互换性与测量技术实验指导书(2016-2017-1-32)

1《互换性与技术测量实验》实验指导书（2016-2017-1）互换性与技术测量教研组编机械工程学院2016年08月班级：学号：姓名：2目录实验一长度测量.........................................3实验二表面粗糙度测量...................................9实验三齿轮齿圈径向跳动的测量..........................133实验一长度测量一、实验目的1.了解和掌握杠杆千分尺、和立式数显光学计的测量原理、主要结构及使用方法。2.应用上述仪器检验光滑极限量规。3.巩固尺寸公差的概念,学会由测得数据判断零件合格性的方法。二、仪器结构及工作原理1.杠杆千分尺杠杆千分尺相当于外径千分尺与杠杆式卡规组合而成，其外形如图1-1（a）所示。它的工作原理与杠杆式卡规及千分尺相同。可以用作相对测量，也可以作绝对测量。杠杆式卡规的工作原理如图1-1（b）所示。（a）（b）图1-1杠杆式卡规的工作原理图当测量杆1移动时，使杠杆2转动，在杠杆的另一端装有扇形齿轮，可使小齿轮3和装牢在小齿轮轴的指针4转动，在刻度盘5上便可读出示值。为了消除传动中的空程，装有游丝6。测量力由弹簧8产生。为了防止测量面磨损和测量方便，装有退让器9。杠杆千分尺刻度值有0.001毫米和0.002毫米两种（现在使用的是前者），表盘的示值范围±0.02毫米，测量力是500-800克，测力变化不大于100克。2.立式数显光学计立式光学计又称光学比较仪，集光电、机电于一体，是我国最先进的数显式光学仪器。直接测量可以达到10毫米。测量结果可以根据需要选择工、英制在显示屏上显示，也可以在任意位置置零。当被测工件大于10毫米时，在测量前用量块（或标准件）对准零位，被测尺寸与量块尺寸的差值在屏幕上读得。立式数显光学计对五等量块和一级精度的量块，球形和圆柱形工件得直径和不圆度，线型、板型、金属及非金属薄膜的厚度和平行度进行高精度测量。仪器基本度量指标：4数显最小显示值0.0001毫米直接测量显示值范围10毫米仪器比较测量范围0～200毫米示值误差：0－0.2mm比较测量时：±0.00025mm0－10mm直接测量时：±0.0005mm⑴仪器结构：见图1-5.图1-5立式数显光学计结构简图1－数字显示器2－测量计管锁紧螺钉3－光学计管4－测杆5－测帽锁紧螺钉6－工作台7－电源开关8－打印键9－公英制转换键10－置零键11－底座12－调平手轮13－测帽14－提升器15－信号电缆16－升降螺母17－横臂锁紧螺钉18－横臂19－立柱⑵仪器工作原理JDG-S2立式光学计使用的是每㎜100线的光栅，栅距为10μm.光电接收后，经过软件进行100细分后，显示当量为10μm/100=0.1μm。JDG-S2立式光学计电器部分工作原理如图1-6所示。5图1-6JDG-S2立式光学计电器部分工作原理※光电转换①器材：100线光栅付；激光管；田字形光电接收管；②原理：100线标尺光栅与100线指示光栅在一定栅距下进行相对移动时，会产生莫尔条纹，莫尔条纹的数量和方向与移动的距离和方向成严格的对应关系；也就是说，每移动1毫米就会产生100个黑白周期的条纹数。激光管发出的光照射在田字形光电接收管的管芯上。田字形光电接收管的管芯光电接收管有四个芯片，成田字形排列，这四个芯片会按90°的相位差产生“全黑”→“黑白”→“全白”→“白黑”→“全黑”→“黑白”…的变化；也就是在连续移动时四个芯片会产生相位差互为90°的正弦波信号，分别记作：sint、cost、-sint、-cost；这四路信号送到前置放大器的输入进行放大。※前置放大器将由光电转换送来的sint、cost、-sint、-cost四路信号将sint和-sint两路信号及cost和-cost两路信号分别进行放大成信号、直流电平的sint和cost两路正交的正弦波信号。因为细分的需要，两路正交的正弦波信号的幅度和直流电平必需保持稳定，否则细分的误差将会很大。