東北石油大學(xué)機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)2新

1、機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)基礎(chǔ)（互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)）實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書東北石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化教研室2006年9月15實(shí)驗(yàn)一 用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量軸徑一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1.了解立式光學(xué)計(jì)的原理和使用場(chǎng)合。.掌握立式光學(xué)計(jì)測(cè)量微差尺寸方法及量塊的使用。二、立式光學(xué)計(jì)的原理立式光學(xué)計(jì)是應(yīng)用光學(xué)杠桿和自準(zhǔn)直原理，以量塊作基準(zhǔn)，進(jìn)行比較測(cè)量的光學(xué)量?jī)x。其核心部分為型的測(cè)微光管(光學(xué)計(jì)管)，光學(xué)系統(tǒng)（見圖）工作原理如下：光線由光源經(jīng)反射鏡6進(jìn)入棱鏡7，使分劃板的標(biāo)尺9得到照明，光線透過標(biāo)尺繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)棱鏡3反射，折向物鏡2，由于分劃板是放置在物鏡的焦點(diǎn)上，所以成為一束平行光入射到反射鏡1上，由于反射鏡

2、正好對(duì)著物鏡，因此仍按原路反射回去，且遵循自準(zhǔn)直原理，則標(biāo)尺的像亦顯圖1示在分劃板另一半面上，這就是目鏡中看到的標(biāo)尺。當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)時(shí)，頂動(dòng)反射鏡，使之傾斜一個(gè)角度，目鏡中的標(biāo)尺像也隨之移動(dòng)一個(gè)距離，這個(gè)距離與測(cè)桿移動(dòng)距離約以1000倍放大，可以通過目鏡5進(jìn)行讀數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)所需器件 立式光學(xué)計(jì)、千分尺、量塊、被測(cè)工件（軸）、無水乙醇、脫脂棉、手套等。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.測(cè)量軸徑 2.測(cè)量軸的直線度誤差 3.測(cè)量軸的圓度誤差五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟（參見圖2、圖3儀器外形圖） 1.接通變壓器25輸入端220V電源，投影燈23插在變壓器輸出端6V、30VA插座上，燈亮； 2.調(diào)節(jié)進(jìn)光反射鏡10，撥動(dòng)提升器19

3、（撥叉），觀察目鏡投影筒24，直至出現(xiàn)較清晰的標(biāo)尺刻度和指示線；3.用千分尺粗測(cè)工件尺寸，作為組合量塊依據(jù)；4.組合量塊（）組合量塊不得超過四塊，否則為無效測(cè)量；（）組合量塊尺寸應(yīng)在粗測(cè)工件尺寸±50m之內(nèi)；（）使用量塊應(yīng)帶手套操作，量塊兩光面用酒精棉擦干凈，疊放在工作臺(tái)上。5.光學(xué)計(jì)調(diào)零（1）松開橫臂固定螺旋4，旋動(dòng)橫臂升降螺圈3，使橫臂下降當(dāng)測(cè)帽20剛好接觸組合量塊時(shí),將螺旋4固定；（2）再松開光管固定螺旋16，轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪6作適當(dāng)升降，從目鏡內(nèi)看到分劃線后，若不清晰再旋轉(zhuǎn)目鏡13調(diào)焦，調(diào)節(jié)使分劃線零位與指示虛線重合，再將光管固定螺旋16旋緊；（3）若零位稍有移動(dòng)，不必再松螺旋1

