第三章 测量技术基础

1、1 中国机床工具行业“寒冬” 何时过去？反思！ 一、机床行业现状 改革开放以后，各机床工具企业释放了推动上层建筑改革与生产力大发展 的动力，加上实施“引进来”、“走出去”的战略，多种所有制企业并存发 展，既竞争，又合作，通过兼并重组，出现一批多种所有制的明星企业，据 2007年的统计，民营企业占行业总数的71.3%，年销售额占全行业的56%， 位居半壁江山。 若干年前，国民经济以二位数快速增长，带动了机床工具行业高速发展。 国内机床工具市场迅速扩大，成为世界上第一消费国、第一生产国、第一进 口国，这种成绩得来实属不易，可喜可贺，行业内企业家们大多笑逐颜开， 忙着建新厂，扩大生产能力。 在发展过

2、程中又受到政府这只“有形的手”的支持。“高档数控机床及 基础制造装备”重大科技专项（以下简称04专项），从资金及政策上给予支 持，各主流机床工具厂几乎都接待过党和国家最高领导人与省、市主要负责 人的参观考察，从精神到物质均受到中央和地方政府的重视。 但残酷的市场经济，优胜劣汰的规律，发达国家跨国公司及中国台湾地区 机床工具企业，特别是ECFA的实施，在中国大陆进行了严密的布局，或兼并、 或合资、独资，设立生产（大部分为SKD方式）、销售基地，利用中国熟悉机 床工具方面的专家或专业人员，深耕中国市场，与中国高端用户建立了紧密联 系，甚至进入机床行业本身作为技改之用。 机床工具行业是一个竞争性行业

3、，早已对国外放开了，虽然有04专项的支 持，频频出现多类国产高端的数控机床见诸报纸及媒体，着实使人兴奋，但掩 盖不了机床工具行业竞争力的比较薄弱本质。 当中国经济回归到个位数正常发展速度时，加上2008年全球金融危机及 以后的欧洲主权债务危机，引发中国的制成品出口困难，从而带来这些外向型 企业技术改造缺乏资金，并由于中高端数控机床竞争不过发达国家的跨国公司， 中档数控机床与有些国家及中国台湾地区的机床工具企业难以匹敌，造成今天 机床工具行业的“寒冬”状态，什么时候寒冬过去，无人回答。 对于中国机床工具行业竞争力薄弱的现象，众说纷纭，见仁见智，但决不 能说机床工具行业的同仁们没有拼搏精神，没有想

4、办法找出路。 以下分别为机床行业的努力与现状。 1.以规模取胜的大型机床企业现状 业绩雄居世界前十位的沈机集团人员超过1.5万，大连机 床集团人员接近5000人，业界一些人士称之为机床工具行业 发展的“领头羊”、“风向标”，为行业发展做出不少贡献， 但2013年在市场环境发生变化的情况下，销售额也出现了负 增长，但盈利能力尚需提高。 从新五类到i5，从工业设计到智慧智造，沈机如同下跳棋 一般在同行的注视下义无反顾地前行，相比之下，像德马吉精 森机这样有深厚底蕴的跨国公司，则如同下围棋，在变化中布 局强势”。 2.试图以重型机床打开市场的企业现状 近期，重型机床企业尤其困难，除市场因素外，肯定还

5、有其它内部 原因。五坐标联动数控龙门铣床的确是显示目前高端机床产品标致性的一 类产品，生产的厂家就有二三十家（当然大小规格不太一样），连居于云 南地区的昆明机床厂，也花巨资建造了一座崭新的拥有200吨吊车的重型 厂房，也想搞大型数控龙门镗铣，将来产品运输都成问题。 为什么趋之若鹜呢？ 有04专项支持的企业在做，没有04专项支持的企业也在做，高端数 控机床的同质化奇怪地出现，这说明市场机制的盲目性作用，难道不是浪 费机床行业的人力与物力资源吗？不少做出的样品投不了产，放在库房里 或做展览之用，用户也很少问津。生产能力过剩，以至造成现有重型机床 企业出现亏损。 3.改革体制的探索 在市场经济中兼并

6、重组，优胜劣汰是正常的，目的 是优化资源配置，但情况如何呢？齐重民营化，齐二、 哈量、北京机床研究所、武重找到了央企作为“婆婆”， 另外宁江机床厂找到了五粮液厂作为投资方。昆明机床 厂是一家上市公司，几次换“婆婆”，从西安交大到沈 机集团。这种例子确实不少，仍解决不了很多问题，为 什么呢？ 4.曾经的“明珠”光芒隐退 在上世纪50年代末，60年代初，新中国建立才10年， 遭受帝国主义封锁，国家制定了发展“高精度精密机床” 战役。从1958年到1965年，共试制成功高精度精密机床 26种，到1965年年产高精度机床500台，缩短了与国外的 差距。 当时机床行业的两颗明珠上海机床厂、昆明机床厂立

