互換性實驗指導手冊

實驗一用立式光學計測量塞規(guī)外徑一、實驗目的1.了解立式光學計的測量原理；2.熟悉用立式光學計測量外徑的方法；3.加深理解計量器具與測量方法的常用術(shù)語。二、實驗內(nèi)容1.用立式光學計測量塞規(guī)外徑；2.根據(jù)測量結(jié)果，按國家標準GB/T1957—1981《光滑極限量規(guī)》查出被測塞規(guī)的尺寸公差和形狀公差，并作出適用性結(jié)論。三、測量原理及計量器具說明立式光學計是一種精度較高而結(jié)構(gòu)簡單的常用光學量儀。用量塊作為長度基準，按比較測量法來測量各種工件的外尺寸。圖1.1立式光學計的外形結(jié)構(gòu)1-底座；2-調(diào)節(jié)螺母；3-支臂；4、8-緊固螺釘；5-立柱；6-直角光管；7-調(diào)節(jié)手輪；9-提升杠桿；10-測頭；11-工作臺圖1.1為立式光學計的外形圖。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作臺11等幾部分組成。光學計是利用光學杠桿放大原理進行測量的儀器，其光學系統(tǒng)如圖1.2b所示。照明光線經(jīng)反射鏡1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，刻度尺像7與刻度尺8對稱。若被測尺寸變動使測桿5推動反射鏡4繞支點轉(zhuǎn)動某一角度α（圖1.2a），則反射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)2α角度，從而使刻度尺像7產(chǎn)生位移t（圖1.2c），它代表被測尺寸的變動量。物鏡至刻度尺8間的距離為物鏡焦距f，設b為測桿中心至反射鏡支點間的距離，s為測桿5移動的距離，則儀器的放大比K為：當α很小時，tan2α≈2α，tanα≈α，因此：光學計的目鏡放大倍數(shù)為12，f＝200mm，b＝5mm，故儀器的總放大倍數(shù)n為：由此說明，當測桿移動0.001mm時，在目鏡中可見到0.96mm的位移量。圖1.2立式光學計的光學原理圖1、4-反射鏡；2-棱鏡；3-物鏡；5-側(cè)桿；6-微調(diào)螺釘；7-刻度尺像；8-刻度尺四、實驗步驟1.測頭的選擇：測頭有球形、平面形和刀口形三種，根據(jù)被測零件表面的幾何形狀來選擇，使測頭與被測表面盡量滿足點接觸。所以，測量平面或圓柱面工件時，選用球形測頭；測量球面工件時，選用平面形測頭；測量小于10mm的圓柱面工件時，選用刀口形測頭。2.按被測塞規(guī)外徑的基本尺寸組合量塊。3.調(diào)整儀器零位參看圖1.1，選好量塊組后，將下測量面置于工作臺11的中央，并使測頭10對準上測量面中央；粗調(diào)節(jié)：松開支臂緊固螺釘4，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母2，使支臂3緩慢下降，直到測頭與量塊上測量面輕微接觸，并能在視場中看到刻度尺像時，將螺釘4鎖緊；細調(diào)節(jié)：松開緊固螺釘8，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)凸輪7，直至在目鏡中觀察到刻度尺像與μ指示線接近為止(圖1.3a)，然后擰緊螺釘8；微調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)動刻度尺寸微調(diào)螺釘6(圖1.2b)，使刻度尺的零線影像與μ指示線重合(圖1.3b)，然后壓下測頭提升杠桿9數(shù)次，使零位穩(wěn)定；將測頭抬起，取下量塊。