《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1

1、互換性與技術(shù)測(cè)量 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化教研室編 2011.09 目錄 實(shí)驗(yàn) 1 用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量塞規(guī) 2 實(shí)驗(yàn) 2用內(nèi)徑百分表測(cè)量?jī)?nèi)徑 4 實(shí)驗(yàn) 3 直線度誤差的測(cè)量 7 實(shí)驗(yàn) 4 平行度與垂直度誤差的測(cè)量 11 實(shí)驗(yàn) 5 表面粗糙度的測(cè)量 14 實(shí)驗(yàn) 6 工具顯微鏡長(zhǎng)度、角度測(cè)量 18 實(shí)驗(yàn) 1 用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量塞規(guī) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解立式光學(xué)計(jì)的測(cè)量原理； 2、熟悉立式光學(xué)計(jì)測(cè)量外徑的方法； 3、加深理解計(jì)量器具與測(cè)量方法的常用術(shù)語(yǔ)。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量塞規(guī)； 2、由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19571981光滑極限量規(guī)查出被測(cè)塞規(guī)的尺寸公差和形 狀公差，與測(cè)量結(jié)果

2、進(jìn)行比較，判斷其適用性。 三、計(jì)量器具及測(cè)量原理 立式光學(xué)計(jì)是一種精度較高而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的常用光學(xué)測(cè)量?jī)x。其所用長(zhǎng)度基準(zhǔn)為量 塊，按比較測(cè)量法測(cè)量各種工件的外尺寸。 圖1為立式光學(xué)計(jì)外形圖。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作臺(tái)11 等幾部分組成。光學(xué)計(jì)是利用光學(xué)杠桿放大原理進(jìn)行測(cè)量的儀器，其光學(xué)系統(tǒng)如圖2b 所示。照明光線經(jīng)反射鏡I照射到刻度尺8上，再經(jīng)直角棱鏡2、物鏡3,照射到反射 鏡4上。由于刻度尺8位于物鏡3的焦平面上，故從刻度尺8上發(fā)出的光線經(jīng)物鏡3后 成為平行光束。若反射鏡4與物鏡3之間相互平行，則反射光線折回到焦平面， 刻度尺 的像7與刻度尺8對(duì)稱。若被測(cè)尺寸變動(dòng)使測(cè)桿5推動(dòng)

3、反射鏡4繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度a （圖2a），則反射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn) 2 a角度，從而使刻度尺像7產(chǎn)生位移t（圖2c）, 它代表被測(cè)尺寸的變動(dòng)量。物鏡至刻度尺 8間的距離為物鏡焦距f，設(shè)b為測(cè)桿中心至 反射鏡支點(diǎn)間的距離，s為測(cè)桿5移動(dòng)的距離，則儀器的放大比 K為 K二上二他色 $6 tana 當(dāng)a很小時(shí)，仁“。6 ：m和心m，因此 K-過(guò) b 光學(xué)計(jì)的目鏡放大倍數(shù)為12，f=200mm，b=5mm，故儀器的總放大倍數(shù)n為 窓=12K = 1212 x 2 x200 = 96O On 由此說(shuō)明，當(dāng)測(cè)桿移動(dòng) 0.001mm時(shí)，在目鏡中可見到0.96mm的位移量。 圖1立式光學(xué)計(jì)外形圖 圖2立式

4、光學(xué)計(jì)測(cè)量原理圖 四、測(cè)量步驟 1、按被測(cè)塞規(guī)的基本尺寸組合量塊； 2、選擇測(cè)頭。測(cè)頭有球形、平面形和刀口形三種，根據(jù)被測(cè)零件表面的幾何形狀 來(lái)選擇，使測(cè)頭與被測(cè)表面盡量滿足點(diǎn)接觸。所以，測(cè)量平面或圓柱面工件時(shí)，選用球 形測(cè)頭；測(cè)量球面工件時(shí)，選用平面形測(cè)頭；測(cè)量小于 10mm的圓柱面工件時(shí)，選用刀 口形測(cè)頭； 3、調(diào)整儀器零位。 1）參看圖1,將所選好的量塊組的下測(cè)量面置于工作臺(tái)II的中央，并使測(cè)頭10對(duì) 準(zhǔn)上測(cè)量面中央 2）粗調(diào)節(jié)。松開支臂緊固螺釘4,轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母2,使支臂3緩慢下降，直到測(cè)頭 與量塊上測(cè)量面輕微接觸，并能在視場(chǎng)中看到刻度尺像時(shí)，將螺釘4鎖緊。 3）細(xì)調(diào)節(jié)。松開緊固螺釘8,

