互换性性与技术测量实验指导书 - 图文

互换性性与技术测量

实验指导书

(机械设计及其自动化专业用)

编写：XXX

班级： 学号： 姓名：

安徽建筑工业学院机电系机械实验室

2007年9月

目 录

第一章 技术测量的基本知识---------------------------------------------------2

第一节 技术测量的基本概念-----------------------------------------------2 第二节 量 块-------------------------------------------------------------4 第二章 孔、轴的测量----------------------------------------------------------8

实验一 用内径百分表测量孔------------------------------------------------8 实验二 用立式光学计测量轴------------------------------------------------10 第三章 表面粗糙度的检测------------------------------------------------------18

实验一 比较法检测表面粗糙度---------------------------------------------18 实验二 用光切显微镜测量表面粗糙度----------------------------------------19 实验三 用电动轮廓仪测量表面粗糙度----------------------------------------23 第四章 形状位置误差的检测----------------------------------------------------28

实验一 导轨直线度误差测量------------------------------------------------28 实验二 自准直仪测量直线度-------------------------------------------------31 实验三 轴类零件位置误差的检测---------------------------------------------34 实验四 箱体测-------------------------------------------------------------36 第五章 齿轮测量----------------------------------------------------------------42

实验一 齿厚测量------------------------------------------------------------42 实验二 径向跳动检查仪检测齿圆径向跳动-------------------------------------44 实验三 周节仪检测齿距偏差和齿距累积误差------------------------------------46

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第一节 技术测量的基本知识

第一节 技术测量的基本概念

一、测量的一般概念

技术测量主要是研究对零件的几何参数进行测量和检验的一门技术。

所谓“测量”就是将一个待确定的物理量，与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。他包括四个方面的因素，即：测量对象、测量方法、测量单位和测量精度。

“检验”具有比测量更广泛的含义。例如表面疵病的检验，金属内部缺陷的检验，在这些情况下，就不能采用测量的概念。 二、长度单位基准

为了保证测量的准确度，首先需要建立统一可靠的测量单位。公制的基本长度单位为米(m)，机械制造中常用的公制单位为毫米（mm）,精密测量时，多用微米（μm）为单位，它们之间的换算关系为：

1m=1000mm 1mm=1000μm

使用光速作为长度基准，虽然可以达到足够的准确，但却不便于直接应用在生产中的尺寸测量。 三、测量工具的分类

测量工具可按其测量原理、结构特点及用途分以下四类： 1、基准量具：①定值基准量具； ②变值量具。

2、通用量具和量仪：它可以用来测量一定范围内的任意值。按结构特点可分为以下几种： （1）固定刻线量具 （2）游标量具 （3）螺旋测微量具 （4）机械式量仪 （5）光学量仪 （6）气动量仪 （7）电动量仪

3、极限规：为无刻度的专用量具。

4、检验量具：它是量具量仪和其它定位元件等的组合体，用来提高测量或检验效率，提高测量精度，在大批量生产中应用较多。 四、测量方法的分类

1、由于获得被测结果的方法不同，测量方法可分为： 直接量法 间接量法

2、根据测量结果的读值不同，测量方法可分为： 绝对量法（全值量法） 相对量法（微差或比较量法）

3、根据被测件的表面是否与测量工具有机械接触，测量方法可分为：

2

接触量法 不接触量法

4、根据同时测量参数的多少，可分为： 综合量法 分项量法

5、按测量对机械制造工艺过程所起的作用不同，测量方法分为： 被动测量 主动测量

五、测量工具的度量指标

度量指标：指的是测量中应考虑的测量工具的主要性能，它是选择和使用测量工具的依据。 1、刻度间隔C：简称刻度，它是标尺上相邻两刻线之间的实际距离。 2、分度值i：标尺上每一刻度所代表的测量数值。

3、标尺的示值范围：量仪标尺上全部刻度所能代表的测量数值。

4、测量范围：①标尺的示值范围；②整个量具或量仪所能量出的最大和最小的尺寸范围。 5、灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。灵敏度说明了量仪对被测数值微小变动引起反应的敏感程度。

6、示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。

7、测量力：在测量过程中量具或量仪的测量面与被测工件之间的接触力。

8、放大比（传动比）：量仪指针的直线位移（或角位移）与被测量尺寸变化的比。这个比等于刻度间隔与分度值之比。 六、测量误差

1、测量误差：被测量的实测值与真实值之间的差异。

即δ=X–Q

式中：δ—测量误差； X—实际测得的被测量； Q—被测值的真实尺寸。

由于X可能大于或小于Q，因此，δ可能是正值、负值或零。这样，上式可写成 Q=X±δ

2、测量误差产生的原因（即测量误差的组成）

（1）测量仪器的误差、（2）基准件误差、（3）测量力引起的变形误差、（4）读数误差、（5）温度变化引起的误差。

3、测量误差的分类

（1）系统误差：有一定变化规律的误差

（2）随机误差：变化无规律的误差，随机误差的特性及处理将在第四节介绍。

（3）粗大误差：由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）造成的某些较大的误差。

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第二节 量 块

一、量块的结构尺寸

量块也叫块规，它是保持度量统一的工具，在工厂中常作为长度基准。

二、量块的研合性（粘合性）：

量块的测量平面十分光洁和平整，当用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触时，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组。

