互换性与测量技术试验指导书

1、互换性与测量技术实验指导书主编：唐芬南湖南工业大学机械工程学院实验一：用立式光学比较仪测量轴的直径1实验二：用内径指示表测内孔7实验三：直线度误差测量10实验四：用双管显微镜测量表面粗糙度18实验一、用立式光学比较仪测量轴的直径线性尺寸可以用相对测量法（比较测量法）进行测量。相对测量常用的量仪有机械、光学、电气和气动比较仪等几种，本实验用立式光学比较仪测量外尺寸，用比较仪测量时，先用量块（或标准器）调整量仪示值零位，测量工件所得的示值为被测尺寸相对于量块尺寸的偏差。一、实验目的1 .了解光学比较仪的结构并熟悉它们的示值零位调整方法和使用方法；2 .熟悉量块的使用与维护方法。B1-1立式光学比较

2、仪1一反射毓；2一偏差指示界限调节手轮；3一目镇厂4一光管；J光管细漏手柄；6一光管嚷固螺灯；7测着提升器；8一前杆及测头*9一被测工件:10-工作台i11一工作台询整螺钉J建一底座；13一升降螺母；14一横得；1%横管紧同螺灯，16立柱9.标尺5目镰4.分划板工通光桎铺6.进光反射镜3.枝镜L反射箱测杆,测帽10.指标线2物镜图1-2光学比较仪系统的光学二、用立式光学比较仪测量光滑极限塞规1 .量仪说明和测量原理立式光学比较仪也称立式光学计，是一种精度较高且结构不复杂的光学仪器，用于测量外尺寸。图1-1为量仪外形图；量仪主要由底座12、立柱16、横臂14、直角形光管4和工作台10等几部分组成

3、。量仪的光学系统安装在光管内，光学系统如图1-2所示。光管工作时的测量原理是光学杠杆放大原理。光线经反射镜6、棱镜7投射到分划板4上的刻度尺9（它在分划板左半面）。分划板位于物镜2的焦平面上。当刻度尺9被照亮后，从刻度尺发出的光束经直角转向棱镜3,物镜2形成平行光束，投射到平面反射镜1上。光束从反射镜1反射回来，在分划板4右半面形成刻度尺9的影象，从目镜5可以观察到该影象和一条固定指示线。刻度尺上有一条零刻线。它的两侧各有100条均布的刻线，这些刻线与零刻线构成200格刻度间距。零刻线位于固定指示线上。测量时，若反射镜1垂直于物镜2的主光轴，则分划板右半面胸刻度尺影象与其左半面的刻度尺的上下位

4、置是对称的，即零刻线影象位于固定指示线上。如果反射镜1与物镜2的主光轴不垂直，则分划板右半面的刻度尺影象就相对于其左半面的刻度尺上下移动。参看图1-3所示的光学比较仪测量原理图（图中没有画出图1-2中的直角转向棱镜），从物镜焦平面上的焦点C发出的光线，经物镜后变成目策W一束平行光投射到平面反射镜垂直于物镜主光轴，则从反射镜P上。若平面反射镜PP反射的光束由原光路回到焦点c,象点C'与焦点象与刻度尺的上下位置保持对称动，使测杆产生微小的直线位移C重合（即刻度尺影）。如果被测尺寸变S推动反射镜P绕支点0转动一个角度a,那么反射镜P与物镜主光轴不垂直，反射光束与入射光束间的夹角为2oc,从反

5、射镜P反射的光束汇聚于象点C"（即刻度尺影象相对于刻度尺在上下方向产生位移）。C"点与C点的距离计算式如下：l=ftg2a式中f一一物镜的焦距；a反射镜偏转角度。而测杆位移S与反射镜偏转角度a的关系为,图1-3.光学比较仪测量原理图式中b-测杆到支点0的距离。这样，刻度尺影象位移l对测杆位移S的比值即为光管放大倍数n计算式如下,lftg2an=-=sbtga因a角很小；取tg2a=2a,tga=a,则2fn=-bb=5mm。于是光管中物镜的焦距f=200mm，测杆至ij平面反射镜键支点的距离2X200n=805目镜的放大倍数为12。因此，量仪的放大倍数K=12n=960光管

