互换性与测量技术实验指导书

目 录\l“_TOC_250003“试验一用投影立式光学比较仪测量光滑极限量规 1\l“_TOC_250002“试验二用合像水平仪测量平面度误差 8\l“_TOC_250001“试验三用工具显微镜测量孔组的位置度误差 15\l“_TOC_250000“试验四工件几何精度测量——综合试验 21试验一用投影立式光学比较仪测量光滑极限量规一、试验目的1.了解投影立式光学比较仪的根本原理、构造及操作方法；2．把握用投影立式光学比较仪测量外径的方法及量块的正确使用方法；3．加深对相对法测量的理解。二、试验内容用投影立式光学比较仪测量轴径。将所测数据进展处理、判定合格性。三、仪器介绍及测量原理投影立式光学比较仪概述投影立式光学比较仪是一种构造简洁精度较高的常用光学仪器。主要用于线性外尺寸的周密测量，常用来检定5等、6等量块、光滑极限量规及测量相应精度的零件。其测量方法属于接触式、相对测量法。以量块作为基准，按相对测量法测出被测件相对于量块的微小偏差。也可用于测量范围在0.1内确实定测量。JD31-1学计管、投影灯、工作台等几局部组成。14体内装有隔热玻璃分划板、反射棱镜、投影物镜、直角棱镜、反光镜、投影屏及放大镜等光学零件。在壳体的右侧装有零件微动螺钉4，转动它可使分划板得到一个微小的移动，而使投影屏上的刻线快速地对准零位。147杆放大系统的测量杆，测帽13装在测量杆上，测量杆上、下移动时，使其上端的钢珠顶起平面反光镜倾斜一个φ角，其平面反光镜与测量杆由两个抗拉弹簧牵制，对被测9的杠杆作用而实现的。测帽提升器9上有一个滚花螺钉，可调整其上升的距离，以便将工件便利地推入测帽下端，并靠两个抗拉弹簧的压力使测帽与被测件良好地接触。16V低压变压器上，照明灯的功率是6V15W，投影灯下端装有滤色片组，也可依据需要将滤色片组拧下来获得白光照明。工作台在外形上有大小和平面与带筋面之分，在应用时又有固定式与调整式之分，在测量前应依据被测件的外表外形对工作台进展选择，使测量的接触面最小。对于可调整的工作台还应对其进展较对，使工作台平面与测帽平面保持平行。1—投影灯 2—螺钉 3—支柱 图1-2投影立式光学计的光学系统图45—主柱6—横臂固定螺钉789—测帽提升器10—工作台调整螺钉1112—变压器131415—微动托圈固定螺钉16—光管定位螺钉17—微动托圈1-1投影立式光学计立式光学计的测量原理1-21发出的光线经聚光镜26，再通过隔热玻璃78的刻线面，再通过反射棱镜9后射向准12812的聚焦平面上，所以成像光束通1213上，依据自准直原理，分划板13129反射成像在投影物4的物平面上，然后通过投影物镜43510上，1110上的刻线像。1-3所示。位于物镜焦点上的物体〔目标〕C发出的光线经〔一条没有经过折射的光线称主光轴的平行光束。光线前进假设遇到一块与主光轴相垂直的平面反射镜，则仍按原路反射回来，经物镜后光线仍会聚在焦点上，并造成目标的实像C＇与目标C完全重合。假设使平面反射镜对主αα角，所以反射光线就转2α角。反射光线经物镜后，会聚于焦平面上的C〃点，C〃点是目标C的像，与C点的距离为L，从图上可知：L=f·tan2α式中：f—物镜的焦距。1-3自准直原理平面反射镜偏转角度αC〃偏离目标C的距离L标像C〃的位置偏离值来确定平面反射镜的偏转角度α，这就是自准直原理。假设在主光轴的轴在线安装一个活动的测量杆，测量杆21接触，同时平面反射镜可绕支轴M摇摆。假设测量杆2发生移动，就推动了平面反射镜1围绕支轴M2的移动量S1的摇摆偏转角α的关系是正切关系，由图可知：S=a·tanα式中a—测量杆至支轴M的距离，称为臂长。通过一块平面反射镜把正切杠杆机构与自准直系统联系在一起，这样，测量杆1S2α角，于是目标像C〃l。只要把l1的移动量S，这就是光学计管的工作原理。目标像的移动量L与测量杆的移动量S的比值叫做光学计管的光学杠杆放大比，KKL

