互换性性与技术测量实验指导书讲解.docx

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互换性性与技术测量实验指导书讲解

互换性性与技术测量

实验指导书

（机械设计及其自动化专业用）

编写：

XXX

班级：

学号：

姓名：

安徽建筑工业学院机电系机械实验室

2007年9月

第一章技术测量的基本知识---------------------------------------------------2

第一节技术测量的基本概念-----------------------------------------------2

第二节量块-------------------------------------------------------------4

第二章孔、轴的测量----------------------------------------------------------8

实验一用内径百分表测量孔------------------------------------------------8

实验二用立式光学计测量轴------------------------------------------------10

第三章表面粗糙度的检测------------------------------------------------------18

实验一比较法检测表面粗糙度---------------------------------------------18

实验二用光切显微镜测量表面粗糙度----------------------------------------19

实验三用电动轮廓仪测量表面粗糙度----------------------------------------23

第四章形状位置误差的检测----------------------------------------------------28

实验一导轨直线度误差测量------------------------------------------------28

实验二自准直仪测量直线度-------------------------------------------------31

实验三轴类零件位置误差的检测---------------------------------------------34

实验四箱体测-------------------------------------------------------------36

第五章齿轮测量----------------------------------------------------------------42

实验一齿厚测量------------------------------------------------------------42

实验二径向跳动检查仪检测齿圆径向跳动-------------------------------------44

实验三周节仪检测齿距偏差和齿距累积误差------------------------------------46

第一节技术测量的基本知识

第一节技术测量的基本概念

一、测量的一般概念

技术测量主要是研究对零件的几何参数进行测量和检验的一门技术。

所谓“测量”就是将一个待确定的物理量，与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。

他包括四个方面的因素，即：

测量对象、测量方法、测量单位和测量精度。

“检验”具有比测量更广泛的含义。

例如表面疵病的检验，金属内部缺陷的检验，在这些情况下，就不能采用测量的概念。

二、长度单位基准

为了保证测量的准确度，首先需要建立统一可靠的测量单位。

公制的基本长度单位为米（m），机械制造中常用的公制单位为毫米（mm）,精密测量时，多用微米（μm）为单位，它们之间的换算关系为：

1m=1000mm1mm=1000μm

使用光速作为长度基准，虽然可以达到足够的准确，但却不便于直接应用在生产中的尺寸测量。

三、测量工具的分类

测量工具可按其测量原理、结构特点及用途分以下四类：

1、基准量具：

①定值基准量具；②变值量具。

2、通用量具和量仪：

它可以用来测量一定范围内的任意值。

按结构特点可分为以下几种：

（1）固定刻线量具

（2）游标量具

（3）螺旋测微量具

（4）机械式量仪

（5）光学量仪

（6）气动量仪

（7）电动量仪

3、极限规：

为无刻度的专用量具。

4、检验量具：

它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，在大批量生产中应用较多。

四、测量方法的分类

1、由于获得被测结果的方法不同，测量方法可分为：

直接量法

间接量法

2、根据测量结果的读值不同，测量方法可分为：

绝对量法（全值量法）

相对量法（微差或比较量法）

3、根据被测件的表面是否与测量工具有机械接触，测量方法可分为：

接触量法

不接触量法

4、根据同时测量参数的多少，可分为：

综合量法

分项量法

5、按测量对机械制造工艺过程所起的作用不同，测量方法分为：

被动测量

主动测量

五、测量工具的度量指标

度量指标：

指的是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。

1、刻度间隔C：

简称刻度，它是标尺上相邻两刻线之间的实际距离。

2、分度值i：

标尺上每一刻度所代表的测量数值。

3、标尺的示值范围：

量仪标尺上全部刻度所能代表的测量数值。

4、测量范围：

①标尺的示值范围；②整个量具或量仪所能量出的最大和最小的尺寸范围。

5、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。

6、示值误差：

量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。

