公差配合与测量技术实验指导书安徽机电职业技术学院吴学农主编

aaaa《公差配合与测量实验指导书》吴学农主编安徽机电职业技术学院实验一用内径百分表测量孔径一、 实验目的了解内径百分表的结构及原理。掌握用内径百分表测量孔径的方法。二、 量仪简介和测量原理内径百分表是测量孔径的通用量仪，用具有确定内尺寸的标准环规或用装在量块夹子中的量块组成的确定尺寸作为基准，采用相对测量法测量内径，特别适宜测量深孔。内径百分表由钟表型指示表（如图1-1）和杠杆系统组成，内径百分表的结构如图1-2所示。

图1-1 钟表型百分表1一测杆；2一游丝；3一弹簧如图1-1,用钟表型百分表测量时，具有齿条的测杆1作直线运动,带动与该齿条啮合的小齿轮Z?转动,从而使与小齿轮Z2固定在同一根轴上的大齿轮Z3及短指针转动。大齿轮Z3又带动小齿轮Z］及固定在同一根轴上的长指针转动。这样，测杆的微量直线位移经齿轮传动放大为长指针的角位移，由分度盘指示出来。当测量杆1直线移动0.01mm时，长指针在刻度盘上相应转动一格。为了消除齿轮传动中齿侧间隙引起的空程误差，在百分表内装有游丝2。由游丝产生的扭力矩作用在与小齿轮％啮合的齿轮Z4上，以保证齿轮无论正转和反转都在同向的齿面啮合。在百分表内还装有弹簧3,它用来控制测量力。图1-2内径百分表结构1一可换（固定）测量头2—等W直角杠杆；3—^駝城快；4—挺杆；5—隔热手柄；6—定L'板;7、8T单簧；9—指示表（百冰）用内径百分表测量时，活动测头3和固定测头1（也称可换测量头）分别与被测孔孔壁接触。活动测头3向内移动时，其位移经等臂直角杠杆2,推动挺杆4向上移动，使弹簧8压缩，并推动指示表9的测杆，使它的指针回转。该弹簧的反作用力使活动测头3对孔壁产生测量力。在活动测头的两侧有定心板6,它在两只弹簧7的作用下始终对称地与孑L壁接触。定心板6与孑L壁的两个接触点的连线与被测孔的直径线互相垂直，使两个测头位于该孔的直径方向上（如图l-6a）o量仪附有一组长短不同的固定测头，可根据被测孔直径大小来选择使用。aaaa本实验所用内径百分表的主要技术性能指标如下:亥U度值 0.01mm测量范围 35~50mm示值范围 0~3mm三、被测零件图III图1—3III图1—3被测零件图寸go—寸E四.实验步骤根据被测孔径的基本尺寸选用相应的可换测量头和校对零位时使用的外径千分尺。洗净擦洁可换测量头、活动测量头、定位装置（定心板）以及所用的外径千尺和被测件的测量面。将百分表和可换测量头装在量杆上。调整内径百分表的零位：先将外径千分尺调至被测零件的基本尺寸，然后锁紧夕卜径千分尺微分螺杆。以夕卜径千分尺两量砧之间的距离为基准，将内径百分表对零。将内径指示表的两测头放入外径千分尺两量砧之间，与两量砧接触。为了使内径百分表的两测头轴线与两量砧平面相垂直,需拿住表杆中部，微微摆动内径指示表，找出长指针的转折点，并转动表盘，使长指针对准“0”刻线该（转折点），此时零位已调好。（转动百分表上的刻度盘，使长指针正妇对准零位，并反复对几次，同时记住百分表短指针所指的数字（毫米）。）（如图1-4）。图1-4调整零位按要求的六个位置（三个截面，两个方向如图1-5）分别进行孔径测量，将内径百分表两测量头插入被测孔内，微微摆动指2K表，并按指示表的最小示值（表转折点）读数即实际偏差。（如图1—5、1-6）图1-5 测量孔的内径3）袖向截面内图1-5 测量孔的内径3）袖向截面内图1-6根据被测孔的尺寸公差要求，判别被测孔是否合格，作出适用性结论（即判断零件是否合格）。整理量仪并涂上防锈油。aaaaaaaa实验报告1.测量记录（注意：这里填写的内容是实际偏差）：（单位mm）横截面123方位III2.适用性结论： （单位mm）零件的允差实际测得的偏差被测零件是否合格上偏差+0.025最大下偏差0最小3.画出其尺寸公差带图：4.回答下列问题：（1）该测量方法属于绝对测量法还是比较测量法?