三、量块的成套：

为了组成各种尺寸，量块是成套制造的，一套包括一定数量的不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内，常用成套量块的尺寸见表1-2。

量块的结构尺寸：量块通常做成矩形截面的长方块，具有两个经过精密加工的很平很光的平行平面，作为它的测量平面（图1-1）。两测量平面之间的距离为工作尺寸L。量块的标称尺寸大于10毫米者，其横截面尺寸为35×9毫米，标称尺寸在10毫米以下者，则为30×9毫米。 图1-1 量 块 表1-2 成套量块尺寸表(摘自GB6093-85)

套别 总块数 级别 尺寸系列/mm 0.5 1 1.001,1.002,??,1.009 1 91 00,0,1 1.01,1.02,??,1.49 1.5,1.6, ??,1.9 2.0,2.5, ??,9. 10,20, ??,100 间隔/mm 0.001 0.01 0.1 0.5 10 块数 1 1 9 49 5 16 10 4

0.5 1 1.005 2 83 00,0,1,2,(3) 1.01,1.02,??,1.49 1.5,1.6, ??,1.9 2.0,2.5, ??,9.5 10,20, ??,100 1 1.001,1.002,??,1.009 3 46 0,1,2 1.01,1.02,??,1.09 1.1,1.2, ??,1.9 2,3, ??,9 10,20, ??,100 1 1.005 4 38 0,1,2,(3) 1.01,1.02,??,1.09 1.1,1.2, ??,1.9 2,3, ??,9 10,20, ??,100 四、选择组合量块方法：

0.01 0.1 0.5 10 0.001 0.01 0.1 1 10 0.01 0.1 1 10 1 1 1 49 5 16 10 1 9 9 9 8 10 1 1 9 9 8 10 组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位数字开始考虑，每选一块应使尺寸的位数少一位，并使量块尽可能最少，以减少积累误差（一般不超过4-5块）。

例如：要组成38.935mm的尺寸，若采用83块一套的量块，其方法是：

38.935 -1.005 37.93 -1.43 36.5 -6.5 30 -30 0 五、量块的中心长度：

第一块量块尺寸为1.005毫米 第二块量块尺寸为1.43毫米 第三块量块尺寸为6.5毫米 第四块量块尺寸为30毫米 全组尺寸38.935毫米 5

是指量块的一个测量平面的中心到与量块的另一个测量平面相研合的平晶表面间的垂直距离（如图1-2）。

图1-2 量块的中心长度

六、量块的“级”和“等”：

1、量块的尺寸精度分为00、0、1、2、（3）五级。其中00级最高，精度依次降低，（3）级最低，一般根据定货供应。各级量块精度指标见表1-3。

表1-3 各级量块的精度指标(摘自GB6093-85) （μm）

标称长度/mm -10 >10-25 >25-50 >50-75 >75-100 >100-150 00级 ① 0.06 0.07 0.10 0.12 0.14 0.20 ② 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0.08 0级 ① 0.12 0.14 0.20 0.25 0.30 0.40 ② 0.10 0.10 0.10 0.12 0.12 0.14 1级 ① 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.80 ② 0.16 0.16 0.18 0.08 0.20 0.20 2级 ① 0.45 0.60 0.80 1.00 1.20 1.60 ② 0.30 0.30 0.30 0.35 0.35 0.40 (3)级 ① 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 ② 0.50 0.50 0.55 0.55 0.60 0.65 标准级K ① 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.80 ② 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0.08 ① 量块长度的0.0极限偏差(±). ② 长度变动量允许值.

表1-4 各等量块的精度指标(摘自JJG100-81) （μm）

标称长度/mm -10 >10-18 >18-35 >30-50 >50-80 1等 ① 0.05 0.06 0.06 0.07 0.08 ② 0.10 0.10 0.10 0.12 0.12 2等 ① 0.07 0.08 0.09 0.10 0.12 ② 0.10 0.10 0.10 0.12 0.12 3等 ① 0.10 0.15 0.15 0.20 0.25 ② 0.20 0.20 0.20 0.25 0.25 4等 ① 0.20 0.25 0.30 0.35 0.45 ② 0.20 0.20 0.20 0.25 0.25 5等 ① 0.5 0.6 0.6 0.7 0.8 ② 0.4 0.4 0.4 0.5 0.6 6等 ① 1.0 1.0 1.0 1.5 1.5 ② 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 ③ 中心长度测量的极限偏差(±). ④ 平面平行线允许偏差.