7、下了汗马功劳。从解放前这两个厂就有一批技术造诣良好 的技术人员与技术工人，在解放后起了极为重要的作用。 多年失去了光芒的两颗“明珠”，何时再现光芒呢？ 5.领导的作用 改革开放以后，逐渐进入市场经济，优胜劣汰显现出来。“十 八罗汉”（文革前对18家规模机床厂的戏称）之一的沈三与济一，在 上世纪80年代，曾经风光一时，名声雀起，受到各级政府的表扬，获 得很多奖牌，雄居行业佼佼者地位，但好景不长。 沈三以数控化率最高闻名全国，但质量不过关，服务又不到位， 最后被用户与市场抛弃，落得破产的下场。济一以与日本马扎克合作 而闻名，利用OEM方式出口，迅速提高了该厂的工艺技术水平，如 齿轮噪音，不仅考核分

8、贝数，还要听了“悦耳”，标准不可谓不苛刻。 但在时任厂长朱锡泉同志的带领下，经过艰苦努力，一个个难题都解 决了，出口势头良好。后来的继任者，由于种种复杂原因，解除了与 马扎克合作，引进技术又作出了错误的决策，逐渐衰落了，一直到现 在仍没没无闻，据称已被民营企业兼并。 6.走国际化道路提升行业水平 因为机床工具行业在改革开放初就起动合作生产、引进技 术的方法，特别是合作生产，返销，是当时提升机床工业水平 的快捷途径，在机械工业内都具有自己的特色。 后来发展到兼并国际上有名的机床企业，如沈机集团兼并 德国Schiess，北一兼并德国的WaldrichCoburg，大连机床集 团兼并美国Ingeso

9、llRand等企业，哈量兼并Kelch，天水星火在 国外兼并或合资若干企业，杭机参股Aba等。 这条路还要走下去，如何走下去才能使中国机床工具企业 强身固本呢？ 7.另辟蹊径的尝试 原营口机床厂、安阳机床厂、威海机床厂已经资不 抵债，濒临破产，有的通过企业领导、有能力的员工进 行改制，民营化，用“凤凰涅槃，浴火重生”的方式挽 救企业。 在此基础上成立的营口冠华、安阳鑫盛、华东 数控等企业，起死回生。如何巩固成果呢？ 有的已经遇 到暗礁。 8.锻压机床行业的有效探索 锻压机床行业似乎比金切机床行业好，看到一点希望。据有关材料数据显示，销售 额排在前十位的济二，扬力、亚威，天津锻压，扬锻，金方圆、

10、泰安华鲁、湖北三环、 合锻、徐州锻压，有9个企业的产值都是正增长，并都有利润，少数企业利润是负增长。 济二因产品技术含量高，竞争力强，因此利税实现较大幅度增长，应该说在机床工具 行业鹤立鸡群。原因如下：从建厂以来其一直以压力机及龙门刨为主导产品。数十年间， 除在改革开放以后把龙门刨改为龙门铣外，一直坚持自己的发展方向。当时一汽等汽车 用户厂，技术上要求采用与威尔逊不同的导柱、导套结构，济二最终根据用户要求进行 研发修改设计，提供的压力机受到一汽等用户的欢迎，从此打开了汽车工业的市场。 同时，济二与其他有名的国外企业进行技术合作，几十年如一日，积累了在压力机设 计、制造方面极为宝贵的经验，并通过

11、管理人员、技术人员、技术工人，代代相传，使 技术得以传承与发展。 在合资浪潮中，济二没有对国内外企业实施兼并，仅依靠自己的力量发展成为能与世界 顶尖的压力机企业，济二在美国福特汽车车身压力机生产线的招标中胜出，其节拍创世 界先进水平，这种能“引领技术，引领市场”的机床工具企业太少了。 济二身上看到了机床工具行业的希望。当然国家04专项对其支持也是不可或缺的。 任何事物的发展，内因是根本，外因仅是条件而已。 二、工具行业现状高端刀具基本上靠进口 工具行业主要是刀具、量具与功能部件（含附件），虽有一些04专 项支持，但比机床更加薄弱。 刀具在机械加工中的重要性并非为高层所 认识。机床在国外称之为工

12、具机（MachineTool），没有刀具，机床根 本没有用处。一台机床能否发挥效率与加工性能，刀具占相当比重。 尽管刀具不像机床那样贵，但它是消耗品。笔者在西安高压开关厂 的数控车间看到该车间拥有四五十台数控机床，每年消耗的刀具费用 800万元人民币。用户使用的高端刀具，特别是与数控配套的刀具，基 本上靠国外进口，如山高、住友，维尔特等著名的刀具企业，基本垄断 中国高端市场，可叹我国还是生产钨粉的大国，也是出口大国。 我们是磨料生产大国，如刚玉、碳化硅等，这些属于能源与污染密 集型的产业，因此在市场上还有生存机会，2013年超硬材料销售额比 2012年增加12.3%，还有部分出口，但高端的制品

13、有的还依赖进口，因 为其质量影响最后精加工的精度与光洁度。 量仪更是一个薄弱环节，计量室的高档仪器，如圆度仪、表面光 洁度仪、三坐标测量机、齿轮综合检查仪、双频激光干涉仪等都是计算 机化、数字化。其测量传感器有的已达纳米级了，可以进行数据处理， 对被测对象进行分析，可找出加工过程中的薄弱环节，至于长光栅、圆 光栅基本上被德国的Dr.Heidenheim公司所垄断。 特别是自动化量仪是一片空白，基本上为发达国家的Marposs （意）、CarlMahr（德）、Reinishow（英）等所垄断。上世纪60年 代中期曾引进气动量仪成套技术，新建中原量仪厂，但没有与时俱进， 继续创新发展。没有“眼睛”

