《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

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 2 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 。 3 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 。 4 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 ： 5 刻 度 值 0.01mm 测 量 范 围 3550mm 示 值 范 围 0 3mm 三 、 被 测 零 件 图 I I I I 图 13 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 6 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 15、 1-6） 7 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 。 8 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 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 9 值还是最大值？ 实验 二 轴径误差测量 10 一、 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0.1 mm 最小示值：0.0001mm 测量力：2N0.2N 示值误差（相对于中心 零位）:0.00025mm 图 2-1 仪器外形 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 11 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 IIII 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。 12 （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 2N0.2N 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 13 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 8 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 0.3 um，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。 14 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） 单块量块尺寸 1 2 3 4 5 量 量块的组 合尺寸 （25mm） 2.根据测量结果填写以下表格：单位(um) 3画出尺寸公差带图： 测量位置 I- I II-II - A-A测量 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 15 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？ 16 实验三 直线度误差的测量 一、 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 200200 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 200 mm（水平仪为 200200） ，则 该仪器实验格值为 A=i/1000200=0.02/1000200=0.004 mm/格 17 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.从左往右依次量取各相邻两点的相对高度差（既格数） 。如图 3- 2。 18 导轨 图 3-2 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 0.004 mm） ，测量全长直线 度 误差。如表： 根据导轨各点 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 19 升高量,绘坐标图。横坐标表示分段距离，纵坐标表示各点升高量。 连接各坐标点成一曲线（即为误差曲线） 。然后按最小条件作包容线 （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： 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： 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) 20 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 21 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？ 