《精度与测量》实验指导书 - 图文

《精度与测量》实验指导书

实验一 外尺寸的精密测量——用立式光学比较仪测量工件

一、实验目的

了解立式光学比较仪的结构及工作原理，掌握该仪器的使用方法；了解块规的特性及使用，加深对相对比较量法的理解。 二、实验内容

用立式光学比较仪测量工件。 三、仪器说明

本仪器是一种精度较高，结构简单的常用光学仪器。除用于测量工件外，还可用于鉴定块规。其测量方法为相对比较测量法。测量前，用组合好的块规调整仪器的零位。

仪器的主要度量指标：分度值为0.001mm，测量范围0~180mm，示值范围?0.1mm。

工作原理：利用光线反射现象产生放大作用（即光学杠杆放大原理）来进行测量。其光学测量原理见图1-1。光线自光源经反射镜1投射到刻线镜片2上，再将其上的刻度尺的刻线经棱镜3和物镜4投射到平面反射镜5上，5将其上的刻线尺影经原路反射回到刻线镜片2的空白处，构成尺影。此影即为目镜视场中所能看到的刻度尺。测量时测量头6与工作台上的工件7相接触，当工件尺寸稍有变化时，便推动测量头上的反射镜转过一个小角度，由反射回来的尺影便会上（下）移动一段距离t（t是相对于按工件基本尺寸组合好的块规调整仪器零点值的偏离量），即代表工件上的实际偏差值。

根据光学原理，仪器的放大倍数可按下面公式计算，设物镜至分划板刻线面之间的距离为物镜焦距F，a为测量头至反射镜支承轴之间的距离，s为被测尺寸的偏差，则放大倍数k为： k?tF?tg2?2F?? sa?tg?a四、实验步骤

1.擦净仪器测量头、工作台、工件等。按工件基本尺寸大小选择合适 的块规，擦净并组合好。

2.调整仪器的零位。如图1-2接通电源1（注意仪器电源头必须通过 变压器，切勿插在220V电源上），转动反光镜5使光线射入到光管，直到 目镜视场见到清晰的标尺像为止。

松开螺钉9转动螺母10使测头离工作台面大致为块规组的尺寸，压下 提升杠杆11放入块规组使其与测头接触，在投影筒6的影屏上能看到清晰 的标尺像为止。拧紧螺钉9。

松开螺钉2转动手轮3，使标尺像的零线与视场中固定指示线（虚线）

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图1-1

重合，当拧紧螺钉2后若不重合，此时可转动微调手轮4使至重合为止。轻轻按下杠杆11数次，观察零线位置是否重合，若有变化可重新调整手轮直至稳定为止。

压下杠杆11取出块规12，将被测工件放在工作台13上，在测头下慢慢滚过，读出工件的最大值（读数时，注意观察视场中的“+”、“-”值），填写实验报告。 3.块规

块规的测量面（指工作面）明亮如镜，很容易与非测量面区别。测量面又分上测量面和下测量面，当尺寸＜6mm时，刻有数字（块规的工作尺寸）的一面为上测量面；当尺寸≥6mm时，刻有数字表面的右侧面为上测量面，左侧面为下测量面，见图1-3。在使用块规时，为了满足某一尺寸的要求，必须将几块块规组合成某一尺寸，称为块规组。

组合块规时，将一块规的下测量面与另一块的上测量面粘合在一起，这种粘合表现在：将两块洁净的块规的测量表面在手指上轻压接触一小部分，（见图1-4）而后使上面一块沿切线方向相对下面一块的上表面平行推移时，使它们粘合在一起而不分离，见图1-5。

为了减少块规的组合误差，应用尽可能少的块规数来组合，一般不超过4～6块。选取块规时，根据现有的块规情况，从末位数开始向前选取。

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图1-2

图1-3

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图1-4

图1-5

如选取28.785块规组的次序是：

使用块规时，必须小心谨慎，正确组合，避免划伤测量表面。任何的划伤都会影响块规的粘合性能，同时还会失去原有的尺寸精度。在清洗过程中应轻拿轻放，严禁碰撞或摔落在地，使用完毕，应清洗干净，涂油放回原处。

