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互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)配套課件第5章5.1測(cè)量基礎(chǔ)章節(jié)內(nèi)容5.3測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理5.2計(jì)量器具與驗(yàn)收極限第5章測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)章節(jié)提示本章主要學(xué)習(xí)測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)量器具和驗(yàn)收極限、測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理等。重點(diǎn)是驗(yàn)收極限、計(jì)量器具的選擇和應(yīng)用,難點(diǎn)是對(duì)測(cè)量誤差的數(shù)據(jù)處理。通過(guò)學(xué)習(xí),理解正確度、精密度、精確度的含義,樹(shù)立精準(zhǔn)意識(shí)和質(zhì)量意識(shí),在學(xué)習(xí)和工作中要嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心、耐心,防止因粗心大意而產(chǎn)生誤差,造成損失和浪費(fèi)。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.1測(cè)量基礎(chǔ)5.1.1測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量就是將被測(cè)幾何量x與作為計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量E進(jìn)行比較,從而獲得兩者比值q的過(guò)程。此過(guò)程可用公式表示為:x/E=q,或x=Eq式中x——被測(cè)幾何量;q——比值;E——計(jì)量單位。機(jī)械制造業(yè)中所說(shuō)的技術(shù)測(cè)量主要是指幾何參數(shù)的測(cè)量,包括長(zhǎng)度、角度、表面粗糙度和幾何誤差等的測(cè)量。(5–1)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)1.測(cè)量過(guò)程四要素一個(gè)完整的測(cè)量過(guò)程包括被測(cè)對(duì)象、計(jì)量單位、測(cè)量方法及測(cè)量精度四個(gè)要素。
(1)被測(cè)對(duì)象技術(shù)測(cè)量中的幾何量稱(chēng)為被測(cè)對(duì)象,包括長(zhǎng)度、角度、幾何誤差、表面粗糙度、螺紋及齒輪等零件的幾何參數(shù)等。(2)計(jì)量單位
用于度量同類(lèi)量值的標(biāo)準(zhǔn)量稱(chēng)為計(jì)量單位。我國(guó)法定計(jì)量單位是:長(zhǎng)度的單位為米(m);角度單位為弧度(rad)。
機(jī)械制造中,常用的長(zhǎng)度單位是毫米(mm)。精密測(cè)量常用的長(zhǎng)度單位是微米(μm),超精密測(cè)量常用的長(zhǎng)度單位是納米(nm)。常用的角度計(jì)量單位是弧度、微弧度(μrad)和度、分、秒。
常用的長(zhǎng)度計(jì)量單位、符號(hào)及其與基本單位的關(guān)系見(jiàn)表5-1。(3)測(cè)量方法指測(cè)量時(shí)所采用的測(cè)量原理、計(jì)量器具和測(cè)量條件的綜合,即獲得測(cè)量結(jié)果的方式。(4)測(cè)量精度測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度稱(chēng)為測(cè)量精度。測(cè)量結(jié)果越接近真值,測(cè)量精度越高;反之,測(cè)量精度越低。配套課件第5章2.基本測(cè)量原則(1)阿貝原則
要求在測(cè)量過(guò)程中被測(cè)長(zhǎng)度與基準(zhǔn)長(zhǎng)度應(yīng)安置在同一直線上的原則。
若被測(cè)長(zhǎng)度與基準(zhǔn)長(zhǎng)度并排放置,在測(cè)量比較過(guò)程中由于制造誤差的存在、移動(dòng)方向的偏移,兩長(zhǎng)度之間會(huì)出現(xiàn)夾角而產(chǎn)生較大的誤差。誤差的大小除與兩長(zhǎng)度之間夾角大小有關(guān)外,還與其之間的距離有關(guān),距離越大,誤差也越大。(2)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則即測(cè)量基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)和使用基準(zhǔn)統(tǒng)一。工序測(cè)量應(yīng)以工藝基準(zhǔn)作為測(cè)量基準(zhǔn),終檢測(cè)量應(yīng)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為測(cè)量基準(zhǔn)。(3)最短鏈原則在間接測(cè)量中,與被測(cè)量具有函數(shù)關(guān)系的其他量與被測(cè)量形成測(cè)量鏈。盡可能減少測(cè)量鏈的數(shù)量,以保證測(cè)量精度,稱(chēng)為最短鏈原則。以最少數(shù)目的量塊組成所需尺寸的量塊組,就是最短鏈原則的一種實(shí)際應(yīng)用。(4)最小變形原則測(cè)量器具與被測(cè)零件會(huì)因?qū)嶋H溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度和受力(重力和測(cè)量力)而產(chǎn)生變形,形成測(cè)量誤差?;Q性與測(cè)量技術(shù)(第4版)配套課件第5章3.