圖1.3立式光學計的零位調(diào)節(jié)示意4.測量塞規(guī)外徑：按實驗規(guī)定的部位(在三個橫截面上兩個相互垂直的徑向位置上)進行測量，把測量結(jié)果填入實驗報告。5.由塞規(guī)零件圖(由學生自己設計、畫出)的要求，判斷塞規(guī)的合格性。思考題1.用立式光學計測量塞規(guī)外徑屬于絕對測量還是相對測量？它們各有何特點？2.什么是分度值、刻度間距？它們與放大比的關系如何？3.儀器工作臺與測桿軸線不垂直，對測量結(jié)果有何影響？4.儀器的測量范圍和刻度尺的示值范圍有何不同？5.假設被測塞規(guī)外徑的基本尺寸為28.265mm，如何從一盒83塊的量塊中選擇量塊？如何組合量塊？實驗報告一用立式光學計測量塞規(guī)外徑1、儀器名稱、型號2、儀器測量范圍3、組合量塊的尺寸4、塞規(guī)制造尺寸端面；刻度值基本尺寸；指示范圍，量塊精度等級偏差（μm）/mm上：極限尺寸（mm）公差帶圖Dmax：通端下：Dmin：：/mm上：Dmax：止端下：Dmin5、測量結(jié)果測量位置讀數(shù)/μm1-1通端實際尺寸/mmⅠ－Ⅰ止端讀數(shù)/μm實際尺寸/mmⅡ－Ⅱ2-2Ⅱ－Ⅱ3-3Ⅰ－ⅠⅠ－ⅠⅡ－Ⅱ6、適用性結(jié)論：通端止端7、思考并完成下列問題：用立式光學計測量塞規(guī)外徑屬于絕對測量還是相對測量？假設被測塞規(guī)外徑的基本尺寸為28.265mm，如何從一盒83塊的量塊中選擇量塊？如何組合量塊？實驗二用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)徑一、實驗目的1、熟悉測量內(nèi)徑常用的計量器具和其使用方法；2、熟悉使用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)孔尺寸誤差的方法和特點，并認真體會“局部實際尺寸(實際誤差)”概念。二、實驗內(nèi)容用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)徑。三、實驗原理與方法內(nèi)徑可用內(nèi)徑千分尺直接測量，但對深孔或公差等級較高的孔，則常用內(nèi)徑百分表作比較測量。內(nèi)徑百分表由測量桿和百分表組成，是用相對測量法測量孔徑和形狀誤差，它的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。內(nèi)徑百分表是用它測量中固定不動的可換測頭3和活動測頭10跟被測孔壁接觸進行測量的。儀器盒內(nèi)有幾個長短不同的可換測頭，使用時可按被測尺寸的大小來選擇。測量時，活動測頭10受到一定的壓力，向內(nèi)推動等臂直角杠桿4，使杠桿繞其支點旋轉(zhuǎn)，并通過長接桿7推動百分表9的側(cè)桿而進行讀數(shù)。在活動測頭的兩側(cè)，有對稱的定位板2，裝上活動測頭10后，即與定位板連成一個整體。定位板在彈簧1的作用下，對稱地壓靠在被測孔壁上，以保證測頭的軸線處于被測孔的直徑截面內(nèi)。圖2.1內(nèi)徑百分表結(jié)構(gòu)圖1、8-彈簧；2-對稱定位板；3-可換測頭；4-等臂直角杠桿；5-隔熱手柄；6-擺動直管；7-連接桿；9-百分表；10-活動測頭四、實驗步驟1.內(nèi)徑百分表在每次使用前，首先要用標準環(huán)規(guī)、夾持的量塊或外徑千分尺對零，環(huán)規(guī)、夾持的量塊和外徑千分尺的尺寸與被測工件的基本尺寸相等。2.