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2、量块按给定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等，其中1等最高，精度依次降低，6等最低。各等量块精度指标见表1-4。

量块按“级”使用时，所根据的是刻在量块上的标称尺寸，其制造误差忽略不计；按“等”使用时，所根据的是量块的实际尺寸，而忽略的只是检定量块实际尺寸时的测量误差，但可用较低精度的量块进行比较精密的测量。因此，按“等”测量比按“级”测量的精度高。

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第一章 孔、轴的测量

实验一 用内径百分表测量孔径

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

熟悉使用内径百分表测量内孔尺寸误差的方法和特点。 认真体会“局部实际尺寸（实际误差）”概念。 二、设备与器材

百分表测量杆１支和0.01mm百分表１个。 三、实验原理与方法

内径百分表是由百分表测量杆和百分表组成，是用相对测量法测量孔径和形状误差。它的结构如图1所示

图1 内径百分表结构图

1—活动测量头；2—可换测量头；3—测量套；4—测杆；5—杠杆；6—传动杆；

7—弹簧；8—指示表；9—弹簧；10—定位装置

测量时，内径百分表头先压进入被测孔中，活动测头1的微小位移通过杠杆按1:1传递给传动杆6，而百分表测头与传动杆6是始终接触的，因此活动测头移动0.01毫米，使传动杆也移动0.01毫米，百分表指针转动1格。故测头移动量可在百分表上读的。定位桥10起找正径向直径位置的作用，它保证了活动测头1和可换测头2的轴线位于被测孔的直径位置中间。 四、实验方法与注意事项

1、内径百分表在每次使用前，首先要用标准环规或量块夹持的量块对零，环规或量块夹的尺寸与被测工件的基本尺寸相同。如图２所示。

2、内径百分表在校零时应注意手握直管上的隔热手柄，使测

头进入测量面内，摆动直管４测头在X方向和y方向（仅在量块夹中使用）上下摆动。观察百

图2 内径百分表的调整 8

分表的示值变化，反复几次；当百分表指针在最小值处转折摆向时,用手旋转百分表盘，使指针对零位。多摆动几次观察指针是否在同一零点转折。

3、用内径量表测量工件孔，摆动量表，观察指针转折点的位置，记录相对零点的差值，即工件误差。 五、实验步骤

1、预调整：

① 将百分表装入量杆内，预压缩1毫米左右（百分表的小指针指在1的附近）后锁紧。 ② 根据被测零件基本尺寸选择适当的可换测头装入量杆的头部，用专用扳手扳紧锁紧螺母。此时应特别注意可换测量头与活动测量头之间的长度须大于被测尺寸0.8～1毫米左右，以便测量时活动测量头能在基本尺寸的正、负一定范围内自由运动。 2、对零位：

因内径百分表是相对法测量的器具，故在使用前必须用其它量具根据被测件的基本尺寸校对内径百分表的零位。校对零位的常用方法有以下三种： ① 用量块和量块附件校对零位

按被测零件的基本尺寸组合量块，并装夹在量块的附件中，将内径百分表的两测头放在量块附件两量脚之间，摆动量杆使百分表读数最小，此时可转动百分表的滚花环，将刻度盘的零刻线转到与百分表的长指针对齐。

这样的零位校对方法能保证校对零位的准确度及内径百分表的测量精度，但其操作比 较麻烦，且对量块的使用环境要求较高。

② 用标准环规校对零位

按被测件的基本尺寸选择名义尺寸相同的标准环规，按标准环规的实际尺寸校对内径百分表的零位。

此方法操作简便，并能保证校对零位的准确度。因校对零位需制造专用的标准环规，固此方法只适合检测生产批量较大的零件。

③ 用外径千分尺校对零位

按被测零件的基本尺寸选择适当测量范围的外径千分尺，将外径千尺对在被测基本尺寸外，内径百分表的两测头放在外径千分尺两量砧之间校对零位。

因受外径干分尺精度的影响，用其校对零位的准则度和稳定性均不高，从而降了内径百分表的测量精确度。但此方法易于操作和实现，在生产现场对精度要求不高的单件或小批量零件的检测，仍得到较广泛时应用。

3、测量

① 手握内径百分表的隔热手柄，先将内径百分表的活动量头和定心护桥轻轻压入被测孔径中，然后再将固定量头放人。当测头达到指定的测量部位时，将表微微在轴向截面内摆动（如图2），读出指示表最小读数，即为该测量点孔径的实际偏差。

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。

② 在孔轴向的三个截面及每个截面相互垂直的两个方向上，共测六个点，将数据记入测量报告单内。

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六、测量与处理数据

被测零件 名称 基本尺寸 最大极限 最小极限 安全裕度 上验收限DS* 下验收限DI* 尺寸Dmax 尺寸Dmix A* 计量器具 名称 测量示意图 测量范围 示值范围 分度值 仪器不确定度 测量数据 测量截面 测量方向 A-A B-B 合格性判断 七、思考题

实际偏差 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ 实验尺寸 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ 按设计公差判断 按验收极限判断 1、用内径百分表测量孔的直径时，属于何种测量方法？测量误差有哪些？ 2、仪器的测量范围与标尺的示值范围有何不同？