S tanαtg2α≈2α，tgα≈α，简化而得：K=2f/a一般光学计管的物镜焦距f=200mm，臂长a=5mm，代入上式得：K=2×200/5=80倍801μm时，目标像就移动了80μm。为了测出目标像C〃的移动量，将目标C做成分度尺形式。分度尺的分度值0.001mm，因此它的刻度间隔为：0.001×K=0.001×80=0.08mm分度尺共有±100个刻度，其示值范围为±0.1mm。分度尺的像通过一个目镜来观看，目镜的放大倍数为12倍。这样，光学计管的总12K=9601μm960倍的放大，相当在1mm。四、测量步骤⑴投影灯的调整〔见图1-：将电源接在6伏低压变压器12上，使投影灯转向工作台面，调整灯丝的轴向位置，在工作台上放一张白纸，使灯丝像很清楚地投在白纸上，再将灯泡位置固定，然后将投影灯1转动至壳体入射窗的正中心，再将胶木螺2固紧，然后再调整投影灯上端的二只调整螺钉，使投影屏上获得均匀照明。接触，以削减测量误差。因此，测平面用球形测帽，测圆柱面用刃形测帽，测球形工件用平面测帽。测帽选好后，应将其套在光学计管下端的测量杆上，并用螺钉固紧之。〔一般是从所需尺寸的未位数开头选择，将选好的量块用汽油棉花擦去外表防锈油，并用绒布擦净．用少许压力将两量块工作面相互研合)，并将其放在工作台上。松开横臂固定螺钉6，旋转横臂升713至投影屏上消灭分划板的刻线像时〔依据阅历，一般粗调至刻线尺寸为+60μm四周，将横臂固定螺钉6拧紧。松开螺钉1，转动微动偏心手轮8进展微调，使刻线零位与指示线相重合后，拧紧螺钉15。此时，零位会有所偏移，再通过零位微动螺钉4调整，使之准确重合对零。并屡次〔2～3次〕9如零位变化超过／10〔，使刻线零位与指示线屡次严格重合。1-4通规测量位置示意图 1-5止规测量位置示意图⑷进展测量：按下测帽提升器9，取下量块组，将被测工件放在工作台上，并在测帽下面来回移动〔留意：肯定要使被测轴的母线与工作台接触，不得有任何跳动和倾斜，登记标尺读数的最大值〔即转折点的值，即为读数值。在图1-4和图1-5所示轴的三个横截面上，相隔90°径向位置的三个方向上测取假设干个实际偏差值，并由此计算其实际尺寸。按塞规的验收极限尺寸推断其轴径的合格性。五、留意事项测量前应先擦净零件外表及仪器工作台。使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。度的影响。留意保护量块工作面，制止量块碰撞或掉落地上。量块用后，要用航空汽油洗净，用绸布擦干并涂上防锈油。测量完毕前，不应拆开量块组，以便随时校对零位。六、测量数据处理及零件合格性的评定考虑到测量误差的存在，为保证不误收废品，应先依据被测轴径公差的大小，查表得到相应的安全裕度A，然后确定其验收极限。假设全部实际尺寸都在验收极限范围内，则可判此轴径合格，即：Es-A≥Ea≥Ei+A式中：Es——零件的上偏差Ei——零件的下偏差Ea——局部实际尺寸A——安全裕度七、填写测量报告单按要求将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单中。一、测量仪器及量具：1测量范围〔㎜〕测量范围〔㎜〕示值范围〔㎜〕分度值〔㎜〕示值误差〔㎜〕2量块序号通规用量块尺寸止规用量块尺寸二、被测工件

第一块〔㎜〕其次块〔㎜〕第三块〔㎜〕 量块组合尺寸〔㎜〕名称名称通规止规根本尺寸〔㎜〕 偏差〔um〕下偏差〔um〕三、测量结果及数据处理用投影立式光学比较仪测量实际偏差〔um用投影立式光学比较仪测量实际偏差〔um〕用投影立式光学比较仪测量实际偏差〔um〕位置I—III—IIIII—III位置I—III—II测量日期年月日测量者通规方向A—A’止规方向A—A’B—B’A’—AB—B’A’—AB’—BB’—B2、数据处理画出被画出被测量规的公差带图写出被测量规的实际尺寸合格性评定审批四、思考题：依据被测光滑极限量规的根本尺寸，怎样选择量块和研合成量块组？仪器的测量范围和示值范围有何不同？试验二用合像水平仪测量平面度误差一、试验目的了解合像水平仪、正弦尺的根本原理、构造及操作方法。学会平面度误差测量的方法；把握平面度数据处理方法。二、试验内容测量平板的平面度误差。将所测数据处理、判定合格性。三、测量原理及器具检验零件较小的角度。图2-1 合像水平仪构造和测量原理系统图2-1287、测量系统〔读数鼓轮9、微动螺杆1、刻度板1、放大镜6和壳体4以及具有V1组成。