4、6，可旋動(dòng)零位調(diào)節(jié)手輪14，歸零，此時(shí)撥動(dòng)提升器19幾次，零位不變即可換上工件進(jìn)行比較測(cè)量。測(cè)量過程上述緊固部分不能再動(dòng)，并將量塊放回盒內(nèi)；（）注意事項(xiàng):1）調(diào)零前用微動(dòng)凸輪托圈固定螺旋15和光管固定螺旋16，將光學(xué)計(jì)管安放在高低適中位置，同時(shí)使微動(dòng)手輪6上標(biāo)記點(diǎn)朝上，零位調(diào)節(jié)手輪14處于中間位，以便調(diào)零時(shí)有足夠調(diào)節(jié)量；2）測(cè)量時(shí)必須使工作臺(tái)平面與測(cè)量軸垂直；3）測(cè)量時(shí)被測(cè)物與測(cè)帽間接觸面，必須使其最小，即近于點(diǎn)或線，因此測(cè)柱形軸時(shí)宜采用刀刃形或平面測(cè)帽。6.測(cè)量：（1）軸徑測(cè)量工件上選兩截面，每截面0°、90°各測(cè)一次。（2）直線度測(cè)量，工件上同一母線均測(cè)四個(gè)點(diǎn)。圖2圖3

5、（3）圓度測(cè)量，工件上選同一截面，等分45°測(cè)四個(gè)點(diǎn)。測(cè)量完畢，斷開220V電源。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與報(bào)告上述實(shí)驗(yàn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中（見附表1），經(jīng)數(shù)據(jù)處理形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并畫出直線度誤差和圓度誤差的視圖和標(biāo)注。思考題：.此次測(cè)量時(shí)量塊是按“等”使用，還是按“級(jí)”使用？它們有何不同？.了解刻度值，標(biāo)尺示值范圍，儀器測(cè)量范圍等概念。附表1 用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量軸徑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 年 月 日1被測(cè)試件尺寸試件號(hào)公稱直徑（mm）公差等級(jí)軸徑的極限尺寸（mm）粗測(cè)軸徑（mm）1最大最小2最大最小2.組合量塊組號(hào)量塊第一塊第二塊第三塊第四塊量塊組合尺寸（mm）1標(biāo)稱尺寸2標(biāo)稱尺寸3.測(cè)量數(shù)據(jù)及處

6、理測(cè)量?jī)?nèi)容序號(hào)讀 數(shù)（m）軸徑實(shí)際尺寸量塊組合尺寸讀數(shù)（mm）試件1試件2試件1試件2軸徑測(cè)量截面12截面12直同線一度條測(cè)母量線1234圓同度一測(cè)截量面1234軸徑實(shí)際尺寸變動(dòng)范圍（mm）適用性結(jié)論（合格或不合格）試件1試件2圖示直線度誤差圖示圓度誤差實(shí)驗(yàn)二 表面粗糙度試驗(yàn)2.1 用光切法顯微鏡測(cè)量表面粗糙度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.建立對(duì)表面粗糙度的感性認(rèn)識(shí)；2.了解光切法顯微鏡的原理和結(jié)構(gòu)；3.熟悉用光切法顯微鏡測(cè)量表面粗糙度的方法及操作。二、光切法顯微鏡測(cè)量原理儀器是采用光切法測(cè)量被測(cè)表面的微觀不平度，其工作原理如圖（光學(xué)系統(tǒng)圖）所示：儀器外形圖 光學(xué)系統(tǒng)示意圖由光源發(fā)出的光線，經(jīng)狹縫形成

7、一條平行光帶，以45°方向投射到被測(cè)表面。由于工件表面粗糙不平，表面的波峰S點(diǎn)產(chǎn)生反射，波谷在S點(diǎn)產(chǎn)生反射，反射后在與工件成45°的另一方向，通過顯微鏡的物鏡，它們各成像在分劃板的a 和 a點(diǎn)。在目鏡中觀察到的即為具有與被測(cè)表面一樣的彎曲波形光帶。通過目鏡的分劃板與測(cè)微器測(cè)出a點(diǎn)至a點(diǎn)之間距離N，被測(cè)表面的微觀不平度h即為： （1）V物鏡放大倍數(shù)三、測(cè)量方法與步驟參看儀器的外形1. 估計(jì)被測(cè)工件表面粗糙度大致級(jí)別，依此選擇合適的物鏡；測(cè)量范圍（不平度平均高度值）（m）所需物鏡總放大倍數(shù)物鏡組件與工件的距離(mm)視場(chǎng)(mm)0.81.660×N.A.0.55*51