7、测量力：

在测量过程中量具或量仪的测量面与被测工件之间的接触力。

8、放大比（传动比）：

量仪指针的直线位移（或角位移）与被测量尺寸变化的比。

这个比等于刻度间隔与分度值之比。

六、测量误差

1、测量误差：

被测量的实测值与真实值之间的差异。

即δ=X–Q

式中：

δ—测量误差；

X—实际测得的被测量；

Q—被测值的真实尺寸。

由于X可能大于或小于Q，因此，δ可能是正值、负值或零。

这样，上式可写成

Q=X±δ

2、测量误差产生的原因（即测量误差的组成）

（1）测量仪器的误差、

（2）基准件误差、（3）测量力引起的变形误差、（4）读数误差、（5）温度变化引起的误差。

3、测量误差的分类

（1）系统误差：

有一定变化规律的误差

（2）随机误差：

变化无规律的误差，随机误差的特性及处理将在第四节介绍。

（3）粗大误差：

由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）造成的某些较大的误差。

第二节量块

一、量块的结构尺寸

量块也叫块规，它是保持度量统一的工具，在工厂中常作为长度基准。

量块的结构尺寸：

量块通常做成矩形截面的长方块，具有两个经过精密加工的很平很光的平行平面，作为它的测量平面（图1-1）。

两测量平面之间的距离为工作尺寸L。

量块的标称尺寸大于10毫米者，其横截面尺寸为35×9毫米，标称尺寸在10毫米以下者，则为30×9毫米。

图1-1量块

二、量块的研合性（粘合性）：

量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。

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。

三、量块的成套：

为了组成各种尺寸，量块是成套制造的，一套包括一定数量的不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内，常用成套量块的尺寸见表1-2。

表1-2成套量块尺寸表（摘自GB6093-85）

套别

总块数

级别

尺寸系列/mm

间隔/mm

块数

1

91

00,0,1

0.5

1

1.001,1.002,……,1.009

1.01,1.02,……,1.49

1.5,1.6,……,1.9

2.0,2.5,……,9.

10,20,……,100

0.001

0.01

0.1

0.5

10

1

1

9

49

5

16

10

2

83

00,0,1,2,（3）

0.5

1

1.005

1.01,1.02,……,1.49

1.5,1.6,……,1.9

2.0,2.5,……,9.5

10,20,……,100

0.01

0.1

0.5

10

1

1

1

49

5

16

10

3

46

0,1,2

1

1.001,1.002,……,1.009

1.01,1.02,……,1.09

1.1,1.2,……,1.9

2,3,……,9

10,20,……,100

0.001

0.01

0.1

1

10

1

9

9

9

8

10

4

38

0,1,2,（3）

1

1.005

1.01,1.02,……,1.09

1.1,1.2,……,1.9

2,3,……,9

10,20,……,100

0.01

0.1

1

10

1

1

9

9

8

10

四、选择组合量块方法：

组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位数字开始考虑，每选一块应使尺寸的位数少一位，并使量块尽可能最少，以减少积累误差（一般不超过4-5块）。

例如：

要组成38.935mm的尺寸，若采用83块一套的量块，其方法是：

38.935

-1.005

第一块量块尺寸为1.005毫米

37.93

-1.43

第二块量块尺寸为1.43毫米

36.5

-6.5

第三块量块尺寸为6.5毫米

30

-30

第四块量块尺寸为30毫米

0

全组尺寸38.935毫米

五、量块的中心长度：

是指量块的一个测量平面的中心到与量块的另一个测量平面相研合的平晶表面间的垂直距离（如图1-2）。

图1-2量块的中心长度

六、量块的“级”和“等”：

1、量块的尺寸精度分为00、0、1、2、（3）五级。

其中00级最高，精度依次降低，（3）级最低，一般根据定货供应。

各级量块精度指标见表1-3。

表1-3各级量块的精度指标（摘自GB6093-85）（μm）

标称长度/mm

00级

0级

1级

2级

（3）级

标准级K

①

②

①

②

①

②

①

②

①

②

①

②

-10

>10-25

>25-50

>50-75

>75-100

>100-150

0.06

0.07

0.10

0.12

0.14

0.20

0.05

0.05

0.06

0.06

0.07

0.08

0.12

0.14

0.20

0.25

0.30

0.40

0.10

0.10

0.10

0.12

0.12

0.14

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.80

0.16

0.16

0.18

0.08

0.20

0.20

0.45

0.60

0.80

1.00

1.20

1.60

0.30

0.30

0.30

0.35

0.35

0.40

1.0

1.2

1.6

2.0

2.5

3.0

0.50

0.50

0.55

0.55

0.60

0.65

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.80

0.05

0.05

0.06

0.06

0.07

0.08

1量块长度的0.0极限偏差（±）.

