互换性与技术测量课程实验指导书

第五部分互换性与技术测量课程实验实验十九轴孔测量实验实验二十表面粗糙度测量实验实验二十一形位误差测量实验实验二十二螺纹主要参数的测量实验实验二十三圆柱齿轮的测量实验实验十九轴孔测量实验项目一用立式光学计测量轴径一、实验目的1.了解立式光学计的结构及测量原理2.熟悉用立式光学计测量外径的方法3.加深理解计量器具与测量方法的常用术语,巩固尺寸及行为公差的概念4.掌握由测量结果判断工件合格性的方法二、测量仪器介绍立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学量仪。用量块组合成被测量的基本尺寸作为长度基准,按比较测量法来测量各种工件相对基本尺寸的偏差值，从而计算出实际尺寸。仪器的基本度量指标如下:分度值:……………0.001mm示值范围:…………±0.1mm测量范围:…………0-180mm仪器不确定度:……0.001mm仪器的外观结构如图5-1所示三、测量原理直角光管是立式光学比较仪的主要部件，整个光学系统和测量部件装在直角光管内部。测量原理是光学自准直原理和机械的正切放大原理组合而成。其光路系统图如图5-2，正切放大原理图如图5-4，图5-3为图5-2中分划板的放大图。分划板在物镜的焦平面上,由于这一特殊位置使刻度尺受光照后反射的光线经直角棱镜折转90°到物镜后形成平行光束。当平面镜垂直于物镜主光轴时(通过调节仪器使测头距工作台为基本尺寸时正好平面镜垂直主光轴).这束平行光束经平面镜反射,反射光线按原路返回。在分划板上成的刻度尺像与刻度尺左右对称,在目镜中读数为零。当平面镜与主光轴的垂直方向成一个角度α时(测件与基本尺寸的偏差s使平面镜绕支点转动),这束平行光束经平面镜反射,反射光束与入射光束成2α角,经物镜和平面镜在分划板上成的刻度尺像相图5-1立式光学计外观图1—底座；2—工作台；3—粗调螺母；4--支臂；5--支臂紧固螺钉；6—立柱；7—直角光管；8—光源；9—目镜；10—微调旋钮；11—细调旋钮；12—光管紧固螺钉；13—测头提升杠杆；14—测头；15—工作台调整旋；13—测头提升杠杆；14—测头；15—工作台调整旋钮（共四个，调整工作台垂直测杆）对刻度尺上下移动t。在原理图中可以看出:S=b×tgαt=f×tg2α∵α很小∴tgα≈αtg2α≈2α因此放大倍数K=t/s=2f/b又f=20mmb=5mm∴K=400/5=80又∵目镜的放大倍数K′=12×80=960因此说明，当偏差S=1μm在目镜中可看到0.96mm的位移量，大约1mm,看到的刻线间距约为1mm。四、实验步骤1．测头的选择测头有球形、平面形和刀口形三种,根据被测零件表面的几何形状来选择,使测头与被测表面尽量满足点接触。所以,测量平面或圆柱面工件时选用球形测头。测量球面工件时,选用平面形测头。测量小于10mm的圆柱面工件时,选用刀口形测头且刀口与轴线相垂直。2．按被测工件的基本尺寸组合量块量块的工作面明亮如镜,很容易和非工作相区分。工作面又有上下之分:当量块尺寸小于5.5mm的时候,有数字的一面即为上工作。当尺寸≥6mm时,数字表面的右侧面为上工做面。将量块的上下工作面叠置一部分,并以手指加少许压力后逐渐推入,使两工作面完全重叠相研合。3．接通电源调整工作台使其与测杆方向垂直。（一般已调好禁止拧动四个工作台调整旋钮）4．检查细、微调旋钮是否在调节范围中间调节微调旋钮10使其上的红点与光管上的红点对齐。松开光管禁固螺钉12,调节光管凸轮旋钮11（细调旋钮）使其上的红点向下,然后再紧固光管紧固螺钉。如仪器上无红点，先调微调10或细调旋钮11确定其调整范围，然后把微调旋钮10和细调旋钮11调到调整范围中间，需紧固（12）的要紧固。5.用基本尺寸仪器调零图5-4正切放大原理图⑴粗调：松开支臂紧固螺钉5,转动调节螺母3升起支臂,将研合好的量块放在工作台中央并使测头对准上测量面的中心点(对角线交点)。转动调节螺母3,使支臂缓慢下降,直到测量面轻微接触,并能在现场中看到刻度尺像时,将螺钉5锁紧。