精度实验指导书docx

1、制造科学与工程学院精 度 设 计 与 检 测实 训 指 导 书金玉萍 主 编 西南科技大学制造科学与工程学院2015年3月目 录实验一 用立式光学计测量塞规实验二 用自准直仪测量直线度误差实验三 用光切显微镜测量表面粗糙度实验四 几何量综合测量 实验一 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，熟悉其使用方法。2. 熟悉量规公差标准及精度评定，掌握量块的正确使用和维护方法。3. 熟悉轴直径的测量方法。4. 初步掌握光滑工件尺寸的验收极限的确定。5掌握数据处理方法和合格性判断原则。二、实验仪器和设备1. 投影立式光学计 一台2. 被测件（光滑极限量规塞规） 一件3. 量块

2、一块三、实验简介 1仪器简介 图1.1刻线尺式立式光学计1-底座 2-支臂升降螺母 3-支臂 4-支臂紧固螺钉 5-立柱 6-直角光管 7-光管微动手轮 8-光管紧固螺钉9-测头升降杠杆 10-测头 11-工作台立式光学计（立式光学比较仪）是一种精度较高、结构简单的光学仪器，一般采用相对法以量块为长度基准测量微差。除了用于测量精密的轴类零件外，还可以检定5等和6等量块。常见的立式光学计有两种：刻线尺式立式光学计和JD3投影立式光学计，下面分别介绍:（l）刻线尺式立式光学计 仪器的基本技术性能指标如下： 分度值 0.001mm 示值范围（自中央µ虚线算起） 测量范围 0180mm示值误

3、差： 小于±0.06mm ±0.2µm大于±0.06mm ±0.25µm 仪器外形及主要部分功能见图1.1.说明。（2）JD3投影立式光学计JD3投影立式光学计的基本技术性能指标与刻线尺式立式光学计相同。 JD3立式光学计的外形及主要部分见图1.22、测量原理光学杠杆放大原理两种立式光学计都是利用光学杠杆放大原理进行测量的，其光学系统如图1.3所示。 图1.2投影立式光学计 图1.3 光学放大原理图1.2：工作台1、测头2、测帽提升器3、微动固定螺钉4、读数显示窗5、投影灯6、微动螺钉7、横臂8、横臂固定螺钉9、升降螺母10、立柱11

4、、底盘12、变压器13。图1.3:光学放大原理：照明光线反射镜1及三角棱镜2照亮位于分划板3左半部的标尺4（共200格，分度值为1m），再经直角棱镜5及物镜6后变成平行光束（分划板3位于物镜6的焦平面上），此光束被反射镜7反射回来，再经物镜6、棱镜5在分划板3的右半部形成标尺像。分划板3右半部上有位置固定的指标尺8，当反射镜7与物镜6平行时，分划板左半部的标尺与右半部的标尺像上下位置是对称的，指标尺8正好指向标尺像的零刻线，如图1.4（a）所示。当被测尺寸变化，使测杆10推动反射镜7绕其支承转过某一角度时，则分划板上的标尺像将向上或向下移动一相应的距离t，如图1.4（b）所示。此移动量为被测尺

5、寸的变动量，可按指示所指格数及符号读出。图1.4 分划板成像光学杠杆放大原理如图1.5所示。S为被测尺寸变动量，t为标尺像相应的移动距离，物镜及分划板刻线面间的距离F为物镜焦距，该测杆至反射镜支承之间的距离为a，则放大比K为： 式中 F物镜焦距； a测杆与支点间的距离。由于角一般很小，可取tan2=2,tan=，所以 K2F/a。刻线尺式立式光学计一般光学计物镜焦距F200mm，a5mm，则放大比K80。用12倍目镜观察时，标尺像又放大12倍，因此总放大比n为： n12K=12 X 80 960当测杆移动0.001mm时，在目镜中可见到0.96mm的位移量。由于仪器的刻度尺刻度间距为0.96m

6、m ，即这个位移量相当于刻度尺移动一个刻度距离， 所以仪器的分 图1.5光学杠杆放大原理度值为1m 。 JD3投影立式光学计物镜焦距F200mm，a5mm，则放大比K80。投影物镜放大率18.75，读数放大镜的放大率1.1，总放大比n为： n1.1 X 18.75K=1.1 X 18.75 X 801650 当测量杆移动微小距离0.001mm时，经过1650 X的放大后，就相当于在投影屏三所看到的1.65的距离。3、量块的正确使用 量块具有稳定、耐磨、准确和研合性。利用其研合性，可以在一定范围内，将不同尺寸的量块进行组合而形成所需的工作尺寸。量块的正确使用：、选择量块，用竹夹子从量块盒里夹出所