（2）为何要在摆动内径百分表时对零和读数，长指针转折点是最小值还是最大值？实验二 轴径误差测量一、实验目的1、 学习数字式立式光学计的结构及其使用方法。2、 掌握量块的使用和维服方法。二、量仪名称及其规格名称：JDG-S1数字式立式光学计测量范围：180mm示值范围（相对于中心零位）：不小于土0.1mm最小示值：0.0001mm测量力：2N土0.2N示值误差（相对于中心零位）：土0.00025mm图2-1仪器外形JDG-S1数字式立式光学计的外形及主要部分见图2-lo本仪器一般是用标准器（如量块）以比较法测量被侧件的外形尺寸。它可对五等量块，圆柱形、球形、线形以及平行平面状的精密量具和零件的外形尺寸作精密测量；仪器头部还可作为一个独立部件，利用头部数显输出接口同计算机连网，用于科研、生产过程控制及在线检测等方面精密测量和控制；仪器整机附件齐全，备有形式各异可调式、固定式工作台和各种规格测帽，以适应各种测量需要。仪器光机电集合一体，操作方便，测量结果数字显示。

由图2-1可知，它由底座1、升降螺母2、横臂紧固螺钉3、横臂4、电缆5、立柱6、微动螺钉7、光学计管8、微动紧固螺钉9、光学计管紧固螺钉10、提升器11、测帽12、可调工作台13、方工作台安置螺钉14、数显窗15、中心零位指示16、置零按钮17、电源插座18和电缆插座19等部分组成。三、被测零件图0.006图2-2被测零件图II0.006图2-2被测零件图II四、实验步骤1、 组合量块。按测量零件的基本尺寸或极限尺寸组合。调整仪器(1)工作台和测帽的选择仪器备有多种工作台和测帽以供选择。选择应以能确定准确反映被测位置的实际偏差为原则。例如测量球体直径用平面工作台和平面测帽；测量线形零件直径用平面工作台等。aaaa（2）准备测量前先将测帽和提升器装在测量杆上并由螺钉固紧。由于提升器在动作时有一定的阻力，为了保证2N+0.2N的测量力，装提升器时必须使提杆既在自由状态下不与测帽接触，又能将测帽抬起到最高位置。将光学计管上的电缆插头插到底座的电缆插座内。将低电压源插头接入电源插座内，然后打开电源开关，这时，显示窗有随机数字显示。根据被测件的高度将光学计管粗调到适当位置。松开光学计管固紧螺钉并旋紧微动固紧螺钉，旋转微动手轮使上面红点朝向操作者。预热十分钟后按置零按钮使出现全零显示。（3）校零位置零后旋转升降螺旋使横臂下降，测帽与标准量块接触后数字即朝正向累加。监视中心零位指示灯，当它点亮时即把横臂固紧螺钉锁紧。中心零位指示灯一般在+130um附近点亮。下降横臂要缓慢以免看不到亮光的一闪。如果到+200um时仍不见中心零位指示灯亮表明已经粗调过头，这时应反方向旋转升降螺旋。锁紧横臂固紧螺钉时往往因位置走动而使指示灯复而熄灭。正反方向缓缓旋转微调手轮可方便地重新找到中心零位。锁紧光学计管固紧螺钉后再按置零按钮。经过这样调节后测量杆处在测量范围的对称位置。正反方向的量程均不小于100um。（如果被测件与标准量块的尺寸偏差大于100um，零位就不能选择在测量范围的对称位置。这时应按上述步骤在中心位置置零后继续进行微调。出现所需的数字显示后再锁紧光学计管并再次置零。）(4)校正可调式工作台校正工作台的目的是使工作台平面与测帽平面保持平行。用来校正的量块尺寸应尽可能与被测物的尺寸相等，现将校正方法例举如下：量块用干布擦净后，大致放在工作台面的中央，使©8平面测帽和量块接触并显示某一读数。旋动四只调节螺钉使工作台前后左右移动并观察读数的变化情况，当示值最小时表明工作台面与测帽平面已经平行。旋紧调节螺钉将工作台位置固定。再令测帽平面的一半与量块接触，在测帽的前后左右四侧对量块的同一部位进行测量。最大读数偏差不应大于0.3um，否则要重新校正。3.测量校零位后，按动提升器上面的扳手可使测帽均匀地抬起，取出量块组。按动提升器上面的扳手可使测帽均匀地抬起，将被测工件安放在测帽与工作台之间，按图2-3所要求的部位(三个截面，两个方向，共计六个位置)分别进行测量。