机械精度设计与测量技术

机械精度设计与测量技术实验指导书祝金兰编著2006年2月2学生实验守则1、学生必须按照规定的时间到实验室上课，不得迟到早退。2、必须遵守实验室的一切规章制度。3、不准动用与本次实验无关的仪器设备和室内的其它设施。4、学生实验前应做好预习，复习有关基础理论知识，并接受教师提问检查。5、实验准备工作就绪后，必须经指导教师同意，方可动用仪器设备进行实验。6、实验中要仔细观察，认真记录各种实验数据，不准抄袭他人实验结果，实验过程中不得擅自离开操作岗位。7、使用仪器设备要遵守操作规程，要注意安全，如仪器发生故障，应立即报告指导教师进行处理。8、实验结束后，请指导教师检查，将使用的仪器设备摆放好，并清扫好实验室，经教师同意方可离开实验室。9、违反操作规程或擅自动用其它设备造成损坏者，视其认识程度和情节轻重，按有关规章制度进行处理。1一、实验目的本课程是机械类各专业的技术基础课，是设计和制造之间的桥梁。通过实验课的学习，使学生掌握测量技术的基本知识和基本技能，学会正确使用计量器及处理结果的方法，了解几何参数测量的基本原理和方法，分析测量误差的产生原因对零件使用性能的影响，培养学生的动手能力和分析解决问题的能力。二、主要设备仪器配备卧式光学比较仪、平台、合象水平仪、箱体、杠杆百分表、表面粗糙度显微镜、工具显微镜、渐开线检查仪、双啮综合检查仪。三、实验内容提要项目一：用卧式光学比较仪、立式比较仪测量内径和外径。用内径百分表测量孔径。项目二：用合象水平仪测量直线度误差。用模拟位置度仪测量箱体误差。项目三：用表面粗糙度显微镜测Rz值。尺寸测量。圆度误差或圆柱度误差测量。用三针法测量螺纹中径。项目四：径向综合误差、相邻齿误差测量。渐开线齿形误差测量。齿轮公法线测量。四、实验教学方法动手操作验证性、综合性实验。五、实验教学要求原理清楚，方法正确，数据可靠，报告工整。2实验一长度测量实验1-1用内径百分表或卧式测长仪测量内外径一、实验目的1、熟悉测量内径常用的计量器具和方法。2、加深对内尺寸测量特点的了解。3、本次实验为验证性实验。二、实验内容1、用内径百分表测量内径。2、用卧式测长仪测量内径。三、测量原理及计量器具说明内径可用内径千分尺直接测量。但对深孔或公差等级较高的孔，则常用内径百分表或卧式测长仪作比较测量。1．内径百分表国产的内径百分表，常由活动测头工作行程不同的七种规格组成一套，用以测量10--450mm的内径，特别适用于测量深孔，其典型结构如图1所示。内径百分表是用它的可换测头3（测量中固定不动）和活动测头2跟被测孔壁接触进行测量的。仪器盒内有几个长短不同的可换测头，使用时可按被测尺寸的大小来选择。测量时，活动测头2受到—定的压力，向内推动镶在等臂直角杠杆1上的钢球4，使杠杆1绕支轴6回转，并通过长接杆5推动百分表的测杆而进行读数。在活动测头的两侧，有对称的定位板8。装上测头2后，即与定位板连成一个整体。定位板在弹簧9的作用下，对称地压靠在被测孔壁上，以保证测头的轴线处于被测孔的直径截面内。2．卧式测长仪卧式测长仪是以精密刻度尺为基准，利用平面螺旋线式读数装置的精密3长度计量器具。该仪器带有多种专用附件，可用于测量外尺寸、内尺寸和内、外螺纹中径。根据测量需要，可用于绝对测量，又可用于相对（比较）测量，故常称为万能测长仪。卧式测长仪的外观如图2所示。在测量过程中，镶有一条精密毫米刻度尺（图3a中的6）的测量轴3随着被测尺寸的大小在测量轴承座内作相应的滑动。当测头接触被测部分后，测量轴就停止滑动。图3a是测微目镜1的光学系统。在目镜1中可以观察到毫米数值，但还需细分读数，以满足精密测量的要求。测微目镜中有一个固定分划板4，它的上面刻有10个相等的刻度间距，毫米刻度尺的一个间距成象在它上面时恰与这10个间距总长相等，故其分度值为0.1毫米。在它的附近，还有一块通过手轮3可以旋转的平面螺旋线分划板2，其上刻有十圈平面螺旋双刻线。螺旋双刻线的螺距恰与固定分划板上的刻度间距相等，其分度值也为0.1毫米。在分划板2的中央，有一圈等分为100格的圆周刻度。当分划板2转动一格圆周分度时，其分度值为：0.110.001()100mm×=这样就可达到细分读数的目的。