机械精度设计与测量技术_第5章_几何参数检测技术基础.(20210310200420)

1、第五章见何彖毅检测枚术基越 第一节技术测蜃概述 在机械制造中，技术测量主要是研究对零件几何参数进行测量和检验 的问题。所谓测量是指为确定被测对象的量值而进行的实验过程，就是将 被测量(如长度、角度、表面粗糙度、几何形状和相互位置误差等)与复 现计量单位的标准量进行比较，从而确定两者比值的过程。 如果用x表示被测量，用E表示量单位或标准量，以q表示测量值，则 有q与X、E的关系式： q = x / E 从而有x = qE 一个完整的几何量的测量过程应该包括四个要素，即：被测对象.计 量单位.测量方法和测量精度。 第二节妥庚和角决针量单佞鸟量值佚递系傥 一.来的良久鸟受值借递索娩 我国法定基本计量

2、单位是米(m),在机械制造中的常用单位有亳米(mm)和 微米(pm), lm=103min, lmm=103pmo 在实际应用中，除特别精密零件的测量外，一般不直接用基准光波波长 测量零件。为了保证量值的统一，必须把国家基准所复现的长度计量单位量 值准确地传递到生产中的计量器具和工件上去，以保证对被测对象所测得的 量值的准确和一致。为此需要在全国范围内从组织到技术上建立起一套严密 而完整的体系，即长度量值传递系统，如图51所示。这个系统的传递媒介是 量块和线纹尺，它们是机械制造中的实用长度标准，由国家技术监督局到地 方各级计量管理机构逐级传递和定期检定。 图5.1尺寸量值传递系统 二，蚩焕(g

3、auge block) 量块又称为块规，是一种无刻度的标准端面量具。其制造的材料为特殊 合金钢(一般为CrWMn)制成，材料稳定，硬度高，线膨胀系数小，不 易变形。量块主要用作尺寸传递系统中的中间标准量具，或者用相对法测 量时作为标准件调整仪器的零位，也可以用它宜接测量零件。 量块的形状是长方六面体结构，六个平面中有两个互相平行的极为光滑平整 的测量面，两测量面之间具有精确的工作尺寸，如图52所示。 图52量块外形 图53量块长度 1 量块的尺寸 量块的长度是其一个测量面上任意一点（距边缘05mm区 域除外）到与另一个测量面相研合的平晶表面的垂直距离。测量面 上中心点的量块长度工为量块的中心长

4、度，如图53所示。量块上 标出的数字为最块长度的标称值，称为标称长度。尺寸V6nini 的量块，长度标记刻在测量面上；尺寸6mm的量块，长度标记 刻在非测量面上，并且该表面的左、右侧面为测量面。 2 .量块的研合性 由于量块的测量面都是经过超精研磨制成的，所以测量面十 分光滑和平整。如果将一量块的测量面沿着另一量块的测量面滑 动，同时用手稍加压力，两个量块便能粘合在一起，量块的这种 通过分子吸力的作用而粘合的性能称为量块的研合性。由于量块 具有研合性，所以量块可以组合使用，即将几个量块研合在一起 组成所需要的尺寸。 量块是按一定的尺寸系列成套生产的，国家量块标准中规定 了 17种成套的量块系列

5、，表51是从标准中摘录的几套量块的尺寸 系列。 表51成套量块的尺寸（摘自GB60931985） 总块数 级别 尺寸療列/mm ram /mm 块 0.5 1 1 1 1.005 1 2 83 00,0.1. 2 1.01302.- 1.5.1.6,- U.49 .1.9 0.01 0.1 49 5 2.0.2.5- .9.5 0.5 16 10.20,- 100 10 10 1 1 1.001,1.002, U.00) 0.001 9 3 46 0.1.2 1.01.1.02- 11.1.2,- 1.09 1.9 0.01 0.1 9 9 23 9 1 8 10,20,- 100 10 10

6、 5 10 00.0 0.991.0.992, -.1 0.001 10 6 10 00,0.1 1.100U-. 1.009 0.001 10 3童块的精度 国家标准GB 60931985将量块的制造精度从高到低分为00、0、1、2、 3和标准级K共6个级别。量块的分“级”主要是按量块的中心长度的极限 偏差、长度变动量（量块长度的最大值与最小值之差）允许值、量块测量面的 平面度、粗糙度及量块的研合性等质量指标划分的。各级量块长度的极限 偏差和长度变动量允许值见表52。 量块按检定精度由高到低分为1, 2, 3, 4, 5, 6共六等。量块的分 “等”主要是根据量块的甲心长度的测量极限误差、平