8、0×0.040.31.66.330×N.A.0.40*260×0.20.66.32014×N.A.0.20*120×2.51.320807×N.A.0.12*60×9.52.5 2.儀器接通電源，將被測(cè)工件安放在工作臺(tái)上，其加工紋路應(yīng)與顯微鏡光軸平面平行，即與狹縫像垂直； 3.松開緊固螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)螺母進(jìn)行粗調(diào)焦，再轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手柄進(jìn)行調(diào)焦，直至光帶影像一邊緣最清晰為止，鎖緊緊固螺釘；4.松開目鏡頭座螺釘，將目鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)，使視場(chǎng)中的十字坐標(biāo)線的一根平行于光帶、鎖緊螺釘。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微套筒的鼓輪，將平行線移到與光帶清晰邊緣的最高點(diǎn)（峰頂）

9、對(duì)準(zhǔn)相切（如圖a所示），記下測(cè)微鼓上的讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪將平行線與光帶清晰邊緣最低點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)相切（如圖b所示），記下測(cè)微鼓上讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差為。圖a 圖b（）將式（2）中的N代入式（1）后得（）式中：分劃板的二次讀數(shù)差為求出不平度平均高度值 ，要求在工件不同區(qū)域測(cè)量被測(cè)輪廓的五個(gè)最高點(diǎn)（峰）和五個(gè)最低點(diǎn)（谷）之間的平均讀數(shù)差。再按式（3）計(jì)算出的h，即不平度平均高度RZ。然后按標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)值查出相應(yīng)的表面粗糙度數(shù)值。實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算參看附表2。四、物鏡放大倍數(shù)V的確定由于目鏡百分尺轉(zhuǎn)筒的度數(shù)與選用的物鏡組的放大倍數(shù)有關(guān)，同時(shí)物鏡放大倍數(shù)也不夠準(zhǔn)確，所以要利用儀器備有的標(biāo)準(zhǔn)刻度進(jìn)行測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)尺的

10、中央圓面上刻有100個(gè)格，總長1毫米，每格為0.01毫米。測(cè)量時(shí)首先將標(biāo)準(zhǔn)刻度尺放在儀器的工作臺(tái)上，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)刻度尺刻線清晰地成象在目鏡視場(chǎng)中，并且使其刻線和狹縫象垂直，分劃板十字線的運(yùn)動(dòng)方向與狹縫平行。然后將分劃板十字線交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)刻度尺的一端，記下目鏡百分尺第一次讀數(shù)（如圖中交叉實(shí)線位置），再把十字線交點(diǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)刻度尺的另一端（圖中交叉虛線位置），記下目鏡百分尺第二次讀數(shù)。此時(shí)測(cè)微目鏡的二次讀數(shù)差與標(biāo)準(zhǔn)刻度尺選擇段刻度數(shù)之比，就是顯微鏡物鏡的放大倍數(shù)V。例如：假定標(biāo)準(zhǔn)刻度尺選擇線段為80格，即0.8毫米。在測(cè)微目鏡中對(duì)此刻線段的讀數(shù)值為6.4毫米，儀器上安裝的物鏡組為14×N.A.