实验2 用立式光学计测量轴径

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

1、掌握立式光学计的工作原理及使用方法。 2、熟悉轴的直径及其形状误差的测量方法。 3、学会基本的测量误差处理方法。

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二、设备与器材

立式光学计１台、被测轴和相同尺寸量块各１组。 三、实验原理与方案

立式光学计主要用于作长度比较测量。要先用量块将标尺和指针调到零位，被测尺寸对量块的偏差可从仪器标尺上读得。并可对某轴的固定部位进行多次重复测量，计算测量误差。

立式光学计主要组成见外形图1。由底座1、立柱2、支臂3、直角光管4和工作台11等几部分组成。

立式光学计的光学系统图2所示。光线由进光反射镜6进入光学计管中，由通光棱镜7将光线转折90度，照亮了分划板4上的刻度尺9。刻度尺上有 100 格的刻线，此处刻线作为目标，位于物镜2的焦平面上。由刻度尺9发出的光线经棱镜3后转折90度，透过物镜2成为平行光线，射向平面反射镜，平行光线被反射回来，重新透过物镜2，再经棱镜3汇聚于分划板4的另一半上，此处有一指示线8。当测量杆5上下移动时，推动平面反射镜１产生摆动，于是刻度尺9的像相对于指示线产生了移动，移动量可通过目镜10进行读数

图1 立式光学计结构 图2 立式光学计的光学系统 1—底座；2—立柱；3—支臂；4—直角光管；5—提升器； １—平面反射镜；2—物镜；3—棱镜； 6—调整螺母；7—粗调节螺母；8—紧固螺钉； 4—分划板；5—测量杆；6—反射镜； 9—微调手轮；10—紧固螺钉； 11—工作台 7—通光棱镜；8—指示线；9—刻度尺； 10—目镜 四、实验步骤、方法与注意事项 根据被测零件表面的几何形状来选择测量头，使测量头与被测表面尽量满足点接触。测量头有：球形、平面和刀口形三种。测量平面或圆柱面零件时选用球形测头。测量球面零件时选用平面形测头。测量小圆柱面工件时选用刀口形测头。

1、按被测零件的基本尺寸组合量块和选择测量头。

2、仪器调零位：如图1，将组合好量块组的下测量面置于工作台11中央，并使测量头12对准上测量面中央。粗调：松开支臂紧固螺钉8，转动调节螺母 7，使支臂3缓慢下降，直至

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到测量头与量块上测量面轻微接触，并在视场中看到刻度尺象，将螺钉8锁紧。细调：松开紧固螺钉10，转动调节轮9，直至在目镜中观察到刻度尺象与指示线接近为止，然后拧紧螺钉10。微调：转动刻度尺微调螺钉13见图2。使刻度尺的零线影象与指示线重合后，用手指压下测头提升杠杆5不少于三次，使零位稳定，调零结束。

3、将测头抬起取下量块，放入被测量件，按实验规定的部位测量，并将测量的结果填入实验报告中。 五、测量步骤：

1、选择测帽：测量时被测物体与测帽间的接触面必须最小，即近于点或线接触。因此在测量平面时，须使用球面测帽，测量柱面时宜采用刀刃形或平面测帽，对球形物体则应采用平面测帽。

2、工作台的选择与校正：

工作台分平面工作台和槽面工作台，其选择原则与测帽的要求相同。

对于可调整工作台，为保证测杆与工作台面垂直，测量前必须进行校正。先选择一与被测工件尺寸相同的量块大致放在工作台的中央，光学计管换上最大直径的平面测帽，使测帽平面的1/4与量块接触。调整仪器至目镜中看到分划板刻度为止。然后旋动工作台调节螺丝，使其前后移动，并从目镜中观看分划板示值的变化，若在测帽平面的四个位置的读数变化小于1／5格分度值，则表示工作台的校正已完成。

3、调整反射镜，并缓慢地拨动测帽提升杠杆，从目镜中能看到标尺影象，若此影象不清楚可调整目镜视度环。

4、松开横臂紧固螺钉，调整手柄，使光管上升至最高位置后固紧螺钉。

5、按被测零件的基本尺寸组合所需量块尺寸。一般是从所需尺寸的未位数开始选择，将选好的量块用汽油棉花擦去表面防锈油，并用绒布擦净．用少许压力将两量块工作面相互研合。

6、将组合好的块规组放在工作台上，松开横臂紧固螺钉，转动调节螺母，使横臂连同光管缓慢下降至测头，与量块中心位置极为接近处（约0．lmm的间隙）将螺钉拧紧。

7、松开光管紧固螺钉，调整手柄，使光管缓馒下降至测头与块规中心位置接触，并从目镜中看到标尺象，使零刻线外于指标线附近为止。调节目镜视度环，使标尺像完全清晰（可配合微调反光镜）。锁紧螺钉，调整微调旋钮，使刻度尺像准确对好零位。