22 实验四 径向、斜向圆跳动误差测量 一、 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。 二、 量具量仪名称 1.千分表（钟表式、刻度值 0.001mm, 测量范围 01mm） 。 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 图 4-2 被测零件 23 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 01mm 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。 24 实验报告 1. 根据测得结果填写下表： 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？ 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 25 实验五 用光切显微镜测量表面粗糙度 一、 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. 加深对表面粗糙度评定参数中的微观不平度十点高度 RZ、轮廓最 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 图 5-1 表面粗糙度标准样块 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 26 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 0.880m 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 图 5-2 光切原理 带，通过观察管进行观察。 1-狭缝；2-聚光镜；3-光源； 观察管内装有物镜 5、目镜 4、5-物镜；6-目镜；7-分划板 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 =Kh/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- 27 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=iH (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 28 1测微鼓轮；2活动分划板；3固定分划板 表 5-1 物镜放大倍数 K 与可测 R Z 值的关系 可 测 范 围物镜放 大倍数 量仪的总放大倍 数 分度值 i(m/格) 目镜视场直径 （mm） RZ（m） 7 60 1.28 2.5 2080 14 120 0.63 1.3 6.320 30 260 0.29 0.6 1.66.3 60 510 0.16 0.3 0.81.6 表 5-2 Ra、R Z、R Y的取样长度 和评定长度 n的选用值ll 轮廓算术平均偏差 Ra（m） 微观不平度十点高度 RZ、 轮廓最大高度 RY（m） 取样长度 (mm) 评定长度 n=5 (mm)l 40 80 160 320 20 40 80 160 10 20 40 80 8 40 5 10 2040 2.5 5 10 20 2.5 12.5 1.25 2.5 6.3 10 0.63 1.25 3.2 6.3 0.32 0.63 1.6 3.2 0.16 0.32 0.8 1.6 0.8 4.0 0.08 0.16 0.4 0.8 0.04 0.08 0.2 0.4 0.02 0.04 0.1 0.2 0.25 1.25 0.01 0.02 0.05 0.1 0.008 0.01 0.025 0.05 0.08 0.4 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 和评定长度 n(见表 5-2)。按表 5-1 选择适当放大倍数ll 的一对物镜并将它们安装在量仪上。 29 （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 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l 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、h 2、h 3、h 4、h 5和这 5 个最低点至基准线 A 的距离 h6、h 7、h 8、h 9、h 10。应当注意，切勿在取样长度 范围内任意或按l 30 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： RZ=i (m) (5-4)5)()( 1098764321 hhhh 式中，h i的单位为格；分度值 i 的数值由表 5-1 查出，其单位为 m/格。 图 5-5 五个最高点和 5 个最低点至基准线的距离 （6）由于被测表面各部分的表面粗糙度不一定均匀一致，为了 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 0.29m/格，物镜放大倍数为 30 倍，在 5 段 取样长度 为 0.8mm 上测量，各段的测量数据及相应的数据处理和测l 量结果列于表 5-3 中。 