互换性与技术测量实验指导书

目 录

实验一  通用量具的应用及量块尺寸的选择

实验二  用立式光学比较仪测量轴直径

实验三  用光切法显微镜测量表面粗糙度

实验四  直线度误差的测量

实验五  用内径百分表测量孔（选做）

实验1 通用量具的应用

                                                                                                                                                      

一、实验目的：

1.了解量块、千分尺、游标卡尺的构造和工作原理。

2．掌握量块尺寸组合、千分尺、游标卡尺测量尺寸的方法

3．掌握由测得数据进行数据处理的一般方法，并分析产生误差的原因及误差类型。

二、 实验所需仪器

千分尺、游标卡尺  83块一套的量块

三、实验步骤

1．利用游标卡尺测量工件直径尺寸，共测量十组数据，将测量结果填入实验报告，并对测量数据进行数据处理。

2．利用千分尺测量工件长度尺寸，共测量十组数据，将测量结果填入实验报告，并对测量数据进行数据处理。

3．用83块一套的量块对千分尺测量的数据处理以后的数据进行尺寸组合。

四、测量数据

1.用游标卡尺测量直径尺寸

2.用千分尺测量的数据

3．用83块一套的量块对千分尺测量的数据数据处理以后的数据进行组合的量块尺寸

尺寸：

第一块量块：

第二块量块：

第三块量块：

第四块量块：

六、思考题

1： 测量误差一般分为几类型，一般各怎么进行数据处理？

实验2 用立式光学比较仪测量轴直径误差

1.实验目的

1.1 立式光学比较仪工作原理及使用方法。

1.2 熟悉轴的直径误差的测量方法。

1.3 学会基本的测量误差处理方法。

2.设备与器材

立式光学比较仪、被测轴和相同尺寸量块

3.实验原理与方案

立式光学比较仪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2-2。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2-3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。

4.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，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—3。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

1. 测量结果的标准偏差（um）：σ=

2. 算术平均值的标准偏差（um）：

3. 测量结果（mm）：d=

6．思考题

1.     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？

实验3 用光切法显微镜测量表面粗糙度

 

1. 实验目的

了解用双管显微镜测量表面粗糙度的方法；加深对评定参数

Rz—微观不平度十点高度的理解。

 2. 设备与器材

双管显微镜，稳压电源一个及被测件。

 3. 测量原理、方法与注意事项

微观不平度十点高度Ｒz是在取样长度ι内，从平行于轮廓中线m的任意一条线算起，到被测轮廓的五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均长度，即

          

双管显微镜能测量0.8—80μm的表面粗糙度的Rz值。双管显微镜的外形如图3-2底座１、工作台６、立柱３、升降螺帽４、升降手柄５、可调视度目镜７、可调“＋”字线千分尺筒８、横向移动千分尺２、（一般仪器调好后，２是不允许动的）、被测量件９。

（1） 根据被测工件表面粗糙度的要求，按国家标准GB10131—83的规定选取。取样长度ι和评定长度ιn。根据被测件的表面粗糙度要求,按表3-1选取合适的物镜组，装在照明镜管和观察镜管下端。此项工作在实验课前由教师准备好。

（2） 测量Rz值:图3-3所示，目镜里面视场中央有绿色光带，且有一边缘较为更清晰，内有十字瞄准线，如果看不清十字线，可调目镜左右旋转直到看清晰为止。这是因为每个人的视力不一样。用水平“＋”字线在取样长度范围内依次测量五个最大轮廓高峰和五个最大的谷底深度。从水平线向右边观察：整数是从45度斜线数值中0-8读取。小数是从图所示的千分尺分度筒８上的刻度中读取。测量完后，计算相应的Rz值取评定长度内测得的几个Ｒz值的平均作为测量结果。测量时应注意测得轮廓高峰值要大于测量谷深值，否则要重新测量。按下式计算出不平度十点高度Ｒz：

5.思考题

2.     微观不平度十点平均度Ｒz和轮廓算术平均偏差Ra的含义是什么？光切法显微镜能测量Ｒa参数吗？

实验4直线度误差的测量

（一）      实验目的

1．掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。

2．加深对直线度误差含义的理解。

3．掌握直线度误差的评定方法。

（二）实验内容

用合象水平仪按节距法测量导轨在给定平面内的直线度误差，并判断其合格性。

（三）实验器具：

1．合象水平仪

（四）测量原理及器具介绍

为了控制机床、仪器导轨及长轴的直线度误差，常在给定平面（垂直平面或水平平面）内进行检测，常用的测量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等测定微小角度变化的精密量仪。

