XX互换性与测量基础实验指导书 互换性与测量基础.docx
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XX互换性与测量基础实验指导书互换性与测量基础
XX互换性与测量基础实验指导书互换性与测量基础
互换性与测量技术基础实验报告
湖南工学院机械工程学院实验室
二00一三年十月
实验一技术测量基础（必做）…………………………………..3实验二合像水平仪测量直线度误差（必做）………………….12实验三表面粗糙度的测量（必做）…………………………….16实验四用立式光学比较仪测量轴径（选做）………………….20实验五用卧式测长仪测量轴径与内孔直径（选做）……………………23实验六箱体零件的综合测量（选做）………………………….26实验七齿轮齿形齿距的综合测量（选做）……………………29
实验一技术测量基础（必做）
一、实验目的
1.掌握内外尺寸测量的测量方法
2.掌握常用尺寸测量仪器的测量原理、操作使用。
二、实验内容概述
机械零件的尺寸测量是一项很重要的技术指标。
因此，尺寸的测量在技术测量中占有非常重要的地位。
尺寸的测量可分为绝对测量和相对测量。
绝对测量是指从测量器具的读数装置上可直接读得被测量的尺寸数值，例如用外径千分尺、游标卡尺和测长仪等测量长度尺寸。
相对测量是指从测量器具的读数装置上得到的是被测量相对标准量的偏差值，例如用内径百分表测量内孔的直径。
三、实验设备及测量原理
3.1、游标尺
游标尺由主尺和游标组成。
主尺的刻线间距为lmm，游标的刻线间距比主尺的刻线间距小，其刻线差值（分度值）有0.1、0.02、0.05mm三种。
在生产中直接用游标尺测量工件的外径、内径、宽度、深度及高度尺寸，应用相当广泛。
游标尺按用途分有，游标卡尺、游标深度尺和游标高度尺（附图l—1）三种。
附图l—1游标尺（a）-游标卡尺
1-主尺；2框架；3-调节螺母；4-螺杠；5-游框；6-游标；7、8、9、10-量爪；11、12-锁紧螺母
（b）-游标深度尺
1-主尺；2-调节螺母；3-游框；4-横尺；5、7-锁紧螺母；6-游标
（c）-游标高度尺
1-底座；2-游框;3、4-锁紧螺母；5-主尺；6、9-量爪；7-调节螺母；8-游标
附图1—2和附图l—3所示的是数显卡尺和数显高度尺。
附图1-2数显卡尺附图1-3数显高度尺
1．刻度原理
设游标的刻线间距数为n，刻线间距为b，主尺的刻线间距数为n-1，刻线间距为a（a=1mm）,则游标长度
L=nb=（n-1）ab=游标分度值i=a-b=a-
n-1na=
an
n-1na
如分度值为0.1mm的游标尺。
取主尺上的9格（9mm）长度，在游标上刻成10格，则游标的刻线间距为
910
mm，游标分度值i=1-
910
=0.1mm。
为了使游标的刻线间距不致过小,读数时清晰方便，可把游标的刻线间距增大，如附图l-5（a）所示的分度值i=0.1mm的游标尺。
游标的刻线间距数仍为n＝10格，主尺的刻线间距数为（2n—1）＝19格，游标的刻线间距b=
i=2a-b=2a-
1910
mm=1.9mm,则游标分度值
a=
an
=0.1mm
（2n-1）
n
游标长度L=nb=（2n-1）a
写成一般式：
L=nb-（rn-1）a式中，r——游标模数。
2．度数方法
游标尺是利用游标的一个刻线间距与主尺一或二个刻线间距的微小差值（游标分度值）及
其累积数来估计主尺上的小数读数的。
若游标零线正好对准主尺刻线，则游标尺仅最未一根刻线与主尺刻线重合；若游标零线与主尺刻线错开，则游标尺的某一刻线将和主尺的某一根刻线重合。
其读数方法如附图l-4的右边部分所示。
先确定主尺零刻线（上）与游标零刻线（下）错开的格数，读出整数，然后在游标上找三根刻线，中间的一根应与主尺的某一刻线对齐、两旁的两刻线均偏向中间刻线，游标对齐刻线的序号乘上游标分度值，即为主尺上的小数读数（若游标上直接标出读数，则可直接读数而不必计算）。
