機(jī)械設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)械制造工藝教研室2006年9月實(shí)驗(yàn)一 尺寸測(cè)量實(shí)驗(yàn)11用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量塞規(guī) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(一)了解立式光學(xué)計(jì)的測(cè)量原理。 (二)熟悉立式光學(xué)計(jì)測(cè)量外徑的方法。 (三)加深理解計(jì)量器具與測(cè)量方法的常用術(shù)語(yǔ)。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 (一)用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量塞規(guī)。 (二)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 19571981光滑極限量規(guī)查出被測(cè)塞規(guī)的尺寸公差和形狀公差，與測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，判斷其適用性。 三、計(jì)量器具及測(cè)量原理 立式光學(xué)計(jì)是一種精度較高而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的常用光學(xué)測(cè)量?jī)x。其所用長(zhǎng)度基準(zhǔn)為量塊，按比較測(cè)量法測(cè)量各種工件的外尺寸。 圖1(均指

2、實(shí)驗(yàn)圖，后同)為立式光學(xué)計(jì)外形圖。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作臺(tái)11等幾部分組成。光學(xué)計(jì)是利用光學(xué)杠桿放大原理進(jìn)行測(cè)量的儀器，其光學(xué)系統(tǒng)如圖2b所示。照明光線經(jīng)反射鏡l照射到刻度尺8上，再經(jīng)直角棱鏡2、物鏡3，照射到反射鏡4上。由于刻度尺8位于物鏡3的焦平面上，故從刻度尺8上發(fā)出的光線經(jīng)物鏡3后成為平行光束。若反射鏡4與物鏡3之間相互平行，則反射光線折回到焦平面，刻度尺的像7與刻度尺8對(duì)稱。若被測(cè)尺寸變動(dòng)使測(cè)桿5推動(dòng)反射鏡4繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度a(圖2a)，則反射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)2a角度，從而使刻度尺像7產(chǎn)生位移t(圖2c)，它代表被測(cè)尺寸的變動(dòng)量。物鏡至刻度尺8間的距離為

3、物鏡焦距f，設(shè)b為測(cè)桿中心至反射鏡支點(diǎn)間的距離，s為測(cè)桿5移動(dòng)的距離，則儀器的放大比K為當(dāng)a很小時(shí)，因此光學(xué)計(jì)的目鏡放大倍數(shù)為12，f=200mm，b=5mm，故儀器的總放大倍數(shù)n為由此說(shuō)明，當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)O.001mm時(shí)，在目鏡中可見(jiàn)到0.96mm的位移量。實(shí)驗(yàn)圖1立式光學(xué)計(jì)外形圖實(shí)驗(yàn)圖2立式光學(xué)計(jì)測(cè)量原理圖 四、測(cè)量步驟 (一)按被測(cè)塞規(guī)的基本尺寸組合量塊。 (二)選擇測(cè)頭。測(cè)頭有球形、平面形和刀口形三種，根據(jù)被測(cè)零件表面的幾何形狀來(lái)選擇，使測(cè)頭與被測(cè)表面盡量滿足點(diǎn)接觸。所以，測(cè)量平面或圓柱面工件時(shí)，選用球形測(cè)頭；測(cè)量球面工件時(shí)，選用平面形測(cè)頭；測(cè)量小于10mm的圓柱面工件時(shí)，選用刀口形測(cè)頭。

4、 (三)調(diào)整儀器零位 1)參看圖1，將所選好的量塊組的下測(cè)量面置于工作臺(tái)ll的中央，并使測(cè)頭10對(duì)準(zhǔn)上測(cè)量面中央。 2)粗調(diào)節(jié)。松開(kāi)支臂緊固螺釘4，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母2，使支臂3緩慢下降，直到測(cè)頭與量塊上測(cè)量面輕微接觸，并能在視場(chǎng)中看到刻度尺像時(shí)，將螺釘4鎖緊。 3)細(xì)調(diào)節(jié)。松開(kāi)緊固螺釘8，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)凸輪7，直至在目鏡中觀察到刻度尺像與牲指示線接近為止(圖3a)。然后擰緊螺釘8。 4)微調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺微調(diào)螺釘6(圖2b)，使刻度尺的零線影像與弘指示線重合(圖3b)，然后壓下測(cè)頭提升杠桿9數(shù)次，使零位穩(wěn)定。 5)將測(cè)頭抬起，取下量塊。實(shí)驗(yàn)圖3立式光學(xué)計(jì)的目鏡刻度尺 (四)測(cè)量塞規(guī)。按實(shí)驗(yàn)規(guī)定的部位(沿