7、需用的量块；、清洗：先用干净棉花擦洗，在用沾上航空汽油的棉花擦洗，最后用绸布擦干量块；、根据工作尺寸组合量块。四、实验步骤及内容（参阅图1.1） 以刻线尺式立式光学计为例说明其实验步骤。1. 选择测帽 测平面或圆柱面用球形测帽；测小于10mm的圆柱面用刀口形测帽；测球面用平测帽。2. 按被测的基本尺寸组合量块组（用4等量块）组合好的量块放在工作台上。 3. 调节零位粗调：松开锁紧螺钉4，转动粗调2，使测头10与量块上的测量面慢慢靠近，待两者极为靠近时（约留出0.1mm，切勿接触），将螺钉锁紧。精调：松开螺钉8，转动光管微调轮7，观察目镜视场，直至移动着的标尺像处于零位附近时，再将螺钉8锁紧。若

8、标尺像不清晰，可调节目镜视度环。微调：转动微调轮7使标尺像准确对准零位（图1.6），然后用手轻轻按压测头升降杠杆9二至三次，检查零位是否稳定。若零位略有变化，可转动微调轮7再次对零。4. 测量按压测头升降杠杆9，抬起测头，取出量块，将被测量规置于工作台上，按图1.7所要求的部位进行测量。可先将被测轴上点慢慢靠近测头，并使其从测头下慢慢滚过，由目镜中读取最大值（即读数转折点），此读数就是被测尺寸相对量块尺寸的偏差。读数时注意正、负号。然后依次测量同一素线上的、点。用同样的方法测量间隔的各条素线上的、点，将测量结果依次记入实验报告中。测量完毕，复校零位，若差值超过半格必须重测。等精度测量：在通规的

9、同一部位重复测量10次，并记入报告中。 图1.6 标尺 图1.7 测量示意图五、实验报告1. 根据测量数据判断塞规通、止端是否合格（通规按使用过程来评定，各测量点数值均在极限尺寸范围内，该通规或止规合格。2. 等精度数据处理。根据测量的10次数据计算出测量值的平均值及测量算术平均值的标准偏差，确定测量结果。 六、思考题1. 立式光学计测量塞规属于何种测量方法2. 利用立式光学计说明什么是分度值，什么是刻度间距？实验二 用自准直仪测量直线度误差一、实验目的1.了解自准直仪的工作原理和使用方法。2. 掌握自准直仪测量直线度误差的方法及数据处理。二、实验仪器和设备1. 自准直仪或精密双向自准直仪 一

10、台2. 模拟的机床导轨（长约1100mm） 一个 三、实验简介自准直仪是一种测量微小角度变化的仪器。仪器的基本技术性能指标如下： 分度值 1”（1S）或 示值范围 0-10 或 ±600S 测量范围 0-8 m或0-5m本实验采用测量全长垂直方向上的直线度误差。自准直仪有本体和反射镜两部分组成，如图2.1。本体包括：平行光管、读数显微镜和光学系统。 图2.1自准直仪的组成1读数鼓轮 2目镜 3、4分划板 5转动手轮 6-十字刻线分划板 7滤光片 8光源 9立方棱镜 10物镜 11反射镜 模拟导轨精密双向自准直仪的结构与自准直仪基本一样，只是仪器可以改变测量方向。由自准直仪光学系统（图

11、2.1）可知，光源8发出的光线照亮了带十字刻线的分划板6，并通过立方棱镜9及物镜10形成平行光束投射到反射镜11上。而经反射镜11返回之光线穿过物镜10，投射到立方棱镜9的半反光半透膜上，向上反射而汇聚在分划板3和4上（两个分划板皆位于物镜10的焦平面上）。其中件4是固定分划板，上面刻有刻度线，而件3是可动分划板，其上刻有一条指标线。由于分划板3、4都位于目镜2的焦平面上，所以在目镜视场中可以同时看到指标线（黑色）、刻度线（不动的绿线）及十字刻线（可动的绿线）的影像。如果反射镜11的镜面与主光轴垂直，则光线由原路返回，在分划板4上形成十字影像，此时若用指标线对准十字影像，则指标线应指在分划板4

12、的刻线“10”上，且读数鼓轮1的读数正好为“0”（图2.2（a）。当反射镜倾斜并与主光轴成a角时，也就是反射镜镜面与主光轴不垂直，此时，反射光线与主光轴成2a角。因此穿过物镜后，在分划板4上所成十字像偏离了中间位置。若移动指标线对准该十字像时，则指标线不是指在“10”，而是偏离了一个值（图2.l及图2.2（b）。此偏离量与倾斜角a有一定关系，a的大小可以由分划板4及鼓轮l的读数确定。（a）读数为1000格 (b)读数为820格 图2.2 分划板及鼓轮的读数鼓轮1上共有100个小格。而鼓轮每回转周，分划板3上的指标线在视场内移动l格，所以视场内的l格等于鼓轮上的100个小格。读数时，应将视场内读

