第7章模具零件常用的測量工具

第7章模具零件常用的測量工具第7章模具零件常用的測量工具模具零件加工的技術(shù)要求和測量技術(shù)對于沖壓模、塑料模、鍛模、以及金屬壓鑄模，他們在結(jié)構(gòu)上存在較大的差異，而且各類模具的使用功能和裝配狀態(tài)也不一樣，精度要求自然也不同。所以各類模具的技術(shù)標準都有針對性地制定了相應的模具零件的技術(shù)要求、模具的裝配要求。有關技術(shù)要求的標準參見相應的模具標準。對模具的檢驗可劃分為對成形零件的檢驗和模架的檢驗，也可以按工作型面尺寸檢測、非型面尺寸檢測來劃分。在有的企業(yè)中，把模具零件的精度分類進行質(zhì)量管理，如一類、二類、三類尺寸來劃分。它的劃分依據(jù)是對這些零件尺寸對模具成形產(chǎn)品的質(zhì)量影響大小而定。模具制造中的測量技術(shù)除采用一般幾何量測量工具和測量儀測量各種長度、高度、深度、形狀位置誤差、表面粗糙度、角度、螺紋等誤差外，還包括使用計算機掃描等先進測量技術(shù)檢測復雜曲面形狀。在測量方法上除對模具零件直接測量外，還廣泛采用間接測量方法。測量和檢測在計量上是有嚴格區(qū)別的，在模具檢驗的過程中，由于無法直接測出實物的數(shù)據(jù)往往會借助測量手段實現(xiàn)。一般可以簡單的認為：檢測是在已知理論數(shù)據(jù)的情況下與實物的測量數(shù)據(jù)比較，可以判斷數(shù)據(jù)超差與否、工件是否合格；而測量是事先對測量物體的尺寸、形位公差等并不知道的情況下，進行實測，得到數(shù)據(jù)，而這個過程本身并不判斷工件的合格與否。模具檢驗常用的樣板.樣板的分類1）按照用途有下料樣板、加工樣板、裝配劃線樣板和裝配角度樣板等。在模具制造中，用的最多的是加工樣板。2）按照空間形狀有平面樣板、立體樣板（樣箱）。中小型沖壓模、塑料模、壓鑄模一般都使用平面樣板，但在汽車覆蓋件沖壓模具領域會用到立體樣板，也稱作樣箱。3）按制作樣板的材料有木材、扁鐵、薄鐵皮、油氈和紙板等。一般模具制造中使用的樣板都是薄鐵板。對這種鋼板要求：淬火變形小，耐磨。而在汽車覆蓋件模具會用到樹脂、木材等作為樣板，木質(zhì)樣板是按照展開的構(gòu)件實際形狀用木板條（或夾板）釘制而成。常用的加工樣板大都是根據(jù)模具零件的一些特殊的截面，由鉗工或線切割等工藝方法將薄鋼板做成相應截面形狀，再經(jīng)淬火和研磨而成。輪廓樣板，按零件內(nèi)部輪廓尺寸制造，允許負的偏差。斷面輪廓特殊部位形狀樣板，一般按最大極限尺寸制造，作為特殊形狀的驗規(guī)。.樣板的應用1）用塞尺或透光目測法檢查樣板與型腔表面的間隙，如檢驗精度要求不高（公差值＞±0.05mm）的鍛模模膛形狀。2）對于大、中型彎曲模的凸、凹模工作表面的曲線和拆線，幾何形狀和尺寸精度要求較高時，需要用樣板及樣件控制。3）加工一些回轉(zhuǎn)體的模具零件（如車削），其形狀和尺寸可由樣板檢驗，用樣板的基面靠零件基面來檢查成形表面正確與否。相當于樣板作為一條母線，判斷回轉(zhuǎn)體是否合格。4）輪廓樣板常常用于常規(guī)機械加工前，在復雜型面（壓鑄模、塑料模）上的劃線，也可以用于鉗工裝配修調(diào)模具鑲塊的檢驗。模具檢驗常用的樣形.樣型和樣架用于大型曲面零件制造的大型覆蓋件冷沖壓模具的工作部分，大多由三維曲面構(gòu)成，表面粗糙度及精度（特別是汽車外覆蓋件的形狀精度）等級要求均較高，加工時需采用樣型和樣架等專用檢驗工具配合加工。樣型實際上是一種檢驗的模型。1）主模型主模型是一些復雜三維曲面沖壓件設計、加工、檢驗的原始依據(jù)。他可用于檢驗像生產(chǎn)汽車覆蓋件的模具、夾具、以及檢驗斷面形狀的樣板、立體樣箱，或直接檢驗沖壓樣件等。主模型的結(jié)構(gòu)為優(yōu)質(zhì)木材或塑料制作制作成的覆蓋件內(nèi)表面形狀，并以一定的基準面裝配在特制的主架上，構(gòu)成主模型。在主模型上劃有x、y、z三方向的坐標線，表示覆蓋件在制品上的位置（如是汽車覆蓋件則表示其在汽車坐標系中的位置），塑料主模型與木質(zhì)主模型相比，在長期的保存和使用期間變形小、保管簡單，但制造過程較復雜。一種大型覆蓋件零件，需要數(shù)套沖模沖壓而成。如汽車覆蓋件，完成一個制件的加工平均不同性質(zhì)的模具要四套（拉深、修邊、翻邊、沖孔），而這些模具的形狀要符合同一主模型，所以，主模型用以進行翻制工藝模型、樣板及最后檢驗，主模型與樣板的派生關系如圖7.1.1所示。數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品逆向0mm、1mm、3mm面工藝處理制成檢具主模型數(shù)字元化模型一翻邊展開、工藝補充加工工藝主模型投影樣板 樣箱（游離模型）—?樣架圖7.1.1典型汽車覆蓋件主模型與樣板的關系2）工藝主模型在覆蓋件的主模型上補充了翻邊展開線（修邊線）以外的形狀（工藝補充部分），同時按沖模設計的沖壓方向改裝基準面，即為工藝主模型。工藝主模型的工藝補充部分上劃有沖模中心線。工藝主模型是覆蓋件沖模制造中所用的各種模型和樣板的母模，同時還可作凸模和壓邊圈仿形加工的靠模。