由于被测表面存在直线度误差，测量器具置于不同的被测部位上时，其倾斜角将发生变化，若节距（相邻两点的距离）一经确定，这个微小倾角与被测两点的高度差就有明确的函数关系，通过逐个节距的测量，得出每一变化的倾斜度，经过作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差值。合象水平仪因具有测量准确、效率高、价格便宜、携带方便等特点，在直线度误差的检测工作中得到广泛采用。

合象水平仪的结构如图1  a、d所示，

它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置，气泡边缘通过合象棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图1c所示。此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置，则图1c中两影象的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图1b）。测微螺杆移动量s导致水准器的转角α（图1d）与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系，即式中   0.01——合象水平仪的分度值（mm／m）

       L——桥板节距（mm）

       α——角度读数值（用格数来计数）

如此逐点测量，就可得到相应的值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加以叙述。

（五）实验步骤

1、量出零件被测表面总长，将总长分为若干等分段（一般为6～12段）确定每一段的长度（跨距）L，并按L调整可调桥板两圆柱的中心距。

2、将水平仪放于桥板上，然后将桥板从首点依次放在各等分点位置上进行测量。到终点后，自终点再进行一次回测，回测时桥板不能调头，同一测点两次读过的平均值为该点的测量数据。如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应查明原因并加以消除后重测。

测量时要注意每次移动桥板都要将后支点放在原来前支点处（桥板首尾衔接），测量过程中不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置。

3、从合象水平仪读数时，先从合像水平仪的侧面视窗处读得百位数，，再从其上端读数鼓轮处读得十位和个位数。

从框式水平仪读数时，待气泡稳定后，从气泡边缘所在刻线读出气泡偏离的格数。

4、把测得的值依次填入实验报告中，并用计算法按最小条件进行数据处理，求出被测表面的直线度误差。

（六）数据处理

1、为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差。

2、根据各测点的相对差，在坐标纸上描点。作图时不要漏掉首点（零点），且后一点的坐标位置是在前一点座标位置的基础上累加。用直线依次连接各点，得出误差折线。

3、两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（或最低）点相切，在两切点之间有一个最低（或最高）点与另一条平行线相切。这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域。两平行线在纵坐标上的截距即为被测表面的直线度误差值△a(角度格值)。

4、差值f（μm）按下式折算成线性值，并按国家标准GB1184－1996确定被测表面直线度的公差等级。

f =i·L·△a

式中：i—水平仪的分度值

      L—桥板跨距

      △a一被测件的直线度误差值（格）

例：用合象水平仪测量一长平面的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm，选用的桥板节距L＝165mm，测量直线度的记录数据见下表。若被测面的直线度公差为5级，试用作图法评定该的直线度误差是否合格。

解：数据处理的步骤如下：

⑴先将各点的顺测值与回测值取平均

⑵简化测量数据：a值可取任意数值，但要有利于相对差数字的简化，本例取a＝274格。

⑶将相对差中的各点读数格值在直角坐标系中逐一累加描点（如下图）。

⑷求最小包容区：先过0点和第4点作一直线，再过第3点作一平行线。则两条平行线在纵坐标上的载距7格，即为该被测件的直线度误差值（格值）。

⑸求直线度误差的线值：  f=0.01×165×7=11.5   (μm)

⑹按GB1184－1996，直线度5级公差值为25μm。其测量出的误差值小于公差值，所以被测零件直线度误差合格。

 被测件直线度误差折线图

思  考  题

1. 目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把误差折线的首点（零点）和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包容直线，从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。

2）以例题作图为例，试比较按两端点连线和按最小条件评定的误差值，何者合理？

为什么？

    

实验5 用内径百分表测量孔（选做）

 

1. 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。

2. 设备与器材

百分表测量杆１支和0.01mm百分表１个。

3. 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1-1所示。

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。

4. 实验步骤、方法与注意事项

4.1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１－２所示。

4.2 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。

4.3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。

图1-2 内径百分表的调整

6. 思考题

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？

 

第二篇：《互换性与技术测量》实验指导书1

互换性与技术测量实验指导书

目 录

实验一  通用量具应用及量块组合选择（选用)