13、数与鼓轮上的读数合起来。如图22（a）。视场内读数为1000格，鼓轮读数为0，合起来读数应为1000格。再如图2.2（b），视场内读数为800格，鼓轮读数为20格，故合起来读数应为820格。仪器的角分度值为l，即每小格代表l，故可容易地读出倾斜角a的角度值。为了能直接读出桥板与平台两接触点相对于主光轴的高度差的数值（图2.），可将格值转化为线值来表示。此时，线分度值与反射镜座（桥板）的跨距有关，当桥板跨距为100mm时，则分度值就好为00005mm。（即 100mmx tanl”）。用自准直仪测量直线度误差，就是将被测要素与自准直仪发出的平行光线（模拟理想直线）相比较，并将所得数据用作图法或计

14、算法求出被测要素的直线度误差值。四、实验步骤及内容自准直仪本体l是固定的，通过移动带有反射镜2的桥板进行测量，见图2.3。1. 将自准直仪本体和反射镜座均放置在被测平面的一端，接通本体电源后左右微微转动反射镜座，使镜面与仪器光轴垂直，此时从仪器目镜中能看到从镜面反射回来的十字亮带。旋转鼓轮，使活动分划板上的水平刻线与十字亮带的水平亮带中间重合，并读出鼓轮读数（即01测点位置上读数就是1点相对零点的高度差值）；2. 将桥板依次移到l2、23、34、45等各位置，并重复上述1、2之操作，记取各次读数、等数值；3. 再将桥板按54、43、32、2l、l0的顺序，依次回测，记下各次读数、。若两次读数相

15、差较大，应检查原因后重测；4. 进行数据处理并用作图法求直线度误差.五、实验报告1. 及时编写实验报告书。2. 数据处理方法。举例说明：如图2.3所示，桥板的跨距e100mm，导轨长L500mm，可将测量的平台分为5段，测得数据如表2.l所示。表2.1测量的数据测定点012345顺测读数0+3+14-4+38-20回测读数0+1+16-6+42-20平均值0+2+15-5+40-20相对测点1的读数00+13-7+38-22累积值00+13+6+44+22 图 2.3测量仪器 图2.4数据处理为了用最小条件法求出直线度误差，可在直角坐标上按累积坐标值的方法画出如图3.4所示的误差曲线。然后，用

16、两条距离为最小的平行直线包容此误差曲线，则两平行线间按纵坐标方向的距离即为直线度误差，在此例中为。符合最小条件平行直线的画法是：使曲线上所有点都处于两条平行直线之间，且曲线有两个最低点落在下边直线上，而此两点之间必有最高点落在上边直线上（叫做“低一高一低”准则）；或者曲线有两个最高点落在上边的直线上，而此两点之间有最低点落在下边的直线上（叫做“高一低一高”准则）；或者连接曲线的首点和末点得一直线（叫做“端点连线”准则，做平行线分别经过曲线的高点和低点，则曲线包括在这两条平行线之间。六、思考题为什么要累积值作图？根据实验所画曲线，按两端点连线法和最小包容区域法求得的误差值是否相同？在所画的误差图

17、形上，应按包容线的垂直距离取值，还是纵坐标方向取值？实验三 用光切显微镜测量表面粗糙度一、实验目的1.了解光切显微镜的基本技术性能和测量原理；2.学会使用光切显微镜测量Rz（微观不平度十点高度）、（轮廓最大高度）和RSm（轮廓单元的平均宽度）；3.加深对评定数Rz、和RSm的理解。二、实验仪器和设备1. 光切显微镜 一台2. 被测粗糙度标准样板 一个三、实验简介1. 仪器简介光切显微镜是测量表面粗糙度的常用仪器之一，它主要用于测量评定参数Rz和。仪器附有四种放大倍数各不相同的物镜，可以根据被测表面粗糙度之高低进行更换。光切显微镜可以测量Rz为0.880的表面粗糙度参数。它的主要技术性能指标见表

18、3.1所列。表3.1光切显微镜主要技术性能指标物镜放大倍数A总放大倍数视场直径测量范围目镜套筒分度值C2.520801.251.36.3200.630.61.66.30.2940.31.01.60.1452. 测量原理光切法原理 双管显微镜是根据光切法原理制成的光学仪器。其测量原理如图3.l（a）所示。仪器有两个光管：光源管及观察管。由光源l发出的光线经狭缝2及物镜3以的方向投射到被测工件表面上，该光束如同一平面（也称光切面）与被测表面角相截，由于被测表面粗糙不平，故两者交线为一凸凹不平的轮廓线，见图3.l（b）。该光线又由被测表面反射，进人与光源管主光管轴相垂直的观察管中，经物镜4成像在分划

