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第二篇 测量器具简介2.1 游标类量具常用的游标量具有：游标卡尺（图21a所示）、游标深度尺（图2b1所示）、游标高度尺（图21c所示）游标测齿卡尺、游标角度规等。前四种用于长度测量，后一种用于角度测量。结构：游标量具在结构上的共同特征是都有主尺、游标尺以及测量基准面，另外还有便于使用而设的微动机构和锁紧机构等。主尺上有毫米刻度，游标尺上的分度值有 (a) (b) (c)0.1、0.05、0.02mm三种。 图2-1读数原理：游标读数（或称为游标细分）原理是利用主尺刻线间距与游标刻线间距的间距差实现的。常用的主尺刻度间距a=1mm。若使主尺刻度（n-1）格的宽度等于游标刻度n格的宽度，则游标的刻度间距b=(n-1)/n*a。若主尺刻度间距为1毫米，游标刻度间距为0.9毫米，当游标尺零刻线与主尺零刻线对准时，除游标的最后一根刻线（第10根刻线）与主尺上第9根刻线重合外，其余刻线均不重合。若将游标向右移动0.1mm，则游标的第一根刻线与主尺的第一根刻线重合；游标向右移动0.2mm时，则游标的第二根刻线与主尺的第二根刻线重合。依此类推。这就是说，游标在1mm内（1个主尺刻度间距），向右移动距离可由游标刻线与主尺刻线重合时游标刻线的序号来决定。使用注意事项： 使用前应将测量面擦干净，检查两测量爪间不能存在显著的间隙，并校对零位。 移动游框时力量要适度，测量力不易过大。 注意防止温度对测量精度的影响，特别是测量器具与被测件不等温产生的测量误差。 读数时其视线要与标尺刻线方向一致，以免造成视差。 尽量减少阿贝误差对测量的影响。2.2千分尺类量具千分尺按用途可分为外径千分尺（如图22a）、内径千分尺（如图22b）、深度千分尺（如图22c）、螺旋千分尺等。结构：主要由尺架、微分筒、固定套筒、测量力装置、测量面、锁紧机构等组成。其结构特征是： 结构设计符合阿贝原则。 以丝杆螺距作为测量的基准量，丝杆和丝母的配合应该精密，配合间隙应能调整。 固定套筒和微分筒作为示数装置，用刻度线进行读数。 有保证一定测力的棘轮棘爪机构。读数原理：千分尺的读数原理是：通过螺旋传动，将被测尺寸转换成丝杆的轴向位移和微分筒的圆周位移，并以微分筒上的刻度对圆周位移进行计量，从而实现对螺距的放大细分。当测量丝杆连同微分筒转过角时，丝杆沿轴向位移量为L。因此千分尺的传动方程式为 图2-2L=p*/2式中 p丝杆螺距；微分筒转角。一般p=0.5mm,而微分套筒的圆周刻度数为50等分，故每一等分所对应的分度值为0.01mm。读数的整数部分由固定套筒上的刻度给出，其分度值为1mm；读数的小数部分由微分筒上的刻度给出。使用注意事项： 使用前必须校对零位。 手应握在隔热垫处，测量器具与被测件必须等温，减少温度对测量精度的影响。 当测量面与被件表面将接触时，必须使用测量力装置。 测量读数时要特别注意半毫米刻度的读取。2.3 指针式量具游标卡尺和千分尺虽然结构简单，使用方便，但由于其示值范围较大及机械加工精度的限制，故其测量准确度不易提高。指针式机械量仪主要用于相对测量，可单独使用，也 它安装在其它仪器中作测微表头使用。这类量仪的示值范围较小，示值范围最大的（如百分表）不超出10mm最小的（如扭簧比较仪）只有0.015mm。其示值误差从0.010.0001mm。另外，这类量仪都有体积小、重量轻、结构简单、造价低等特点，不须附加电源、光源、气源等，也比较坚固耐用。因此仍应用十分广泛。 图2-3 百分表结构及工作原理工作原理：指针式机械量仪的工作昌通过各种机械传动原理，将测杆的微小直线位移转变成指针的角位移，指出相应的被测量值。不同的类型的指针式机械量仪其结构各不相同。分类：按其传动方式的不同，可以分为四类： 杠杆传动量仪：刀口式测微仪。 齿轮传动量仪：百分表（如图23）。 