14、，没有测量怎样能判断加工件是否合格， 无法进行实时在线测量和数据处理，更找不出加工过程存在问题，如何 改进生产工艺呢？ 三、量仪行业现状自动化量仪基本为国外企业垄断 曾任机床工具局长的梁训瑄同志与几位机床行业的老专家在改革开放以后不 久就提出功能部件的概念，功能部件含机床附件，这个概念得到行业及政府领导 普遍认同。 虽然我们具备一些专业生产企业，如具有悠久历史的南京工艺装备厂生产的 滚动丝杠副，但在质量与数量方面尚无法与国外著名厂家匹敌，何况这种专业厂 还很少。有一些著名的机床集团，如大连机床、沈机、汉江都试水功能部件的研 发生产，但尚不成气候。据一位业内专家称，我们全国的滚动部件的总产量还不

15、 如台湾的一个企业。 至于机床主轴用的高速、高精度、高负载的精密、超精密轴承，基本由瑞典 SKF、德国的FAG、日本的精工、美国的Timkin所垄断供应。改革开放前的哈尔 滨轴承厂，设有专门制造机床主轴用的高精度轴承分厂，笔者在机床厂工作时亲 手装配过该厂生产的型号为3182112的C级轴承（高精度级），质量良好，现在他 们也不生产了，这难道不是很可悲吗？社会化专业化何在？ 功能部件是工业化大生产所必需具备的条件。另外，生产机床的产业链也很 长，如液压、气动、电控系统、切削油、润滑油，谁是国内高质量的供货商？ 四、功能部件行业现状质量与数量无法与国 外厂家匹敌 以史为鉴可以知兴替。 中高端主机

16、配套用的工、刃、量具及功能部件还得求助于国外的供应商。有的同志 说，目前经济全球化了，这些高质量的功能部件及附件都可进行全球采购，这不能说没 有道理。但再深入一步观察，这些作为机床工具行业的基础零部件与功能部件都控制在 德国、日本、瑞士、美国等发达国家，不仅涉及安全，还使大量利润外流，难道我们不 需要深思吗？ 至于与数控机床配套的数控系统及其伺服驱动装置，到现在成不了气候。上世纪 50年代末，我们与世界同步研究开发数控系统。改革开放以后，也采取了引进技术，合 作生产等方式，为进一步自主开发打下了基础，至今效果并不理想。相信各级领导及有 关企业都尽了力，但还不成功。有的试制出来，产业化不了，笔者

17、百思不得其解，数控 系统控制在德国西门子、日本Fanuc手中，还谈什么机床强国呢？ 现实是历史的继续，又是明天的开始，以史为鉴可以知兴替，以人为鉴可以知得失。 应该说改革开放以后政府这只“有形的手”对机床行业不论在物质上、资金上都给与了 巨大的支持，但似乎仍敌不过市场经济这只“无形的手”。在“市场配置资源起决定性 作用”的进一步全面深化改革情况下，机床工具行业将面临更严峻的形势，企业的领导 者们要有应对预案，预则立，不预则废。 担 忧 3.1 测量的基本概念测量的基本概念 3.2 量值传递系统量值传递系统 3.3 计量器具和测量方法分类计量器具和测量方法分类 3.4 尺寸的检测尺寸的检测 3.

18、5 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 第三章 测量技术基础 16 (学习要求) 掌握测量的基本概念掌握测量的基本概念 了解长度量值传递的基了解长度量值传递的基 本常识本常识 了解测量方法和计量器了解测量方法和计量器 具的分类具的分类 掌握一些常见计量术语掌握一些常见计量术语 的定义的定义 了解误差分类的方法和了解误差分类的方法和 特点特点 掌握等精度测量结果额数掌握等精度测量结果额数 据处理方法据处理方法 掌握随机误差的基本特征掌握随机误差的基本特征 掌握计量器具的选择原则掌握计量器具的选择原则 和方法和方法 了解测量误差的来源及其了解测量误差的来源及其 特点特点 第三章 测量技术基础 1

19、7 3.1 测量的基本概念测量的基本概念 一、测量的定义一、测量的定义 在机械制造中，加工后的零件，其几何参数（尺寸、在机械制造中，加工后的零件，其几何参数（尺寸、 形位公差及表面粗糙度等）需要测量，以确定它们是否符形位公差及表面粗糙度等）需要测量，以确定它们是否符 合技术要求和实现其互换性。合技术要求和实现其互换性。 L E q= 或 L=qE 测量测量是指为确定被测量的量值而进行的实验过程，其实是指为确定被测量的量值而进行的实验过程，其实 质是将被测几何量质是将被测几何量L与复现计量单位与复现计量单位E的标准量进行比较，的标准量进行比较， 从而确定比值从而确定比值q的过程，即的过程，即:

20、18 一个完整的测量过程包含：一个完整的测量过程包含： 测量四要素：被测对象、计量单位、测量精度、测量方法。测量四要素：被测对象、计量单位、测量精度、测量方法。 主要是有关几何精度方面的参数量主要是有关几何精度方面的参数量 包括：包括： 以及以及 各几何参数。各几何参数。 长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式是多种长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式是多种 多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相当复杂多样的，表达被测对象性能的特征参数也可能是相当复杂 的。的。 （1）测量对象）测量对象 19 （2）计量单位）计量单位 我国计量国际单位制是我国计量国际单位制是米制。米制。 机械工程

