1、 互换性与测量技术实验指导书主编：唐芬南湖南工业大学机械工程学院1目 录实验一：用立式光学比较仪测量轴的直径 1实验二：用内径指示表测内孔 7实验三：直线度误差测量 102实验一、用立式光学比较仪测量轴的直径线性尺寸可以用相对测量法(比较测量法) 进行测量。相对测量常用的量仪有机械、光学、电气和气动比较仪等几种，本实验用立式光学比较仪测量外尺寸，用比较仪测量时，先用量块(或标准器) 调整量仪示值零位，测量工件所得的示值为被测尺寸相对于量块尺寸的偏差。一、实验目的1了解光学比较仪的结构并熟悉它们的示值零位调整方法和使用方法;2 熟悉量块的使用与维护方法。3图 1-2 光学比较仪系统的光学二、用立
2、式光学比较仪测量轴的直径1量仪说明和测量原理立式光学比较仪也称立式光学计，是一种精度较高且结构不复杂的光学仪器，用于测量外尺寸。图 1-1 为量仪外形图;量仪主要由底座 12、立柱 16、横臂 14、直角形光管 4 和工作台 10等几部分组成。 量仪的光学系统安装在光管内，光学系统如图 1-2 所示。光管工作时的测量原理是光学杠杆放大原理。光线经反射镜 6、棱镜 7 投射到分划板 4 上的刻度尺 9(它在分划板左半面) 。分划板位于物镜 2 的焦平面上。当刻度尺 9 被照亮后，从刻度尺发出的光束经直角转向棱镜3，物镜 2 形成平行光束，投射到平面反射镜 1 上。光束从反射镜 1 反射回来，在分
3、划板 4右半面形成刻度尺 9 的影象，从目镜 5 可以观察到该影象和一条固定指示线。刻度尺上有一条零刻线。它的两侧各有 100 条均布的刻线，这些刻线与零刻线构成 200 格刻度间距。零刻线位于固定指示线上。测量时，若反射镜 1 垂直于物镜 2 的主光轴，则分划板右半面胸刻度尺影象与其左半面的刻度尺的上下位置是对称的，即零刻线影象位于固定指示线上。如果反射镜 1 与物镜 2的主光轴不垂直，则分划板右半面的刻度尺影象就相对于其左半面的刻度尺上下移动。参看图 1-3 所示的光学比较仪测量原理图 (图中没有画出图 1-2 中的直角转向棱镜)，从4图 1-3光学比较仪测量原理图物镜焦平面上的焦点 C
4、发出的光线，经物镜后变成一束平行光投射到平面反射镜 P 上。若平面反射镜P 垂直于物镜主光轴，则从反射镜 P 反射的光束由原光路回到焦点 c，象点 C 与焦点 C 重合(即刻度尺影象与刻度尺的上下位置保持对称)。如果被测尺寸变动，使测杆产生微小的直线位移 S 推动反射镜P 绕支点 0 转动一个角度 ,那么反射镜 P 与物镜主光轴不垂直，反射光束与入射光束间的夹角为2 ，从反射镜 P 反射的光束汇聚于象点 C“(即刻度尺影象相对于刻度尺在上下方向产生位移)。C“ 点与C 点的距离计算式如下:2ftgl=式中 f 一一物镜的焦距；反射镜偏转角度。而测杆位移 S 与反射镜偏转角度 的关系为，btgs
5、=式中 b-测杆到支点 0 的距离。 这样，刻度尺影象位移 对测杆位移 S 的比值即为光管放大倍数 n 计算式如下，l2btgfsln=因 a 角很小;取 ,则,tbfn2光管中物镜的焦距 ,测杆到平面反射镜键支点的距离 b=5mm。于是mf0=85目镜的放大倍数为 12。因此，量仪的放大倍数K=12n=960光管中分划板上刻度尺的刻度间距为 0,08m，从目镜中看到的刻度尺影象的刻度间距为 d=l2x0,08=0.96mm。因此，量仪的分度值umKai 10.812.=从目镜中可以读出刻度尺零刻线影象相对于固定指示线移动的格数，将它乘以量仪的分度值就是量仪示值。由于零刻线两铡各有 100 格
6、刻度，因此量仪的示值范围为-100 到um+1OO 。um2 实验步骤(1) 根据被测表面的几何形状，选择测头并把它安装在测杆上。5(2) 根据被测塞规工作部分的基本尺寸或极限尺寸选取几块量块，并把它们研合成量块组。(3) 参看图 1-1，接通电源，拧动四个螺钉 11，调整工作台 10 的位置，使它与测杆 8 运动方向垂直(调整好后，切勿再拧动螺钉 11)。(4) 调整量仪示值零位。将量块组放在工作台 10 上，并使测头对准量块测量面的中央，按下列三个步骤进行调整。a粗调整：松开螺钉 15，转动螺母 13;使横臂 14 缓缓下降，直至测头与量块测量面接触，且从目镜 3 的视场中看到刻度尺影象为