5、軸向取三個(gè)橫截面，每個(gè)截面上取兩個(gè)互相垂直的徑向位置)進(jìn)行測(cè)量，把測(cè)量結(jié)果填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。(五)從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 19571981查出塞規(guī)的尺寸公差和形狀公差，并判斷塞規(guī)的適用性。思考題 1用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量塞規(guī)屬于什么測(cè)量方法?絕對(duì)測(cè)量與相對(duì)測(cè)量各有何特點(diǎn)? 2什么是分度值、刻度間距?二者與放大比的關(guān)系如何? 3若儀器工作臺(tái)與測(cè)桿軸線不垂直，對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響?如何調(diào)節(jié)工作臺(tái)與測(cè)桿軸線的垂直度?4儀器的測(cè)量范圍和刻度尺的示值范圍區(qū)別何在?實(shí)驗(yàn)12用內(nèi)徑百分表測(cè)量?jī)?nèi)徑 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(一)了解測(cè)量?jī)?nèi)徑常用計(jì)量器具、測(cè)量原理及使用方法。 (二)加深對(duì)內(nèi)尺寸測(cè)量特點(diǎn)的了解。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用內(nèi)徑百分表

6、測(cè)量?jī)?nèi)徑。 三、計(jì)量器具及其測(cè)量原理 內(nèi)徑可用內(nèi)徑千分尺直接測(cè)量。但對(duì)深孔或公差等級(jí)較高的孔，則常用內(nèi)徑百分表或臥式測(cè)長(zhǎng)儀作比較測(cè)量。 (一)內(nèi)徑百分表 國(guó)產(chǎn)的內(nèi)徑百分表，常由活動(dòng)測(cè)頭工作行程不同的七種規(guī)格組成一套，用以測(cè)量10450mm的內(nèi)徑，特別適用于測(cè)量深孔，其典型結(jié)構(gòu)如圖4所示。 內(nèi)徑百分表是用它的可換測(cè)頭3(測(cè)量中固定不動(dòng))和活動(dòng)測(cè)頭2跟被測(cè)孔壁接觸進(jìn)行測(cè)量的。儀器盒內(nèi)有幾個(gè)長(zhǎng)短不同的可換測(cè)頭，使用時(shí)可按被測(cè)尺寸的大小來(lái)選擇。測(cè)量時(shí)，活動(dòng)測(cè)頭2受到一定的壓力，向內(nèi)推動(dòng)鑲在等臂直角杠桿1上的鋼球4，使杠桿1繞支軸6回轉(zhuǎn)，并通過(guò)長(zhǎng)接桿5推動(dòng)百分表的測(cè)桿而進(jìn)行讀數(shù)。 在活動(dòng)測(cè)頭的兩側(cè)，有對(duì)

7、稱的定位板8，裝上測(cè)頭2后，即與定位板連成一個(gè)整體。定位板在彈簧9的作用下，對(duì)稱地壓靠在被測(cè)孔壁上，以保證測(cè)頭的軸線處于被測(cè)孔的直徑截面內(nèi)。實(shí)驗(yàn)圖4內(nèi)徑百分表 四、測(cè)量步驟 (一)用內(nèi)徑百分表測(cè)量?jī)?nèi)徑 1)按被測(cè)孔的基本尺寸組合量塊。選取相應(yīng)的可換測(cè)頭并擰入儀器的相應(yīng)螺孔內(nèi)。 2)將選用的量塊組和專用側(cè)塊(圖7中1和2)一起放入量塊夾內(nèi)夾緊(圖7)，以便儀器對(duì)零位。在大批量生產(chǎn)中，也常按照與被測(cè)孔徑基本尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的實(shí)際尺寸對(duì)準(zhǔn)儀器的零位。 3)將儀器對(duì)好零位。一手握著隔熱手柄(圖4中7)，另一只手的食指和中指輕輕壓按定位板，將活動(dòng)測(cè)頭壓靠在側(cè)塊上(或標(biāo)準(zhǔn)環(huán)內(nèi))使活動(dòng)測(cè)頭內(nèi)縮，以保證放人可