将测量结果依次记入实验报告。图2-34..根据给定的允许公差，判断被测零件是否合格。5.整理仪器和被测件，涂上防锈油。实验报告1.根据实验所用的量块填写下表：(单位mm)量块的组合尺寸(25mm)里 单块量块尺寸123452.根据测量结果填写以下表格：单位(um)aaaa测量位置I-III-IIm-m测量AA方向BB零件允许误差(um)实际测得的偏差(um)被测零件是否合格上偏差0最大下偏差-20最小3..画出尺寸公差带图:4.回答下列问题：用比较仪测量轴径属于何种测量方法？该比较仪能否用于绝对测量？量仪的测量范围和示值范围有何不同？aaaa实验三 直线度误差的测量一、 实验目的1、 掌握框式水平仪的结构原理；2、 掌握用框式水平仪测量直线度误差的方法。二、 量仪简介水平仪一般是用于测量水平面或垂直面上的微小角度。水平仪的基本元件是水准器，它是一个封闭的玻璃管，内装乙醚或酒精，管内留有一定长度的气泡。在管的外壁刻有间距为2mm的刻线，管的内壁成一定曲率的圆弧，不论把水平仪放到什么位置，管内液面总要保持水平，即气泡总是向高处移动，移过的格数与倾斜角a成正比，如图3-1(a)所示。例如分度值i为0.0，m的水平仪，每移一个刻度，表示在一米长高度变化为0.02mm。水平仪一般为条形和框形两种，本次实验用水平仪为200X200型框式水平仪,如图3-1(b)所示。本次实验水平仪工作长度为200mm(水平仪为200X200),则该仪器实验格值为A=i/1000X200=0.02/1000X200=0.004mm/格图3-1三、 被测零件1米长的导轨四、 实验步骤将导轨五等分，每等分为200mm,共分为六个点。从左往右依次量取各相邻两点的相对高度差(既格数)。如图3-2。图也2测量时应注意：测量前，导轨面和水平仪工作面擦拭干净方可使用。从导轨一端到另一端逐节距测量时，应注意水平仪前后重合(图3-2)。测量时，必须待气泡静止后方可读数，否则会带来读数误差。aaaa将测得结果及相关量值填入相应表格。用图解法求出直线度误差值。例：有一米长的导轨表面。用刻度值为0.02mm/米的水平仪（汽泡每移动一格，水平仪两端的高度差为0.004mm）,测量全长直线度误差。如表：平尺后支撑点一导轨端点的距离02004006008001000水平仪气泡移动格数0-3+1-1+5+2相对第一点的移动格数0-3-2-3+2+4相对与第一点的升高量（mm）0-0.012-0.008-0.012+0.008+0.016根据导轨各点升高量，绘坐标图。+0.024+0.016+0012+0.008-.+0.024+0.016+0012+0.008-.\■-.. -.OsJ--0.0?4-一財奕--二.I然后按最小条件作包容线（两平行直线）。此时可直接从坐标 图3_3图上量出两平行线间的坐标值，即为直线度误差值f。(如图3-3)5、 根据给定的允许公差，判断被测零件是否合格。整理仪器和被测件，涂上防锈油。实验报告根据测得结果填写表格：导轨分段距离(mm)02004006008001000水平仪气泡移动格数相对第一点移动格数相对第一点的升高量(mm)注：相对第一点的升高量(mm)=相对第一点移动格数XA根据导轨各点升高量绘坐标图。用图解法求出直线度误差值:根据处理结果填写下表:导轨的允许误差0.15mm是否合格实际测得误差回答下列问题：本实验用水平仪测量导轨直线度误差应注意哪些事项？在坐标图上确定直线度误差f时，为何要平行于纵坐标?aaaa1、固定顶尖座4、百分表卡子1、固定顶尖座4、百分表卡子7.活动頂尖座釦債尖5、支號座8、质定手把图4-1偏摆检查仪实验四径向、斜向圆跳动误差测量一、 实验目的1、 掌握圆跳动误差的测量原理及偏摆检查仪的使用方法。2、 掌握千分表的使用方法。