2长度变动量允许值.

表1-4各等量块的精度指标（摘自JJG100-81）（μm）

标称长度/mm

1等

2等

3等

4等

5等

6等

①

②

①

②

①

②

①

②

①

②

①

②

-10

>10-18

>18-35

>30-50

>50-80

0.05

0.06

0.06

0.07

0.08

0.10

0.10

0.10

0.12

0.12

0.07

0.08

0.09

0.10

0.12

0.10

0.10

0.10

0.12

0.12

0.10

0.15

0.15

0.20

0.25

0.20

0.20

0.20

0.25

0.25

0.20

0.25

0.30

0.35

0.45

0.20

0.20

0.20

0.25

0.25

0.5

0.6

0.6

0.7

0.8

0.4

0.4

0.4

0.5

0.6

1.0

1.0

1.0

1.5

1.5

0.4

0.4

0.4

0.5

0.5

3中心长度测量的极限偏差（±）.

4平面平行线允许偏差.

2、量块按给定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等，其中1等最高，精度依次降低，6等最低。

各等量块精度指标见表1-4。

量块按“级”使用时，所根据的是刻在量块上的标称尺寸，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。

第一章孔、轴的测量

实验一用内径百分表测量孔径

实验学时：

1

实验类型：

验证性

实验要求：

必开

一、实验目的

熟悉使用内径百分表测量内孔尺寸误差的方法和特点。

认真体会“局部实际尺寸（实际误差）”概念。

二、设备与器材

百分表测量杆１支和0.01mm百分表１个。

三、实验原理与方法

内径百分表是由百分表测量杆和百分表组成，是用相对测量法测量孔径和形状误差。

它的结构如图1所示

图1内径百分表结构图

1—活动测量头；2—可换测量头；3—测量套；4—测杆；5—杠杆；6—传动杆；

7—弹簧；8—指示表；9—弹簧；10—定位装置

测量时，内径百分表头先压进入被测孔中，活动测头1的微小位移通过杠杆按1:

1传递给传动杆6，而百分表测头与传动杆6是始终接触的，因此活动测头移动0.01毫米，使传动杆也移动0.01毫米，百分表指针转动1格。

故测头移动量可在百分表上读的。

定位桥10起找正径向直径位置的作用，它保证了活动测头1和可换测头2的轴线位于被测孔的直径位置中间。

四、实验方法与注意事项

图2内径百分表的调整

1、内径百分表在每次使用前，首先要用标准环规或量块夹持的量块对零，环规或量块夹的尺寸与被测工件的基本尺寸相同。

如图２所示。

2、内径百分表在校零时应注意手握直管上的隔热手柄，使测头进入测量面内，摆动直管４测头在X方向和y方向（仅在量块夹中使用）上下摆动。

观察百分表的示值变化，反复几次；当百分表指针在最小值处转折摆向时,用手旋转百分表盘，使指针对零位。

多摆动几次观察指针是否在同一零点转折。

3、用内径量表测量工件孔，摆动量表，观察指针转折点的位置，记录相对零点的差值，即工件误差。

五、实验步骤

1、预调整：

①将百分表装入量杆内，预压缩1毫米左右（百分表的小指针指在1的附近）后锁紧。

②根据被测零件基本尺寸选择适当的可换测头装入量杆的头部，用专用扳手扳紧锁紧螺母。

此时应特别注意可换测量头与活动测量头之间的长度须大于被测尺寸0.8～1毫米左右，以便测量时活动测量头能在基本尺寸的正、负一定范围内自由运动。

2、对零位：

因内径百分表是相对法测量的器具，故在使用前必须用其它量具根据被测件的基本尺寸校对内径百分表的零位。

校对零位的常用方法有以下三种：

①用量块和量块附件校对零位

按被测零件的基本尺寸组合量块，并装夹在量块的附件中，将内径百分表的两测头放在量块附件两量脚之间，摆动量杆使百分表读数最小，此时可转动百分表的滚花环，将刻度盘的零刻线转到与百分表的长指针对齐。