6、中分划板上刻度尺的刻度间距为0,08m,从目镜中看到的刻度尺影象的刻度间距为d=l2x0,08=0.96mm。因此，量仪的分度值.a12>0.08一i=0.001mm=1umK12X80从目镜中可以读出刻度尺零刻线影象相对于固定指示线移动的格数，将它乘以量仪的分度值就是量仪示值。由于零刻线两侧各有100格刻度，因此量仪的示值范围为-100um至ij+1OOum。2 .实验步骤(1)根据被测表面的几何形状，选择测头并把它安装在测杆上。(2)根据被测塞规工作部分的基本尺寸或极限尺寸选取几块量块，并把它们研合成量块组。(3)参看图1-1,接通电源，拧动四个螺钉11,调整工作台10的位置，使它与

7、测杆8运动方向垂直(调整好后，切勿再拧动螺钉11)。(4)调整量仪示值零位。将量块组放在工作台10上，并使测头对准量块测量面的中央，按下列三个步骤进行调整。a.粗调整：松开螺钉15,转动螺母13;使横臂14缓缓下降，直至测头与量块测量面接触，且从目镜3的视场中看到刻度尺影象为止；再拧紧螺钉15;b.细调整：松开螺钉15,转动手轮5,使刻度尺零刻线的影象接近固定指示线，图如1-4(a),然后拧紧螺钉6。C.微调整：轻轻按动测头提升器7,使测头起落数次，零刻线影象的位置稳定后，转动另位调节手轮13(图1-2),使零刻线影象与固定指示线重合，图如1-4(b)。(5)按动测头提升器7,使测头抬起，取下

8、量块组，换上被测轴。分别对相隔90°的径向位置AA'、BB'进行测量。在工作台10上移动轴进行测量时，注意读取刻度尺影象示值中的最大值。(6)取下被测轴，再放上量块组复查示值零位。其误差不得超过i0.5um,否则重新测量。图1-43 .注意事项、测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。、操作要小心，不得有任何碰憧，调整时观察指针位置，不应超出标尺示值范围。、使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。、取拿量块时最好使用棉手套，避免用手直接接触量块.以减少手温对测量精度的影晌。、注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上。、量块使用前，要用棉花擦干净。、测量结束前，不应拆开

9、量块，以便随时校对零位。四、思考题1 .列举你所使用过的长度测理器具，比较其精确度，测量范围及使用场院合。2 .试分析绝对测量和比较测量的优缺点。3 .试分析产生测量误差的原因。技术测储实验报告班级学号姓名同组实验者实验一用立式光学计测量轴的直径一、仪器及被测零件仪器仪器名称分度值示值范围测量范围零件名称基本尺寸及极限偏差实验日期:年月日仪器读数（um被测轴实际尺寸方向轴1轴2轴3轴4截、面A-AB-BA-AB-BA-AB-BA-AB-B最小(mm)最大(mm)I-In-n合格性结论：实验二用内径指示表测量孔径一、实验目的1 .了解内径指示表的结构并熟悉其使用方法2 .掌握用内径指示表进行比较

10、测量的原理。、量仪说明和测量原理内径指示表是测量孔径的常用量仪。它由指示表和装有杠杆系统的测量装置组成，其结构如图2-1所示。测量时，活动测头1和固定测头2分别与孔壁接触，活动测头1向内移动，其位移经等臂直角杠杆，推动挺杆向上移动，使弹簧压缩，并推动指示表4的指针回转。该弹簧的反作用力使活动测头1对孔壁产生测量力。定心板3在弹簧的作用下始终对称地与孔壁接触。定心板3与孔壁的接触点的连线和被测孔的直径线互相垂直，使两测头位于该孔的直径方向上。量仪附有一组长短不同的固定测头，可根据被测孔直径的大小来选择使用。用内径指示表测量孔径，是采用比较测量的方法进行的。可用具有确定内尺寸L的标准圆环或用装在量

11、块夹中的量块组成的确定尺寸来调整内径指示表的示值零位。然后用它测量被测孔径，指示表的示值即为实际被测孔径对确定尺寸L的偏差AL。因此，实际被测孔径X=L+ALo-活动耨头牙一固定测头;3一定心板E-指示我三、实验步骤1 .根据被测孔的基本尺寸选取量块，或研合成量块组，装入量块夹中（或使用具有确定内尺寸的标准圆环）。2 .根据被测孔的基本尺寸选择合适的固定测头，把它拧入内径指示表的测量装置上相应的螺孔中，并加以固紧。3 .按量块组（或标准圆环）的确定尺寸调整指示表示值零位。将内径指示表的两个测头小心地放入量块夹白两个量爪之间（要先放入活动测头，并压紧定心板，然后放入固定测头）;按图2-2所示的方