21、中常用单位：机械工程中常用单位： 长度：长度：m, mm, m, nm等等 角度：度、分、秒、弧度，微弧度角度：度、分、秒、弧度，微弧度 机械制造中常用的长度单位为毫米机械制造中常用的长度单位为毫米(mm)。 测量方法是指测量时所采用的测量方法是指测量时所采用的和和的综的综 合。合。 广义地说，测量方法可以理解为广义地说，测量方法可以理解为测量原理测量原理、测量器具测量器具（计量器具）（计量器具） 和和测量条件测量条件（环境和操作者）的总和。（环境和操作者）的总和。 根据被测参数的特点，如公差值、大小、材质、数量等，分析研究根据被测参数的特点，如公差值、大小、材质、数量等，分析研究 该参数与其

22、他参数的关系，选用合适的方法对该参数进行测量。该参数与其他参数的关系，选用合适的方法对该参数进行测量。 （3 3）测量方法）测量方法 20 测量精度测量精度指测得值与被测量真值指测得值与被测量真值的的 。 任何测量都不可能没有误差。通常以测量的极限任何测量都不可能没有误差。通常以测量的极限 误差或测量的不确定度来表示测量精度。误差或测量的不确定度来表示测量精度。 任何测量结果都是以一近似值来表示的。任何测量结果都是以一近似值来表示的。 （4）测量准确度（测量精度）测量准确度（测量精度） 21 二、检测的一般步骤二、检测的一般步骤 （1）确定被检测项目）确定被检测项目 认真审阅被测件图纸及有关的

23、技术资料认真审阅被测件图纸及有关的技术资料 （2）设计检测方案）设计检测方案 设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测预设计一个能满足检测精度要求，且具有低成本、高效率的检测预 案。案。 （3）选择检测器具）选择检测器具 选择或设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行误差分析。选择或设计、制作专用的检测器具和辅助工具，并进行误差分析。 （4）检测前准备）检测前准备 清理检测环境，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态清理检测环境，对检测器具进行调整使之处于正常的工作状态 （5）采集数据）采集数据 安装被测件，按照设计预案采集测量数据并规范地作好原始记录。安装被测件，按照设计预

24、案采集测量数据并规范地作好原始记录。 （6）数据处理）数据处理 对检测数据进行计算和处理，获得检测结果对检测数据进行计算和处理，获得检测结果 （7）填报检测结果）填报检测结果 填写检测报告单及原始记录，并根据技术要求作出合格性的判定。填写检测报告单及原始记录，并根据技术要求作出合格性的判定。 22 测量测量是互换性生产过程中的重要组成部分，是保证各是互换性生产过程中的重要组成部分，是保证各 种公差与配合标准贯彻实施的重要手段，也是实现互换性种公差与配合标准贯彻实施的重要手段，也是实现互换性 生产的重要前提之一。生产的重要前提之一。 为了实现测量的目的，必须使用统一的标准量，采用为了实现测量的目

25、的，必须使用统一的标准量，采用 一定的测量方法和运用适当的测量工具，而且要达到必要一定的测量方法和运用适当的测量工具，而且要达到必要 的测量精确度，以确保零件的互换性。的测量精确度，以确保零件的互换性。 3.2 尺寸传递尺寸传递（长度单位与计量基准长度单位与计量基准） 23 （1）基本计量单位定义和计量基准）基本计量单位定义和计量基准 为保证测量的为保证测量的，必须建立起统一可靠的，必须建立起统一可靠的， 在我国法定计量单位制中，长度的基本单位是在我国法定计量单位制中，长度的基本单位是。 dm cm mm nm 米：米：光在真空中光在真空中1/299792456s时间间隔内所经路径的长度。时间

26、间隔内所经路径的长度。 在工程上，一般不能直接按照米的定义用光波来测量在工程上，一般不能直接按照米的定义用光波来测量 零件的几何参数，而是采用各种计量器具。零件的几何参数，而是采用各种计量器具。 为了保证量值的准确和统一，必须建立由光波基准到为了保证量值的准确和统一，必须建立由光波基准到 被测工件尺寸被测工件尺寸(或工程技术中应用的刻线尺或工程技术中应用的刻线尺)的量值传递系的量值传递系 统。统。 24 量值传递就是把计量基准的量值传递到工作计量器具量值传递就是把计量基准的量值传递到工作计量器具 （如游标卡尺、千分尺、光学比较仪等）（如游标卡尺、千分尺、光学比较仪等） 计量标准：把计量基准的量

27、值传递到工作计量器具的计量标准：把计量基准的量值传递到工作计量器具的 一种计量器具。如量块、角度块、砝码等。一种计量器具。如量块、角度块、砝码等。 首先：首先：面临计量单位的复现问题面临计量单位的复现问题 计量基准：在特定领域内具有最高计量特性的计量标准。计量基准：在特定领域内具有最高计量特性的计量标准。 其次：量值传递其次：量值传递 将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其将国家计量基准所复现的计量值，通过检定（或其 它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级它方法）传递给下一等级的计量标准（器），并依次逐级 传递到工作计量器具上，以保证被测对象的量值准确一致传递到工作计量器具上

