1、互換性與技術測量實驗實 驗 指 導 書（2016-2017-1）互換性與技術測量教研組編機械工程學院2016年08月班級： 學號： 姓名： 目 錄實驗一 長度測量3實驗二 表面粗糙度測量9實驗三 齒輪齒圈徑向跳動的測量13實驗一 長度測量一、實驗目的1.了解和掌握杠桿千分尺、和立式數顯光學計的測量原理、主要結構及使用方法。2.應用上述儀器檢驗光滑極限量規。3.鞏固尺寸公差的概念,學會由測得數據判斷零件合格性的方法。二、儀器結構及工作原理1.杠桿千分尺杠桿千分尺相當于外徑千分尺與杠桿式卡規組合而成，其外形如圖1-1（a）所示。它的工作原理與杠桿式卡規及千分尺相同。可以用作相對測量，也可以作絕對測

2、量。杠桿式卡規的工作原理如圖1-1（b）所示。（a） （b）圖1-1杠桿式卡規的工作原理圖當測量桿1移動時，使杠桿2轉動，在杠桿的另一端裝有扇形齒輪，可使小齒輪3和裝牢在小齒輪軸的指針4轉動，在刻度盤5上便可讀出示值。為了消除傳動中的空程，裝有游絲6。測量力由彈簧8產生。為了防止測量面磨損和測量方便，裝有退讓器9。杠桿千分尺刻度值有0.001毫米和0.002毫米兩種（現在使用的是前者），表盤的示值范圍±0.02毫米，測量力是500-800克，測力變化不大于100克。2. 立式數顯光學計立式光學計又稱光學比較儀，集光電、機電于一體，是我國最先進的數顯式光學儀器。直接測量可以達到10毫米

3、。測量結果可以根據需要選擇工、英制在顯示屏上顯示，也可以在任意位置置零。當被測工件大于10毫米時，在測量前用量塊（或標準件）對準零位，被測尺寸與量塊尺寸的差值在屏幕上讀得。 立式數顯光學計對五等量塊和一級精度的量塊，球形和圓柱形工件得直徑和不圓度，線型、板型、金屬及非金屬薄膜的厚度和平行度進行高精度測量。儀器基本度量指標：數顯最小顯示值0.0001毫米直接測量顯示值范圍10毫米儀器比較測量范圍0200毫米示值誤差：00.2mm比較測量時： ±0.00025mm 010mm直接測量時： ±0.0005mm 儀器結構：見圖1-5. 圖1-5 立式數顯光學計結構簡圖1數字顯示器

4、2測量計管鎖緊螺釘 3光學計管 4測桿 5測帽鎖緊螺釘 6工作臺 7電源開關 8打印鍵 9公英制轉換鍵 10置零鍵 11底座 12調平手輪 13測帽 14提升器 15信號電纜 16升降螺母 17橫臂鎖緊螺釘 18橫臂 19立柱2 儀器工作原理JDG-S2立式光學計使用的是每100線的光柵，柵距為10m.光電接收后，經過軟件進行100細分后，顯示當量為10m/100=0.1m 。JDG-S2立式光學計電器部分工作原理如圖1-6所示。圖1-6 JDG-S2立式光學計電器部分工作原理光電轉換器材：100線光柵付；激光管；田字形光電接收管；原理：100線標尺光柵與100線指示光柵在一定柵距下進行相對移

5、動時，會產生莫爾條紋，莫爾條紋的數量和方向與移動的距離和方向成嚴格的對應關系；也就是說，每移動1毫米就會產生100個黑白周期的條紋數。激光管發出的光照射在田字形光電接收管的管芯上。 田字形光電接收管的管芯光電接收管有四個芯片，成田字形排列，這四個芯片會按90°的相位差產生“全黑” “黑白” “全白” “白黑” “全黑” “黑白”的變化；也就是在連續移動時四個芯片會產生相位差互為90°的正弦波信號，分別記作：sin t 、cos t 、-sin t 、-cos t；這四路信號送到前置放大器的輸入進行放大。前置放大器將由光電轉換送來的sin t 、cos t 、-sin t 、