合像水平仪是利用棱镜将水平器中的气泡像复合放大利用杠杆和微动螺杆传动机构来提高精度和灵敏度。合像水平仪因具有测量准确、效率高、价格廉价、携带便利等特点，在检测工作中得到广泛承受。假设合像水平仪基准平面与自然水平基准平行，此时水平器的气泡位于两棱镜的中76中观看将消灭如图2-12-19和微动螺杆10，7恢复成一个光滑的半圆头气泡。使用方法：1〕测量时将水平仪稳置于被测件外表〔两者均需擦拭干净，转动读数鼓轮，使气泡影像完全符合，便可进展读数。读数时毫米值从刻度板读得，忽米值从刻度盘读得，两局部之和即为读数。读数的正负由圆刻度盘的旋转方向打算。正为2〕水平仪上所标志的示值是以1米为基长的倾斜值，测量长度的实际倾斜值=刻度示值L读数值〔以忽米为单位的读数值L为凹凸两点间的距离。本试验光学合像水平仪技术资料：工作面：16548，刻度示值：0.01mm/m，示值误差：不大于0.0025mm/m，测量范围：5至+5mm/m，在全部测量范围内的误0.02mm/m1至+1mm/m0.01mm/m，工作面不平度：不大于0.003mm/m()，净重：1.95kg。正弦规〔又称正弦尺〕正弦规如图2-2所示，它是间接测量法测量样板角度、圆锥体以及其它类似工具及工件的专用量具，需要和量块、指示表或水平仪等协作使用。它由主体〔钢制长方体〕和两个圆柱〔固定在其两端的两个一样直径的钢圆柱体〕等组成，两端的圆柱中L100mm200mm两种规格。按工作台面的宽窄分，宽面式与窄面式两种正弦规。宽面式正弦规台面上的螺纹孔，用于夹紧工件。图2-2 正弦规构造图 图2-3 测量锥体图用正弦规测量角度的原理是以利用直角三角形的正弦函数为根底，如图2-3所示。在直角三角形中，sinhL，式中h为量块组尺寸，按被测角度的公称角度45的角3035。测量锥体时，锥度K2tg，导出sin24K

。依据被测圆锥的公称锥角2，按下式计算出量块组的高hhLsin2h4LK

e、f两点，测e、f两点的高度差H，则锥度误差2Hl式中la、b两点之间的距离，此测量方法为间接测量法。用于测量平面度在平面度测量中，正弦规被当作桥板来使用的。测量时将合像水平仪放在桥板上相对不动，再将桥板置于被测外表上。由于被测外表存在平面度误差，测量器具置于不同的被测部位上时，其倾斜角将发生变化，当跨距肯定时，这个微小倾角与被测两点的高度差就有明确的函数关系，通过逐个节距的测量，得出每一变化的倾斜度。当用合像水平仪测量时，假设被测两点此时合像水平仪的读数值即为该两点相对自然水平面的高度差，刻度盘读数与桥板跨L之间的关系为：h=i·L·ai—合像水平仪的分度值，a一被测件的水平高度差值〔格。经过数据处理，即可求出被测外表的平面度误差值。四、测量步骤先把被测平板调至大致水平，把合像水平仪放在桥板上再置于被测平板上。按桥板跨距，把被测平板外表均匀分段，划分网格测量点，在被测外表上均匀取9点。测〔在测量方向可看作点接触各等分点位置上进展测量。到终点后，自终点再进展一次回测，回测时桥板不能调头，同一测点两次读过的平均值为该点的测量资料。如某测点两次读数相差较大，说明测量状况不正常，应查明缘由并加以消退后重测。〔桥板首尾连接端读数鼓轮处读得十位和个位数。五、数据处理〔一〕测量资料的简化与整理为了作图的便利，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差。依据各测点的相对差，在坐标纸上描点。作图时不要漏掉首点〔零点一点的坐标位置是在前一点坐标位置的根底上累加。0.01mm，选用的桥板节距L＝200mm，测量的记录数据见下表。解：数据处理的步骤如下：⑴先将各点的顺测值与回测值取平均⑵简化测量资料：＝274格。测点序号i012345仪器 顺测—273278285283270读数 回测—275280287285272i〔格〕平均—274279286284271相对差△i〔格〕00+5+12+10-3坐标值yi00+5+17+27+24测量测量数据1、三点法：以三等高点为基准平面，作平行于基准平面且过最高点和最低点两平行平面，则其平面度误差为上、下两平行平面之间的距离，即：最高点读数值减去最低读值。