28、，以保证被测对象的量值准确一致 的方式。的方式。 如何把这个米用于实际的测量工作呢？如何把这个米用于实际的测量工作呢？ 25 量块传递系统应用传递系统应用最广 （2）长度量值传递系统）长度量值传递系统 从最高基准谱从最高基准谱 线向下传递，线向下传递， 有两个平等的有两个平等的 系统，即系统，即端面端面 量具（量具（量块量块） 和和刻线量具刻线量具 （线纹尺线纹尺）系系 统。统。 26 量块在量块在机械制造和仪器制造机械制造和仪器制造中应用很广。中应用很广。 1）在长度计量中作为实物标准，用以体现测量单位，在长度计量中作为实物标准，用以体现测量单位， 并作为尺寸传递的媒介。并作为尺寸传递的媒介

29、。 2）广泛用于检定和校准计量器具。广泛用于检定和校准计量器具。 3）比较测量中用于调整仪器的零位。比较测量中用于调整仪器的零位。 4）用于精密测量、精密划线和紧密机床的调整和工用于精密测量、精密划线和紧密机床的调整和工 件的检验等。件的检验等。 （2）形状）形状 长方体和圆柱体两种，常用的是长方体和圆柱体两种，常用的是长方体长方体。 一、量块及其传递系统一、量块及其传递系统 （1）量块的用途：）量块的用途： 27 （3）量块）量块 gauge block（方形：横截（方形：横截 面为矩形）面为矩形） 制造材料制造材料：线膨胀系数晓，性质稳定，：线膨胀系数晓，性质稳定， 不易变形、耐磨材料制造

30、，如：陶瓷、不易变形、耐磨材料制造，如：陶瓷、 铬锰钢铬锰钢 。 量块有两个平行的测量面，四个非测量块有两个平行的测量面，四个非测 量面。量面。 量块的测量面可以和另一量块的测量量块的测量面可以和另一量块的测量 面相研合而组合使用，也可以和具有类面相研合而组合使用，也可以和具有类 似表面质量的辅助体表面相研合而用于似表面质量的辅助体表面相研合而用于 量块长度的测量。量块长度的测量。 测量面表面粗糙度测量面表面粗糙度Ra5.5mm的量块，其公称长度值刻印在的量块，其公称长度值刻印在上测量面左侧上测量面左侧 较宽较宽的一个的一个非非测量面上测量面上。 2）量块长度）量块长度 量块一个测量面上的任量

31、块一个测量面上的任 意点到与其相对的另一测量意点到与其相对的另一测量 面相研合的辅助体表面之间面相研合的辅助体表面之间 的垂直距离，辅体的材料和的垂直距离，辅体的材料和 表面质量应与量块相同。表面质量应与量块相同。 29 量块测量面上任意点中的最大长度与最小长度之差。量块测量面上任意点中的最大长度与最小长度之差。 注：注：量块测量面上的任意点不包括距测量面边缘量块测量面上的任意点不包括距测量面边缘0.8mm区区 域内的点。域内的点。 3）量块中心长度）量块中心长度 对应于量块未研合测量面中心点的量块长度。对应于量块未研合测量面中心点的量块长度。 注意：量块中心长度注意：量块中心长度lo是量块长

32、度是量块长度l的一种特定情况。的一种特定情况。 4）量块长度变动量）量块长度变动量 5）平面度误差）平面度误差 包容测量面且距离为最小的两个相互平行平面之间的距包容测量面且距离为最小的两个相互平行平面之间的距 离。离。 30 量块的 量块中心长中心长 度度的实际值 材料：材料：线膨胀系数小、性能稳定、线膨胀系数小、性能稳定、 耐磨、不易变形耐磨、不易变形 L 上、下测量面 极为光滑、平整， 具有研合性 40 理想量块 实际量块 40 40.001 量块的标称长 度(=基本长度) 31 6）研合性）研合性 量块的一个测量面与另一量块测量面或与另一经精加工量块的一个测量面与另一量块测量面或与另一经

33、精加工 的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互粘合的的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互粘合的 性能。性能。 量块的工作面是经过量块的工作面是经过超精研磨超精研磨制造的。测量表面留有一制造的。测量表面留有一 层极薄的油膜（约层极薄的油膜（约0.02um），在切向推合力作用，由于分），在切向推合力作用，由于分 子之间的吸引力作用，两量块能研合在一起。子之间的吸引力作用，两量块能研合在一起。 32 二、量块的等和级二、量块的等和级 （1）量块的精度）量块的精度（级级） GB/T60932001按按制造精度制造精度将量块分为将量块分为00，0，1， 2，3和和K级共级共6级，级，

34、其中其中00级精度最高，级精度最高，3级精度最低，级精度最低，K级为校准级级为校准级。 主要根据主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙 度及量块的研合性度及量块的研合性等指标来划分的。等指标来划分的。 量块按量块按“级级”使用时，以量块的使用时，以量块的标称长度标称长度为工作尺寸，为工作尺寸， 该尺寸包含了量块的该尺寸包含了量块的制造误差制造误差，并将被引入到测量结果中。，并将被引入到测量结果中。 由于不需要加修正值，故使用较方便。由于不需要加修正值，故使用较方便。 33 （2）量块的精度）量块的精度（等等）：）： 国家计量局国家计量局JG1462