3）樣架樣架即研修模型，是檢驗凸模立體形面與工藝主模型的一致性的量具，還可作凹模的仿銑靠模。其結(jié)構(gòu)與工藝主模型（凸模）形狀相反，尺度相等而成凹型。材料采用變形小、強度高、易復制型面的塑料（玻璃鋼）或低熔點合金。4）投影樣板和斷面樣板投影樣板是根據(jù)所測零件有關輪廓投影到平面上的形狀和尺寸制造的。用于凸模（型芯）外輪廓和凹模（型腔）內(nèi)輪廓加工時的劃線、檢驗及修磨。5）立體樣板立體樣板主要用于覆蓋件控制修邊模的曲面形狀和尺寸。2.檢具它一般是塑料材質(zhì)，在汽車、拖拉機等領域廣泛應用。利用主模型（或數(shù)字元化的游離模型）加工出來的。用于檢測制件的制造公差、裝配狀態(tài)等工藝內(nèi)容。分為：單件檢具、分總成檢具、總成檢具，前者檢測單個制件的加工狀態(tài)，后二者檢測各個制件之間的裝配狀態(tài)。7.2模具檢驗的專用量具和常規(guī)量具一般來講，模具屬于單件生產(chǎn)，但它涉及的零部件繁多，裝配復雜，從生產(chǎn)實際和測量成本來講，盡量采用常規(guī)測量工具。尺寸精度的常規(guī)測量工具.游標量具這是最為常用的長度測量工具，他綜合了卡鉗和鋼尺的功能。測量時，量值的整數(shù)部分從本尺上讀出，小數(shù)部分從游標尺上讀出。是利用光標原理（主尺上的刻線間距和游標尺上的線距之差）來讀出小數(shù)部分。游標量具分為游標卡尺（圖7.1.1）、游標深度尺和游標高度尺。圖7.2.1游標卡尺.千分尺千分尺分為機械式千分尺和電子千分尺兩類。機械式千分尺是利用精密螺紋副原理測長的掌上型通用長度測量工具。精密螺桿在螺母中每轉(zhuǎn)動一圈，即沿軸線移動一個螺距。因此可用螺桿轉(zhuǎn)動的角度來表示移動的距離。測量時，轉(zhuǎn)動的整圈數(shù)從固定套管上的刻度讀出，小數(shù)部分從微分筒圓周上的50個等分刻度讀出。精密螺桿的螺距常采用0.5毫米，轉(zhuǎn)動微分筒上的一個刻度，相當于精密螺桿移動0.01毫米，這就是千分尺的分度值。采用高精度螺桿并利用游標或其它細分讀數(shù)機構(gòu)時，可以制成分度值為0.001毫米的千分尺。數(shù)顯千分尺也稱作電子千分尺，它的原理和機械式千分尺一樣，只是在測量系統(tǒng)中應用了光柵測長技術(shù)和集成電路等，測量結(jié)果用數(shù)字顯示出來。千分尺的品種很多，如圖7.2.2。改變千分尺測量面形狀和尺架等就可以制成不同用途的千分尺，例如有用于測量內(nèi)徑、螺紋中徑、齒輪公法線或深度等的千分尺。圖7..2.3所示為外徑千分尺結(jié)構(gòu)。以上兩種測量方法都是直接測量。

圖7.2.2各種千分尺 圖7.2.3千分尺的結(jié)構(gòu)圖.測微儀（比較儀）測微儀是利用相對法進行測量，圖7.2.4所示為機械式比較儀。測量時，先用量塊研合組成與被測基本尺寸相等的量塊組，再用此量塊組使測微儀指針對零，然后換上被測工件，測微儀指針指示的即為被測尺寸的偏差值。比較儀量程小、測量精度高，適用于精密測量。主要用于高精度的圓柱形、球形等零件的測量。灣& I牌光？9妻規(guī) dffitf-frW±T1圖7.2.4比較儀的外形圖 圖7.2.5各種極限量規(guī)按測微儀所采用的放大原理的不同，分為機械式比較儀、光學比較儀和電學比較儀3種。.量規(guī)量規(guī)是一種沒有刻度的專用檢驗工具，它的制造精度很高，量規(guī)的測量值是確定的，不可調(diào)。也就是說，某一量規(guī)只能測零件某一尺寸特征，用量規(guī)檢驗零件時，可判斷零件是否在規(guī)定的檢驗極限范圍內(nèi)，而不能得出零件的尺寸、形狀和位置誤差的具體數(shù)值。但它的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠、檢驗效率高。測量孔徑、軸徑的量規(guī)稱為光滑極限量規(guī)；檢驗孔徑的量規(guī)為塞規(guī)；檢驗軸徑的量規(guī)為卡規(guī)或環(huán)規(guī)，如圖7.2.5所示。測量高度、深度及長度尺寸的量規(guī)分別稱為高度量規(guī)、深度量規(guī)及長度量規(guī)，統(tǒng)稱為直線尺寸量規(guī)。量規(guī)的一端按被檢驗零件的最小實體尺寸制造稱為止規(guī)，標記為Z0；量規(guī)的另一端按被檢驗零件的最大尺寸制造稱為通規(guī)，標記為T0。直線尺寸量規(guī)只控制被檢工件的極限尺寸，通常用于檢驗精度較低的一般尺寸或粗加工尺寸。測量時采用目測比較、接觸感覺及縫隙透光等方法判斷被測零件尺寸是否合格。帶表式直線尺寸量規(guī)用讀數(shù)裝置（如百分表等）指針擺動的擺動范圍確定被測零件尺寸是否合格。.塞尺由一組具有不同厚度級差的不銹鋼制造的薄鋼片組成的量規(guī)。塞尺用于測量間隙尺寸。在檢驗被測尺寸是否合格時，可以用通止法判斷，也可由檢驗者根據(jù)塞尺與被測表面配合的松緊程度來判斷。塞尺一般最薄的為0.02毫米；最厚的為3毫米。圖7.2.6為塞尺的示意圖。圖7.2.6塞尺 圖7.2.7成套量塊.量塊對于一些精密模具在制造過程中測量，測量設備往往不能到達標稱的精度要求時，需要專用檢定測量設備，量塊就是經(jīng)常用到的檢定設備。