几何精度控制与应用 实验指导书 机械制造及自动化 2008年9月1日
实验一轴孔测量 实：跆目的 1。了解销、孔零件的尺寸和形位误差的测量方法 了解光学比较仪和内径百分表的工作原理、调整和测量方法， 3.巩固轴、孔零件有关尺寸及形位公差的概念，学会山测得数据判断零件合格性的方法。 、 实验内容 1用立式光学比较仪测量轴 用内径百分表测量孔。 用立式光学比较仪测量轴 1,立式光学比较仪 立式光学比较仪用于长度测量，其测量方法属于接触测量，一般用相对测量法测量轴的 尺寸。是一种精度较高、结构简单的常用的光学仪器，除主要用于轴类零件的精密测量外， 还可用来检定3、4级量块。 仪器的基本度量指标如下 分度伯 0.001mm 示值范田 ±0.1mm 测量范围：最大直径 150mm 最大长度 180nm 示值误差：在土0.06mm分度范田内 土0.2μm 大于士0.06mm分度范围内 ±0.34m 仪器外形图1所示. 2.测量原理 立式光学比较仪是利用光学自准原理和机械正切杠杆原理进行测量的，！图2所示。从 物镜焦平面上的焦点•发出的光，经物镜后变成一束平行光到达半面反射镜P,若半面反射 镜与主光轴垂直，则光线按原路反射回来，即发光点。与像点C重合。图中，若测杆因被测 工件尺小的变化而产生微小的位移S,使半面镜P转动口角，则反射光束与入射光束间的夹 角为2a,反射光束汇聚于像点c”,则 cc"=f tan 2a 资水物黄的第，口为转角。 S=btan 2a k=ftan2a≈2/ btana 若=200mm、b-5mm,K=80,目镜放大倍数为12倍，则仪器的总放大倍数为12×80-960 倍
物镜 平面P 反射镜P。 飞测杆 上光现2反9位：微调螺红：人短调轮螺： 一工件 工作台7 13.横臂升降螺树：14.测头提升杠杆 图1光学比较仪 阁2测量原理 3.测量步 (2)选用量块。若没有相应尺的量块，则需要组合量块。为了减小组合的累积误差，要 尽量减少量块的数量， 般不超过1~5块。选用时，应从所需尺小的最后一位数宁开始， 遂一选取，每块至少能减少一位小数。组合使用时，需要先清理量块表面，然后沿者一个块 规表面Ψ推，使两者能紧密研合。 (3)调整仪器。第一步，擦净仪器工作台，将量块首于工作台上，松开蝶钉12，转动升降 格见让股话独的不指 以升 定指 稳定后斗下量 (1)进行测最，擦净工件表面并置于仪器工作台上，对指定部位进行测量（如图4），依次 测量A,B、A、B位咒的素线上的I、II、III点处的直径。注意每次都要在刻度尺达到最 高位置时读取数据。当所有读数均在工件要求的上下偏差范用之内，工件的尺寸精度合格。 图3光学比较仪光路图 图4测量部位示意图
四、 用内径百分表测量孔 1.内径百分表 内径百分表用于长度测量，其测量方法也属于接触测量，一般用用对测量法测量孔 径、槽究的尺小。它山指示表和装有杠杆系统的测量装置所组成，内径百分表的外形和 内部结构图如图5。被测孔径大小不洞，可选用不洞长度的可换测头（固定量杜）。每 仪器都附有一套可换测头以备选用 仪器的测量范围取决于固定量杜的范围.。测量范围一般为6一10,10一18,18一35， 35-50,50-100,100-160,160-250、250-一450等，单位为mmm.共分度值为0.01mm, 2.测量原理 测量孔径时，孔壁使测量杆2向左移动，使摆块3摆动，从而使百分表测杆6向上 移动，于是百分表指针发生俏转，可读出孔径实际偏差。定位护桥7在弹簧的作用下，对称 地压靠在被测孔壁上，使得测头1和2的轴线位于被测扎的直径上。 A向视任 图5 内径百分表外形和工作原弹 图6测量位置示意网 3.测量步骤 （3)别量时，昭告示位置（图6所示）量，即分在、T工、T工沸面内最两个 相五垂直的直径值。测最时，应保证内径百分表的可换测头与测量杆的连线与孔的轴线垂直 并且在每个测量部位轻轻晃动仪器，使得指针顺时针偏转到最低点时读数。当所有读数均在 工件要求的上下偏差范困之内，工件的尺小精度合格。 五、数据处理及合格性判定 1轴的别量 (1)局部实际尺小：全部测量位置的实际尺小都应在规定的最大、最小极限尺范围之内 即实际偏差应全部在上、下偏差范围内，有一处超差，即为该轴的尺小精度不合格。另外 判定时也要考虑测量误差。 (2)形位误差：素线直线度误差和素线平行度误差应小于相应的公差. 例：前面介绍的实验步骤测量一轴①30H8,直线度公差为15μm,平行度公差为40μm 测符数据下表所列，判定尺小精度、直线度和平行度是古合格