扭簧传动量仪：扭簧比较仪。 杆齿轮传动量仪：杠杆齿轮式比较仪、杠杆式卡规、杠杆式千分尺、杠杆百分表（如图24）、内径百分表。使用注意事项： 测头移动要轻缓，距离不要太大，更不能超量程使用。 测量杆与被测表面的相对位置要正确，防止产生较大的测量误差。 图2-4 杠杆百分表结构及工作原理 表体不得猛烈震动，被测表面不能太粗糙，以免齿轮等运动部件损坏。2.4 立式光学计主要利用量块与零件相比较的方法，来测量物体外形的微差尺寸，是测量精密零件的常用测量器具。主要技术参数：型号：LG1总放大倍数：约1000倍分度值：0.001mm示值范围：0.1mm测量范围：最大长度180mm仪器的最大不确定度：0.00025mm示值稳定性：0.0001mm测量的最大不确定度：（0.5L/100）m工作原理：利用光学杠杆的放大原理，将微小的位移量转换为光学影象的移动。其工作原理如图25所示。结构：立式光学比较仪结构如图26所示，主要由以下部分组成： 图25 立式光学比较仪工作原理图 光学计管：测量读数的主要部件； 零位调节手轮：可对零位进行微调整； 测帽：根据被测件形状，选择不同的测帽套在测杆上。选择原则为：与被测件的接触面积要最小； 工作台：对不同形状的被测件，应选用不同的工作台，选择原则与上基本相同；使用方法： 粗调：仪器放在平稳的工作台上，将光学计管安在横臂的适当位置； 测帽选择：测量时被件与测帽间的接触面必须最小，即近于点或线接触。 工作台校正：工作台校正的目的是使工作面与测帽平面保持平行。一般是将与被测件尺寸相同的量块放在测帽的边缘的不同位置，若读数相同，则说明其平行。否则可调整工作台旁边的四个调节旋扭。 归零：把已选用的量块放在一个清洁的平台上，转动粗调节环使横臂下降至测头刚好接触量块时，将横臂固定在立柱上。再松开横臂前端的锁紧装置，调整光管与横臂的相对位置，当从光管的目镜中看到零刻线与指示虚线基本重合后，固定光管。调整光管微调旋扭，使零刻线与指示虚线完全对齐。拨动提升器几次，若零位稳定，则仪器可进行工作。 图26 立式光学比较仪结构图仪器保养：使用精密仪器应注意保持清洁，不用时宜用罩子套上防尘。 使用完毕后必须在工作台、测量头以及其他金属表面，用航空汽油清洗、拭干，再涂上无酸凡士林。 光学计管内部构造比较复杂精密，不宜随意拆卸，出现故障应送专业部门修理。 光学部件避免用手指碰触，以免影响成像质量。2.5 万能测长仪刻仪器是一种由精密机械、光学系统和电气部分 相结合起来的长度测量仪器。除可用来对零件的外形尺寸进行直接测量和比较测量之外，还可以使用仪器的附件进行各种特殊测定工作。主要技术参数：分度值：0.001mm测量范围：直接测量：0100mm 电眼装置测量：120mm 外尺寸测量：0500mm 外螺纹中径测量：0180mm内尺寸测量：10200mm 内螺纹中径测量：10200mm仪器误差： 测外尺寸：（1.5L/100）m 测内尺寸：（2L/100）m测量原理：万能测长仪是按照阿贝原则设计制造的，其测量精度较高。在万能测长仪上进行测量，是直接把被测件与精密玻璃尺作比较，然后利用补偿式读数显微镜观察刻度尺，进行读数。玻璃刻度尺被固定在测体上。因其在纵向轴线上，故刻度尺在纵向上的移动量完全与被测件之长度一致，而此移动量可在显微镜中读出，如图27所示。仪器结构：如图28所示，主要由底座1、万能工作台10、测量座、尾座15、各种测量设备附件等所组成。底座的头部和尾部分别安装着测量座和尾座，它们可在导轨沿测量轴线方向移动，在底座中部安装着万能工作台，通过底座尾部的平衡装置，可使工作台连同被测零件一起轻松地升降。平衡装置是通过尾座下方的手柄使弹簧产生不同的伸长和拉力，再通过杠杆机构和工作台升降机构连接，使与工作台的重量相平衡。 图2-7 卧式测量长仪测量原理图万能工作台可有5个自由度的动运。中间手轮5是调整其升降运动，范围为0105毫米，并可由刻度盘上读了。