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实验二 直线度误差的测量——用自准值仪测量工件

一、实验目的

通过对直线度误差的测量，学会自准值仪的使用方法；掌握以节距法 测量直线度误差和数据处理。 二、实验内容

用自准值仪测量工件。 三、仪器说明

工作原理：如图2-1所示，光源发出的一束光经透镜和带有“+”字形 的分划板，呈“+”字形的平行光。如被测表面无直线度误差，则反射镜平面与平行光垂直，经反射镜反射回去的“+”字形像与准线重合，如图2-2(a)。如被测表面有直线度误差，则反射镜平面与平行光不垂直，经反射镜反射回去的“+”字形像相对于基准线将产生偏移，如图2-2(b)。此时可转动读数鼓轮，调整滑动准线板使“+”字形与准线再重合，鼓轮刻度盘示值发生变化，便可读取数据。

仪器读数值以角度值表示（表示该线段长度内的角度倾斜量）分度盘上每一小格代表1??，即自准值仪的分度值为1??，相当于线性值为

0.5?m/格。

图2-1

四、

实验步骤：

本实验是采用节距法进行直线度误差的测量。先进行仪器调整：将反射镜放在0～1位置上，见图2-1，此时在目镜视场中部能看到清晰的“+”字形像，将反射镜移至工件的另一端，同样也要求在目镜视场中部能看到清晰的“+”字形像（要求在被测工件全长任何位置上均能看到“+”字形

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图2-2 像），如“+”字形像移出视场之外，需重新调整反射镜的位置（调好后，在测量过程中不得再动）。调整完毕开始测量，分别找出每次读数，对其测量结果按计算法或图解法进行数据处理，求得直线度误差值。具体测量方法如下：

1.将反射镜再次放到0～1位置上，转动读数鼓轮，使“+”字形与准线重合，如图2-2(a)。从鼓轮上记下第一个读数?1，将反射镜依次移至2、3、4??各位置上，移动时注意首尾衔接，记下各次读数?2、?3、??i。此为顺测（从首点到终点）。 2.按同样方法进行回测（从终点到首点），各测点两次读数的平均值作为该测点的测量结果（即?i平均??i顺??i回2）必须注意，如某测点两次读

数相差较大，说明仪器在测量过程中有移动等，应检查原因并加以消除后重测。

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3.为作图方便，最好将各测点平均值同减去一个数?1，而得到相对差。根据各测点的??i在纵坐标上取点，作图??i??i??1（见后面举例）

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，即

用相对差值描点。然后连接各点，得出误差折线。

五、

测量结果的数据处理 1.首尾两端连线法

如图4-3所示，连接误差折线首尾两端点O、B，以此直线作为评定 直线度误差的基准线，误差折线上的最高点A和最低点C分别和基准直线

??f2??f3?。 OB的纵坐标距离f2?、f3?之和为直线度误差值，记为f首尾 2.最小包容区域法

按最小条件找理想直线，以此直线作为评定直线度误差的基准线，划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的两个最高点A、B（或一个最低点C）相切。即两个最高点A、B之间应有一个最低点C（或两者相反）。过C点作AB的平行线，这两条平行线之间的区域就是最小包容区域。两条平行直线之间沿纵坐标

y的距离f最小??f1??f3?即为直线度误差值（角度值），此角度值可通过公式换算为线性值：

?(mm) f最小?l?n?f最小l——反射镜底座长度，本仪器l?100mm

n——准直仪分度值，本仪器为n?1??（相当于0.005/1000）

?——误差折线的最大误差值（格） f最小测量举例：

用分度值为1??的准直仪测量导轨直线度误差，反射镜底座长度

l?100mm，用节距法测量0.8m长的导轨，测量结果列表如下。用图解

法求导轨直线度误差，作图见图2-3

首尾两端连线法：量得连线最高点A和最低点C分别和基准直线OB的纵坐标距离f2??1.25 （格）、f3??1.85（格）??f2??f3??1.25?1.85?3.（格） f首尾 1