測(cè)量方法分類(lèi)互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(1)直接測(cè)量和間接測(cè)量1)直接測(cè)量:直接從計(jì)量器具的讀數(shù)裝置上得到被測(cè)量的數(shù)值。例如,從游標(biāo)卡尺測(cè)出直徑。2)間接測(cè)量:測(cè)得與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其他量,再通過(guò)函數(shù)關(guān)系式求出被測(cè)量。例如,采用弓高弦長(zhǎng)法間接測(cè)量圓弧樣板的半徑R,只要測(cè)得弓高h(yuǎn)和弦長(zhǎng)L的量值,然后按照有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算,就可獲得樣板的半徑R的量值。(2)絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量1)絕對(duì)測(cè)量:從計(jì)量器具讀數(shù)裝置上直接得到被測(cè)參數(shù)的整個(gè)量值的測(cè)量方法。例如,用游標(biāo)卡尺、千分尺測(cè)量軸徑。2)相對(duì)測(cè)量:指在計(jì)量器具的讀數(shù)裝置上讀得的是被測(cè)量相對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。配套課件第5章圖5-1為用機(jī)械比較儀測(cè)量軸徑,先用與軸徑基本尺寸相等的量塊(或標(biāo)準(zhǔn)件)調(diào)整比較儀的零位,然后再換上被測(cè)件,比較儀指針?biāo)甘镜氖潜粶y(cè)件相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件的偏差,軸徑的尺寸就等于標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸與比較儀示值的代數(shù)和。一般來(lái)說(shuō),相對(duì)測(cè)量的測(cè)量精度比絕對(duì)測(cè)量的測(cè)量精度高。圖5-1用機(jī)械比較儀測(cè)量軸徑1—標(biāo)準(zhǔn)件2—被測(cè)件3—指示表(3)接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量1)接觸測(cè)量:測(cè)量時(shí),計(jì)量器具的測(cè)頭與零件被測(cè)表面直接接觸,并存在機(jī)械作用的測(cè)量力的測(cè)量方法。例如,用游標(biāo)卡尺、千分尺測(cè)量工件。2)非接觸測(cè)量:測(cè)量時(shí),計(jì)量器具的測(cè)頭與被測(cè)表面不直接接觸、沒(méi)有機(jī)械作用的測(cè)量力的測(cè)量方法。例如,用光切顯微鏡測(cè)量表面粗糙度。互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(4)單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量1)單項(xiàng)測(cè)量:指對(duì)被測(cè)件的各個(gè)被測(cè)幾何量分別進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量方法。例如,用公法線千分尺測(cè)量齒輪的公法線長(zhǎng)度偏差,用跳動(dòng)檢查儀測(cè)量齒輪的齒輪徑向跳動(dòng)等。2)綜合測(cè)量:指同時(shí)測(cè)量被測(cè)件上幾個(gè)相關(guān)參數(shù),綜合地判斷被測(cè)件是否合格的測(cè)量方法。例如,用齒距儀測(cè)量齒輪的齒距累積總偏差,實(shí)際上反映的是齒輪的公法線長(zhǎng)度偏差和齒輪徑向跳動(dòng)兩種誤差的總和結(jié)果。配套課件第5章(5)在線測(cè)量和離線測(cè)量1)在線測(cè)量:在加工過(guò)程中對(duì)仍裝夾在加工設(shè)備上的工件進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量方法。根據(jù)測(cè)量結(jié)果可決定是否需要繼續(xù)進(jìn)行加工或調(diào)整機(jī)床。2)離線測(cè)量:在加工后對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量方法。測(cè)量結(jié)果僅限于發(fā)現(xiàn)并剔除廢品。(6)靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量1)靜態(tài)測(cè)量:在測(cè)量時(shí),被測(cè)工件表面與計(jì)量器具的測(cè)頭處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的測(cè)量方法。例如,用千分尺測(cè)量直徑。2)動(dòng)態(tài)測(cè)量:測(cè)量時(shí),被測(cè)工件表面與計(jì)量器具的測(cè)頭之間處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的測(cè)量方法。例如,用電動(dòng)輪廓儀測(cè)量表面粗糙度。互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)配套課件第5章(7)等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量1)等精度測(cè)量:在多次重復(fù)測(cè)量過(guò)程中,決定測(cè)量結(jié)果的各因素不改變的情況下所進(jìn)行的一系列測(cè)量方法。例如,由同一個(gè)人,在計(jì)量器具、測(cè)量環(huán)境和測(cè)量方法都相同的情況下,對(duì)同一個(gè)量仔細(xì)地進(jìn)行測(cè)量,可以認(rèn)為每一個(gè)測(cè)量結(jié)果的可靠性和精確度都是相等的。2)不等精度測(cè)量:在多次重復(fù)測(cè)量過(guò)程中,決定測(cè)量結(jié)果的各因素完全改變或部分改變情況下進(jìn)行的測(cè)量。