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1、互换性与测量基础实 验 指 导 书（第二版）曾其勇 洪涛 张维纲 编中国计量学院 质量与安全工程学院二八年十月学生实验守则1 学生必须在规定时间内参加实验，不得迟到、早退。2 学生进入实验室后，不准随地吐痰、抽烟和乱抛杂物，保持室内清洁和安静。3 实验前应认真阅读实验指导书，复习有关理论并接受教师提问检查，一切准备工作就绪后，须经指导教师同意后方可动用仪器设备进行实验。4 实验中，认真执行操作规程，注意人身和设备安全。学生要以科学的态度进行实验，细心观察实验现象、认真记录各种实验数据，不得马虎从事，不得抄袭他人实验数据。5 如仪器发生故障，应立即报告教师进行处理，不得自行拆修。不得动用和触摸与
2、本次实验无关的仪器与设备。6 凡损坏仪器设备、器皿、工具者，应主动说明原因，书写损坏情况报告，根据具体情节进行处理。7 实验完毕后，将计量器具和被测工件整理好，认真填写实验报告（包括数据记录、分析与处理，以及绘制必要的图形）。3目 录实验一 工件外径尺寸合格性测定1实验二 内径百分表和内径千分尺测量孔径9实验三 合象水平仪测量直线度误差12实验四 平面度误差的测量15实验五 径向圆跳动和端面圆跳动的测量17实验六 测量显微镜测量实验19实验七 万能测长仪测量实验24实验八 尺寸、形位公差的虚拟仪器测量基础32附录一 基本测量原则33附录二 测量器具的选择34实验一 工件外径尺寸合格性测定一、实
3、验目的1、 掌握游标卡尺、外径千分尺、量块、立式光学计的使用方法。2、 了解数字式立式光学计的基本结构、工作原理和使用方法。3、 加深理解安全裕度等计量器具与测量方法的常用术语。4、 学会根据要求，确定安全裕度与计量器具的不确定度，选择计量器具，并对工件合格性进行判断。二、实验内容1、 按图纸给定要求13h9 E 加工出的轴，设计检验轴外径是否合格的步骤。2、 用选择的计量器具测量轴外径并判断其是否合格。三、计量器具说明与测量原理（一）、游标卡尺：常用的游标量具有：游标卡尺、游标深度尺、游标高度尺、游标测齿卡尺、游标角度规等。前四种用于长度测量，后一种用于角度测量。图1-1 游标卡尺结构图1、
4、结构游标量具在结构上的共同特征是都有主尺、游标尺以及测量基准面，另外还有便于使用而设的微动机构和锁紧机构等，如图1-1所示。主尺上有毫米刻度，游标尺上的分度值有0.1、0.05、0.02mm三种。2、读数原理利用主尺刻线间距与游标刻线部距之差，提高人眼对主尺毫米刻线的细分能力。常用的主尺刻度间距a=1mm。若使主尺刻度（n-1）格的宽度等于游标刻度n格的宽度，则游标的刻度间距b=(n-1)/na。若主尺刻度间距为1毫米，游标刻度间距为0.9毫米，当游标尺零刻线与主尺零刻线对准时，除游标的最后一根刻线（第10根刻线）与主尺上第9根刻线重合外，其余刻线均不重合。若将游标向右移动0.1mm，则游标的
5、第一根刻线与主尺的第一根刻线重合；游标向右移动0.2mm时，则游标的第二根刻线与主尺的第二根刻线重合。依此类推。这就是说，游标在1mm内（1个主尺刻度间距），向右移动距离可由游标刻线与主尺刻线重合时游标刻线的序号来决定。3、使用注意事项 使用前应将测量面擦干净，检查两测量爪间不能存在显著的间隙，并校对零位。 移动游框时力量要适度，测量力不易过大。 注意防止温度对测量精度的影响，特别是测量器具与被测件不等温产生的测量误差。 读数时其视线要与标尺刻线方向一致，以免造成视差。 尽量减少阿贝误差对测量的影响。 测量时量爪的位置要正确，避免图1-2所示的错误。图1-2 游标卡尺量爪错误的测量位置4、量具
6、的维护与保养(1)、应与腐蚀性物质隔离，防止表面锈蚀。(2)、不得作工具使用。(3)、不能将游标卡尺和外径千分尺的锁紧装置锁紧后作卡规使用。(4)、不要测量运动着的工件。(5)、使用完毕要擦净测量面并涂上专用防锈油后置于盒内保管。(6)、使用有效期满后，要及时送计量部门检修。5、用游标卡尺测量轴外径步骤(1)、将测量面擦拭干净；(2)、校对零位，若存在偏差，记下偏差值0；(3)、将被测轴测量部位擦拭干净；(4)、将被测部水平放置在两个测量面之间，轻轻推动测量爪，直到测量面与被测量部位紧紧接触。(5)、紧固锁紧装置；(6)、取下被测轴，进行读数，记下测量值d1；(7)、将被测轴绕其轴心旋转90，
7、重复上面(4)(6)，记下测量值d2；(8)、将d1和d2取平均值，并进行误差修正，即得到被测轴外径da： da= (d1+ d2)/20（二）、外径千分尺：尺架测量面测微螺杆固定套管微分筒棘轮旋柄测力装置旋钮锁紧装置隔热垫图1-3 外径千分尺结构图1、结构尺架、测量面、微分筒、固定套筒、棘轮旋柄、锁紧装置、隔热垫等。2、工作原理通过螺旋副传动，将被测尺寸的直线位移（即丝杆轴向位移）转换成微分筒的角位移。3、使用注意事项 使用前必须校对零位。 手应握在隔热垫处，测量器具与被测件必须等温，以减少温度对测量精度的影响。 当测量面与被件表面将接触时，必须使用测量力装置。 测量读数时要特别注意半毫米刻