二者相加为所测尺寸。
附图1—4游标尺的刻度原理与读数方法
3．选择与使用
1）按工件形状、各被测部位基本尺寸与公差大小选择游标尺。
2检查零位读数是否正确。
将游标卡尺两测量面合拢，检查主尺和游标的零刻线是否对齐，否则记下零位示值误差，测量时加以校正。
至于游标深度尺和游标高度尺的检查，则要在使其测量面与平板（或校正块）接触的条件下才能进行。
3）进行测量。
如附图1—1（a）所示，松开螺钉ll与12，调节两量爪距离。
当量爪与工件表面接触时锁紧螺钉12。
旋转螺母3，进行微调后读数。
对指定部位测量三次，取其平均值作为测量结果。
4注意事项
1）被测工件尽可能靠近主尺安放。
如附图l—5所示。
若被测尺寸与刻线尺不在同一直线上，量爪就会因测量力P的作用及间隙?
1的影响而歪斜，从而会产生测量误差?
=
ab
?
1。
为减少此误差，应减小a。
2）控制测量力。
用游标尺测量时，测量力凭测量者的感觉控制，工件在两测量面间不应被压得太紧，但也不允许松动。
3）寻找正确测量部位。
测量面接触工件的部位必须正确，以保证所测尺寸的准确性。
4）正确读数。
读数时要减少斜视引起的误差，要弄清楚游标刻线上标的是刻线序号还是读数。
3.2、百分尺（千分尺）
百分尺用于测量工件内、外尺寸，深度和高度。
按用途可分为外径百分尺、内径百分尺和深度百分尺等（附图1—6）。
附图1-5游标卡尺的结构误差
附图1—6百分尺（a）一外径百分尺
1-弓架；2-量头；3-螺母；4-套筒；5-微分筒；6-棘轮；7-测微螺杠
（b）一内径百分表
1-量头；2-螺母；3-套筒；4-锁紧螺母；5-微测螺杠；6-微分筒；7-调节螺母
（c）一深度百分尺
1-量杠；2-横尺；3-螺母；4-套筒；5-微分筒；6-棘轮
百分尺的分度值为0.01mm，测量范围有0～25mm，25～50mm等多种。
附图l—7和附图1—8所示的是数字显示千分尺和数字显示深度千分尺。
1．刻度原理与读数方法
百分尺是利用螺旋的直线位移与角位移成比例的原理进行测量和读数的。
如附图1—9所示，套筒上刻有上、下两排刻线，同排刻线间距为1mm，上下两排刻线错开o—Emm，即与测微丝扛的螺距相等。
微分筒刻有50等分别线．当宣旋转一周。
丝杠位移0.5mm；转动一格，丝杠移动0.01mm。
所以百分尺的分度值为0.01mm。
读数时,先从套筒上下两排刻度上读出整数和0.5mm读数（二者均以微分筒端面作为活动指标线），然后从微分筒上读出0.5mm以下的读数（以套筒上的长横线作为指标线）。
二者相加即为所测尺寸。
附图1-9（b）所示的读数为（8+0.5+0.27）mm＝8．77mm。
附图1—9（a）所示的读数为（8十0.27）mm＝8．27mm。
图1-7数字显示千分尺
图1-8数字显示深度千分尺
图1-9百分尺读数举例
2．选择与使用
1）按工件形状、被侧部位基本尺寸与公差大小选择百分尺。
2）检查零位读数是否正确。
对0～25mm的外径百分尺，直接将两测量面合拢来检查。
当百分尺测量范围大于25mm时，用校对杆或量块校对。
内径百分尺用标准环规、装在量块夹中的量块或外径百分尺校对。
3）进行测量。
如附图l—6（a）所示，测量时手持弓架l，旋转微分筒5，使测微螺杆4前进。
当螺杆前端测量面与工件表面接近时，再旋转棘轮定压机构6至测量面与工件接触抵紧后，棘轮就会在销子上打滑而发出响声，螺杆也就停止前进，此时便可读数。
对指定部位测量三次，取其平均值作为测量结果。
3.3、指示表
指示表用来测量几何尺寸的微小变动量。
把测杆的直线位移通过杠杆或齿轮放大机构变为角位移，在刻度盘上显示出来。
1.工作原理
1）钟表型百分表外形及传动系统如附图1—l0所示。
当带有齿条的测杆移动时，由齿轮带动指针转动。
游丝弹簧保证齿轮正反转时都沿同一齿侧面啮合，以消除空程误差。
其放大比按下式计算，
K=
2Rmz1
?