2、对角线法：先在被测外表上均匀取9点采集数据，再通过基面转换分别将被测平面的两对角线的等高值，然后作平行于两对角线且过最高点和最低点两平行平面，则其平面度误差为上、下两平行平面之间的距离，即：最高点读数值减去最低读值。1212312123120-300-30aaa310b2b1b8c8c0c30+2+4-20+2-4-200-14823460表2-1平面度误差的测量资料 表2-2对角线平面法以对角线a1c3a3c1因两对角线分别等高，已符合对角线平面法。f=+8-(-1)=9对角线平面法：先做基面旋转，以对角线为转轴进展旋转，使得另一对角线两点等高值，当两对角线分别等高值，就符合对角线平面法。最大值与最小值之差即为平面度的误差。3、最小区域法：通过基面转换，按最小区域原则求出平面度误差值。对三组数据分别进展数据处理，以最大的平面度误差值作为测量结果。是否符合最小区域法的判别方法是：由两平行平面包涵被测实际外表时，至少有三点或四点相接触，相接触的凹凸点分如有以下三种形式之一者，即属最小区域。三个相等最高点与一个最低点〔或相反：最低〔或高〕个相等最高〔或低〕点组成的三角形之内。低点联机之两侧。两个相等最高点与一个最低点〔或相反：最低〔或高〕相等最高〔或低〕点联机之上。例：按网格布点共测9点，读数值如表。按最小区域法评定被测外表的平面度误差值。31 为了便于观看，先将测量资料各值均减去10，使最大正值为零；以b、c为旋转轴逆时针做旋转，a为最大转动量，得+10。各点的增减量按比例；基面旋转后结果为前两项相加。从表中可知已消灭两个等值最高点0，两个等值最低点-6.7，该四点已符合最小条件的穿插准则，故31 -10-13-10-6.7-6.30+3.3+6.7+100-8-90-4.7-2.30+3.3+6.7-2-2-10-5.3-2-6.7-3.30+3.32-3最小包涵区域法六、填写测量报告单一、测量仪器及量具：光学合像水平仪规格〔㎜〕规格〔㎜〕读数值〔㎜/m〕示值误差〔㎜〕桥板规格〔㎜〕规格〔㎜〕精度等级二、被测工件名称名称精度等级根本尺寸〔㎜〕三、测量结果及数据处理测点序号i顺测测点序号i顺测读数i回测平均相对差△i坐标值yi测点序号i顺测读数 回测i 平均相对差△i坐标值yi测量日期年月日测量者测量数据01234567892、数据处理画出被画出被测平板9点数值网格图表写出被测平板的平面度误差合格性评定审批四、思考题：测量过程中为什么不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置？试验三用工具显微镜测量孔组的位置度误差一、试验目的了解工具显微镜的工作原理、构造和生疏使用操作方法；把握孔组的位置度测量及数据的处理方法。二、试验内容用工具显微镜测量孔组的位置度误差；将所测数据进展处理、判定合格性。三、仪器介绍及测量原理3-1IM型测量显微镜的外形图，它主要由底座、立柱、物镜、目镜、XY标工作滑台、测微手轮、角度盘、反射照明器、透射照明器和电源等局部组成。适用于长度和角度的周密测量。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、角度和外形进展测量，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。1—目镜；2—视度调整圈；3—目镜座；4—光学镜管；5—反射照明灯；6—物镜；7—XY工作台；8—角度盘；9—压紧螺钉；10—游标；11—锁紧螺钉；12—调焦手轮；图3-1 IM型测量显微镜的外形图3-287和玻璃工作65、反射棱镜41的焦平面上，从目镜中观看到放大的工件轮廓影像，另外，也可用反射光源，照亮被测工件。1—目镜；2—分划板；3—透镜组； 图3-3 米字分划板4—反射棱镜；5—物镜组；6—工作台玻璃；7—绿色聚光镜；8—光源图3-2 测量显微镜光学系统图主要技术参数：X坐标〔纵向：25毫米Y坐标〔横向：25测微鼓分度值：0.002毫米角度盘分度值：1度游标分度值：6分15，视场13267mm测量精度：在X向或Y5mm0.005mm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。