19、板5上，再通过目镜6就可观察到一条放大了的凸凹不平的光带影像。由于此光带影像反映了被测表面粗糙度之状态，故可对其进行测量。这种用光平面切割被测表面而进行粗糙度测量的方法，叫光切法。 注：（在GB/T10311995中称十点高度在GB/T35052000中没有此参数，但我国目前仍在普遍使用，放在此提出供参考）。由图3l（a）可知，被测表面的实际不平高度h与分划板上光带影像的高度h有下述关系 式中 A物镜实际放大倍数光束投射方向 光学影像 观察方向 观察管、主光管 光源管、主光束 （a） 图3.1测量原理 （b）光带影像高度是用目镜测微器（图3.2（a）来测量的。目镜测微器中有一块固定分划板和一块

20、活动分划板。固定分划板上刻有08共9个数字和9条刻线。而活动分划板上刻有十字线及双刻线，转动刻度套简可使其移动。测量时转动刻度套筒，让十字线上的一条线（如图3.2（b）中的水平线）先后与影像的峰、谷相切，由于十字线移动方向与影像高度方向成角，所以影像高度与十字线移动距离（即）有下述关系，因此，被测表面的实际不平度为： 上式中的就是测微器两次读数之差，还应确定测微器的分度值是多大。由于目镜测微螺杆的螺距为1mm，测微套筒上刻有100个格，故格值为0.01mm。，即10，因而上式可写成。由于测量的是放大了的影像，所以需将格值换算到被测表面的实际粗糙度的高度上，则格值就不是 10 而是 10A。为了

21、简化计算，将上 图3.2读数原理式中的也乘进去，则分度值为:所以 表3.1所列目镜套筒分度值C为理论计算值。分度值可有说明书给定或从表3.中查出。实际选用时通常用量仪附带的标准刻线尺来校定。四、实验步骤及内容对照光切显微镜的外形图（图3.3）进行操作。纵向千分尺工作台紧固螺钉横向千分尺工作台被测试样紧固螺钉微调手轮支臂锁紧螺钉支臂升降调节螺母 图3.3 光切显微镜的外形1. 估计或选择被测试样的粗糙度范围，选用合适的物镜组。优先选用低倍组，并装入仪器。 2. 接通电源，将表面擦净后的被测试样放在仪器工作台上。应使被测表面的加工纹理方向与投射在工件表面上的绿色光带垂直。松开锁紧螺钉8，缓缓转动粗

22、调螺母9，使支臂带动双管慢慢下降，（注意：切勿使物镜撞到工件表面上），注视工件被测表面，直至其上出现一条狭窄的绿色光带后，再将螺钉8锁紧。松开锁紧螺钉6，转动目镜测微器，使十字线的一条线平行于光带的轮廓中线（图3.2），中线方向是估计的，然后拧紧螺钉6。. 进行测量首先应学会读数方法。先由视场内双标线所处位置确定读数，然后读取刻度套筒上指示的格数，并取两者读数之和。由于套筒每转过一周（100个格），视场内双标线移动一个格，若以套筒上的“格”作为读数单位，则图3.2（a）的读数就是339格（视场内读数为300格，套筒读数为39格）。（1）测量微观不平度十点高度：旋转目镜测微器的套筒，在取样长度范

23、围内，使目镜中十字线的水平线在光带清晰一边分别与五个高峰和五个底谷相切，然后读取10个读数，如图3.4（a）所示： 及 。根据微观不平度十点高度定义有 式中C分度值。（2）求轮廓最大高度：在上述测得的5个峰值中找出最大峰高，在5个谷值中找出最低谷值，按照轮廓最大高度定义有 （3）轮廓单元的平均宽度RSm：用十字线中的垂直线对准光带影像的第一个峰顶，见图3.4（b）所示，并由工作台的纵向千分尺上读取数S，然后移动工作台，在取样长度lr范围内用十字线中的垂直线数出轮廓峰的个数n，并对准最后一个峰顶，即第n个峰，再读取读数Sn。按照轮廓单元的平均宽度RSm定义有：五、实验报告1. 判断合格性并说明理由。六、思考题何谓取样长度，测量时是如何确定的？测量时如何估计中线的方向？为什么只测量光带一边的高峰和低谷？实验四 几何量综合测量一、实验目的1.了解三坐标测量仪的工作原理和应用范围。2.学会使用三坐标测量仪。3.培养学生对零件的综合检验能力。二、实验仪器和设