z3z2
=
2?
250.199?
10
?
10016
≈150
取刻线间距c＝1.5mm，则分度值i=
1.5150
mm=
0.01mm
附图1-10钟表型百分表
附图1-11杠杆表
（a）-杠杆百分表（b）-杠杆千分表
2）杠杆表如附图1-11所示。
其体积小，测力小。
测头可在一定范围内转动，可在任意方向上进行测量。
能够深入到小孔或特殊凹槽内测量。
杠杆百分表外形及传动机构如附图1-11（a）所示。
测量头的微位移经杠杆1与扇形齿轮2传给小齿轮3和指针4，其放大比为K＝100
附图1-11（b）所示的是杠杆千分表的外形和传动系统。
3.4内径百分表
内径百分表是用相对测量法测量孔径的常用量仪。
内径百分表由百分表和装有杠杆系统的测量装置表架组成。
它可测量6～1000mm内的内尺寸，特别适宜于测量深孔。
1.内径百分表的结构
图1-12是内径百分表的结构图。
百分表是其主要部件，百分表是借助于齿轮齿条传动或杠杆齿轮传动机构将测杆的线位移转变为指针回转运动的指示量仪。
图1-12内径百分表
1-可换测量头2—壳体3—套筒4—传动杆5—弹簧6—百分表7—杠杆8—活动测量头9—定位装置10—弹簧
表架壳体2上一端安装可换测量头1，它可以根据被测孔的尺寸大小更换，另一端安装活动测量头8，百分表6的测量杆与传动杆4始终接触，弹簧5是控制测量力的，并经传动杆4，杠杆7向外顶着活动测量头8。
测量时，活动测量头8的移动使杠杆7回转，通过传动杆推动百分表6的测量杆，使百分表指针偏转。
由于杠杆7是等臂的，当活动测量头移动1mm时，传动杆也移动1mm，推动百分表指针回转一圈。
所以活动测量头的移动量可在百分表上读出来。
定位装置9起找正直径位置的作用，因为可换测量头1和活动测量8的轴线为定位装置的中垂线，此定位装置保证了可换测量头和活动测量头的轴线位于被测孔的直径位置上。
内径百分表活动测量头允许的移动量很小，它的测量范围是由更换或调整可换测量头的长度来达到的。
量头在孔的纵断面上也可能倾斜，如图1-6虚线所示。
所以在测量时应将量杆左右摆动，以百分表指针所指的最小值作为实际尺寸。
2．百分表的测量原理
百分表测量原理如图1-14所示。
当具有齿条的测量杆5上下移动时，经齿轮1、2传给中间齿轮3及与齿轮3同轴的指针8，由指针在刻度盘9上指示出相应的示值。
测量杆移动1mm，指针转动一圈，刻度盘沿圆周刻有100条等分刻度，因此测量杆上、下移动0.01mm，指针转一格，即分度值为0.01mm。
这样通过齿轮传动系统，将测量杆的微小位移经放大转变为指针的偏转。
为了消除齿轮传动系统中由于齿侧间隙而引起的测量误差，在百分表内装有游丝7，由游丝产生的扭转力矩作用在大齿轮6上，大齿轮6也与中间齿轮3啮合，这样可以保证齿轮在正反转时都在同一齿侧面啮合。
弹簧4是控制百分表测量力的。
图1-13用内径百分表测取读数图1-14百分表传动机构1、2—齿轮3—中间齿轮4—弹簧5—测量杆6—大齿轮7—游丝8—指针9—刻度盘
3.测量方法
⑴根据被测内孔的基本尺寸，选择相应的可换测量头，旋入量杆头部，并用锁紧圈固定。
⑵按内孔的基本尺寸选择量块，组合于量块夹中（或按基本尺寸调整好外径千分尺两测砧之间的距离）。
⑶调整零位：
用手握着隔热手柄，先将活动测量头压靠在量块夹的一端（或外径千分尺的一个测砧上），使活动测头内缩，以保证放入固定测头时不与量块夹的另一端（或外径
千分尺的另一测砧）磨擦，然后放入固定测头使之与另一端接触。