二、 量具量仪名称千分表（钟表式、刻度值0.001mm,测量范围0~lmm）o偏摆检查仪结构如图4-lo3,仗座反偏心抽手把9、球头手頂三、被测零件图TI財•財572:1flfl一 3. A图TI財•財572:1flfl一 3. A图4-2被测零件四、实验步骤擦净零件和量仪。将千分表装置在千分表座上，将零件装置在顶针架上。零件中心孔与顶针结合锥面间的径向间隙应为零。测量零件表面径向圆跳动（如图4-3）：测量前应将千分表的长指针位置调整到零位。使量杆轴线的延长线恰好通过零件中心（千分表的短指针应在。〜1mm的中间位置）量杆轴线与被测表面垂直。零件缓慢旋转一周，测出径向圆跳动的误差值。指示表图4-3径向圆跳动测量零件的斜向圆跳动：基本上与径向圆跳动相同。(强调：使千分表的测杆轴线必须与被测表面垂直。)将零件允许的径向圆跳动量和斜向圆跳动量与测量结果作比较，作出适用性结论。整理仪器和零件，涂上防修油。实验报告根据测得结果填写下表：测量项目允许公差(um)实测误差(um)是否合格径向圆跳动20斜向圆跳动40绘出形位公差带图:回答下列问题：径向圆跳动和斜向圆跳动在测量时有何区别?径向圆跳动和径向全跳动在测量时有何区别?实验五 用光切显微镜测量表面粗糙度一、 实验目的了解用表面粗糙度标准样块进行对比测量的方法；了解光切显微镜的结构并熟悉其使用方法；熟悉用光切法测量表面粗糙度的原理；加深对表面粗糙度评定参数中的微观不平度十点高度Rz、轮廓最大高度Ry和轮廓单峰平均间距S的理解。二、 表面粗糙度标准样块对比法表面粗糙度标准样块对比法，是指将实际被测表面与已知高度特性参数值的表面粗糙度标准样块(见图5-1)直接对比，来评估该实际被测表面的表面粗糙度高度特性参数值的一种测量aaaa方法。它常用于车间，但测量精度不高。两者对比时，可用肉眼判断；可借助放大镜或比较显微镜判断；也可用手 图5」1表面粗糙度标准样块摸感觉判断（用手指甲分别在实际被测表面上和在表面粗糙度标准样块上沿垂直于加工纹理的方向划一下）。同时应注意被测工件与表面粗糙度标准样块的材料、形状（圆柱面、平面）和加工方法（车、铳、刨、磨）等尽可能相同，以提高判断的准确性。用光切显微镜、干涉显微镜或电动轮廓仪测量表面粗糙度时，被测表面应该先用表面粗糙度标准块评估一下，这有助于测量时顺利调整量仪。三、量仪说明和测量原理光切显微镜（双管显微镜）是利用光切原理测量表面粗糙度的量仪，用于测量0.8〜80um的微观不平度十点高度Rz值和轮廓最大高度日丫值，也可用于测量轮廓单峰平均间距S的值。其测量原理参看图5-2,光切显微镜有两个轴线相互垂直的光管，左光管为观察管，右光管为照明管。在照明管中，由光源3发出的光经过聚光镜2,穿过狭缝1形成平行光束，该光束再经物镜4以45°入射角投射到被测表面上，形成窄长的光图5-2 光切原理带，通过观察管进行观察。1-狭缝；图5-2 光切原理带，通过观察管进行观察。1-狭缝；2-聚光镜；3-光源;观察管内装有物镜5、目镜4、5-物镜；6-目镜；7-分划板6和分划板7。若被测表面粗糙不平，光带就弯曲。设被测表面的微观不平度高度为h，则光带弯曲高度S1S2=h/cos45o，而在目镜中看到的是放大的光带影像的高度SjS2测(5-1)h=KXh/cos45°(5-1)式中K——观察管的放大倍数。光带影像的弯曲高度用测微目镜头测量。其结构简图见图5-3a，下层的固定分划板3上的刻线尺刻有九条等距刻线，分别标着0、1、2、3、4、5、6、7、8等九个数字；上层的活动分划板2上刻有一对双纹刻线和相互垂直的十字线，前者的中心线通过后者的交点，且该中心线与后者的任一条直线间成45°角。当转动测微鼓轮1利用螺杆移动分划板2时，位移的大小从鼓轮1上读出。当鼓轮1旋转一转（100格）时，双纹刻线和十字线交点便相对于固定分划板3上的刻线尺移动一个刻度间距。为了测量和计算的方便，活动分划板2上的十字线与其移动方向成45°角，如图5-3b所示。