35、003量块检定规程量块检定规程按按检定检定 将量块分为六等，即将量块分为六等，即1、2、3、4、5、6等，等， 其中其中1等精度最高，等精度最高，6等精度最低等精度最低。 “等等”主要依据量块主要依据量块中心长度测量中心长度测量的极限偏差和平面的极限偏差和平面 平行性允许偏差来划分的。平行性允许偏差来划分的。 34 （3）量块的）量块的“级级”与与“等等” 量块的量块的“级级”和和“等等”是从成批制造和单个检定两种不是从成批制造和单个检定两种不 同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。 按按“级级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作使用时，以标

36、记在量块上的标称尺寸作为工作 尺寸，该尺寸包含其制造误差。尺寸，该尺寸包含其制造误差。 按按“等等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺 寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。 就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得 多。多。 所以，量块按所以，量块按“等等”使用时其精度比按使用时其精度比按“级级”使用要使用要高高， 并且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。并且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。 35

37、量块的表面粗糙度要求量块的表面粗糙度要求 36 测量面的平面度测量面的平面度 37 按等使用比按级按等使用比按级 使用精度高使用精度高 （4）一定的级可以检定为一定的等）一定的级可以检定为一定的等 K级：1等 0级：2等 1级：3等 2级：4等 3级：5等 例：例：设标称值为设标称值为50mm的量块，实际制造后真值假设是的量块，实际制造后真值假设是 49.9996mm。 按按级级使用：使用：即按标称值使用，则包含即按标称值使用，则包含0.4um的误差。的误差。 按按等等使用：使用：在用高精度仪器检定得该量块测量值为在用高精度仪器检定得该量块测量值为 49.99958mm，相对于标称值偏差为，相

38、对于标称值偏差为0.42um。使用时。使用时 按按0.42um修正，由此引起的误差为修正，由此引起的误差为0.02um。 38 实际生产和科学研究中，实际生产和科学研究中， 用各种计量器具进行测量。用各种计量器具进行测量。 为了保证零件在国内外具为了保证零件在国内外具 有互换性，必须保证量值的统有互换性，必须保证量值的统 一。一。 机械制造中实用的长度标机械制造中实用的长度标 准是准是量块和线纹尺量块和线纹尺，其中量，其中量块块 应用较广应用较广。 u：各等量块长度测量不确定各等量块长度测量不确定 度允许值度允许值 L：量块长度，单位：量块长度，单位：mm。 39 三、量块的使用三、量块的使用

39、 量块是定尺寸量具，一个量块只有一个工作尺寸。量块是定尺寸量具，一个量块只有一个工作尺寸。 为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量为了满足一定范围的不同要求，量块可以利用其测量 面的高精度所具有研合性，将多个量块研合在一起，组合面的高精度所具有研合性，将多个量块研合在一起，组合 使用。使用。 组合原则：组合原则：使量块的数目尽可能少，一般不超过使量块的数目尽可能少，一般不超过4块块。 根据标准根据标准GB/T6093-2001几何量技术规范（几何量技术规范（GPS） 长度标准量块长度标准量块规定，我国成套生产的量块共有规定，我国成套生产的量块共有17种套种套 别，每套的块数分别为别，每

40、套的块数分别为91、83、46、12、10、8、6、5、 等。等。 40 选用量块时，应从所需要组合尺寸的选用量块时，应从所需要组合尺寸的最后一位数开始最后一位数开始， 每选一块每选一块至少应减去至少应减去所需要尺寸的所需要尺寸的一位尾数一位尾数。 例题：例题：从从83块一套的量块中选取尺寸为块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块的量块 组，选取方法为：组，选取方法为： 41 1.005 20 1.28 6.5 28.785 42 量量 块块 的的 尺尺 寸寸 系系 列列 43 量块的尺寸系列量块的尺寸系列 44 四、量块使用时的注意事项四、量块使用时的注意事项 量块必须在使用有效期内

41、，否则应及时送计量部门量块必须在使用有效期内，否则应及时送计量部门检定检定。 使用环境良好，防止各种使用环境良好，防止各种腐蚀腐蚀性物质及灰尘对测量面的性物质及灰尘对测量面的 损伤，影响其粘合性。损伤，影响其粘合性。 分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温 度与环境温度相同后方可使用。度与环境温度相同后方可使用。 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。 不得用不得用手手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及直接接

42、触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及 手温对测量精确度的影响。手温对测量精确度的影响。 使用完毕，应用航空汽油清洗所有量块，并擦干后涂上使用完毕，应用航空汽油清洗所有量块，并擦干后涂上 防锈脂存于干燥处。防锈脂存于干燥处。 45 角度标准多采用角度量角度标准多采用角度量 块，测角仪或分度头等。块，测角仪或分度头等。 目前生产的多面棱体有目前生产的多面棱体有 4、6、8、12、24、36、72 面等。面等。 1. 八面棱体八面棱体 二、角度传递系统二、角度传递系统 角度的自然基准是客观存在的，不需要建立，因为一个角度的自然基准是客观存在的，不需要建立，因为一个 整圆所对应的圆心角是定值（整圆所对应

