维服方法。
二、量仪名称及其规格
名称：
JDG-S1数字式立
式光学计
测量范围：
180mm示值范围（相对于中心零位）：
不小于±0.1mm
最小示值：
0.0001mm测量力：
2N±0.2N示值误差（相对于中心
零位）:
±0.00025mm
JDG-S1数字式立式光学计的外形及主要部分见图2-1。
本仪器一般是用标准器（如量块）以比较法测量被侧件的外形尺寸。
它可对五等量块，圆柱形、球形、线形以及平行平面状的精密量具和零件的外形尺寸作精密测量；仪器头部还可作为一个独立部件，利用头部数显输出接口同计算机连网，用于科研、生产过程控制及在线检测等方面精密测量和控制；仪器整机附件齐全，备有形式各异可调式、固定式工作台和各种规格测帽，以适应各种测量需要。
仪器光机电集合一体，操作方便，测量结果数字显示。
由图2-1可知，它由底座1、升降螺母2、横臂紧固螺钉3、横臂4、电缆5、立柱6、微动螺钉7、光学
计管8、微动紧固螺钉9、光学计管紧固螺钉10、提升器11、测帽12、可调工作台13、方工作台安置螺钉14、数显窗15、中心零位指示16、置零按钮17、电源插座18和电缆插座19等部分组成。
三、被测零件图
图2-2被测零件图
四、实验步骤
1、组合量块。
按测量零件的基本尺寸或极限尺寸组合。
2.调整仪器
（1）工作台和测帽的选择仪器备有多种工作台和测帽以供选择。
选择应以能确定准确反映被测位置的实际偏差为原则。
例如测量球体直径用平面工作台和平面测帽；测量线形零件直径用平面工作台等。
（2）准备
测量前先将测帽和提升器装在测量杆上并由螺钉固紧。
由于提升器在动作时有一定的阻力，为了保证2N±0.2N的测量力，装提升器时必须使提杆既在自由状态下不与测帽接触，又能将测帽抬起到最高位置。
将光学计管上的电缆插头插到底座的电缆插座内。
将低电压源插头接入电源插座内，然后打开电源开关，这时，显示窗有随机数字显示。
根据被测件的高度将光学计管粗调到适当位置。
松开光学计管固紧螺钉并旋紧微动固紧螺钉，旋转微动手轮使上面红点朝向操作者。
预热十分钟后按置零按钮使出现全零显示。
（3）校零位
置零后旋转升降螺旋使横臂下降，测帽与标准量块接触后数字即朝正向累加。
监视中心零位指示灯，当它点亮时即把横臂固紧螺钉锁紧。
中心零位指示灯一般在+130um附近点亮。
下降横臂要缓慢以免看不到亮光的一闪。
如果到+200um时仍不见中心零位指示灯亮表明已经粗调过头，这时应反方向旋转升降螺旋。
锁紧横臂固紧螺钉时往往因位置走动而使指示灯复而熄灭。
正反方向缓缓旋转微调手轮可方便地重新找到中心零位。
锁紧光学计管固紧螺钉后再按置零按钮。
经过这样调节后测量杆处在测量范围的对称位置。
正反方向的量程均不小于100um。
（如果被测件与标准量块的尺寸偏差大于100um，零位就不能选择在测量范围的对称位置。
这时应按上述步骤在中心位置置零后继续进行微调。
出现所需的数字显示后再锁紧光学计管并再次置零。
）
（4）校正可调式工作台
校正工作台的目的是使工作台平面与测帽平面保持平行。
用来校正的量块尺寸应尽可能与被测物的尺寸相等，现将校正方法例举如下：
量块用干布擦净后，大致放在工作台面的中央，使φ8平面测帽和量块接触并显示某一读数。
旋动四只调节螺钉使工作台前后左右移动并观察读数的变化情况，当示值最小时表明工作台面与测帽平面已经平行。
旋紧调节螺钉将工作台位置固定。
再令测帽平面的一半与量块接触，在测帽的前后左右四侧对量块的同一部位进行测量。
最大读数偏差不应大于0.3um，否则要重新校正。
3.测量
校零位后，按动提升器上面的扳手可使测帽均匀地抬起，取出量块组。
按动提升器上面的扳手可使测帽均匀地抬起，将被测工件安放在测帽与工作台之间，按图2-3所要求的部位（三个截面，两个方向，共计六个位置）分别进行测量。
将测量结果依次记入实验报告。
图2-3
4..根据给定的允许公差，判断被测零件是否合格
5.整理仪器和被测件，涂上防锈油。