8、按压测帽提升杠杆2～3次，检查示值稳定性，要求零位变化不超过l／10格，如超过过多应寻找原因，并重新调零（各紧固螺钉应拧紧但不能过紧，以免仪器变形）。

9、按下测帽提升杠杆，取下规块组，将被测部件放在工作台上（注意一定要使被测轴的母线与工作台接触，不得有任何跳动或倾斜）。

10、按压测帽提升杠杆多次，若示值稳定，则记下标尺读数（注意正负号）。此读数即为该测点轴线的实际差值。

11、在轴的三个横截面上，相隔90度的径向位置上共测六个点 六、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。

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4、取拿量块时最好用竹摄子夹持，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。 7、测量结束前，不应拆开块规，以便随时校对零位。 七、测量与处理数据

被测零件 名称 基本尺寸 最大极限 最小极限 安全裕度 上验收限DS* 下验收限DI* 尺寸Dmax 尺寸Dmix A* 6、量块用后，要用航空汽油洗净，用绸布擦干并涂上防锈油。

计量器具 名称 测量示意图 测量范围 示值范围 分度值 仪器不确定度 测量数据 测量截面 测量方向 A-A B-B 合格性判断

八、思考题

实际偏差 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ 实验尺寸 Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ 按设计公差判断 按验收极限判断 立式光学计测量轴，属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？什么是分度值？刻度间距？

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第三章 表面粗糙度检测的测量

实验一 比较法检测表面粗糙度

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

1、熟悉比较法测量表面粗糙度的方法； 2、正确理解表面粗糙度的评定参数。 二、实验设备：面粗糙度比较样板、试件数个。 三、实验内容

比较法测量表面粗糙度是生产中常用的方法之一。此方法是用表面粗糙度比较样板与被测表面比较，判断表面粗糙度的数值。尽管这种方法不够严谨，但它具有测量方便、成本低、对环境要求不高等优点，所以被广泛应用于生产现场检验一般表面粗糙度。

图1所示为表面粗糙度比较样板，它是采用特定合金材料加工而成，具有不同的表面粗糙度参数值。通过触觉、视觉将被测件表面与之作比较，以确定被测表面的粗糙度的表面。 视觉比较：就是用人的眼睛反复比较被测表面与比较样板间的加工痕迹异同、反光强弱、色彩差异，以判定被测表面的粗糙度的大小。必要时可借用放大镜进行比较。

图1 表面粗糙度比较样板

触觉比较：就是用手指分别触摸或划过被测表面和比较样板，根据手的感觉判断被测表面与比较样板在峰谷高度和间距上的差别，从而判断被测表面粗糙度的大小。

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4、用手轻轻按驱动箱按钮，表针即指示到0.15um，记录数据。这时按复零钮，表针立即复零位。换一工件位置再测量第二次，须再按动驱动箱按钮。同样连续测量四次，将其结果取平均值作为测得Ra值。注意：根据被测件的表面粗糙度Ra值大小，可随时变换量程档数，以满足测量要求。 五、测量与处理数据 被测零件 计量器具 名称 名称及型号 测量结果及数据处理 次序 1 2 3 4 5 实测结果Ra/μm 平均值 合格性判断 Ra/μm 测量方式 区样长度 放大倍数 评定长度 切除长度 六、思考题

1、用电动轮廓仪测量时，根据什么选定切除长度？同一表面测量Ra、Rz数值一样吗？ 2、如何调整传感器测头与工件的接触最佳？

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第四章 形状位置误差的检测

实验一 导轨直线度误差测量

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

学会用框式水平仪测量导轨直线度误差的方法，掌握数据处理原理，体会“最小条件”概念。

二、设备与器材

框式水平仪（0.01mm/m），桥尺（165mm）。 三、实验原理与方案

框式水平仪是测量各种机床及其它设备导轨直线度误差的常用测量器具。在框式水平仪中有一个主水准器安装在铸铁框架下部的大孔内， 在使用之前主水准器已调整得与框架底面平

行，在标准水平面上，主水准器气泡居于读数窗口中部，当水平仪放置有微小倾斜时气泡将发生偏移，偏移量可以从读数窗口刻线上读得，如图1。测量前先将被测导轨分成若干等分段，每段长度应等于所选桥尺的跨距；框式水平仪置于桥尺之上，其相对位置在测量中不得移动。测量是从被测导轨一端测量到另一端，按桥尺跨距依次首尾相接，读取相对读数，然后，处理测量数据，求直线度误差值。

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图2 导轨直线度误差测量实例

四、实验步骤、方法与注意事项

为说明问题，参见例图2。

1、将被测导轨、框式水平仪、桥尺用汽油清洗干净。 2、将导轨分成七个等分段，每段长度为桥尺跨距（200mm）。

3、将框式水平仪安置在桥尺上，并一同置于被测导轨的一端，即第一测量段上。 4、在框式水平仪刻度线上确定一读数零点。这一零点应是气泡某一边最靠近气泡的那一条刻线，如图5-2中左边的第一条短刻线。在以后的测量中都以这条线为准，测取读数。