7、面平行性允许偏差 和研合性等指标划分的。各等量块的中心长度测量不确定度和长度变动量 的允许值见表53。 00级 0级 K级 1级 2级 3级 偏差土变动塑 晶差士变动址 偵基士变动 借差土变动 偏差|变动 D差打变动U 标称长度 范国/mm 级的衰求 允许值/.m 表52各级量块长度极限偏差和变动量（摘门JJGI461994） 0. 0.5 5 10 0. 06 0. 05 0. 12 0. 10 0. 20 0. 05 0. 20 0. 16 0.45 0. 30 1.0 10 25 0.07 0. 05 0. 14 0. 10 0. 30 0. 05 0. 30 0. 16 0. 30 1

8、.2 0. 50 25 50 0. 0 0. 06 0. 20 0. 10 0. 40 0. 06 0. 40 0. 18 0. 80 0. 30 1.6 50 75 0. 12 0. 06 0. 25 0.12 0. 50 0. 06 0. 50 0. 18 1.00 0. 35 2.0 75 100 014 0. 07 0. 30 0. 12 0. 60 0- 07 0. 06 0. 20 1.20 0. 35 2.5 100 150 0. 20 0. 08 0. 40 0. 14 0. 80 0. 08 0. 80 0. 20 1.60 0.4 3.0 150 200 0. 25 0.

9、09 0. 50 0. 16 1. 00 0. 09 1.00 0. 25 2. 00 0.4 4. 0 200 250 0. 30 0. 10 0. 60 0. 16 1-20 0. 10 1-20 0. 25 2. 40 0.45 3.0 250 300 0. 35 0. 10 0. 70 0. 18 1. 40 0. 10 1-40 0. 25 2. 80 0.5 6.0 300 400 0.45 0. 12 0. 90 0. 20 1. 80 0. 12 1.80 0. 30 3. 60 0. 5 7.0 400 500 0. 50 0. 14 1. 10 0. 25 2. 20 0-

10、 14 2.20 0. 35 440 0.6 9.0 500 600 0. 60 0. 16 1. 30 0. 25 2. 60 0. 16 2. 60 0.4 5. (X) 0. 7 11.0 天齐I至 0. 50 0. 60 0. 65 0. 70 0. 75 0. 80 0. 90 注:表中所列偏差为保证O. 在需谊面上中侧面为08mm边区内不计. 表53各等量块长度测蚩极限偏差和变动量（摘I IJJG1461994） 等的娶求 1 2 3 4 6 怀称长度 长 度 /mm IMS的 稠量的 Ml试的 测fit的 不确定 变动債不确定 变动債 不确定 变动* 不确定 变动量不确定 变动f

11、it不确定 变动 度土 度士 度土 度上 大于 到 允许 (fl/gm 0.5 002 0. 05 0. 06 0. 10 011 016 0. 22 0. 30 0. 6 0. 5 2. 1 0. 5 0.5 10 10 25 0. 02 0. 05 0. 07 0. 10 0. 12 016 0. 25 0. 30 0.6 0.5 2.3 0.5 25 50 0- 03 0. 06 0. 08 0. 10 0. 1S 0. 18 0. 30 0. 30 0.8 0.55 2.6 0. 55 50 75 0. 04 0. 06 0. 09 0. 12 0. 18 0- 18 0. 35 0.

12、 35 0-9 0.55 2. 9 0. 55 75 100 0. 04 0. 07 0. 10 0. 12 0. 20 0. 20 0. 40 0. 35 1.0 0.6 3.2 0.6 100 150 0. 05 0. 08 0.12 0. 14 0.25 0. 20 0. $0 0. 40 12 0. 65 3.8 0. 65 150 200 0. 06 0. 09 0. 15 0. 16 0.30 0. 25 0. 60 0. 40 15 0.7 44 0.7 200 250 0. 07 0. 10 0. 18 0. 16 0. 35 0. 25 0. 70 0.45 18 0.75

13、50 0. 75 250 300 0. 08 0. 10 0. 20 0. 18 0. 40 0. 25 0. 80 0. 50 2.0 0.8 5.6 0.8 300 400 0. 10 0. 12 0. 25 0. 20 0. 50 0. 30 1. OO 0. 50 2.5 0.9 6.8 0.9 400 500 0. 12 0. 14 0. 30 0. 25 0. 60 0. 35 1.20 0. 60 3.0 1.0 &0 1.0 $00 600 0. 14 0. )6 0. 35 0. 2S 0. 70 0. 40 1.40 0. 70 3. 5 1. 1 9.2 1.1 注；任测