旋转前端微分筒4可使工作台产生025毫米的横向移动。扳动侧面两手柄可使工作台具有3的倾斜运动或使工作台绕其垂直轴线旋转4。在测量轴线上工作台可自由移动5毫米。 测量座是测量过程中感应尺寸变化并进行读数的重要部件，主要由测杆、读数 图28 卧式万能测长仪结构图显微镜、照明装置及微动装置所组成。它可以通过滑座在底座床面的导轨上滑动，并能用手轮在任何位置上固定。测座的壳体是由内六角螺钉与滑座紧固成一体。尾座是放在底座右侧的导轨面上，它可以用手柄固定在任意位置上，尾管是装在尾座的相应孔中，并能用手柄固定，旋转其后面的手轮时可使尾管测头作由向微动。测头上可以装置各种需要的测帽，同时通过螺钉的调节，可使其测帽平面与测座上的测帽平面平行。尾座上的测头是测量中的一个固定测点。测量附件主要包括内尺寸测量附件、内螺纹测量附件、电眼装置等三类。仪器使用：卧式万能测长仪可测量两平行平面间的长度、圆柱体的直径、球体的直径、内尺寸长度、外螺纹中径、内螺纹中径等。由于仪器能测量的被测件类型较多，测量方法各不相同，其基本步骤为：选择并装调测头、安放被测件、校正零位、寻找被测件的最佳测量点、测量读数。在具体操作仪器前须仔细阅读使用说明书。维护保养：仪器室不得有灰尘、振动及各种腐蚀性气体，室温应维持在20左右，相对湿度最好不超过60，防止光学部件产生霉斑。每次使用完毕后，必须在工作台、测帽以及其他附属设备的表面用汽油清洗，并涂上无酸凡士林，盖上仪器罩。2.6 偏摆检查仪该仪器主要用于检测轴类、盘类零件的么向圆跳动和端面圆跳动，具有结构简单、操作方便维护容易等特点，运用十分广泛。主要技术指标：PBY5017型：最大测量长度： 500毫米 最大测量直径： 270毫米PBY5012型：最大测量长度： 500毫米 最大测量直径： 170毫米仪器精度：两顶尖连线对仪器座导轨面的平行度 0.04毫米仪器结构：如图29所示，主要由固定顶尖座1、顶尖2、底座3、指示表夹4、表支架座5、顶尖座锁紧手柄6、活动顶尖座7、顶尖锁紧手把8、活动顶尖移动手柄9组成。使用方法：首先用锁紧手柄6将固定顶尖座在仪器底座上固定。按被零件长度将活动顶尖座固定在合适的位置。压下活动顶尖移动手柄9装入零件使其中心孔顶在仪器的两顶尖上，拧紧把手8将活动顶尖固定。移动表支架座5至所需位置后固定，通过其上所装的百分表（或千分表）即可进行检测工作。 图29 偏摆检查仪结构图维护保养： 安装被测件时，要特别小心，防止碰坏仪器顶尖。 仪器滑动部分要经常给以润滑油，但油层不易过厚，以免影响仪器示值精度。 使用完毕，顶尖、仪器导轨等重要零件和部位应用汽油洗净并涂上防锈油，然后盖上防尘罩。2.7 光学合像水平仪该仪器主要应用于测量平面和无柱面对水平的倾斜度，以及机床与光学机械仪器的导轨或机座等的平面度、直线度和设备安装位置的正确度等。主要技术指标：分度值： 0.01mm/m 最大测量范围： 5mm/m工作面长度：165毫米示值误差：1毫米米范围内： 0.01mm/m 全部测量范围内： 0.02mm/m工作原理：合像水平仪是利用棱镜将水准器中的气泡象符合放大，来提高读数的瞄准精度，利用杠杆、微动螺杆等传动机构进行读数。仪器结构：合像水平仪结构如图210所示，主要由微动螺杆、螺母、度盘、水准器、棱镜、放大镜、杠杆以及具有平面和V形工作面的底等组成。 图210 合像水平仪结构图使用方法：将合像水平仪安置在被测零件的表面上，由于被测表面的倾斜而引起两气泡象的不重合。当转动度盘，使两气泡像重合时，即可通过读数机构读出被测件表面实际倾斜读数，并按下式计算实际倾斜值： 实际倾斜值刻度值支点距离刻度盘读数使用注意事项： 使用前工作面要清洗干净。 湿度变化对仪器中的水准器位置影响很大，固必须隔离热源。 测量时旋转度盘要平稳，必须等两气泡像完全符合后方可读数。2.8 光切法显微镜光切法显微镜以兆法测量和观察零件表面的微观几何形状，在不破坏表面的条件下，测出截面轮廓的微观几何形状和沟槽宽度的实际尺寸。