例如,用不同的測(cè)量方法,不同的計(jì)量器具,在不同的條件下,由不同人員對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行不同次數(shù)的測(cè)量。互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)以上對(duì)測(cè)量方法的分類(lèi)是從不同的角度考慮的,但對(duì)一個(gè)具體的測(cè)量過(guò)程,可能同時(shí)兼有幾種測(cè)量方法的特性。例如:用游標(biāo)卡尺和千分尺測(cè)量軸徑,同時(shí)屬于直接測(cè)量、絕對(duì)測(cè)量、接觸測(cè)量和單項(xiàng)測(cè)量等;用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)工件的輪廓進(jìn)行測(cè)量,則同時(shí)屬于直接測(cè)量、接觸測(cè)量、在線測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量等。測(cè)量方法的選擇應(yīng)考慮被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度要求、生產(chǎn)批量、技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)效益等。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.1.2長(zhǎng)度基準(zhǔn)及其量值傳遞
目前,世界各國(guó)所使用的長(zhǎng)度單位有公制(米制)和英制兩種。
我國(guó)采用公制,長(zhǎng)度基本計(jì)量單位是米。按1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)的決議,規(guī)定米的定義:米為光于真空中在(1/299792458)s時(shí)間間隔內(nèi)所行進(jìn)的距離。為了保證長(zhǎng)度測(cè)量的精度,需要建立準(zhǔn)確的量值傳遞系統(tǒng)。長(zhǎng)度的量值傳遞是指“將國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量值,通過(guò)檢定(或其他方法)傳遞給下一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(器)并依次逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具上,以保證被測(cè)量對(duì)象量值準(zhǔn)確一致的方式”。國(guó)際計(jì)量大會(huì)推薦用激光輻射來(lái)復(fù)現(xiàn)它,其不確定度可達(dá)1×10-9。我國(guó)用碘吸收穩(wěn)定的0.633μm氦氖激光輻射作為波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)復(fù)現(xiàn)“米”。互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)在實(shí)際應(yīng)用中,不能直接使用光波作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量,而是用各種計(jì)量器具進(jìn)行測(cè)量。為了保證零件具有互換性,必須保證量值的統(tǒng)一,因而必須建立一套嚴(yán)密的從長(zhǎng)度的最高基準(zhǔn)到被測(cè)零件尺寸的傳遞系統(tǒng),如圖5-2所示。圖5-2長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.2計(jì)量器具與驗(yàn)收極限5.2.1計(jì)量器具的分類(lèi)測(cè)量?jī)x器和測(cè)量工具統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)量器具。按計(jì)量器具的原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途可分為標(biāo)準(zhǔn)量具、極限量規(guī)、量?jī)x和檢驗(yàn)夾具。(1)標(biāo)準(zhǔn)量具1)定值標(biāo)準(zhǔn)量具,如量塊、角度塊等。2)變值標(biāo)準(zhǔn)量具,如紋線尺等。用來(lái)校對(duì)或調(diào)整計(jì)量器具,或作為標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行相對(duì)測(cè)量的量具稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)量具。它可分為以下兩類(lèi):配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(2)極限量規(guī)量規(guī)是指沒(méi)有刻度的一種專(zhuān)用計(jì)量器具,用來(lái)檢驗(yàn)工件實(shí)際尺寸和幾何誤差的綜合結(jié)果。量規(guī)只能判斷工件是否合格,不能獲得被測(cè)幾何量的具體數(shù)值,如光滑極限量規(guī)、螺紋量規(guī)和位置量規(guī)等。(3)量?jī)x量?jī)x是指能將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可直接觀測(cè)的示值或等效信息的計(jì)量器具。一般具有指示裝置、傳感元件和放大系統(tǒng)。新型量?jī)x配帶有計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。根據(jù)所測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換原理和量?jī)x本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),量?jī)x可分為以下幾種:配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)1)卡尺類(lèi)量?jī)x,如數(shù)顯卡尺、數(shù)顯高度尺、數(shù)顯量角器和游標(biāo)卡尺等。