按图1-15所示方法反复摆动百分表量杆，找出指针偏转的转折点，旋转表盘，使百分表零刻线正好对准指针转折点，如此反复几次检验零位的正确性，记住百分表短针的读数，即调好零位。
然后用手轻压定位板使活动测头内缩，当固定测头脱离接触时，再将内径百分表缓慢地从量块夹（或千分尺测砧）内取出。
图1-15内径百分表零位调整
⑷进行测量：
按调零时的方法，将内径百分表两测头插入被测孔中，在图1-16所示的三个截面三个方向上进行测量，测量时将内径百分表左右摆动，指针所指的最小值即为被测孔径相对于基本尺寸的实际偏差值（注意：
“＋”、“－”顺时针为负，逆时针为正），由各测得的实际偏差值计算孔的实际尺寸值，按孔的验收极限尺寸判断其尺寸的合格性。
图1-16内孔测量位置示意图
四、实验方法及数据记录1.实验步骤
（1）根据零件的尺寸及极限偏差选择长度尺寸的测量仪器。
（2）对照各实际测量仪器认识其主要部件及其作用，掌握各测量仪器的工作原理及测量使用方法。
（3）分别对零件轴径和孔径进行测量，并将测量数据记录、和进行处理。
（4）将测量结果与图样上的技术要求进行比较，判断其合格与否。
（5）写出实验报告。
2.注意事项
（1）实验前一定要预习实验指导书，拟定实验方案与测量步骤，经指导老师检查认可，方可进行测量实验。
（2）使用各测量仪器要严格遵守仪器的操作规程
五、实验报告内容及要求
1.实验预习报告：
实验前预习实验指导书，初步拟定实验方案。
2.记录实验数据，绘制测量示意图，进行数据分析处理。
实验二合像水平仪测量直线度误差（必做）
一、实验目的
1.掌握合像水平仪的基本结构及工作原理；
2.掌握用合像水平仪测量导轨直线度误差的测量方法与数据处理。
3.用MATLAB编制的程序处理数据
二、实验内容概述
形位精度是保证产品质量的又一重要指标，因此形位误差的测量在技术测量中也占有非常重要的地位，直线度误差的测量是常用检测项目之一，直线度误差可用刀口尺、钢丝、水平仪、准直仪等进行测量。
下面介绍用合像水平仪测量直线度误差的方法及其误差的评定。
三、实验设备原理
1.测量原理及仪器简介用水平仪和自准直仪等进行直线度误差的测量，其共同特点是测量实际要素的微小角度的变化。
由于被测实际要素存在着直线度误差，将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。
只要节距（相邻两测点的距离）一经确定，这个变化的微小倾斜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，用作图或计算的方法，就可求出被测实际要素的直线度误差值。
由于合像水平仪的测量准确度高，示值范围大（±10mm/m），测量效率高，价格便宜，携带方便等优点，故得到广泛的应用。
合像水平仪的结构如图2-1所示。
它由手轮1、丝杆2、齿轮3、读数机构4、十进位机构5、两棱镜6、放大镜7、气泡8、水准器9、底板10、弹簧11和楔块12等组成。
使用时，将合像水平仪放在桥板上相对不动（如图2-2所示），再将桥板由两个等高垫块支承置于被测实际要素上，如果被测实际要素无直线度误差并与自然水平面基准平行，水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置，气泡边缘通过合像棱镜6所产生的影像，在放大镜7中观察将出现如图2-3（b）所示的情况。
但在实际测量中，由于被测实际要素的安放位置与自然水平面不平行和被测实际要素本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图2-3（a）所示。