实验报告
1.根据实验所用的量块填写下表：
（单位mm）
量块的组合尺寸（25mm）
量单块量块尺寸
1
2
3
4
5
2.根据测量结果填写以下表格：
单位（um）
测量位置
I-I
II-II
Ⅲ-Ⅲ
测量
A-A′
方向
B-B′
零件允许误差（um）
实际测得的偏差（um）
被测零件是否合格
上偏差
0
最大
下偏差
-20
最小
3..画出尺寸公差带图：
4.回答下列问题：
（1）用比较仪测量轴径属于何种测量方法？
该比较仪能否用于绝对
测量？
（2）量仪的测量范围和示值范围有何不同？
实验三直线度误差的测量
实验目的
1、掌握框式水平仪的结构原理；
2、掌握用框式水平仪测量直线度误差的方法。
二、量仪简介
水平仪一般是用于测量水平面或垂直面上的微小角度。
水平仪的基本元件是水准器，它是一个封闭的玻璃管，内装乙醚或酒精，管内留有一定长度的气泡。
在管的外壁刻有间距为2mm的刻线，管的内壁成一定曲率的圆弧，不论把水平仪放到什么位置，管内液面总要保持水平，即气泡总是向高处移动，移过的格数与倾斜角a成正比，如图3-1（a）所示。
例如分度值i为0.02/m的水平仪，每移一个刻度，表示在一米长高度变化为0.02mm。
水平仪一般为条形和框形两种，本次实验用水平仪为200×200型框式水平仪，如图3-1（b）所示。
本次实验水平仪工作长度为200mm（水平仪为200×200），则该仪器实验格值为
A=i/1000×200=0.02/1000×200=0.004mm/格
图3-1
三、被测零件
1米长的导轨
四、实验步骤
1.
将导轨五等分，每等分为200mm，共分为六个点。
2.
如图3-2
从左往右依次量取各相邻两点的相对高度差（既格数）
测量时应注意：
（1）测量前，导轨面和水平仪工作面擦拭干净方可使用。
（2）从导轨一端到另一端逐节距测量时，应注意水平仪前后重合（图3-2）。
（3）测量时，必须待气泡静止后方可读数，否则会带来读数误差。
3.将测得结果及相关量值填入相应表格。
4.用图解法求出直线度误差值。
例：
有一米长的导轨表面。
用刻度值为0.02mm/米的水平仪（汽
泡每移动一格，水平仪两端的高度差为0.004mm），测量全长直线度
误差。
如表：
平尺后支撑点—导轨
端点的距离
0
200
400
600
800
1000
水平仪气泡移动格数
0
－3
+1
－1
+5
+2
相对第一点的移动格
数
0
－3
－2
－3
+2
+4
相对与第一点的升高量（mm）
0
－0.012
－0.008
－0.012
+0.008
+0.016
根据导轨各点
包容线（两平行直线）。
此时可直接从坐标图3-3
图上量出两平行线间的坐标值，即为直线度误差值f。
（如图3-3）5、根据给定的允许公差，判断被测零件是否合格
6.整理仪器和被测件，涂上防锈油。
实验报告
1.根据测得结果填写表格：
导轨分段距离（mm）
0
200
400
600
800
1000
水平仪气泡移动格数
相对第一点移动格数
相对第一点的升高量
（mm）
注：
相对第一点的升高量（mm）=相对第一点移动格数×A
2.根据导轨各点升高量绘坐标图。
用图解法求出直线度误差值：
3.根据处理结果填写下表：
导轨的允许误差
0.15mm
是否合格
实际测得误差
4.回答下列问题：
（1）本实验用水平仪测量导轨直线度误差应注意哪些事项？
（2）在坐标图上确定直线度误差f时，为何要平行于纵坐标？
实验四径向、斜向圆跳动误差测量
、实验目的
1、掌握圆跳动误差的测量原理及偏摆检查仪的使用方法。
2、掌握千分表的使用方法。
、量具量仪名称
1.千分表（钟表式、刻度值0.001mm,测量范围0~1mm）。
2.偏摆检查仪结构如图4-1。
图4-1偏摆检查仪三、被测零件图
四、实验步骤
1.擦净零件和量仪。
2.将千分表装置在千分表座上，将零件装置在顶针架上。
零件中心孔与顶针结合锥面间的径向间隙应为零。
3.