鼓轮1转动的格数H与光带影像的弯曲高度h之间的关系为:(5-2)h=Hcos45°(5-2)由式（5-1）和式（5-2）得到被测表面微观不平度的高度h与鼓轮1读数格数H之间的关系如下:h=Hcos245°/K=H/2K=iXH (5-3)aaaa式中i=UK,是使用不同放大倍数的物镜时鼓轮1的分度值。它由量仪说明书给定或从表5-1查出，实际应用时通常用量仪附带的标准刻线尺来校定。5结陶简图5结陶简图图5-3测微目镜头1一测微鼓轮；2一活动分划板；3一固定分划板表5-1物镜放大倍数K与可测RZ值的关系物镜放大倍数量仪的总放大倍数分度值i（卩m/格）目镜视场直径（mm）可测 范围R7(卩m)7601.282.520〜80141200.631.36.3〜20302600.290.61.6〜6.3605100.160.30.8 1.6轮廓算术平均偏差微观不平度十点咼度RZ、取样长度评定长度R(卩m)a轮廓最大高度Ry（卩m）l(mm)ln=5Xl(mm)RZ、Ry的取样长度/和评定长度In的选用值表5-2R、a

>40〜80>160〜320840>20〜40>80〜160>10〜20>40〜80>5〜10>20〜402.512.5>2.5〜5>10〜20>1.25〜2.5>6.3〜100.84.0>0.63〜1.25>3.2〜6.3>0.32〜0.63>1.6〜3.2>0.16〜0.32>0.8〜1.6>0.08〜0.16>0.4〜0.80.251.25>0.04〜0.08>0.2〜0.4>0.02〜0.04>0.1〜0.2>0.01〜0.02>0.05〜0.10.080.4>0.008〜0.01>0.025〜0.05四、微观不平度十点高度RZ的测量1.实验步骤（参考图5-4）（1）按表面粗糙度标准样块评估的被测表面粗糙度参数值来确定取样长度/和评定长度/n（见表5-2）。按表5-1选择适当放大倍数的一对物镜并将它们安装在量仪上。（2）通过变压器接通电源，使光源1照亮。把被测工件放置在工作台11上。松开螺钉3,旋转螺母6,使横臂5沿立柱2下降（注意物镜头和被测表面之间必须留有微量的间隙），进行粗调焦，直至目镜视场中出现绿色光带为止。转动工作台11，使光带与被测表面的加工痕迹垂直，然后锁紧螺钉3和螺钉9。（3）从目镜16观察光带。旋转手轮4进行微调焦，使目镜视场中央出现最窄且有一边缘较清晰的光带。图5-4光切显微镜(4)松开螺钉17,转动目镜头16,-光源；2一立柱；3一锁紧螺钉使视场中十字线中的水平线与光带总的4—微调手轮；5—横臂；6—升降方向平行，然后紧固螺钉17,使目镜头螺母；7一底座；8—工作台纵向16位置固定。移动千分尺；9—工作台固定螺钉；(5)转动目镜测微鼓轮15,在取10—工作台横向移动千分尺；样长度1范围内使十字线中的水平线分别11—工作台；12—物镜组；13一手柄与5个最大的轮廓峰高和5个最大的轮14—壳体；15—测微鼓轮；16—测微廓谷深相切(见图5-5)。从目镜测微目镜头；17一紧固螺钉；18一照相机插座鼓轮15上分别读出这5个最高点至基准线A的距离h1、h2、h3、h4、h_和这5个最低点至基准线A的距离h6、h7、h8、h9、h。应当注意,5 6 7 8 9 10切勿在取样长度l范围内任意或按顺序找5个峰、5个谷，而必须找出5个最高峰和5个最低谷。微观不平度十点高度RZ按下列公式计算:d_；v(h+h+h+h+h)—(h+h+h+h+h)/^ \/匚/i\R厂I八一1 2 3 4 5 6 7 8 9 (卩m)(5-4)Z 5式中，场的单位为格；分度值I的数值由表5-1查出，其单位为卩m/格。图5-5 五个最高点和5个最低点至基准线的距离（6）由于被测表面各部分的表面粗糙度不一定均匀一致，为了充分反映整个表面的表面粗糙度特性，取评定长度范围内的几个Rz值的平均值作为测量结果。（7）按图样的规定，确定实际被测表面的表面粗糙度是否符合要求。2.数据处理和计算示例用光切显微镜测量一个表面的微观不平度十点高度Rz值，该量仪测微鼓轮分度值i为0.29um/格，物镜放大倍数为30倍，在5段取样长度/为0.8mm上测量，各段的测量数据及相应的数据处理和测量结果列于表5井。表5-3 用光切显微镜测量微观不平度十点高度RZ值取样长度lil1l2l3l4l5