此时可转动手轮1，使楔块推动水准器转过一角度，当水准器转到与自然水平面平行时，则气泡返回合像棱镜组6的中间位置，图2-3（a）中两影像的错移△消失而恢复成如图2-3（b）中所示的一个光滑的半圆头。
由于水准器所转过的角度与丝杆的移动量成正比，所以读数装置所转过的格数a可反映水准器转角的大小，则被测实际要素相邻两点的高低差h和a有如下关系：
h=0.01aL
式中a—读数装置所转过的格数
L—桥板的节距
图2-1合像水平仪的结构
a）b）
图2-2用水平仪测量导轨的直线度误差图2-3合像水平仪气泡图像
四、实验方法及数据记录
1.实验步骤
（1）了解合像水平仪的构造和测量原理，对照实际测量仪器认识其主要部件及其作用。
（2）划分节距L，并作分段记号。
（3）将仪器置于依次置于各个节距上，测量采集读数值。
（4）求出各测量点的相对值和累积值（格数），用作图法在坐标纸上绘制误差折线。
（5）用最小包容区域法和两端点连线法分别求出直线度误差值。
⑹写出实验报告
2.注意事项
（1）实验前一定要预习实验指导书，拟定实验方案与测量步骤，经指导老师检查认可，方可进行测量实验。
（2）使用各测量仪器要严格遵守仪器的操作规程
五、测量数据的处理
测出各测点的数据后，可以按最小包容区域图解法或按两端点连线图解法评定直线度误差值。
1．最小包容区域图解法
参看图，以横坐标表示测量间隔（各测点的顺序），纵坐标表示量值。
将测量间隔和相应测点的量值分别按一定比例点在坐标纸上。
然后把各测点连起来而成折线，该折线可以表示被测实际线。
评定直线度误差时，由两条平行直线包容被测实际线。
该实际线应至少有高低相间三点分别与这两条平行直线接触，而这两条平行直线之间的区域称为最小包容区域。
因此，从得到的折线上找出高低相间的两个最高点和一个最低点或者两个最低点和一个最高点，
则过此三点所作的两条平行直线之间的纵坐标距离，即为直线度误差值。
评定直线度误差时，把得到的折线首尾两端点的连线作为评定基准，从折线上找出最高
表2－1直线度误差测量数据（格）
点和最低点，这两点分别到评定基准的纵坐标距离的绝对值之和，即为直线度误差值（如图2-4）。
图2-4直线度误差的评定
2.用MATLAB软件编制的程序进行处理，把处理结果写入实验报告（图2-5、图2-6）
图2-5数据处理
图2-6数据图形分析
六、实验报告及要求
1.实验预习报告：
实验前预习实验指导书，初步拟定实验方案。
2.记录实验数据，绘制测量示意图，进行数据分析处理。
实验三表面粗糙度的测量（必做）
一、目的与要求
1、用样板比较测量表面粗糙度
2、了解用精密粗糙度测量仪表面粗糙的的原理和方法。
3、理解轮廓算术平均偏差Ra的实际含义。
二、测量原理
通过针尖感触被测表面微观不平度的方法称为针描法或针触法。
根据这种方法设计、制造的测量表面粗糙度的量仪称为精密粗糙度测量仪。
这种仪器适用于测量Ra值在0.02～5μm的表面粗糙度值，其测量范围广、速度快、测量结果可靠、操作方便，且容易实现自动测量和用微机进行数据处理。
三、实验操作与仪器简介
（1）用样板比较测量表面粗糙度
比较法是把零件上被检测的表面与标有一定评定参数值的粗糙度样板（如图3-1）靠在一起，通过视觉、触感或其它方式进行比较后，对被检表面的粗糙度进行评定。
图3-1标准样板
生产表明，不同的加工方法所形成的表面，由于表面特征不同，即使各表面的粗糙度参数值相同或按近，而在视觉和触感上的反映往往不一样。
因此为了避免比较测量时的评定误差，将表面粗糙度样板分别按车、铣、刨、磨?