7、止;再拧紧螺钉 15;b细调整：松开螺钉 15，转动手轮 5，使刻度尺零刻线的影象接近固定指示线，图如1-4（a） ，然后拧紧螺钉 6。C微调整：轻轻按动测头提升器 7,使测头起落数次，零刻线影象的位置稳定后，转动另位调节手轮 13(图 1-2)，使零刻线影象与固定指示线重合，图如 1-4（b） 。(5) 按动测头提升器 7，使测头抬起，取下量块组，换上被测轴。分别对相隔 900 的径向位置 AA、BB 进行测量。在工作台 10 上移动轴进行测量时，注意读取刻度尺影象示值中的最大值。(6) 取下被测轴，再放上量块组复查示值零位。其误差不得超过0.5um，否则重新测量。图 1-43注意事项、测量
8、前应先擦净零件表面及仪器工作台。、操作要小心，不得有任何碰憧，调整时观察指针位置，不应超出标尺示值范围。、使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。、取拿量块时最好使用棉手套，避免用手直接接触量块以减少手温对测量精度的影晌。、注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上。、量块使用前，要用棉花擦干净。、测量结束前，不应拆开量块，以便随时校对零位。四、思考题1列举你所使用过的长度测理器具，比较其精确度，测量范围及使用场院合。2试分析绝对测量和比较测量的优缺点。3. 试分析产生测量误差的原因。6技术测量实验报告班级 学号 姓名 同组实验者 实验一 用立式光学计测量轴的直径一、 仪器及被测零件仪 器
9、名 称 分 度 值 示 值 范 围 测 量 范 围仪器名 称 基 本 尺 寸 及 极 限 偏 差零件量 块 组 合 尺 寸：测量示意图二、测 量 记 录仪 器 读 数（um） 被测轴实际尺寸轴 1 轴 2 轴 3 轴 4A-A B-B A-A B-B A-A B-B A-A B-B最小(mm)最大(mm)- -合格性结论：实验日期： 年 月 日 方向截面7实验二 用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并熟悉其使用方法;2掌握用内径指示表进行比较测量的原理。二、量仪说明和测量原理内径指示表是测量孔径的常用量仪。它由指示表和装有杠杆系统的测量装置组成，其结构如图 2-1 所示。测量
10、时，活动测头 1 和固定测头2 分别与孔壁接触，活动测头 1 向内移动，其位移经等臂直角杠杆，推动挺杆向上移动，使弹簧压缩，并推动指示表 4 的指针回转。该弹簧的反作用力使活动测头1 对孔壁产生测量力。定心板 3 在弹簧的作用下始终对称地与孔壁接触。定心板 3 与孔壁的接触点的连线和被测孔的直径线互相垂直，使两测头位于该孔的直径方向上。量仪附有一组长短不同的固定测头，可根据被测孔直径的大小来选择使用。用内径指示表测量孔径，是采用比较测量的方法 进行的。可用具有确定内尺寸 L 的标准圆环或用装在 量块夹中的量块组成的确定尺寸来调整内径指示表的示值零位。然后用它测量被测孔径，指示表的示值即为实际被
11、测孔径对确定尺寸 L 的偏差L。因 此，实际被测孔径 X=L+L。三、实验步骤1根据被测孔的基本尺寸选取量块，或研合成量块组，装入量块夹中(或使用具有确定内尺寸的标准圆环)。2根据被测孔的基本尺寸选择合适的固定测头，把它拧入内径指示表的测量装置上相应的螺孔中，并加以固紧。3按量块组(或标准圆环 )的确定尺寸调整指示表示值零位。将内径指示表的两个测头小心地放入量块夹的两个量爪之间(要先放入活动测头，并压紧定心板，然后放入固定测头);按图 2-2 所示的方法摆动量仪。当指示表指针回转到转折点( 最小示值)时，这表示测头与量块夹的量爪表面垂直然后转动刻度盘使指针指向其零刻线。如此反复多次，直到指针稳
12、定地在零刻线处转折为止（内径百分表在校零时应注意手握直管上的隔热手柄）。4将内径指示表的量杆放入被测孔中，在孔的两个截面两个方向上，共测四个点，测量时应左右摆动指示表，找出最小读数（见实验报先告测量示意图） 。测量时要特别注意该实际偏差的正、负符号：当表针按顺时针方向未达到零点的读数是正值，当表针按顺时针方向超过零点的读数是负值。5根据测量结果，确定被测孔的尺寸形状误差的大小，作出其合格性结论。6填写实验报告，清洗量仪及被测工作。8四、思考题1为什么内径指示表调整示值零位和测量孔径时都要摆动量仪找指针所指示的最小示值? 2用内径指示表测量孔径属于何种测量方法?固定测头磨损对测量结果是否有影响?