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图2-3

换算为线性值得

??100?f首尾?l?n?f首尾0.005?3.1?0.00155mm?1.55?m 1000 最小包容区域法：量得两平行线间沿纵坐标的距离f??2.（格） 5换算为线性值得

f最小?l?n?f??100?0.005?2.5?0.00125mm?1.25?m 1000

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实验三 圆度误差的测量

一、实验目的

了解圆度误差的测量方法。

二、 三、

实验内容

在光学分度头上用千分表测量轴径的圆度误差。

仪器说明

光学分度头和机械式分度头作用相同，它主要用来测量工件的回转角 大小。光学分度头的特点是分度装置和传动机构系统无关，因此传动系统的精度对分度精度没有影响。各种分度头由于主轴结构精度与读数装置各

5??、2??等。 不相同，因而分度头的主要度量指标分度值有10??、 本实验所用的分度头其分度值为5??，外形结构见图3-1。

图3-1

四、实验步骤

1.将工件装在分度头两顶尖之间。

2.转动手轮使目镜视场内读数为0。

3.将千分表移至工件，使千分表测头与工件最高点接触。（观察千分表 指针摆动到最大处即开始返回，此最大处为最高点）设此处为测量圆度误差的起始位置，称为0点。转动千分表表盘使大指针指向零，也就是使测量的起始点的读数为0。

4.转动手轮使工件转过15（从目镜视场内或刻度盘上可读取），此处为第1个测量位置，从千分表上读取第1个位置的读数n1。

5.依次使工件转过15为一个测量位置，顺序记下每一个测量序号的

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读数ni，使工件旋转一周，回到起始位置0点，将i次测量结果记录列表、作图如下：

图3-2

作图：在极坐标上划出每一测量位置的相应读数，连接各测点即得被测实际轮廓图形。见图3-2。

（若用最小包容区域法进行评定圆度误差，通常用透明模板上的两个同心圆去包容被测实际轮廓图形，模板上的两个同心圆的半径差f0即为圆度误差。）

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实验四 平行度误差的测量

一、实验目的

掌握使用通用量仪测量零件平行度的方法。 二、实验内容

用平台、带百分表的测量架、心轴、可调支承等测量机油泵壳体的两孔中心线平行度误差。 三、实验步骤

1.将量具及辅具擦净，把心轴分别插入基准孔和被测孔中，见图6-1。基准孔轴线和被测孔轴线均由心轴表面的素线模拟。

2.调试基准孔轴线与检验平台平行。先用百分表试测基准孔心轴素线上的两最高点（两点距离可取为100mm）。观察百分表这两点数值是否相等，如不等，则可调整可调支承6（见图4-1），再移动百分表重复测试该两点，直至百分表在两点数值相等即可。此时说明基准孔轴线与检验平台平行。

图4-1

3.测量被测孔心轴，在距离为L?（可取L??100mm）的A、B两个位置上测量读数差为f?。

4.用下列公式可计算出平行度的误差值 f平行?L?f? ?L式中：L——被测孔表面长度（见图4-1，L?34mm）；

L?——实际测量长度（取L??100mm）； f?——百分表在L?内的读数差。 5.判断平行度误差是否合格。

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实验五 垂直度误差的测量

一、 实验目的

掌握使用通用量具和标准量具测量零件孔中心线对基准平面垂直度误差的方法。 二、 实验内容

用平台、带百分表的测量架、心轴、可调支承、角尺等测量机油泵壳体的孔中心线对端面的垂直度误差。 三、 实验步骤

1.将量具及辅具用脱脂棉沾擦净，把心轴插入被测孔内（此时使心轴与孔配合紧密，不得晃动），见图5-1。被测孔的中心线将由检验心轴表面的素线模拟。

2.将油泵壳体放置于可调支承上，然后用标准直角尺的一直边靠在基准平面上，对亮光观察基准面与直角边是否贴紧。如未贴合，则调整三点支承，直至使直角边和平面贴紧（即上下无光缝为止）。此时即表明基准平面与检验平板垂直。