※100细分选用的光栅是100线/mm，就是每移动1mm将会移动100个莫尔条纹周期，一个莫尔条纹周期就是一个光栅周期，即0.01mm＝10μm。而我们需要的分辨率是0.1μm，因此必需对其进行100细分，以满足分辨率为0.1μm。100细分是通过软件进行细分的。上面说过放大器输出是幅度、直流电平的sint和cost两路正弦和余弦信号。在双踪示波器的X输入端接入正弦信号，而在Y输入端接入余弦信号，那么在示波器的显示屏上会出6现一个圆心在X轴和Y轴处，半径的正圆，如图1-7所示，移动一个光栅周期，在示波器上光点正好移动一圈。图1-7李沙育圆以X轴为0°，那么光点会按顺时针或逆时针（与光栅移动方向有关）。每个光点与圆心的连线也就是该圆的半径，该半径与X轴的夹角为α，移动一个光栅周期，夹角α由0°沿逆时针方向移动到360°或由360°沿顺时针方向移动到0°。100细分也就是将360°分成100份，每一份为3.6°。由平面几何可知：tgα＝Y／X，所以软件100细分的思路就是α分别为（0±1.8）°、（3.6±1.8）°、（7.2±1.8）°、……（352.8±1.8）°、（356.4±1.8）°时（共100个数据）列出表格（略）。（3）测帽及工作台的型式测帽规格：R20、Φ2平面、Φ8平面、2×8刀刃工作台：平面、带筋两种。测量球形、圆柱形、薄膜、量棒高度选用平面工作台。测量量块、板形、平面零件需选用带筋工作台。测帽的选择依据：仪器备有两种工作台和多种测帽以供选择。选择应能准确反映被测工件的实际尺寸为原则。例如测量量快用带筋工作台和球形测帽，测量球体直径选用平面工作台和平面测帽，测量线形工件用平面工作台和刃型测帽。注意事项：使用精密仪器时操作应该小心谨慎，切忌猛烈地冲击和碰撞。安置仪器的地方要干燥清洁，不得有腐蚀性气体。7每次使用完毕和必须用汽油清洗工作台、测量头的表面并仔细擦干。不用的工作台和测帽要涂防锈油，然后放入干燥缸内，平时用罩子将仪器整体套上，定时用汽油揩洗仪器的无被复的金属表面并涂上防锈油。光学计的管内构造比较复杂精密，不宜随意拆卸。供电电源必须有可靠的接地。三、实验内容采用上述仪器检验光滑极限量规的尺寸。为了能同时测得量规的几何形状误差，可在量规的三个截面上测量，同时每个截面上应在相互垂直的两个方向上测量。如图1—8所示。图1-8测量部位示意图四、实验步骤1）.按被测量规的标记，从圆柱体公差配合表格及量规公差表格中查出其极限偏差，并画出其公差带图。2）按量规的尺寸选择杠杆千分尺规格，使用立式数显光学计时选择工作台，测帽和量块组，并将工作台、测帽、量块和被测件用汽油擦干净，装上测帽和提升器，将数据置零，松开横臂锁紧螺钉，调节升降螺母使测帽与工作台接触大约在0.4-0.5毫米时为最佳，测帽、横臂、测量计管的锁紧螺钉必须拧紧。注意，立式数显光学计在上述步骤完成后应放置1-2分钟。3）.工作台调整：杠杆千分尺、光较仪在测量平板上进行。立式数显光学计工作台调平方法：首先开机预热约20分钟，装上平面测帽，然后置零，调节升降横臂（18）将测帽左右放置在工作台中心，使平面测帽与工作台有约0.4到0.5毫米接触，分别拧紧横臂锁紧螺丝与测量管锁紧螺丝（17与2）再置零。同时旋转左右二只调平手轮（12）使工作台，左右方向移动，观察显示器的数值变化情况，当示值变化到最小值时，工作台左右方向基本处于平行位置了。然后再用同样的方法调节前后二只调平手轮，这样反复检查二次使工作台平行度得到最佳的位置。8有经验者用量块的同一个点在测量的前后左右四个点进行测量得到的读数误差不大于0.0003毫米，这就表明工作台已经调到最佳位置了。4）.零位调整：杠杆千分尺用标准块对准零位。光较仪测量时将组合好的量块放在工作台上，松开锁紧螺钉3，转动调节螺钉5，测帽8和量块接触，且在目镜11内看到刻度原形为止，旋紧锁紧螺钉3（测帽与量块表面接触时应极为小心，不允许有撞击），此为粗调；细调时松开管锁紧螺钉9，转动细调手轮4，使目镜内的刻度尺的零刻线对准指标线，（指标线是一根固定的虚线，边上注有μ字）然后锁紧螺钉9；立式数显光学计在仪器完全调整好后，可以在任意位置按置零键10置零。