互换性与测量技术实验指导书(2011).doc

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

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………………… ………………10

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。

图1-2 光学比较仪系统的光学

二、用立式光学比较仪测量光滑极限塞规
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
图1-3．光学比较仪测量原理图

物镜焦平面上的焦点C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:

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，

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，

因a角很小;取,则

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

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

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格刻度，因此量仪的示值范围为-100到+1OO。
2． 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。
(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1-4
3．注意事项
①、测量前应先擦净零件表面及仪器工作台。
②、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。
③、使用量块时要正确推合，防止划伤量块测量面。
④、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。
⑤、注意保护量块工作面，禁止量块碰撞或掉落地上。
⑥、量块使用前，要用棉花擦干净。
⑦、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。

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。

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?

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

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？
技术测量实验报告数据表格
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
分 度 值
示 值 范 围
测 量 范 围

零
件
名 称
基本尺寸及极限偏差

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
方向
截
面

轴1
轴2
轴3
轴4
最小
(mm)
最大
(mm)
A-A
B-B
A-A
B-B
A-A
B-B
A-A
B-B
Ⅰ-Ⅰ

Ⅱ-Ⅱ

合格性结论：

技术测量实验报告数据表格

班级 学号 姓名 同组实验者

实验二 用内径指示表测内孔
量

仪
名 称
分度值
测量范围

被测
零件
编 号
基本尺寸及极限偏差
圆度公差

0．004mm

实验记录与测量结果
方向 截面
M--M
N--N
a--a

b--b

半径差

圆度误差

合格性结论：

技术测量实验报告数据表格
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
仪 器
名称
分度值
测量范围
其它工具

零 件
名称
总长
测量分段
跨距L

二、测 量 记 录
仪器位置
测点序号及测量间隔
0～1
1～2
2～3
3～4
4～5
5～6
第一组
示值（格）
顺测

返测

平均值△i

相对差值
△j=△i－△1（j=1,2…6）

累积值

仪器位置
测点序号及测量间隔
0～1
1～2
2～3
3～4
4～5
5～6
第二组
示值（格）
顺测

返测

平均值△i

相对差值
△j=△i－△1（j=1,2…6）

累积值

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
μm
结论：
实测直线度误差
μm

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