5、轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)凸輪7,直至在目鏡中觀察到刻度尺像與牲 指示線接近為止（圖3a），然后擰緊螺釘 -7y -66 = 0 令式 11x 一 7y=O 中 x=0，則 y=0;令式 11x 一 7y-66=O 中 x=O，則 y=-11;所以， 11、l2在y軸上的截距之差為11格，即l1、l2在平行于縱軸方向上的距離為ll格，由公 式f=O.01Lf（格），求得丿門一X 3K） a： I I沖、丄ni 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11841996直線度5級(jí)公差值為25um,誤差值小于公差值， 所以被測(cè)工件直線度誤差合格 實(shí)驗(yàn)4平行度與垂直度誤差的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解平行度與垂直度誤差的測(cè)量原理及方法；

6、2、熟悉通用量具的使用； 3、加深對(duì)位置公差的理解。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、工件一一角座（見圖10）。圖樣上提出四個(gè)位置公差要求： 1）頂面對(duì)底面的平行度公差0.15; 2）兩孔的軸線對(duì)底面的平行度公差 0.05； 3）兩孔軸線之間的平行度公差 0.35; 4）側(cè)面對(duì)底面的垂直度公差0.20。 2、量具一一測(cè)量平板、心軸、精密直角尺、塞尺、百分表、表架、外徑游標(biāo)卡尺 等。 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1、按檢測(cè)原則1（與理想要素比較原則）測(cè)量頂面對(duì)底面的平行度誤差（見圖11） 圖10角座零件圖 將被測(cè)件放在測(cè)量平板上，以平板面作模擬基準(zhǔn)；調(diào)整百分表在支架上的高度，將 百分表測(cè)量頭與被測(cè)面接觸，使百分表指針倒轉(zhuǎn)

7、1-2圈，固定百分表，然后在整個(gè)被測(cè) 表面上沿規(guī)定的各測(cè)量線上移動(dòng)百分表支架，取百分表的最大與最小讀數(shù)之差作為被測(cè) 表面的平行度誤差。 2、按檢測(cè)原則，測(cè)量?jī)煽纵S線對(duì)底面的平行度誤差。用心軸模擬被測(cè)孔的軸線（見 圖12），以平板模擬基準(zhǔn)，按心軸上的素線調(diào)整百分表的高度，并固定之（調(diào)整方法同步 驟1）,在距離為L(zhǎng),的兩個(gè)位置上測(cè)得兩個(gè)讀數(shù) M1和M2，被測(cè)軸線的平行度誤差應(yīng) 為 式中 L被測(cè)軸線的長(zhǎng)度。 圖12測(cè)量?jī)煽纵S線對(duì)底面的平行度誤差 3、按檢測(cè)原則I測(cè)量?jī)煽纵S線之間的平行度誤差（見圖13）。用心軸模擬兩孔軸線, 用游標(biāo)卡尺在靠近孔口端面處測(cè)量尺寸口1及n2,差值（nl 口 2）即為所求平

8、行度誤差。 4、按檢測(cè)原則3（測(cè)量特征參數(shù)原則）測(cè)量側(cè)面對(duì)底面的垂直度誤差（見圖14）。用平 板模擬基準(zhǔn)，將精密直角尺的短邊置于平板上，長(zhǎng)邊靠在被測(cè)側(cè)面上，此時(shí)長(zhǎng)邊即為理 想要素。用塞尺測(cè)量直角尺長(zhǎng)邊與被測(cè)側(cè)面之間的最大間隙，測(cè)得值即為該位置的垂直 度誤差。移動(dòng)直角尺，在不同位置重復(fù)上述測(cè)量，取最大誤差值為該被測(cè)面的垂直度誤 差。 平板 圖14測(cè)量側(cè)面對(duì)底面的垂直度誤差 思考題 1目前部分工廠用作圖法求解直線度誤差時(shí)，仍沿用以往的兩端點(diǎn)連線法，即把 誤差折線的首點(diǎn)和終點(diǎn)連成一直線作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，然后再作平行于評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的兩條包容 直線，從平行于縱坐標(biāo)來(lái)計(jì)量?jī)蓷l包容直線之間的距離作為直線度誤差值。