这种仪器的读数方法如下：从目镜中观察，可同时看到三种刻线（图3b），先读毫米数（7mm），然后按毫米刻线在固定分划板4上的位置读出零点几毫米数（0.4mm）。再转动手轮3，使靠近零点几毫米刻度值的一圈平面螺旋双刻线夹住毫米刻线，再从指示线对准的圆周刻度上读得微米数（0.051mm）。所以从图3b中读得的数是7.451mm。45四、测量步骤1．用内径百分表测量内径（1）按被测孔的基本尺寸组合量块。换上相应的可换测头并拧入仪器的相应螺孔内。（2）将选用的量块组和专用侧块（图4中的1和2）一起放人量块夹内夹紧（图4），以便仪器对零位。在大批量生产中，也常按照与被测孔径基本尺寸相同的标准环的实际尺寸对准仪器的零位。（3）将仪器对好零位用手拿着隔热手柄（图l中的7），另一只手的食指和中指轻轻压按定位板，将活动测头压靠在侧块上（或标准环内）使活动测头内缩，以保证放人可换测头时不与侧块（或标准环内壁）摩擦而避免磨损。然后，松开定位板和活动测头，使可换测头与侧块接触．就可在垂直和水平两个方向上摆动内径百分表找昀小值。反复摆动几次，并相应地旋转表盘，使百分表的零刻度正好对准示值变化的昀小值。零位对好后，用手指轻压定位板使活动测头内缩，当可换测头脱离接触时，缓缓地将内径百分表从侧块（或标准环）内取出。（4）进行测量将内径百分表插入被测孔中，沿被测孔的轴线方向测几个截面，每个截面要在相互垂直的两个部位上各测一次。测量时轻轻摆动内径百分表（图5），记下示值变化的昀小值。根据测量结果和被测孔的公差要求，判断被测孔是否合格。2．用卧式测长仪测量内径（1）接通电源，转动测微目镜的调节环以调节视度。（2）参看图2：松开紧固螺钉12，转动手轮6。使工作台5下降到较低的位置。然后在工作台上安好标准环或装有量块组的量块夹子，如图4所示。（3）将一对测钩分别装在测量轴和尾管上（图6），测钩方向垂直向下，沿轴向移动测量轴和尾管，使两测钩头部的楔槽对齐，然后旋紧测钩上的螺钉，将测钩固定。6（4）上升工作台，使两测钩伸入标准环内或量块组两侧块之间，再将手轮6的紧固螺钉12拧紧。（5）移动尾管10（11是尾管的微调螺钉），同时转动工作台横向移动手轮7，使测钩的内测头在标准环端面上刻有标线的直线方向或量块组的侧块上接触，用紧固螺钉13锁紧尾管；然后用手扶稳测量轴3，挂在重锤，并使测量轴上的测钩内测头缓慢地与标准环或侧块接触。（6）找准仪器对零的正确位置（第一次读数）如为标准环，则需转动手轮7同时应从目镜中找准转折点（图7a中的昀大值），在此位置上，扳动手柄8，再找转折点（图7b）中的昀小值），此处即为直径的正确位置。然后，将手柄9压下固紧。如为量块组，则需转动手柄4，找准转折点（昀小值）。在此位置上扳动手柄8仍找昀小值的转折点，此处即为正确对零位置。要特别注意，在扳动手柄4和8时，其摆动幅度要适当，千万避免测头滑出侧块，由于重锤的作用使测量轴急剧后退产生冲击，将毫米刻度尺损坏。为防止这一事故的发生，通过重锤挂绳长度对测量轴行程加以控制。当零位找准后，即可按前述读数方法读数。（7）用手扶稳测量轴3，便测量轴右移一个距离，固紧螺钉2（尾管是定位基准，不能移动），取下标准环或量块组。然后安装被测工件，松开螺钉2，使测头与工件接触，按前述的方法进行调整与读数，即可读出被测尺寸与标准环或量块组尺寸之差。（8）沿被测内径的轴线方向测几个截面。每个截面要在相互垂直的两个部位上各测—次。根据测量结果和被测内径的公差要求，判断该内径是否合格。五、思考题1．用内径千分尺与内径百分表测量孔的直径时，各属何种测量方法？2．卧式测长仪上有手柄4（图2），能使万能工作台作水平转动，测量哪些形状的工件需要用它来操作？7实验1—2用机械比较仪测量外径一、实验目的1．了解机械比较仪的测量原理。2．掌握用机械比较仪测量外径的方法。二、实验内容用机械比较仪测量工件的外径。三、计量器具说明1.杠杆齿轮式比较仪杠杆齿轮式比较仪分度值为0.001mm，标尺示值范围为±0.1mm。可用于测量工件的尺寸及形位误差，也可作为测量装置的读数元件。杠杆齿轮比较仪一般由杠杆齿轮比较仪表头和座架两部分组合使用，如图1－12所示。其工作原理，如图1—13所示。