这样的零位校对方法能保证校对零位的准确度及内径百分表的测量精度，但其操作比较麻烦，且对量块的使用环境要求较高。

②用标准环规校对零位

按被测件的基本尺寸选择名义尺寸相同的标准环规，按标准环规的实际尺寸校对内径百分表的零位。

此方法操作简便，并能保证校对零位的准确度。

因校对零位需制造专用的标准环规，固此方法只适合检测生产批量较大的零件。

③用外径千分尺校对零位

按被测零件的基本尺寸选择适当测量范围的外径千分尺，将外径千尺对在被测基本尺寸外，内径百分表的两测头放在外径千分尺两量砧之间校对零位。

因受外径干分尺精度的影响，用其校对零位的准则度和稳定性均不高，从而降了内径百分表的测量精确度。

但此方法易于操作和实现，在生产现场对精度要求不高的单件或小批量零件的检测，仍得到较广泛时应用。

3、测量

①手握内径百分表的隔热手柄，先将内径百分表的活动量头和定心护桥轻轻压入被测孔径中，然后再将固定量头放人。

当测头达到指定的测量部位时，将表微微在轴向截面内摆动（如图2），读出指示表最小读数，即为该测量点孔径的实际偏差。

测量时要特别注意该实际偏差的正、负符号：

当表针按顺时针方向未达到零点的读数是正值，当表针按顺时针方向超过零点的读数是负值。

②在孔轴向的三个截面及每个截面相互垂直的两个方向上，共测六个点，将数据记入测量报告单内。

六、测量与处理数据

被测零件

名称

基本尺寸

最大极限尺寸Dmax

最小极限尺寸Dmix

安全裕度A*

上验收限DS*

下验收限DI*

计量器具

名称

测量范围

示值范围

分度值

仪器不确定度

测量示意图

测量数据

实际偏差

实验尺寸

测量截面

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

Ⅲ-Ⅲ

测量方向

A-A

B-B

合格性判断

按设计公差判断

按验收极限判断

七、思考题

1、用内径百分表测量孔的直径时，属于何种测量方法？

测量误差有哪些？

2、仪器的测量范围与标尺的示值范围有何不同？

实验2用立式光学计测量轴径

实验学时：

1

实验类型：

验证性

实验要求：

必开

一、实验目的

1、掌握立式光学计的工作原理及使用方法。

2、熟悉轴的直径及其形状误差的测量方法。

3、学会基本的测量误差处理方法。

二、设备与器材

立式光学计１台、被测轴和相同尺寸量块各１组。

三、实验原理与方案

立式光学计主要用于作长度比较测量。

要先用量块将标尺和指针调到零位，被测尺寸对量块的偏差可从仪器标尺上读得。

并可对某轴的固定部位进行多次重复测量，计算测量误差。

立式光学计主要组成见外形图1。

由底座1、立柱2、支臂3、直角光管4和工作台11等几部分组成。

立式光学计的光学系统图2所示。

光线由进光反射镜6进入光学计管中，由通光棱镜7将光线转折90度，照亮了分划板4上的刻度尺9。

刻度尺上有100格的刻线，此处刻线作为目标，位于物镜2的焦平面上。

由刻度尺9发出的光线经棱镜3后转折90度，透过物镜2成为平行光线，射向平面反射镜，平行光线被反射回来，重新透过物镜2，再经棱镜3汇聚于分划板4的另一半上，此处有一指示线8。