此外，还可测量表面上个别位置的加工痕迹和坡损。主要技术指标：测量范围Rz值（微米）所需物镜总放大倍数物镜组件与被件的距离（毫米）视场直径（毫米）系数E微米/格0.81.6605100.040.30.161.66.3302600.20.60.296.320141202.51.30.6320807609.52.51.28工作原理：如图211所示，狭缝被光源发出的光线照射后，通过物镜发出一束光带以倾斜45方向照射在被测量的表面上。被测表面的微观形状，被光亮的具有平直缘狭缝像亮的带照射后，表面的波峰在S点产生反射，波谷在S点产生反射，通过观测显微镜的物镜，它们各自成像在分划板的a和a。在目镜中观察到的即为具有与被测表面一样的齿状亮带，通过目镜的分划板与测微器测出a点至a点之间的距离N，被测表面的微观不平度h即为：h=N/Vcos45 (N物镜放大倍数) 图2-11 光切显微镜工作原理图仪器结构：仪器外形如图212所示，基座（6）上装有立柱（5），显微镜的主体通过横臂（2）和立柱联结，转动手轮（4）将横臂沿立柱上下移动，此时显微镜进行粗调焦，并用旋手（1）将横臂固定在立柱上。显微镜的光学系统压缩在封闭的横臂内。横臂上装有可替换的物镜组（8）、测微目镜（13）等。微调手轮（3）用于显微镜的精细调焦。仪器的座标工作台（7）利用其螺旋测微器对工件进行座标测量与调整。对平的工件可直接放在工作台上进行测量，对圆柱形的工件，可放在仪器工作台上的V形块上进行测量。使用方法：基本步骤为：选择物镜；安放被件；调整目镜焦距；调整物镜焦距；采集数据；数据处理。详细方法见实验十“表面粗糙的测量”。维护与保养： 要注意防止灰尘、潮湿及其它有害物质的侵蚀。 仪器光源采用的是低压电源照明，必须使用专用的变压器，防止事故发生。 所有的透镜和未作防锈处理的表面不得用手直接接触。 使用完毕应将仪器擦拭干净，立柱及工作台表面要涂防锈油并盖上仪器罩。 图-12 光切显微镜结构图2.9 JJI22A型表面粗糙度测量仪该仪器主要用于测量表面粗糙度和不同型面的粗糙度。其结构简单小巧，传感器灵敏度高。由于该仪器采用了计算机进行信号处理技术，测量精度高，测量人员只需按动一个测量键即可进行测量，仪器自动显示测量结果。主要技术指标：传感器种类：压电式标准传感器触针圆弧半径： 102.5m触针材料：金刚石驱动器移动长度：15mm测量长度：4mm 12.5mm移动速度：3.2mm/s测量范围：Ra 0.13.2m Rz 0.530m Ry 0.530m仪器误差： 15%可测零件形状：长度 15mm 内孔直径 10mm 工作原理：驱动器带动压电式传感器在零件表面移动进行采样。信号经放大器及计算机的处理，通过显示屏同时读出被测量表面的Ra、Rz、Ry实测值。仪器使用：基本步骤为：安装仪器；校准仪器放大倍数；安放被测件；采集数据；数据处理。详细方法见实验十“表面粗糙的测量”。维护与保养： 被测表面温度不得高于40，且不得有水、油、灰尘、切屑、纤维及其它污物。 使用现场不得有震动，仪器不以能发生跌撞。 传感器在使用中避免撞击触尖，触尖不能用酒精清洗，必要时只能用无水汽油清洗。 随仪器附带的多刻线样板如有严重划伤时,应及时更换，否则造成校准的误差增大。2.10 19JA型万能工具显微镜万能工龄显微镜是一种在工业生产和科学研究部门中使用十分广泛的光学测量仪器。它具有较高的测量精度，适用于长度和角度的精密测量。同时由于配备多种附件，使其应用范围得到充分的扩大。仪器可用影像法、轴切法或接触法按直角坐标或极坐标对机械工具和零件的长度、角度和形状进行测量，主要的测量对象有：刀具、量具、模具、样板、螺纹和齿轮类工件等。