11、0.20時(shí)，物鏡的放大倍數(shù):五、思考題1.評(píng)定表面粗糙度的參數(shù)有哪些？ 間有什么區(qū)別？附表2：用光切法（雙管）顯微鏡測(cè)量表面粗糙度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 年 月 日1.估計(jì)被測(cè)工件表面粗糙度為2.選定所需物鏡組為：3.確定物鏡的放大倍數(shù)V4.光切法顯微鏡的測(cè)量范圍為_m到_m5.測(cè)量記錄數(shù)據(jù)與計(jì)算取樣序號(hào)n峰頂讀數(shù)A(格)谷底讀數(shù)B(格）峰谷高度(格)平均高度(格)（m）12345請(qǐng)按標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)值標(biāo)注出被測(cè)工件表面粗糙度測(cè)量結(jié)果： 2.2 用于涉顯微鏡測(cè)量表面粗糙度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 了解干涉法的測(cè)量原理2. 熟悉儀器的使用方法與測(cè)量范圍二、工作原理6J型干涉顯微鏡光路系統(tǒng)圖、外形圖如下：干涉顯微鏡是

12、干涉儀和顯微鏡的組合，將被測(cè)件和標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡面相比較，用光波波長作為尺子來衡量工件表面的微觀不平深度，用顯微鏡進(jìn)行高倍放大后再進(jìn)行觀察和測(cè)量。其測(cè)量范圍為0.020.8m。儀器的光路原理是：光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2，濾色片3，光欄4落在組合棱鏡5上，棱鏡組合處斜面將光線分成兩束（又稱分光鏡）：一束按原方向射到物鏡9到反射鏡S1（標(biāo)準(zhǔn)鏡面），被S1 反射又回到棱鏡上，再由5折射經(jīng)物鏡10到反射鏡11，由11反射進(jìn)入目鏡。另一束光線由棱鏡5折射轉(zhuǎn)向物鏡6，再射到被測(cè)量零件表面S2上，由零件表面反射回來，經(jīng)棱鏡5，物鏡10，射到反射鏡11，由反射鏡11也進(jìn)入目鏡。由于兩束光到達(dá)目鏡的路程不同，必定有

13、一個(gè)光程差，人為地控制使其光程差為 則產(chǎn)生干涉條紋。因工件表面的微觀不平度，使干涉條紋呈彎曲狀，用目鏡百分尺測(cè)出干涉帶的相對(duì)彎曲度，即可確定表面的微觀不平度即表面粗糙度。三、 測(cè)量方法1. 將被測(cè)表面放在工作臺(tái)上，打開燈源預(yù)熱15分鐘，使溫度均衡；2. 選定濾色片，選擇原則是目測(cè)時(shí)用白光，要求測(cè)量精度高時(shí)用綠色光，照相時(shí)用橙色光；3. 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄3，使遮光器移入光路，遮斷通向S1平面反射鏡的光路；4. 轉(zhuǎn)動(dòng)滾花手輪2，使工作臺(tái)上下移動(dòng)，將物鏡與被測(cè)表面對(duì)焦，直至見到清晰的加工刀痕為止；轉(zhuǎn)動(dòng)手柄打開通向S1的光路，可見到干涉條紋。如果干涉條紋模糊不清。則再細(xì)調(diào)滾花手輪，若看不到干涉條紋，需細(xì)調(diào)參考鏡S1； 轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)使干涉條紋與加工紋路垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使干涉條紋寬度為毫米左右，便可進(jìn)行測(cè)量。如果被測(cè)工件表面加工得很精密，那么可以得到?jīng)]有彎曲的直接干涉條紋。用目測(cè)估讀法測(cè)得不平度平均高度值。具體方法如下圖：轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡千分尺，使視場(chǎng)中的十字交叉線的一根與干涉條紋平行，并選擇其中一條較清晰的干涉帶五個(gè)最高峰的平均線N1，記下第一讀數(shù)；下移平行線至同一干涉帶五個(gè)最低點(diǎn)的平均線N2，記下第二次讀數(shù)。再將平行線移至與之相鄰的干涉帶五個(gè)最高峰的平均線N3，記下第三次讀數(shù)。此時(shí)帶寬:相鄰兩干涉帶的間距:則：?jiǎn)紊獾牟ㄩL。用白光時(shí)=0.54m實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算結(jié)果和標(biāo)