《互换性与技术测量》课程实验指导书1

1、互换性与技术测量 实验指导书 机械设计制造及其自动化教研室编 2011.09 目录 实验 1 用立式光学计测量塞规 2 实验 2用内径百分表测量内径 4 实验 3 直线度误差的测量 7 实验 4 平行度与垂直度误差的测量 11 实验 5 表面粗糙度的测量 14 实验 6 工具显微镜长度、角度测量 18 实验 1 用立式光学计测量塞规 一、实验目的 1、了解立式光学计的测量原理； 2、熟悉立式光学计测量外径的方法； 3、加深理解计量器具与测量方法的常用术语。 二、实验内容 1用立式光学计测量塞规； 2、由国家标准GB/T 19571981光滑极限量规查出被测塞规的尺寸公差和形 状公差，与测量结果

2、进行比较，判断其适用性。 三、计量器具及测量原理 立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学测量仪。其所用长度基准为量 块，按比较测量法测量各种工件的外尺寸。 图1为立式光学计外形图。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作台11 等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图2b 所示。照明光线经反射镜I照射到刻度尺8上，再经直角棱镜2、物镜3,照射到反射 镜4上。由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后 成为平行光束。若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面， 刻度尺 的像7与刻度尺8对称。若被测尺寸变动使测杆5推动

3、反射镜4绕支点转动某一角度a （图2a），则反射光线相对于入射光线偏转 2 a角度，从而使刻度尺像7产生位移t（图2c）, 它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺 8间的距离为物镜焦距f，设b为测杆中心至 反射镜支点间的距离，s为测杆5移动的距离，则仪器的放大比 K为 K二上二他色 $6 tana 当a很小时，仁“。6 ：m和心m，因此 K-过 b 光学计的目镜放大倍数为12，f=200mm，b=5mm，故仪器的总放大倍数n为 窓=12K = 1212 x 2 x200 = 96O On 由此说明，当测杆移动 0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。 图1立式光学计外形图 图2立式

4、光学计测量原理图 四、测量步骤 1、按被测塞规的基本尺寸组合量块； 2、选择测头。测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几何形状 来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。所以，测量平面或圆柱面工件时，选用球 形测头；测量球面工件时，选用平面形测头；测量小于 10mm的圆柱面工件时，选用刀 口形测头； 3、调整仪器零位。 1）参看图1,将所选好的量块组的下测量面置于工作台II的中央，并使测头10对 准上测量面中央 2）粗调节。松开支臂紧固螺钉4,转动调节螺母2,使支臂3缓慢下降，直到测头 与量块上测量面轻微接触，并能在视场中看到刻度尺像时，将螺钉4锁紧。 3）细调节。松开紧固螺钉8,

5、转动调节凸轮7,直至在目镜中观察到刻度尺像与牲 指示线接近为止（图3a），然后拧紧螺钉 -7y -66 = 0 令式 11x 一 7y=O 中 x=0，则 y=0;令式 11x 一 7y-66=O 中 x=O，则 y=-11;所以， 11、l2在y轴上的截距之差为11格，即l1、l2在平行于纵轴方向上的距离为ll格，由公 式f=O.01Lf（格），求得丿门一X 3K） a： I I冲、丄ni 按国家标准GB/T 11841996直线度5级公差值为25um,误差值小于公差值， 所以被测工件直线度误差合格 实验4平行度与垂直度误差的测量 一、实验目的 1、了解平行度与垂直度误差的测量原理及方法；

6、2、熟悉通用量具的使用； 3、加深对位置公差的理解。 二、实验内容 1、工件一一角座（见图10）。图样上提出四个位置公差要求： 1）顶面对底面的平行度公差0.15; 2）两孔的轴线对底面的平行度公差 0.05； 3）两孔轴线之间的平行度公差 0.35; 4）侧面对底面的垂直度公差0.20。 2、量具一一测量平板、心轴、精密直角尺、塞尺、百分表、表架、外径游标卡尺 等。 三、实验步骤 1、按检测原则1（与理想要素比较原则）测量顶面对底面的平行度误差（见图11） 图10角座零件图 将被测件放在测量平板上，以平板面作模拟基准；调整百分表在支架上的高度，将 百分表测量头与被测面接触，使百分表指针倒转

7、1-2圈，固定百分表，然后在整个被测 表面上沿规定的各测量线上移动百分表支架，取百分表的最大与最小读数之差作为被测 表面的平行度误差。 2、按检测原则，测量两孔轴线对底面的平行度误差。用心轴模拟被测孔的轴线（见 图12），以平板模拟基准，按心轴上的素线调整百分表的高度，并固定之（调整方法同步 骤1）,在距离为L,的两个位置上测得两个读数 M1和M2，被测轴线的平行度误差应 为 式中 L被测轴线的长度。 图12测量两孔轴线对底面的平行度误差 3、按检测原则I测量两孔轴线之间的平行度误差（见图13）。用心轴模拟两孔轴线, 用游标卡尺在靠近孔口端面处测量尺寸口1及n2,差值（nl 口 2）即为所求平