⑵细调：松开紧固螺钉12,转动调节凸轮--细调旋钮11,直至在目镜中观察到刻度尺像与μ指标线接近为止,然后将螺钉12锁紧。⑶微调：转刻度尺微调螺钉10,使刻度尺的零线影像与μ指示线重合，然后按测头提升杠杆13数次,看零位是否稳定,如稳定可以测量。否则，检查是否是该锁紧的位置没有锁紧，找到原因重新调零。6.测量被测件按测头提升杠杆将测头抬起,取下量块,放上被测件轴,在轴的左、中、右选三个截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在每个截面上测相互垂直的两个直径的4个端点A、B、A'、B'，见图5-5,共测12个点,测每一点时在轴线的垂直方向上前后移动,读拐点的最大值。图5-5测点分布图7.复检零位测完后将量块重新放回原位,复检零位偏移量不得超过±0.5μm,否则找出原因重测。8.断电整理仪器五、数据处理及合格性评定方法1．评定轴径的合格性根据轴的尺寸标注查表得到基本偏差es和公差Td及安全裕度A,按图5-6（a）计算上下验收极限偏差，所测12点的直径的实际偏差均在上下验收极限偏差内，则该轴直径合格。即：es-A≧ea≧ei+A2.评定形状、位置误差的合格性如在被测轴上标注了素线直线度公差t-和素线平行度公差t∥，就应根据测量的12个数据求出四条素线的直线度误差值f-和素线平行度误差值f∥见图5-6（b）,并找出其中最大的f-max和f∥max与公差相比，当f-max≦t-和f∥max≦t∥时即为合格。轴所标注的各项指标全合格，则此轴合格。图5-6直线度误差和平行度误差图项目二内径指示表测量孔径一、实验目的1．了解内径指示表的结构及测量原理。2．熟悉用内径指示表测量内径的方法。3．加深理解计量器具与测量方法的常用术语，巩固尺寸及形位公差的概念。二、测量仪器介绍内径指示表是一种用比较法来测量中等精度孔径的量仪，尤其适合于测量深孔的直径，国产的内径指示表可以测量10-450mm的内径。根据被测尺寸的大小可以选用相应测量范围的内径指示表，如：(10—18)mm内径指示表(18—35)mm内径指示表(35—50)mm内径指示表(59—100)mm内径指示表（100—160）mm内径指示表(160—250)mm内径指示表（250—450)mm：内径指示表例如：要测Φ30的内径就应选择（18～35)mm内径指示表。在指示表盒里从18mm-35mm每隔一毫米给一个可换固定测头，从中找出对应30mm的测头安装后进可进行测量。根据被测内孔的精度指示表可以选择百分表（分度值：0.01;示值范围:0~1mm）或千分表(分度值：0.001;示值范围：0~0.1mm)内径指示表由指标表和装有杠杆系统的测量装置所组成。图5-7为其外观图。三、测量原理图5-7内径指示表外观图参见图5-8（a）活动量柱受到一定的压力，向内推动等臂直角杠杆绕支点回转，并通过长接杆5推动百分表的测杆而进行读数。在活动量柱的两侧有对称的定位弦片，定位弦片在弹簧的作用下，对称地压靠在被测孔壁上，以保证两测头的轴线处于被测孔的直径截面内、参见图5-8（b）。两测头轴线在孔的纵截面上也可能顿斜，如图5-9所示：所以在测量时应将量杆摆动，以指示表指针的最小值为实际读数（即指（b）针转折点的位置)。用内径指示表测量孔径是属于比较测量法，因此．在测量零件之前应该用标准环或用量块组成一标准尺寸置于量块夹中，调整仪器的零点、转动指示表盘把零点对准最小值点。如图5-10所示。四、实验步骤1．根据被测孔的基本尺寸，选择相应的固定量柱旋入量杆头部，将指示表与测杆安装在一起，使表盘与两测头连线平行，且表盘小指针压12格之间，调整好后转动锁紧螺母固紧；2．按基本尺寸选择量块，擦净后组合于量块夹中夹紧，将指标表的可动测头先放入量块夹内，压可动测头将固定测头放入量块夹。按图5-10所示方法左右微微摆动指示表找到最小值拐点，转动指示表盘使指针对零点；3．在孔内按图5-11所示选I、Ⅱ、Ⅲ个截面。在每个截面内测互相垂直AA`与BB`两个方向测量两个值，测量每个值时要按图5-9的方法找最小值拐点，读拐点相对零点的值（相对图5-8测量原理图（b)图5-9图5-10零点顺时针方向偏转为正，相对零点逆时针方向偏转为负）。