8、換測(cè)頭時(shí)不與側(cè)塊(或標(biāo)準(zhǔn)環(huán)內(nèi)壁)摩擦而避免磨損。然后，松開(kāi)定位板和活動(dòng)測(cè)頭，使可換測(cè)頭與側(cè)塊接觸，就可在垂直和水平兩個(gè)方向上擺動(dòng)內(nèi)徑百分表找最小值。反復(fù)擺動(dòng)幾次，并相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)表盤，使百分表的零刻度正好對(duì)準(zhǔn)示值變化的最小值。零位對(duì)好后，用手輕壓定位板使活動(dòng)測(cè)頭內(nèi)縮，當(dāng)可換測(cè)頭脫離接觸時(shí)，緩緩地將內(nèi)徑百分表從側(cè)塊(或標(biāo)準(zhǔn)環(huán))內(nèi)取出。 4)進(jìn)行測(cè)量。將內(nèi)徑百分表插入被測(cè)孔中，沿被測(cè)孔的軸線方向測(cè)幾個(gè)截面，每個(gè)截面要在相互垂直的兩個(gè)部位上各測(cè)一次。測(cè)量時(shí)輕輕擺動(dòng)百分表(如圖8所示)，記下示值變化的最小值。將測(cè)量結(jié)果與被測(cè)孔的要求公差進(jìn)行比較，判斷被測(cè)孔是否合格。實(shí)驗(yàn)圖5用內(nèi)徑百分表測(cè)量?jī)?nèi)徑(一) 實(shí)驗(yàn)

9、圖6用內(nèi)徑百分表測(cè)量?jī)?nèi)徑(二) 思考題用內(nèi)徑千分尺與內(nèi)徑百分表測(cè)量孔的直徑時(shí)，測(cè)量方法是否相同?實(shí)驗(yàn)二 形位誤差的測(cè)量實(shí)驗(yàn)21直線度誤差的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(一)通過(guò)測(cè)量加深理解直線度誤差的定義。 (二)熟練掌握直線度誤差的測(cè)量及數(shù)據(jù)處理。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用合像水平儀測(cè)量直線度誤差 三、計(jì)量器具及測(cè)量原理 為了控制機(jī)床、儀器導(dǎo)軌或其他窄而長(zhǎng)平面的直線度誤差，常在給定平面(垂直平面、水平平面)內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。常用的計(jì)量器具有框式水平儀、合像水平儀、電子水平儀和自準(zhǔn)直儀等。使用這類器具的共同特點(diǎn)是測(cè)定微小角度的變化。由于被測(cè)表面存在直線度誤差，當(dāng)計(jì)量器具置于不同的被測(cè)部位時(shí)，其傾斜角度就要發(fā)生相應(yīng)的

10、變化。如果節(jié)距(相鄰兩測(cè)點(diǎn)的距離)一經(jīng)確定，這個(gè)變化的微小角度與被測(cè)相鄰兩點(diǎn)的高低差就有確切的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)對(duì)逐個(gè)節(jié)距的測(cè)量，得出變化的角度，用作圖或計(jì)算，即可求出被測(cè)表面的直線度誤差值。由于合像水平儀的測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大(10mmm)、測(cè)量效率高、價(jià)格便宜、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在檢測(cè)工作中得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)圖7用合像水平儀測(cè)量直線度誤差 合像水平儀的結(jié)構(gòu)如圖7a、d所示，它由底板1和殼體4組成外殼基體，其內(nèi)部由杠桿2、水準(zhǔn)器8、兩個(gè)棱鏡7、測(cè)量系統(tǒng)9、10、11以及放大鏡6所組成。測(cè)量時(shí)將合像水平儀放于橋板(圖12)上相對(duì)不動(dòng)，再將橋板置于被測(cè)表面上。若被測(cè)表面無(wú)直線度誤差，并與自