依据被测件的外形、大小及被测部位的不同，一般有以下几种方法：①影像法：中心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展瞄准，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。利用仪器所配附件测量刀上的刻线，来替代被测外表轮廓进展瞄准，从而完成测量。③接触法：用光学定位器直接接触被测外表来进展瞄准、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：有肯定厚度的平板件、深孔零件、台阶孔、台阶槽等。四、测量方法及步骤〔一〕测量方法：选择照明方式：在掌握面板上设有照明器选择旋钮1〕透亮照明适用于工件轮廓的测量和观看；2〕反射照明用来观看和检测工件，通过调整照明器的角度和方位，到达最正确照明效果；3〕同时测量和观看工件的轮廓及外表，则并用前两种照明方式。对测量外表进展调焦：先调目镜视度，使能清楚看到分划板的刻线如图3-3所示，然后通过调焦手轮上下移动显微系统，使工件的被测外表由物镜清楚成像在分划面上。移动时，要特别留神，不得过量，否则将损坏仪器。工件定位：以XY工作台的移动方向调整好十字线的方位后，工件测量方向应与工作台的移动方向全都；长度测量：转动测微头，使十字线的一边与工件上的测量点重合，在测微鼓轮上读取第一个数值，转动测微头移开工作台，使十字线的同一边与另一测量点重合，读取其次个数值，两个读数值之差即表示两测量点之间的距离。角度测量：方法之一是转动测微头，移开工作台，使工件的尖棱与十字线中心重合；转动角度盘，使分划板十字线的一边与工件的棱边重合，读取第一个数值；旋转角度盘，使十字线的同一边与工件另一棱边重合，角度盘的两次读数之差，即为工件的角度值。方法之二是旋转角度盘和移开工作台，十字线的同一边先后对准工件的两棱边，从角度盘读取数值。〔二〕测量步骤：将被测零件清洗干净后置于工作台，并按基准A、B调整即用目镜中米字线的中心线对准测量基准，使零件与测量装置的坐标方向全都，然后测出坐标原点x和y0 0的数值；12利用目镜的米字刻线，用压线法分别测出各孔孔边的坐标值，移开工作台再将X,再移开工作台将米字中线相切于同一孔的另一孔边，登记坐标值X,Y方向方法类同。将测量值记录到试验报告中；12计算各孔的中心坐标值；xx 1x

x2xi 2 0yyy 1 2yi 2 0计算各孔中心位置相对于理论正确位置的偏差；xxxi iyyyi ix、y分别计算各孔的位置度误差fix2x2y2i ii推断被测零件位置度的合格性f imax t式中为位置度公差。 图3-3试件被测对象形位公差要求t五、留意事项工件放在工作台玻璃板上要轻拿轻放；调焦移动显微系统时，肯定要格外留神缓慢调整，防止移动超出范围而损坏仪器；不许用手触及目镜和物镜镜片；测微头〔测量手轮〕有极限位置，当旋到转不动位置时，不行强行用力转动。六、填写测量报告单按要求将被测件的相关信息、测量结果及测量条件填入测量报告单中。一、测量仪器仪器名称二、被测工件

测量范围mm纵向 横向 分度值名称名称位置度公差mm被测工件技术要求图三、测量结果原点读数原点读数X0=孔的序号X1Y0=测量值mmX2 Y1Y21234测量日期年月日测量者四、数据处理结果mm孔号孔号测得值XX向理论值Xfx测得值YY向理论值Y位置度f1234合格性结论及审批五、思考题：理论正确尺寸是什么？在图样上如何表示？它起什么作用？试述被测要素的公差带外形和大小，以及与基准的关系。试验四工件几何精度测量——综合试验由于形位公差的工程多达十四个，加上零件构造形式多种多样，所以测量形位误差的仪器较多，方法敏捷。基于这种状况，国家标准GB/T1958—2023《产品几何量技术标准〔GPS〕外形和位置公差检测规定》确定了形位误差的五条检测原则。检测形位误差时，应依据零件的特点和检测条件，依据这些原则确定出合理的检测方法和相应的测量装置。一、试验目的了解形位误差的检测原则；2．加深对形位元公差工程的理解；3．把握用偏摆仪测量回转类零件的形位元元误差的方法；把握检测的一般步骤，能独