当测量杆1有微小直线位移时，使杠杆短臂2和齿轮杠杆3—起转动，齿轮杠杆3又带动小齿轮4和指针5一起转动，并可在表盘6上指示出相应的数值。2.扭簧比较仪扭簧比较仪的分度值和示值范围，如表1－1所示。扭簧比较仪（图1－14）用于比较测量法测量高精度工件的尺寸和形位误差，也可用作测量装置的指示器。8用扭簧比较仪测量时，如图1—15所示，当测杆1上升时，测杆1推动传动角架2，使角架2转动并拉动扭簧5。扭簧被拉长时，扭簧的对称中心平面将带动指针6向刻度盘3的正方向旋转。反之当测杆1下降时，扭簧5将缩短，扭簧5上的指针6将向刻度盘3的负方向旋转。9使用扭簧比较仪应注意：(1)测头与被测工件接触时，应仔细调整，若指针超出示值范围过多，容易损坏扭簧比较仪。(2)扭簧比较仪的指针容易折断或脱落，使用时应避免磕碰、撞击。四、测量原理机械比较仪测量工件外径，也是按比较测量法进行测量的。先用选择好的尺寸为L的量块组，将仪器的指针调到零位，再将被测工件放到比较仪的测头与工作台面之间。从比较仪的表盘上读出指针相对零位的差值ΔL（即被测工件外径相对量块组尺寸的差值）。则被测工件的外径尺寸D＝L＋ΔL，如图1—10所示。五、测量步骤1.测头的选择根据被测零件表面的几何形状来选择测头，使测头与被测表面尽量满足点接触。2.按被测工件外径的基本尺寸组合量块3.调整仪器零位(1)参看图1—12，将量块组置于工作台9的中央，并使仪器测头10对准量块测量面的中央。(2)粗调节：松开臂架紧固螺钉2，转动调节螺母5，使臂架12缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触，将螺钉2锁紧。(3)细调节：松开紧固螺钉13，转动细调手轮4，使比较仪指针指近刻度盘零位。然后拧紧螺钉13。(4)微调节：转动微调手轮3，使指针与刻度盘零位重合，然后压下测头拨叉6数次，使零位稳定。(5)将测头抬起，取下量块。4测量工件按实验规定的部位进行测量，把测量结果填入实验报告。5．合格性判断从国家有关公差标准中查出公差值，计算工件的极限尺寸，判断工件的合格性。思考题用机械比较仪测量外径属于什么测量方法？10实验二形位误差测量实验2—1用合像水平仪测量直线度误差一、实验目的1掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。2．加深对直线度误差定义的理解。二、实验内容用合像水平仪测量直线度误差。三、测量原理及计量器具说明机床、仪器导轨或其他窄而长的平面，为了控制其直线度误差，常在给定平面（垂直平面、水平平面）内进行检测。常用的计量器具有框式水平仪、合像水平仪、电子水平仪和自准直仪等。使用这类器具的共同特点是测定微小角度均变化。由于被测表面存在着直线度误差，计量器具置于不同的被测部位上，其倾斜角度就要发生相应的变化。如果节距（相邻两测点的距离）一经确定。这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。通过对逐个节距的测量，得出变化的角度．用作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差值。由于合像水平仪的测量准确度高、测量范围大（±10mm／m）、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点，故在检测工作中得到了广泛的采用。合像水平仪的结构如图1a、d所示，它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。使用时将合像水平仪放于桥板（图2）上相对不动，再将桥板放于被测表面上。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平面基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置．气泡边缘通过合像棱镜7所产生的影像，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况，但在实际测量中，由于被测