11、然水平面基準(zhǔn)平行，此時(shí)水準(zhǔn)器的氣泡則位于兩棱鏡的中間位置，氣泡邊緣通過(guò)合像棱鏡7所產(chǎn)生的影像，在放大鏡6中觀察將出現(xiàn)如圖7b所示的情況。但在實(shí)際測(cè)量中，由于被測(cè)表面安放位置不理想和被測(cè)表面本身不直，致使氣泡移動(dòng)，其視場(chǎng)情況將如圖7c所示。此時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺桿10，使水準(zhǔn)器轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，從而使氣泡返回棱鏡組7的中間位置，則圖7c中兩影像的錯(cuò)移量將消失而恢復(fù)成一個(gè)光滑的半圓頭(圖7b)。測(cè)微螺桿移動(dòng)量s導(dǎo)致水準(zhǔn)器的轉(zhuǎn)角a(圖7d)與被測(cè)表面相鄰兩點(diǎn)的高低差h(m)有確切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即 式中0.01合像水平儀的分度值(mmm)； L橋板節(jié)距(mm； a角度讀數(shù)值(用格數(shù)來(lái)計(jì)數(shù))。如此逐點(diǎn)測(cè)量，就可得到相

12、應(yīng)的a；值，后面將用實(shí)例來(lái)闡述直線度誤差的評(píng)定方法。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 (一)首先量出被測(cè)表面總長(zhǎng)，繼而確定相鄰兩點(diǎn)之間的距離(節(jié)距)，按節(jié)距L調(diào)整橋板(如圖8所示)的兩圓柱中心距。 (二)置合像水平儀于橋板之上，然后將橋板依次放在各節(jié)距的位置。每放一個(gè)節(jié)距后，要旋轉(zhuǎn)微分筒9合像，使放大鏡中出現(xiàn)如圖7b所示的情況，此時(shí)即可進(jìn)行讀數(shù)。先在放大鏡1l處讀數(shù)，它反映的是螺桿10的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；微分筒9(標(biāo)有十、一旋轉(zhuǎn)方向)的讀數(shù)則是螺桿10旋轉(zhuǎn)一圈(100格)的細(xì)分讀數(shù)；如此順測(cè)(從首點(diǎn)到終點(diǎn))、回測(cè)(由終點(diǎn)到首點(diǎn))各一次。回測(cè)時(shí)注意橋板不能調(diào)頭，各測(cè)點(diǎn)兩次讀數(shù)的平均值作為該點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，將所測(cè)數(shù)據(jù)記人表中

13、。必須注意，假如某一測(cè)點(diǎn)兩次讀數(shù)相差較大，說(shuō)明測(cè)量情況不正常，應(yīng)仔細(xì)查找原因并加以消除后重測(cè)。實(shí)驗(yàn)圖8調(diào)整中心距 五、數(shù)據(jù)處理 用合像水平儀測(cè)量一窄長(zhǎng)平面的直線度誤差，儀器的分度值為0.01mmm，選用的橋板節(jié)距L=200mm，測(cè)量直線度記錄數(shù)值見(jiàn)表1。若被測(cè)平面直線度的公差等級(jí)為5級(jí)，試判斷該平面的直線度誤差是否合格? (一)作圖法求誤差值 1)為了作圖方便，將各測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)平均值同減一個(gè)數(shù)而得出相對(duì)差(見(jiàn)表1)(均指實(shí)驗(yàn)表，后同)。 實(shí)驗(yàn)表1測(cè)量數(shù)據(jù)表測(cè)點(diǎn)序號(hào)i012345678順測(cè)-298300290301302306。299296儀器讀數(shù)t(格)回測(cè)-296298288299300306

14、297296平均-297299289300301306298296相對(duì)差(格)ai=ai-a0O+2-8+3+4+9+1一l注：1表列讀數(shù)中，百分?jǐn)?shù)是從圖11的11處讀得，十位、個(gè)位數(shù)是從圖11的9處讀得。 2a值可取任意數(shù)，但要有利于相對(duì)差數(shù)字的簡(jiǎn)化，本例取a=297格。2)根據(jù)各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)差，在坐標(biāo)紙上取點(diǎn)。(注意作圖時(shí)不要漏掉首點(diǎn)，同時(shí)后一測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置是以前一點(diǎn)為基準(zhǔn)，根據(jù)相鄰差數(shù)取點(diǎn)的)將各點(diǎn)連接起來(lái)，得出誤差折線。 3)用兩條平行直線包容誤差折線，其中一條直線與實(shí)際誤差折線的兩個(gè)最高點(diǎn)M1、M2相接觸，另一平行線與實(shí)際誤差折線的最低點(diǎn)M3相接觸，且該最低點(diǎn)M3在第一條平行線上的投影