它的兩平行平面間具有準確尺寸、橫截面為矩形或方形，也稱塊規(guī)。兩平行平面稱為測量面。測量面表面粗糙度很低，Ra^0.016微米，因此具有良好的研合性。一量塊與另一量塊的測量面相互推合后，彼此間能緊密粘合。利用這種特性可把不同尺寸的量塊組合在一起使用、例如91塊的成套量塊能組成2?100毫米間、單位為微米的任何尺寸。量塊用軸承鋼制造，最薄的一般為0.5毫米，最厚的為1000毫米。塊是長度測量系統(tǒng)中的標準儀器，用于檢定低一等的量塊、千分尺、卡尺、比較儀和一些光學測量儀等，也常和比較儀一起利用相對法測量工件尺寸。量塊和量塊附件在一起可以組成不同尺寸用以檢驗一些內(nèi)、外尺寸，例如孔徑、孔距等，配以劃線爪還可進行鉗工劃線等工作。7.2.2形位誤差的測量工具測量形位誤差的常用儀器有水平儀、平板、測量指示表及萬能表架等，也可用工具顯微鏡、三坐標測量機、投影儀等測量儀器。.水平儀水平儀利用重力現(xiàn)象測量微小角度。除了用于測量機床或其它設備導軌的直線度和工件平面的平面度外，也常用在安裝機床或其它設備時檢驗其水平和垂直位置的正確與否。水平儀主要分為水平泡式水平儀和電子水平儀兩類。水平泡式水平儀又分為鉗工水平儀、框式水平儀、合像水平儀等，如圖7.2.8。水平泡是一個內(nèi)壁磨成一定曲率半徑的玻璃管。管內(nèi)裝有粘滯系數(shù)較小的酒精、乙醚等液體，但留有一個氣泡。它隨玻璃管傾斜而移動，從玻璃管上的刻度可以讀出傾斜的角度。鉗工水平儀的底面是測量面，它僅能測量被測面相對于水平面的角度偏差?？蚴剿絻x有兩個相互垂直的測量面，因此可以在水平和垂直兩個位置上測量。合像水平儀是利用光學雙像重合的方法來提高讀數(shù)精度。

含IS水平快圖7.2.8水平泡式水平儀 圖7.2.9電感式電子水平儀工作原理電子水平儀如圖7.2.9所示9，當測量面處于水平位置時，磁芯處于繞阻的中間位置，使電橋保持平衡。當測量面與水平面傾斜g角時，懸有磁芯的細絲由于重力作用仍保持與水平面垂直，磁芯不處于繞阻的中間位置，電橋失去平衡而輸出電感量，由指示電表指示出傾斜角8的數(shù)值。并以數(shù)字顯示或打印出誤差值。.指示表常用的指示表有鐘表式百分表（分度值0.01mm）、鐘表式千分表（分度值0.001?0.005mm）杠桿百分表（分度值0.01mm）和杠桿千分表（分度值0.002mm）等類型。指示表是利用精密齒條齒輪機構(gòu)制成的表式通用工具。它常用于零件形狀和位置誤差以及小位移的長度測量。改變測頭形狀并配以相應的支架，可制成百分表的變形品種，例如厚度百分表、深度百分表和內(nèi)徑百分表等。使用打表測量，通常以平板表面模擬基準。在進行垂直度及斜度測量時，還常通過方箱或?qū)е鶎⒒鶞拭孢M行轉(zhuǎn)換，使被測面（線）轉(zhuǎn)至與測量基準平行，用測平行度方法測量。測量時，應在整個測量面上打表，取打表讀數(shù)的最大表動量為定向誤差值。.2.3角度和錐度的測量用具在角度和錐度的測量中，屬于直接測量的測量工具有角度樣板、錐度量規(guī)、萬能量角器、測角儀、光學分度頭、投影儀等。用于間接測量的測量工具有正弦尺、鋼球、圓柱、平板以及千分尺、指示表和萬能工具顯微鏡等。萬能工具顯微鏡，可用于測量精度要求較高的角度和錐度。1.角度樣板和錐度量塊1）角度樣板角度樣板常用于檢驗螺紋車刀、成型刀具及零件上斜面或倒角等，如圖7.2.10。角度樣板是用于檢驗外錐體，是根據(jù)被測角度的兩個極限尺寸制成的，因此有通端和止端之分。檢驗工件角度時，若工件在通端樣板中，光隙從角頂?shù)浇堑字饾u增大；在止端樣板中，光隙從角頂?shù)浇堑字饾u減小，則表明角度在規(guī)定的兩極限尺寸之間，被測角度合格。里 0T!圖7.2.10角度樣板示意圖 圖7.2.11角度量塊2）錐度量塊能在兩個具有研合性的平面間形成準確角度的量規(guī)。利用角度量塊附件把不同角度的量塊組成需要的角度，常用于檢定角度樣板和萬能角度尺等，也可用于直接測量精密模具零件的角度。圖7.2.11為兩種角度量塊。.正弦尺正弦尺是錐度測量常用量具，如圖7.2.11。利用正弦定義測量角度和錐度等的量規(guī)，也稱正弦尺。它主要由一鋼制長方體和固定在其兩端的兩個相同直徑的鋼圓柱體組成。兩圓柱的軸心線距離L一般為100mm或200mmo按sin=H/L計L.4-算被測角度的公稱角度，式中H為量塊組尺寸。根據(jù)測微儀在兩端的示值之差可求得被測角度的誤差。正弦規(guī)常用于測量小于45°的角度。田得南強原圖7.2.11利用正弦尺測量圓錐量規(guī)7.2.4表面粗糙度測量工具為了提高模具加工的成形質(zhì)量和成形極限，需要對模具零件工作表面加工后的表面質(zhì)量嚴格控制，特別是產(chǎn)品成型面要求可達Ra（0.2?0.8）um,而對于非成形面，如壓邊面、流道、安裝面等也較高的表面粗糙度要求。表面粗糙度的測量常用以下一些工具。.表面粗糙度樣塊表面粗糙度樣塊是用比較法檢查零件表面粗糙度的一種測量工具，在生產(chǎn)中得到廣泛的應用。機械加工后，車、銑、刨、鏜工件的表面粗糙度可達Ra（0.8?6.3）um；經(jīng)磨削后的表面粗糙度為Ra（0.1?0.8）um；研磨后工件的表面粗糙度可達Ra（0.012?0.1）um。