4．测完全部6个数据后把仪器放回量块夹中复检零位。注意：①操作时用手持隔热手柄；②将测头放人量块夹或内孔中时，用手压按定位板使活动测头靠压内臂先进入内表面，避免磨损内表面。拿出测头时同样压按定位板使活动测头内缩，可挽测头先脱离接触。五、数据处理及合格性评定方法1．局部实际偏差全部测量位置的实际偏差应满足最大、最小极限偏差。考虑测量误差，局部实际尺寸应满足验收极限偏差(与轴相同)：Es-A≥Ea≥Es+A2．形状误差用内径指示表测孔为两点法，其圆度误差为在同—横截面位置豹两个方向上测得的实际偏差之差的一半。取各测量位置的最大误差值作为圆度误差，其值应小于圆度公差。图5-11测量点分布图实验二十表面粗糙度测量实验一、实验目的1．了解用光切显微镜和手持式粗糙度仪测量表面粗糙度的原理和方法。2．加深对表面粗糙度和微观不平度十点高度RZ的理解。3．熟悉表面粗糙度RZ、Ra、Ｒy、Rq等参数并加强理解。二、实验要求用光切显微镜和手持式粗糙度仪测量表面粗糙度RZ的值。用手持式粗糙度仪测量表面粗糙度RZ、Ra、Ｒy、Rq等参数的值。三、光切显微镜测量原理和仪器说明微观不平度十点高RZ是指在取样长度内，5个最大的轮廓峰高平均值与5个最大的轮廓谷深平均值之和。如图5-12所示。RZ=55151iviipiyy式中：ypi—第i个最大的轮廓峰高yvi—第i个最大的轮廓谷深图5-12光切显微镜主要用于测量表面粗糙度参数RZ，也可测量Ry。测量范围为RZ80~0.8um。光切显微镜的外形如图5-131．紧固螺钉2．横臂3．微调手轮4．升降螺母5．立柱6．底座7．工作台8．物镜9．燕尾导板10．手柄11．壳体12．测微鼓轮13．目镜图5-139J型光切显微镜外形图底座６上装有立柱５，显微镜主体通过横臂2与立柱联接。转动升降螺母4可使横臂连同显微镜主体沿立柱上下移动，进行粗调焦，用紧定螺钉1将横臂固定在立柱上，手轮3可对显微镜进行微调焦。光切显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图5-14所示，被测表面为P1P2阶梯表面，当一束平行光以45º方向投射至阶梯表面上时，就被折射成S1和S2两段，从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S1和S2两段光带的放大像S'1和S'2。同样S1和S2之间的距离h也被放大为S'1和S'2之间的距离h'1。通过测量与计算，可求得被测表面的阶梯高度h。图5-14光切原理图5-15光切显微镜的光学系统图图5-15为光切显微镜的光学系统图。由光源⑴发出的光经聚光镜⑵，狭缝⑶，物镜⑷以45o方向投射到被测工件表面上。调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内，经物镜⑸成像于目镜分划板G上，通过目镜可观察到凹凸不平的光带图5-16。光带边缘即工件表面上被照亮了的h1的放大轮廓像h'，测量出h'并通过计算即可求的被测表面的不平高度h。h=h1cos45o=Nh'1cos45o式中：N—为物镜放大倍数为了测量和计算方便，测微目镜中十字线的移动方向（如图5-17）和被测量光带边缘h'1成45o斜角（图5-16所示），故目镜测微器刻度套筒上的读数值''1h与不平度关系为''1h=oh45cos'1=oNh45cos所以NhNhoh245cos''12''1四、光切显微镜使用测量步骤⒈根据被测工件表面粗糙度的要求，按表一选择合适的物镜组，安装在燕尾导板9上。⒉接通电源。⒊擦净被测工件。把它安放在工作台上，并使被测表面的加工纹理方向与光带垂直。⒋调整升降螺母4进行粗调焦，再用微调手轮3进行微调，使视场中央出现最清晰的狭缝像和表面轮廓像。⒌松开目镜筒的螺钉转动测微目镜，使目镜中十字线的水平线与与狭缝像平行后，将螺钉紧固。⒍旋转目镜测微器的测度套筒，使目镜十字线与光带轮廓某以便的峰或谷相切如图5-16所示。并从测微器读出被测表面的峰或谷的数值，依此类推。在取样长度范围内分别