?
等加工方法所形成的表面特征而制成，供采用相应的加工方法时作比较。
另外由于零件的材料不同或表面形式（内孔、外圆、平面等）不同，粗糙度在视觉或触感上的反映也往往不一样，这都要求在选择样板和作比较时加以注意。
对于生产批量较大的零件，为了提高评定准确性，最好直接提供零件样品，其表面粗糙度经测量合格后，作为“样板”使用。
用比较法评定表面粗糙度虽然不能精确地得出被检表面的粗糙度参数值，但由于测量器具简单，使用方便，且能满足一般的生产要求，故常用于生产现场中对中等或粗糙的表面（Ra＞1.25μm）进行评定。
其准确性在很大程度上取决于检验人员的经验。
（2）表面粗糙度测量仪的结构表面粗糙度测量仪按其使用的传感器不同，可分为电感式、压电式、光电式等。
它一般由传感器、驱动箱、底座平板，电脑及打印机等组成，通
过数据处理可得到多种表面粗糙度参数值。
还能对一些特殊表面：
如沟槽面、球面、波纹管面等进行测量。
图3-2是JB-4C精密粗糙度测量仪的示意图。
由图可见，仪器由花岗岩平板、工作台、传感器、驱动箱、显示器、电脑和打印机等组成，驱动箱提供了一个行程为60mm长的高精度直线基准导轨，传感器沿导轨作直线运动，驱动箱可通过顶部水平调节钮作±10度的水平调整。
仪器带有电脑及专用测量软件，可选定被测零件的不同位置，设定各种测量长度进行自动测量，并可显示或打印轮廓表面的各种粗糙度参数值及轮廓支承长度率曲线等。
图3-2JB-4C精密粗糙度测量仪
1-传感器2.4.5.9.10.13-电缆3-驱动箱6-显示器7-电脑主机8-打印机11-电源插座12-开关
14-控制盒15-平板
（3）精密粗糙度测量仪的操作使用
①电缆连接：
传感器接杆、控制盒、驱动箱、显示器与电脑及打印机之间的连接按图3-2所示。
②打开微机及控制盒右侧开关，进入测量程序，经过一分钟左右，中文WIN98随之启动，然后进入基本屏幕。
移动鼠标使箭头对准JB-C粗糙度测量仪的快捷式图标，双击鼠标右键就可以启动应用程序。
③传感器位置的调整：
见图3-3，按下控制盒面板左侧向下箭头按键，可以接通电机带动立柱9中间的丝杆8转动，从而使驱动箱10向下移动；当传感器触针和工件接触即自动停止，观察显示屏上垂直坐标上的红线，旋转高低调节旋钮6使其落在零位附近，然后按下控制盒面板左右箭头按键或用鼠标点击菜单中‘左移’或‘右移’键，保证传感器在有效滑行范围内不超出线性区，也可通
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