表面粗糙度樣塊一般用于粗糙度較大的工件表面的近似評定。用表面粗糙度樣塊確定零件表面粗糙度，是將被測零件表面與表面粗糙度樣塊進行比較，從而做出判斷。應用時需注意：1）表面粗糙度樣塊的加工紋理方向及材料應可能與被測零件相同，否則易發(fā)生錯誤的判斷。2）比較法多為目測，常用于評定低和中等粗糙度值，也可借助于放大鏡Ra（0.4?1.6）um級用）、顯微鏡或?qū)Ｓ玫拇植诙缺容^顯微鏡進行比較（Ra0.4um以下）。用表面粗糙度樣板比較法測量簡便易行，是實際生產(chǎn)中的主要測量手段。缺點是精度較差，只能作定性分析比較，評定可靠性受檢驗人員經(jīng)驗影響。.雙管顯微鏡（光切顯微鏡）（圖7.2.12）雙管顯微鏡是根據(jù)光切法原理測量表面粗糙度的儀器，一般按Rz（也可按Rmax）評定Rz（50?1.6）um級的表面粗糙度。測量范圍決定于物鏡的倍率，對大型模具零件與內(nèi)表面的粗糙度，可采用印模法復制被測表面模型，再用雙管顯微鏡進行測量。圖7..2.12光切顯微鏡1-底座；2-工作臺緊固螺絲；3、20-工作臺縱橫百分尺；4-工作臺；5-V形塊；6-觀察管；7-目鏡測微計；8-緊固螺釘；9-物鏡工作距離調(diào)節(jié)手輪；10-鏡管支架；11-支臂；12-立柱；13-支臂鎖緊手柄；14-支臂升、降螺母；15-照明管；16-物鏡焦距調(diào)節(jié)環(huán)；17-光線投射位置調(diào)節(jié)螺釘；18、19-可換物鏡（1）原理利用光切法測表面粗糙度的原理如圖7.2.13c）所示。光源1發(fā)出的光，通過狹縫形成一條扁平的帶狀光束，以45°左右的角度投射到被測表面上，調(diào)整儀器可使此投射光束自被測表面反射后進入斜置45°的觀察光管，于是從目鏡中可看到一條凹凸不平的亮帶（A向視圖中未打點的部分）。此亮帶即工件表面上被照亮了的狹長部分的放大輪廓。測量出此亮帶的高度H（圖c）即可求出被測表面上的實際不平度高度h。A青1-雙標線;2-刻度筒；3-可動分劃板;4-固定分劃板心目鏡千分尺 b光切圖 c光路圖圖7.2.13光切原理圖（2）使用方法步驟1）選取一對合適的物鏡分別安裝在兩鏡管的下端（對雙管固定成一整體的儀器，則將物鏡板插裝在鏡管體殼的下方）。2）接通光源。3）把被測件放在工作臺上，若被測件不位于物鏡的正下方，則調(diào)整工作臺，轉(zhuǎn)動支臂11進行對準。4）調(diào)整手輪9,使顯微鏡徐緩下降，直至在被測表面上能看到扁平的綠色光帶為止。光帶方向要與表面的加工痕跡垂直。5）調(diào)整調(diào)節(jié)環(huán)16和調(diào)節(jié)螺釘17，使在目鏡視場中央出現(xiàn)最窄最清晰的亮帶。6）測量。轉(zhuǎn)動目鏡測微器，使目鏡中十字線的水平線平行于光帶輪廓的中線（估計方向），然后轉(zhuǎn)動目鏡測微器上的刻度套筒，使十字線的水平線分別在亮帶最清晰的一邊（另一邊欠清晰）的基本長度l范圍內(nèi)，找5個最高峰點和5個最低谷點并與之相切。讀數(shù)時要注意視場內(nèi)毫米刻度的變化情況。7）計算Rz=2N（7.2.1）式中N為物鏡放大倍率。.電動輪廓儀電動輪廓儀（又稱表面粗糙度檢查儀或側(cè)面儀）是利用針描法來測量表面粗糙度。使用原理是將特殊的觸針的針尖沿被測表面以等速讀緩慢地滑行，工件表面的微觀不平度使針尖上下移動，其移動量通過傳感器等裝置，并將信號加以放大和計算處理或記錄下來。輪廓儀按其傳感器的工作原理分為電感式及壓電式。電感式輪廓儀測量精度高，帶有記錄裝置；壓電式輪廓儀結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、精度較低，一般做成直讀式而不帶記錄裝置。圖7.2.14電動輪廓儀工作原理圖圖7.2.15是電感式輪廓儀實物圖，一般是由傳感器、驅(qū)動器、指示表、記錄器、工作臺等主要部件組成。傳感器端部裝有金剛石觸針，觸針尖端曲率半徑很小。測量時，將觸針搭在工件上，與被測表面垂直接觸，驅(qū)動箱以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面輪廓峰谷起伏，觸針在被測表面滑行時將產(chǎn)生移動，這種機械的上下移動引起傳感器內(nèi)電量的變化，經(jīng)電子裝置將這一微弱電量的變化放大，并記錄得到截面放大圖?；蛘甙研盘柾ㄟ^適當?shù)沫h(huán)節(jié)進行濾波和積分計算，由電表直接讀出Ra值。儀器還配有各種附件，以適應平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、曲面、以及小孔、溝槽等形狀的工件表面測量。電動輪廓儀測量迅速方便，測值精度高。圖7.2.15電動輪廓儀的實物7.3工具顯微鏡萬能工具顯微鏡是長度計量部門最常見的光學儀器之一。可用于測量工件長度、角度、分度及形狀和位置誤差。測量可按直角坐標，也可按極坐標進行?？蓽y量柱形、塊形零件、螺紋、齒輪、錐體及曲線樣板，也可測量切削刀具等。是制造業(yè)中不可缺少的計量儀器。萬能工具顯微鏡的組成及原理1.