当测量杆5上下移动时，推动平面反射镜１产生摆动，于是刻度尺9的像相对于指示线产生了移动，移动量可通过目镜10进行读数

图1立式光学计结构图2立式光学计的光学系统

1—底座；2—立柱；3—支臂；4—直角光管；5—提升器；１—平面反射镜；2—物镜；3—棱镜；

6—调整螺母；7—粗调节螺母；8—紧固螺钉；4—分划板；5—测量杆；6—反射镜；

9—微调手轮；10—紧固螺钉；11—工作台7—通光棱镜；8—指示线；9—刻度尺；

10—目镜

四、实验步骤、方法与注意事项

根据被测零件表面的几何形状来选择测量头，使测量头与被测表面尽量满足点接触。

测量头有：

球形、平面和刀口形三种。

测量平面或圆柱面零件时选用球形测头。

测量球面零件时选用平面形测头。

测量小圆柱面工件时选用刀口形测头。

1、按被测零件的基本尺寸组合量块和选择测量头。

2、仪器调零位：

如图1，将组合好量块组的下测量面置于工作台11中央，并使测量头12对准上测量面中央。

粗调：

松开支臂紧固螺钉8，转动调节螺母7，使支臂3缓慢下降，直至到测量头与量块上测量面轻微接触，并在视场中看到刻度尺象，将螺钉8锁紧。

细调：

松开紧固螺钉10，转动调节轮9，直至在目镜中观察到刻度尺象与指示线接近为止，然后拧紧螺钉10。

微调：

转动刻度尺微调螺钉13见图2。

使刻度尺的零线影象与指示线重合后，用手指压下测头提升杠杆5不少于三次，使零位稳定，调零结束。

3、将测头抬起取下量块，放入被测量件，按实验规定的部位测量，并将测量的结果填入实验报告中。

五、测量步骤：

1、选择测帽：

测量时被测物体与测帽间的接触面必须最小，即近于点或线接触。

因此在测量平面时，须使用球面测帽，测量柱面时宜采用刀刃形或平面测帽，对球形物体则应采用平面测帽。

2、工作台的选择与校正：

工作台分平面工作台和槽面工作台，其选择原则与测帽的要求相同。

对于可调整工作台，为保证测杆与工作台面垂直，测量前必须进行校正。

先选择一与被测工件尺寸相同的量块大致放在工作台的中央，光学计管换上最大直径的平面测帽，使测帽平面的1/4与量块接触。

调整仪器至目镜中看到分划板刻度为止。

然后旋动工作台调节螺丝，使其前后移动，并从目镜中观看分划板示值的变化，若在测帽平面的四个位置的读数变化小于1／5格分度值，则表示工作台的校正已完成。

3、调整反射镜，并缓慢地拨动测帽提升杠杆，从目镜中能看到标尺影象，若此影象不清楚可调整目镜视度环。

4、松开横臂紧固螺钉，调整手柄，使光管上升至最高位置后固紧螺钉。

5、按被测零件的基本尺寸组合所需量块尺寸。

一般是从所需尺寸的未位数开始选择，将选好的量块用汽油棉花擦去表面防锈油，并用绒布擦净．用少许压力将两量块工作面相互研合。

6、将组合好的块规组放在工作台上，松开横臂紧固螺钉，转动调节螺母，使横臂连同光管缓慢下降至测头，与量块中心位置极为接近处（约0．lmm的间隙）将螺钉拧紧。

7、松开光管紧固螺钉，调整手柄，使光管缓馒下降至测头与块规中心位置接触，并从目镜中看到标尺象，使零刻线外于指标线附近为止。

调节目镜视度环，使标尺像完全清晰（可配合微调反光镜）。

锁紧螺钉，调整微调旋钮，使刻度尺像准确对好零位。

8、按压测帽提升杠杆2～3次，检查示值稳定性，要求零位变化不超过l／10格，如超过过多应寻找原因，并重新调零（各紧固螺钉应拧紧但不能过紧，以免仪器变形）。

9、按下测帽提升杠杆，取下规块组，将被测部件放在工作台上（注意一定要使被测轴的母线与工作台接触，不得有任何跳动或倾斜）。

10、按压测帽提升杠杆多次，若示值稳定，则记下标尺读数（注意正负号）。

此读数即为该测点轴线的实际差值。

11、在轴的三个横截面上，相隔90度的径向位置上共测六个点

六、注意事项

1、测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。

2、操作要小心，不得有任何碰憧，调整时观察指针位置，不应超出标尺示值范围。

3、使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。

4、取拿量块时最好用竹摄子夹持，