5、依次测量，记录各段的相对读数，注意正负号。此时，正负号表示测量段上后一点相对于前一点的高低。

6、将相对读数换算成累计读数，也就是把原来后点相对前点的读数换算成各点相对于起始点的读数。

7、按最小条件用作图法处理测量结果，确定直线度误差。

① 在直角坐标系中，用横坐标代表被测导轨长度，并分成7等分；纵坐标表示测量结果累积值，单位为“格”。用描点法画出误差折线。

② 作两条平行线包容误差折线，并使折线至少有高低相间三点与平行线接触。如图中1点、7点为两高点，3点为一低点，则此两平行直线间的区域为最小包容区域。两平行线在纵坐标方向上的距离，即为所测量导轨的直线度误差Δ（单位“格”）。

③ 确定实际直线度误差。框式水平仪刻度值为0.01mm/m，它表示当桥尺跨距为1000mm时，气泡移动一格，桥尺前后两点的高度差为0.01mm；而在实际测量中，桥尺跨距为165mm，因此气泡移动一格，其格值为 i?0.01?1000?165?0.00825mm

五、测量与处理

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被测件名称 计量器具 测量点 测量仪器读数/格 回量仪器读数/格 读数平均值ai/格 相对差ai?a/格 累积值/格 直线度误差 作图 名称 0 1 2 3 4 跨距L= mm 直线度误差 分度值 mm/m 线分度值 mm/格 5 6 7 8 9 10 直线度公差 合格性判断 六、思考题

1、在导轨直线度误差的评定中，其理想直线是怎样确定？

2、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？

实验二 自准直仪测量直线度

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

1、了解自准直仪的使用。 2、掌握直线度误差的检测。 二、实验设备：自准直仪、导轨。 三、仪器原理

自准直仪是测量微小角度变化量的精密光学仪器，它适用于测量精密导轨的直线度误差及小角度范围内的精密角度测量。用自准直仪测量被测量要素的直线度误差时，利用自准直仪的光轴模拟理想直线，将被测量直线与理想直线比较，将所得数据用作图法或计算法来求出直线

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度误差值。图1所示为自准直仪外形。

图1 自准直仪外形

1一灯头；2一光源锁紧螺母；3一读数鼓；4一目镜；5一紧固螺钉；6一光电头锁紧鼓；

7一光电头；8一基座支架；9一物镜；10一反射镜；11一光电检波器

自准直仪的光路系统如图2所示，光源1发出的光线经聚光镜2，照亮十字线分划板3后，经过中间有半透膜的立方棱镜4射向物镜组5，经物镜组成平行光束投射到反射镜6上。平行光束经反射镜又返回到立方棱镜4，并反射向上至分光镜7。一路光透过分光镜7，把分划板3的十字线成像在带双刻线分划板8上，通过目镜9即可进行目视瞄准；另一路光在分光镜7上反射，把十字线成像在振动狭缝10处，再经聚光镜11聚焦到光敏电阻12上，光敏电阻将光通量的变化转变为电信号，并送至检波器，经处理后由微安表指示。振动狭缝、光敏电阻、和测微分划板连成一体，并装在光电头壳体中。旋转测微读数鼓轮14能带动它们一起移动，可使狭缝振动中心与十字线像中心重合，此时微安表的指针指零，表示已瞄准好。同时，在目镜视场中测微分划板的双线也应瞄准十字线像，表示目视瞄准与光电瞄准是同步的。通过读数鼓轮便可读出一个角度值，(或从光电检波器上读数)。测量时，平面反射镜6偏转某一角度，十字线像在双刻线分划板8和振动狭缝10上的位置就有所改变。旋转读数鼓轮再次进行瞄准，即可在鼓轮(光电检波器)上读得另一角度值。两次读数之差便是反射镜6偏转的角度。

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图2 自准直仪光路系统

1一光源；2一聚光镜；3一十字线分划板；4一立方棱镜；5一物镜组；6一反射镜；7一分光镜；

8一双刻线分划板；9一目镜；10一振动狭缝；11一聚光镜；12一光敏电阻；

13一测微螺丝；14一测微读数鼓轮；15一光电检波器

当被测导轨凹凸不平时，使平面反射镜底座一段抬高或降低，平面反射镜便不再与物镜光轴垂直而相应偏转一微小角度“，经平面镜反射后的平行光束相对于入射光束偏转角度2“，自准直仪的读数仅与反射镜偏角有关，与镜面的位置无关。

微小角度量通常以角量i表示，即可按秒(″)或弧度计算，但在长度测量中要按线量S取值，它与所用桥板的长度L有关，即

i?5?10?6SL?0.005SL （μm）

式中：S—线量，(″)；L—桥板的长度，mm。

例如，S＝1″、L＝200mm时，则i＝μm。

用自准直仪测量导轨直线度误差，是将被测导轨全长沿测量方向上等距各点的连线相对 于光轴的角度变化反映为高度变化，具体方法是：将安置反射镜座的桥板沿被测轮廓线上各测点顺次移动，在仪器的读数机构中读出桥板两端高度差Δi，根据被测读数画出误差曲线，再按两端点连线或最小包容区域法求出直线度误差值。 四、实验步骤