6、-cos t四路信號將sin t 和-sin t 兩路信號及cos t 和-cos t兩路信號分別進行放大成信號、直流電平的sin t和cos t兩路正交的正弦波信號。因為細分的需要，兩路正交的正弦波信號的幅度和直流電平必需保持穩定，否則細分的誤差將會很大。100細分選用的光柵是100線/mm，就是每移動1mm將會移動100個莫爾條紋周期，一個莫爾條紋周期就是一個光柵周期，即0.01mm10m。而我們需要的分辨率是0.1m，因此必需對其進行100細分，以滿足分辨率為0.1m。100細分是通過軟件進行細分的。上面說過放大器輸出是幅度、直流電平的sin t和cos t兩路正弦和余弦信號。在雙蹤示波

7、器的X輸入端接入正弦信號，而在Y輸入端接入余弦信號，那么在示波器的顯示屏上會出現一個圓心在X軸和Y軸處，半徑的正圓，如圖1-7所示，移動一個光柵周期，在示波器上光點正好移動一圈。圖 1-7 李沙育圓以X軸為0°，那么光點會按順時針或逆時針（與光柵移動方向有關）。每個光點與圓心的連線也就是該圓的半徑，該半徑與X軸的夾角為，移動一個光柵周期，夾角由0°沿逆時針方向移動到360°或由360°沿順時針方向移動到0°。100細分也就是將360°分成100份，每一份為3.6°。由平面幾何可知：tgYX ，所以軟件100細分的思路就是分別

8、為（0±1.8）°、（3.6±1.8）°、（7.2±1.8）°、（352.8±1.8）°、（356.4±1.8）°時（共100個數據）列出表格（略）。（3）測帽及工作臺的型式測帽規格：R20、2平面、8平面、2×8刀刃工作臺：平面、帶筋兩種。測量球形、圓柱形、薄膜、量棒高度選用平面工作臺。測量量塊、板形、平面零件需選用帶筋工作臺。測帽的選擇依據：儀器備有兩種工作臺和多種測帽以供選擇。選擇應能準確反映被測工件的實際尺寸為原則。例如測量量快用帶筋工作臺和球形測帽，測量球體直徑選用平面工作臺

9、和平面測帽，測量線形工件用平面工作臺和刃型測帽。注意事項：使用精密儀器時操作應該小心謹慎，切忌猛烈地沖擊和碰撞。安置儀器的地方要干燥清潔，不得有腐蝕性氣體。每次使用完畢和必須用汽油清洗工作臺、測量頭的表面并仔細擦干。不用的工作臺和測帽要涂防銹油，然后放入干燥缸內，平時用罩子將儀器整體套上，定時用汽油揩洗儀器的無被復的金屬表面并涂上防銹油。光學計的管內構造比較復雜精密，不宜隨意拆卸。供電電源必須有可靠的接地。三、實驗內容采用上述儀器檢驗光滑極限量規的尺寸。為了能同時測得量規的幾何形狀誤差，可在量規的三個截面上測量，同時每個截面上應在相互垂直的兩個方向上測量。如圖18所示。圖1-8 測量部位示意圖

10、四、實驗步驟1）. 按被測量規的標記，從圓柱體公差配合表格及量規公差表格中查出其極限偏差，并畫出其公差帶圖。2）按量規的尺寸選擇杠桿千分尺規格，使用立式數顯光學計時選擇工作臺，測帽和量塊組，并將工作臺、測帽、量塊和被測件用汽油擦干凈，裝上測帽和提升器，將數據置零，松開橫臂鎖緊螺釘，調節升降螺母使測帽與工作臺接觸大約在0.4-0.5毫米時為最佳，測帽、橫臂、測量計管的鎖緊螺釘必須擰緊。注意，立式數顯光學計在上述步驟完成后應放置1-2分鐘。3）.工作臺調整：杠桿千分尺、光較儀在測量平板上進行。立式數顯光學計工作臺調平方法：首先開機預熱約20分鐘，裝上平面測帽，然后置零，調節升降橫臂（18）將測帽左

11、右放置在工作臺中心，使平面測帽與工作臺有約0.4到0.5毫米接觸，分別擰緊橫臂鎖緊螺絲與測量管鎖緊螺絲（17與2）再置零。同時旋轉左右二只調平手輪（12）使工作臺，左右方向移動，觀察顯示器的數值變化情況，當示值變化到最小值時，工作臺左右方向基本處于平行位置了。然后再用同樣的方法調節前后二只調平手輪，這樣反復檢查二次使工作臺平行度得到最佳的位置。有經驗者用量塊的同一個點在測量的前后左右四個點進行測量得到的讀數誤差不大于0.0003毫米，這就表明工作臺已經調到最佳位置了。4）.零位調整：杠桿千分尺用標準塊對準零位。光較儀測量時將組合好的量塊放在工作臺上，松開鎖緊螺釘3，轉動調節螺釘5，測帽8和量塊