侧量记录及计算-----峰、谷值hpihv1hp2hv2hp3hv3hp4hv4hp5hv5、-、*、（格）序号、 一*188478752895687549055276488160886084587656373517864846578617357469537768796775666959559547569726973706860€1365253398313412317397309376287€h一£hpj vj 365-253R=ix ^1—=0.29x =6.50卩m乙1 5 5R=4.93卩mZ2R=5.51umz3R=5.10umZ4R=5.16umZ5测量结果实测R=(R+R+R+R+R)/=5.44UmZ平均 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5/5五、轮廓最大高度Ry的测量按上述测量RZ值的实验步骤（1）、（2）、（3）、（4）调整量仪，然后转动目镜测微鼓轮15（图5-4），在取样长度/范围内，使十字线

中的水平线分别与所有轮廓峰中的最高峰和所有轮廓谷中的最深谷相切，分别测取最大值hp和最小值hv（如图5-6所示），然后按下式计算Ry值:Ry"",）（顷）定值作为测长度范围测得的几Ry值的平值作为测长度范围测得的几Ry值的平结果。5-6轮廓的最高蜂和最深谷A一轮廓蜂顶线；B一轮廓谷底线；C—基准线六、轮廓单峰平均间距S的测量按测量Rz值的实验步骤（1）、（2）、（3）调整量仪，然后松开螺钉17,转动目镜头16（图5-4）,使视场中十字线的垂直线与取样长度范围内的第一个峰尖重合，再用螺钉17把目镜头16固紧。从工作台纵向移动千分尺8上读出此峰尖所在位置的示值&（见图5-7）。转动千分尺8使工作台11纵向移动，该垂直线在取样长度范围内经过（n+1）个峰，与最后一个峰尖重合，读出此峰尖所在位置的示值Xw，实际被测表面的S值按下式计算：S=1 =匕—X」 （5-6）njnj=i式中n—在取样长度i范围内所包含的轮廓单峰间距的个数；Sj—第j个轮廓单峰间距。取评定长度范围内测得的几个S值的平均值作为测量结果。图5-7 轮廓的单峰间距实验报告1.根据实验情况填写下表：⑴测量微观不平度十点高度RZ值：（单位um）取样长度lil1i2i3i4i5

侧45€h,€hpj vjR=ix4^1 A zi 5R=Z2侧45€h,€hpj vjR=ix4^1 A zi 5R=Z2R=z3R=Z4R=Z5量记录及1计2算3€1测量结果实测R=(R+R+R+R+R).，5=Z平均 Z1Z2Z3Z4Z5 5峰、谷值（格）序号hpihvihp2hp4hp5⑵测量轮廓最大高度Ry值：（单位um）测量读数 hv=计算结果Ry=iX(hp-hv)=（3）测量轮廓单峰平均间距S值：（单位um）测量读数S1=S2=S3=S......=Sn=计算结果S=1乙=.n jj=iX-Xn,1 1n回答下列问题：用光切显微镜能否测量轮廓算术平均偏差Ra值?RZRvS是在什么长度范围内测量所得？z、y、实验六用干涉显微镜测量表面粗糙度、实验目的了解干涉显微镜的结构并熟悉其使用方法；熟悉用干涉法测量表面粗糙度的原理；加深对表面粗糙度评定参数中的微观不平度十点高度Rz和轮廓最大高度Ry的理解。二、量仪说明和测量原理干涉显微镜是利用光波干涉原理和显微系统测量精密加工的表面的表面粗糙度参数值的量仪。它用光波干涉原理反映出被测表面的粗糙程度，用显微系统进行高倍放大后观察和测量。这种量仪用于测量0.025〜0.8um的微观不平度十点高度Rz值和轮廓最大高度R?值。图6-16JA型干涉显微镜的光学系统图 1-光源；2-聚光镜；3-反射镜；4-孔径光阑；5-视场光阑；6-聚光镜；7-分光镜；8-补偿镜；9-物镜；10-被测工件；11-遮光板；12-物镜；13-标准镜；14-目镜图6-1为6JA型干涉显微镜的光学系统图。由光源1发出的光束,经聚光镜2和反射镜3,投射到孔径光阑