13、9技术测量实验报告班级 学号 姓名 同组实验者 实验二 用内径指示表测内孔 名 称 分度值 测量范围量仪编 号 基本尺寸及极限偏差 圆度公差被测零件 0004mm实验记录与测量结果方向 截面 M-M N-Na-ab-b半径差圆度误差合格性结论：实验日期： 年 月 日 10实验三、直线度误差测量一、实验目的：1.了解合像水平仪的结构并熟悉使用它们测量直线度误差的方法；2.掌握按最小条件和两端点连线作图求解直线度误差值的方法。二、直钱度误差的评定：直线度误差是指实际被测直线对其理想直线的变动量，理想直线的位置应符合最小条件。最小条件是指实际被测直线对其理想直线(评定基准)的最大变动量为最小。测量数
14、据可以用指示表测量实际被测直线上各测点相对于平板(测量基准) 的高度来获得，也可以用水平仪或自准直仪对实际被测直线均匀节点测量，测量两相邻测点之间的高度差来获得。然后，按照最小条件或以首尾两个测点的连线(即两端点连线) 作为评定基准，由获得的测量数据用作图或计算方法求解直线度误差值。三用合象水平仪测量直线度误差：1量仪说明和测量原理合象水平仪是一种精密测量仪器，用自然水平面作为测量基准。合象水平仪的结构见图 3-1，它的水准器 8 是一个密封的玻璃管，管内注入精馏乙醚，并留有一定量的空气，以形成气泡。管的内壁在长度方向具有一定的曲率半径。气泡在管中停住时，气泡的位置必然111213这两点至两端
15、点连线的纵坐标距离，它们的绝对值之和即为直线度误差值 .BEf(3) 图解法处理数据示例：用分度值为 0.01mm/m 的合像水平仪测量长度为 1400mm 的导轨的直线度误差。所采用的桥板跨距为 165mm，将导轨分成 7 段进行测量。测量数据见表31表 31 直线度误差测量数据测点序号及测量间隔仪器位置01 12 23 34 45 56 67顺测 26.5 24.5 28.5 30 28 27 25返测 26.5 25.5 28.3 29.6 27.6 26.8 25示值（格）平均值 i26.5 25 28.4 29.8 27.8 26.9 25相对差值（j = 1,2 1ij3,4,5,
16、6,7）0 -1.5 +1.9 +3.3 +1.3 +0.4 -1.5累积值 ji10 -1.5 +0.4 +3.7 +5.0 +5.4 +3.9按表 31 所列各测点的示值累积值，在坐标纸上画出折线（见图 36） 。找其上两个高极点（0,0）和（5，+5）及一个低极点（2，-1.5）.作通过两个高极点的直线，最作过低极点且平行于高极点连线的直线，得到最小包容区域。从图上量得该区域的宽度为 3.5 格。因此，按最小条件评定的直线度误差值 mfME 75.05.165.30. 14参看图 36，作通过误差折线首、尾两点的直线 ,从图上量得误差折线相对于直线BEl的最大偏离值 +2.2 格，最小偏
17、离值 -2.5 格.因此，按两端点连线评定的直BElmaxhminh线度误差值 fBE 75.0.165).2(10.四、思考题1. 直线度误差值为何不取在两条包容线的垂直距离上，而取纵坐标方向距离？15技术测量实验报告班级 学号 姓名 同组实验者 实验三 直线度的测量一、仪器及被测零件名称 分度值 测量范围 其它工具仪 器名称 总长 测量分段 跨距 L零 件 平板二、测 量 记 录测点序号及测量间隔仪器位置01 12 23 34 45 56顺测返测第一组示值（格）平均值 i相对差值 j= i 1（j=1,2 6）累积值 ji1测点序号及测量间隔仪器位置01 12 23 34 45 56顺测返
18、测第二组示值（格）平均值 i相对差值 j= i 1（j=1,2 6）16累积值 ji117三、图解及分析按最小包容区域法作图并通过计算求出直线度误差四、 结 论直线度公差 m实测直线度误差 m结论：实验日期： 年 月 日 18技术测量实验报告班级 学号 姓名 同组实验者 实验三 直线度的测量一、仪器及被测零件名称 分度值 测量范围 其它工具仪 器名称 总长 测量分段 跨距 L零 件 导轨二、测 量 记 录测点序号及测量间隔仪器位置01 12 23 34 45顺测返测第一组示值（格）平均值 i相对差值 j= i 1（j=1,2 6）累积值 ji1测点序号及测量间隔仪器位置01 12 23 34 45顺测返测第二组示值（格）平均值 i相对差值 j= i 1（j=1,2 6）19累积值 ji120三、图解及分析按最小包容区域法作图并通过计算求出直线度误差四、 结 论直线度公差 m实测直线度误差 m结论：实验日期： 年 月 日