內(nèi)徑百分表在對零時，用手拿著隔熱手柄5，使測頭進入測量面內(nèi)，擺動直管6，測頭在X方向和Y方向(僅在量塊夾中使用)上下擺動。觀察百分表的示值變化，反復幾次；當百分表指針在最小值處轉(zhuǎn)折擺向時,用手旋轉(zhuǎn)百分表盤，使指針對零位。多擺動幾次觀察指針是否在同一零點轉(zhuǎn)折。3.將對零后的內(nèi)徑百分表插入被測孔內(nèi)，沿被測孔的軸線方向測幾個截面，每個截面要在相互垂直的兩個部位上各測一次。測量時輕輕擺動內(nèi)徑百分表(見圖2.2)，記下示值變化的最小值。4.根據(jù)測量結(jié)果和被測孔的公差要求，判斷被測孔是否合格。圖2.2內(nèi)徑百分表的調(diào)整思考題1.用內(nèi)徑千分尺和內(nèi)徑百分表測量孔的內(nèi)徑時，各屬于何種測量方法？2.用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)徑時，測量誤差主要有哪些？3.使用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)徑時，為什么要在沿被測孔軸線方向測幾個截面和在相互垂直的兩個方向上測量？實驗報告二用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)徑1、儀器名稱、型號2、儀器測量范圍，刻度值，指示范圍3、被測零件基本尺寸及極限偏差4、被測零件的尺寸偏差測量位置讀數(shù)/mm實際尺寸/mm1-1Ⅰ－ⅠⅡ－Ⅱ2-2Ⅱ－Ⅱ3-3Ⅰ－ⅠⅠ－ⅠⅡ－Ⅱ4-4Ⅱ－Ⅱ5-5Ⅰ－ⅠⅠ－ⅠⅡ－Ⅱ5、確定零件實際尺寸的變動范圍6、適用性結(jié)論：7、思考并完成下列問題用內(nèi)徑千分尺和內(nèi)徑百分表測量孔的內(nèi)徑時，各屬于何種測量方法？使用內(nèi)徑百分表測量內(nèi)徑時，為什么要在沿被測孔軸線方向測幾個截面和在相互垂直的兩個方向上測量？實驗三用雙管顯微鏡測量表面粗糙度一、實驗目的1.了解雙管顯微鏡測量表面粗糙度的原理和方法；2.加深對微觀不平度十點高度Rz的理解。二、實驗內(nèi)容用雙管顯微鏡測量表面粗糙度的Rz值。三、實驗原理及計量器具說明參看圖3.1，微觀不平度十點高度Ｒz是在取樣長度l內(nèi)，從平行于輪廓中線m的任意一條線算起，到被測輪廓的五個最高點(峰)和五個最低點(谷)之間的平均距離，即：圖3.1被測輪廓曲線圖雙管顯微鏡能測量1~80μm的表面粗糙度的Rz值，其外形結(jié)構(gòu)和主要構(gòu)成見圖3.2。圖3.2雙管顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)1-光源；2-立柱；3-鎖緊螺釘；4-微調(diào)手輪；5-橫臂；6-升降螺母；7-底座；8-縱向千分尺；9-工作臺固緊螺釘；10-橫向千分尺；11-工作臺；12-物鏡組；13-手柄；14-殼體；15-測微鼓輪；16-目鏡；17-相機安裝孔雙管顯微鏡是利用光切原理來測量表面粗糙度的，如圖3.3所示，被測表面為P1、P2階梯表面，當一平行光束從45°方向投射到階梯表面上時，就被折成S1和S2兩段。從垂直于光束的方向上就可在顯微鏡內(nèi)看到S1和S2兩段光帶的放大像S1′和S2′。同樣，S1和S2之間的距離h也被放大為S1′和S2′之間的距離h1′。通過測量和計算，可求得被測表面的不平度高度h。圖3.4為雙管顯微鏡的光學系統(tǒng)圖。由光源1發(fā)出的光，經(jīng)聚光鏡2、狹縫3、物鏡4，以45°方向投射到被測工件表面。