萬能工具顯微鏡的結(jié)構(gòu)a）工具顯微鏡實物 b）局部放大圖圖7.3.1萬能工具顯微鏡1-縱向微動手輪；2、14-縱向滑臺；3-縱向讀數(shù)顯微鏡；4-光圈調(diào)節(jié)環(huán)；5-橫向讀數(shù)顯微鏡；6-立柱；7、18-主顯微鏡；8-立柱傾斜調(diào)節(jié)柄；9、16-橫向滑臺；10-頂尖座；11-工作臺；12-底座；13-橫向微動手輪；15、17-刻度線圖7.3.1萬能工具顯微鏡萬能工具顯微鏡有多種附件，利用這些附件可以擴大其使用范圍。最常用的附件有:螺紋目鏡、雙象目鏡、靈敏杠桿、測量刀、光學分度臺、光學分度頭及調(diào)焦棒等。按工具顯微鏡的工作臺的大小和可移動的距離、測量精度的高低以及測量范圍的寬窄，一般分為小型，大型和萬能型及重型。它們的測量精度和測量范圍不同，但基本結(jié)構(gòu)、測量方法大致相同，圖7.3.1為萬能工具顯微鏡實物。底座12上有互像垂直的縱、橫向?qū)к??？v向滑臺2、14；橫向滑臺9、16可彼此獨立地沿縱、橫向粗動、微動和鎖緊。縱向滑臺2上裝有縱向玻璃刻線尺和安放工件的玻璃工作臺10，玻璃刻線尺的移動量，即被測工件移動量，可由固定在底座上的縱向讀數(shù)顯微鏡3讀出。橫向滑臺9、16上裝有橫向刻線尺和立柱6,立柱的懸臂上裝有瞄準用的主顯微鏡7、18。主顯微鏡在橫向的移動可通過橫向刻線尺15、17及固定在底座上另一橫向讀數(shù)顯微鏡4讀出。被測工件放在工作臺上或裝在兩頂針之間，由玻璃工作臺下面射出一平行光束照明。主顯微鏡可沿立柱升降以調(diào)整焦距，因而可由此顯微鏡看到被測工件的輪廓影像。根據(jù)測量螺紋或特殊工件的需要，可使工件傾斜一定的角度，使主顯微鏡的軸線與被測截面相垂直，便于精確觀測，其傾斜角度可以從刻度筒上讀出。圖7.3.2工具顯微鏡的光學系統(tǒng) 7.3.3接觸瞄準系統(tǒng)1-光源；2-濾色片；3-可變光闌；4-反射鏡；5-聚光鏡； 1-光源；2-帶雙刻線分劃板；3-透鏡；6-工作臺玻璃板；7-物鏡組；8-正象棱鏡；9-保護玻璃； 4-反轉(zhuǎn)鏡；5-放大物鏡；10-刻度盤；11-米字線分劃板；12-目鏡組；13-測角讀數(shù)顯微鏡 6-主顯微鏡米字線分劃板主顯微鏡用于瞄準工件，其上部可裝目鏡頭及投影器。目鏡頭的種類包括：測量角度、螺紋及坐標的測角目鏡；測螺紋和測圓弧的輪廓目鏡；測孔間距或?qū)ΨQ圖形的間距的雙像目鏡頭等。投影器可將工件影像投影在影屏上，用相對法測量，或利用工作臺的移動、轉(zhuǎn)動及讀數(shù)顯微鏡測工件的尺寸。萬能工具顯微鏡的縱向?qū)к壷胁抗ぷ骰_可分為平工作臺或圓工作臺。平工作臺上有玻璃臺板和T形槽，可用螺釘和壓板夾緊工件；圓工作臺用于分度測量或極坐標測量。（1）工具顯微鏡的瞄準機構(gòu)工具顯微鏡的瞄準機構(gòu)用于測量時瞄準工件。各種工具顯微鏡的瞄準機構(gòu)常用的是顯微目鏡，萬能工具顯微鏡還可采用光學接觸器。工具顯微鏡的目鏡由玻璃分劃板、中央目鏡、角度讀數(shù)目鏡、反射鏡和手輪組成。從中央目鏡可觀察到分劃板上的米字刻線和被測工件的輪廓影像；從角度讀數(shù)目鏡中，可觀察到分劃板上360°的度值刻線和固定游標的分劃板0?60’的分值刻線。轉(zhuǎn)動手輪，可使米字線和度值刻線的分劃板轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)過的角度，可在角度目鏡中讀出，其光學系統(tǒng)如圖7.3.2。萬能工具顯微鏡還配備有以接觸方式瞄準工件的光學接觸器。光學接觸器可固定在主顯微鏡的3倍物鏡上，接觸器的觸頭與工件接觸，照明光源照亮固定的、帶有雙刻線的分劃板，雙刻線影像經(jīng)觸頭上方的反射鏡、主顯微鏡的物鏡放大成像在米字線分劃板上，原理如圖7.3.3所示。當測頭的位置改變時，從目鏡中可讀出雙刻線像的位移。光學接觸器用于測量孔徑、槽寬，以及端面長度、直線度、平行度等。光學接觸器的測量范圍為5?200mm,可測孔的最大深度(孔徑大于5mm時)約為15mm。(2)工具顯微鏡縱、橫向讀數(shù)裝置在工具顯微鏡上，工作臺縱、橫向移動距離的讀數(shù)裝置常用類似千分尺的測微螺旋機構(gòu)，分度值為0.01mm或0.005mm。萬能工具顯微鏡則一般采用阿基米得螺旋顯微鏡，分度值為1um。目前，各種類型的工具顯微鏡的讀數(shù)裝置廣泛采用微電腦數(shù)顯儀。［孔） 儺j 倒a」圖7.3.4阿基米得螺旋線顯微鏡的讀數(shù) 圖7.3.5影像法的視場示意圖阿基米得螺旋顯微鏡的讀書方法：在顯微鏡讀數(shù)鏡頭中可看到三種刻度：一種是毫米玻璃刻線尺上的刻度，其間距代表1mm；一種是目鏡視野中間隔為0.1mm的刻度；一種是有十圈多一點的阿基米得螺旋刻度和螺旋線里面圓周上一擺格圓周刻度，每格圓周刻度代表阿基米得螺旋移動0.001mm。讀數(shù)時，旋轉(zhuǎn)螺旋分劃板微調(diào)手柄，使毫米刻線位于阿基米得螺旋雙刻線之間，如圖7.3.4。7.3.2萬能工具顯微鏡的基本測量方法1）影像測量法用主顯微鏡的米字線對被測工件的影像進行瞄準定位，并由縱橫向讀數(shù)裝置讀數(shù)，圖7.3.5為影像法的視場示意圖。