互换性与测量技术基础实验指导书

1、互换性与测量技术基础实验指导书注 意 事 项一、学生在上实验课前，应认真阅读实验指导书和实验装置、仪器设备的介绍， 了解实验目的、测量方法、测量步骤和测量结果的处理。二、学生应按规定时间来做实验。进入实验室后，按要求签名报到。如有特殊情 况，必须办理请假手续，并尽快利用空闲时间补做实验。三、学生在做实验过程中，应该保持良好的学习环境，爱护室内公共卫生，遵守 实验室相关规定。四、在开始实验时，应严格遵守操作规程，听实验指导老师讲解操作全过程后， 方可开展实验，使用仪器和量具。填写实验记录要认真仔细，独立完成每项 实验的全部测量过程。五、在实验教学过程中，如发生事故，应停止实验，及时通报，经实验指

2、导老师 查明原因，排除故障后，再恢复实验的正常进行。六、实验完毕，应将使用过的量具、仪器、附件和工件的金属表面擦洗干净，归 还原处，主动清理实验现场后，经指导老师认可同意，方可离开实验室。七、实验报告应在规定的时间内，交给实验指导老师批阅。实验成绩占本门课程 总成绩的 10。目录实验一 光滑工件轴径尺寸的测量.1实验二 导轨直线度误差测量.5实验三 齿轮齿圈径向跳动测量.9 3实验一 光滑小球直径的测量一、实验内容在立式光学比较仪或投影立式光学计上，以量块为基准，用比较测量法， 测量光滑小球直径。二、实验目的1了解光学比较仪的工作原理和结构。2熟悉测量技术中常用的度量指标和量块、量规的实际运用

3、。3掌握光学比较仪的调整步骤和测量方法。4对测量数据能进行处理，作出正确的判断结论。三、实验基本原理与方法1立式光学比较仪概述 立式光学比较仪简称光较仪，也叫立式光学计。其外形结构如图 1-1 所示。它由底座、横臂、光学计管和工作台等部分组成。图 1-1 立式光学比较仪1-底座；2-立柱；3-横臂紧固螺钉；4-光管；5-测头提升器；6-工作台7-横臂调节螺母；8-横臂；9-光管细调装置；10-光管紧固螺钉立式光学比较仪是一种精度较高、结构简单的常用光学仪器。它是以量块 为基准，用比较测量法来测量各种精密工件的外尺寸，也可在±0.1mm 范围内 作绝对测量，还可用 4 等量块作基准，检

4、定 5 等（3、4 级）量块。11仪器的主要度量指标如下：分度值1m 示值范围±100m 测量范围0-180 m0-120 m（装投影器时） 示值误差±0.25 m示值稳定性0.1 m测量误差±（0.5+L100）m，式中 L 为被测尺寸（以 mm 计）。2光学系统及光管结构原理 光较仪管是利用光射现象产生放大作用（或称光学杠杆放大原理）进行测量的仪器。其光学系统如图 1-2(a)所示（b）图 1.2 仪器光学原理图（a）照明光线经反光镜全反射到棱镜 2，折射照亮分划板左半部的标尺（共 200格，分度值为 1 m）而继续前进，再经直角转向棱镜 3 折向物镜 4。由

5、于分划 板位于物镜的焦平面上，所以光线经物镜平行射在反射镜 5 上，又由于反射镜 正好对着物镜，因此，光线又按原光路系统反射回去，使分划板的标尺成像在 分划板的另一半面上。此面中间刻了一条固定指示线，当反射镜 5 处于水平位 置时，指标线正好对准标尺线的零刻线，如图 1-2(b)所示。当被测尺寸变动使 测杆 6 推动反射镜 5 绕其支点转过某一角度时，则分划板上的标尺将向上（或 向下）移动一相应距离 l。此移动量可按标尺刻线移动的格数及符号读出。光学正切杠杆放大原理如图 1-3 所示。图 1-3 光学正切杠杆放大原理图s 为被测尺寸变动量，l 为标尺象相应的移动距离。物镜至分划板刻线间的 距离

6、 f 为物镜焦距，若测杆至反射镜支承之间的距离（即矩臂）为 b，则放大比 K 为：K = l s= f tan 2ab tana由于 角一般比较小，可取 tan22，tan。四、测量步骤1用立式光学比较仪测量光滑小球的直径2选择测帽（测量头） 在光较仪的测杆上套上合适的测帽。测帽的工作面有球形、刀刃形和平面形三种，根据被测工件的形状进行选择，须使被测件与测帽的接触面最小，即 近于点接触或线接触。本实验被测件为塞规通规，属轴径尺寸测量，应选刀刃 形或平面测帽。3调整反射镜 缓慢拨动测头杠杆提升器，从目镜中能看到标尺像。若此像不清楚，可调整目镜视度环。4组合量块 按小球直径的基本尺寸组合量块（参阅

