1、1第一部分：互换性与测量技术实验一 尺寸测量用立式光学计测量塞规一、实验目的1、了解立式光学计的测量原理。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。二、实验内容1、 用立式光学计测量塞规。2、根据测量结果，按国家标准查出被测塞规的尺寸公差和形状公差，作出适用性结论。三、测量原理及计量器具说明立式光学计是一种精度较高而结构简单的常用光学测量仪。用量块作为长度基准，按比较测量法来测量各种工件的外尺寸。图 1 为立式光学计外形图。它由底座 1、立住 5、支臂 3、直角光管 6 和工作台 11 等几部分组成。光学计是利用光学杠杆放大原理进行测量的仪器，其光学系统如图
2、 2b 所示。照明光线经反射镜 1 照射到刻度尺 8 上，再经直角棱镜 2、物镜 3，照射到反射镜 4 上。由于刻度尺 8 位于物镜 3 的焦平面上，故从刻度尺 8 上发出的光线经物镜 3 后成为平行光束。若反射镜 4 与物镜 3 之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺象 7 与刻度尺 8 对称。若被测尺寸变动使测杆 5 推动反射镜 4 绕支点转动某一角度 （图 2a） ，则反射光线相对于入射光线偏转 2 角度，从而使刻度尺象 7 产生位移 t（图2c ）,它代表被测尺寸的变动量。物镜至刻度尺 8 间的距离为物镜焦距 f，设b 为测杆中心至反射镜支点间的距离，S 为测杆 5 移动的距离，
3、则仪器的放大比 K 为。K= =stbgaf2当 很小时，tg22， tg，因此：K= bf光学计的目镜放大倍数为 12， f=200mm，b=5mm，故仪器的总放大倍数 n 为：n=12K=12 =12 =960bf2502由此说明，当测杆移动 0.001mm 时，在目镜中可见到 0.96mm 的位移量。四、测量步骤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。2、按被测塞规的基本尺寸组合量块。33
4、、调整仪器零位（1）参看图 1，选好量块组后，将下测量面置于工作台 11 的中央，并使测头 10 对准上测量面中央。（2）粗调节：松开支臂紧固螺钉 4，转动调节螺母 2，使支臂 3 缓慢下降，直到测头与量块上测量面轻微接触，并能在视场中看到刻度尺象时，将螺钉 4 锁紧。（3）细调节：松开紧固螺钉 8，转动调节凸轮 7，直至在目镜中观察到刻度尺象与 指示线接近为止（图 3a） 。然后拧紧螺钉 8。（4）微调节：转动刻度尺微调螺钉 6（图 2b） ，使刻度尺的零线影象与 指示线重合（图3b） ，然后压下测头提升杠杆 9 数次，使零位稳定。（5）将测头抬起，取下量块。4、测量塞规：按实验规定的部位（
5、在五个横截面上前两个相互垂直的径向位置上）进行测量，把测量结果填入实验报告。5、从国家标准查出塞规的尺寸公差和形状公差，并判断塞规的适用性。思 考 题1、用立式光学计测量塞规属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？2、什么是分度值、刻度间距？它们与放大比的关系如河？3、仪器工作台与测杆轴线不垂直，对测量结果有何影响？工作台与测杆轴线垂直度如何调节？4、仪器的测量范围和刻度尺的示值范围有何不同？4实验二 用内径百分表或卧式测长仪测量内径一、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。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
6、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 10一 450mm 的内径，特别适用于5测量深孔，其典型结构如图 l 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 受到一定的压力，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
7、对称的定位板 8。装上测头 2 后，即与定位板连成一个整休。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，既可用于绝对测量，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
8、的光学系统。在目镜 l 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 0.1mm。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 0.1mm。在分划板 2 的中央，有一圈等分为 10 0 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： m01.1.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
9、同时看到三种刻线（图 3 b） 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 （0.4 mm） 。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（0.051 mm ） 。所以从图 3b 中读得的数是 7.451 mm。6四、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）一起放入量块夹内夹紧（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
10、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 1 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，以保证放入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最小值。反复摆动几次，并相应地旋转表盘，使7百分表的零刻度正好对准示值变化的最小值。零位对好后，用手指轻压定位板使活动测头内围，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
11、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） ，记下示值娜的最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，转动手抢 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钢和尾管上（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。（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
12、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测块上接触，用紧固螺钉 13 锁紧尾管；然后用手扶稳测量轴 3，挂上重锤，并使测量轴上的测钩内测头缓慢地与标准种或测块接触。（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 中的最大值） ，在此位置上，扳动手柄 8，再找转折点（图 7 b 中的最小值） ，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（最小值） ，在此位置上扳动手柄 8 仍找最小
13、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，使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一次。根据测量结果和被测
14、内径的公差要求，判断该内径是否合格。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？8实验三 形位误差测量用合象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。9二、实验内客用合象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、合家水平仪、电子水平仪和自准直仪等。使用这类器具的共同特点是测
15、定减小角度的变化。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。由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（10rnrnrn ） 、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。合象水平仪的结构如图 la、d 所示，它由底板 l 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。
16、使用时将合象水平仪放于被测表面上。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，气泡边缘通过合象棱镜 7 所产生的影象，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，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图 1c 所示。此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组 7 的中间位置，则图 1c 中两影象的错移量 消失而恢复成一个光滑的半圆头（图 1b） 。测微螺杆移动量 s 导致水准器的转角a（图 1d）与被测表面相邻两点的高低差 h 有确切的对应关系，即)(01.mLa式中
17、合象水平仪的分度值（mmm） ；01.桥板节距（mm） ；L角度读数值（用格数来计数） 。a10如此逐点测量，就可得到相应的 值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加ia以叙述。 四、实验步骤1量出被测表面总长，确定相邻两测点之间的距离（节距） 。2将合象水平仪放于被测表面上，然后将合象水平仪依次放在各节距的位置。每放一个节距后，要旋转微分筒 9 合象，使放大镜中出现如图 1b 比所示的情况，此时即可进行读数。先在放大镜 11 处读数，它是反映螺杆 10 的旋转圈数；微分简 9（标有十、一旋转方向）的读数则是螺杆 10 旋转一圈 （100 格）的细分读数；如此顺测（从首点至终点） 、
18、回测（由终点至首点）各一次。回测时合象水平仪不能调头，各测点两次读数的平均值作为该点的测量数据。必须注意，如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应检查原因并加以消除后重测。3为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差（见后面的例题） 。4根据各测点的相对差，在坐标纸上取点。作图时不要漏掉首点（零点） ，同时后一测点的坐标位置是以前一点为基准，根据相邻差数取点的。然后连接各点，得出误差折线。5用两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（最低）点相切，在两切点之间，应有一个最低（最高） 点与另一条平行直线相切。这两条平行直线之间的区域才是最小包容区域。从平行于纵坐标方向画出这两条平行直线间的距离，此距离就是被测表面的直线度误差值 f（格） 。
