机械精度设计与检测试题.docx
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机械精度设计与检测试题
机械精度设计与检测
实验指导书
广东海洋大学
公差实验室
2013年2月
实验一 用内径百分表或卧式测长仪测量内径
一、实验目的
1.熟悉测量内径常用的计量器具和方法。
2.加深对内尺寸测量特点的了解。
二、实验内容
1.用内径百分表测量内径。
2.用卧式测长仪测量内径。
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，则常用内径百分表或卧式测长仪做比较测量。
1.内径百分表
国产的内径百分表，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，特别适用于测量深孔，其典型结构如图1所示。
内径百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推动百分表的测杆而进行读数。
2.卧式测长仪
卧式测长仪是以精密刻度尺为基准，利用平面螺旋线式读数装置的精密长度计量器具。
该仪器有多种专用附件，可用于测量外尺寸、内尺寸和内、外螺纹中径。
根据测量需要，既用于绝对测量，又
图1可用于相对（比较）测量，故常称为万能测长仪。
卧式测长仪的外观如图2所示。
在测量过程中，镶有一条精密毫米刻度尺（图3a中的6）的测量轴3随着被测尺寸的大小在测量轴承座内作相应的滑动。
当测头接触被测部分后，测量轴就停止滑动。
图3a是测微目镜1的光学系统。
在目镜1中可以观察到毫米数值，但还需细分读数，以满足精密测量的要求。
测微目镜中有一个固定分划板4，它的上面刻有10个相等的刻度间距，毫米刻图2
度尺的一个间距成象在它上面时恰与这10个间距总长相等，故其刻度值为0.1mm。
在它的附近，还有一块通过手轮3可以旋转的平面螺旋线分划板2，其上刻有十圈平面螺旋双刻线。
螺旋双刻线的螺距恰与固定分划板上的刻度间距相等，其分度值也为0.1mm。
在分划板2的中央，有一圈等分为100格的圆周刻度。
当分划板2转动一格圆周分度时，其分度值这为：
这样就可达到细分读数的目的。
这种仪器的读数方法如下：
从目镜中观察，可同时看到三种刻线（图3b），先读毫米数（7mm），然后按毫米刻度在固定分划板4上的位置读出零点几毫米（0.4mm）。
再转动手轮3，使靠近零点几毫米刻度值的一圈平面螺旋双刻线夹住毫米刻线，再从指示线对准的圆周刻度上读得微米数（0.051mm）。
所以从图3b是读得的数是7.451mm。
四、测量步骤
1.用内径百分表测量内径
（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4中的1和2）一起放入量块内夹紧（图4），以便仪器对零位。
在大批量生产中，也常按照与被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）接触，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百分表找最小值。
反复摆动几次，并相应地旋转表盘，使百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，缓缓地将内径百分表从侧块（或标准环）内取出。
（4）进行测量
将内径百分表插入被测孔中，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百分表（图5），记下示值变化的最小值。
根据被测量结果和被测孔的公差要求，判断被测孔是否合格。
2.用卧式测长仪测量内径
（1）接通电源，转动测微目镜的调节环以调节视度。
（2）参看图2：
松开紧固螺钉12，转动手轮6，使工作台5下降到较低的位置。
然后在工作台上安好标准环或装有量块组的量块夹子，如图4所示。
（3）将一对测钩分别装在测量轴和尾管上（图6），测钩方向垂直向下，沿轴向移动测量轴和尾管，使两测钩头部的楔槽对齐，然后旋紧测钩上的螺钉，将测钩固定。
（4）上升工作台，使两侧钩伸入标准环内或量块组两侧块之间，再将手轮6的紧固螺钉12拧紧。
（5）移动尾管10（11是尾管的微调螺钉），同时转动工作台横向移动手轮7，使测钩的内测头在标准环端面上刻有标线的直线方向或在量块组的侧块上接触，用紧固螺钉13锁紧尾管，然后用手扶稳测量轴3，挂上重锤，并使测量轴上的测钩内测头缓慢地与标准环或侧块接触。
（6）找准仪器对零的正确位置（第一次读数）
如为标准环，则需转动手轮7，同时应从目镜找准转折点（图7a中的最大值），在此位置上，扳动手柄8，再找转折点（图7a中的最小值），此处即为直径的正确位置。
然后，将手柄9压下固紧。
如为量块组，则需转动手柄4，找准转折点（最小值），在此位置上扳动手柄8仍找最小值的转折点，此处即为正确对零位置。
要特别注意，在扳动手柄4和8时，其摆动幅度要适当，千万避免测头滑出侧块，由于重锤的作用使测量轴急剧后退产生冲击，将毫米刻度尺损坏，为了防止这一事故的发生，通过重锤挂绳长度对测量轴行程加以控制。
当零位找准后，即可按前述读数方法读数。
（7）用手扶稳测量轴3，使测量轴右移一个距离，固紧螺钉2（尾管是定位基准，不能移动），取下标准环或量块组。
然后安装被测工件，松开螺钉2，使测头与工件接触，按前述的方法进行调整与读数，即可读出被测尺寸与标准环或量块组尺寸之差。
（8）沿被测内径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。