图5-1

3.将百分表放在心轴上，选定A、B两点距离为L?（可取

L??100mm），测量该两点至检验平板之距离差值为f?。

4.用下列公式可计算出被测孔轴心线对基准面的垂直度误差值 f垂直?L?f? ?L式中：L——被测孔表面长度（见图7-1，L?34mm）；

L?——实际测量长度（取L??100mm）； f?——百分表在L?内两点的读数差。 5.判断垂直度误差是否合格。

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实验六 径向圆跳动和端面圆跳动误差的测量

一、 实验目的：

掌握测量径向圆跳动和端面圆跳动误差的方法。 二、 实验内容：

在偏摆仪上测量径向圆跳动和端面圆跳动误差。 三、 仪器说明：

图6-1所示的偏摆仪，是由可在底座2上滑动的顶尖3和在立柱上可升降并能绕水平轴回转的百分表架5组成。转动手轮1可移动顶尖座3，拨动手柄6可使百分表摇臂升降，松开固紧螺钉（图上看不见，在螺母4后面），旋转升降螺母4能使百分表架5升降。 四、 实验步骤：

1.将被测工件装在心轴上，并把心轴顶在顶尖座3之间，见图6-1； 2.测量径向圆跳动：

抬起手柄6，转动手轮1，移动顶尖座3，将齿轮坯外圆柱表面的中部移至测量头的位置处，放下手柄6，使百分表测头接触工件表面，此时应使百分表指针压缩1～2圈。如不合适，可松开固紧螺钉（在螺母4后面），旋转升降螺母4进行调整。测量时慢慢旋转工件，并注意观察百分表指针变动情况，工件转一圈，百分表最大读数和最小读数之差，即为径向圆跳动误差。

图6-1 图6-2

3. 测量端面圆跳动

将百分表测头与工件端面相接触（图6-2），使百分表指针压缩1～2圈（注意应使测头垂直于齿坯端面）。慢慢旋转齿坯，注意观察在旋转一圈内，表针最大与最小读数之差，即为端面圆跳动误差。

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实验七 表面粗糙度的测量

一、 实验目的：

了解表面粗糙度的测量原理与方法，加深对评定参数的理解。 二、 实验内容：

用双管显微镜测量工件的表面粗糙度。 三、 仪器说明：

双管显微镜是根据光切法原理制成的光学仪器，用来测量微观不平度十点高度Rz。测量范围取决于选用的物镜，通常适合于测量

Rz?80~0.8?m的表面粗糙度。仪器主要性能见表7-1，仪器外形及各

部分功能见图7-1。

图7-1 图7-2 底座10上带有罗纹的立柱9与横臂6联结，松开锁紧螺钉5转动螺母8可使横臂沿立柱升降。根据被测的粗糙度情况可更换物镜组2，转动微动手轮7可使物镜组上下移动以进行微调焦距。

图7-2为光学系统图。其测量原理为光源1发生的光束，经聚光镜2、狭缝3、物镜4以45°方向投射到被测工件表面，调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观测光管内，经物镜4成像在目镜分划板6上。通过目镜7可观察到被测表面轮廓的波影h?。

因投射光束具有一定的厚度，所以在目镜视场看到的是一亮带，见图7-3。测量时，只要测其中比较清晰的一边，即测出波影高h?，可求出实际不平度高度h（见图7-2）。 h?h??cos45 h?——波影高度