8、行度误差。 4、按检测原则3（测量特征参数原则）测量侧面对底面的垂直度误差（见图14）。用平 板模拟基准，将精密直角尺的短边置于平板上，长边靠在被测侧面上，此时长边即为理 想要素。用塞尺测量直角尺长边与被测侧面之间的最大间隙，测得值即为该位置的垂直 度误差。移动直角尺，在不同位置重复上述测量，取最大误差值为该被测面的垂直度误 差。 平板 图14测量侧面对底面的垂直度误差 思考题 1目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把 误差折线的首点和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包容 直线，从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。

9、（1）以例题作图为例，试比较按两端点连线和最小条件评定的误差值，何者准确？为 什么？ （2）假若误差折线只偏向两端点连线的一侧（单凹、单凸），上述两种评定误差值的方 法情况又如何？ （3）同样是最小条件评定误差值，那么直接读取法与计算法比较那个更准确？ 2用作图法求解直线度误差值时，如前所述，总是按平行于纵坐标计量，而不是 垂直于两条平行包容直线之间的距离，原因何在 ？ 实验5 表面粗糙度的测量 目的与要求 1、学习光切显微镜测量表面粗糙度的原理和方法; 2、了解微观不平度十点高度 Rz的实际含义。 二、 测量原理 光切显微镜是利用光切法来测量表面粗糙度的，其原理如图3-1所示。由光源发出的光

10、经过聚光镜 2, 穿过狭缝3形成带状光束。光束再经物镜 4以45度角射向工件5，在凹凸不平的表面上呈现出 曲折光带，再以45度角反射，经物镜6到达分划板7上。从目镜看到的曲折亮带，有两个边界，光 带影像边界的曲折程度表示影像的峰谷高度h?。h?与表面凸起的实际高度 h之间的关系为 图双管显微镜工作原理图 式中，M为物镜6的放大倍数。 在目镜视场里，高度 h?是沿45度方向测量的，若在目镜测微器7的读数值为H，则h?与 H的关系 为h?=Hcos45?将前后两式代入可得, H cos45 2M H 2M E，则h二E H。系数E 作为目镜测微器装在 光切显微镜上使用时的分度值。E值与物镜的放大倍

11、数M有关，一般 它已由仪器说明书给定。 、测量仪器 光切显微镜 田1图二 1、基座，2、立柱，3、横臂，4、手轮，5、横臂紧固螺丝，6、微调手轮，7、手柄，8、 照明灯，9、插座，10、摄影装置，11、测微目镜，12、物镜组，13、快门线，14、百 分尺，15、工作台紧固螺丝，16、壳体，17、V型块，18、座标工作台。 19、测微目镜紧固螺丝，20、摄影选择旋钮，21、对焦辅助旋钮 四、测量步骤 1、按工作粗糙度的估计值，选择适当放大倍数的物镜并装在仪器上； 2、将被测工作置于工作台上； 3、通过变压器接通电源； 4、调整仪器，其步骤如下： (1) 松开横臂紧固螺丝5， 转动横臂3及手轮4，

12、 使镜头对准被测量表面上方， 然后锁 紧横臂紧固螺丝5; (2) 调节微调手轮6,上下移动壳体16,使目镜视场中出现切削痕纹； (3) 转动工作台，使加工痕纹与投射在工作表面上的光带垂直，然后交错调整微调手轮 6、对焦辅助旋钮2 1，直到获得最清晰光带为止； (4) 松开测微目镜紧固螺丝19，转动目镜，使目镜中的十字线的水平线与光带大致平 行。 5、转动目镜测微计，使十字线的水平线分别与光带上边缘的五个峰顶和五个谷底相切。 (fl)(b) 3七甘镜视场的图像 5)瞄峰顶*(昉一瞄谷底 从目镜测微计上分别读取各峰、谷的读数h1,h2,.h10，按下式算出微对不平度十点高度Rz,即 L(h1 +h

13、3+h5+h7+h9) (h2 + h4 + h6 + h8+h10) Rz 二 E 5 式中，hi的单位为格数。 6、于零件各部分的粗糙度不一定均匀一致，为了充分反映表面粗糙度的特性，必须在一 定长度范围内的不同部位进行测量并取其平均值。 7、按表面粗糙度国家标准，确定工件表面粗糙度是否符合要求。 数据表格：光切显微镜测量表面粗糙度 仪器型号及规格： 仪器测量范围： 被测零件要求表面粗糙度Rz= 所选用的物镜放大倍数： M=; E=。 测量结果 读数(格) 实测Rz (m) 五个峰点 五个谷点 h 1 h 2 Z h峰-送h谷 Rz = E= 5 h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h