测量零件表面径向圆跳动（如图4-3）：
测量前应将千分表的长指针位置调整到零位。
使量杆轴线的延长线恰好通过零件中心（千分表的短指针应在0～1mm的中间位置）量杆轴线与被测表面垂直。
零件缓慢旋转一周，测出径向圆跳动的误差值。
图4-3径向圆跳动
4.测量零件的斜向圆跳动：
基本上与径向圆跳动相同。
（强调：
使千分表的测杆轴线必须与被测表面垂直。
）
5.将零件允许的径向圆跳动量和斜向圆跳动量与测量结果作比较，作出适用性结论。
6.整理仪器和零件，涂上防修油
实验报告
1.根据测得结果填写下表：
测量项目
允许公差
（um）
实测误差
（um）
是否合格
径向圆跳动
20
斜向圆跳动
40
2.绘出形位公差带图：
3.回答下列问题：
（1）径向圆跳动和斜向圆跳动在测量时有何区别？
（2）径向圆跳动和径向全跳动在测量时有何区别？
实验五用光切显微镜测量表面粗糙度
实验目的
1.了解用表面粗糙度标准样块进行对比测量的方法；
2.了解光切显微镜的结构并熟悉其使用方法；
3.熟悉用光切法测量表面粗糙度的原理；
4.
RZ、轮廓最
加深对表面粗糙度评定参数中的微观不平度十点高度大高度RY和轮廓单峰平均间距S的理解。
二、表面粗糙度标准样块对比法
表面粗糙度标准样块对比法，是指将实际被测表面与已知高度特
图5-1表面粗糙度标准样块
性参数值的表面粗糙度标准样块（见图
5-1）直接对比，来评估该实际被测表面的表面粗糙度高度特性参数值的一种测量方法。
它常用于车间，但测量精度不高。
两者对比时，可用肉眼判断；可借助放大镜或比较显微镜判断；也可用手摸感觉判断（用手指甲分别在实际被测表面上和在表面粗糙度标准样
块上沿垂直于加工纹理的方向划一下）。
同时应注意被测工件与表面粗糙度标准样块的材料、形状（圆柱面、平面）和加工方法（车、铣、刨、磨）等尽可能相同，以提高判断的准确性。
用光切显微镜、干涉显微镜或电动轮廓仪测量表面粗糙度时，
被测表面应该先用表面粗糙度标准块评估一下，这有助于测量时顺利
调整量仪
三、量仪说明和测量原理
光切显微镜（双管显微镜）是利用光切原理测量表面粗糙度
的量仪，用于测量0.8～80μm的微观不平度十点高度RZ值和轮廓最大高度RY值，也可用于测量轮廓单峰平均间距S的值。
其测量原理参看图5-2，光切显微镜有两个轴线相互垂直的光管，左光管为观察
图5-2光切原理
1-狭缝；2-聚光镜；3-光源；
4、5-物镜；6-目镜；7-分划板
管，右光管为照明管。
在照明管中，由光源3发出的光经过聚光镜2，穿过狭缝1形成平行光束，该光束再经物镜4以45°入射角投射到被测表面上，形成窄长的光带，通过观察管进行观察。
观察管内装有物镜5、目镜6和分划板7。
若被测表面
粗糙不平，光带就弯曲。
设被测表面的微观不平度高度为h，则光带
弯曲高度S1S2=h/cos45°，而在目镜中看到的是放大的光带影像的高度S1′S2′=h′,则
h′=K×h/cos45°（5-1）
式中K——观察管的放大倍数。
光带影像的弯曲高度用测微目镜头测量。
其结构简图见图5-3a，下层的固定分划板3上的刻线尺刻有九条等距刻线，分别标着0、1、
2、3、4、5、6、7、8等九个数字；上层的活动分划板2上刻有一对双纹刻线和相互垂直的十字线，前者的中心线通过后者的交点，且该中心线与后者的任一条直线间成45°角。
当转动测微鼓轮1利用螺杆移动分划板2时，位移的大小从鼓轮1上读出。
当鼓轮1旋转一转（100格）时，双纹刻线和十字线交点便相对于固定分划板3上的刻线尺移动一个刻度间距。
为了测量和计算的方便，活动分划板2上的十字线与其移动方向成45°角，如图5-3b所示。
鼓轮1转动的格数H与光带影像的弯曲高度h′之间的关系为：
h′=Hcos45°（5-2）
由式（5-1）和式（5-2）得到被测表面微观不平度的高度h与鼓轮1读数格数H之间的关系如下：
h=Hcos245°/K=H/2K=i×H（5-3）
式中i=1/2K,是使用不同放大倍数的物镜时鼓轮1的分度值。
它由量仪说明书给定或从表5-1查出，实际应用时通常用量仪附带的标准刻线尺来校定。
图5-3测微目镜头
1—测微鼓轮；2—活动分划板；3—固定分划板
物镜放大倍数
量仪的总放大倍数
分度值i（μm/格）
目镜视场直径（mm）
可测
范围
RZ（