14、危面上.距岂商为0. 8mm边区内不计. 4董块的使用 量块的使用方法可分为按“级”使用和按“等”使用两种。 量块按“级”使用时，是用量块的标称长度作为工作尺寸， 即不计算量块的制造误差和磨损误差，它们将被引入到测量结果 中，使测量精度受到影响，但是因为不需加修正值，所以使用起 来比较方便。 量块按“等”使用时，是用量块经检定后所给出的实际中心 长度尺寸作为工作尺寸，这样就消除了量块的制造误差的影响， 提高了测量精度，测量结果中仅包含有量块检定时较小的检定误 差和检定后的磨损误差，从而得到了较高的测量精度。 三.角走单儘彭多向核條 角度也属于几何参数。国家标准规定角度的计量单位为弧度 gd）和

15、度（。）、分O、秒（）。由于圆周角的定义是360。，因此角 度不需要象长度那样再建立一个自然基准。在高精度的分度中， 一般以多面棱体作为角度基准。 多面棱体是用特殊合金钢或者石英玻璃经过精细加工而成。 常见的有4、6、8、12、24、36、72等正多面体。图54所示的是 八面棱体，在任意轴切面内相邻两面法线间的夹角为45 ,它可 以作为45 Xn （n = l, 2, 3,）角度的测量基准。 图5.4多面棱体 第三节针董器曳鸟测董方法的今类 一. 彳十蚩器其的今事 计量器具方分为量具和量仪两大类。 1. 童具 量具是以固定形式复现量值的计量器具，它包括标准量具.专用量具和通 用量具等。 标准量

16、具是用作计量标准，供量值传递用的量具、例如量块、线纹尺等。 专用量具是用来专门检测某种几何量的测量器具，例如光滑极限量规.花键量 规、螺纹量规等。 通用量具是指应用范围广，通用性强，可以测量一定尺寸范围内的几何量, 并且能获得具体数值的测量器具，例如游标卡尺、千分尺等。 2. 量仪 量仪是指能将被测的量转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。 按照工作原理和结构特征，量仪可分为机械式、光学式、气动式以及它们的组 合形式，例如光电式等。 二、测麦方注的今类 根据不同的测量目的，测量方法有不同的分类。 1. 按测童结果获得的方法不同可分为直接测童和间接测量 直接测量就是用计量器具直接测量被测

17、量的整个数值或相对于标准量的偏 差，例如用千分尺测轴径等。 间接测量就是测量与被测量有函数关系的其它量，再通过函数关系式求出 被测量，例如求一个圆的面积可通过测量其直径，再通过公式得出。 直接测屋的测最过程简单，并且其测就精度只与这一测量过程有关，而间接测 量比较麻烦，其测量精度不仅取决于有关量的测量精度，还与计算精度有关， 所以一般情况下当被测尺寸不易直接测量或用直接测量达不到精度要求时，才 可以釆用间接测量。 2. 按测得示值的方式不同可分为绝对测量和相对测量 绝对测量就是在计量器具的读数装置上可表示出被测量的全值，例如用千 分尺或测长仪测量零件直径或长度，其实际尺寸由刻度尺直接读出。 相

18、对测量就是在计量器具的读数装置上只表示出被测量相对于已知标准量的偏 差值，例如用量块（或标准件）调整比较仪的零位，然后再换上被测件，则比较 仪所指示的是被测件相对于标准件的偏差值。 一般说来，相对测量的测量精度比较高，但是测量比较麻烦。 3按被测表面与计量器具的测童头是否接触可分为接触测童和非接触测童。 接触测量就是计量器具的测量头与被测表面直接接触，并存在一定的机械 测量力，例如用千分尺或卡尺测量工件的尺寸等。 非接触测量就是计量器具的测量头与被测表面不直接接触。非接触测量没有测 量力引起的误差，倒如用光切显微镜测量表面的粗糙度。 4. 按零件上同时被测的参数多少可分为单项测童和综合测量 单

19、项测最就是分别单独测嵐零件的各个参数。例如，用工具显微镜分别测 量螺纹的实际中径、螺距和牙型半角等。 综合测量就是测量反映零件有关参数的综合指标9例如，用螺纹量规综合检验 螺纹各参数。 5. 按技术测量在加工过程中所起的作用可分为主动测童和被动测童 主动测量就是在零件加工过程中进行的测量，其测量结果直接用来控制零 件的加工过程，从而防止废品的产生。 被动测量就是在零件加工后进行的测量，此种测量只能判别零件是否合格.此 时只能发现并剔除废品。 6. 按被测零件在测童过程中所处的状态可分静态测童和动态测童 静态测量就是测量时被测表面与测量头是相对静止的,例如用千分尺或卡 尺测量工件的尺寸等。 动态