43、的圆心角是定值（2rad或或360o）。因此，将整）。因此，将整 圆任意等分得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比圆任意等分得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比 较，利用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。较，利用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。 为了检定和测量方便需要，仍然要建立角度度量的基准。为了检定和测量方便需要，仍然要建立角度度量的基准。 45o 90o 46 2.多面棱体作角度基准的量值传递系统多面棱体作角度基准的量值传递系统 47 3.3 测量仪器与测量方法的分类测量仪器与测量方法的分类 一、计量器具的分类一、计量器具的分类 测量仪器测量仪器和和测量工具测

44、量工具的统称。的统称。 标准量具：标准量具：只有只有一个一个固定尺寸。如量块、角度块。固定尺寸。如量块、角度块。 计量仪器：计量仪器：通用计量器具。通用计量器具。 统称为统称为实物量具实物量具 极限量规类极限量规类：一种没有刻度的用于检验被测量是否处于给：一种没有刻度的用于检验被测量是否处于给 定的极限偏差之内的专用量具，如光滑极限量规、定的极限偏差之内的专用量具，如光滑极限量规、螺纹量螺纹量 规规、功能量规等。、功能量规等。 显示式测量仪器：显示式测量仪器：显示值的测量仪器。显示值的测量仪器。 测量系统：测量系统：是指组装起来以进行特定测量的全套测量仪器是指组装起来以进行特定测量的全套测量仪

45、器 和其他设备。和其他设备。 1、按用途特点分、按用途特点分 48 万能工具显微镜万能工具显微镜 立立 式式 接接 触触 式式 干干 涉涉 仪仪 光光 学学 比比 较较 仪仪 49 轮廓仪轮廓仪 双双 管管 显显 微微 镜镜 干干 涉涉 显显 微微 镜镜 50 三维影像测量机三维影像测量机 三坐标测量机三坐标测量机 51 投影仪投影仪 卧式测长仪卧式测长仪 52 偏摆仪偏摆仪 圆圆 度度 仪仪 53 万万 能能 测测 齿齿 仪仪 54 2. 根据构造特点分根据构造特点分 游标式量仪：游标式量仪：游标卡尺、游标高度尺等。游标卡尺、游标高度尺等。 微动螺旋副式量仪：微动螺旋副式量仪：千分尺等。千分

46、尺等。 机械式量仪：机械式量仪：百分表、千分表。百分表、千分表。 光学机械式量仪：光学机械式量仪：光学比较仪等。光学比较仪等。 气动量仪：压力式、气体流量计等。气动量仪：压力式、气体流量计等。 电动量仪：电动量仪：电感式、电容式等。电感式、电容式等。 光电式量仪：光电式量仪：激光干涉、激光图像、光栅等。激光干涉、激光图像、光栅等。 55 56 57 二、测量方法分类二、测量方法分类 1、按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类、按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类 直接测量：直接测量：从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值 或对标准值的偏差。例如：用游

47、标卡尺、外径千分尺测量或对标准值的偏差。例如：用游标卡尺、外径千分尺测量 外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。 间接测量：间接测量：先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，先测出与欲测之量有一定函数关系的相关量， 然后按相应的函数关系式，求得欲测之量得测量结果。然后按相应的函数关系式，求得欲测之量得测量结果。 58 相对法测量举例相对法测量举例 例如用例如用“弦高法弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，有弦测量大尺寸圆柱体的直径，有弦 长长L 与弦高与弦高H的测量结果，可求得直径的测量结果，可求得直径D的实际值，如图所示。由的实际值，如图所示。由 图可得：图可得： 对

48、上式微分后，得到测量结果的测量误差为：对上式微分后，得到测量结果的测量误差为： 式中：式中：dL弦长弦长L的测量误差的测量误差 dH弦高弦高H的测量误差的测量误差 H H L D 4 2 dH H L dL H L dD 2 2 4 1 2 59 2、按测量结果的读数值不同分类、按测量结果的读数值不同分类 绝对测量：绝对测量：测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量器具上直接得到被测参数的整个量值的 测量。测量。 例如用游标卡尺测量零件轴径值。例如用游标卡尺测量零件轴径值。 相对测量：相对测量：将被测量和与其量值只有微小差别的同一种将被测量和与其量值只有微小差别的同一种 已知量（一般为测量标

49、准量）相比较，得到被测量与已已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已 知量的相对偏差。知量的相对偏差。 例如例如:比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示 值就是量块与轴径的量值之差。值就是量块与轴径的量值之差。 60 3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类：、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类： 接触测量：接触测量：测量器具的侧头与零件被测表面接触后有机械测量器具的侧头与零件被测表面接触后有机械 作用力的测量。作用力的测量。 如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触得如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保

50、证接触得 可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件 发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质 量的损坏。量的损坏。 非接触测量：非接触测量：测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接 触，因而不存在机械作用的测量力。触，因而不存在机械作用的测量力。 主要是利用光、气主要是利用光、气 、电、磁等作为感应元件与被测件表面、电、磁等作为感应元件与被测件表面 联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。

51、 61 4、按测量在工艺过程中所起作用分类、按测量在工艺过程中所起作用分类 主动测量：主动测量：在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用在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，决定是否继续加工或判断工艺过来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过 程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发 生，所以又称为积极测量。生，所以又称为积极测量。 被动测量：被动测量：加工完成后进行的测量。其结构仅用于发现加工完成后进行的测量。其结构仅用于发现 并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。并剔除废品，所以被动测量又称消极