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,精度低,主要用于在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)做低精度測(cè)量。2)微動(dòng)螺旋副類(lèi)量?jī)x,如數(shù)顯千分尺、數(shù)顯內(nèi)徑千分尺和普通千分尺等。以精密螺紋作標(biāo)準(zhǔn)量,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,原理誤差小,精度比卡尺類(lèi)量?jī)x高,主要用于在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)做一般精度測(cè)量。3)機(jī)械類(lèi)量?jī)x,如百分表、千分表、杠桿比較儀和扭簧比較儀等。它的特點(diǎn)是,利用機(jī)械裝置將微小位移放大,通過(guò)測(cè)量力彈簧與被測(cè)件接觸,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量,精度比螺旋副類(lèi)量?jī)x高,但示值范圍小,主要用于在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)做比較測(cè)量。4)光學(xué)類(lèi)量?jī)x,如光學(xué)計(jì)、工具顯微鏡、光學(xué)分度頭、測(cè)長(zhǎng)儀、投影儀、干涉儀和激光干涉儀等。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度高,技術(shù)成熟,主要用于在車(chē)間計(jì)量室做較高精度測(cè)量。5)氣動(dòng)類(lèi)量?jī)x,如壓力式氣動(dòng)量?jī)x、流量計(jì)式氣動(dòng)量?jī)x等。它的特點(diǎn)是精度與靈敏度比較高,線性范圍小,抗干擾性強(qiáng),主要用于在生產(chǎn)線上做動(dòng)態(tài)測(cè)量。6)電學(xué)類(lèi)量?jī)x,如電感比較儀、電動(dòng)輪廓儀等。它的用途與機(jī)械類(lèi)量?jī)x相似,靈敏度更高,通過(guò)A-D轉(zhuǎn)換可將被測(cè)位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示,也可以輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。7)機(jī)電光綜合類(lèi)量?jī)x,如三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、齒輪測(cè)量中心等。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度高,能夠?qū)π螤顝?fù)雜的工件進(jìn)行二維、三維測(cè)量,可以用于在工廠計(jì)量室做高精度測(cè)量。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)
(4)檢驗(yàn)夾具檢驗(yàn)夾具是一種專(zhuān)用的檢驗(yàn)工具,它和相應(yīng)的計(jì)量器具配套使用,可以方便地檢驗(yàn)出被測(cè)件的各項(xiàng)參數(shù)。如檢驗(yàn)滾動(dòng)軸承用的各種檢驗(yàn)夾具,可同時(shí)測(cè)出軸承套圈的尺寸、徑向或端面跳動(dòng)等。5.2.2計(jì)量器具的度量指標(biāo)計(jì)量器具的基本度量指標(biāo)如下:(1)刻線間距c即指計(jì)量器具的刻度標(biāo)尺或分度盤(pán)上兩相鄰刻線中心之間的距離,為了便于讀數(shù),刻線間距不宜太小,一般為1~2.5mm。配套課件第5章圖5-3計(jì)量器具的示值范圍與測(cè)量范圍互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(2)分度值i
即計(jì)量器具的刻度尺或分度盤(pán)上每一刻線間距所代表的量值。例如,千分尺的微分套筒上相鄰兩刻線所代表的量值為0.01mm,即分度值為0.01mm。分度值通常取1,2,5的倍數(shù),如0.01mm、0.001mm、0.002mm和0.005mm等。
計(jì)量器具的最小分度值均以不同形式標(biāo)明在刻度尺或分度盤(pán)上,表示計(jì)量器具所能讀出的被測(cè)尺寸的最小單位。如圖5-3所示,表盤(pán)上的分度值為1μm。對(duì)于數(shù)顯式量?jī)x,其分度值稱(chēng)為分辨率。
一般來(lái)說(shuō),分度值越小,計(jì)量器具的精度越高。(3)示值范圍即計(jì)量器具所顯示或指示的最小值到最大值的范圍。圖5-3所示的計(jì)量器具的示值范圍為±100μm。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(4)測(cè)量范圍
即在允許的誤差范圍內(nèi),計(jì)量器具所能測(cè)出的被測(cè)量的范圍。
某些計(jì)量器具的測(cè)量范圍和示值范圍是相同的,如游標(biāo)卡尺和千分尺。圖5-3所示的計(jì)量器具其測(cè)量范圍為0~180mm。(5)示值誤差
即計(jì)量器具上的示值與被測(cè)量真值的代數(shù)差。