20、测量就是测量时被测表面与测量头处于相对运动状态，例如用动态丝 杠检査仪测量丝杠的参数。 第四节针蚤器具茨量犒标 (1) 分度值(i):计量器具刻度尺或刻度盘上两相邻刻线间的距离所 代表的量值。例如千分尺的分度ti=0.01mmo分度值是计量器具能指示 出被测件量值的最小单位。数字显示仪器的分度值称为分辨率，它表示 最末一位数字间隔所代表的量值之差。 (2) 刻度间距(a):计量器具刻度尺或刻度盘上两相邻刻线的中心距 离。为了便于眼力观察，一般刻度间距在11.25mm之间。 (3) 示值范围(b):由计量器具所显示或指示的最低值到最高值的范 围o (4) 测童范围(B):在允许误差限内，计量器具

21、所能测出的被测量的 范围。测量范围和示值范围不能混淆，测量范围不仅包括示值范围，而 且还包括仪器的、悬臂或尾座等的调节范围。 (5) 灵敏度(k):计量器具对被测量变化的反应能力。如果用AL表示 被测变量的变化， 用表示计量器具的变化，则灵敏度。当AL和为同一量时，灵 敏度又称为放大比。 (6) 灵敏限(灵敏阈)：能引起计量器具示值可觉察变化的被测量的最小变 化值。 (7) 示值決差：计量器具的示值与被测量的真值之间的差值。 (8) 示值变动性：在相同的测量条件下，对同一被测量进行多次重复测量 时，计量器具所指示的最大差值。 (9) 回程误差：在相同的测量条件下，当被测量不变时，计量器具沿正.

22、 反行程在同一测量点上所指示的最大差值. (10) 测童力：测量过程中测量器具与被接触工件之间的接触力。测量力太 大或者太小都将影响测量精度，所以大小要适宜。 (11) 计童器具的不确定度：在规定条件下测量时，由于测量误差的存在， 对测量值不能肯定的程度。计量器具的不确定度是一项综合精度指标， 它包括测量仪的示值误差.示值变动性、回程误差.灵敏限以及调整标 准件误差等综合影响。 第五节测量锲爰和毅据处理 一、圈蚩镁爰及曳产笙的矗因 1测童误差的概念 不管我们使用多么精确的测量器具，釆用多么可靠的测量方法，都不可避 免地会产生一些误差。测量误差&是指测量结果X与被测量的真值X。之差，即 6=xx

23、o 由于X可能大于xo,也可能小于X0,因此测量误差6可能是正值也可能是负 值。测量误差绝对值的大小决定了测量精度的高低，误差的绝对值愈大，测 量精度愈低，反之愈高。 上述测量误差又称为绝对误差，绝对误差有它的局限性。如果对大小不同的 同类量进行测量，要比较其精度，就需釆用测量误差的另一种表示方法，即 相对误差w ,它等于测量的绝对误差与被测量的真值之比，即 e =100% X 100% 2.测量误差产生的原因 测量误差产生的原因归纳起来有以下几个方面： 基准件误差 计量器具误差 方法误差 环境误差 人为误差 二、测芒镁差的今臺及处理 1.随机误差 随机误差是指在相同的条件下，多次测量同一量值

24、时，绝对 值和符号以不可预定的方式变化着的误差。随机误差是由许许多 多微小的随机因素造成的，在单次测量中，其误差出现是无规律 可循的，但是如果进行多次重复测量时，则发现随机误差完全服 从统计规律，其误差的大小和正负符号的出现具有确定的概率， 因此常用概率论和统计原理对它进行分析和处理。 2. 系统误差 系统误差对测量结果的影响很大，所以在实际测量中，应该 设法避免产生系统误差，如果难以避免.则应该设法加以消除或 减小系统误差。下面介绍几种常用的方法： （1）从产生系统误差的根源消除 用加修正值的方法消除 用两次读数法消除 利用被测量之间的内在联系消除 3. 粗大误差 粗大误差是指由于测量不正确

25、等原因所引起的明显超出规定 条件下预期的误差。粗大误差的产生主要是由于某些不正常的原 因所造成的，例如测量者的粗心大意，测量仪器和被测件的突然 振动，以及读数或记录错误等。由于粗大误差一般数值较大，它 会显著地歪曲测量结果，因此是不允许存在的，如果发现有粗大 误差，则应该按一定准则加以剔除。 发现和剔除粗大误差的准则有：拉依达准则、肖维勒准则、 格拉布斯准则等，常用的是拉依达准则C 测量精度是测量误差的相对概念，指的是测量结果偏离真值的程度。 由于测量误差包含着系统谋差和随机误差两个部分，因此笼统的测量精 度概念不能反映系统误差和随机误差的差异，从而引出以下的概念。 1. 精密度 表示测量结果中的随机误差