52、测量。 62 5、按零件上同时被测参数的多少分类、按零件上同时被测参数的多少分类 单项测量：单项测量：单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。 例如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。例如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。 这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了 工艺分析、调整机床等目的。工艺分析、调整机床等目的。 综合测量：综合测量：检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数， 从而综合判断零件的合格性。从而综合判断零件的合格性。 例如齿轮运动误差的综合

53、测量、用螺纹量规检验螺纹的例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的 作用中径等。综合测量一般用于总结检验，其测量效率高，作用中径等。综合测量一般用于总结检验，其测量效率高， 能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。 63 6、按被测工件在测量时所处状态分类、按被测工件在测量时所处状态分类 静态测量：静态测量：测量时被测件表面与测量器具侧头处于静止状态。测量时被测件表面与测量器具侧头处于静止状态。 例如：用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。例如：用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。 也有按照被测量是否随时间变化将其分为：也有

54、按照被测量是否随时间变化将其分为： 静态测量静态测量和和动态测量动态测量 动态测量：动态测量：测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对 运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动 状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。 例如：用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪例如：用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪 测量表面粗糙度等。测量表面粗糙度等。 64 7、按测量中测量因素是否变化分类、按测量中测量因素是否变化分类 等精度测量：等精度测量：在测量

55、过程中，决定测量精度的全部因素或在测量过程中，决定测量精度的全部因素或 条件不变。条件不变。 例如：由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，例如：由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中， 以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下， 为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上， 绝对的等精度测量是做不到的。绝对的等精度测量是做不到的。 不等精度测量：不等精度测量：在测量过程中，决定测量精度的全部因素在测量过程中，决定测量精度的全部因素 或条件可能完成改变或部分改变。由于不等精

56、度测量的数或条件可能完成改变或部分改变。由于不等精度测量的数 据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精 度测量。度测量。 65 测量中应遵循的测量中应遵循的重要原则重要原则 为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用 并遵守有关测量原则，而阿贝原则、基准统一原则，最短测并遵守有关测量原则，而阿贝原则、基准统一原则，最短测 量链原则、最小变形原则和封闭原则是其中比较重要的原则。量链原则、最小变形原则和封闭原则是其中比较重要的原则。 （1）阿贝原则）阿贝原则 要求在测量过程中被

57、测长度要求在测量过程中被测长度 与基准长度应安置在同一直线上与基准长度应安置在同一直线上 的原则。的原则。 如图，若被测长度与基准长如图，若被测长度与基准长 度并排放置，在测量比较过程中度并排放置，在测量比较过程中 由于制造误差的存在，移动方向由于制造误差的存在，移动方向 的偏移，两长度之间出现夹角而的偏移，两长度之间出现夹角而 产生较大的误差。产生较大的误差。 66 （2）最短测量链原则）最短测量链原则 由测量信号从输入到输出量值通道的各个环节所构成由测量信号从输入到输出量值通道的各个环节所构成 的测量链，其环节越多测量误差越大。因此，应尽可能减的测量链，其环节越多测量误差越大。因此，应尽可

58、能减 少测量链的环节数，以保证测量精度。少测量链的环节数，以保证测量精度。 间接测量比直接测量组成的环节要多，测量链要长，间接测量比直接测量组成的环节要多，测量链要长， 测量误差要大。因此，只有在不肯能采用直接测量，或直测量误差要大。因此，只有在不肯能采用直接测量，或直 接测量的精度不能保证时，才采用间接测量。接测量的精度不能保证时，才采用间接测量。 以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短 测量链原则的一种实际应用。测量链原则的一种实际应用。 67 （4）最小变形原则）最小变形原则 测量器具与被测量零件都会因实际温度偏离标准温度和受测量器具

59、与被测量零件都会因实际温度偏离标准温度和受 力（重力和测量力）而发生变形，形成测量误差。力（重力和测量力）而发生变形，形成测量误差。 （5）基准统一原则）基准统一原则 测量基准要与加工基准和使用基准统一。即工序测量应测量基准要与加工基准和使用基准统一。即工序测量应 以工艺基准作为测量基准，终结测量应以设计基准作为测以工艺基准作为测量基准，终结测量应以设计基准作为测 量基准。量基准。 68 (1)标尺间距标尺间距scale spacing 沿着标尺长度的同一线测得沿着标尺长度的同一线测得 的两相邻标尺标记之间的距离。的两相邻标尺标记之间的距离。 注：注：标尺间距用长度单位表示，标尺间距用长度单位

60、表示， 而与被测量的单位和标在标尺上而与被测量的单位和标在标尺上 的单位无关。的单位无关。 (2)标尺分度值标尺分度值 scale interval 对应两相邻标尺标记的两个值之差。对应两相邻标尺标记的两个值之差。 3.3 计量器具与测量方法的常用术语计量器具与测量方法的常用术语 69 (3) 示值范围示值范围 range of indication 极限示值界限内的一组值。极限示值界限内的一组值。 注：注：1. 对模拟显示而言，它可以称为对模拟显示而言，它可以称为标尺范围标尺范围。 2. 示值范围可以用标在显示器上的单位表示，而不示值范围可以用标在显示器上的单位表示，而不 论被测量的单位如何