根据测量结果和被测内径的公差要求，判断该内径是否合格。
思考题
1.用内径千分尺与内径百分表测量孔的直径时，各属何种测量方法？
2.卧式测长仪上有手柄4（图2），能使万能工作台水平转动，测量哪些形状的工件需要用它来操作？
实验二用合象水平仪测量直线度误差
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
用合象水平仪测量直线度误差
三、测量原理
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）内进行测量。
常用的计量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准水平仪等。
使用这类器具的共同特点是测定微小角度的变化。
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响应的变化。
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，即可切出被测表面的直线度误差值。
由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（）、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、水准仪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，棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b中所示的情况。
但在实际的测量中，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，其视场情况将如入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有确切对应的关系，即
式中0.01—合象水平仪的分度值（mm/m）；
L—桥板节距（mm）；
a—角度读数值（用格数来计数）。
如此逐点测量，就可得到相应的ai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，确定相邻两测点之间的距离（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）的细分读书；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，各测点两次度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），同时后一测量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）点相切，在两切点之间，应有一个最低（最高）点与另一条平行直线相切。
这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。
从平行于纵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）。
6．将误差值值f（格）按下式折算成线性值，并按国家标准GB1184—80评定被测表面直线度公差等级。
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？
附表
测点序号i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
仪器读数ai（格）
顺测
－
298
300
290
301
302
306
299
296
回测
－
296
298
288
299
300
306
297
296
平均
－
297
299
289
300
301
306
298
296
相对差（格）
△ai=ai-a
0
0
+2
-8
+3
+4
+9
+1
-1
注：
1）表可列读书：
百分数是从图1的11处读得，十位、个位数是从图1的9处读得。
2）a值可取任意数，但要有利于相对数字的简化，本例取a=297格。
按国家标准GB1184—80，直线度5级误差值为25误差值小于公差值，所以被测工件直线度误差合格。
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县法，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算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？
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，总是按平行于总坐标计量，而不是垂直于两条平行包容直线之间的距离，原因何在？
实验三加工误差统计分析的常规方法
机械加工要保证产品质量，就要保证加工精度。
要保证加工精度就要确定误差，而确定误差主要有统计和分析计算法。
统计法又可分为分布曲线法和点图法两种。
一、实验目的及要求：
1.通过实验进一步了解：
（1）大批量生产情况下，零件的统计特性及引起尺寸波动的原因。
（2）系统性误差和随机性误差的特性及其对零件加工精度的影响。
2.通过实验进一步掌握：
⑴分布曲线法和点图分析法的具体方法，并应用其方法分析零件加工中出
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