4的平面上，照明视场光阑5,通过聚光镜6,经分光镜7分成两束光。其中一束光经补偿镜8、物镜9投射到工件10的被测表面上，再经光原光路返回。另一束光由分光镜7反射（此时遮光板11移出），经物镜12投射到标准镜13,再经原光路返回。两路返回的光束在目镜14的焦平面相遇叠加，由于它们有光程差，便产生干涉,形成干涉条纹。被测表面的微观峰谷使干涉条纹弯曲（见图6-2）,弯曲程度决定于微观峰谷的大小。根据光波干涉原理，在光程差每相差半个波长入々处即产生一个干涉条纹。因此，参看图6-3,只要测出干涉条纹的弯曲量a与两相邻干涉条纹之间的距离b（它代表这两个干涉条纹间距相差入△）,便可按下式计算出微观不平度值h:h=a己伽）b2失中入一光波波长（um）。/V**wXaA—-dtn*_-~N2/V**wXaA—-dtn*_-~N2图6-3测量干涉条纹的弯曲量a图6-3测量干涉条纹的弯曲量a和间距b三、微观不平度十点高度RZ的测量1.实验步骤（参看图6-4）（1）调整量仪用表面粗糙度标准样块评估被测表面是否适用干涉显微镜测量。通过变压器接通电源，使光源7照亮，预热15~30分钟。将手轮3转到目视位置（不用相机的位置），同时转动手柄16使遮光板（图6-1中的件号11）移出光路，此时从目镜1中可看到明亮的视场。若视场亮度不匀，可转动螺钉6来调节。图6-4 6JA型干涉显微镜1-目镜；2-目镜测微鼓轮；3-手轮；4-光阑调节手轮；5-手柄；6-螺钉；7-光源；8、9、10、11-手轮；12、13、14、-滚花轮；15-工作台；16-遮光板调节手柄（显微镜背面）；17-螺钉转动手轮10,使目镜视场中下方的弓形直边清晰（如图6-5所示）。松开螺钉17,取下目镜1,从目镜管直接观察到两个灯丝像。转动手轮4,使孔径光阑（图6-1中的件号4）开至最大。转动手轮8和手轮9,使两个灯丝像完全重合，同时旋转螺钉6,使灯丝像位于孔径光阑的中央（如aaaa图6-6所示）。然后，装上目镜1,旋紧螺钉17。④将被测工件放在工作台15上，被测表面向下对准物镜。转动手柄16,使遮光板遮住标准镜（图6-1中的件号13）o推动滚花轮14,使工作台在任意方向移动。转动滚花轮12,使工作台升降（此时为调焦），直至目镜视场中观察到清晰的被测表面影像为止。再转动手柄16,使遮光板移出光路。图6-5弓形直边图 图6-6灯丝像图1一视图；2一弓形直边 1一物镜出射瞳孔；2一灯丝像；3一孔径光阑（2）找干涉带将手柄5向左推到底，此时采用单色光。慢慢地来回转动手轮11,直至视场中出现清晰的干涉条纹为止。将手柄5向右推到底，就可以采用白光，得到彩色干涉条纹。转动手轮8和手轮9,并配合转动手轮10和手轮11,可以得到所需亮度和宽度的干涉条纹。进行精密测量时，应该采用单色光。同时应开灯半小时，待量仪温度恒定后才进行测量。

（3）测量转动滚花轮13,使被测表面加工纹理方向和干涉条纹方向垂直。松开螺钉17,转动目镜1，使视场中十字线中的一条直线与干涉条纹平行，然后把目镜1固紧。测量干涉条纹间距b转动测微鼓轮2,使视场中与干涉条纹方向平行的十字线中的水平线对准某条干涉条纹峰顶的中心线（见图6-3），在测微鼓轮2上读出示值N1O然后，将这条水平线对准相邻的另一条干涉条纹锋顶的中心线，读出示值N2，则b=N1-N2o为了提高测量精度，应分别在不同部位测量三次，得外、b2、b3,取它们的平均值bav，则6-2),b+b+6-2)b = 2 」av3测量干涉条纹弯曲量a读出N1后，移动视场中十字线中的水平线，对准同一干涉条纹谷底的中心线，读出示值n3o（N1-N3）即为弯曲量a。在取样长度范围内分别测量同一干涉条纹的五个最高峰和五个最低谷，得到10个数据，则干涉条纹的峰顶与谷底之差的平均值aav为：,N3j / 、a=i=i j=i （6-3）av5将式（6-2）和（6-3）带入式（6-1）,则微观不平度十点高度RZ(6-4)值为：(6-4)R=丄•-(um)