31 表 5-3 用光切显微镜测量微观不平度十点高度 RZ 值 取样长度 il 1l 2l 3l 4l 5l 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 68 601 365 253 398 313 412 317 397 309 376 287 m50.6239.05 51511 jjvjpz hiR m3.42ZR m1z m0.54Z侧量记录及计算 m6R 测量 结果 实测 m4.5)54321 ZZZZ R（平 均 五、轮廓最大高度 Ry 的测量 按上述测量 RZ值的实验步骤（1） 、 （2） 、 （3） 、 （4）调整量仪， 然后转动目镜测微鼓轮 15（图 5-4） ，在取样长度 范围内，使十字l 线 32 中的水平线分别与所有轮廓峰中的最高峰和所有轮廓谷中的最深谷 相切，分别测取最大值 hp 和最小值 hv(如图 5-6 所示)，然后按下式 计算 Ry 值： Ry=i(hp-hv) (m) 取评 定 长度范围 内 测得的几 个 Ry 值的平 均 值作为测 量 结果。 5-6 轮廓的最高蜂和最深谷 A轮廓蜂顶线；B轮廓谷底线；C基准线 六、轮廓单峰平均间距 S 的测量 按测量 RZ值的实验步骤（1） 、 （2） 、 （3）调整量仪，然后松开 螺钉 17，转动目镜头 16（图 5-4） ，使视场中十字线的垂直线与取 样长度范围内的第一个峰尖重合，再用螺钉 17 把目镜头 16 固紧。 从工作台纵向移动千分尺 8 上读出此峰尖所在位置的示值 X1(见图 5-7)。转动千分尺 8 使工作台 11 纵向移动，该垂直线在取样长度范 围内经过（n+1）个峰，与最后一个峰尖重合，读出此峰尖所在位置 33 的示值 Xn+1,实际被测表面的 S 值按下式计算： (5-6)nXSnj 11 式中 n在取样长度 范围内所包含的轮廓单峰间距的个数；l Sj第 j 个轮廓单峰间距。 取评定长度范围内测得的几个 S 值的平均值作为测量结果。 图 5-7 轮廓的单峰间距 实验报告 1.根据实验情况填写下表： (1)测量微观不平度十点高度 RZ 值：（单位 m） 取样长度 il 1l 2l 3l 4l 5l 峰、谷 值 （格） 序号 hp1 hv1 hp2 hv2 hp3 hv3 hp4 hv4 hp5 hv5 1 2 3 4 5侧 量 记 录 及 1 34 551511jjvjpz hiR2Z3z4ZR计算 5 测量 结果 实测 5)4321 ZZZZ R（平 均 (2) 测量轮廓最大高度 Ry 值：（单位 m） 测量读数 hp= hv= 计算结果 Ry=i(hp-hv)= (3)测量轮廓单峰平均间距 S 值：（单位 m） 测量读数 S 1= S2= S3= S= Sn = 计算结果 =nXnj 11 2.回答下列问题： （1）用光切显微镜能否测量轮廓算术平均偏差 Ra 值？ （2）RZ 、R y、S 是在什么长度范围内测量所得？ 35 实验六 用干涉显微镜测量表面粗糙度 一、 实验目的 1. 了解干涉显微镜的结构并熟悉其使用方法； 2. 熟悉用干涉法测量表面粗糙度的原理； 3.加深对表面粗糙度评定参数中的微观不平度十点高度 RZ 和轮廓最 大高度 RY 的理解。 二、量 仪 说明和 测 量原理 干 涉 36 显微镜是利用光波干涉原理和显微系统测量精密加工的表面的表面 粗糙度参数值的量仪。它用光波干涉原理反映出被测表面的粗糙程 度，用显微系统进行高倍放大后观察和测量。这种量仪用于测量 0.0250.8m 的微观不平度十点高度 RZ 值和轮廓最大高度 RY 值。 图 6-1 6JA 型干涉显微镜的光学系统图 1- 光源；2-聚光镜；3-反射镜；4-孔径光阑；5- 视场光阑；6- 聚光镜；7-分光镜； 8-补偿镜；9- 物镜；10- 被测工件；11- 遮光板；12-物镜；13-标准镜；14-目镜 图 6-1 为 6JA 型干涉显微镜的光学系统图。由光源 1 发出的光 束，经聚光镜 2 和反射镜 3，投射到孔径光阑 4 的平面上，照明视 场光阑 5，通过聚光镜 6，经分光镜 7 分成两束光。其中一束光经补 偿镜 8、物镜 9 投射到工件 10 的被测表面上，再经光原光路返回。 另一束光由分光镜 7 反射（此时遮光板 11 移出） ，经物镜 12 投射到 标准镜 13，再经原光路返回。两路返回的光束在目镜 14 的焦平面 相遇叠加，由于它们有光程差，便产生干涉，形成干涉条纹。被测 表面的微观峰谷使干涉条纹弯曲（见图 6-2） ，弯曲程度决定于微观 峰谷的大小。根据光波干涉原理，在光程差每相差半个波长 /2 处 37 即产生一个干涉条纹。因此，参看图 6-3，只要测出干涉条纹的弯曲 量 a 与两相邻干涉条纹之间的距离 b（它代表这两个干涉条纹间距 相差 /2） ，便可按下式计算出微观不平度值 h:)(2mbah 失中 光波波长(um)。 图 6-2 干涉条纹 图 6-3 测量干涉条纹的弯曲量 a 和间距 b 三、微观不平度十点高度 RZ的测量 1.实验步骤（参看图 6-4） （1）调整量仪 用表面粗糙度标准样块评估被测表面是否适用干涉显微镜测 量。通过变压器接通电源，使光源 7 照亮，预热 1530 分钟。 将手轮 3 转到目视位置（不用相机的位置） ，同时转动手柄 16 使遮光板（图 6-1 中的件号 11）移出光路，此时从目镜 1 中可看 到明亮的视场。若视场亮度不匀，可转动螺钉 6 来调节。 