示值誤差可從說(shuō)明書(shū)或檢定規(guī)程中查得,也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)確定。一般來(lái)說(shuō),示值誤差越小,精度越高。(6)示值變動(dòng)性即在測(cè)量條件不變的情況下,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次(一般5~10次)重復(fù)觀察讀數(shù),其示值變化的最大差值。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(7)靈敏度即計(jì)量器具對(duì)被測(cè)量變化的反應(yīng)能力。若被測(cè)量變化為ΔX,所引起的計(jì)量器具的相應(yīng)變化為ΔL,則靈敏度S為:S=ΔL/ΔX當(dāng)分子和分母為同一類(lèi)量時(shí),靈敏度又稱(chēng)放大比或放大倍數(shù),其值為常數(shù)。放大倍數(shù)K可表示為
K=c/i式中c——計(jì)量器具的刻度間距;i——計(jì)量器具的分度值。(5–2)(5–3)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(8)靈敏閾(靈敏限)
即引起計(jì)量器具示值可察覺(jué)變化的被測(cè)量的最小變化值,它表示計(jì)量器具對(duì)被測(cè)量微小變化的敏感能力。
例如,1級(jí)百分表靈敏閾為3μm,表明被測(cè)量只要有3μm的變化,百分表的示值就會(huì)有能用肉眼觀察到的變化。(9)回程誤差(滯后誤差)
即在相同的測(cè)量條件下,當(dāng)被測(cè)量不變時(shí),計(jì)量器具沿正、反行程在同一點(diǎn)上測(cè)量結(jié)果之差的絕對(duì)值。
回程誤差是由計(jì)量器具中測(cè)量系統(tǒng)的間隙、變形和摩擦等原因引起的。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(10)測(cè)量力
在接觸測(cè)量過(guò)程中,計(jì)量器具與被測(cè)表面之間的接觸力稱(chēng)為測(cè)量力。
在接觸測(cè)量中,應(yīng)有一恒定的測(cè)量力,測(cè)量力不恒定會(huì)使示值不穩(wěn)定。(11)修正值(校正值)
即為了消除系統(tǒng)誤差,用代數(shù)法加到未修正的測(cè)量結(jié)果上的值。
修正值與示值誤差絕對(duì)值相等而符號(hào)相反。例如,示值誤差為-0.004mm,則修正值為+0.004mm。(12)計(jì)量器具的不確定度
計(jì)量器具的不確定度是指由于計(jì)量器具存在誤差從而對(duì)被測(cè)量的真值不能肯定的程度。
它是一個(gè)綜合指標(biāo),包括示值誤差、回程誤差等,反映了計(jì)量器具精度的高低。如分度值為0.01mm的外徑千分尺,在車(chē)間條件下測(cè)量一個(gè)尺寸小于50mm的零件時(shí),其不確定度為±0.004mm。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.2.3驗(yàn)收極限驗(yàn)收極限是判斷所檢驗(yàn)工件尺寸合格與否的尺寸界限。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是把圖樣上對(duì)尺寸所規(guī)定的上、下極限偏差(或極限尺寸),作為判斷尺寸是否合格的驗(yàn)收極限。由于任何測(cè)量都有誤差存在,這種方法,一方面可能將超出公差界限的廢品誤判為合格品予以接收,造成誤收;另一方面可能將接近公差界限的合格品誤判為廢品而予以報(bào)廢,稱(chēng)為誤廢。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3177—2009《幾何產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范(GPS)光滑工件尺寸的檢驗(yàn)》中,規(guī)定的驗(yàn)收原則是:所有驗(yàn)收方法應(yīng)只接收位于規(guī)定的尺寸極限之內(nèi)的工件,即允許有誤廢而不允許誤收。為了這一驗(yàn)收原則的實(shí)現(xiàn),保證零件既滿(mǎn)足互換性要求,又將誤廢降到最低。國(guó)標(biāo)規(guī)定可以按照下列兩種方式之一確定驗(yàn)收極限。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)1.內(nèi)縮式驗(yàn)收極限
指從規(guī)定的最大實(shí)體尺寸(MMS)和最小實(shí)體尺寸(LMS)分別向工件公差帶內(nèi)移動(dòng)一個(gè)安全裕度A,如圖5-4a所示。
A值選擇得大,容易保證零件質(zhì)量,但生產(chǎn)公差減少過(guò)多,誤廢率相應(yīng)增大,加工經(jīng)濟(jì)性差;
A值選擇得小,加工經(jīng)濟(jì)性好,但為了保證較小的誤收率,就要提高對(duì)計(jì)量器具的精度要求,帶來(lái)器具的選擇困難。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:A值按照工件公差值的1/10確定,其數(shù)值見(jiàn)表5-2,最后計(jì)算驗(yàn)收極限。配套課件第5章圖5-4驗(yàn)收極限a)內(nèi)縮的驗(yàn)收極限b)不內(nèi)縮的驗(yàn)收極限互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)孔尺寸的驗(yàn)收極限:
上驗(yàn)收極限=最小實(shí)體尺寸(LMS)-安全裕度(A)
下驗(yàn)收極限=最大實(shí)體尺寸(MMS)+安全裕度(A)軸尺寸的驗(yàn)收極限:
上驗(yàn)收極限=最大實(shí)體尺寸(MMS)-安全裕度(A)
下驗(yàn)收極限=最小實(shí)體尺寸(LMS)+安全裕度(A)
驗(yàn)收極限向工件的公差帶內(nèi)移,為了保證驗(yàn)收合格,在生產(chǎn)時(shí)不能按原來(lái)的尺寸極限加工,應(yīng)由驗(yàn)收極限所確定的范圍生產(chǎn),這個(gè)范圍稱(chēng)為生產(chǎn)公差。