7、有关使用知识，选用量块并研合好）。5调整工作台测量时是以工作台表面作为基准面，因此要求台面应与测杆移动方向垂直，可用工作台调整螺钉来进行调整。6调整零位 松开螺钉，转动手轮，使光管处于高低适中的位置后固紧螺钉。使量块组下测量面（工作面）置于工作台中心，并使其上测量面中点对准测头后，按粗 调、细调、微调方法调整。粗调整方法：旋松横臂紧固螺钉（要握住横臂，以防光管突然下坠），转动 调节螺母使横臂缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触（注意，勿使量 块在测头下挪动，以免划伤量块测量面），在目镜内看到标尺像后，拧紧螺钉。细调整方法：松开紧固螺钉，徐徐转动细调凸轮手轮，使目镜内的零刻线 与固定指标线接

8、近重合，拧紧螺钉。微调整方法：轻轻按动杠杆提升器，待测头起落几次，零刻线位置稳定后， 转动零位调整装置，使直角棱镜摆动一微小角度，让零刻线与固定指标线重合， 零位调整完毕。7检查示值稳定性按动测头杠杆提升器 2-3 次，检查示值稳定性。要求零位不超过 1/10 格， 如超出过多，应寻找原因，并重新调整零位（各紧固螺钉应拧紧，但不宜过紧， 以免仪器部位变形）。8按下杠杆提升器，使测头抬起，将量块取下，放置在白软绸布上9开始进行测量 将小球放在工作台上进行操作，并在测头下面缓慢地来回移动，记下通过轴径的标尺读数最大值（即读数转折点，注意正负号），即为被 测件相对量块尺寸的偏差值。滚动小球，再重新进

9、行测量。把测得数 据填入实验记录中。测量结束后，取下光滑小球，放上量块组复查零位，其误差不得超过±0.5m，否则重新测量。五、主要仪器设备及耗材1立式光学比较仪2量块、光滑小球3镜头纸、绸布、玻璃盒、无水乙醇六、思考题1何谓分度值、刻度间距？它们与放大比的关系如何？2示值范围与测量范围有何不同？试举例说明实验二 导轨直线度误差测量一、实验内容直线度误差是属于形状误差的范畴。对于机床、仪器导轨或其他窄而长的 平面，为了控制直线度误差，常在给定平面（垂直或水平）内进行测量。当采 用“与理想要素比较”原则测量时，其测量方法可分为两大类。第一类，直接测量法：理想直线用实物模拟，直接测出被测实

10、际线到测量 基准的直线距离。如以刀口尺、平尺作为理想直线与被测实际线相比较，量值 直接用自估、塞尺或量块、指示器等获得。第二类，间接测量法：理想直线是水平线或线光束。测量时依次测出被测 实际线各分段的斜率变化，通过作图画出被测线的近似轮廓折线，或通过计算 得出各测点的坐标值，然后按某种评定基准来确定相应的直线度误差。常用的 小角度仪有水平仪（钳工、框式、合象和电子水平仪）和自准直仪两种，本次 实验是采用跨距法，用光学合象水平仪测量机床导轨在垂直面内的直线度误差。二、实验目的1了解光学合像水平仪的结构、原理及使用方法。2学习用光学合像水平仪测量直线度误差和数据处理的方法。3加深对直线度公差与误差

11、的定义及特征的理解。三、实验基本原理与方法光学合像水平仪是用来测量平面和圆柱面对水平方向微小倾斜角的仪器， 常用于测量导轨的直线度、平板的平面度和设备安装位置的正确性。仪器的测 量范围为 0 5mm/m，分度值为 0.01mm/m。图 4-1图 4-2合像水平仪外形及结构原理如图 4-1（a）（d）所示。外形为底座（平面及120V 型槽）与壳体。其内部则由杠杆、水准器、两个棱镜、读数装置以及窗口 所组成。使用时将合像水平仪放在被测表面上，或将其置于跨距为 L 的桥板（图4-2）上相对不动，通过两光学棱镜将气泡两端像的一半多次反射，可从窗口看 到汽泡两端的半边像。若被测表面不直或安放位置不理想（

12、即与大地水准面有 一微小倾斜角），导致汽泡移动，此时两半边像错开。如果被测表面无直线度误 差，此时水准器上的汽泡处于两棱镜的中间位置，气泡两端的半边像合在一起， 其视场如图 4-1(b) (c)所示。将合像水平仪置于 1m 长的被测表面上，若该段表面有一微小倾角，水准器的汽泡向右偏移，则从窗口内看到的两半边合像右半长些，左半边短些，此 时将读数装置朝“十”方向旋转带动螺杆向下移动，经杠杆作用，水准器处入 水平位置。在这一过程中，可以见到左半边像逐渐增长，右半边像逐渐缩短， 直到两半边像逐渐重合，转动读数装置带动刻度盘（圆周等分 100 刻度）转过 的格数，即是合像水平仪在 1m 长度上倾斜的高