12、接觸，且在目鏡11內看到刻度原形為止，旋緊鎖緊螺釘3（測帽與量塊表面接觸時應極為小心，不允許有撞擊），此為粗調；細調時松開管鎖緊螺釘9，轉動細調手輪4，使目鏡內的刻度尺的零刻線對準指標線，（指標線是一根固定的虛線，邊上注有字）然后鎖緊螺釘9；立式數顯光學計在儀器完全調整好后，可以在任意位置按置零鍵10置零。5）測量使用杠桿千分尺進行測量時，先按下退讓機構按鈕，取下量塊組，然后對被測件進行測量，測量要求同上。在使用杠桿千分尺進行測量時，一定要注意兩個方向的讀數轉折點；使用光較儀進行測量時，先按下退讓機構，取下量塊組，然后將被測件（量規）放在工作臺上，測量該量規的三個截面，每個截面測量互相垂直的兩

13、個位置，所取截面應離開端面至少1毫米以上。每次應在測量時，量規應在測帽下慢慢移動，記錄下轉折點（最高點）讀數，每處應重復三次，看其是否穩定，并將三次讀數的平均值作為此處測量的讀數值。讀數時應注意標尺的正負，并且估讀小數點后面一位。測量完畢復校零位；使用立式數顯光學計進行測量時，置零后按下提升器（取下量塊），然后將被測件（量規）放在工作臺上，測量被測件的高度（直接讀數或加上量塊的高度），每次在測量時，被測件應在測帽下慢慢移動，記錄下轉折點（最高點）讀數，每處應重復三次，看其是否穩定，并將三次讀數的平均值作為此處測量的讀數值。讀數時應注意讀數的正負。測量完畢復校零位。6）合格性判斷根據上述測量數據

14、。對照被測量規的公差，異此判別被測量規是否合格。實驗二 表面粗糙度測量常用的測量表面粗糙讀的方法有比較法、光切法、干涉法和針描法。比較法是將被測表面對照粗糙度樣板，用肉眼判斷或借助于放大鏡、比較顯微鏡比較；也可用手摸，指甲劃動的感覺來判斷加工表面的粗糙度。 圖2-1 表面粗糙度樣板表面粗糙度樣板（圖2-1）的材料、形狀及制造工藝盡可能與工件相同，這樣才便于比較，否則往往會產生較大的誤差。比較法一般只用語粗糙度參數值較大的近擬評定，它是車間常用的方法；干涉法是利用“光切原理”來測量表面粗糙度的一種方法；針描法是利用儀器的測針與被測表面接觸并使測針沿其表面輕輕劃過來測量表面粗糙度的一種測量方法。下

15、面僅對光切法做介紹。實驗 用光切法測量表面粗糙度一、實驗目的1. 了解光切顯微鏡的測量原理及其主要結構。2. 掌握用光切顯微鏡測量零件表面粗糙度的方法。二、儀器結構及測量原理：光切顯微鏡是按光切法原理用目測或照相的方法來測量各種工件外表面的糙度的儀器，評定參數一般用粗糙度平均高度RZ，儀器的測量范圍為 39。（RZ=0.880m）1.外形結構見圖2-2所示。（JSG1型光切顯微鏡）2.主要技術規格:粗糙度深度：0.8-63微米粗糙度寬度：用測微目鏡0.7微米2.5微米用坐標工作臺0.0113毫米目鏡放大倍數 約15×測微目鏡最小格值 0.01微米攝影裝置放大倍數 約6× 圖

16、 2-2 光切顯微鏡外形結構圖1基座 2立柱 3橫臂 4粗調手輪 5鎖緊螺6微調手輪7鏡架8轉換手輪9十字工作臺 10物鏡組 11測微目鏡 12物鏡組裝卸板手13刻度套筒3. 光切法測量原理:圖2-3 光切法測量原理光切法測量原理見（圖2-3）,光源1射出的光線通過窄縫3以后，成一條狹長的光帶，經過物鏡5成45度射向被測件表面，并使光帶與加工紋路垂直。此時，在與投影光線成90度方向觀察時，由于零件表面有高低不平，則在目鏡7中可看到一條曲折的光帶。其形狀等于從45度方向切斷零件表面所呈現的輪廓。測出此光帶的峰谷高低之差，就是被測零件的表面粗糙度。從目鏡中看到光帶影象高度：（其中h為工件表面粗糙度