生產(chǎn)公差=上驗(yàn)收極限-下驗(yàn)收極限(5–4)(5–5)(5–6)(5–7)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)2.不內(nèi)縮式驗(yàn)收極限采用不內(nèi)縮的驗(yàn)收極限方式生產(chǎn),驗(yàn)收極限等于規(guī)定的最大實(shí)體尺寸(MMS)和最小實(shí)體尺寸(LMS)即安全裕度A值等于零。驗(yàn)收極限如圖5-4b所示。驗(yàn)收極限方式的選擇要結(jié)合尺寸功能要求及其重要程度、尺寸公差等級(jí)、測(cè)量不確定度和工藝能力等因素綜合考慮。具體考慮如下:1)對(duì)遵守包容要求(見(jiàn)第3章)的尺寸、公差等級(jí)高的尺寸,其驗(yàn)收極限按內(nèi)縮式確定。2)當(dāng)工藝能力指數(shù)CP≥1時(shí),其驗(yàn)收極限按不內(nèi)縮式確定。但對(duì)遵循包容要求的尺寸,其最大實(shí)體極限一邊的驗(yàn)收極限仍按內(nèi)縮式確定。3)對(duì)偏態(tài)分布的尺寸,其驗(yàn)收極限可以?xún)H對(duì)尺寸偏向的一邊按內(nèi)縮式確定。4)對(duì)非配合和一般公差的尺寸,其驗(yàn)收極限按不內(nèi)縮式確定。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)計(jì)量器具的選擇主要取決于計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),具體要求如下:1)選擇計(jì)量器具應(yīng)與被測(cè)工件的外形、位置、尺寸的大小及被測(cè)參數(shù)特性相適應(yīng),使所選計(jì)量器具的測(cè)量范圍能滿(mǎn)足工件的要求。2)選擇計(jì)量器具應(yīng)考慮工件的尺寸公差,使所選計(jì)量器具的不確定度既能保證測(cè)量精度要求,又符合經(jīng)濟(jì)性要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:按照計(jì)量器具的測(cè)量不確定度的允許值u1
來(lái)選擇計(jì)量器具。u1值見(jiàn)表5-2,u1值分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔,分別約為工件公差的1/10、1/6和1/4。對(duì)于IT6~IT11,u1
值分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔;對(duì)于IT12~IT18,u1值分為Ⅰ、Ⅱ檔。一般情況下,優(yōu)先選用Ⅰ檔,其次為Ⅱ、Ⅲ檔。5.2.4計(jì)量器具的選擇原則配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)表5-2安全裕度A與計(jì)量器具的測(cè)量不確定度允許值u1
(摘自GB/T3177—2009)(單位:μm)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)
在選擇計(jì)量器具時(shí),所選擇的計(jì)量器具不確定度應(yīng)小于或等于計(jì)量器具不確定度的允許值u1。表5-3為千分尺和游標(biāo)卡尺的測(cè)量不確定度表5-4為比較儀的測(cè)量不確定度。表5-3千分尺和游標(biāo)卡尺的測(cè)量不確定度注:當(dāng)采用比較測(cè)量時(shí),千分尺的測(cè)量不確定度可小于本表規(guī)定的數(shù)值。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)例5-1被測(cè)工件的尺寸為?,試確定其驗(yàn)收極限并選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)量器具。解(1)確定安全裕度和計(jì)量器具不確定度根據(jù)所給工件尺寸,其尺寸公差T=0.039mm,公差等級(jí)為IT8,查表4-1,確定安全裕度A=3.9μm,優(yōu)先選擇Ⅰ檔,查表得出計(jì)量器具不確定度允許值Ⅰ檔u1=3.5μm。(2)選擇計(jì)量器具按照被測(cè)工件的公稱(chēng)尺寸為?50mm,從表4-3中選取分度值為0.005mm的比較儀,其不確定度U1=0.0030mm=3.0μm,小于u1,故所選的計(jì)量器具滿(mǎn)足使用要求。(3)確定驗(yàn)收極限該工件遵循包容要求,故驗(yàn)收極限應(yīng)按內(nèi)縮式驗(yàn)收方式來(lái)確定。上驗(yàn)收極限=(50-0.025-0.0039)mm=49.972mm下驗(yàn)收極限=(50-0.064+0.0039)mm=49.939mm配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.3測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理5.3.1測(cè)量誤差及其表示方法測(cè)量誤差是指測(cè)得值與被測(cè)量真值之差。一般來(lái)說(shuō),被測(cè)量的真值是不知道的,在實(shí)際測(cè)量時(shí),常用相對(duì)真值或在不存在系統(tǒng)誤差情況下的多次測(cè)量的算術(shù)平均值來(lái)代表真值。測(cè)量誤差可采用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種基本方式來(lái)表達(dá)。(1)絕對(duì)誤差Δ
即測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值之差。若以x表示測(cè)量結(jié)果,x0表示真值,則Δ=x-x0由于測(cè)得值x可能大于或小于真值x0,所以測(cè)量誤差Δ可能是正值也可能是負(fù)值。測(cè)量誤差的絕對(duì)值越小,說(shuō)明測(cè)得值越接近真值,測(cè)量精度越高。反之,測(cè)量精度較低。但這一結(jié)論只適用于被測(cè)量值相同的情況,而不能說(shuō)明不同被測(cè)量的測(cè)量精度。例如,用某測(cè)量長(zhǎng)度的量?jī)x測(cè)量20mm的長(zhǎng)度,絕對(duì)誤差為0.002mm。用另一臺(tái)量?jī)x測(cè)量250mm的長(zhǎng)度,絕對(duì)誤差為0.02mm。這時(shí),很難按絕對(duì)誤差的大小來(lái)判斷測(cè)量精度的高低。因?yàn)楹笳叩慕^對(duì)誤差雖然比前者大,但它相對(duì)于被測(cè)量的值卻很小。為此,需用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)定。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(2)相對(duì)誤差ε
