精度实验指导书(删减).doc

机械精度设计基础实验指导书目 录学生实验守则3检测基础知识4实验一 尺寸的测量6实验1-1 立式光学比较仪测量外尺寸6实验1-2 大型工具显微镜测量外尺寸8实验1-3 万能测长仪测量内尺寸11实验1-4 万能工具显微镜测量内尺寸15实验二 平面度和直线度的测量18实验 2-1 平面度测量18实验2-2 直线度的测量19实验三 表面粗糙度及位置误差的测量22实验3-1 双管显微镜测表面粗糙度22实验3-2 表面粗糙度检查仪测表面粗糙度26实验3-3 平行度测量31实验3-4 圆跳动的测量32实验四 齿轮综合误差测量33实验4-1 齿轮双面啮合综合测量33实验4-2 齿轮周节偏差与周节累积误差的测量35实验4-3 齿轮齿圈径向跳动测量38实验4-4 齿轮公法线平均长度偏差及公法线长度变动的测量40实验4-5 齿轮基节的测量42实验4-6 齿轮分度圆齿厚偏差的测量44检测基础知识一、 检测常用术语和基本概念1. 测量方法绝对测量。直接在计量器具的度数装置上读取被测量的全值。例如用千分尺、测长仪等测量工件的尺寸。相对测量。在计量器具的度数装置上只能读取被测量与已知标准量的测量偏差值。例如光学比较仪测量塞规，先按塞规的基本尺寸组合量块，将光学比较仪调零，然后换上塞规进行测量，此光学比较仪读出的值是塞规的实际值与量块标准值的差，而塞规实际尺寸应为量块标准值与光学比较仪示值的代数和。直接测量。在计量器具上能直接测量出被测量的全值或相对于标准量的偏差。例如用游标卡尺测量轴颈。间接测量。测量与被测量有函数关系的其他量，再通过函数关系式求出被测量。接触测量。计量器具的测头与被测工件表面接触。例如用便携式表面粗糙度检查仪测量表面粗糙度。非接触测量。计量器具的侧头与被测工件表面不接触。例如用光切显微镜测量表面粗糙度。2. 计量器具的基本技术指标分度值。计量器具的刻尺或度盘上两相邻刻线所代表的被测量值。例如千分尺微分筒上的分度值为0.01mm，分度值越小，其精度越高。刻度间距。量具刻度或刻度盘上相邻刻线的中心距离为刻度间距。示值范围。计量器具所指示或显示的最低值到最高值的范围。测量范围。计量器具在允许误差范围内，能够测得零件的最低值到最高值范围。灵敏度。计量器具示数装置对被测量变化的反映能力。测量力。测量过程中，计量器具与被测表面之间的接触力。在实际测量中，希望测量力为大小合适的恒定值，否则示值不稳定。示值误差。计量器具示值与被测量真值之间的差值，其数值的大小可由仪器的使用说明书查的。二、 仪器的维护与保养检测仪器和量具应安装在远离灰尘、振动、腐蚀气体、潮气的地方，室内最好恒温，温度在20oC左右，相对湿度最好不超过60%，否则仪器量具容易生霉。仪器应保持清洁，特别是光学零件、测微螺旋、导轨。注意：在清洁时只允许擦拭裸露在外边的零件，不可随意触动仪器上没有相对运动的零件。清洁仪器零件时，可用清洁脱脂软毛笔除去上边的灰尘，然后用汽油轻拭，并用洁净的软细布蘸上酒精擦拭，最后用脱脂棉擦干。注意：光学镜头应尽量减少擦拭，以免光学表面受到破坏。使用完毕的仪器和量具，应及时进行清洁有关零部件，如长期不用，可涂一层无酸凡士林，装入箱内保存起来。实验一 尺寸的测量实验目的：1掌握长度测量中常用的量仪：立式光学比较仪、万能测长仪、大型工具显微镜、万能工具显微镜的测量原理及使用方法。2加深对内、外尺寸测量特点的了解。实验1-1 立式光学比较仪测量外尺寸一、需用量仪：立式光学比较仪二、仪器说明：立式光学比较仪是一种精度较高的常用光学量仪，它可用来检定量块，也可按比较测量法来检测各种工件的外尺寸。该仪器是利用光学杠杆放大原理，以块规作基准，进行比较测量。它的光学系统图见图1-1所示。照明光经反射镜6及直角棱镜3照亮了位于分划板4左半部（从目镜5中看）的标尺9（共200格，刻度值为1微米）。