9、（1）以例題作圖為例，試比較按兩端點(diǎn)連線和最小條件評(píng)定的誤差值，何者準(zhǔn)確？為 什么？ （2）假若誤差折線只偏向兩端點(diǎn)連線的一側(cè)（單凹、單凸），上述兩種評(píng)定誤差值的方 法情況又如何？ （3）同樣是最小條件評(píng)定誤差值，那么直接讀取法與計(jì)算法比較那個(gè)更準(zhǔn)確？ 2用作圖法求解直線度誤差值時(shí)，如前所述，總是按平行于縱坐標(biāo)計(jì)量，而不是 垂直于兩條平行包容直線之間的距離，原因何在 ？ 實(shí)驗(yàn)5 表面粗糙度的測(cè)量 目的與要求 1、學(xué)習(xí)光切顯微鏡測(cè)量表面粗糙度的原理和方法; 2、了解微觀不平度十點(diǎn)高度 Rz的實(shí)際含義。 二、 測(cè)量原理 光切顯微鏡是利用光切法來(lái)測(cè)量表面粗糙度的，其原理如圖3-1所示。由光源發(fā)出的光

10、經(jīng)過(guò)聚光鏡 2, 穿過(guò)狹縫3形成帶狀光束。光束再經(jīng)物鏡 4以45度角射向工件5，在凹凸不平的表面上呈現(xiàn)出 曲折光帶，再以45度角反射，經(jīng)物鏡6到達(dá)分劃板7上。從目鏡看到的曲折亮帶，有兩個(gè)邊界，光 帶影像邊界的曲折程度表示影像的峰谷高度h?。h?與表面凸起的實(shí)際高度 h之間的關(guān)系為 圖雙管顯微鏡工作原理圖 式中，M為物鏡6的放大倍數(shù)。 在目鏡視場(chǎng)里，高度 h?是沿45度方向測(cè)量的，若在目鏡測(cè)微器7的讀數(shù)值為H，則h?與 H的關(guān)系 為h?=Hcos45?將前后兩式代入可得, H cos45 2M H 2M E，則h二E H。系數(shù)E 作為目鏡測(cè)微器裝在 光切顯微鏡上使用時(shí)的分度值。E值與物鏡的放大倍

11、數(shù)M有關(guān)，一般 它已由儀器說(shuō)明書給定。 、測(cè)量?jī)x器 光切顯微鏡 田1圖二 1、基座，2、立柱，3、橫臂，4、手輪，5、橫臂緊固螺絲，6、微調(diào)手輪，7、手柄，8、 照明燈，9、插座，10、攝影裝置，11、測(cè)微目鏡，12、物鏡組，13、快門線，14、百 分尺，15、工作臺(tái)緊固螺絲，16、殼體，17、V型塊，18、座標(biāo)工作臺(tái)。 19、測(cè)微目鏡緊固螺絲，20、攝影選擇旋鈕，21、對(duì)焦輔助旋鈕 四、測(cè)量步驟 1、按工作粗糙度的估計(jì)值，選擇適當(dāng)放大倍數(shù)的物鏡并裝在儀器上； 2、將被測(cè)工作置于工作臺(tái)上； 3、通過(guò)變壓器接通電源； 4、調(diào)整儀器，其步驟如下： (1) 松開橫臂緊固螺絲5， 轉(zhuǎn)動(dòng)橫臂3及手輪4，