14、8 h 9 h 10 X h峰 迟h谷 适用性结论： 思考题 1 . 为什么只测量光带一边的最高点（峰）和最低点（谷） 2 测量表面粗糙度还有哪些方法？其应用范围如何？ ？ C?如何确定? 3 用光切显微镜测量表面粗糙度为什么要确定分度值 实验6工具显微镜长度、角度测量 一. 目的与要求 1、学习工具显微镜测量的原理和方法； 2、工具显微镜的使用及操作。 3、掌握工具显微镜测量。 二. 设备与器材 JX14B工具显微镜一台，被测物品若干。 三作用与原理 （一）仪器特点 1、主显微镜配有多种目镜和物镜，视场宽，成像清晰。 2、采用光电数显技术，精密光栅尺作为测量元件，测量长度以数字显示，直观，方

15、便。 3、主显微镜可左右偏摆，适用于螺旋状零件的测量。 4、透、反射照明，内、外轮廓均可测量。 5、附件多，使用面广。 （二）、用途： JX14B数字式大型工具显微镜是机器制造工厂、科学研究机关及高等院校的计量部门或车间检查站 广泛使用的一种多用途计量仪器，该仪器采用光栅尺作为长度测量传感器。长度值采用数字显示， 具有较高的测量精度和操作效率。 仪器的用途十分广泛，其典型测量对象有： 1、测量各种成型零件如样板、样板车刀、冲模和凸轮的形状。 2、测量外螺纹（螺纹塞规、丝杠和蜗杆等）的中径、大径、小径、螺距、牙型半角。 3、测量齿轮滚刀的导程、齿形和牙型角。 4、测量钻模或孔板上孔的位置度，键槽

16、的对称度等形位误差，仪器带有光学定位器、 顶针架、双象目镜、轮廓目镜等多种附件。可使您得心应手地完成各种复杂的测量工作。 工作原理： JX11B如图所示: 10,光标方问调节钿 鳩零 Y清零 2, Y问微调旋钮 Y向锁紧 仁镜筒上下升降粗调 &熊筒上下升降微调 f 主轴倾斜调节钮 11.测量台 1/X向微调旋钮 3. X向锁紧 JX11B数字式万能工具显微镜，仪器工作原理与同类型万工显相同.只是在纵、横向 读数上应用了计量光栅莫尔条纹技术， 实现了数字显示。计量光栅通常是由一系列被等 宽透明的间隙所分开的不透明刻线所组成。它的特征指标是光栅常数3 （又称间距、节 距）是指两相邻刻线的距离，表征

17、的数值是每毫米刻线数的倒数。计量光栅是利用光栅 对产生的莫尔条纹来测量长度或角度的。 光栅常数为3的两块光栅，面对面地靠在一起，相互倾斜微小角度9,在光栅夹的 补角（180。9的角平线上，就能看到另一粗条纹，这些条纹通常称为莫尔条纹 （moire fringe）莫尔条纹间的距离 W=3/ 9（9的单位为弧度，3的单位为毫米）当二块 光栅选定时，3随9的增加而减少，随9的减少而增加，由上式可知，莫尔条纹间距3 被放大了 1/ 9倍光栅常数。 如图所示，当二块光栅中的的任一块沿 X方向移动时，莫尔条纹就沿 丫轴移动， 对某一定点来说，光的强弱明暗发生周期性变化，也就是相当于产生了一个代表位移量 的

18、光信号，每当光栅相间间移了一个 3莫尔条纹就移动了一个 W即条纹明暗变化了一 个周期。3和W是相对应的，所以测出了莫尔条纹移动的数目，就能测量出光栅相互 间移动的距离。如果用光敏二极管接收其变化记号，并经电子计数器记录条纹移过的数 目（即莫尔条纹明暗变化的次数）即可获得光栅的移动量。通常，指示光栅是固定不动 的，标尺光栅装置在纵向、横向的滑台上，因此，光栅的移动量就是纵向、横向滑台的 移动量，从而完成工件长度的精密测量。 从光源1射出的光线经聚光镜2而形成了平行光通过指示光栅 3和标尺光栅4后产 生莫尔条纹再经四分透镜5成象于光敏二极管6上，光敏二极管的输出记号进行细分运 算放大电路7计数脉冲形成电路8,经换向门控方向控制9输入十进可逆计数器10,由 数字管理显示读数。JX11B使用100条/mm光栅，每移动0.01mm时，莫尔条纹明暗变 化一次，即一个周期，将这个周期进行100细分，即可获得100个脉冲记号就相当规模 于0.01/100=0.0001mm的光栅位移，从而取得 0.1卩山的最小显示值。 10.光标方向调节钿 2, Y向微调旋钮 匸镜筒上下升降粗调 &镜筒上下升降微调 9.主轴倾斜