光线从标尺9继续出发，经直角棱镜3及物镜2后变成平行光束（分划板4位于物镜2的焦平面上），此光束被反射镜1反射回来，再经物镜2棱镜3、在分划板4的右半部成标尺象。当反射镜1处于水平位置时，分划板左半部的标尺与右半部的标尺象，位置是对称的（图1-2a）,分划板上位置固定的指标线10即指示零刻线。如被测尺寸变动使测杆11推动反射镜1绕其支承转过某一角度，则分划板上的刻尺象将向上（或向下）移动一相应的距离（图1-2b），它代表被测尺寸的变动量（刻尺影象上升为正，下降为负），并可按指标所指格数读出其数值结果。物镜至分划板刻线面间的距离为物镜焦距F，设为测杆至反射镜支承间的距离（图1-3），S为被测尺寸偏差，则放大比K为 图1-2标尺成像 图1-3 放大比 图1-4 立式光学比较仪外观图三、实验步骤：1选择测量头，测平圆柱面用球形测头；测小于10毫米的圆柱面用刀口形测头；测球面用平面测头。2调整反光镜（图1-4），并缓慢地拨动测头提升杠杆13，使从目镜中能看到较清晰的刻尺影象。3按被测件尺寸组合量块组，并将其放在工作台上，松开螺钉7，转动调节螺母9，使支臂连同光管4徐缓地下降至测头与量块中心位置及为接近或作轻微接触，将螺钉7拧紧。4松开螺钉15，调整手轮5，使测头与量块接触到从目镜中看到刻尺象处于零位附近为止。调节目镜视度环，使标尺象完全清晰，拧紧螺钉15，再调整调节螺钉13（图1-1中的），使刻尺对好零位。5按压测头提升杠杆2-3次，检查示值稳定性，要求零位变化不超过1/10格，如超过过多，应检查原因，重新调零。6按下测头提升杠杆13，取下量块组，将被测件放到工作台上，并在测头下面缓慢滚动，记下刻尺示值最大值（转折点），即为测量结果。并按指导教师的要求，测几个位置的外尺寸，判断该工件尺寸是否合格。实验 1-3 万能测长仪测量内尺寸一、需用量仪：万能测长仪二、仪器说明：万能测长仪是按照阿贝原则设计制造的，即被测工件的被测尺寸是在毫米分划尺轴线的延长线上，因此能保证仪器的高精度测量。进行测量时，是直接把被测件与毫米分划尺作比较，然后，利用读数显微镜进行读数。1测量原理：测量原理如图1-8。图1-8 测量原理被测工件1安放在万能工作台4上，通过测量轴5和尾管2上的测帽与之相接触。尾管上的测帽为固定测点，测量轴上的测帽为活动测点，通过工作台的调整，使工件的被测尺寸处于测量轴线上。随后，由读数显微镜7读出活动测点移动距离，这就是工件的被测尺寸。2结构：万能测长仪的外形图见图1-9，万能测长仪主要由底座1、万能工作台2、测量座3、尾座4以及各种测量附件组成。底座用来支承和安放仪器主要部件和附属设备。底座右侧内部装有一组平衡装置，是保证万能工作台在承受不同重量工件时能同样轻易地作升降运动。手轮5就是这组平衡装置的调节手轮。图1-9 万能测长仪的外形图万能工作台是安装工件或其他专用工作台的。为了保证工件的被测尺寸正确的位于玻璃基准尺的轴线延长线上，万能工作台具有五个自由度的运动：工作台的升降运动、横向运动、摆动、转动、自由滑动。测量座由测量轴6、读数显微镜7、照明装置8、微动手轮9所组成。测量座可以在底座床面导轨上滑动。尾座由尾座4和尾管10组成。它也可以在导轨上滑动。3读数方法：从读数显微镜的目镜中，可以观察到刻度尺上的毫米数以及固定分划板上10等分的双刻线，10个双刻线间距总长相当于精密毫米刻度尺上1毫米，所以，其分度值为0.1毫米。在目镜中还可见到100等分的游标刻线（图1-10），这100个间距的总长相不于固定分划板上2个双刻线之间的间距0.1毫米，所以，其分度值为0.1/100毫米，即为1微米。读数时，先旋转微动手轮6，使毫米刻度线位于固定分划板上的某个双刻线中间位置（如图1-10），然后再读数。先读毫米数，再按毫米刻度线在双刻线上的位置，读出零点几毫米数，最后，按游标指示箭头所指的游标刻线的位置，读出微米数。