2）軸切測量法用主顯微鏡的米字線對與被測工件在水平軸截面內(nèi)接觸的測量刀上的刻線進行瞄準，并由縱、橫向讀數(shù)裝置讀數(shù)。3）光學接觸法用光學接觸器的球形觸頭與被測工件相接觸，而用主顯微鏡的米字刻線與觸頭位置有關的雙刻線套合，并由縱、橫向讀數(shù)裝置讀數(shù)。4）直角坐標測量法按縱、橫兩垂直方向測量被測工件的坐標值。5）極坐標測量法旋轉(zhuǎn)工作臺合縱、橫向的讀數(shù)裝置讀出被測工件的極角和向量半徑。7.3.3萬能工具顯微鏡在模具零件檢驗中的應用1.樣板與模具輪廓的測量測量樣板或?qū)δ＞咻喞獧z驗一般采用直角坐標測量法、極坐標測量法或采用光學接觸法測量。測量時，被測零件平放在工作臺臺面上，工具顯微鏡的立柱不需要傾斜。測量模具輪廓時，萬能工具顯微鏡的目鏡焦距要調(diào)到模具刃口表面。不論樣板或模具的形狀多么復雜，其輪廓總是由圓弧與直線組成，測量時只要找出直線與圓弧的交點，其輪廓尺寸就不難檢測了。

圖7.3.6a）為圓弧檢測方法。測量前，先調(diào)整測角目鏡，使米字線的水平線與圓弧頂點相切，記下橫向讀數(shù)。然后移動縱、橫向滑臺，用目鏡米字線的60°或120°交角線與圓弧兩邊同時相切，并記下橫向讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差為h,便可由下式算出圓弧半徑。,2

sinR,2

sinR= 2-h=Kh?,生i1一sin2（7.3.1）式中a一為目鏡米字線交角120°。%一計算系數(shù)。當a=60°時，K=6.463。1h—測量讀數(shù)差值。其值為60°或時，Ki=1；a=120°當被測圓弧較大，視場中只能看到其中一部分時，可采用圖7.3.6b）所示方法。測量時，使目鏡米字線的水平線與圓弧頂點相切于D點，將橫向滑臺移動一個距離H（取整數(shù)最好），使水平線與圓弧相割。轉(zhuǎn)動側(cè)角目鏡變換一個角度a/2,微動縱向滑臺，使米字線的中垂線與圓弧相切于E點，記下縱向讀數(shù)。然后反向移動縱向滑臺，反向旋轉(zhuǎn)測角目鏡變換a角度，并使米字線中央垂線相切圓弧于F點，再記下縱向讀數(shù)，兩次縱向讀數(shù)差為AB。可由下式算出圓弧半徑。R=K2AB-K1H式中K1、K2一計算系數(shù)。K1取值同前，當a=60°時，K2=0.866；&=120°時，％=1.8971。圖7.3.6圓弧的檢測方法圖7.25外錐角的測量2.錐角的測量用萬能工具顯微鏡測量錐角，一般可以利用儀器附件如分度臺、分度頭、測角目鏡等進行直接測量，圖7.3.7所示錐角的測量為間接測量方法。

圖7.3.7萬能工具顯微鏡測量錐角a圖所示為在萬能工具顯微鏡上測量外錐角的方法。將被測工件安裝在儀器兩頂尖之間，用測量刀測出相距L的兩端直徑D與d，則工件圓錐角為：a=2arctg”準確度要求較高的內(nèi)錐體測量(7.3.7b圖)，可在萬能工具顯微鏡上用光學靈敏杠桿測量。測量時，工件安置在儀器的玻璃工作臺上，用光學靈敏杠桿先在接近內(nèi)錐體大端處測量，得到讀數(shù)L1，然后在工件下墊上尺寸為H的量塊組或已知尺寸的標準件，在接近內(nèi)錐體小端處進行第二次測量，得到讀數(shù)L2，則被測內(nèi)錐體的錐角為：(7.3.4)a=a=2arctgL1—L22H3.多孔凹模位置度誤差的測量圖7.3.8為多孔凹模位置度誤差的測量，圖a是一個多孔凹模的設計圖，圖上對各孔有位置度的要求。采用工具顯微鏡測量該多孔凹模的方法可用直角坐標測量法，如圖b所示。圖7.3.8多孔凹模位置度誤差的測量首先按基準A、B面找正凹模，使其與工具顯微鏡的縱、橫坐標方向一致。然后測出X1、X2和y「y2,則孔的圓心坐標x、y為：將X、y與設計給定的尺寸比較，得到偏差值f*和fy。則該孔的位置度誤差值f為：f=2\f2+f2%y其他各孔的位置度誤差的測量方法與上述方法相同，可逐孔進行測量和計算。7.4三坐標測量機三坐標測量機(CheckingandMeasuringMachine)是一種以精密機械為基礎，綜合應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、光柵與激光干涉技術(shù)等先進技術(shù)的檢測儀器，其精度高于一般的數(shù)控機床，被廣泛應用在模具、汽車、航空、航天、機械等制造業(yè)，可對產(chǎn)品的幾何尺寸和形位公差進行精確檢測。工業(yè)發(fā)達國家，測量機已經(jīng)非常普及，大約每七臺數(shù)控機床要配備一臺三坐標測量機。三坐標測量機的主要功能是：1）可實現(xiàn)空間坐標點的測量，可方便的測量各種零件的三維輪廓尺寸、位置精度等。測量精確可靠，萬能性強。2）由于計算機的引入，可方便的進行數(shù)字運算與程序控制，并具有很高的智能化程度。因此它不僅可方便地進行空間三維尺寸的測量，還可實現(xiàn)主動測量和自動檢測。3）三坐標測量機除了具備常規(guī)的幾何尺寸和形位公差檢測功能外，在逆向工程技術(shù)和曲面坐標檢測方面具有特殊的優(yōu)勢。三坐標測量機充分顯示了在測量方面的萬能性、測量對象的多樣性。在模具制造業(yè)中應用廣泛。