調(diào)整儀器使反射光束進入與投射光管垂直的觀察光管內(nèi)，經(jīng)物鏡5成像在目鏡分劃板上，通過目鏡可觀察到不平的光帶(圖3.5b)。圖3.3雙管顯微鏡的光切原理圖圖3.4雙管顯微鏡的光學系統(tǒng)圖1-光源；2-聚光鏡；3-狹縫；4、5-物鏡；6-成像屏；7-目鏡光帶邊緣即工件表面上被照亮了的h1的放大輪廓像為h1′，測量亮帶邊緣的寬度h1′，可求出被測表面的不平度高度h，即：h=h1*cos45°=(h1′/N)*cos45°式中N—物鏡放大倍率。為了測量和計算方便，測微目鏡中十字線移動方向(圖3.5a)和被測量光帶邊緣寬度h1′成45°斜角(圖3.5b)，故目鏡測微器刻度套筒上的讀數(shù)值h1″與不平度高度的關系為：h1″=h1′/cos45°=N*h/cos245°所以，h=h1″cos245°/N=h1″/2N式中，1/2N=C，C為刻度套筒的分度值或稱為換算系數(shù)，它與投射角α、目鏡測微器的結(jié)構(gòu)和物鏡放大倍數(shù)有關。圖3.5雙管顯微鏡的目鏡視場四、實驗步驟1.根據(jù)被測工件表面粗糙度的要求，按表1選擇合適的物鏡組，分別安裝在投射光管和觀察光管的下端。表1被測表面粗糙度與物鏡組的關系物鏡放大倍數(shù)總放大倍數(shù)視場直徑物鏡工作距離測量范圍Rz光潔度等級N7X60X120X260X520X2.5mm1.3mm0.6mm0.3mm17.8mm6.8mm1.6mm0.65mm10~80μm3.2~10μm1.6~6.3μm0.8~3.2μm▽6~3▽8~6▽8~7▽10~814X30X60X2.接通電源。3.擦凈被測工件，把它安放在工作臺上，并使被測表面切削痕跡的方向與光帶垂直，當測量圓柱形工件時，應將工件置于V形塊上。4.粗調(diào)節(jié)：參看圖3.2，用手托支臂7，松開鎖緊螺釘9，緩慢旋轉(zhuǎn)支臂調(diào)節(jié)螺母10，使支臂7上下移動，直到目鏡中觀察到綠色光帶和表面輪廓不平度的影像(圖3.5b)；然后，將螺釘9固緊；要注意防止物鏡與工件表面相碰，以免損壞物鏡組。5.細調(diào)節(jié)：緩慢而往復轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪6，調(diào)焦環(huán)12和調(diào)節(jié)螺釘13，使目鏡中光帶最狹窄，輪廓影像最清晰并位于視場中央。6.松開螺釘5，轉(zhuǎn)動目鏡測微器4，使目鏡中十字線的一根線與光帶輪廓中心線大致平行(此線代替平行于輪廓中線的直線)；然后，將螺釘5固緊。7.根據(jù)被測表面粗糙度Rz的數(shù)值，按國家標準GB/T1031—1995的規(guī)定選取取樣長度和評定長度。8.旋轉(zhuǎn)目鏡測微器的刻度套筒，使目鏡中十字線的一根線與光帶輪廓一邊的峰(或谷)相切，如圖3.5b實線所示，并從測微器讀出被測表面的峰(或谷)的數(shù)值。以此類推，在取樣長度范圍內(nèi)分別測出五個最高點(峰)和五個最低點(谷)的數(shù)值，然后計算出Rz的數(shù)值。9.縱向移動工作臺，按上述第8項測量步驟在評定長度范圍內(nèi)，共測出n個取樣長度上的Rz值，取它們的平均值作為被測表面微觀不平度十點高度，并按下式計算：思考題1.為什么只測量光帶一邊的最高點(峰)和最低點(谷)？2.用雙管顯微鏡測量表面粗糙度為什么要確定分度值C？如何確定？3.微觀不平度十點平均高度Rz和輪廓算術(shù)平均偏差Ra的含義是什么？雙管顯微鏡能測量Ra參數(shù)嗎？實驗報告三用雙管顯微鏡測量表面粗糙度1、儀器名稱、型號：2、被測表面粗糙度估計為3、