8、度的读取。4、量具的维护与保养(1)、应与腐蚀性物质隔离，防止表面锈蚀。(2)、不得作工具使用。(3)、不能将外径千分尺的锁紧装置锁紧后作卡规使用。(4)、不要测量运动着的工件。(5)、使用完毕要擦净测量面并涂上专用防锈油后置于盒内保管。(6)、使用有效期满后，要及时送计量部门检修。5、外径千分尺测量轴外径(1)、将测量面擦拭干净；(2)、校对零位，方法是缓缓转动保护旋钮，使测杆和测砧接触，到棘轮发出声音为止，此时微分套筒上的零刻线应当和固定套筒上的基准线（长横线）对正，否则有零误差，记下误差值0；(3)、将被测轴测量部位擦拭干净，平放在测量工作台上；(4)、左手持U型尺架，右手转动微分套筒使
9、测杆与测砧间距稍大于被测轴，放入被测轴，转动保护旋钮到夹住被测物，棘轮发出声音为止；(5)、紧固锁紧装置；(6)、取下被测轴，进行读数，记下测量值d1；(7)、将被测轴绕其轴心旋转90，重复上面(4)(6)，记下测量值d2；(8)、将d1和d2取平均值，并进行误差修正，即得到被测轴外径da： da= (d1+ d2)/20（三）、立式光学计主要利用量块与零件相比较的方法，来测量物体外形的微差尺寸，是测量精密零件的常用测量器具。1、主要技术参数：型号：LG1总放大倍数：约1000倍分度值：0.001mm示值范围：0.1mm测量范围：最大长度180mm仪器的最大不确定度：0.00025mm示值稳定
10、性：0.0001mm测量的最大不确定度：（0.5L/100）m2、工作原理利用光学杠杆的放大原理，将微小的位移量转换为光学影象的移动。其工作原理如图14A所示。由白炽灯泡1发出的光线经过聚光镜2和滤色片6，再经过隔热玻璃7照明分划板8的刻线面，再经过反射棱镜9后射向准直物镜12。由于分划板8的刻线面置于准直物镜12的焦平面上，所以成像光束通过准直物镜12后成为一束平行光入射于平面反光镜13上，根据自准直原理，分划板刻线的像被平面反光镜13反射后，再经准直物镜12被反射棱镜9反射成像在投影物镜4的物平面行，然后通过投影物镜4，直角棱镜3和反光镜5成像在投影屏10上，通过读数放大镜11观察投影屏1
11、0上的刻线像。由于测帽15接触工件后，其测量杆14使平面反光镜B倾斜了一个角度，在投影屏上就可以看到刻线的像也随着移动了一定的距离，其关系计算如下（图14B）。设：测量杆移动的距离为S，其平面反光镜则以O为轴线摆动角因此（其中为测量杆轴线至平面反光镜13的摆动轴线O之距离）所以又设：入射在平面反光镜13上的主光线为MN，根据反射定律，当平面反光镜转动了角时，其反射光线与入射光线夹角应为2角，因此M点转动到M1点，令 MN1= f (即准直物镜焦距)。因此 ，所以，因此：光学杠杆的传动比由于角很小，可视作，故得：假设投影物镜放大率为V1,读数放大镜的放大率为V2则投影光学计的总放大率 令光学计的
12、准直物镜焦距f =200mm，=5mm，V1=18.75，V2=1.1 故 由上式可知，当测量杆移动一个微小的距离：0.001mm，经过 1650的放大后，就相当于在投影屏上所看到的1.65mm的距离。（A） （B）图14 立式光学比较仪工作原理图（A） 光学计管的测量原理图 （B） 光学杠杆传动比示意图说明：1、15瓦灯泡 2、聚光镜 3、直角棱镜 4、投影物镜 5、反光镜 6、滤色片 7、隔热玻璃 8、分划板 9、反射棱镜 10、投影屏 11、读数放大镜12、准直物镜 13、平面反光镜 14、测量杆 15、测帽3、结构立式光学比较仪结构如图15所示，主要由以下部分组成： 投影光学计管是由上
13、端壳体（12）及下端测量管（17）二部分组成的，上端壳体（12）内装有隔热玻璃分划板、反射棱镜、投影物镜、直角棱镜、反光镜、投影屏及放大镜等光学零件，在壳体的右侧上装有调节零位的微动螺钉（4），转动微动螺钉（4）可使分划得到一个微小的移动而使投影屏上的刻线像迅速对准零位。测量管（17）插入仪器主题横臂（7）内，其外径为28h6,在测量管（17）内装有准直物镜，平面反光镜及光学杠杆放大系统的测量杆， 测帽（9）装在测量杆上，测量杆上下移动时，测量杆上端的钢珠顶起平面反光镜，致使平面反光镜座以杠垫板上的另二颗钢珠为摆动轴，而倾斜一个角，其平面反光镜与测量杆是由二个抗拉弹簧牵制，对测定量快或量规有一定的压力。测量杆下端露在测量管（17）外，以备套上各种带有硬质合金头的测帽。测量杆的上下升降是借助于测帽提升器（9）的杠杆作用，测帽提升器（9）上有一个滚花螺钉，可以调节其上升距离，达到方便地使被测工件推入测帽下端， 并靠两个抗拉弹簧的拉力使测头与被测工件良好接触。1. 投影灯 2. 投影灯固定螺钉3. 支柱4. 零位微动螺钉5. 立柱6. 横臂固定螺钉7. 横臂8. 微动偏心手轮9. 测帽提升器10. 工作台调整螺钉11. 工作台底盘12. 壳体13. 微动托