三坐標測量機的分類及構(gòu)成1．三坐標測量機分類三坐標測量機按其工作方式可分為:點位測量方式和連續(xù)掃描測量方式。點位測量方式是由測量機采集零件表面上一系列有意義的空間點，通過數(shù)學處理，求出這些點所組成的特定幾何元素的形狀和位置。連續(xù)掃描測量方式是對曲線、曲面輪廓進行連續(xù)測量，多為大、中型測量機。三坐標測量機按結(jié)構(gòu)分類，有橋式測量機、龍門式測量機、水平臂（單臂或懸臂）、坐標鏜床式式測量機和便攜式測量機。測量方式大致可分為接觸式（如機械式）與非接觸式（如光學式）兩種。按測量范圍可分為大型、中型和小型。按測量精度可分為精密型（計量型），一般放在有恒溫條件的計量室，用于精密測量，分辨能力為0.5um?2um。另一類為生產(chǎn)型，一般放在生產(chǎn)車間，用于生產(chǎn)過程檢測，分辨能力5口m或10um。2.三坐標測量機的構(gòu)成三坐標測量機的結(jié)構(gòu)形式如圖7.4.1所示，是由三個正交的直線運動軸構(gòu)成的，這三個坐標軸的相互配置位置對測量機的精度以及對被測工件的適應性影響較大。三坐標測量機的基本構(gòu)成主要由測量機主體、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。a、b）懸臂式；c、d）橋式；e、f）龍門式；g）立柱式；h）坐標鏜床式

圖7.4.1三坐標測量機的構(gòu)成（1）三坐標測量機的主體圖7.4.2為一小型三坐標測量機的結(jié)構(gòu)示意圖。測量機主體包括沿X軸移動的主滑架5,沿Y向移動的副滑架4,測頭安裝在沿z向移動軸3上，5是測量工作臺。圖7.4.3為一大型門式三坐標測量機示意圖。1）導軌導軌是測量機的導向裝置，直接影響測量機的精度，因而要求其具有較高的直線性精度。在三坐標測量機上使用的導軌有滑動導軌、滾動導軌和氣浮導軌，但常用的為滑動導軌和氣浮導軌，滾動導軌應用較少，因為滾動導軌的耐磨性較差，剛度也較滑動導軌低。目前多數(shù)三坐標測量機已采用空氣靜壓導軌（又稱為氣浮導軌、氣墊導軌），它具有許多優(yōu)點，如制造簡單、精度高、摩擦力極小、工作平穩(wěn)等。圖7.4.2三坐標測量機 圖7.4.3大型門式測量機結(jié)構(gòu)示意圖1-工作臺；2-測頭；3-z軸；4-副滑架；5-主滑架 1-導軌；2-橫量；C-Z/W軸2）工作臺大多廠家已采用花崗巖、大理石、來制造工作臺，這是因為花崗巖變形小、穩(wěn)定性好、耐磨損、不生銹，且價格低廉、易于加工。有些測量機還裝有可升降（Z軸）、有旋轉(zhuǎn)（W軸）的工作臺，以擴大Z軸的測量范圍和測量功能。移動橋式結(jié)構(gòu)是目前應用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)簡單，敞開性好，工件安裝在固定工作臺上，承載能力強，用于中等精度的測量。固定橋式結(jié)構(gòu)，其橋框固定不動，其主要部件的運動穩(wěn)定性好，運動誤差小，適用于高精度測量，但工作臺負載能力小。橋式結(jié)構(gòu)主要用于高精度的中小機型。龍門式結(jié)構(gòu)，它與移動橋式結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是它的移動部分只是橫梁，移動部分質(zhì)量小，整個結(jié)構(gòu)剛性好，三個坐標測量范圍較大時也可保證測量精度，適用于大機型。如圖7.4.4所示用于汽車方面的大型測量機。懸臂式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的敞開性，但當滑架在懸臂上作Y向運動時，會使懸臂的變形發(fā)生變化，故測量精度不高，一般用于測量精度要求不太高的小型測量機。單柱移動式結(jié)構(gòu)，也稱為儀器臺式結(jié)構(gòu)，它是在工具顯微鏡的結(jié)構(gòu)基礎上發(fā)展起來的。其優(yōu)點是操作方便、測量精度高，但結(jié)構(gòu)復雜，測量范圍小，適用于高精度的小型數(shù)控機型。標鏜床式結(jié)構(gòu)（單柱固定式結(jié)構(gòu)），它是在坐標鏜的基礎上發(fā)展起來的。其結(jié)構(gòu)牢靠、敞開性較好，但工件的重量對工作臺運動有影響，兩維平動工作臺行程不可能太大，僅用于測量精度中等的中小型測量機。（2）三坐標測量機的測量系統(tǒng)三坐標測量機的測量系統(tǒng)包括測頭和標尺。1）標尺系統(tǒng)是用來度量各軸的坐標數(shù)值的。目前三坐標測量機上使用的標尺大多的是光柵尺，有些測量機使用了同步感應器，為了達到更高的精度，有的測量機甚至使用了激光干涉儀。測頭是三坐標測量機用來拾取信號的，因而測頭的性能直接影響測量精度和測量效率，沒有先進的測頭就無法充分發(fā)揮測量機的功能。2）測頭測頭的類型按測量方法可分接觸式和非接觸式兩類。在接觸式測量頭中又分機械式測頭和電氣式測頭。此外，生產(chǎn)型測量機還配有專用測頭式切削工具，如專用銑削頭和氣動鉆頭等。機械接觸式測頭為具有各種形狀（如錐形、球形）的剛性測頭、帶千分表的測頭以及劃針式工具。機械接觸式測頭主要用于手動測量，由于手動測量的測量力不易控制，測量力的變化會降低瞄準精度，因此，只適用于一般精度的測量。電氣接觸式測頭的觸端與被測件接觸后可作偏移，傳感器輸出模擬位移量信號。這種測頭既可以用于瞄準（過零發(fā)信），也可以用于測微測給定坐標值的偏差）。電氣接觸式測頭主要分為電觸式開關測頭和三向測微電感測頭，其中電觸式開關測頭較廣泛。非接觸式測頭，主要由光學系統(tǒng)構(gòu)成，如投影屏式顯徽鏡、電視掃描頭。適用于軟、薄、脆的工件測量。為了提高測量效率以及探測各種零件的不同部位，常需為測頭配置一些附件，如測端、探針、連接器、測頭回轉(zhuǎn)附件等，圖7.4.5是常見的測量接觸頭。