1、将自准直仪沿导轨的长度方向固定在靠近被测导轨一端。 2、接通电源，调整仪器目镜焦距，使可动分划板上的指标线清晰。

3、把被测量导轨调整到大致水平，即使得反射镜在导轨始、末两端位置上都能看到反射回来的十字影像。

4、将反射镜安放在桥板上，并置于被测导轨的一端，调节读数鼓轮，使指标线与影像对准，记下第一个读数Al。

5、将桥板依次按跨距逐段移动并进行测量，依次记下各次读数A2，A3，?，An。移动时要注意首尾衔接，且移动轨迹尽量为一直线。

6、为减小测量中各种误差因素，对以上的测量再进行回测，并记下读数，取同一位置两次读数的平均值作为测量结果，若两次读数相差太大，还应该进行重测。

7、以测点O为基准，算出各测点的相对值和累积值，以适当的比例按表中的累积值画误差曲线，用作图法按最小包容区域法评定直线度误差，并作出合格性判断。

五、数据记录及处理

计量器具 被测物体 次序 1 2 测量点 顺测读数 反测读数 0 1 2 3 4 5 6 7 名称 测量范围 直线度公差 分度值 t= μm 25

3 4 5 平均值/（′） 平均值与O点之差 数据处理

六、思考题

1、用自准直仪检测直线度误差的测量原理。 2、自准直仪的基本工作原理是什么?

3、在用自准宣仪测量长距离直线度误差时，为什么要应用找像器?

实验三 轴类零件位置误差的检测

实验学时：1 实验类型：综合性 实验要求：必开 一、实验目的

1、加深对各项位置公差定义的理解。 2、掌握轴类零件位置误差的检测方法。 二、实验设备：平板、指示表、V形架 三、测量方法 1、跳动误差

所用仪器有跳动检查仪、或平板、指示表、V形架等。被测工件见图1，具体检测方法见

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表1。

表1 检测方法说明

图1 被测工件

2、同轴度误差

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轴类零件同轴度误差检测方案很多，既可在圆度仪上记录轮廓图形，根据图形按同轴度定义求出同轴度误差，也可在三维坐标机上用坐标测量法，求得圆柱面轴线与基准轴线间最大距离的两倍，即为同轴度误差。生产实际中应用最广泛的是打表法，所用器具为平板、刃口状V形架、指示表及测量架。图2（a）所示为被测要素的同轴度公差标注。图2（b）所示为测量示意。

图2 同轴度误差测量

四、实验步骤 测量步骤如下。

1、将被测零件基准轮廓要素的中截面放置在两个等高的刃口状V形架上，公共基准由两个V形架模拟。将两个指示表分别在铅垂轴截面调零。

2、转动被测件，取指示表在垂直基准轴线的正截面上测得各对应点的读数差|Ma一Mb|作为在该截面上的同轴度误差。

3、按上述方法测量若干个截面；取各截面测得的读数中最大的同轴度误差，作为该零件的同轴度误差，并判断其合格性。

五、数据记录及分析

计量器具 名称 规格 28

测量简图及标出检测项目及公差 检测项目 径向圆跳动 径向全跳动 端面圆跳动 同轴度误差

六、思考题

实验误差 合格性判断 1、跳动误差的检测原则是什么?

2、怎样检测以外圆柱面轴线为基准的端面圆跳动误差?

3、常用两轴的轴线间同轴度误差检测方法有哪些?

实验四 箱体测量

实验学时：1 实验类型：综合性 实验要求：必开

一、实验目的：巩固平行度公差带的概念，学会基本测量方法。

二、实验设备与器材：0.002mm杠杆千分表、磁性表架、平板、检验芯轴。 三、实验原理与方案

由图1知，被测箱体有两项平行度公差要求。在测量中基准平面由平板模拟，被测孔的轴线用检验芯轴体现。杠杆千分表要装于磁性表架上才能够使用。

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图1箱体测量示意图

测量方案由表1所示 表1 测量方法

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四、数据记录及处理

计量器具 名称 测量简图及标出检测项目及公差 规格 检测项目

五、 思考题

实验误差 合格性判断 1、在上述测量中，测量基准是如何体现的？ 2、怎样检测线与线的平行度误差？ 3、线与线的同轴度误差有哪些？

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第六章 齿轮测量

实验一 齿厚测量

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

掌握齿厚游标卡尺测量齿厚方法。 二、设备与器材：齿厚游标卡尺。 三、实验原理与方案

齿厚偏差ΔEs是指在齿轮分度圆柱面上，齿厚实际值与公称值之差。对于斜齿轮是指法向齿厚。控制齿厚偏差ΔEs是为了保证齿轮传动中所必须的齿侧间隙。齿轮分度圆齿厚可用图1所示的齿厚游标卡尺测量。该卡尺刻度值为0.02mm，能够测量模数为1-26mm齿轮。这种卡尺是由两个游标卡尺组合而成。主卡尺1用于测量分度圆弦尺厚，副卡尺2用于保证主卡尺两测量点与齿廓在分度圆处相接触。