即絕對(duì)誤差Δ的絕對(duì)值與被測(cè)量真值x0
之比,即被測(cè)量的公稱(chēng)值相同時(shí),可用絕對(duì)誤差比較測(cè)量精度的高低;被測(cè)量公稱(chēng)值不同時(shí),則用相對(duì)誤差比較測(cè)量精度的高低。在測(cè)量工作中,主要用絕對(duì)誤差來(lái)表示測(cè)量誤差。相對(duì)誤差常用來(lái)表示具有多檔示值范圍的儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度。(5–8)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.3.2測(cè)量誤差的來(lái)源(1)計(jì)量器具誤差
即計(jì)量器具本身在設(shè)計(jì)、制造和使用過(guò)程中造成的各項(xiàng)誤差。這些誤差的綜合反映可用計(jì)量器具的示值精度或不確定度來(lái)表示。
計(jì)量器具的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算不嚴(yán)格等因素帶來(lái)的誤差一般都屬于系統(tǒng)誤差。(2)測(cè)量方法誤差
即測(cè)量方法不完善所引起的誤差。一般所說(shuō)的測(cè)量方法誤差多指間接測(cè)量而言。
例如,接觸測(cè)量中測(cè)量力引起的計(jì)量器具和零件表面變形誤差,間接測(cè)量中計(jì)算公式的不精確,測(cè)量過(guò)程中工件安裝定位不合理等。(3)測(cè)量環(huán)境誤差
即測(cè)量時(shí)的環(huán)境條件不符合標(biāo)準(zhǔn)條件所引起的誤差。
測(cè)量的環(huán)境條件包括溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)及灰塵等。其中溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響最大。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)圖樣上標(biāo)注的各種尺寸、公差和極限偏差都是以標(biāo)準(zhǔn)溫度20°C為依據(jù)的。在測(cè)量時(shí),當(dāng)實(shí)際溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度20°C時(shí),溫度變化引起的測(cè)量誤差為ΔL=L[α2(t2-20)-α1(t1-20)]式中ΔL——測(cè)量誤差;
L——被測(cè)尺寸;
t1、t2——計(jì)量器具和被測(cè)工件的溫度(℃);
α1、α2——計(jì)量器具和被測(cè)工件的線膨脹系數(shù)。(5–9)配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)(4)被測(cè)件的安裝定位誤差
即測(cè)量時(shí)因被測(cè)件安裝定位基準(zhǔn)選擇不當(dāng)所造成的測(cè)量誤差。
為了減少安裝定位誤差,盡可能遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,即工序檢測(cè)應(yīng)以工藝基準(zhǔn)作為測(cè)量基準(zhǔn),終檢時(shí)應(yīng)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工作為測(cè)量基準(zhǔn)。(5)人員誤差
即測(cè)量人員的主觀因素所引起的誤差。例如,測(cè)量人員技術(shù)不熟練、視覺(jué)偏差、估讀判斷錯(cuò)誤等引起的誤差。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.3.3測(cè)量誤差的分類(lèi)和特性(1)系統(tǒng)誤差
指在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí),誤差的大小和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差。
前者稱(chēng)為定值系統(tǒng)誤差,后者稱(chēng)為變值系統(tǒng)誤差。例如,千分尺的零位不正確而引起的測(cè)量誤差是定值系統(tǒng)誤差。(2)隨機(jī)誤差
指在相同條件下,多次測(cè)量同一量值時(shí),其誤差的大小和符號(hào)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化的誤差。
隨機(jī)誤差是測(cè)量過(guò)程中許多獨(dú)立的、微小的、隨機(jī)的因素引起的綜合結(jié)果。