从图1-10中可以读得数为69.248毫米。图1-10读数示例三、实验步骤：1将仪器接通电源，光照装置8照明读数显微镜，调节目镜视度环，使视场内各刻尺成象清晰。2将一洗净之标准圆环平放在工作台面上（直径为50-150毫米之间）。并用压板压紧，转动手轮11，使工作台下降，以便装测钩。3将一对测钩安装在测量轴及尾管上（图1-11），测钩方向垂直向下，并使两测钩头部之楔槽相互对齐，其测头位于标准环孔之上方，再用测钩上之螺钉紧固测钩。4上升工作台，使测钩的测头伸入标准环内，转动横向微分筒12，在目镜中找出示值的最大值后，就停止转动微分筒，再在此位置上，扳动手轮13，使工作台摆动（图1-12a、b），找准摆动过程中，目镜显示值为最小点，此处即为正确测量位置。按前述的读数方法记下读数。5取下标准环（注意：此时不能移动尾管，否则比较测量就失去基准）。6换上工件，按测标准环孔经的方法测工件的内径尺寸，记下读数。此读数与测标准环读数之差，再加上标准环的标准尺寸，即为被测孔径的实际尺寸。图1-11 用测钩测内尺寸7在被测孔的两个截面上互成900的方位上进行测量（共测4点），根据被测孔公差要求判断它是否合格。图1-12 测量位置a、 在前后方向找最大值位置b、 在摆动方向找最小值位置实验一的思考题1用立式光学比较仪能否作绝对测量？光学比较仪测量原理是怎样的？当仪器工作台与测杆轴线不垂直，对测量结果有何影响？2为什么说万能测长仪具有测量精度高的特点？它的测量原理是怎样有？3试叙述大型工具显微镜与万能工具显微镜基本原量、基本特点一致之处？实验二 平面度和直线度的测量实验目的：1. 掌握平面度的测量。2. 掌握直线度的测量 实验2-2 直线度的测量一、需用仪器：自准直仪（平面度检查仪）、偏摆仪图2-2平面度检查仪仪平面度检查仪说明：如图2-2所示，平行光管射出的平长光束将自准直仪中的分划板刻线12投射在平面反向镜1上，经反射后，成象在目镜分划板8上。若平面反射镜与平行光束相垂直，平行光束按原路返回。反射回来的十字分划板的象（亮十字）与刻线相重合，若平现镜产生倾斜角，则反射光轴与入射光轴成2角度，使亮十字象相对于刻线产生相应的偏移，其偏移量C（图2-2）可通过测微器读出。二、实验步骤： 1将平面度检查仪沿导的长度方向固定在靠近被测导轨一端。接通电源，使光束照准安置在导轨面上的平面镜。2将平面镜分别置于导轨两端位置，调整平面度检查仪，使十字分划板的象在两端位置时均能进入视场。3将平面镜移到图2-3中的0-1位置上，调整仪器本体及桥板，使从目镜中能看到十字刻线6的影象位于视场中央。记下测微器上起始读数a1。图2-3 直线度误差的测量4将平面镜依次移至1-2，2-3，3-4，4-5各处。记下各次目镜中十字分划板象的偏移量，即测微器上各读数a2 、a3 、a4 、a5。移动时要注意首尾衔接。5再按4-5、3-4、0-1进行回测，记下各位置读数。取同一位置两次读数的平均值，作为测量结果。若两次读数相差较大，说明仪器在测量过程中有移动，应检查原因后重新测量。6按最小条件用作图法或计算法处理测量结果，确定直线度误差。表2-1中是平面度检查仪测量机床导轨直线度误差的数据。反射镜位置00-2001200-4002400-6003600-8004800-100051000-1200读 数1000100210169941038984相对值0+2+166+3816累积值0+2+18+12+50+34误差曲线图2 - 4 直线度误差曲线直线度误差 思考题1现有的直线度测量方法有几种？评定基准不同所得结果是否一致？2平面度误差值的评定方法有几种？3圆跳动误差与同轴度误差有何不同点？对图样上标注的同轴度公差要求是否可以用径向圆跳动来代替？为什么？实验三 表面粗糙度及位置误差的测量实验目的： 1了解双管显微镜、表面粗糙度检查仪的测量原理，掌握其使用方法。