12、 使鏡頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量表面上方， 然后鎖 緊橫臂緊固螺絲5; (2) 調(diào)節(jié)微調(diào)手輪6,上下移動(dòng)殼體16,使目鏡視場(chǎng)中出現(xiàn)切削痕紋； (3) 轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，使加工痕紋與投射在工作表面上的光帶垂直，然后交錯(cuò)調(diào)整微調(diào)手輪 6、對(duì)焦輔助旋鈕2 1，直到獲得最清晰光帶為止； (4) 松開測(cè)微目鏡緊固螺絲19，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，使目鏡中的十字線的水平線與光帶大致平 行。 5、轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡測(cè)微計(jì)，使十字線的水平線分別與光帶上邊緣的五個(gè)峰頂和五個(gè)谷底相切。 (fl)(b) 3七甘鏡視場(chǎng)的圖像 5)瞄峰頂*(昉一瞄谷底 從目鏡測(cè)微計(jì)上分別讀取各峰、谷的讀數(shù)h1,h2,.h10，按下式算出微對(duì)不平度十點(diǎn)高度Rz,即 L(h1 +h

13、3+h5+h7+h9) (h2 + h4 + h6 + h8+h10) Rz 二 E 5 式中，hi的單位為格數(shù)。 6、于零件各部分的粗糙度不一定均勻一致，為了充分反映表面粗糙度的特性，必須在一 定長(zhǎng)度范圍內(nèi)的不同部位進(jìn)行測(cè)量并取其平均值。 7、按表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定工件表面粗糙度是否符合要求。 數(shù)據(jù)表格：光切顯微鏡測(cè)量表面粗糙度 儀器型號(hào)及規(guī)格： 儀器測(cè)量范圍： 被測(cè)零件要求表面粗糙度Rz= 所選用的物鏡放大倍數(shù)： M=; E=。 測(cè)量結(jié)果 讀數(shù)(格) 實(shí)測(cè)Rz (m) 五個(gè)峰點(diǎn) 五個(gè)谷點(diǎn) 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 遲h谷 適用性結(jié)論： 思考題 1 . 為什么只測(cè)量光帶一邊的最高點(diǎn)（峰）和最低點(diǎn)（谷） 2 測(cè)量表面粗糙度還有哪些方法？其應(yīng)用范圍如何？ ？ C?如何確定? 3 用光切顯微鏡測(cè)量表面粗糙度為什么要確定分度值 實(shí)驗(yàn)6工具顯微鏡長(zhǎng)度、角度測(cè)量 一. 目的與要求 1、學(xué)習(xí)工具顯微鏡測(cè)量的原理和方法； 2、工具顯微鏡的使用及操作。 3、掌握工具顯微鏡測(cè)量。 二. 設(shè)備與器材 JX14B工具顯微鏡一臺(tái)，被測(cè)物品若干。 三作用與原理 （一）儀器特點(diǎn) 1、主顯微鏡配有多種目鏡和物鏡，視場(chǎng)寬，成像清晰。 2、采用光電數(shù)顯技術(shù)，精密光柵尺作為測(cè)量元件，測(cè)量長(zhǎng)度以數(shù)字顯示，直觀，方

15、便。 3、主顯微鏡可左右偏擺，適用于螺旋狀零件的測(cè)量。 4、透、反射照明，內(nèi)、外輪廓均可測(cè)量。 5、附件多，使用面廣。 （二）、用途： JX14B數(shù)字式大型工具顯微鏡是機(jī)器制造工廠、科學(xué)研究機(jī)關(guān)及高等院校的計(jì)量部門或車間檢查站 廣泛使用的一種多用途計(jì)量?jī)x器，該儀器采用光柵尺作為長(zhǎng)度測(cè)量傳感器。長(zhǎng)度值采用數(shù)字顯示， 具有較高的測(cè)量精度和操作效率。 儀器的用途十分廣泛，其典型測(cè)量對(duì)象有： 1、測(cè)量各種成型零件如樣板、樣板車刀、沖模和凸輪的形狀。 2、測(cè)量外螺紋（螺紋塞規(guī)、絲杠和蝸桿等）的中徑、大徑、小徑、螺距、牙型半角。 3、測(cè)量齒輪滾刀的導(dǎo)程、齒形和牙型角。 4、測(cè)量鉆模或孔板上孔的位置度，鍵槽