实验二  用比较仪检测工件尺寸误差

实验三  表面粗糙度的测量

实验四  直线度误差的测量

实验1 通用量具应用及量块组合选择（孔轴测量）（选做）

                                                                                                                                                     

一、实验目的：

1.了解量块、千分尺、游标卡尺的构造和工作原理。

2．掌握量块尺寸组合、千分尺、游标卡尺测量尺寸的方法

3．掌握由测得数据进行数据处理的一般方法，并分析产生误差的原因及误差类型。

二、 实验所需仪器

千分尺、游标卡尺  83块一套的量块

三、实验步骤

1．利用游标卡尺测量工件直径尺寸，共测量十组数据，将测量结果填入实验报告，并对测量数据进行数据处理。

2．利用千分尺测量工件长度尺寸，共测量十组数据，将测量结果填入实验报告，并对测量数据进行数据处理。

3．用83块一套的量块对千分尺测量的数据处理以后的数据进行尺寸组合。

四、测量数据

1.用游标卡尺测量直径尺寸

2.用千分尺测量的数据

3．用83块一套的量块对千分尺测量的数据数据处理以后的数据进行组合的量块尺寸

尺寸：

第一块量块：

第二块量块：

第三块量块：

第四块量块：

六、思考题

1： 测量误差一般分为几类型，一般各怎么进行数据处理？

         实验2 用比较仪测量工件尺寸误差

1.实验目的

1.1 立式光学比较仪工作原理及使用方法。

1.2 熟悉轴的直径误差的测量方法。

1.3 学会基本的测量误差处理方法。

2.设备与器材

立式光学比较仪、被测轴和相同尺寸量块

3.实验原理与方案

立式光学比较仪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2-2。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2-3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。

4.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，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—3。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

1. 测量结果的标准偏差（um）：σ=

2. 算术平均值的标准偏差（um）：

3. 测量结果（mm）：d=

6．思考题

1.  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？

实验3表面粗糙度的测量

 

1. 实验目的

了解用光切法微镜测量表面粗糙度的方法；加深对评定参数

Rz—微观不平度十点高度的理解。

 2. 设备与器材

光切法显微镜，稳压电源一个及被测件。

 3. 测量原理、方法与注意事项

微观不平度十点高度Ｒz是在取样长度ι内，从平行于轮廓中线m的任意一条线算起，到被测轮廓的五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均长度，即

          

光切法显微镜能测量0.8—80μm的表面粗糙度的Rz值。光切法显微镜的外形如图3-2底座１、工作台６、立柱３、升降螺帽４、升降手柄５、可调视度目镜７、可调“＋”字线千分尺筒８、横向移动千分尺２、（一般仪器调好后，２是不允许动的）、被测量件９。

（1） 根据被测工件表面粗糙度的要求，按国家标准GB10131—83的规定选取。取样长度ι和评定长度ιn。根据被测件的表面粗糙度要求,按表3-1选取合适的物镜组，装在照明镜管和观察镜管下端。此项工作在实验课前由教师准备好。

（2） 测量Rz值:图3-3所示，目镜里面视场中央有绿色光带，且有一边缘较为更清晰，内有十字瞄准线，如果看不清十字线，可调目镜左右旋转直到看清晰为止。这是因为每个人的视力不一样。用水平“＋”字线在取样长度范围内依次测量五个最大轮廓高峰和五个最大的谷底深度。从水平线向右边观察：整数是从45度斜线数值中0-8读取。小数是从图所示的千分尺分度筒８上的刻度中读取。测量完后，计算相应的Rz值取评定长度内测得的几个Ｒz值的平均作为测量结果。测量时应注意测得轮廓高峰值要大于测量谷深值，否则要重新测量。按下式计算出不平度十点高度Ｒz：

5.思考题

1.微观不平度十点平均高度Ｒz和轮廓算术平均偏差Ra的含义是什么？光切法显微镜能测量Ｒa参数吗？

             实验4直线度误差的测量

（一）实验目的

1．掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。

2．加深对直线度误差含义的理解。

3．掌握直线度误差的评定方法。

（二）实验内容

用合象水平仪按节距法测量导轨在给定平面内的直线度误差，并判断其合格性。

（三）实验器具：

1．合象水平仪

（四）测量原理及器具介绍

为了控制机床、仪器导轨及长轴的直线度误差，常在给定平面（垂直平面或水平平面）内进行检测，常用的测量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等测定微小角度变化的精密量仪。