測量接觸頭圖7.4.4TARUS大型測量機 圖7.4.5測量接觸頭(3)三坐標測量機控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是三坐標測量機的關鍵組成部分之一。其主要功能是：讀取空間坐標值，控制測量瞄準系統(tǒng)對測頭信號進行實時響應與處理，控制機械系統(tǒng)實現(xiàn)測量所必需的運動，實時監(jiān)控坐標測量機的狀態(tài)以保障整個系統(tǒng)的安全性與可靠性等。三坐標測量機分為手動型、機動型和CNC型。早期的坐標測量機以手動型和機動型為主，其測量是由操作者直接手動或通過操縱桿完成各個點的采樣，然后在計算機中進行數(shù)據(jù)處理。隨著計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，CNC型控制系統(tǒng)變得日益普及，它是通過程序來控制坐標測量機自動進給和進行數(shù)據(jù)采樣，同時在計算機中完成數(shù)據(jù)處理。圖7.4.6為系統(tǒng)控制原理圖。數(shù)控系統(tǒng)jI控制U功率1回H機械|伺服^一測量＜圖7.4.6系統(tǒng)控制原理圖2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計算機、專用的軟件系統(tǒng)、專用程序或程序包。計算機是三坐標測量機的控制中心，用于控制全部測量操作、數(shù)據(jù)處理和輸入輸出。在用于檢測時通過該系統(tǒng)，操作者可以在該系統(tǒng)內(nèi)手動編制檢測程序（對話式窗口編程）、自動編制程序（通過引入CAD模型自動生成檢測程序）、自學習編程（機器記下所有指令代碼，在多批次重復檢測時，不需再編程）、脫機編程（在該系統(tǒng)外部編制好程序通過公用結(jié)口引入）。在進行檢測時可以根據(jù)定義對檢測的尺寸、形位誤差進行處理，有的還可以對結(jié)果加以判斷和調(diào)整。在用于測量時，該系統(tǒng)可以進行大量的數(shù)據(jù)處理并通過內(nèi)部的幾何元素定義生成相應的幾何體，然后通過公共接口傳出該系統(tǒng)以作他用。7.4.2三坐標測量機的測量應用目前機械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等都廣泛使用三坐標測量機，三坐標測量機已成為現(xiàn)代工業(yè)檢測和質(zhì)量控制不可缺少的測量設備。.可用于加工的輕型三坐標測量機三坐標測量機除用于零件的測量外，還可用于如劃線、打沖眼、鉆孔、微量銑削及末道工序精加工等輕型加工，在模具制造中可用于模具的安裝、裝配。如圖7.4.7立柱式三坐標劃線機也是三坐標測量機的一種，主要用于金屬加工中的精密劃線和外形輪廓的檢測，特別適用于大型工件制造、模具制造、汽車和造船制造業(yè)及鑄件加工等。它屬于生產(chǎn)適用型三坐標機，可承受檢測環(huán)境較惡劣的劃線和計量測試技術(shù)工作。因此，在模具制造中，特別是大型覆蓋件冷沖模具制造中，得到廣泛應用。\| 8 \圖7.4.7立柱式三坐標劃線機 圖7.4.8零件三維找正的實例1-基座；2-立柱；3-水平臂；4-支承箱；5-測頭；6-工作臺立柱式三坐標劃線機，由機械主體部分和數(shù)字顯微處理系統(tǒng)組成。其機械主體部分主要包括立柱2、基座1、水平臂3、支承箱4、測頭5及一側(cè)帶導槽的工作臺6等。儀器基座1可在工作臺導槽中移動或定位鎖緊，水平臂可在支承箱中作水平移動。在劃線或檢測時，工件一次定位即能完成三個面的劃線或檢測，效率高，相對精度高，反映問題迅速。數(shù)顯微處理系統(tǒng)由光柵編碼器、無滑滯滾動的角度?長度轉(zhuǎn)換裝置和微電腦數(shù)顯電氣等組成。儀器的量程范圍大，可作相對或絕對坐標數(shù)據(jù)顯示、公英制轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)打印。該類檢測設備由于精度較低，一般不作數(shù)據(jù)采集用，不用于終加工工序或產(chǎn)品的檢測、測量。.多種幾何量的測量測量前必須建立坐標系，并根據(jù)被測件的形狀特點選擇測頭并進行測頭的定義和校驗，并對被測件的安裝位置進行找正。（1）坐標系的概念1）機床坐標系也稱作絕對坐標系。機床坐標系是測量機出廠時設定，它的原點一般是在X、Y、Z（U、V、W）標尺的初始