2掌握平面度检差仪的原理及使用方法。实验3-2 表面粗糙度检查仪测表面粗糙度一、需用量仪：2201型表面粗糙度检查仪可测平面、内外圆柱面的表面粗糙度；如配用相应附件，还可测小孔内表面、沟槽、曲面、球面等许多表面的粗糙度。仪器可测表面，按参数来测定粗糙度等级。仪器的外观图如图3-5，它主要由底座、传感器、驱动箱、电箱及记录器等几大部分组成。测量时，由驱动箱装在传感器前端的金刚石触针（见图3-6），以一定的均匀速度在被测表面上移动。被测表面的微观起伏不平（波峰、波谷），使触针在平移的同时又作上下运动，这一上下运动的位移，使安装在触针杆另一端的磁芯在作为测量电桥两臂的差动电感线圈内上下电讯号，此讯号经放大、相检波后，再：1）经过积分运算等处理，直接在电箱的读数表上指示出所测得之值。2）经功率放大器，驱动记录器的记录笔，在记录纸上画出与被测表面起伏不平成比例的图形来。图3-6 工作原理三、实验步骤：1松开紧固螺钉5，拧手轮7升降驱动箱，使传感器4装于驱动箱上，连接好全部插头后接通电源。2测量：（1）“读表”方法测量： a将电器箱1上的开关18拨向“读表”位置，将驱动箱上的变速手柄10转至“”的位II置，打开电源开关16，指示灯17亮。b粗略估计工件粗糙度等级范围，用旋钮15选择适当放大比和切除长度（表3-3），将驱动箱上起动手柄8转向左端。c借手轮7升降驱动箱，使触针3接触工件表面直至零表14的指针处于表盘两个红指标线之间。d.把手柄8转向右端，触针即在被测表面上移动，读数表13指针转动，然后停在某一位置上即指示出测量结果。再把手柄8返回原处，操作完毕。（2）“记录”方式测量：a将开关18拨至“记录”位置，驱动箱变速手柄10处于“I”的位置，行程长度选用40毫米。b粗略估计被测表面的粗糙度等级，调整记录器变速手轮24，选择适当水平放大比，用电器箱旋钮选择适当的垂直放大比。c借手轮7升降驱动箱，使触针与被测表面接触，直至记录笔尖近似地处于记录纸中间位置，再用电器箱上调零旋钮19调整记录笔处于理想位置，打开记录器开关20，将启动手柄8转向右端，开始测量。d当需要停止记录时，可立即脱开记录器开关20，若测量中途需要触针停止工作，可将手柄8拨向左端即可。e对记录图形作数学处理即先用目估法求出中线的方向和位置，计算出的值。用目估法确定中线方向、位置如图3-7所示。即在基本长度L这段范围内目估作出一条与轮廓中线方向平等的线，定为轴，在轴上等分若干段，并量取从轴到轮廓曲线的垂直距离，记为（一般在一个峰谷间隔内至少包含5个以上点），取的平均值即为中线坐标。（n为分段数）。 轮廓上各点到中线的距离 轮廓图的垂直放大比图3-7 中线的确定方法表3-3 各参数的选择被测表面用读数表读数时各参数的选择用记录方式测量时粗糙度等 级算术平均偏差放 大 比切除长度有效行程长度放大比的选择45105002.57500100052.5550010002.57500100061.252.5100020000.84500200070.631.25200050000.8420005000080.320.635000100000.8420001000090.160.3210000200000.252500020000100.080.1620000500000.2521000050000110.040.08500000.2521000050000120.020.041000000.25220000100000思考题1分析本实验中二种测量粗糙度方法，各有何不同之处？应用范围如何？2用双管显微镜测表面粗糙度时，为什么只测量光带一边的最高点和最低点？实 验3-3 平行度测量一、需用仪器：平面度检查仪（自准直仪）。二、实验内容：1平面度检查仪测量导轨的平行度误差：自准直仪的原理及使用在直线度测量中已介绍过了。