由于被测表面存在直线度误差，测量器具置于不同的被测部位上时，其倾斜角将发生变化，若节距（相邻两点的距离）一经确定，这个微小倾角与被测两点的高度差就有明确的函数关系，通过逐个节距的测量，得出每一变化的倾斜度，经过作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差值。合象水平仪因具有测量准确、效率高、价格便宜、携带方便等特点，在直线度误差的检测工作中得到广泛采用。

       合象水平仪的结构如图1  a、d所示

它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。如果被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置，气泡边缘通过合象棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图1c所示。此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置，则图1c中两影象的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图1b）。测微螺杆移动量s导致水准器的转角α（图1d）与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系，即式中   0.01——合象水平仪的分度值（mm／m）

       L——桥板节距（mm） α——角度读数值（用格数来计数）

如此逐点测量，就可得到相应的值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加以叙述。

（五）实验步骤

1、量出零件被测表面总长，将总长分为若干等分段（一般为6～12段）确定每一段的长度（跨距）L，并按L调整可调桥板两圆柱的中心距。

2、将水平仪放于桥板上，然后将桥板从首点依次放在各等分点位置上进行测量。到终点后，自终点再进行一次回测，回测时桥板不能调头，同一测点两次读过的平均值为该点的测量数据。如某测点两次读数相差较大，说明测量情况不正常，应查明原因并加以消除后重测。

测量时要注意每次移动桥板都要将后支点放在原来前支点处（桥板首尾衔接），测量过程中不允许移动水平仪与桥板之间的相对位置。

3、从合象水平仪读数时，先从合像水平仪的侧面视窗处读得百位数，，再从其上端读数鼓轮处读得十位和个位数。

从框式水平仪读数时，待气泡稳定后，从气泡边缘所在刻线读出气泡偏离的格数。

4、把测得的值依次填入实验报告中，并用计算法按最小条件进行数据处理，求出被测表面的直线度误差。

（六）数据处理

1、为了作图的方便，最好将各测点的读数平均值同减一个数而得出相对差。

2、根据各测点的相对差，在坐标纸上描点。作图时不要漏掉首点（零点），且后一点的坐标位置是在前一点座标位置的基础上累加。用直线依次连接各点，得出误差折线。

3、两条平行直线包容误差折线，其中一条直线必须与误差折线两个最高（或最低）点相切，在两切点之间有一个最低（或最高）点与另一条平行线相切。这两条平行直线之间的区域就是最小包容区域。两平行线在纵坐标上的截距即为被测表面的直线度误差值△a(角度格值)。

4、差值f（μm）按下式折算成线性值，并按国家标准GB1184－1996确定被测表面直线度的公差等级。

f =i·L·△a

式中：i—水平仪的分度值

      L—桥板跨距

      △a一被测件的直线度误差值（格）

例：用合象水平仪测量一长平面的直线度误差，仪器的分度值为0.01mm，选用的桥板节距L＝165mm，测量直线度的记录数据见下表。若被测面的直线度公差为5级，试用作图法评定该的直线度误差是否合格。

解：数据处理的步骤如下：

⑴先将各点的顺测值与回测值取平均

⑵简化测量数据：a值可取任意数值，但要有利于相对差数字的简化，本例取a＝274格。

⑶将相对差中的各点读数格值在直角坐标系中逐一累加描点（如下图）。

⑷求最小包容区：先过0点和第4点作一直线，再过第3点作一平行线。则两条平行线在纵坐标上的载距7格，即为该被测件的直线度误差值（格值）。

⑸求直线度误差的线值：  f=0.01×165×7=11.5   (μm)

⑹按GB1184－1996，直线度5级公差值为25μm。其测量出的误差值小于公差值，所以被测零件直线度误差合格。

 被测件直线度误差折线图

                          思  考  题

1. 目前部分工厂用作图法求解直线度误差时，仍沿用以往的两端点连线法，即把误差折线的首点（零点）和终点连成一直线作为评定标准，然后再作平行于评定标准的两条包容直线，从平行于纵坐标来计量两条包容直线之间的距离作为直线度误差值。

2.以例题作图为例，试比较按两端点连线和按最小条件评定的误差值，何者合理？为什么？