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波影高度h?是用目镜分度套筒来测量的。由于分度套筒目镜视场中的十字刻线其移动的方向与分度套筒读数方向成45°，所以当用十字刻线的水平线与波影峰或谷相切来测量波影高时（见图7-3c）,

波影高h??h???cos45（h??是十字线的水平线移过的距离，即分度套筒两次读数差，见图7-3b）。所以被测表面实际不平高度为： h?h???cos45?cos45?h???考虑到物镜放大倍数，则 h????1 21h?? N——物镜的放大倍数 2N 图7-3

分度套筒每转一格，十字线在目镜视场内沿移动方向移动的距离已知为0.0175mm，故相应于被测表面上h值即仪器的分度值E为： 当N?7时， E?11?17.5??17.5?1.25?m 2N2?7分度值随选用物镜的放大倍数的不同而异，测量时所选用物镜的放大倍数

可由表7-1查得。

由上述可知，零件表面不平的高度h等于分度套筒两次读数差（即套筒实际转过的格数）n乘以刻度值E，即 h?n?E

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物镜放大倍数N 视场直径（mm） 套筒分度值E 表7-1 7? 14? 2.5 1.25 1.3 0.68 30? 0.6 0.29 60? 0.3 0.15 测量范围Rz(?m) 80～10 20～3.2 6.3～1.6 3.2～0.8 应该指出，由于物镜放大倍数和目镜分度套筒千分尺在制造与调整中有误差，所以新置仪器或较长时间未用过的仪器，或者在检修重新安装之后，其目镜分度套筒的分度值应进行检定（或称为定度）。用标准微量刻度尺（本仪器专用附件）来进行，其定度方法如下： 1.将刻度尺置于工作台上，调节物镜焦距直至在目镜视场内能看到清晰的刻度尺刻线，见图7-4。

图7-4

2.松开螺钉12（图7-1），转动目镜百分尺11，使十字线焦点移动的方向与刻度尺像平行，然后拧紧螺钉12。

3.按表7-2选定刻度尺刻线格数Z，将十字线焦点移至与某条刻线重合（图中虚线位置），读出第一次读数n1。然后，将十字线焦点移动Z格（图中实线位置），读出第二次读数n2，两次读数差为：

A?n2?n1

表7-2 物镜标称倍率N 7? 微量刻度尺格数Z 100

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4.计算百分尺套筒上每一格间距所代表的实际被测值（即E）

E?i?Z 2A四、 实验步骤：

实验前将工件表面与标准样板进行比较，目测决定其大致范围。按表 7-1选取相应放大倍数的物镜。 1.将工件擦净放在工作台上，注意使加工表面的加工痕迹与光带垂直（若 不垂直可转动工作台进行调整）。

2.松开螺钉5、转动螺母8，使物镜调整到离被测表面3~5mm处，拧 紧螺钉5。

3.接通电源，慢慢转动手轮7（注意使物镜从下往上升），直至从目镜中 能看到清晰的绿色光带（见图7-3）。 4.本实验测量微观不平度十点高度Rz。Rz指在取样长度内5个最大轮廓峰高ypi的平均值和5个最大轮廓谷深yvi的平均值之和。

Rz??yi?15pi??yvii?155?E

确定取样长度l和评定长度L（参阅教材）。

在测量时，目镜视场直径内如果包含或接近所选定的取样长度大小，则可在该视场内选择5个轮廓峰和5个轮廓谷。若视场直径小，可移动工件再接一段，即在两个视场内选择上述的十个点。

5.测量时，松开螺钉12，转动目镜百分尺11使目镜视场中十字线的水平线与轮廓曲线总走向平行，拧紧螺钉12。在光带较清晰的一边，进行测量（分别使十字线的水平线与峰、谷相切为读数）。

在每一取样长度内，分别计算得到一个Rz值，若有n个Rz，则以各Rz值的平均值作为该评定长度内表面粗糙度的最可靠值，将测量计算结果填写到实验报告中。

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