15、，應(yīng)位于M1和M2兩點(diǎn)之間(如圖9所示)。實(shí)驗(yàn)圖9作圖法求直線度誤差 從平行于縱坐標(biāo)方向畫出這兩條平行直線間的距離，此距離就是被測(cè)表面的直線度誤差值f=11(格)，按公式(格)，將f(格)換算為f(m)(二)計(jì)算法求直線度誤差值如圖9中Ml(0，0)、M2(6，10)、M3(3，-6)設(shè)包容線的理想方程為因包容理想直線l1通過(guò)M1、M2因此通過(guò)兩點(diǎn)法求得ll的方程為11x一7y=O.又因M3所在直線l2平行于ll，其方程為將M3代人上式，求得C2=-66，故l2的方程為令式11x一7y=O中x=0，則y=0；令式11x一7y-66=O中x=O，則y=-11；所以，l1、l2在y軸上的截距之差為

16、11格，即l1、l2在平行于縱軸方向上的距離為ll格，由公式f=O.01Lf(格)，求得按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 11841996直線度5級(jí)公差值為25um，誤差值小于公差值，所以被測(cè)工件直線度誤差合格。 實(shí)驗(yàn)22平行度與垂直度誤差的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(一)了解平行度與垂直度誤差的測(cè)量原理及方法。(二)熟悉通用量具的使用。(三)加深對(duì)位置公差的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)工件角座(見(jiàn)圖10)。圖樣上提出四個(gè)位置公差要求：1)頂面對(duì)底面的平行度公差O.15。2)兩孔的軸線對(duì)底面的平行度公差O.05。3)兩孔軸線之間的平行度公差O.35。4)側(cè)面對(duì)底面的垂直度公差0.20。(二)量具測(cè)量平板、心軸、精密直角

17、尺、塞尺、百分表、表架、外徑游標(biāo)卡尺等。三、實(shí)驗(yàn)步驟(一)按檢測(cè)原則1(與理想要素比較原則)測(cè)量頂面對(duì)底面的平行度誤差(見(jiàn)圖11)。實(shí)驗(yàn)圖10角座零件圖實(shí)驗(yàn)圖11測(cè)量頂面對(duì)底將被測(cè)件放在測(cè)量平板上，以平板面作模擬基準(zhǔn)；調(diào)整百分表在支架上的高度，將百分表測(cè)量頭與被測(cè)面接觸，使百分表指針倒轉(zhuǎn)1-2圈，固定百分表，然后在整個(gè)被測(cè)表面上沿規(guī)定的各測(cè)量線上移動(dòng)百分表支架，取百分表的最大與最小讀數(shù)之差作為被測(cè)表面的平行度誤差。 (二)按檢測(cè)原則，測(cè)量?jī)煽纵S線對(duì)底面的平行度誤差。用心軸模擬被測(cè)孔的軸線(見(jiàn)圖12)，以平板模擬基準(zhǔn)，按心軸上的素線調(diào)整百分表的高度，并固定之(調(diào)整方法同步驟1)，在距離為L(zhǎng)，的兩個(gè)位置上測(cè)得兩個(gè)讀數(shù)M1和M2，被測(cè)軸線的平行度誤差應(yīng)為式中L被測(cè)軸線的長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)圖12測(cè)量?jī)煽纵S線對(duì)底面的平行度誤差 (三)按檢測(cè)原則l測(cè)量?jī)煽纵S線之間的平行度誤差(見(jiàn)圖13)。用心軸模擬兩孔軸線，用游標(biāo)卡尺在靠近孔口端面處測(cè)量尺寸口1及n2，差值(nl一口2)即為所求平行度誤差。 (四)按檢測(cè)原則3(測(cè)量特征參數(shù)原則)測(cè)量側(cè)面對(duì)底面的垂直度誤差(見(jiàn)圖14)。用平板模擬基準(zhǔn)，將精密直角尺的短邊置于平板上，長(zhǎng)邊靠在被測(cè)側(cè)面上，此時(shí)長(zhǎng)邊即為理想