17、某一峰谷之間的距離，由光切法得到h=S1S2cos45°上式中h= S1S2是儀器的目鏡轉過45度后才得到的）三、實驗步驟1.適當的物鏡放大倍數：物鏡放大倍數是按零件表面大致的粗糙度等級來選擇的。光切顯微鏡備有四對不同放大倍數的物鏡，用來測定不同等級的表面粗糙度，見下表。表2.1光切顯微鏡不同放大倍數的物鏡物鏡放大倍數總放大倍數（包括目鏡）視場大小（毫米）能測的不平度高度（微米）目鏡所能測的范圍7×60×2.5155035（2080）14×122×1.351557（6.320）30×260×0.61.55.079（1.66.

18、3）60×520×0.30.51.59（0.81.6）2.影像調整：通過變壓器（6V），按通光切顯微鏡光源，將被測零件放在工作臺上，并使光帶與零件加工紋路垂直。在調節被測件之前，首先使目鏡千分尺中的十字線清晰為止，這樣操作可保證眼睛不緊張。如果調換觀察者，還需要重新調整。調整被測件重要分成二步：粗調、細調。粗調立柱調節，松開螺釘5，旋轉螺母4，使目鏡內看到綠色的光帶；細調調節手輪6，直到從目鏡中看到被測零件表面不平度高度。3.測定零件表面不平度平均高度Rz：目鏡視場中所呈現的光帶形象高度h可利用目鏡千分尺來測定，然后換算得到零件表面不平度十點高度Rz。目鏡千分尺結構見圖2-

19、4，目鏡內由兩塊玻璃組成，一塊是可動玻璃，一塊是不可動玻璃。A可動玻璃（刻有十字線和兩條標線）B不可動玻璃片（刻有字標08和刻線），刻度套筒13其圓周均分為100，每旋轉一圈后可動玻璃片的表現在字標沙鍋內移動過一個數。轉動刻度套筒13，則可使玻璃片A上的十字線沿螺桿軸線方向移動，刻度套筒13所轉過的格數相當于十字線沿螺桿軸線方向移動的距離。測量時，先送開目鏡千分尺鎖緊螺釘，使目鏡旋轉45°左右，同時調節刻度套筒13使目鏡十字線中一條直線于光帶清晰一邊的輪廓最高點相切。（個別顯著凸出的可以不考慮）。（如圖25a）此點在實際輪廓上則是最低的點，因目鏡視場中為倒像，再將固定螺釘固緊。然后轉

20、動刻度套筒13，使十字線中的一條直線依次與光帶清晰邊輪廓各波峰與波谷相切（2-5b圖）。在所規定的取樣長度范圍內選擇五個高峰和五個低谷。如果顯微鏡的目鏡視場直徑包含或接近確定的取樣長度大小，在一個視場內就可選擇這十個點。如果視場直徑較小，則要轉動工作臺微動螺絲，即移動工作臺在二個視場中選擇十個點，此時分別讀出十字線的一條線與波峰波谷相切時的刻度套筒讀數，由于十字線的一條線從與波峰相切到與波谷相切時，套筒所轉過的格數是表示十字線交點自x移動至x的距離，故光帶影象高度h=xxcos45°見圖2-5 圖2-4目鏡千分尺結構圖 圖2-5目鏡視場中影像由此可得：其中xx為目鏡千分尺刻度套筒的讀數，E值是套筒的刻度值。為了求出零件表面不平度平均高度的數值，還應該喲感儀器所附的標準刻度尺（刻度值為0.01毫米）在本臺儀器上來確定套筒的刻度值E。4.用標準刻度尺在儀器上確定套筒的刻度值，調整步驟如下：（1） 將玻璃校準尺（圖2-6）放在工作臺，該遲刻有100格，總長為1毫米，刻度值為0.01毫米的刻線。（2） 調整儀器焦距并移動校準刻度尺，使光帶移到校準刻度尺的刻線部分，并使刻線與光帶垂直，從目鏡中即可看到校準刻尺的尺