5）测量使用杠杆千分尺进行测量时，先按下退让机构按钮，取下量块组，然后对被测件进行测量，测量要求同上。在使用杠杆千分尺进行测量时，一定要注意两个方向的读数转折点；使用光较仪进行测量时，先按下退让机构，取下量块组，然后将被测件（量规）放在工作台上，测量该量规的三个截面，每个截面测量互相垂直的两个位置，所取截面应离开端面至少1毫米以上。每次应在测量时，量规应在测帽下慢慢移动，记录下转折点（最高点）读数，每处应重复三次，看其是否稳定，并将三次读数的平均值作为此处测量的读数值。读数时应注意标尺的正负，并且估读小数点后面一位。测量完毕复校零位；使用立式数显光学计进行测量时，置零后按下提升器（取下量块），然后将被测件（量规）放在工作台上，测量被测件的高度（直接读数或加上量块的高度），每次在测量时，被测件应在测帽下慢慢移动，记录下转折点（最高点）读数，每处应重复三次，看其是否稳定，并将三次读数的平均值作为此处测量的读数值。读数时应注意读数的正负。测量完毕复校零位。6）合格性判断根据上述测量数据。对照被测量规的公差，异此判别被测量规是否合格。9实验二表面粗糙度测量常用的测量表面粗糙读的方法有比较法、光切法、干涉法和针描法。比较法是将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼判断或借助于放大镜、比较显微镜比较；也可用手摸，指甲划动的感觉来判断加工表面的粗糙度。图2-1表面粗糙度样板表面粗糙度样板（图2-1）的材料、形状及制造工艺尽可能与工件相同，这样才便于比较，否则往往会产生较大的误差。比较法一般只用语粗糙度参数值较大的近拟评定，它是车间常用的方法；干涉法是利用“光切原理”来测量表面粗糙度的一种方法；针描法是利用仪器的测针与被测表面接触并使测针沿其表面轻轻划过来测量表面粗糙度的一种测量方法。下面仅对光切法做介绍。实验用光切法测量表面粗糙度一、实验目的1.了解光切显微镜的测量原理及其主要结构。2.掌握用光切显微镜测量零件表面粗糙度的方法。二、仪器结构及测量原理：光切显微镜是按光切法原理用目测或照相的方法来测量各种工件外表面的糙度的仪器，评定参数一般用粗糙度平均高度RZ，仪器的测量范围为▽3~▽9。（RZ=0.8~80μm）1.外形结构见图2-2所示。（JSG—1型光切显微镜）2.主要技术规格:粗糙度深度：0.8-63微米粗糙度宽度：用测微目镜0.7微米—2.5微米用坐标工作台0.01—13毫米目镜放大倍数约15×10测微目镜最小格值0.01微米摄影装置放大倍数约6×图2-2光切显微镜外形结构图1—基座2—立柱3—横臂4—粗调手轮5—锁紧螺6—微调手轮7—镜架8—转换手轮9—十字工作台10—物镜组11—测微目镜12—物镜组装卸板手13—刻度套筒3.光切法测量原理:图2-3光切法测量原理光切法测量原理见（图2-3）,光源1射出的光线通过窄缝3以后，成一条狭长的光带，经过物镜5成45度射向被测件表面，并使光带与加工纹路垂直。此时，在与投影光线成90度方向观察时，由于零件表面有高低不平，则在目镜7中可看到一条曲折的光带。其形状等于从45度方向切断零件表面所呈现的轮廓。测出此光带的峰谷高低之差，就是被测零件的表面粗糙度。从目镜中看到光带影象高度：245cos21'hhSSh（其中h为工件表面粗糙度某一峰谷之间的距离，由光切法得到h=S1S2cos45°上式中h’=S1S2是仪器的目镜转过45度后才得到的）三、实验步骤1.适当的物镜放大倍数：物镜放大倍数是按零件表面大致的粗糙度等级来选择的。光切显微镜备有四对不同放大倍数的物镜，用来测定不同等级的表面粗糙度，见下表。11表2.1光切显微镜不同放大倍数的物镜物镜放大倍数总放大倍数（包括目镜）视场大小（毫米）能测的不平度高度（微米）目镜所能测的范围7×60×2.515~50