齿轮在分度圆处弦齿高h与弦齿厚S的公称值按下式计算

z?/ h?m[1?(1?cos45)]?(Re?Re)

2图1 齿厚游标卡尺测量 式中：m—模数（mm）， z—齿数， Re—理论齿顶圆半径（mm）， Re /—实际齿顶圆半径（mm）。

用齿厚游标卡尺测量，其方法简单，但精度不高，所以仅适用于测量精度较低。模数较大的齿轮，对于较高精度齿轮可用公法线千分尺测量。 四、实验步骤、方法与注意事项

1、用外径千分尺测出实际齿顶圆直径（要求齿数为偶数）。 2、计算h 和 s值；将副卡尺2调到h值，锁紧。

3、先将主卡尺两测量点调开一段距离，使副卡尺测量端与齿顶圆接触。然后微调主卡尺游标，使两测量点与齿廓接触，即可由主卡尺上读得弦齿厚的实际尺寸。注意：在调主卡尺游标时，用力不得过大，否则副卡尺量脚将脱离齿顶造成较大的测量误差。

4、在齿轮均匀分布的四个位置上的测量，分别用实际齿厚减去公称齿厚S为各齿的齿厚实际偏差ΔEs，这些值都应在齿厚上下偏差Ess、Esi之间。

五、数据记录：

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被测齿轮 模数m 公称弧齿厚S f 齿厚上偏差Ess 齿厚下偏差Esi 序号 齿厚实际值 齿厚偏差ΔEs 合格性判断

六、思考题

计量器具 齿顶公称直径da 齿顶实际直径da′ 齿顶实际偏差 齿数z 压力角α 测量记录 1 2 3 4 编号 公差标注 实际分度圆弧齿高h f 1、简要分析齿顶圆直径大小对测量结果的影响。如何消除此影响？ 2、影响齿厚游标卡尺测量齿厚有哪些传动指标？它产生的原因是什么？

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实验二 径向跳动检查仪检测齿圆径向跳动

实验学时：1 实验类型：验证性 实验要求：必开 一、实验目的

1、掌握用径向跳动检查仪检测齿圈径向跳动的方法。 2、加深对齿轮误差项目的定义及其公差规定的理解。 二、实验仪器：跳动检查仪、被测齿轮。 三、实验方法

齿圈径向跳动ΔFr的检测，可用径向跳动检查仪、万能测齿仪或偏摆检查仪等仪器。本实验采用径向跳动检查仪检测齿圈径向跳动。径向跳动检查仪的外形结构见图1。

图l 径向跳动检查仪外形结构

1一手柄；2一手轮；3一滑板；4一底座；5一转

动手柄66一千分表架；7一升降螺母

不同模数的齿轮，应选用不同直径的测头，其对应关系见表1。 表1 测头参照表 模数m 测头直径mm 四、测量步骤

1、根据被测齿轮的模数，选择合适的测头装入指示表测量杆的下端，见图1。 2、将被测齿轮和心轴装在仪器的两顶尖之间，锁紧两头螺钉。

3、旋转手柄1，调整滑板3的位置，使指示表测头位于齿宽的中部。调整升降螺母7，使指示表指针压缩1—2圈，将指示表对零。

0.3 0.5 0.5 0.8 0.7 1.2 1 1.7 1.25 2.1 1.5 2.5 1.75 2.9 2 3.3 3 5.0 4 6.7 5 8.3 34

4、依次测量一圈，并记录指示表的读数。其中最大读数与最小读数之差即为AF：。 5、判断该齿轮齿圈径向跳动的合格性。

五、数据记录及处理 被测齿轮 模数m 计量器具 测量记录μm 序号 合格性判断 六、思考题

1、何谓齿圈径向跳动?用齿圈径向跳动检查仪能测量哪些形位误差? 2、为什么不同模数的齿轮，测量时要选用不同直径的测头?

3、对齿轮传动提出的四项使用要求是什么?不同用途和不同工作条件的齿轮和齿轮目对这些使用要求的侧重点是否相同？试举例说明。

读数 序号 读数 序号 读数 名称 齿数z 压力角α 测量范围 编号 分度值 公差标注 齿圈径向跳动公差 实测齿圈径向跳动ΔFr/μm

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4、依次测量一圈，并记录指示表的读数。其中最大读数与最小读数之差即为AF：。 5、判断该齿轮齿圈径向跳动的合格性。

五、数据记录及处理 被测齿轮 模数m 计量器具 测量记录μm 序号 合格性判断 六、思考题

1、何谓齿圈径向跳动?用齿圈径向跳动检查仪能测量哪些形位误差? 2、为什么不同模数的齿轮，测量时要选用不同直径的测头?

3、对齿轮传动提出的四项使用要求是什么?不同用途和不同工作条件的齿轮和齿轮目对这些使用要求的侧重点是否相同？试举例说明。

读数 序号 读数 序号 读数 名称 齿数z 压力角α 测量范围 编号 分度值 公差标注 齿圈径向跳动公差 实测齿圈径向跳动ΔFr/μm

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