μm）
7
60
1.28
2.5
20～80
14
120
0.63
1.3
6.3
～20
30
260
0.29
0.6
1.6～
6.3
60
510
0.16
0.3
0.8～
1.6
表5-2Ra、RZ、RY的取样长度l和评定长度ln的选用值
轮廓算术平均偏差
微观不平度十点高度
RZ、m）
取样长度l（mm）
评定长度
ln=5×l（mm）
Ra（
μm）
轮廓最大高度
RY（μ
>40
～80
>160～
320
8
40
>20
～40
>80～
160
>10～20
>40～
80
>5
～10
>20～40
2.5
12.5
>2.5
～5
>10～20
>1.25
～2.5
>6.3
～10
0.8
4.0
>0.63
～1.25
>3.2～
6.3
>0.32
～0.63
>1.6～
3.2
>0.16
～0.32
>0.8～
1.6
>0.08
～0.16
>0.4～
0.8
0.25
1.25
>0.04
～0.08
>0.2～
0.4
>0.02
～0.04
>0.1～
0.2
>0.01
～0.02
>0.05～
0.1
0.08
0.4
>0.008
～0.01
>0.025～
0.05
四、微观不平度十点高度RZ的测量
1.实验步骤（参考图5-4）
（1）按表面粗糙度标准样块评估的被测表面粗糙度参数值来确定
取样长度l和评定长度ln（见表5-2）。
按表5-1选择适当放大倍数的一对物镜并将它们安装在量仪上。
2）通过变压器接通电源，使光源1照亮。
把被测工件放置在工
作台11上。
松开螺钉3，旋转螺母6，使横臂5沿立柱2下降（注
意物镜头和被测表面之间必须留有微量的间隙），进行粗调焦，直至目镜视场中出现绿色光带为止。
转动工作台11，使光带与被测表面的加工痕迹垂直，然后锁紧螺钉3和螺钉9。
（3）从目镜16观察光带。
旋转手轮
4进行微调焦，使目镜视场中央出现最窄且有一边缘较清晰的光带。
图5-4光切显微镜
（4）松开螺钉17，转动目镜头16，1—光源；2—立柱；3—锁紧螺钉使视场中十字线中的水平线与光带总的4—微调手轮；5—横臂；6—升降方向平行，然后紧固螺钉17，使目镜头螺母；7—底座；8—工作台纵向16位置固定。
移动千分尺；9—工作台固定螺钉；
（5）转动目镜测微鼓轮15，在取10—工作台横向移动千分尺；
样长度l范围内使十字线中的水平线分别11—工作台；12—物镜
组；13—手柄
与5个最大的轮廓峰高和5个最大的轮14—壳体；15—测微鼓
轮；16—测微廓谷深相切（见图5-5）。
从目镜测微目镜头；17—紧固螺钉；18—照相机插座
鼓轮15上分别读出这5个最高点至基准线A的距离h1、h2、h3、h4、h5和这5个最低点至基准线A的距离h6、h7、h8、h9、h10。
应当注意，切勿在取样长度l范围内任意或按顺序找5个峰、5个谷，而必须找出5个最高峰和5个最低谷。
微观不平度十点高度RZ按下列公式计
算：
R=i×（h1h2h3h4h5）（h6h7h8h9h10）（μm）（5-4）Z5
式中，hi的单位为格；分度值i的数值由表5-1查出，其单位为μm/
充分反映整个表面的表面粗糙度特性，取评定长度范围内的几个RZ
值的平均值作为测量结果。
（7）按图样的规定，确定实际被测表面的表面粗糙度是否符合要求。
2.数据处理和计算示例
用光切显微镜测量一个表面的微观不平度十点高度RZ值，该量
仪测微鼓轮分度值i为0.29μm/格，物镜放大倍数为30倍，在5段取样长度l为0.8mm上测量，各段的测量数据及相应的数据处理和测量结果列于表5-3中。
侧量记录及计算
取样长度li
l1
l2
l3
l4
l5
峰、谷值
（格）
序号
hp1
hv1
hp2
hv2
hp3
hv3
hp4
hv4
hp5
hv5
1
88
47
87
52
89
56
87
54
90
55
2
76
48
81
60
88
60
84
58
76
56
3
73
51
78
64
84
65
78
61
73
57
4
69
53
77
68
79
67
75
66
69
59
5
59
54
75
69
72
69
73
70
68
60
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