下面以例子说明用平面度检查仪测量导轨平行度误差的方法及其数据处理。按图3-8上标注要求测量B表面对基准面A的平行度误差。实验步骤：图3-8 导轨平行度的公差要求 3-9 作图法求导轨平行度误差用平面度检查仪测量基准面A的直线度误差，具体方法、步骤请参阅实验2-2直线度的测量。然后测出表面B的直线度误差，并将测得数据填写在表3-4中。表3-4测点序号0123456基准要素读数-2+4+2-2+10累积0-2+2+4+2+3+3被测要素读数+5+20+3-2+2累积0+5+7+7+10+8+10分别按表3-4所列的基准要素和被测要素的累积值作图，如图3-9所示。按最小包容区域作图得到基准的方向，然后平行于基准方向作两条包容被测要素的直线，则二条直一截取纵坐标的距离即是平行度误差，将所得值与图样标注公差值相比较，得出适用性结论。实验四 齿轮综合误差测量齿轮测量分为综合测量和单项测量。综合测量能连续地反映整个齿轮啮合点上的误差，较全面地评定齿轮的使用质量。为了进行工艺分析，提高齿轮加工的质量，宜采用单项测量。实验4-1 齿轮双面啮合综合测量一、实验目的1熟悉双面啮合检查仪的测量原理和测量方法。2加深理解齿轮径向综合误差，径向相邻齿综合误差的意义。二、需用仪器双面啮合综合检查仪、标准齿轮。三、仪器说明图4-1为双面啮合综合检查仪的原理简图。它能测量圆柱齿轮，伞齿轮和蜗轮的度量中心距的极限偏差和变动量，测量范围为中心距自50到300mm，模数自1到50mm仪器带有机械传动式记录装置。被测齿轮5与安装在固定滑板3的心轴6上，标准齿轮7（比被测齿轮精度高2至3级）安装在浮动滑板8的心轴上，借弹簧9的作用使其与被测齿轮作紧密无侧隙啮合（即双面啮合），当此两齿轮啮合转动时，由于被测齿轮存在着多项误差（如基节偏差、周节偏差、齿圈径向跳动和齿形误差等），使双啮中心距变动，变动量通过浮动滑板8的移动传递到指示表10读出数值，或者由仪器附带的机械式记录器绘出连续曲线。四、实验步骤1调整仪器图4-1 双面啮合综合检查仪（1）把标准齿轮和被测齿轮分别装在心轴上；（2）转动手轮2调整拖板3的位置，使二齿轮达到啮合状态，然后锁紧固定滑座。2测量径向综合误差将齿轮转一转时，双啮中心距的最大变动量即是，可由指示表10或记录曲线图中反映出来。3测量径向相邻齿综合误差即将齿轮转过一齿时，从指示表读出的双啮中心距的最大变动量，其值不应超过。和均可从记录装置绘出的曲线上（图4-2）求出图4-2 齿轮径向综合误差曲线实验 4-3 齿轮齿圈径向跳动测量一、实验目的：1了解测量齿圈径向跳动的目的与意义；2熟悉齿圈径向跳动的测量方法。二、需用仪器：齿轮测量仪、偏摆检查仪。三、仪器说明：齿圈径向跳动测量所用仪器见图4-4 (a) (b)图4-4 齿轮测量仪齿圈径向跳动误差是指在齿轮一转范围内，测头在齿槽内或在轮齿上，于齿高中部双面接触，测相对于齿轮轴线的最大变动量（如图4-5）。图4-5齿圈径向跳动误差为了测量各种不同模数的齿轮，仪器备有不同直径的球形（或鞍形）测量头。按机标JB179-81规定，测量齿圈径向跳动误差应在分度圆附近与齿面接触，故测量球（或圆柱）的直径应按下述尺寸选取： 式中 m=齿轮模数（mm）。四、实验步骤：1根据被测齿轮的模数，选择合适的球形测量头装入测量杆8的前端。2将被测齿轮和心轴装在仪器的两顶尖间，并用手柄3紧固。3调整滑板5的位置，使球形测头位于齿宽的中部，并使测量头位于齿槽内。调整指示表9的零位，反复拉动测量杆8，校核指示表的零位。4每测一点，拉动测量杆，使测量头离开齿面，逐齿测量一圈，并记录指示表的读数。5处理测量数据，得出被测齿轮的齿圈径向跳动误差，判断其合格性。实验4-5 齿轮基节的测量一、实验目的：熟悉齿轮基节的测量方法，加深对基节偏差的理解。二、需用仪器：基节仪、工具显微镜