测量方向 实际偏差μm A-A 32 -31 .33 .32 B-B -30 231 .35 B'-B -29 32 -29 1)首先查得Φ30H8的上、下偏差分别为0、-33um,山于B一B'的ⅢΠ位置、B'一 B的I和Ⅲ位肾的实际偏差均超差，故该轴的尺寸精度不合格。 2)计算直线府识差和平行度误第 用做图法，以横坐标代表测量位骨、、Ⅲ，坐标轴与基准直线平行，基准直 线山仪器工作台模拟以纵坐标代表实际偏差（此坐标轴原点取在偏差为30μm 处)。建立起坐标系后，用播点法将测得的2个局差栅出，图7所示。 5 素线直线度误差是按最小包容区域在测量方向上的宽度△确定，取各个方向上的最大 值，3m。小于公差值15μm,合格 素线平行度误差，按定向最小包容区域测量方向上的宽度△确定，取各个方向上的最 大值，f=5μm。小于公差值40μm,合格。 2.孔 (1)局部实际尺寸小：全部测量位置的实际尺小都应在规定的最大、最小极限尺寸范 围之内，即实际偏差应全部在上、下偏差范围内，有一处超差，即为该孔的尺 小精度不合格。另外，判定时也要考虑测量误差 (2)形状误差：用内径百分表测量孔，为两点法，其圆度误差根据其定义，为在同 一战面位置的两个方向上测得的实际偏差之差的一半。取各测量部位的最大误 差为圆度误差，圆度误差小于给定公差，即合格。 实验二 表面粗糙度的测量 实验目的 1,熟悉表面粗糙度的主要评定参数。 2.掌挥表面相糙度的常用测量方法， 1
2.用干涉显微镜测量表面粗糙度。 用双管显微镜测量轮廓最大高度R: 1. 双管显微镜 双管显微镜是根据“光切法原理”制成的光学仪器，通常适合于测量表面相桅度值 在0.8一100μ口的范用内零件。其测量范围取决于选用的物镜放大倍数。仪器的主要性 能1表1所列。仪器外形如图8所示。 物 视场白 260 0.6 0.29 ≥1.6-6.3 120 1.2 2. 测量原理 用双管显微镜时量原理！图9所示，山光原1发出的光线狭锋2（绿色挡板）及物 镜3形成一扁半的光束，此光束以45°角的方向投射到被测表面而形成一条绿色的光带， 光带边缘的形状即为被测工件在45”截面的轮廓。光带经反射后，通过观察显微镜的物镜4 成像于目镜5的分划板6上。日镜中看到的影像是与被测表面成45°方向截面上的轮廓曲 线，并经观测目镜放大了M倍，故表面的实际粗糙度最大高度h与影像的关系为 h=hcos45 山图9(c)可见，测微器中的字线与测微器读数方向成45”，当用宁线中的任一直线 与影像蜂、谷相切来测量波高时，波高h'=h"cos45°式中，h”为测微器两次读数的差值， 代入式上式中，被测表面的粗糙度最大高度为 h=cod45°cos45 1 令2=E,为与物旋放大数有关的系，则h=B，物旋大倍数山与系数E 按被测表面相糙度数值依据表2进行选择 另外，双管显微镜还可测量轮廓的间距参数 图8光切法显微镜
正件 9光切法显微镜工作原理 3泄量步墨 (1)按图纸要求或用比较法估计被测表面的相糙度值，按照表1选择合适放大倍数的 物镜安装在仪器上。将工件安咒在工作台上的V型信中，松开螺钉18，转动工作台，使得 工件加工痕迹与光带方向平行，拧紧螺钉18，通过变压器接通电源。 (2)调整仪器，松开螺钉7，转动螺母4，使镜头架12缓慢下降到常近工件表面，但 不能接触，使得目镜10中出现一条绿色光带，锁紧螺钉7。再通过反复训节微训手轮6及 光带位置调节钮，使得光带清晰。松开螺钉9，转动目镜10，使目镜中|宁水平线与光带大 致半行，然后锁 许值查表确定取样长度1， 在取样长度范围之内 转动目镜百分尺 谷相切，读数的最大差值为测量值。测量值与系数 廓最大高度 四 用干涉显微镜测量轮序最大高度R: 干涉显微镜 图10为干涉显微镜的外观图，它的外壳是方箱。