例如,計(jì)量器具中機(jī)構(gòu)的間隙、運(yùn)動(dòng)件間的摩擦力變化、測(cè)量力的不恒定和測(cè)量溫度以及濕度的波動(dòng)等引起的測(cè)量誤差都屬于隨機(jī)誤差。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)在任何一次測(cè)量中,不可避免會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差。在同一測(cè)量條件下,重復(fù)進(jìn)行的多次測(cè)量中,隨機(jī)誤差或大或小,或正或負(fù),既不能用實(shí)驗(yàn)方法消除,也不能修正。就某一次具體測(cè)量而言,隨機(jī)誤差的大小和符號(hào)是沒(méi)有規(guī)律的,但對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量而得到一系列測(cè)得值(簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)量列)時(shí),它們的隨機(jī)誤差的總體存在著一定的規(guī)律性。實(shí)驗(yàn)表明,隨機(jī)誤差呈正態(tài)分布規(guī)律,如圖5-5所示,橫坐標(biāo)表示隨機(jī)差δ,縱坐標(biāo)表示測(cè)得值的概率密度y。圖5-5正態(tài)分布曲線配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)從圖5-5看出,隨機(jī)誤差具有單峰性、對(duì)稱(chēng)性、有界性及抵償性4個(gè)分布特性。1)單峰性,即絕對(duì)值小的隨機(jī)誤差比絕對(duì)值大的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率大。2)對(duì)稱(chēng)性,即絕對(duì)值相等的正誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等。3)有界性,即在一定的測(cè)量條件下,隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超出一定界限。4)抵償性,即隨著測(cè)量次數(shù)的增加,隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨于零。(3)粗大誤差
粗大誤差也稱(chēng)過(guò)失誤差,指明顯超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。粗大誤差的產(chǎn)生是由于某些不正常的原因所造成的。
例如,測(cè)量者的粗心大意,測(cè)量?jī)x器和被測(cè)件的突然振動(dòng)以及讀數(shù)或記錄錯(cuò)誤等,由于粗大誤差一般數(shù)值較大,它會(huì)顯著地歪曲測(cè)量結(jié)果。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.3.4測(cè)量精度(1)正確度—指在規(guī)定的條件下,被測(cè)量中所有系統(tǒng)誤差的綜合,它表示測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差影響的程度。系統(tǒng)誤差小,則正確度高。測(cè)量精度是指被測(cè)量的測(cè)得值與其真值的接近程度。測(cè)量精度和測(cè)量誤差從兩個(gè)不同的角度說(shuō)明了同一個(gè)概念。可用測(cè)量誤差的大小來(lái)表示精度的高低。測(cè)量精度越高,則測(cè)量誤差就越小,反之,測(cè)量誤差就越大。(2)精密度—在規(guī)定的測(cè)量條件下連續(xù)多次測(cè)量時(shí),所得測(cè)量結(jié)果彼此之間符合的程度,它表示測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差的大小。隨機(jī)誤差小,則精密度高。(3)精確度—指連續(xù)多次測(cè)量所得的測(cè)得值與真值的接近程度,它表示測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合影響的程度。系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小,則精確度高。配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的區(qū)域及其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,以打靶為例加以說(shuō)明。如圖5-6所示,圓心為靶心,圖5-6a表現(xiàn)為彈著點(diǎn)密集但偏離靶心,說(shuō)明隨機(jī)誤差小而系統(tǒng)誤差大,精密度高而正確度低;圖5-6b表示彈著點(diǎn)圍繞靶心分布,但很分散,說(shuō)明系統(tǒng)誤差小而隨機(jī)誤差大,正確度高而精密度低;圖5-6c表示彈著點(diǎn)既分散又偏離靶心,說(shuō)明隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差都較大,精密度與正確度都低;圖5-6d表示彈著點(diǎn)既圍繞靶心分布而且彈著點(diǎn)又密集,說(shuō)明系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差都小,精密度與正確度都高。圖5-6正確度、精密度和精確度示意圖配套課件第5章互換性與測(cè)量技術(shù)(第4版)5.3.5測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理在相同的測(cè)量條件下,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量,得到一測(cè)量列。測(cè)量列中可能同時(shí)存在隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差。須對(duì)這些誤差進(jìn)行處理。1.測(cè)量列中系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)與消除
(1)系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)定值系統(tǒng)誤差的大小和符號(hào)均不變,一般不影響測(cè)量誤差的分布規(guī)律,只改變測(cè)量誤差分布中心的位置。要發(fā)現(xiàn)某一測(cè)量條件下是否有定值系統(tǒng)誤差存在,可用更高精度的計(jì)量器具進(jìn)行檢定性測(cè)量。以?xún)烧邔?duì)同一量值進(jìn)行測(cè)量次數(shù)相同的多次重復(fù)測(cè)量,求
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