12、法摆动量仪。当指示表指针回转到转折点（最小示值）时，这表示测头与量块夹的量爪表面垂直.然后转动刻度盘使指针指向其零刻线。如此反复多次，直到指针稳定地在零刻线处转折为止（内径百分表在校零时应注意手握直管上的隔热手柄）。4 .将内径指示表的量杆放入被测孔中，在孔的两个截面两个方向上，共测四个点，测量时应左右摆动指示表，找出最小读数（见实验报先告测量示意图）。测量时要特别注意该实际偏差的正、负符号：当表针按顺时针方向未达到零点的读数是正值，当表针按顺时针方向超过零点的读数是负值。5 .根据测量结果，确定被测孔的尺寸形状误差的大小，作出其合格性结论。6 .填写实验报告，清洗量仪及被测工作。图2-2调整

13、内径指示表示值等位S2-3测量孔径四、思考题1 .为什么内径指示表调整示值零位和测量孔径时都要摆动量仪找指针所指示的最小示彳1?2 .用内径指示表测量孔径属于何种测量方法？固定测头磨损对测量结果是否有影响技术测量实验报告班级学号姓名同组实验者实验二用内径指示表测内孔量仪名称分度值测量范围被测零件编号基本尺寸及极限偏差圆度公差0.004mma实验记录与测量结果M-MN-Na-ab-b圆度误差合格性结论:实验日期：年月日实验三、直线度误差测量一、实验目的：1 .了解合像水平仪的结构并熟悉使用它们测量直线度误差的方法；2 .掌握按最小条件和两端点连线作图求解直线度误差值的方法。二、直钱度误差的评定：

14、直线度误差是指实际被测直线对其理想直线的变动量，理想直线的位置应符合最小条件。最小条件是指实际被测直线对其理想直线（评定基准）的最大变动量为最小。测量数据可以用指示表测量实际被测直线上各测点相对于平板（测量基准）的高度来获得，也可以用水平仪或自准直仪对实际被测直线均匀节点测量，测量两相邻测点之间的高度差来获得。然后，按照最小条件或以首.尾两个测点的连线（即两端点连线）作为评定基准，由获得的测量数据用作图或计算方法求解直线度误差值。三.用合象水平仪测量直线度误差：1 .量仪说明和测量原理合象水平仪是一种精密测量仪器，用自然水平面作为测量基准。合象水平仪的结构见图3-1,它的水准器8是一个密封的玻

15、璃管，管内注入精微乙醛，并留有一定量的空气，以形成气泡。管的内壁在长度方向具有一定的曲率半径。气泡在管中停住时，气泡的位置必然图3-1合像水平仪1底板；2一杠杆；3一支承；4壳体；5一支承架;6放大镜；7棱镜;8水准器；9微分筒；10测微螺杆；11一放大镜；12一刻度尺10，动方向BB3-2用水平仪测量直线度误差的示意图I一新板；工一水平仪15实除被测直线：L一排板跨距；0J、：2,f-测点序号垂直于重力方向。就是说，当水平仪倾斜时,气泡本身并不倾斜，而始终保持水平位置。利用这个原理,将水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间高度差，如图心2所示.在水准器玻璃管管长

16、的中部从气泡的边缘开始向两端对称地按弧度值(mm/m)刻有若干均匀的刻度。水平仪的分度值用1角秒和mm/m表示。合象水平仪的分度值为2，,这角度相当于在1m长度上，对边高0.01mm的角度,这时分度值也用0.01mm/m或。01/1000表示，参看图3-1和图3-3,测量时步合象水平仪水准器8中的气泡两端经棱镜7反射的两半象从放大镜6观察。当桥板两端相对于自然水平面无高度差时，水准器8处于水平位置，则气泡在水推器8的中央，位于棱镜7两边的对称位置上,因此从放大镜6看到的两半象相合(如图3T。所示)如果桥板两端相对于自然水平面有高度差，则水平仪倾斜一个角度由因此气泡不在水准器8的中央，从放大镜6