13、度差。对合像水平仪进行读数时，应先从毫米刻度读整数，再从刻度盘上读小数；转动读数旋钮带动刻度盘转一圈（100 格刻度）时，精密螺杆带动刻度指标移 动 1mm，所以，刻度盘上每一格，代表仪器在 1m 长度上高度差为 0.01mm。例 如：毫米刻度指标所指刻度是 3mm 多一点，刻度盘上刻度为 14 格（即 0.140mm）， 则合像水平仪的读数值为 3.140mm。（由于本实验直线度误差很小，没有超过1mm，可以不读毫米刻度，这样更为简捷）。四、测量步骤1准备工作将被测表面用汽油擦洗干净，并分成 n 个相邻的测量段，根据分段长度选 择桥板跨距 L。将分度值为 0.01mm/m 的光学合像水平仪放

14、在桥板上，先后置于 被测导轨的两端，使其大致调平。2开始进行测量 按分段（跨距）从首点至终点依次测量。测量时要注意，每次移动桥板必须将后支点放在前支点处，记下相对测量值（ai）。测量过程中，不允许水平仪调换方向。必要时，可以再从终点至首点依次进行测量。回测时桥板不要调头，取各相应测点两次读数的平均值作为该测点的测量值。3数据处理 将测量读数值依次填入实验记录中，并进行数据处理。为了作图和计算方便，最好用简化读数（如例题）。 按上述方法测量若干次，取其中最大的直线度误差作为被测件的评定值。4例题用合像水平仪测量长度为 2000mm 的平面导轨在垂直面内的直线度误差。 选用跨距 L=165mm（用

15、合像水平仪底座为跨距），测得的数据列入表 4-1。表 4-1测点序号 i12345678910相对读数 a 'i26.527.925.223.225.722.428.025.122.727.3简化读数a = a ' - ai i+1.5+2.9+0.2-1.8+0.7-2.6+3.0+0.1-2.3+2.3累积值iå ain =1+1.5+4.4+4.6+2.8+3.5+0.9+3.9+4.0+1.7+4.0注：本例取 a=25.0 格在坐标纸上以横坐标 x 代表测点序号或跨距长度（mm），纵坐标 y 代表各 测点的简化读数 ai 的累积值 å ai （格）

16、。作出被测导轨近似轮廓曲线（见图 4-3中）。y5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.5 0(累积值)L2fi¢ L1x1.01.52.02.53.03.512345678910(序号)图 4-3 被测导轨的近似轮廓曲线图将误差值 fi（格）按下式折算成线性值 f ( m)f = cLf i（m）式中：c 为水平仪分度值（0.01mm/m）；L 为使用的跨距（mm）。由于本实验用合像水平仪底座（165mm）作为跨距，因此，实际分度值为f=0.01×165/1000=0.00165mm根据 GB/T 1958-2004 的规定，形状误差是被测实际要素

17、对理想要素的变动 量，理想要素的位置应符合最小条件。因此进行数据处理时，应采用最小包容 区域法。由图 4-3 可看出，B3 点为高点，B0、B6 两点为低点。过 B0、B6 连一直 线 L1，过 B3 作 L2L1，这两条平行线之间的区域即为最小包容区域。根据最小 区域判别法，由两平行直线包容实际线时，三个接触点的位置应符合“两高夹 一低”（高一低一高）或“两低夹一高”（低一高一低）的相间准则。这样，两 个平行理想直线间沿纵坐标方向的距离 f i¢ 为被测表面实际线的直线度误差（由 于 f i¢ 和 fi 之间所夹的 角度很小，为计算方便可以忽略不计，所以 fi f i&#

18、162; ）。因此，该被测导轨的直线度误差为：f - f × f i¢ 0.00165×4.30.0071mm五、 主要仪器设备及耗材1光学合像水平仪2仪器导轨、3航空汽油、棉纱 实验三 齿轮齿圈径向跳动测量一、实验内容用齿轮径向跳动检查仪测量齿轮的齿圈径向跳动误差。二、实验目的1了解测量齿圈径向跳动的目的与意义。2熟悉齿圈径向跳动的测量方法。3能够进行数据处理，作出正确的判断。三、实验基本原理与方法齿圈径向跳动量 DFr 是指在齿轮一转范围内，测头依次在齿槽或齿高中部 双面接触，测头相对于齿轮轴线径向位置的最大变动量（7-1(a)）。测量时，将 测头移入齿槽，从指示表上读数，逐齿测量一圈，其最大、最小读数之差即为 齿圈径向跳动量。以指示表读数为纵坐标，测量齿序为横坐标，可作出误差曲 线（7