主要技术参数：测量范围：X坐标（纵向）：200毫米 Y坐标（横向）：100毫米分度值：0.001毫米测量目镜分度值：1分光学分度台分度值：10秒光学分度头分度值：1分轮廓目镜：圆弧分划板（半径从0.1100mm） 螺纹分划板（螺距从0.256mm）光学定位器：测头直径：30.1mm 最大测量深度 15mm高顶针架：最大夹持直径：180mm 最大夹持长度：600mm最大承载量：40公斤测量原理：万能工作显微镜主要是应用直角或极坐标原理，通过主显微镜瞄准定位和读数系统读取坐标值而实现测量的一种光学仪器。根据被测件的形状、大小及被测部位的不同，一般有以下几种方法：影像法：中央显微镜将被测件的影像放大后，成像在“米”字分划板上，利用“米”字分划板对被测点进行瞄准，由读数系统读取其坐标值，相应点的坐标值之差即为所需尺寸的实际值。轴切法：为克服影像法测量大直径外尺寸出现衍射现象而造成较大的测量误差，利用仪器所配附件测量刀上的刻线，来替代被测表面轮廓进行瞄准，从而完成测量。 接触法：用光学定位器直接接触被测表面来进行瞄准、定位并完成测量。适用于影像成像质量较差或根本无法成像的零件的测量，如：有一定厚度的平板件、深孔零件、台阶孔、台阶槽等。 图213 万能工具显微镜结构图仪器结构：仪器外形如图213所示，主要由底座（19）、X轴滑台（20）、Y轴滑台（10）、立臂、横梁（8）、瞄准显微镜（5）、投影读数装置（1）组成。主要附件：物镜：瞄准显微镜备有1X、3X和5X三种不同放大倍数的物镜可供测量选用，镜管上有刻字标明倍数。测角目镜：用于瞄准被测件，并可作角度测量。它安置在瞄准显微镜镜箱的定位架上，镜内设置有供瞄准被测件用的“米”字线分划板和作角度读数的度盘。米字线分划板和被测件的影像通过目镜观察。转动其上的滚花环能作视度调节。转动侧面的手轮可使米字线分划板连同度盘一起作360的转动，其读数由下端的显微镜读出。 轮廓目镜：轮廓目镜上配置有标准轮廓分划板，通过被测轮廓和标准的比较，可对轮廓进行快速测定。同时也可利用分划板上的刻线作为瞄准被测件影像的基线。双象目镜：用双像目镜进行瞄准，可方便、精确地测定工件上两对称轮廓（如孔）的中心距离，也可测定对称轮廓本身的长度尺寸。光学分度台：安装于纵向滑座上，用于极坐标和角度的测量。光学分度头：可对安装在顶针架上的工件进行角度的分度和测定。光学定位器：在内尺寸和外尺寸的接触法测量中起定位作用。测量刀：测量刀是轴切法的主要附件，测量对象为螺纹或一般遥圆柱体和圆锥体，也可用于测量平工件。反射照明器：在测量不透光工件表面状态（如金属刻线尺）时作反射照明用。工件夹持附件：顶针架：用于顶持有中心孔的工件。高顶针架：对于直径超出顶针架的最大夹持范围的工件可顶持在一对高顶针架间进行测量。V形架：用于搁置无中心孔或者长度超出顶针架夹持范围的圆柱形工件以及直径差不大的阶梯轴。玻璃工作台：用来放置一般的工件。使用方法：不同的被测件所采用的测量原理也各不相同，详细的操作使用方法可查阅其使用说明书和有关的参考书。维护保养：与立式光学比较仪、万能测长仪、光切法显微镜等光学仪器相似。2.11 万能测齿仪万能测齿仪为纯机械式的手动测量仪器，可测量齿轮和蜗轮的齿距偏差fpt、齿距累积误差Fp、基节偏差fpb、公法线平均长度偏差Ewm、公法线长度变动Fw、齿圈径向跳动Fr等。主要技术参数：被测齿轮的模数： 110mm被测齿轮的最大直径： 360mm两顶尖间的极限距离： 50330mm测量台能高速的高度范围：150mm读数装置的刻度值： 0.001mm仪器组成：仪器主要由以下部件组成：带顶尖的弓形支架：通过转动手轮以带动内部的圆锥齿轮和蜗轮付，使支架绕水平轴回转，并可与弧形支座一起沿底座的环形T形槽回转，且有可用螺钉紧固在任一位置上。测量工作台：其上装有特制的单列向心球轴承组成纵横方向导轨，使工作台纵横方向的运动精密而灵活，保证测头能顺利的进入测位。通过液压阻尼器，使测工作台前后方向的运动保持衡速，且快慢可以调整。除齿圈子径向跳动外，其它四项参数的测量都是在测量工作台上通过更