38 图 6-4 6JA 型干涉显微镜 1- 目镜；2-目镜测微鼓轮； 3-手轮；4-光阑调节手轮；5-手柄；6- 螺钉；7-光源； 8、9、10、11-手轮；12、13 、14、- 滚花轮；15-工作台；16-遮光板调节手柄（显微镜 背面） ；17-螺钉 转动手轮 10，使目镜视场中下方的弓形直边清晰（如图 6-5 所示） 。松开螺钉 17，取下目镜 1，从目镜管直接观察到两个灯丝像。 转动手轮 4，使孔径光阑（图 6-1 中的件号 4）开至最大。转动手轮 8 和手轮 9，使两个灯丝像完全重合，同时旋转螺钉 6，使灯丝像位 于孔径光阑的中央（如图 6-6 所示） 。然后，装上目镜 1，旋紧螺钉 17。 将被测工件放在工作台 15 上，被测表面向下对准物镜。转 动手柄 16，使遮光板遮住标准镜（图 6-1 中的件号 13） 。推动滚花 轮 14，使工作台在任意方向移动。转动滚花轮 12，使工作台升降 （此时为调焦） ，直至目镜视场中观察到清晰的被测表面影像为止。 再转动手柄 16，使遮光板移出光路。 39 图 6-5 弓形直边图 图 6-6 灯丝像图 1视图；2弓形直边 1物镜出射瞳孔；2灯丝像；3孔径光阑 （2）找干涉带 将手柄 5 向左推到底，此时采用单色光。慢慢地来回转动手轮 11，直至视场中出现清晰的干涉条纹为止。将手柄 5 向右推到底， 就可以采用白光，得到彩色干涉条纹。转动手轮 8 和手轮 9，并配 合转动手轮 10 和手轮 11，可以得到所需亮度和宽度的干涉条纹。 进行精密测量时，应该采用单色光。同时应开灯半小时，待量 仪温度恒定后才进行测量。 （3）测量 转动滚花轮 13，使被测表面加工纹理方向和干涉条纹方向 垂直。松开螺钉 17，转动目镜 1，使视场中十字线中的一条直线与 干涉条纹平行，然后把目镜 1 固紧。 测量干涉条纹间距 b 转动测微鼓轮 2，使视场中与干涉条纹方向平行的十字线中的 水平线对准某条干涉条纹峰顶的中心线（见图 6-3） ，在测微鼓轮 2 上读出示值 N1。然后，将这条水平线对准相邻的另一条干涉条纹锋 顶的中心线，读出示值 N2，则 b=N1-N2。为了提高测量精度，应分别 40 在不同部位测量三次，得 b1、b2、b3,取它们的平均值 bav，则 （6-2）21bav 测量干涉条纹弯曲量 a 读出 N1后，移动视场中十字线中的水平线，对准同一干涉条纹谷底的中 心线，读出示值 N3。 （N1-N3）即为弯曲量 a。在取样长度范围内分别测 量同一干涉条纹的五个最高峰和五个最低谷，得到 10 个数据，则干 涉条纹的峰顶与谷底之差的平均值 aav为： （6-3）5 51351jiiavN 将式（6-2）和（6-3）带入式（6-1） ，则微观不平度十点高度 RZ值为： um) (6-4)(2avZbR 采用单色光时，波长按量仪说明书记载的数值取值或查表 6- 1。采用白光时，=0.55um。 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。 6-1 各种光波波长 光色 白 绿 红 波长 （um） 0.55 0.509 0.644 2.数据处理和计算示例 用干涉显微镜测量一个表面的微观不平度十点高度 RZ值，该量 仪采用白光，其波长 为 0.55 um，在一段取样长度上测量的数据 41 及相应数据处理和测量结果列于表 6-2 中。 表 6-2 用干涉显微镜测量微观不平度十点高度 RZ值 干涉条纹弯曲量 次序 h 峰 h 谷 相邻两条干涉条纹间距 1 74 48 =58-25=3321Nb 2 70 50 =71-42=292 3 67 42 =100-67=33213 4 51 35 =31.673)(bbav 5 43 29 测 量 读 数 （格） 1 305 204 测量结果 = um 215 5151avz bhR谷峰 175.02.67.31504 四、 轮廓最大高度 Ry 的测量 按上述测量 RZ值的实验步骤（1）和（2）调整量仪和找干涉 带， 按步骤（3）的、，在取样长度范围内测取同一干涉条纹所有高 峰中最高的一个峰和所有低谷中最低的一个谷，它们的示值差为 amax,按下式计算 Ry 值： Ry （ um） （6-5）2avxmb 实验报告 1. 根据实验情况填写下表： 42 (1)测量微观不平度十点高度 RZ 值：（单位 m） 干涉条纹弯曲量 次序 h 峰 h 谷 相邻两条干涉条纹间距 1 =21Nb 2 =2 3 =213 4 =3)(bbav 5 测 量 读 数 （格） 1 测量结果 = 215 5151avz bhR谷峰 (2) 测量轮廓最大高度 Ry 值：（单位 m） 测量读数 amax= bav= = 计算结果 Ry =2avxm 2.回答下列问题： （1）用干涉显微镜测量表面粗糙度，是以光波为尺子来计量被侧表 面上微观峰谷的高度差，此说法是否真确？ （2）用干涉显微镜测量表面粗糙度时分度值如何体现？ 43 实验七 齿轮公法线长度变动和平均长度偏差的测量 一、实验目的 44 1.熟悉公法线千分尺的结构和使用方法： 2.掌握齿轮公法线长度公称值的计算方法并熟悉公法线长度的测量 方法； 3.加深对齿轮公法线长度变动、公法线平均长度偏差的理解。 二、齿轮公法线长度变动和平均长度偏差的测量 1.量仪说明和测量原理 齿轮公法线长度变动 Fw 是指在齿轮一周范围内，各条实际公 法线长度中的最大值 Wmax 与最小值 Wmin 之差，即 Fw=Wmax-Wmin 齿轮公法线平均长度偏差 Ewm 是指在齿轮一周范围内，所有 实际公法线长度的平均值 W 平均与公法线长度公称值 W 之