箱内安装光学系统，箱后下部伸出光 源部件1，箱后上部伸出参考平镜及其调节的部件，箱前上部仲出目镜10，其上装目镜千分 尺，箱前下部商口装衬照相机6，箱的两边有各种调整用的毛轮：箱的上部是圆工件台4 它可水半移动、转动和上 下移动。对小上件，将被测表面向下放在圆工作台上测量：对大了 件，可将仪器倒立故在工件的被测表面上进行测量 2.测量原理 用干涉显微镜测量时，仪誉的光学原理如图1山，山光源1发出的光线经聚光滤色组 再经反射镜3转向， 的透明 成两路光束 竞7和补偿 克1 路返 工件被 射向 射向观察目镜16。山 光源分为两路 用王光南之有光程若 相调后使产生干洗 在目镜16中可观察到产生于分划板15上的明暗相间的干涉条纹如果被测表面是理想表面 则干涉条纹为一组等距离的平行条纹线：若被测表面存在微观不半，则形成弯曲条纹，其弯 曲程度随微观不平度的高度发生变化，如图12所示。用测量装置分别测出弯曲度▣和相邻 两条干涉条纹的距离b,根据光波干涉原理，粗糙度最大高度R:的计算公式为 6
R:=2b 式中：入为光波波长（μm) 该仪器附有照相装置，可将成像于半面玻璃P上的干涉条纹拍下，进行测量计算。 图10干涉显微镜 (工件〉 图11干涉显微镜光学原到 人A 图12干涉条纹
(2)将手柄13转全箭头上的位置】 3》转动调售旋1，使目镜内观察到被测表面的清渐加工痕迹影像，然后将手柄13 转全箭头水平指向的方向，耳微调调焦旋钮11，视场内即出现干涉条纹 (4)绕自身轴线旋转手柄12，调节干涉条纹究度，使之在目镜视场内为23mm左右。 再将手柄12绕光轴旋转，调节干涉条纹方向，使之垂直于加工痕迹。 (5)旋转日镜测微器，使|字线的水平线与干涉条纹轮廓中线平行。干涉条致的间隔 宽度b应取二个不同位置的平均值。 (6)在同一干涉条纹上测量最高点与最低点的值，读数之差为，则轮廓最大高度 Rz- Rz A 其中入的值，应根据选用光色不同，以及干涉显微镜的说明书确定 衣次测量 取样长度内的2，并求出平均值作为测得值，若个 超出允许值， 则可剂该表的度 实验三 齿轮测量 上风用方 实验目的 熟悉齿轮精度指标。 实验内容 1。用基节仪测量基圆齿距偏差。 2.用偏摆检查仪测量径向跳动。 用齿厚卡尺测量齿轮分度圆上浅厚偏兰 ,用公法线千分尺测量齿轮公法 长度偏差 用基节仪测量基圆齿距偏 1. 基节仪 基节仪的外形结构如图13(a)所示 个为固完量 3. 活动量爪5的另一端经过村 杆系统与固定在仪器上端的指示表6相连。所以量爪5的位移在指示表上即可读出。 定量爪3可用蝶杆1调整。 仪器上的支脚4起支承作用。它与周定量爪3在同一个部件 上，可使两个测头在测量时位骨稳定，旋转紫杆8能使定位头移动。基节仪测量范围为 模数=1一16mm,指示表分度值i=1μm,示值范用为±0.05mm。 2. 测量原理 基圆齿距偏差是指实际基节与公称基节之差。此基节不在基圆杜上测量，而是在圆村 的 足指 切平与两邻丙父发 法向距离。 的 接触时两沉 头之间的性 组合量块 实与和的 指 3.测量步骤 (I)计算基节的理论值P,=mn cos,根据计算值选取量块或组合量块，然后将组合好 的 在调零器上，如图14所 器的乾对块 表的指针调金指 针偏转范围的中心 再将仪器置于 量面与校对块10（图14所示 天表指针处干居夷科的阳雀表本使指针结的 调 杆1使推 向零。此时 量爪3与5之间的距离为基圆齿距的理论值。 8
(3)将仪器定位爪4和固定量爪3跨放在被测齿廓上，借以保持测量时量爪的位置稳定性 活动量爪与相邻齿的同侧齿面接触，左右摆动仪器，指针顺时针转到最低点 计读，即为到 际基圆齿距偏差值。 (4)沿圆周均布的n个齿的左右齿廓分别测量左、右基节偏差。取所有读数中绝对值最大 的数作为被测齿轮的基圆齿距偏差△ 购整茶节检查仅 一嘴动螺杆：2一绿杆：3一完餐：4一支：一括动量爪：6一指示表 图13基节仪测量基节 《b) 14基节仪调零器 四、 用偏摆检查仪测量径向跳动 图15 摆检查仪的外形图。被测轮与心轴一 车两项针之间，两 速仪 一m的满轮。为 的齿轮 9