zb2avaaaa采用单色光时，波长按量仪说明书记载的数值取值或查表6-1。采用白光时，入二0.55um。按图样的规定，确定实际被测表面的表面粗糙度是否符合要求。6-1 各种光波波长入光色白绿红波长入（um）0.550.5090.6442.数据处理和计算示例用干涉显微镜测量一个表面的微观不平度十点高度RZ值，该量仪采用白光，其波长入为0.55um,在一段取样长度上测量的数据及相应数据处理和测量结果列于表6-2中。表6-2用干涉显微镜测量微观不平度十点高度RZ值测量读数（格）干涉条纹弯曲量相邻两条干涉条纹间距次序h峰h谷17448b=N一N=58-25=331 1 227050b=N一N=71-42=292 1 236742b=N—N=100-67=333 1 245135b=(b,b,b =31.67av 1 2 3/354329£1305204测量结果h_hn 峰 谷1 „305—204 1 0.55R= 1 •——•一= • • =0.175umZ 5 b2 5 31.67 2av四、轮廓最大高度Ry的测量按上述测量RZ值的实验步骤（1）和（2）调整量仪和找干涉带,按步骤（3）的①、②，在取样长度范围内测取同一干涉条纹所有高峰中最高的一个峰和所有低谷中最低的一个谷，它们的示值差为amax,按下式计算Ry值：Ry,丄上（um） （6-5）b2av实验报告1.根据实验情况填写下表：⑴测量微观不平度十点高度RZ值：（单位um）测量读数（格）干涉条纹弯曲量相邻两条干涉条纹间距次序%h谷1b,N一N=1 1 22b,N一N=2 1 23b3,N一N=1 24b,(b+b+b)/=av 1 2 3/35测量结果…h一…h °峰 谷1 €R, 1 • •—=z 5 b2av⑵测量轮廓最大高度Ry值：（单位um）测量读数amax=bav-入—计算结果Rya €—Ry,max• —b 2av回答下列问题：（1） 用干涉显微镜测量表面粗糙度，是以光波为尺子来计量被侧表面上微观峰谷的高度差，此说法是否真确？（2） 用干涉显微镜测量表面粗糙度时分度值如何体现？实验七 齿轮公法线长度变动和平均长度偏差的测量一、 实验目的熟悉公法线千分尺的结构和使用方法：掌握齿轮公法线长度公称值的计算方法并熟悉公法线长度的测量方法；加深对齿轮公法线长度变动、公法线平均长度偏差的理解。二、 齿轮公法线长度变动和平均长度偏差的测量量仪说明和测量原理齿轮公法线长度变动AFw是指在齿轮一周范围内，各条实际公法线长度中的最大值Wmax与最小值Wmin之差，即AFw=Wmax-Wmin齿轮公法线平均长度偏差AEwm是指在齿轮一周范围内，所有实际公法线长度的平均值W平均与公法线长度公称值W之差，即AEwm=W平均-W

图7-1公法线千分尺齿轮公法线长度通常使用公法线千分尺测量。公法线千分尺的外形如图7-1图7-1公法线千分尺测量标准直齿圆柱齿轮的公法线长度时的跨齿数n,按下式计n=za+0.5 （7-1）180。式中z一齿轮的齿数；,—齿轮的标准压力角。n的计算值通常不是整数，而在计算齿轮公法线长度公称值和测量齿轮时，n必须是整数，因此应将n的计算值化整为最接近计算值的整数。齿轮公法线长度公称值W按下式计算：W=mcos,I…（n-0.5）+zinv,] （7-2）式中inva—渐开线函数，inv20o=0.01490o(7-3)对于变位直齿圆柱齿轮，则跨齿数n(7-3)n=z丄+。.518。式中，a-arccos———b—，m、X、d和db分别为齿轮的模数、变位系m d+2xm数、分度