17、看到的两半象是错开的(如图3-3占所示).产生偏移量(G相合，Q)错开图3T气泡的两半象为了确定气泡偏移地/的数值,转动测微螺杆10使水腐器8倾斜一个角度以使气泡返回到棱镜7两边的对狒位置上。从放大镣中观察到气泡的两半象恢复成图3Tq所示相合的两半像。偏移量/先从放大钺11由刻度尺12读数，它反映测微蟠杆10转动的整圈数.再从测微螺杆手轮9的刻度盘读数(该盘每格为刻度尺一格的百分之一3它是螺杆10转动不足一圈的细分读数。读数取值的正负由测微螺杆手轮9指明测微掾杆1。转动的格效小桥板跨距L(mm)与桥板两端相对于自然水平面的高度差h之间的关系为*h=O.OlaLpm2 .实验步骤(1)把被测直线

18、调整到大致水平，并在被测直线旁标出均匀布点的各测点的位置。,(2)根据两相邻测点间的距离选择附距适当的桥板，将水平仪安放在桥板上，排后沿被测直线把桥板放在被测直线的一端,记下水平仪第一个示值品按各测点的位置依次逐11段地移动桥板，同时记录各测点的示值/人注意每次移动时，应使桥板的支承在前后位置上首尾相接，而且水平仪不得相对于桥板产生位移，由始测点顺测到终测点后再由终测点返测到始测点.返测时，桥板切勿调头。(3)由测得的各测点示值4处理数据,求解直线度误差值3 .直线度误差的评定方法<1)按最小条件评定:参看图3T,由两平行直线包容实际被测直线附，成高-低-高三报点或低-高-低三极点相间接

19、触形式之一，则理想要素(评定基准)的位置符合最小条件，这两条平行宜线之间的区域称为最小包容区域。最小包容区域的宽度即为符合最小条件的直线度误差值/me(c)高-低-高三极点Q)底-高-低三极点圈3一4最小包容区域0-高很点：口一低极点(2)按两端点连线评定，参看图3-5,以实际被测直线两端点B和E的连线I孤作为评定基推,取各测点相对于嫉连线的偏寓值心中的最大偏离值人与最小偏离值人总之差”作为直线度误差值，测点在连线人上方的偏离值取正值，测点在连线修下方的偏离值取负值。即/8£=卜"一八人4 .数据处理(1)按最小条件图解直线度误差值,参看图3-6,在坐标纸上用横坐标工表示测

20、量间隔(各弼点的序号)，用纵坐标>表示测量方向上的数值。将它们分别按缩小和放大的比例把各测点标在坐标纸上，然后把各测点连接成一条误差折线，该折线可以表示实际被测直线，按最小条件从谀差折线上确定高，低相间的三个极点，并作两条平行直线包容这条折线,从坐标线上量取这两条平行直线间的纵坐标距离，它的数值即为直线度误差值加力(2)按两端点连线图解直线度误差值*在坐标或上画出误差折线，然后连接其两个端点，得到两端点连线。从误差折线上找出相对于它的最高点和最低点。从坐标纸上分别量取12这两点至两端点连线的纵坐标距离，它们白绝对值之和即为直线度误差值fBE.（3）图解法处理数据示例：用分度值为0.01m

21、m/m的合像水平仪测量长度为1400mm的导轨的直线度误差。所采用的桥板跨距为165mm,将导轨分成7段进行测量。测量数据见表31表3-1直线度误差测量数据仪器位置测点序号及测量间隔01122334455667示值（格）顺测26.524.528.530282725返测26.525.528.329.627.626.825平均值i26.52528.429.827.826.925相对差值j=Ai-Aa(j=1,26)0-1.5+1.9+3.3+1.3+0.4-1.5累积值士AjiT0-1.5+0.4+3.7+5.0+5.4+3.9按表3-1所列各测点的示值累积值，在坐标纸上画出折线（见图3-6）。找其上两个高极点（0,0）和（5,+5）及一个低极点（2,-1.5）.作通过两个高极点的直线，再作过低极点且平行于高极点连线的直线，得到最小包容区域。从图上量得该区域的宽度为3.5格。因此,按最小条件评定的直线度误差值fME=0013.5165=0.005775mm=5.775m1000参看图3-6,作通过误差折线首、尾两点