16、的對(duì)稱度等形位誤差，儀器帶有光學(xué)定位器、 頂針架、雙象目鏡、輪廓目鏡等多種附件?？墒鼓眯膽?yīng)手地完成各種復(fù)雜的測(cè)量工作。 工作原理： JX11B如圖所示: 10,光標(biāo)方問調(diào)節(jié)鈿 鳩零 Y清零 2, Y問微調(diào)旋鈕 Y向鎖緊 仁鏡筒上下升降粗調(diào) &熊筒上下升降微調(diào) f 主軸傾斜調(diào)節(jié)鈕 11.測(cè)量臺(tái) 1/X向微調(diào)旋鈕 3. X向鎖緊 JX11B數(shù)字式萬(wàn)能工具顯微鏡，儀器工作原理與同類型萬(wàn)工顯相同.只是在縱、橫向 讀數(shù)上應(yīng)用了計(jì)量光柵莫爾條紋技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了數(shù)字顯示。計(jì)量光柵通常是由一系列被等 寬透明的間隙所分開的不透明刻線所組成。它的特征指標(biāo)是光柵常數(shù)3 （又稱間距、節(jié) 距）是指兩相鄰刻線的距離，表征

17、的數(shù)值是每毫米刻線數(shù)的倒數(shù)。計(jì)量光柵是利用光柵 對(duì)產(chǎn)生的莫爾條紋來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度或角度的。 光柵常數(shù)為3的兩塊光柵，面對(duì)面地靠在一起，相互傾斜微小角度9,在光柵夾的 補(bǔ)角（180。9的角平線上，就能看到另一粗條紋，這些條紋通常稱為莫爾條紋 （moire fringe）莫爾條紋間的距離 W=3/ 9（9的單位為弧度，3的單位為毫米）當(dāng)二塊 光柵選定時(shí)，3隨9的增加而減少，隨9的減少而增加，由上式可知，莫爾條紋間距3 被放大了 1/ 9倍光柵常數(shù)。 如圖所示，當(dāng)二塊光柵中的的任一塊沿 X方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋就沿 丫軸移動(dòng)， 對(duì)某一定點(diǎn)來(lái)說(shuō)，光的強(qiáng)弱明暗發(fā)生周期性變化，也就是相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)代表位移量 的

18、光信號(hào)，每當(dāng)光柵相間間移了一個(gè) 3莫爾條紋就移動(dòng)了一個(gè) W即條紋明暗變化了一 個(gè)周期。3和W是相對(duì)應(yīng)的，所以測(cè)出了莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)目，就能測(cè)量出光柵相互 間移動(dòng)的距離。如果用光敏二極管接收其變化記號(hào)，并經(jīng)電子計(jì)數(shù)器記錄條紋移過(guò)的數(shù) 目（即莫爾條紋明暗變化的次數(shù)）即可獲得光柵的移動(dòng)量。通常，指示光柵是固定不動(dòng) 的，標(biāo)尺光柵裝置在縱向、橫向的滑臺(tái)上，因此，光柵的移動(dòng)量就是縱向、橫向滑臺(tái)的 移動(dòng)量，從而完成工件長(zhǎng)度的精密測(cè)量。 從光源1射出的光線經(jīng)聚光鏡2而形成了平行光通過(guò)指示光柵 3和標(biāo)尺光柵4后產(chǎn) 生莫爾條紋再經(jīng)四分透鏡5成象于光敏二極管6上，光敏二極管的輸出記號(hào)進(jìn)行細(xì)分運(yùn) 算放大電路7計(jì)數(shù)脈沖形成電路8,經(jīng)換向門控方向控制9輸入十進(jìn)可逆計(jì)數(shù)器10,由 數(shù)字管理顯示讀數(shù)。JX11B使用100條/mm光柵，每移動(dòng)0.01mm時(shí)，莫爾條紋明暗變 化一次，即一個(gè)周期，將這個(gè)周期進(jìn)行100細(xì)分，即可獲得100個(gè)脈沖記號(hào)就相當(dāng)規(guī)模 于0.01/100=0.0001mm的光柵位移，從而取得 0.1卩山的最小顯示值。 10.光標(biāo)方向調(diào)節(jié)鈿 2, Y向微調(diào)旋鈕 匸鏡筒上下升降粗調(diào) &鏡筒上下升降微調(diào) 9.主軸傾斜